Поясните методику расчета пленочных катушек индуктивности

Получить пленочные индуктивности больших значений в микросхемах очень трудно. Небольшие индуктивности для гибридных интегральных схем можно получать двумя путями:

· осаждением на подложку проводящей спирали (рис. 2.5);

· изготовлением миниатюрной тороидальной катушки с магнитным сердечником.

Рис. 3.6. Топология катушекиндуктивности круглой (а) и прямоугольной (б) формы

Пленочная спираль из 20 витков диаметром 8,3 мм имеет характеристики, представленные в таблице 2.5.

Таблица. 2.2.

Характеристики пленочной спирали из 20 витков диаметром 8,3 мм

Индуктивность более 5 мкГн в пределах допустимых размеров получить не удается. Для получения больших значений индуктивности спираль помещают в среду с повышенной магнитной проницаемостью. Для этого используют либо ферромагнитные пленки, либо подложку ГИМС изготавливают из ферритовых материалов.

Величина индуктивности в виде плоской спирали может быть определена по следующей приближенной формуле

где L – индуктивность, мкГн; m – шаг спирали, мм; k – некоторый коэффициент, зависящий от геометрии катушки; D ₁ – внутренний диаметр спирали, мм.

Обычно полагают D₁ ≥ 0,5 мм. Коэффициент k зависит от отношения D2/D1 (рис. 2.6), где D₂ – внешний диаметр спирали. Обычно полагают D₂ ≤ 10 мм.

Рис. 3.7. Зависимость коэффициента k от соотношения диаметров

В структурах катушек индуктивности (рис. 2.5) один из выводов находится внутри спирали. Если необходимо его вывести наружу, то вывод проводят по слою диэлектрика, нанесенного на витки. Ширина витка b при заданной добротности Q может быть определена выражением:

где ρ – удельное сопротивление материала спирали, Ом·см; f – рабочая частота, МГц; Θ – толщина проводящего слоя,мм.

Если осаждены две спирали на обе стороны подложки, то получится пленочный трансформатор. Взаимная индуктивность определяется материалом и толщиной подложки. Коэффициент взаимоиндукции в этом случае очень мал, так как материал подложки обычно является диамагнитным материалом.

Металлические элементы конструкции микросхемы оказывают влияние на величину индуктивности и на ее добротность. Этот эффект может быть использован для получения подстроечных индуктивных элементов. Например, можно применить подвижную перемещаемую металлическую пластину, параллельную подложке, на которой имеется пленочная индуктивность.