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基于TSV的三维电感器与变压器研究

基于TSV的三维电感器与变压器研究

作者：任睿楠西安理工大学

学位级别：硕士

随着高速、智能、便携无线设备应用的日益广泛,对小尺寸、高密度、多功能射频集成电路(Radio Frequency Integrated Circuits,RF IC)的需求逐渐增大。作为 RF IC 的基本元器件,传统片上电感器和变压器的绕组为多匝平面螺旋结构,当利用标... 详细信息

随着高速、智能、便携无线设备应用的日益广泛,对小尺寸、高密度、多功能射频集成电路(Radio Frequency Integrated Circuits,RF IC)的需求逐渐增大。作为 RF IC 的基本元器件,传统片上电感器和变压器的绕组为多匝平面螺旋结构,当利用标准CMOS工艺实现时,会消耗大量的金属布线资源和芯片面积,成为限制二维结构片上应用的主要原因之一。硅通孔(Through-Silicon Via,TSV)是三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuits,3D IC)的核心部件,它不仅可以提供堆叠芯片之间的物理和电气连接,还被用于制造射频无源器件。基于TSV的三维无源器件具有微型化、低功耗等优点,能够弥补传统电感器与变压器的不足,突破其所面临的技术瓶颈。本文利用TSV小型化、低功耗的优势,提出了四种新型结构的TSV电感器和变压器,主要工作内容如下:1、根据线圈匝数变化电感值变化和磁芯磁化磁导率变化的原理,提出了基于TSV垂直开关的可调无磁芯电感和可调磁芯电感。通过开通或关断TSV垂直开关无磁芯电感可以实现8nH和5nH两种电感值,即3nH的调谐。可调磁芯电感具有两种调谐方式,一方面通过TSV垂直开关的开通与关断实现电感间不同的连接方式,另一方面通过直流偏置电流调节磁芯磁导率以改变电感值。5GHz时,当直流偏置电流从0.1mA增大到40mA,Ltot1 从 108.12nH 减小到 9.90nH,Ltot2从 1.02nH 减小到 0.09nH,调谐率为 91%。2、根据电磁感应和磁耦合原理,提出了基于TSV的嵌套结构变压器。通过HFSS软件进行建模与仿真,研究了不同初级与次级线圈匝数对相同变比变压器性能的影响。结果表明,当1:1变压器初级与次级线圈均为一匝,1:2变压器初级与次级线圈分别为一匝和两匝,1:3变压器初级与次级线圈分别为一匝和三匝时,1:1、1:2和1:3变压器就可以实现良好的耦合,它们的面积分别为3.6 × 10-3、6.0 × 10-3、9.6 × 10-3mm2,耦合系数分别为0.966、0.966、0.967。3、根据差分电路的对称性要求,提出了基于TSV的对称结构变压器。其一次与二次绕组具有良好的对称性,电感失配小于0.1%。与已有的TSV对称变压器相比,片上面积减少了 58%和89%,耦合系数增加了 0.268和0.807,并且电感匹配度最高。此外,建立了变压器的等效电路模型,在30GHz内采用HFSS与ADS软件对S参数进行仿真,两者结果具有较好的一致性,验证了电路模型的正确性。4、提出了基于同轴TSV的1:1变压器。同轴TSV独特的结构优势不仅凑近了初级与次级绕组间的互感,并且减少了磁通量泄漏,因此其耦合系数可以达到0.982。另外,其片上面积为8.0×10-3mm2。

关键词：硅通孔三维集成电路电感器变压器

电动汽车车载电源系统中应用的铁氧体磁性材料与器件

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磁性材料及器件 2022年第2期53卷 85-89页

作者：冯则坤王鲜聂彦龚荣洲华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074

随着社会环境意识的提高,电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)在全球市场上越来越受欢迎。车载电源系统是电动汽车的重要组成部分之一,铁氧体磁性材料及器件的选型与设计对车载电源系统的大功率、小体积、轻重量、低成本、高效率起着重要... 详细信息

随着社会环境意识的提高,电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)在全球市场上越来越受欢迎。车载电源系统是电动汽车的重要组成部分之一,铁氧体磁性材料及器件的选型与设计对车载电源系统的大功率、小体积、轻重量、低成本、高效率起着重要的作用。对新近的车载电源系统电路拓扑研究成果进行梳理,从中提取出应用于车载电源系统中的铁氧体磁性材料及变压器、电感器,为铁氧体磁性材料及器件的研发、生产提供参考。

关键词：电动汽车/混合动力汽车车载电源系统铁氧体磁性材料变压器电感器

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电感器漆包线热压焊界面可靠性分析

磁性材料及器件 2019年第5期50卷 18-22页

作者：王东王上衡吴猛雄朱建华陆松杰陈宏涛哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院广东深圳518055 深圳振华富电子有限公司广东深圳518109

利用全自动绕线机制备电感器,由金相显微镜、电子万能试验机、SEM、EDS和BSE分析了漆包线焊接界面的宽度、焊点强度、界面形貌以及界面元素分布。结果表明,焊接温度和焊接时间对焊点处漆包线宽度的影响较小,但是会影响漆包线的去除效果... 详细信息

利用全自动绕线机制备电感器,由金相显微镜、电子万能试验机、SEM、EDS和BSE分析了漆包线焊接界面的宽度、焊点强度、界面形貌以及界面元素分布。结果表明,焊接温度和焊接时间对焊点处漆包线宽度的影响较小,但是会影响漆包线的去除效果;焊接压力对焊点的影响较大。焊接界面的的微观形貌观察和界面处的元素分布分析表明,不同材料的焊接界面以机械形式结合,Cu及金层的扩散距离计算可以进一步验证界面处的结合形式。本研究对热压焊的焊接参数、焊接强度和可靠性进行深入研究,为后续的设备改进和工艺参数的制定提供理论指导。

关键词：电感器漆包线热压焊焊点强度界面分析

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旋阀结构可变电感器的概念与硬件实现

中国电机工程学报 2016年第22期36卷 6262-6268页

作者：伍家驹李晨施红军王长坤刘斌马银平南昌航空大学江西省南昌市330063

研制了一种可变电感器,其铁心芯柱中嵌入能控制磁通的旋阀,旋阀融合了蝶阀和球阀的概念,阀芯由非铁磁质阀板和铁磁质阀板夹构成,可以通过调节阀板的法线与铁心主磁通方向的夹角来改变旋阀铁磁质的有效截面造成局部饱和来控制磁阻。旋阀... 详细信息

研制了一种可变电感器,其铁心芯柱中嵌入能控制磁通的旋阀,旋阀融合了蝶阀和球阀的概念,阀芯由非铁磁质阀板和铁磁质阀板夹构成,可以通过调节阀板的法线与铁心主磁通方向的夹角来改变旋阀铁磁质的有效截面造成局部饱和来控制磁阻。旋阀被串接于工频80m H电感器主磁路中构成可变电感器,便能够在17~79m H的范围内对电感量进行直接、实时和平滑地调节。该可变电感器没有外加电生直流或交流磁动势,避免了偏磁或特定次谐波所造成的损耗和电磁干扰;没有空气间隙,减小了气隙带来的噪音和振动。文中提供了实验波形,达到了实验结果与理论分析互相验证的效果。

关键词：铁磁质磁阻率可变电感器概念

电感器视觉检测设备精度0.005mm,你能做到吗

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磁性元件与电源 2022年第11期 66-66,68页

作者：陈泽香不详

电感器作为基础元器件,其品质的高低往往会最终影响到产品使用的效率和寿命。为提高电感器品质,以往电感器行业都会采用人工检测的方法,防止产品出现上锡不良、盖板破损、磁芯错位等问题。

关键词：电感器磁芯视觉检测设备精度

Modulational Instability in a Pair of Non-identical Coupled Nonlinear Electrical Transmission Lines

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理论物理通讯：英文版 2013年第7期60卷 93-100页

作者： Eric Tala-Tebue Aurelien Kenfack-Jiotsa Marius Herv Tatchou-Ntemfack Timolon Crpin Kofan Laboratory of Mechanics Department of Physics Faculty of Sciences University of YaoundI Nonlinear Physics and Complex Systems Group Department of Physics The Higher Teachers' Training College University of Yaounde I

In this work, we investigate the dynamics of modulated waves non-identical coupled nonlinear transmission lines. Traditional methods for avoiding mode mixing in identical coupled nonlinear electrical lines consist of adding the same number of linear inductors in each branch. Adding linear inductors in a single line leads to asymmetric coupled nonlinear electrical transmission lines which propagate the signal and the mode mixing. On one hand, the difference between the two lines induced the fission for only one mode of propagation. This fission is influenced by the amplitude of the signal and the amount of the input energy as well; it also narrows the width of the input pulse soliton, leading to a possible increasing of the bit rate. On the other hand, the dissymmetry of the two lines converts the network into a good amplifier for the ω_ mode which corresponds to the regime admitting low frequencies.

关键词：非线性耦合耦合传输线电力传输线调制不稳定性混合模式传播模式电气线路电感器

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氮化镓来了!如何解服务器电源高频损耗难题

磁性元件与电源 2023年第5期 40-40,42,44,46,48,50页

作者：何紫微不详

以氮化镓为代表的第三代半导体材料可使得器件适用于高频高温的应用场景。氮化的特性成为超高频器件的极佳选择,主要应用在服务器电源、数据中心、5G基站等领域。当前,高频驱动下的第三代半导体电源芯片目前较为容易满足,但电感器与电... 详细信息

以氮化镓为代表的第三代半导体材料可使得器件适用于高频高温的应用场景。氮化的特性成为超高频器件的极佳选择,主要应用在服务器电源、数据中心、5G基站等领域。当前,高频驱动下的第三代半导体电源芯片目前较为容易满足,但电感器与电子变压器在高频化下损耗会更大,制约了第三代半导体材料的普及应用。

关键词：数据中心电子变压器服务器电源电源芯片电感器氮化镓高频化应用场景

49位评委共襄盛举,优霸杯11大奖项终揭晓

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磁性元件与电源 2024年第5期 52-52,54,56,58,60,62,64页

作者：丘水林不详

4月13日,“优霸杯2023'第十届大中华区电子变压器电感器电源适配器行业年度评选”(下称“行业评选”)颁奖盛典在深圳保安国际会展中心希尔顿酒店正式落下幕。本次行业评选是由Big-Bit资讯主办、《磁性元件与电源》杂志协办,并得到中国... 详细信息

4月13日,“优霸杯2023'第十届大中华区电子变压器电感器电源适配器行业年度评选”(下称“行业评选”)颁奖盛典在深圳保安国际会展中心希尔顿酒店正式落下幕。本次行业评选是由Big-Bit资讯主办、《磁性元件与电源》杂志协办,并得到中国电源学会磁技术专委会、广东省磁性元器件行业协会、广东省机器人协会、深圳市工业互联网行业协会、深圳电视台、今日头条、21世纪电源网、凤凰网、盖世汽车等多家单位支持。

关键词：大中华区行业协会电子变压器电源适配器磁性元件希尔顿酒店磁技术电感器

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电感器和电容器在交流电路中特性实验的改进

中学物理教学参考 2021年第31期50卷 48-51页

作者：郑恬恬张轶炳陈培兰宁夏大学物理与电子电气工程学院宁夏银川750021

交流电路特性演示器将电阻、电感器和电容器安装在同一演示板上,电路设计简单,结合电流传感器和电压传感器,能直观展示电路中电流和电压的变化情况。通过对比分析,学生对电阻、电感器和电容器在交流电路中的特性能有进一步的认识,更容... 详细信息

交流电路特性演示器将电阻、电感器和电容器安装在同一演示板上,电路设计简单,结合电流传感器和电压传感器,能直观展示电路中电流和电压的变化情况。通过对比分析,学生对电阻、电感器和电容器在交流电路中的特性能有进一步的认识,更容易建立起"实验数据→物理现象→物理规律"的思维模型,有效弥补传统实验的不足。

关键词：电感器电容器交变电流 DIS