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用于能量传输的生物体植入式MEMS电感线圈的设计

来源:    作者:     发布时间:2013-04-25 20:09:40     点击数:

其中c。。和G。堤衬底的单位面积电容和单位面积电导。电感线圈的自感厶可以采用Greenhouse方法进行计算【¨J。由(2)式可知,Q是频率m的函数,对其造成主要影响的是电感的自阻盛,衬底损耗(式中的第二项因子),以及馈通电容D。电感的几何参数及工艺参数对它们有直接的决定作用。其中工艺参数中的衬底电导率盯,对Q值的影响很大,图5是衬底电导率分别为1S/m,10000S/m,100000S/m时,Q值随频率的变化曲线,读者可以从中得到直观的认识。对于衬底的优化,文南lc【71中用玻璃衬底代替硅衬底来减少衬底的电导率;文献1121中提出了一种在衬底形成间隔的pn结隔离来减少硅衬底的涡流损耗,本文中选用电导率为0.1S/m的高阻硅,比前者能更好地与电路兼容,比后者工艺简单。由图5可知,它能达到理想效果。

MEMS电感的优化设计是一个多变量的非线性规划问题,独立变量多达12个,本文在考虑制作工艺简便性和可实现性的情况下,设计了一款适用于微型植入式系统进行能量偶合传输的微电感。通过用SU一8负性光刻胶代替AZ4620正性光刻胶,有效地增加了电感线圈的厚度,在减少电感自阻的同时,传输功率也更大。用PI层代替SiO,,为减小馈通电容提供了空间。经HFSS的优化设计其几何参数,其Q值达到了17.6,相对于普通的Q值不足10的集成电感来说有了很大的提高;电感量达到了55nil,能够更好地与外部线圈进行耦合。文中的电感线圈厚度为48um,用SU一8厚胶工艺容易实现,利于传输更大功率的能量。自谐振频率为1.2GHz,有足够大的频率范围可以进行信号与能量的传递。设计以高阻硅为衬底,与集成电路工艺有很好的兼容性,整个设计科学可行。

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