平面线圈激励磁场的分布研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

微型平面线圈由于具有独特的几何结构及物理性质，在很多领域有着应用，易于集成到单片电路上。常用平面线圈从结构形式上可以分为螺旋型、多边型、网格型等，目前以圆形与方形平面线圈研究得最多。利用线圈的平面化，降低高度尺寸是一种有极大前途的新型传感器的结构。不但能够使得尺寸减少，而且可以在不同的条件下，设计多层结构，有很大的灵活性。MEMS技术的发展促进了继电器技术的微型化，一般的线圈都采用三维结构，这并不符合MEMS工艺的平面化要求。平面线圈克服了复杂的三维制造工艺和磁芯的制作过程，而且极大地增加了线圈的匝数，易于集成到单片电路上，与集成电路的平面工艺相兼容，实现滤波、放大、调谐等功能。同时平面线圈本身既可以作为微传感器的敏感元件也可以作为微执行器的执行元件，在 MEMS 中有很大的应用前景。但是，由于工艺条件、结构尺寸等因素的限制，平面线圈普遍具有电感值微小、电阻值较大的特点，会给信号提取和检测带来困难。

当可以把N匝密绕平面螺线是由半径不同的N匝圆线圈，N匝方形平面线圈可以看做n个不同尺寸的单匝方形线圈的叠加。励磁线圈通过足够大的电流时将产生磁通，磁通大部分集中于线圈平面的中心区域，磁场等势线呈椭圆状向外渐次降低，在紧靠线圈区域，由于电流同向，产生的磁场互相抵消，因此磁场强度较小。与单匝电流环的磁力线相比，多匝平面线圈的磁场更加复杂。国内多家单位对平面线圈的磁场分布特性进行了研究，清华大学研究了线圈的匝数、间距、介质的影响。平面线圈匝数以三次函数的形式影响传感器的灵敏度。此外，基底材料对磁场分布也有较大影响，以硅钢片为基底材料可以形成一个闭合的磁回路，减少磁漏,镀镍硅片也有同样效果，上层的磁感线分布要比下层密集很多。

毕奥-萨伐尔定律适用于计算一个稳定电流所产生的磁场。这电流是连续流过一条导线的电荷，电流量不随时间而改变，电荷不会在任意位置累积或消失。毕奥-萨伐尔定律文字表述为电流元在空间某点P处产生的磁感应强度的大小与电流元的大小成正比，与电流元所在处到P点的位置矢量和电流元之间的夹角的正弦成正比，而与电流元到P点的距离的平方成反比。平面线圈的磁场分布可以利用毕奥-萨伐尔定律进行计算。

平面线圈易于采用PCB印制线制作，可以提高工艺制作的效率和精度，且参数分散性小，适合批量生产，且便于同后续处理电路集成。在制作平面线圈的过程中，采用基本的半导体微加工技术如光刻，蒸镀，电镀以及牺牲层的蒸镀和腐蚀。采用硅钢片（表面绝缘）做基底来制作电磁线圈。在基底上利用物理蒸镀法（PVD）沉积大约5mu;m厚的铝层。利用光刻和湿法腐蚀技术在铝层上刻蚀出线圈形状。

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资料编号：[180481]