一種薄膜電感、電源轉換電路和芯片的制作方法
本申請涉及電路領域，并且更具體地，涉及一種薄膜電感、電源轉換電路和芯片。
背景技術：
現有技術中，薄膜電感的薄膜磁芯是有多層磁性薄膜層層嵌套而成的。在該多層磁性薄膜中，通常，內層磁性薄膜的磁感應強度達到該內層磁性薄膜的飽和磁感應強度要比外層磁性薄膜達到該外層磁性薄膜的飽和磁感應強度更快一些。在內層磁性薄膜的磁感應強度達到該內層磁性薄膜的飽和磁感應強度的情況下，該內層磁性薄膜的相對磁導率將接近于零，從而使得該薄膜電感的電感量急劇下降。在該薄膜電感位于電源轉換電路中時，該電源轉換電路中的電流將會激增，嚴重時會燒毀負載。
因此，如何降低上述薄膜電感中內層磁性薄膜的磁感應強度易飽和的可能性，已成為亟需解決的問題。
技術實現要素：
本申請提供一種薄膜磁芯、薄膜電感和電源轉換電路，能夠有效地降低內層磁性薄膜的磁感應強度容易飽和的可能性。
第一方面，本申請提供了一種薄膜電感，所述薄膜電感包括薄膜磁芯和至少一個導電體，所述薄膜磁芯呈兩端開口的筒狀結構，所述薄膜磁芯包括多層磁性薄膜，每層磁性薄膜均呈兩端開口的筒狀結構，所述多層磁性薄膜層層嵌套，每相鄰兩層磁性薄膜之間間隔有絕緣層，所述至少一個導電體位于所述多層磁性薄膜中最內層薄膜磁性的內腔中；
每相鄰兩層磁性薄膜包括內層磁性薄膜和外層磁性薄膜，所述內層磁性薄膜嵌套在所述外層磁性薄膜內，所述內層磁性薄膜的相對磁導率小于或等于所述外層磁性薄膜的相對磁導率，
所述多層磁性薄膜至少包括相鄰的第一磁性薄膜和第二磁性薄膜，所述第一磁性薄膜嵌套在所述第二磁性薄膜內，且所述第一磁性薄膜的相對磁導率小于所述第二磁性薄膜的相對磁導率，且所述第一磁性薄膜的相對磁導率和所述第二磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于第一閾值，其中，在所述第二磁性薄膜的磁感應強度達到所述第二磁性薄膜的飽和磁感應強度的情況下，所述第一磁性薄膜的磁感應強度小于或等于所述第一磁性薄膜的飽和磁感應強度。
因此，在本申請提供的薄膜電感中，雖然第一磁性薄膜被嵌套在第二磁性薄膜的內部，但是通過限定第一磁性薄膜的相對磁導率小于第二磁性薄膜的相對磁導率，以及限定第一磁性薄膜的相對磁導率和第二磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于50，使得在第二磁性薄膜的磁感應強度達到第二磁性薄膜的飽和磁感應強度時，第一磁性薄膜的磁感應強度小于或等于第一磁性薄膜的飽和磁感應強度。也即，在本申請提供的薄膜電感中，由于位于內層的第一磁性薄膜的磁感應強度達到該第一磁性薄膜的飽和磁感應強度要比位于外層的第二磁性薄膜的磁感應強度達到該第二磁性薄膜的飽和磁感應強度更晚一些。由于在設置該第二磁性薄膜時，會考慮到避免該第二磁性薄膜達到磁飽和的問題。因此，在第一磁性薄膜不會先于第二磁性薄膜達到磁飽和的情況下，能夠避免現有技術中由于第一磁性薄膜易于達到磁飽和而導致的薄膜電感的電感量急劇下降的問題。
結合第一方面，在第一方面的第一種可能的實現方式中，每相鄰兩層磁性薄膜中，所述內層磁性薄膜的相對磁導率和所述外層磁性薄膜的相對磁導率之間的差值均大于或等于所述第一閾值，其中，在所述外層磁性薄膜的磁感應強度達到所述外層磁性薄膜的飽和磁感應強度的情況下，所述內層磁性薄膜的磁感應強度小于或等于所述內層磁性薄膜的飽和磁感應強度。
通過限定位于薄膜電感內的每相鄰兩層磁性薄膜之間的關系均滿足第一磁性薄膜和第二磁性薄膜之間的關系，使得該薄膜電感中除了最外層磁性薄膜之外的每一層磁性薄膜均不會領先于該最外層磁性薄膜達到磁飽和，從而避免了由于位于該薄膜電感內層的磁性薄膜易于達到磁飽和而導致該薄膜電感的電感量急劇下降的問題。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，在第一方面的第二種可能的實現方式中，所述第一閾值的取值為50。
結合第一方面、第一方面的第一種可能的實現方式或第一方面的第二種可能的實現方式，在第一方面的第三種可能的實現方式中，在所述第一磁性薄膜所采用的材料和所述第二磁性薄膜所采用的材料不相同的情況下，所述第一磁性薄膜的厚度值等于所述第二磁性薄膜的厚度值。
為了實現第一磁性薄膜的相對磁導率比第二磁性薄膜的相對磁導率小50以上的目的，可以通過材料的選取直接達到這個目的，也可以通過材料的選取和厚度的設置共同達到這個目的。換句話說，在第一磁性薄膜和第二磁性薄膜分別采用不用的材料制成的情況下，該第一磁性薄膜的厚度和該第二磁性薄膜的厚度可以是相同的，也可以是不同的。限定第一磁性薄膜的厚度和該第二磁性薄膜的厚度相同，是為了在工藝上更簡單。
結合第一方面、第一方面的第一種可能的實現方式或第一方面的第二種可能的實現方式，在第一方面的第四種可能的實現方式中，在所述第一磁性薄膜所采用的材料和所述第二磁性薄膜所采用的材料相同的情況下，所述第一磁性薄膜的厚度值大于所述第二磁性薄膜的厚度值，且所述第一磁性薄膜的厚度值與所述第二磁性薄膜的厚度值之間的差值大于或等于0且小于或等于第二閾值，所述第二閾值為所述第二磁性薄膜的厚度值的五倍。
本實施例中，在第一磁性薄膜和第二磁性薄膜采用相同的材料制成時，通過調節厚度來實現第一磁性薄膜的相對磁導率比第二磁性薄膜的相對磁導率小50以上的目的。好處在于不必關注每層磁性薄膜的形狀以及制成方式，僅通過調節厚度就能實現對相對磁導率的改變，從而使工藝實現上更加簡單。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式至第一方面的第三種可能的實現方式中任一種實現方式，在第一方面的第五種可能的實現方式中，
所述第一磁性薄膜為ni45fe55，所述第二磁性薄膜為ni80fe20；或，
所述第一磁性薄膜為cozro，所述第二磁性薄膜為cozrta；或，
所述第一磁性薄膜為cozro，所述第二磁性薄膜為ni80fe20；或，
所述第一磁性薄膜為cozrta，所述第二磁性薄膜為ni80fe20。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式至第一方面的第五種可能的實現方式中任一種實現方式，在第一方面的第六種可能的實現方式中，
所述至少一個導電體中每一導電體的長度方向與所述最內層磁性薄膜的長度方向相同，所述最內層磁性薄膜的長度方向為沿所述最內層磁性薄膜的一端開口延伸到所述最內層磁性薄膜的另一端開口的方向；所述至少一個導電體中每一導電體均與所述最內層磁性薄膜的內壁之間是絕緣的；
在所述至少一個導電體為兩個以上導電體的情況下，所述兩個以上導電體是相互隔離的。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式至第一方面的第六種可能的實現方式中任一種實現方式，在第一方面的第七種可能的實現方式中，所述薄膜電感的每層磁性薄膜均包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分別和所述第二部分的不同區域相接觸。
在本實施例中，第一端和第二端均是直接和第二部分的不同區域接觸的，也即第一部分和第二部分是物理接觸的，從而使得磁阻較小，帶來的好處是能夠提升該薄膜電感的電感量。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式至第一方面的第七種可能的實現方式中任一種實現方式，在第一方面的第八種可能的實現方式中，所述第二磁性薄膜的相對磁導率的選擇需要考慮所述第二磁性薄膜在第一平面上的周長和所述第二磁性薄膜的飽和磁感應強度，其中，第一方向為從所述第二磁性薄膜的一端開口延伸至所述第二磁性薄膜的另一端開口的方向，所述第一平面是所述第二磁性薄膜在沿垂直于所述第一方向的方向上的截面所在的平面。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式至第一方面的第七種可能的實現方式中任一種實現方式，在第一方面的第九種可能的實現方式中，所述第一磁性薄膜的相對磁導率的選擇需要考慮所述第一磁性薄膜在第一平面上的周長和所述第一磁性薄膜的飽和磁感應強度，其中，第一方向為從所述第一磁性薄膜的一端開口延伸至所述第一磁性薄膜的另一端開口的方向，所述第一平面是所述第一磁性薄膜在沿垂直于所述第一方向的方向上的截面所在的平面。
結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式至第一方面的第九種可能的實現方式中任一種實現方式，在第一方面的第十種可能的實現方式中，
所述薄膜磁芯的厚度d1滿足條件：0微米<d1≤50微米。
結合第一方面的第十種可能的實現方式，在第一方面的第十一種可能的實現方式中，所述多層磁性薄膜中每層磁性薄膜的厚度d2滿足條件：0微米<d2≤10微米。
結合第一方面的第十種可能的實現方式或第一方面的第十一種可能的實現方式，在第一方面的第十二種可能的實現方式中，每層絕緣層的厚度d3滿足條件：0微米<d3≤2微米。
第二方面，本申請提供了一種電源轉換電路，包括第一開關管、第二開關管、電容和如第一方面或第一方面任一種可能的實現方式所述的薄膜電感；
所述第一開關管的一端與所述第二開關管的一端相連，
所述薄膜電感的一端連接在所述第一開關管的一端和所述第二開關管的一端之間，所述薄膜電感的另一端與所述電容的一端相連；所述電容的另一端與所述第二開關管的另一端相連；
在所述第一開關管導通且所述第二開關管關斷的情況下，流經所述薄膜電感的電流變大；
在所述第一開關管關斷且所述第二開關管導通的情況下，所述電容兩端的電壓反向的加載在所述薄膜電感上，流經所述薄膜電感的電流變小。
在本申請提供的電源轉換電路中，由于所采用的薄膜電感的內層磁性薄膜先于外層磁性薄膜達到磁飽和，所以該薄膜電感能夠正常工作。也即，該薄膜電感的電感量不會驟然下降到接近于零，從而使得采用了該薄膜電感的電源轉換電路中的器件不會由于電流過大而燒毀。
第三方面，本申請提供了一種芯片，包括如第二方面所述的電源轉換電路和負載，所述電源轉換電路與所述負載連接且用于向所述負載供電。
在本申請提供的芯片中，由于所采用的薄膜電感的內層磁性薄膜先于外層磁性薄膜達到磁飽和，所以該薄膜電感能夠正常工作。也即，該薄膜電感的電感量不會驟然下降到接近于零，從而使得采用了該薄膜電感的電源轉換電路中的器件不會由于電流過大而燒毀。進一步地，也提高了該芯片的安全性能。
附圖說明
圖1a是現有技術中薄膜電感的截面結構圖；
圖1b是使用ni80fe20材料的磁包銅薄膜電感的磁感應強度的分布圖；
圖2是本申請提供的一種薄膜電感的截面結構圖；
圖3是本申請提供的一種薄膜電感的側視圖；
圖4是本申請提供的一種電源轉換電路的示意圖；
圖5是本申請提供的另一種電源轉換電路的示意圖；
圖6是本申請提供的應用圖4所示電源轉換電路的芯片的內部電路圖；
圖7是本申請提供的另一種應用圖4所示電源轉換電路的電路圖。
具體實施方式
下面將結合本申請中的附圖，對本申請中的技術方案進行清楚且完整地描述。
應理解，本申請的薄膜電感可以應用于電源轉換電路中，也可以應用于其他的電路中，本申請對此不作限定。
首先對于現有技術中的薄膜電感做簡單的介紹。參見附圖1a，圖1a為現有技術中薄膜電感的截面圖。該薄膜電感100包括薄膜磁芯110和導電體120，導電體120位于該薄膜磁芯110的內腔。該導電體120通電后，該薄膜磁芯110中每層磁性薄膜產生的磁通路徑為對應的磁性薄膜在如圖1a所示的截面圖中的環形路徑。為了減少薄膜磁芯110上的渦流損耗，薄膜磁芯110都是由多層磁性薄膜構成，多層磁性薄膜層層套嵌，每層磁性薄膜均呈筒狀結構，每層磁性薄膜在圖1a所示截面所在平面上的周長都是不一樣的。以圖1a所示的磁性薄膜111和112為例，靠近該導電體120的磁性薄膜111為內層磁性薄膜，相對的，遠離該導電體120的磁性薄膜112為外層磁性薄膜。磁性薄膜111的周長小于磁性薄膜112的周長，對應地，磁性薄膜111的磁通路徑的等效長度也短于磁性薄膜112的磁通路徑的等效長度。這意味著磁性薄膜111的磁阻小于磁性薄膜112的磁阻，相應的，磁性薄膜111相對于磁性薄膜112來說，具有更大的磁感應強度(也可以理解為磁通密度)。那么，在相同條件下，相較于磁性薄膜112而言，磁性薄膜111的磁感應強度很容易率先達到磁飽和狀態，從而導致磁性薄膜111的相對磁導率接近為零，進而使得薄膜電感100的電感量急劇下降。相應的，采用薄膜電感100的電源轉換電路中的電流將會激增，嚴重時甚至燒毀該電源轉換電路中的元器件。
需要說明的是，每層磁性薄膜均是有一定厚度的，也即每層磁性薄膜均存在內表面和外表面。應當知道的是，內表面的磁通路徑的長度小于外表面的磁通路徑的長度。其中，參見附圖1a，所謂磁通路徑的長度是指磁通路徑在圖1a所示截面所在平面中的長度。由于每層磁性薄膜均具有一定的厚度，因此磁性薄膜的磁通路徑的長度是不容易準確地確定的，所以上文中用“磁性薄膜的磁通路徑的等效長度”來描述磁性薄膜的磁通路徑的長度。容易理解的是，磁性薄膜的磁通路徑的等效長度是位于該磁性薄膜的內表面的磁性路徑的長度和該磁性薄膜的外表面的磁性路徑的長度之間的。
其次，結合圖1a，通過下述公式描述各個參數之間的關系：
r＝l/μ0μra，其中，r為某層磁性薄膜的磁阻，l為通電后的導電體在該層磁性薄膜中產生的磁通回路的等效長度，μ0為真空磁導率，μr為磁性薄膜的相對磁導率，a該層磁性薄膜的厚度與該層磁性薄膜的長度的乘積，所謂該層磁性薄膜的長度是自該層磁性薄膜所呈現的筒狀結構的一端開口向另一端開口延伸的長度；
φ＝ni/r，其中，φ為通電后的導電體在該磁性薄膜中產生的磁通，n為導電體的線圈匝數，i為流經于導電體的電流；
b＝φ/a，其中，b為該層磁性薄膜所產生的磁感應強度；
由上述三個公式可以得到：b＝niμ0μr/l，即，在參數n、i、μ0和μr均相同的情況下，磁感應強度b與磁性薄膜的磁通路徑的等效長度l成反比。
這進一步驗證了，在內層磁性薄膜的飽和磁感應強度和外層磁性薄膜的飽和磁感應強度相同，且內外層磁性薄膜的參數n、i、μ0和μr也相同的情況下，由于內層磁性薄膜的長度l較小，所以內層磁性薄膜將會比外層磁性薄膜更快達到磁飽和狀態。
圖1b所示為使用ni80fe20材料的磁包銅薄膜電感的磁感應強度的分布圖。圖1b所示的水平方向的橫軸即為圖1a中所示的y軸方向，且橫軸對應的坐標范圍為該薄膜電感在圖1a所示的y軸方向的40um的區域，圖1b所示的豎直方向的縱軸用于表示該薄膜電感中的磁性薄膜的磁感應強度。ni80fe20的最大磁感應強度bs為1t，從圖1b中可以看出，在區域d1和d2范圍內的磁性薄膜(即包括磁性薄膜112在內的靠近導電體的磁性薄膜)的磁感應強度大于或等于材料的最大磁感應強度，達到飽和狀態，從而導致達到磁飽和的磁性薄膜的相對磁導率接近為零，進而使得該薄膜電感的電感量急劇下降。
針對現有技術存在的問題，本申請提供一種薄膜電感。參見附圖2，圖2為本申請提供的薄膜電感的截面結構圖。如圖2所示，該薄膜電感200包括薄膜磁芯210和至少一個導電體220，所述薄膜磁芯200呈兩端開口的筒狀結構，所述薄膜磁芯200包括多層磁性薄膜(211,212,213,214)，每層磁性薄膜均呈兩端開口的筒狀結構，所述多層磁性薄膜層層嵌套，每相鄰兩層磁性薄膜之間間隔有絕緣層，所述至少一個導電體220位于所述多層磁性薄膜中最內層薄膜磁性211的內腔中。
每相鄰兩層磁性薄膜包括內層磁性薄膜和外層磁性薄膜，所述內層磁性薄膜嵌套在所述外層磁性薄膜內，所述內層磁性薄膜的相對磁導率小于或等于所述外層磁性薄膜的相對磁導率。所述多層磁性薄膜至少包括相鄰的第一磁性薄膜和第二磁性薄膜，所述第一磁性薄膜嵌套在所述第二磁性薄膜內，且所述第一磁性薄膜的相對磁導率小于所述第二磁性薄膜的相對磁導率，且所述第一磁性薄膜的相對磁導率和所述第二磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于第一閾值，其中，在所述第二磁性薄膜的磁感應強度達到所述第二磁性薄膜的飽和磁感應強度的情況下，所述第一磁性薄膜的磁感應強度小于或等于所述第一磁性薄膜的飽和磁感應強度。
作為本發明的一個實施例，所述第一閾值為50.
值得注意的是，對于“所述薄膜磁芯100呈兩端開口的筒狀結構”，可以參見附圖3所示的薄膜電感。圖3是本發明提供的薄膜電感300的外部結構圖，容易看出，該薄膜電感300的兩端均呈開口狀，且位于該兩端之間的是一筒狀結構。還需要說明的是，圖3中箭頭所指的方向即為從薄膜電感300的一端開口向另一端開口的延伸方向。
需要說明的是，所謂的多層磁性薄膜層層嵌套，可以理解為該多層磁性薄膜的形狀是相同的，不過尺寸不同而已。具體的，在層層嵌套的多層磁性薄膜中，位于外層的磁性薄膜的尺寸要大于位于內層的磁性薄膜的尺寸。以附圖2所述的薄膜電感為例進行說明，參見附圖2，磁性薄膜212相對于磁性薄膜211來說，磁性薄膜212是外層磁性薄膜，磁性薄膜211是內層磁性薄膜。在y軸用于表示磁性薄膜的高度所在的方向，且x軸用于表示磁性薄膜的寬度所在的方向的情況下，則磁性薄膜212的高度大于磁性薄膜211的高度，且磁性薄膜212的寬度大于磁性薄膜211的寬度。
值得注意的是，磁性薄膜的相對磁導率μr，是磁性薄膜的磁導率μ和真空磁導率μ0的比值：
μ0＝4π×10-7v.s/(a.m)≈1.2566370614...×10-6h.m或n.a-2或t.m/a或wb/(a.m).
應當知道的是，磁性薄膜的磁導率不僅與該磁性薄膜所采用的材料有關，也與該磁性薄膜的厚度或加工工藝等因素有關。其中，所謂加工工藝包括濺射電壓、功率或溫度等性能。相應的，磁性薄膜的相對磁導率也不僅與該磁性薄膜所采用的材料有關，也與該磁性薄膜的厚度或加工工藝等因素有關。
磁感應強度也被稱為磁通量密度或磁通密度，是一個表示貫穿一個標準面積的磁通量的物理量，其符號是b，國際單位制導出單位是t。飽和磁感應強度，也就是飽和磁通密度。當給一個磁體施加一個磁場以后，隨著磁場強度的增大，磁通密度也隨之增大。但是磁通密度有一個極限值，到了這個極限值以后，磁場強度再增大，磁通密度也無法隨之增大了，此即為飽和磁通密度。
磁性薄膜的飽和磁感應強度僅僅和磁性薄膜所采用的材料有關。在磁性薄膜所采用的材料確定的情況下，該磁性薄膜的飽和磁感應強度也是確定的。若兩個磁性薄膜分別采用不同的材料，則通常來說，這兩個磁性薄膜的飽和磁感應強度是不同的。
需要說明的是，前述絕緣層所采用的材料可以是二氧化硅、氮化硅或者其他絕緣的有機材料涂層。
值得注意的是，所謂的多層磁性薄膜的層數是指兩層或兩層以上。不過，實際應用中，多層磁性薄膜的層數通常是十層以上。
針對“所述多層磁性薄膜至少包括相鄰的第一磁性薄膜和第二磁性薄膜，所述第一磁性薄膜嵌套在所述第二磁性薄膜內”的限定。作為本發明的一個實施例，該第一磁性薄膜可以為所述多層磁性薄膜中最內層的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜211)。作為本發明的另一個實施例，該第二磁性薄膜可以為所述多層磁性薄膜中最外層的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜214)。作為本發明的再一個實施例，則該第一磁性薄膜不是所述多層磁性薄膜中最內層的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜212)，且該第二磁性薄膜不是所述多層磁性薄膜中最外層的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜213)。
若所述多層磁性薄膜的層數為兩層，則該第一磁性薄膜必然為最內層的磁性薄膜，且該第二磁性薄膜必然為最外層的磁性薄膜。
在所述多層磁性薄膜的層數為三層的時候，如果該第一磁性薄膜為所述多層磁性薄膜中最內層的磁性薄膜，則最外層磁性薄膜的相對磁導率大于或等于該第二磁性薄膜的相對磁導率。
可選的，該最外層磁性薄膜的相對磁導率和該第二磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于所述第一閾值，且在該最外層磁性薄膜的磁感應強度達到該最外層磁性薄膜的飽和磁感應強度時，該第二磁性薄膜的磁感應強度小于或等于該第二磁性薄膜的飽和磁感應強度。
在所述多層磁性薄膜的層數為三層的時候，如果該第二磁性薄膜為所述多層磁性薄膜中最外層的磁性薄膜，則該第一磁性薄膜的相對磁導率大于或等于該最內層磁性薄膜的相對磁導率。
可選的，該第一磁性薄膜的相對磁導率和該最內層磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于所述第一閾值，且在該第一磁性薄膜的磁感應強度達到該第一磁性薄膜的飽和磁感應強度時，該最內層磁性薄膜的磁感應強度小于或等于該最內層磁性薄膜的飽和磁感應強度。
在所述多層磁性薄膜的層數為四層或四層以上的時候(參見附圖2)，如果該第一磁性薄膜為所述多層磁性薄膜中最內層的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜211)，則位于該第二磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜212)外側且與該第二磁性薄膜相鄰的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜213)的相對磁導率大于或等于該第二磁性薄膜的相對磁導率，并且，在位于該第二磁性薄膜外側的每相鄰兩層磁性薄膜中，外層磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜214)的相對磁導率大于或等于內層磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜213)的相對磁導率，其中在每相鄰兩層磁性薄膜中，內層磁性薄膜是被嵌套在外層磁性薄膜內的。
可選的，位于該第二磁性薄膜外側且與該第二磁性薄膜相鄰的磁性薄膜的相對磁導率與該第二磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于所述第一閾值，且在位于該第二磁性薄膜外側且與該第二磁性薄膜相鄰的磁性薄膜的磁感應強度達到位于該第二磁性薄膜外側且與該第二磁性薄膜相鄰的磁性薄膜的飽和磁感應強度時，該第二磁性薄膜的磁感應強度小于或等于該第二磁性薄膜的飽和磁感應強度。并且在位于該第二磁性薄膜外側的每相鄰兩層磁性薄膜中，外層磁性薄膜的相對磁導率和內層磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于所述第一閾值，且在外層磁性薄膜的磁感應強度達到該外層磁性薄膜的飽和磁感應強度時，內層磁性薄膜的磁感應強度小于或等于該內層磁性薄膜的飽和磁感應強度。
在所述多層磁性薄膜的層數為四層或四層以上的時候(參見附圖2)，如果該第二磁性薄膜為所述多層磁性薄膜中最外層的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜214)，則該第一磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜213)的相對磁導率大于或等于位于該第一磁性薄膜內側且與該第一磁性薄膜相鄰的磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜212)的相對磁導率，并且，在位于該第一磁性薄膜內側的每相鄰兩層磁性薄膜中，外層磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜212)的相對磁導率大于或等于內層磁性薄膜(如圖2中的磁性薄膜211)的相對磁導率，其中在每相鄰兩層磁性薄膜中，內層磁性薄膜是被嵌套在外層磁性薄膜內的。
可選的，該第一磁性薄膜的相對磁導率與位于該第一磁性薄膜內側且與該第一磁性薄膜相鄰的磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于所述第一閾值，且在該第一磁性薄膜的磁感應強度達到該第一磁性薄膜的飽和磁感應強度時，位于該第一磁性薄膜內側且與該第一磁性薄膜相鄰的磁性薄膜的磁感應強度小于或等于位于該第一磁性薄膜內側且與該第一磁性薄膜相鄰的磁性薄膜的飽和磁感應強度。并且在位于該第一磁性薄膜內側的每相鄰兩層磁性薄膜中，外層磁性薄膜的相對磁導率和內層磁性薄膜的相對磁導率之間的差值大于或等于所述第一閾值，且在外層磁性薄膜的磁感應強度達到該外層磁性薄膜的飽和磁感應強度時，內層磁性薄膜的磁感應強度小于或等于該內層磁性薄膜的飽和磁感應強度。
由上可知，因為在該多層磁性薄膜的每相鄰兩層磁性薄膜中，內層磁性薄膜均不會先于外層磁性薄膜達到磁飽和，從而解決了現有技術中，由于內層磁性薄膜先于外層磁性薄膜達到磁飽和而導致的該薄膜電感的電感量急劇下降的問題。
作為本發明的一個實施例，在第一磁性薄膜所采用的材料和第二磁性薄膜所采用的材料相同的情況下，為了實現第一磁性薄膜的相對磁導率比第二磁性薄膜的相對磁導率小所述第一閾值以上的目的。可選的，第一磁性薄膜的厚度值大于第二磁性薄膜的厚度值，且第一磁性薄膜的厚度值與第二磁性薄膜的厚度值之間的差值小于或等于第二閾值，其中該第二閾值為該第二磁性薄膜的厚度值的五倍。
參見前述所述，應當知道的是，除了磁性薄膜所選用的材料和磁性薄膜的厚度以外，影響磁性薄膜的相對磁導率的還有其他因素，比如該磁性薄膜的周長和該磁性薄膜的加工工藝等。所以在具體限定第一磁性薄膜的厚度和第二磁性薄膜的厚度時，作為本領域的技術人員應當知道，還需要參考磁性薄膜的周長和該磁性薄膜的加工工藝等其他影響因素。需要說明的是，所謂的磁性薄膜的周長是指該磁性薄膜在第一平面上的截面的周長，該第一平面垂直于自該磁性薄膜的一個開口端向另一個開口端延伸的方向。另外，在第一磁性薄膜和第二磁性薄膜采用相同的材料制成的情況下，第一磁性薄膜的飽和磁感應強度和第二磁性薄膜的飽和磁感應強度是相同的。
應當知道的是，在第一磁性薄膜所采用的材料和第二磁性薄膜所采用的材料相同的情況下，為了實現第一磁性薄膜的相對磁導率比第二磁性薄膜的相對磁導率小所述第一閾值以上的目的。可選的，該第一磁性薄膜和該第二磁性薄膜分別采用不同的加工工藝(如濺射電壓、功率和溫度等)制備而成。
作為本發明的另一個實施例，在該第一磁性薄膜所采用的材料和該第二磁性薄膜所采用的材料不相同的情況下，可選的，該第一磁性薄膜的厚度值等于該第二磁性薄膜的厚度值。由于影響磁性薄膜的相對磁導率的因素包括磁性薄膜所采用的材料、磁性薄膜的厚度、磁性薄膜的周長以及磁性薄膜的制備工藝等。因為在該第一磁性薄膜所采用的材料和該第二磁性薄膜所采用的材料不相同的情況下，為了實現該第一磁性薄膜的相對磁導率比該第二磁性薄膜的相對磁導率小所述第一閾值以上的目的，可以在限定其他因素相同的情況下，使得該第一磁性薄膜的厚度值等于該第二磁性薄膜的厚度值。從而使得工藝上更加簡單且容易實現。
應當知道的是，在該第一磁性薄膜所采用的材料和該第二磁性薄膜所采用的材料不相同的情況下，可選的，該第一磁性薄膜的厚度值和該第二磁性薄膜的厚度值是不同的。這種情況下，就需要通過限定該第一磁性薄膜和該第二磁性薄膜所采用的材料，或者通過限定該第一磁性薄膜和該第二磁性薄膜的周長或加工工藝等，實現該第一磁性薄膜的相對磁導率比該第二磁性薄膜的相對磁導率小所述第一閾值以上的目的。
可選的，所述第二磁性薄膜的相對磁導率的選擇需要考慮所述第二磁性薄膜在第一平面上的周長和所述第二磁性薄膜的飽和磁感應強度，其中，第一方向為從所述第二磁性薄膜的一端開口延伸至所述第二磁性薄膜的另一端開口的方向，所述第一平面是所述第二磁性薄膜在沿垂直于所述第一方向的方向上的截面所在的平面。
可選的，所述第一磁性薄膜的相對磁導率的選擇需要考慮所述第一磁性薄膜在第一平面上的周長和所述第一磁性薄膜的飽和磁感應強度，其中，第一方向為從所述第一磁性薄膜的一端開口延伸至所述第一磁性薄膜的另一端開口的方向，所述第一平面是所述第一磁性薄膜在沿垂直于所述第一方向的方向上的截面所在的平面。
正如前文所說的，該第一磁性薄膜和該第二磁性薄膜可以采用不同的材料。可選的，該第一磁性薄膜所采用的材料為ni45fe55，則該第二磁性薄膜所采用的材料為ni80fe20。可選的，該第一磁性薄膜所采用的材料為cozro，則該第二磁性薄膜所采用的材料為cozrta或ni80fe20。可選的，該第一磁性薄膜所采用的材料為cozrta，則該第二磁性薄膜所采用的材料為ni80fe20。
需要說明的是，在本發明中，所謂的“所述至少一個導電體位于所述多層磁性薄膜中最內層磁性薄膜的內腔中”，具體的，所述至少一個導電體中每一導電體的長度方向均與所述最內層磁性薄膜的長度方向相同。其中，所述最內層磁性薄膜的長度方向是指沿所述最內層磁性薄膜的一端開口延伸到所述最內層磁性薄膜的另一端開口的方向。
應當知道的是，所述至少一個導電體中每一導電體均與所述最內層磁性薄膜的內壁絕緣。也即若導電體是設置在所述最內層磁性薄膜的內壁的，則該導電體和該最內層磁性薄膜的內壁之間間隔有絕緣層。在該所述至少一個導電體的數量為兩個以上時，該兩個以上導電體之間是相互隔離的。
可選的，在所述至少一個導電體的數量為兩個以上時，該兩個以上導電體是相同的。
通常，所述至少一個導電體的數量為一個或兩個。在該至少一個導電體的數量為兩個時，該兩個導電體中每一導電體通電后產生的電感量是相同的。
值得注意的是，對于所述多層磁性薄膜中的每層磁性薄膜來說，每層磁性薄膜均包括第一部分和第二部分，如圖2所示，所述第二部分通常為平面結構，所述第一部分可以是梯形的，也可以是弧形的(如圖1a所示的現有技術中的薄膜電感)等。其中，所述第一部分具有第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二部分的第一區域接觸，所述第二端面與所述第二部分的第二區域接觸，其中，所述第二部分的第一區域和所述第二部分的第二區域是相隔離的。
應當知道的是，所述第一端面和所述第二部分的第一區域之間可以設有絕緣層。當然，所述第一端面和所述第二部分的第一區域之間也可以不設絕緣層，也即，所述第一端面和所述第二部分的第一區域之間直接物理接觸，這樣設計的好處是降低磁阻，提高該薄膜電感的電感量。
類似的，所述第二端面和所述第二部分的第二區域之間可以設有絕緣層，也可以不設絕緣層。不設絕緣層的好處也是為了降低磁阻，提高該薄膜電感的電感量。
在本發明中，可選的，所述薄膜磁芯的厚度d1滿足條件：0微米<d1≤50微米。所述薄膜磁性的厚度是指所述薄膜磁性的側壁的厚度，所述薄膜磁性的側壁的厚度包括所述多層磁性薄膜中每層磁性薄膜的厚度，以及位于每相鄰兩層磁性薄膜之間的絕緣層的厚度。相應的，所述多層磁性薄膜中每層磁性薄膜的厚度d2滿足條件：0微米<d2≤10微米。進一步地，位于每相鄰兩層磁性薄膜之間的絕緣層的厚度d3滿足條件：0微米<d3≤2微米。如此，使得該薄膜電感具有較小的體積，從而實現器件的小型化。
值得注意的是，結合前述公式b＝niμ0μr/l，容易知道，在位于該薄膜電感內的某一層磁性薄膜的飽和磁感應強度確定，且參數n、i、μ0和l也都確定的情況下，能夠確定出對應該飽和磁感應強度的最大磁導率。則通過控制該層磁性薄膜的實際磁導率小于其最大磁導率，既可以實現該層磁性薄膜的實際磁感應強度小于其飽和磁感應強度的目的。
前文多次提及第二磁性薄膜的磁感應強度達到該第二磁性薄膜的飽和磁感應強度，或者，外層磁性薄膜的磁感應強度達到該外層磁性薄膜的飽和磁感應強度。作為本領域技術人員，應當知道的是，在實際設置的時候，會在第二磁性薄膜的最大磁感應強度和該第二磁性薄膜的飽和磁感應強度之間設置一定的余量，也即不會讓該第二磁性薄膜那么容易就實現磁飽和的。因為，第二磁性薄膜達到磁飽和也會造成該薄膜電感的感量急劇下降，甚至接近于零的。需要解釋的是，所謂的該第二磁性薄膜的最大磁感應強度是指在薄膜電感的正常工作狀態下，該第二磁性薄膜能夠達到的最大磁感應強度。外層磁性薄膜設置參照第二磁性薄膜的設置，不再重復描述。
參見附圖4，圖4是本發明提供的電源轉換電路920的電路圖。該電源轉換電路920包括第一開光管922、第二開關管924、電容928和如前述任一實施例所述的薄膜電感926.第一開光管922的一端與第二開關管924的一端相連，薄膜電感926的一端連接在第一開光管922的一端和第二開關管924的一端之間，薄膜電感926的另一端與電容928的一端相連，電容928的另一端與第二開關管924的另一端相連。
在第一開關管922導通且第二開關管924關斷的情況下，來自外部電源且流經薄膜電感926的電流將變大；在第一開關管922關斷且第二開關管924導通的情況下，電容928兩端的電壓反向的加載在薄膜電感926上，流經薄膜電感926的電流將變小。
具體的，在第一開關管922導通且第二開關管924關斷的情況下，來自外部電源且流經薄膜電感926的電流上升，并經電容928濾波后供應給負載。在第一開關管922關斷且第二開關管924導通的情況下，電容928兩端的電壓反向的加載在薄膜電感926上，流經薄膜電感926的電流開始下降，完成buck轉換電路中的續流部分。
在本申請提供的電源轉換電路中，由于所采用的薄膜電感的內層磁性薄膜先于外層磁性薄膜達到磁飽和，所以該薄膜電感能夠正常工作。也即，該薄膜電感的電感量不會驟然下降到接近于零，從而使得采用了該薄膜電感的電源轉換電路中的器件不會由于電流過大而燒毀。
可選的，電容928的另一端與第二開關管924的另一端均接地。
容易知道，用在圖4所示電源轉換電路920中的薄膜電感926是單相薄膜電感，也即只包括一個導電體。如果電源轉換電路920中用到的薄膜電感926是兩相的，則該電源轉換電路還應該包括另一對串聯開關管，比如第三開關管和第四開關管，該另一對開關管是用于控制流經另一導電體的電流的大小的，具體請參見附圖5。圖5所示電源轉換電路1000中采用的薄膜電感1005為兩相薄膜電感，也即該薄膜電感1005包括兩個導電體。進一步的，該薄膜電感1005也為本申請中任一關于薄膜電感的實施例描述的薄膜電感。其中，每一相電源轉換電路包括一個導電體和一對開關管。
如圖5所示，第一開關管1001的一端和第二開關管1002的一端連接，薄膜電感1005的一相的第一端連接在第一開關管1001和第二開關管1002之間，薄膜電感1005的一相的第二端與電容1006的一端連接；第三開關管1003的一端和第四開關管1004的一端連接，薄膜電感1005的另一相的第一端連接在第三開關管1003和第四開關管1004之間，薄膜電感1005的另一相的第二端與電容1006的一端連接，電容1006的第二端、第二開關管1002的另一端以及第四開關管1004的另一端均接地。
具體的，第一相電源轉換電路包括第一開關管1001、第二開關管1002以及薄膜電感1005的一相。在第一開關管10011開始導通且第二開關管1002關斷時，直流電流通過薄膜電感1005中與第一開關管1001連接的一相，薄膜電感1005的電流開始上升，并經電容1006濾波后給負載r供電。在第一開關管1001關斷且第二開關管1002開始導通時，電容1006上的電壓反向加在薄膜電感1005上，薄膜電感1005的電流開始下降，完成buck轉換電路中的續流部分。
同理，第二相電源轉換電路包括第三開關管1003、第四開關管1004以及薄膜電感1005的另一相。在第三開關管1003開始導通且第四開關管1004關斷時，直流電流通過薄膜電感1005中與第三開關管1003連接的一相，薄膜電感1005的電流開始上升，并經電容1006濾波后給負載r供電。在第三開關管1003關斷且第四開關管1004開始導通時，電容1006上的電壓反向加在薄膜電感1005上，薄膜電感1005的電流開始下降，完成buck轉換電路中的續流部分。
在本實施例中，電源轉換電路包括開關管q1q2、q3、q4和薄膜電感單元l1。具體的，根據負載對電流的要求，可以采用一個或多個如本實施例所述的電源轉換電路通過并聯的方式實現對負載供電。
進一步地，參見附圖6，圖6所示為一種芯片內的電路圖。該芯片內的電路包括如圖4所示電源轉換電路920和負載930。沿用前述對圖4所示電源轉換電路920的描述，在圖6所示的芯片的內部電路中，負載930的一端與薄膜電感926的另一端連接，另一端與電容928的另一端連接。電源轉換電路920用于接收來自外部電源的電流并對該電流進行轉換處理后提供給負載930。
再進一步地，參見附圖7，圖7所示的電路圖相對于圖6所示的電路圖來說還包括直流電源910。沿用前述對圖4所示電源轉換電路的描述，在圖7所示的電路圖中，第一開關管922的另一端與直流電源910的正極連接，所述第二開關管924的另一端與直流電源910的負極連接。具體的，該電源轉換電路920用于接收來自直流電源910的電流并對該電流進行轉換處理后，供應給該負載930.
以上，僅為本發明的具體實施方式，但本申請的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本申請揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本申請的保護范圍之內。因此，本申請的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
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