Penn Engineers entwickeln CMOS-kompatiblen vertikalen Ringinduktor für die On-Chip-Integration

PHILADELPHIA – 2. Dezember 2025 – Forscher der MicroSensors and MicroActuators Group der University of Pennsylvania haben einen Durchbruch vorgestelltvertikaler Ringinduktordirekt in Siliziumwafer eingebettet und ermöglicht so eine ultrakompakte On-Chip-Integration für Leistungswandler und Hochfrequenzelektronik. Die in einer führenden Fachzeitschrift für Mikroelektronik veröffentlichte Studie beschreibt einen CMOS-kompatiblen Herstellungsprozess, der die Herausforderung der Einbettung 3D-Magnetstrukturen in tiefe Siliziumgräben meistert.

Der Prototypvertikaler Ringinduktorerreicht eine Induktivität von 60 nH, einen Gleichstromwiderstand von 399 mΩ und einen Qualitätsfaktor von 17,5 bei 70 MHz – Leistungskennzahlen, die mit herkömmlichen oberflächenmontierten Induktivitäten mithalten können und dabei deutlich weniger Platz beanspruchen. Durch den Einsatz von mehrstufigem Waferätzen, Hohlraumformung und Durchkontaktierungen durch den Wafer gelang es dem Team, den Induktor erfolgreich in das Siliziumsubstrat zu integrieren, wobei digitale Steuerschaltkreise und Leistungsschalter auf der Waferoberfläche positioniert wurden. Dieses Design reduziert die Gesamtgröße von DC/DC-Wandlern um bis zu 40 % und beseitigt damit einen großen Engpass bei der Miniaturisierung tragbarer Elektronik, Wearables und IoT-Geräte.

„Einbettungvertikale Ringinduktoren„In der Siliziummasse wird ungenutztes Volumen freigesetzt, was komplexere und kompaktere Systeme ermöglicht“, sagte der leitende Forscher. Die Technologie ist besonders vielversprechend für 3D-ICs und Energiemanagementmodule der nächsten Generation, bei denen Platzeffizienz und thermische Leistung von entscheidender Bedeutung sind. Das Team arbeitet derzeit mit Halbleiterherstellern zusammen, um den Prozess für die Massenproduktion zu skalieren.