非全凸十六角形變壓器巴倫的製作方法
2023-09-20 13:45:25 1
專利名稱：非全凸十六角形變壓器巴倫的製作方法
技術領域：
本發明屬於集成電路的技術領域，尤其涉及一種適用射頻集成電路片上變壓器巴倫。
背景技術：
目前，變壓器巴倫在射頻片上系統中應用非常廣泛。在射頻電路中的發射和接收部分都需要使用電感及變壓器巴倫，變壓器巴倫在低噪聲放大器、混頻器、功率放大器中實現單端轉雙端的信號耦合，同時也因互感作用提高品質因子和電感值。然而，在實現片上變壓器巴倫時需要降低晶片面積和提供低的變壓器損耗，以及保證信號有效的傳輸。因此，需要改善巴倫的結構，提高其性能。專利號為US20080042792的美國專利公開了一種名為《片上變壓器巴倫》的結構。 參照圖1所示，其使用方形結構的頂層金屬來設計，其中初級12採用串聯方式由外圈到內圈，再由內圈到外圈，次級13採用並聯的方式，從而滿足高的耦合係數，降低次級繞線的電阻，且結構較簡單，便於廣泛應用。但是，相對於邊數不斷增加的六邊形、八邊形等，其品質因子Q值相對較低。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高品質因子，高諧振頻率，高初、次級電感，並只消耗較小晶片面積的變壓器巴倫。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為非全凸十六角形變壓器巴倫， 包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環繞線成的環繞圖形，所述的環繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內凹的八個內角組成，外角和內角之間均為相鄰設置。所述的環繞圖形的外角的角度為90度，內角的角度為135度。所述的初級繞線和次級繞線之間交叉的角度為90度。由於採用了上述的結構，本發明所述的變壓器巴倫在設計上採用非全凸十六角形的結構，在考慮工藝設計規則的基礎上增加巴倫的邊數，從而達到提高該器件性能的目的。 由於工藝上一般採用90度轉角或135度轉角的特點，設計邊數時採用向外凸的角度為90 度，向內凹的角度為135度，這樣使得該變壓器巴倫的初級和次級的長度在面積一定的情況下增大，同時整個變壓器巴倫的邊數的增大又有助於提高品質因子Q值。本發明所述的變壓器巴倫在設計中採用的初級繞線和次級繞線之間交叉角度為 90度，交叉部分相對面積較小，所對應的該巴倫寄生電容值也就會因此而減小，從而提高了其諧振頻率。綜上所述，本發明在片上實現時相對佔用晶片面積較小，每個角部分的摺疊增大了初級和次級繞線的長度，電感的大小與繞線的長度有關且隨著長度的增加而增大，解決了因提高初級和次級電感值增大需要增加繞線匝數的問題，節省了晶片面積。本發明結構簡單新穎，品質因子高，諧振頻率高，初、次級電感高，並只消耗較小的晶片面積，可以在片上射頻接發射系統的電路中提供信號轉換功能，可以在多種工藝下實現，減少電感數量的使用，降低了晶片面積。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的描述。
圖1是現有的片上變壓器巴倫結構圖。圖2是非全凸十六角形的變壓器巴倫結構圖。圖3是非全凸十六角形的變壓器巴倫襯底中的層次圖。圖4是非全凸十六角形的變壓器巴倫電感指標圖。圖5是非全凸十六角形的變壓器巴倫品質因子指標圖。圖6是非全凸十六角形的變壓器巴倫插損指標圖。
具體實施例方式如圖2所示，所述的非全凸十六角形的變壓器巴倫，包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環繞線成的環繞圖形，所述的環繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內凹的八個內角組成，外角和內角之間均為相鄰設置，所述的環繞圖形的外角的角度為90度，內角的角度為135度。其中，埠 1、2、3為初級繞線的埠，2為中心抽頭，4、5為次級繞線的埠。初級和次級繞線主要以當前工藝的頂層金屬為主，這是由於頂層金屬相對其它層金屬厚度較厚，且電導率也較高，其在直流和交流狀態下的阻值也相對較小，有利於提高變壓器巴倫的品質因子Q值和降低插入損耗；所述的初級繞線和次級繞線之間交叉的角度為90度，初級繞線和次級繞線之間金屬交叉部分選用次高層金屬，相對於最高層金屬的厚度稍微降低；中間抽頭部分為避免與其它變壓器巴倫金屬短路選擇從上向下數為第三層金屬。上述的這種布局方式有利於提高變壓器巴倫所要求的特性參數，降低不利於其性能的部分。尤其是採用頂層金屬布線可以提高金屬與襯底之間的距離，降低變壓器巴倫對襯底影響，降低寄生電容。如圖3所示，在所述的非全凸十六角形的變壓器巴倫的襯底中的層次圖中，其中頂層金屬厚度最厚，其次是次層金屬，從第三層開始後各層的金屬厚度相等。依據此特點同時根據高頻條件下的電流在導體中流過時會出現趨膚效應，選擇厚度較厚的頂層金屬來製作變壓器巴倫更有利於其物理上的電學特性。通孔6、通孔7、通孔8分別為高層金屬與次高層金屬之間的連接、次高層金屬與第三層金屬之間的連接、以及第三層金屬與第四層金屬之間的連接，從而實現繞線的金屬交叉避免短路部分的連接，達到好的物理實現效果。再向下為襯底層，襯底的厚度和濃度將影響變壓器巴倫的性能，為了設計的效果選擇厚襯底、 低濃度的襯底摻雜濃度。本發明的性能特性示意圖如圖4、5、6所示。圖4顯示出該變壓器巴倫的初級和次級電感值的大小，以及諧振頻率在13GHz，諧振頻率相對較高有利於變壓器巴倫在較寬的頻段裡的應用。圖5表明非全凸十六角形的變壓器巴倫的初級和次級Q值，其在頻點為7GHz達到最大值16，初級和次級的性能是一致的。圖6表示非全凸十六角形的變壓器巴倫的工作頻帶內的插損情況，在頻率3. 5GHz
4以上其插損較小，且其值是在埠 50歐姆不匹配的情況下取得的。
非全凸十六角形的變壓器巴倫中的計算 設初級電感為Li，次級電感為L2，則
其中變壓器巴倫的初級和次級電感的品質因子分別為Ql，Q2，則
相關的其它參數可以依據相關的文獻資料來計算。
總之，本發明雖然例舉了上述優選實施方式，但是應該說明，雖然本領域的技術人員可以進行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發明的範圍，否則都應該包括在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種非全凸十六角形變壓器巴倫，其特徵在於包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環繞線成的環繞圖形，所述的環繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內凹的八個內角組成，外角和內角之間均為相鄰設置。
2.按照權利要求1所述的非全凸十六角形變壓器巴倫，其特徵在於所述的環繞圖形的外角的角度為90度，內角的角度為135度。
3.按照權利要求1或2所述的非全凸十六角形變壓器巴倫，其特徵在於所述的初級繞線和次級繞線之間交叉的角度為90度。
全文摘要
本發明公開了一種非全凸十六角形變壓器巴倫。非全凸十六角形變壓器巴倫，包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環繞線成的環繞圖形，所述的環繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內凹的八個內角組成，外角和內角之間均為相鄰設置。本發明結構新穎，佔用晶片面積小，諧振頻率高、初和次級電感高。可以在片上系統中提供高諧振頻率和高初、次級電感，可以在BiCMOS和CMOS工藝條件下製作，實現高品質因子、高諧振頻率、高初、次級電感，並只消耗較小的晶片面積。
文檔編號H01L23/522GK102184910SQ20111006744
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者何思遠, 張華斌, 李正平 申請人:廣州潤芯信息技術有限公司