一種集成變壓器的製作方法
2023-07-13 00:04:56
專利名稱：一種集成變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域內的小型集成信號的功率變壓器，具體涉及利用相鄰的兩層導體構成的空心互耦線圈形成的集成變壓器。
背景技術：
集成變壓器是集成在晶片內部的互耦線圈。其作用與普通的外部變壓器類似，主要是用於隔離輸入與輸出信號或者傳遞少量能量。將變壓器集成在晶片上，再加上一些編解碼集成電路的輔助，可以替代光耦等傳統的體積較大的隔離信號傳遞元件，從而減小整體電路的體積與成本。目前，以集成變壓器為核心的磁耦隔離器在體積、功耗以及速率等方面都優於光耦。集成變壓器還可以用於傳遞微小功率，製作片內隔離開關電源。雖然這種集成電源在紋波幅度、調整範圍、額定功率、以及功耗等技術指標上還不能達到外部電源的水平， 但是，它具有設計指標靈活、成本低廉、可集成等外部電源不可比擬的優勢。因此，集成變壓器會成為未來變壓器發展的一種趨勢。目前，主要的集成變壓器結構是平面式。即在每層導體上以螺旋線的形式作線圈，兩層螺旋線的中心位置對齊，即形成最直觀的變壓器結構如圖1所示。在ADI公司的 iCoupler技術中應用了這種變壓器結構，其主要用處是磁隔離傳輸一個經過高頻調製的模擬信號，以實現輸入輸出信號直流隔離的效果。這種集成變壓器耦合係數高，線圈電感和線圈之間的電容容易控制。但是，這種結構的變壓器有兩個個較大的缺點第一、由於磁芯窗口面積直接佔用了導體層面積，並且多圈平面螺旋走線也受到最小線寬及匝數的限制，所以這種結構佔用的總的導體層面積很大；第二、對於初級或者次級單邊線圈，要將螺旋線圈內側的埠引出需要跨越一層絕緣層至另一層金屬，也即需要多佔用一層金屬，初級次級雙邊線圈則需要多佔用兩層金屬。上述缺點不利於集成電路性能的提高及成本的降低。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有的集成變壓器的上述的缺點，提出了一種集成變壓
本發明的技術方案是一種集成變壓器，包括初級線圈和次級線圈所述初級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔；所述第一導體層導線與第二導體層導線在導線的端點處通過一個連接孔連接，每個第一導體層導線最少與一個、最多與兩個第二導體層導線通過連接孔連接，每個第二導體層導線最少與一個、最多與兩個第一導體層導線通過連接孔連接；相鄰的第一導體層導線與第二導體層導線之間只有一個連接孔；所述次級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔；所述第一導體層導線與第二導體層導線在導線的端點處通過一個連接孔連接， 每個第一導體層導線最少與一個、最多與兩個第二導體層導線通過連接孔連接，每個第二導體層導線最少與一個、最多與兩個第一導體層導線通過連接孔連接；相鄰的第一導體層導線與第二導體層導線之間只有一個連接孔；所述第一導體層導線位於第一導體層上，所述第二導體層導線位於第二導體層上，所述第一導體層與所述第二導體層平行；所述初級線圈和次級線圈的所有第一導體層導線長度相等、平行並且沒有交疊；所述初級線圈和次級線圈的所有第二導體層導線長度相等、平行並且沒有交疊。所述第一導體層和第二導體層的所有導線的中點在任意導體層平面上的投影在一條直線上。所述連接孔由一個或多個相鄰的通孔構成。所述導體為金屬。本發明的有益效果本發明利用相鄰的兩層導體構成的空心互耦線圈形成集成變壓器，所述的集成變壓器的初級線圈和次級線圈的第一導體層和第二導體層的所有導線的中點在任意導體層平面上的投影在一條直線上，因此可以使磁芯窗口面與導體層平面垂直，並且利用了兩層導體層間的絕緣層厚度，作為磁芯窗口面的寬度，減小了佔用的導體層面積，也即減小了總版圖面積。集成變壓器的初級線圈埠與次級線圈埠也均可以直接從第一導體層或第二導體層引出，不需要耗費額外的導體層來引線，降低了成本。
圖1是平面結構變壓器結構示意圖。圖2是本發明實施例一的集成變壓器結構投影示意圖。圖3是本發明實施例二的集成變壓器結構投影示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。本發明的集成變壓器，包括初級線圈和次級線圈所述初級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔；所述第一導體層導線與第二導體層導線在導線的端點處通過一個連接孔連接，每個第一導體層導線最少與一個、最多與兩個第二導體層導線通過連接孔連接，每個第二導體層導線最少與一個、最多與兩個第一導體層導線通過連接孔連接；相鄰的第一導體層導線與第二導體層導線之間只有一個連接孔。所述次級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔；所述第一導體層導線與第二導體層導線在導線的端點處通過一個連接孔連接， 每個第一導體層導線最少與一個、最多與兩個第二導體層導線通過連接孔連接，每個第二導體層導線最少與一個、最多與兩個第一導體層導線通過連接孔連接；相鄰的第一導體層導線與第二導體層導線之間只有一個連接孔。所述第一導體層導線位於第一導體層上，所述第二導體層導線位於第二導體層上，所述第一導體層與所述第二導體層平行；所述初級線圈和次級線圈的所有第一導體層導線長度相等、平行並且沒有交疊；所述初級線圈和次級線圈的所有第二導體層導線長度相等、平行並且沒有交疊。所述第一導體層和第二導體層的所有導線的中點在任意導體層平面上的投影在一條直線上。在這裡，沒有對導體層導線的寬度進行限制，導體層導線之間雖然平行，但有可能有交疊的部分，在本發明中要求導體層導線之間沒有交疊。這裡，連接孔由一個或多個相鄰的通孔構成，通孔用來連接第一導體層導線與第二導體層導線，在工藝製作中，通孔的尺寸是一定的，在某些場合，需要增加電流能力，就需要多個通孔構成一個連接孔，這裡的「相鄰」是指通孔以工藝要求的尺寸排列。所述的導體為金屬。可以看出，這裡初級線圈和次級線圈之間沒有通過任何導體層或連接孔相連。下面通過兩個實施例進行具體說明。實施例一集成變壓器結構投影示意圖如圖2所示，具體為將空間立體的集成變壓器結構投影到任意一個與兩層導體層平行的平面上。A、C兩埠之間的導體線構成初級線圈，B、D兩埠之間的導體線構成次級線圈。初級線圈從A點開始，在第一導體層上作出一條等寬導體線到E點，AE構成了初級線圈的一個第一導體層導線，AE寬度由變壓器線圈流過的峰值電流值決定，AE長度由變壓器所需的磁芯窗口大小決定。在E點通過隔離層的連接孔連接到第二導體層，再在第二導體層上作出一條等寬導體線到F點，F點與A點不重合，EF寬度由變壓器線圈流過的峰值電流值決定，EF長度由變壓器所需的磁芯窗口大小決定，再在F點通過隔離層的連接孔連接到第一導體層，便形成了一匝線圈。後面依次類推到所需的匝數，這裡的連接孔由一個通孔構成，單邊線圈投影到金屬平面上的投影為鋸齒波形狀。次級線圈的構造與初級線圈相同，次級線圈磁芯窗口與初級線圈對齊。次級線圈匝數由所設計變壓器需求確定。實施例二 集成變壓器結構投影示意圖如圖3所示，具體為將空間立體的集成變壓器結構投影到任意一個與兩層導體層平行的平面上。A、C兩埠之間的導體線構成初級線圈，B、D兩埠之間的導體線構成次級線圈。初級線圈從A點開始，在第一導體層上作出一條等寬導體線到E點，AE構成了初級線圈的一個第一導體層導線，AE寬度由變壓器線圈流過的峰值電流值決定，AE長度由變壓器所需的磁芯窗口大小決定。在E點通過隔離層的連接孔連接到第二導體層，再在第二導體層上作出一條等寬導體線到F點，F點與A點不重合，EF寬度由變壓器線圈流過的峰值電流值決定，EF長度由變壓器所需的磁芯窗口大小決定，再在F點通過隔離層的連接孔連接到第一導體層，便形成了一匝線圈。後面依次類推到所需的匝數，這裡的連接孔由一個通孔構成，單邊線圈投影到金屬平面上的投影為三角波形狀。次級線圈的構造與初級線圈相同，次級線圈磁芯窗口與初級線圈對齊。次級線圈匝數由所設計變壓器需求確定。本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種集成變壓器，包括初級線圈和次級線圈，其特徵在於，所述初級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔；所述第一導體層導線與第二導體層導線在導線的端點處通過一個連接孔連接，每個第一導體層導線最少與一個、 最多與兩個第二導體層導線通過連接孔連接，每個第二導體層導線最少與一個、最多與兩個第一導體層導線通過連接孔連接；相鄰的第一導體層導線與第二導體層導線之間只有一個連接孔；所述次級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔；所述第一導體層導線與第二導體層導線在導線的端點處通過一個連接孔連接，每個第一導體層導線最少與一個、最多與兩個第二導體層導線通過連接孔連接，每個第二導體層導線最少與一個、最多與兩個第一導體層導線通過連接孔連接；相鄰的第一導體層導線與第二導體層導線之間只有一個連接孔；所述第一導體層導線位於第一導體層上，所述第二導體層導線位於第二導體層上，所述第一導體層與所述第二導體層平行；所述初級線圈和次級線圈的所有第一導體層導線長度相等、平行並且沒有交疊；所述初級線圈和次級線圈的所有第二導體層導線長度相等、平行並且沒有交疊，所述第一導體層和第二導體層的所有導線的中點在任意導體層平面上的投影在一條直線上。
2.根據權利要求1所述的集成變壓器，其特徵在於，所述的連接孔由一個或多個相鄰的通孔構成。
3.根據權利要求1或2所述的集成變壓器，其特徵在於，所述的導體為金屬。
全文摘要
本發明公開了一種集成變壓器，具體包括初級線圈和次級線圈，所述初級線圈和次級線圈包括至少一個第一導體層導線、至少一個第二導體層導線和至少一個連接孔。本發明利用相鄰的兩層導體構成的空心互耦線圈形成集成變壓器，所述的集成變壓器的初級線圈和次級線圈的第一導體層和第二導體層的所有導線的中點在任意導體層平面上的投影在一條直線上，因此可以使磁芯窗口面與導體層平面垂直，並且利用了兩層導體層間的絕緣層厚度，作為磁芯窗口面的寬度，減小了佔用的導體層面積。
文檔編號H01L23/522GK102360796SQ201110204919
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者吳瓊樂, 唐莉芳, 方健, 李曼, 楊毓俊, 柏文斌, 梁晨隴, 王澤華, 管超, 陳呂贇, 黎俐 申請人:電子科技大學