[发明专利]具有提供高品质因数的多个互耦金属化层的矢量电感器

说明书

技术领域

该专利申请涉及电感器，更具体地说，涉及以小形状因子来提供非常高的品质因数的矢量电感器。

背景技术

电感器是无源的二端电组件，其当电流通过它时临时存储电能量。当流过电感器的电流随着时间而改变时，所得时变磁场感生电压。电感器可以由其电感——该电压对于电流的改变速率的比率来表征。

电感器一般用在很多不同类型的交流(AC)电路中，并且尤其是射频(RF)电路中。电感器与电容器和其它组件组合以实现滤波器、谐振器、调谐器以及其它功能。在同时尽可能小并且廉价的同时，电子设备(例如智能电话、平板、膝上型计算机等)现在典型地期待使用很多不同的无线电通信协议并且在宽的各种频率上操作。电感器设计变为实现这些目标的关键方面。

发明内容

问题描述

品质或Q因数是关于组件的电感与电阻之间的比率表征电感器的无量纲参数。在RF设计中，Q一般被看作表征谐振电路相对于其中心频率的带宽。更高的Q指示更低的相对于所存储的能量的能量损耗率。因此期望实现具有更高Q因数的谐振器，其中，相对于中心频率的带宽必须增加。对于高Q的需求因此是必须处理越来越高的数据率的现今通信设备的特性。高Q调谐电路还提供更大的选择性；也就是说，其在滤除来自相邻信道的信号方面做得更好。高Q振荡器也在更小的频率范围内谐振，并且因此更稳定。

关于组件设计的附加考虑是其占据的物理空间。可以在还改进Q的同时增加特定量的电路面积中可用的给定的电感量的任何方法将通常是优选的。

如果对于特定的基于集成电路(IC)的设计需要电感器集合，则使用与IC分离的分立式电感器可能归因于需要在电感器集合与其它组件之间进行很多互连而导致实现方式问题。这种情形已经在将尽可能多的所需电感器集成到半导体器件自身中的方向上激发很多电路设计者。

然而，电感器集成到IC中归因于电感器的固有磁性质而产生其它问题。可以使用采用经典分立式电感器组件中所使用的“线圈”或“螺旋”形状的导体来实现IC电感器。因为用于电流在这些结构中流动的路径必须是弯曲的或有角的，因此所感生的磁场倾向于沿着螺旋导电路径的最短可能路径(即沿着最内边沿)逼迫电子。这进而限制用于在增加频率的情况下改进电感器的Q的能力。

因此，通常据信，我们必须增加导电路径必须增加的大小或各相邻匝之间的磁耦合，以提供增加的Q。

在电感器必须尽可能小的情况下，螺旋形状的电感器因此据信对于提供高Q是较不理想的。

也可以通过包括晶体管的有源电路组件来实现电感器。但基于有源电路的电感器关于线性度带来其它挑战。

优选解决方案的概述

上述和其它有关问题激励本发明的各方面，以小形状因子展现非常高Q的矢量电感器组件，其易于合并到基于IC的设计和印制电路板设计中。

在一种布置中，所述矢量电感器包括多个导电元件，均形成为导电材料的单独条带或片块。所述导电元件被布置在垂直堆叠中并且彼此紧密耦合。介电质提供于所述堆叠中的每一对相邻导电元件之间。所述介电质具有电容率并且足够薄，从而提供各相邻导电元件之间的至少二分之一或更大(并且优选地接近0.9或更高)的互感系数。可以通过将介电质构造为非常薄(典型地至少比相邻导体更薄)来实现高互导。

部署在两个或更多个导电元件之间的介电质可以展现远小于1的介电损耗角正切(T_and)。

在电感器充当分立式组件的情况下，各导体可以彼此连接。在所述电感器待包括为并联LC谐振电路或串联LC谐振电路的部分的情况下，所述电感器可以在所述垂直堆叠中仅经由顶部导电元件和底部导电元件直接连接到电容器。

在一种配置中，所述电感器包括多个部件，其中，每个部件包括(i)印制电路板衬底所提供的介电层中的给定介电层；以及(ii)作为所述衬底的任一侧上所部署的金属条带的两个导体。然后以经由粘接层彼此附连的多个部件来形成所述电感器。

所述导体通常是具有从输入端延伸到输出端以激励最大电流流动的至少两个并联侧壁的金属的矩形条带，避免弯曲的路径或有角的路径。这样确保所述导电场路径从输入端到输出端尽可能是笔直的。

附图说明

以下的详细描述参照附图，其中：

图1是以所堆叠的导体和介电层形成的矢量电感器的截面图；

图2是矢量电感器的部分的更详细截面视图；

图3A和图3B是用于导体的两种不同形状的顶视图；

图4是以粘接在一起的多个印制电路板部件形成的矢量电感器的具体实施例的更详细截面视图；