[发明专利]分层多端口螺旋电感器在审

专利信息
申请号: 201910205000.8 申请日: 2019-03-18
公开(公告)号: CN109860148A 公开(公告)日: 2019-06-07
发明(设计)人: 来新泉;孙斌;张赟;钟龙杰;王宇恒 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: H01L23/522 分类号: H01L23/522;H01F17/00;H01F27/28;H01F27/32
代理公司: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 邵丽丽;王品华
地址: 710071*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 金属布线层 介质层 螺旋电感器 金属线圈 衬底 电感端口 多层绝缘 层绝缘 多端口 分层 电感 法线 螺旋状金属 中间层金属 差分结构 多层金属 寄生电容 螺旋电感 螺旋线圈 线圈中心 布线层 螺旋状 错开 多匝 两层 三层 收缩 应用
【说明书】:

发明提供一种分层多端口螺旋电感器,包括衬底、多层绝缘介质层、多层金属布线层和过孔;所述衬底上形成多层绝缘介质层,且每层绝缘介质层上都形成有金属布线层,每层绝缘介质层内都有用于连接上下金属布线层的过孔,金属布线层包括螺旋状的金属线圈以及引出的电感端口,所述金属线圈的中心在同一平面法线上,每层金属布线层中具有多匝螺旋状金属线圈,其中任意两匝螺旋线圈之间形成差分结构;任意相邻两层金属布线层中的金属线圈相互错开,任意相邻三层金属布线层中,中间层金属线圈向线圈中心收缩或者扩张。本发明能够提高单位衬底面积的电感值,提供多个电感端口,降低螺旋电感的寄生电容,进而扩大了螺旋电感器的应用范围。

技术领域

本发明属于半导体集成电路领域,涉及一种分层多端口螺旋电感器。

背景技术

电源管理作为集成电路产业的一个重要组成部分,在现代科技的飞速发展过程中电源管理设计不断与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多新理论新技术密切结合,正逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。随着电力电子技术的迅猛发展,电源管理类芯片已经广泛应用于计算机、邮电通信、电力系统和航空航天等领域。进入21世纪以后,手机、数码相机、MP3、MP4、PDA等便携式电池供电产品得到了广泛应用,DC-DC转换器以小体积、大输出电流能力以及良好的瞬态响应逐渐成为了电源管理芯片的主力军,并且近年来呈现了电源芯片小型化,电感的单片集成的发展态势。

这些信息处理设备的小型化、薄型化是这个产业中的一大亮点,也是未来的发展趋势。在电子产品及各部件小型化的进程中,电子系统的动力来源,即电源的小型化同样占有举足轻重的地位。无论哪一种DC-DC变换器,主回路使用的元件只是电子开关、电感和电容,无源元件尤其是电感等磁性元件的体积和重量占到了电源模块全部的30%~40%,电感器件是DC-DC变换器中体积最大的部件之一,其大体积、大重量的缺点难以通PCB工艺进行磁集成一体化设计,这也在很大程度上限制了开关电源模块尺寸进一步的小型化。因此为满足小型化集成化发展趋势,必须要采用新技术新途径来开发高可靠性的小型化DC-DC开关电源模块。

电感集成是有效缩减开关电源体积的另外一种方式。各大电源公司为此都纷纷开发自己的核心技术,以凌力尔特的LTM460xμModule产品为例,该产品提供了众多面向空间受限型电源设计的解决方案,通过将DC-DC控制器、功率晶体管、输入和输出电容器、补偿组件和电感器通过封装内集成(SiP,System in Package)的方式集成在一个像IC芯片大小的紧凑型封装之中,能够解决外围器件占用面积大的问题,而不会牺牲热性能或电性能。另外,如ALTERA旗下经营电源独立品牌Enpirion电源以及EXAR等电源公司,也都在发展高集成度、可数字配置的模拟电源。为了最大限度的缩减电源模块的体积,使用SiP的方法将电感集成到了单个封装之内。然而,SiP的方式达到的集成度仍然有限,为了进一步提高集成度,必须使用片上集成(SoC,System on Chip)的方式将电感实现单片集成。传统的片上螺旋电感器实现的电感值较小,在几个nH的数量级,其所需的DC-DC中的开关频率很高,现阶段半导体工艺技术难以实现如此高的开关频率,阻碍了螺旋电感的实际应用,也阻碍了DC-DC转换器芯片的小型化进程。

发明内容

基于此,本发明提供一种分层多端口螺旋电感器,用于解决现有技术中螺旋电感器电感值不高、寄生电容较大、占用芯片面积较大和性能低的问题,扩大了螺旋电感器的应用范围。

为实现上述目的,本发明包括衬底(Sub)、多层绝缘介质层(O1~On)、多层金属布线层(M1~Mn)和过孔(C1~Cn),n≥1;其特征在于,所述衬底上形成多层绝缘介质层,且每层绝缘介质层上都形成有金属布线层;每层绝缘介质层内都有用于连接上下金属布线层的过孔;金属布线层包括具有螺旋状的金属线圈以及引出的电感端口,每层金属布线层的螺旋状金属线圈的中心在同一平面法线上,每一层金属布线层中具有T匝螺旋状金属线圈,其中T为整数且满足T≥1,每一层任意两匝螺旋线圈之间形成差分结构,任意相邻两层金属布线层中的金属线圈相互错开,任意相邻三层金属布线层中,中间层金属线圈向线圈中心收缩或者扩张。

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