用于集成電路、作為集成電路的一部分的變壓器和電感器的電感元件制造技術

通過包括磁芯(諸如，變壓器)可以改進感應組件。然而，如果磁芯進入磁飽和，則具有磁芯的好處會丟失。避免飽和的一種方法是提供更大的磁芯，但是在集成電子電路的情況下這是昂貴的。發明專利技術人認識到，磁通密度隨著磁芯在某些集成電路中的位置而變化，使得磁芯的部分比其它部分更早飽和。這降低了磁芯的最終性能。本公開提供了延遲早飽和的開始的結構，其可以例如使得變壓器處理更多的功率。

Inductor for an integrated circuit and transformer and inductor as part of an integrated circuit

An induction component can be improved by including a magnetic core, such as a transformer. However, if the core goes into magnetic saturation, the advantage of having the core will be lost. One way to avoid saturation is to provide larger cores, but in the case of integrated electronic circuits, this is expensive. The inventor recognized that the magnetic flux density varies with the position of the magnetic core in some integrated circuits, so that the portion of the magnetic core is earlier saturated than the other. This reduces the final performance of the core. The present disclosure provides a structure for delaying the beginning of early saturation, which may, for example, allow a transformer to process more power.

【技術實現步驟摘要】
用于集成電路、作為集成電路的一部分的變壓器和電感器的電感元件
本公開涉及使用微電子技術制造的改進電感器或改進變壓器，以及包括這種電感組件的集成電路。
技術介紹
已知磁性組件(諸如，電感器和變壓器)具有許多用途。例如，電感器可以用在濾波器和諧振電路的制造中，或者可以用在開關模式功率轉換器中以升高或降低輸入電壓，用于產生不同的輸出電壓。變壓器可以用于將功率或信號從一個電路傳送到另一個電路，同時提供高水平的電流隔離。電感器和變壓器可以在集成電路環境內制造。例如，已知通常形成螺旋或螺旋的近似的間隔開的導體可以形成在半導體襯底上或內部，以形成作為電感器或變壓器的一部分的線圈。這種間隔開的螺旋形電感器可以并排放置或以堆疊構型放置。還可以在集成電路內的“線圈”周圍形成鐵磁芯。然而，這種布置在其行為上表現出非線性。在集成電路內提供改進的組件將是有益的。
技術實現思路
所描述的技術的方法和設備各自具有若干方面，其中沒有單獨一個僅僅負責其期望的屬性。感應組件(諸如，變壓器)可以通過包括磁芯來改進。然而，如果磁芯進入磁飽和，則具有磁芯的優勢可能會丟失。避免飽和的一種方法是提供更大的磁芯，但是在集成電子電路的情況下這是昂貴的。專利技術人認識到，磁通密度隨著磁芯在某些集成電路內的位置而變化，使得磁芯的部分比其它部分更早飽和。這典型地降低了磁芯的最終性能。本公開提供延遲早飽和的開始的結構，其可以例如使變壓器處理更多的功率。根據本公開的第一方面，提供了一種用于集成電路中的電感組件，包括：至少一個導體，其布置在螺旋路徑中以形成第一線圈；布置在所述至少一個導體的第一側的至少一部分上或鄰近所述導體的第一側的第一磁性材料層，其中所述第一磁性材料層包括在至少一個磁芯；以及用于補償至少一個磁芯的芯飽和非均勻性的補償結構。因此，可以在集成電路上或作為集成電路的一部分提供磁性組件，其中磁芯更均勻地飽和。這又可以在基本上沒有磁芯已經達到磁飽和的操作區域內產生更大的線性度和改進的功率傳遞。這可以實現，而不會在其上承載磁性組件的襯底(例如半導體)上產生增加的磁性組件的占用面積。補償結構可以包括改變第一線圈的參數。該參數可以是第一線圈的匝密度，其可以通過如下來實現：在導體從線圈的一側穿越到另一側時改變導體的間距；導體之間的間距；或導體的寬度。兩個或更多個參數可以組合地變化。在電感組件包括多個線圈的情況下，例如因為其是變壓器，則第二線圈的參數也可以如上所述地變化。有利地，在本公開的實施例中，形成第一線圈的導體的導體寬度隨著距螺旋路徑的邊緣的距離增大而增加，并且優選地從螺旋路徑的兩個邊緣增加。這種布置具有降低位于遠離螺旋的邊緣的磁芯的部分周圍的線圈的有效匝密度，同時避免線圈的電阻的不必要的增加的優點。有利地，電感組件形成在承載其他集成電路組件的襯底上。襯底可以是半導體襯底，其最常見的示例是硅。然而，可以使用其它襯底并且可以選擇用于在相對高的頻率下操作。這種襯底可以包括玻璃或其他半導體，諸如鍺。根據本公開的第二方面公開一種形成電感組件的方法，所述方法包括：形成布置在螺旋路徑中的至少一個導體以形成第一線圈；和圍繞所述第一線圈的至少一部分形成磁芯；其中第一線圈被布置為補償所述磁芯的芯飽和非均勻性。本公開的另一方面公開一種集成電路包括：包括平面螺旋線圈的，其中，所述平面螺旋線圈的瞬時匝密度在所述平面螺旋線圈的寬度上從所述平面螺旋線圈的邊緣到所述平面螺旋線圈的中心變化。附圖說明現在將參照附圖僅通過非限制性示例來描述本公開的實施例，其中：圖1是在集成電路內形成的變壓器的示意性平面圖；圖2是通過圖1的變壓器的示意性橫截面；圖3是在集成電路內形成的變壓器的透視圖；圖4是穿過圖3的變壓器的橫截面；圖5是示出用于測量作為線圈電流的函數的通量密度的電路的電路圖；圖6示出了集成電路上的典型變壓器的通量密度對線圈電流的曲線圖；圖7是為了解釋本公開的優點的目的，具有與添加到其上的線圈的響應的直線近似的通量密度對線圈電流的曲線圖；圖8是表示圍繞矩形磁芯的線圈的線圈密度作為沿著線圈軸的位置的函數的曲線圖；圖9是根據本公開的電感器或變壓器的示意圖；圖10是根據本公開的實施例的設備的示意性截面圖；圖11是根據本公開的實施例的變壓器的示意性截面圖；圖12是根據本公開的實施例的變壓器的示意性平面圖；圖13是根據本公開的實施例的變壓器的示意性平面圖；和圖14是根據本公開的實施例的變壓器的示意性透視圖。具體實施方式在下文中參考附圖更全面地描述新穎的系統、裝置和方法的各個方面。然而，本公開的方面可以以許多不同的形式實施，并且不應被解釋為限于貫穿本公開呈現的任何具體結構或功能。相反，提供這些方面使得本公開將是徹底和完整的，并且將向本領域技術人員充分地傳達本公開的范圍。基于本文的教導，本領域技術人員應當理解，無論是獨立實現還是與任何其它方面組合，本公開的范圍旨在覆蓋本文公開的新穎系統，裝置和方法的任何方面。例如，可以使用本文所闡述的任何數量的方面來實現裝置或者實現方法。此外，該范圍旨在包括使用除了本文所闡述的各種方面之外或不同于本文所闡述的各種方面的其他結構，功能或結構和功能來實踐的這種裝置或方法。應當理解，本文公開的任何方面可以通過權利要求的一個或多個元件來體現。盡管本文描述了特定方面，但這些方面的許多變化和改變落入本公開的范圍內。雖然提及了優選方面的一些益處和優點，但是本公開的范圍不旨在限于特定的益處、用途或目的。相反，本公開的各方面旨在廣泛地適用于各種電子系統，包括例如汽車系統和/或不同的有線和無線技術，系統配置，包括光網絡、硬盤和傳輸協議的網絡。詳細描述和附圖僅僅是對本公開的說明而不是限制，本公開的范圍由所附權利要求及其等同物限定。本專利技術提供補償結構以補償磁芯的芯飽和非均勻性。該結構可以包括線圈，其中匝密度在線圈上變化。匝數密度可以定義為每單位長度的匝數。通過增加形成線圈的導體的寬度，可以減小匝密度。通過使線圈的每匝具有不同厚度的導體，可以改變線圈密度。因此，可以在集成電路上或作為集成電路的一部分提供磁性組件，其中磁芯更均勻地飽和。這又可以在基本上沒有磁芯已經達到磁飽和的操作區域內產生更大的線性度和改善的功率傳輸。這可以實現，而不會在其上承載磁性組件的襯底(例如半導體)上產生增加的磁性組件的占用面積。圖1示意性地示出了變壓器1的示例。變壓器1具有兩部分磁芯。第一磁芯通常由附圖標記2表示，而第二磁芯通常由附圖標記3表示。磁芯形成為矩形管，其中定位變壓器線圈，如下面將更詳細地解釋的。第一和第二磁芯2和3形成在襯底4的一部分上方。有利地，襯底4可以是半導體襯底(例如，硅襯底)，使得其它組件(諸如，與變壓器1的主和次級繞組相關聯的驅動電路和接收器電路)可以形成在襯底4上或在同一集成電路封裝內的物理分離襯底上。然而，在一些應用中，非半導體襯底材料可用于其電性質，例如更高的阻抗。這種非半導體襯底可根據本文所討論的任何合適的原理和優點來實現。變壓器1包括兩個線圈或繞組。在圖1中，示出了初級繞組10。初級繞組10由在襯底4上形成的導電軌道形成。初級繞組10由線性軌道部分12、14、16、18、20、22、24、26、28、30和32形成。襯墊軌道部分12、14、16、18和20基本上彼此平行并且在X方向上形成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于集成電路中的電感組件，所述電感組件包括：至少一個導體，其布置在螺旋路徑中以形成第一線圈；布置在所述至少一個導體的第一側的至少一部分上或鄰近所述導體的第一側的第一磁性材料層，所述第一磁性材料層包括在至少一個磁芯；和補償結構，其被配置為補償所述至少一個磁芯的磁芯飽和非均勻性。

【技術特征摘要】
2015.12.11 US 14/967,0591.一種用于集成電路中的電感組件，所述電感組件包括：至少一個導體，其布置在螺旋路徑中以形成第一線圈；布置在所述至少一個導體的第一側的至少一部分上或鄰近所述導體的第一側的第一磁性材料層，所述第一磁性材料層包括在至少一個磁芯；和補償結構，其被配置為補償所述至少一個磁芯的磁芯飽和非均勻性。2.根據權利要求1所述的電感性組件，其中，所述補償結構包括所述第一線圈，并且所述第一線圈的匝密度作為跨過所述第一線圈的徑向方向上的位置的函數而變化，以補充所述至少一個磁芯的磁芯飽和非均勻性。3.根據權利要求2所述的電感組件，其中，所述螺旋路徑包括中心導體，內邊緣導體和外邊緣導體，并且與中心導體相比，匝密度朝向內邊緣導體和外邊緣導體更大。4.根據權利要求2所述的電感組件，其中，所述至少一個磁芯包括橫跨所述第一線圈的徑向寬度延伸的磁芯，并且所述匝密度隨著距所述磁芯的邊緣的距離的增加而減小。5.根據權利要求2所述的電感組件，其中，所示匝密度取決于形成第一線圈的匝的所述至少一個導體的導體的寬度。6.根據權利要求2所述的電感組件，其中，所述匝密度在所述第一線圈對應于所述第一磁性材料層的區域中變化。7.根據權利要求1所述的電感組件，其中，所述至少一個磁芯還包括鄰近所述至少一個導體的第二側并且在與所述第一磁性材料層相對的位置布置的第二磁性材料層。8.根據權利要求7所述的電感組件，其中，所述至少一個磁芯布置成形成第一線圈的所述至少一個導體穿過的通道。9.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·庫比克，
申請(專利權)人：亞德諾半導體集團，
類型：發明
國別省市：百慕大群島,BM