[發明專利]內外徑電流補償的多路徑疊層電感

無效

• 申請號: 200910201902.0
• 申請日: 2009-12-08
• 公開（公告）號: CN102087909A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 邱慈云;徐向明;蔡描
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01F17/00
• 分類號: H01F17/00;H01F37/00;H01F27/28;H01L23/522
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 孫大為

技術領域

本發明涉及微電子領域，具體是一種采用堆疊結構的疊層電感。

背景技術

目前，在集成電路中包含了大量的無源器件，片上電感就是其中十分重要的一種，片上電感是射頻CMOS/BiCMOS集成電路的重要元件之一。在通常的無線產品中，電感元件對總的射頻性能有很重要的影響。因此對這些電感元件的設計和分析也得到了廣泛的研究。電感作為射頻電路的核心部件，它通常可以影響到整個電路的整體性能。目前，高品質因數的片上電感廣泛應用在壓控振蕩器，低噪聲放大器等射頻電路模塊中。疊層的片上電感在很大程度減少了芯片面積，降低了生產成本。

上面所述的電感器件的電感品質因數Q值是衡量電感器件的主要參數。其是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。

由于電感的品質因數可以由以下公式來推導：

Q≈wLRs]]>(公式一)

Q表示品質因數，w表示頻率，L表示某一頻率下的電感值，Rs表示某一頻率下的電阻值。疊層電感有效地利用上下兩層金屬的互感，在很大程度地提高了總的電感值。同時，應盡量減少ΔRs(增加的寄生電阻)。

由于金屬在高頻時存在趨膚效應，電流趨于導體表面，因此金屬電阻會隨頻率而變化。趨膚效應公式如下：

Rs≈lw·σ·δ(1-e-t/δ)]]>(公式二)

式中，σ是連線材料的電導率，1是金屬繞線的總長度，w和t是金屬的寬度和厚度，而趨膚深度δ為

δ=2ω·μ·σ]]>(公式三)

其中μ是磁導率，σ是電導率，ω是角頻率。以3e7西門子每米的金屬材料為例，在2GHz頻率下的趨膚深度為2.1微米。

由于趨膚效應的影響，金屬寬度增加到一定寬度以后，并不能大幅度降低金屬繞線的線電阻，而通過在金屬線上開槽可以增加電流路徑，從而降低了寄生電阻。

由于相鄰的金屬導線流過高頻電流時，不僅處于自身電流產生的電磁場中，同時還處于其它導線電流產生的電磁場中，這時各條導線中的電流分布就會受到鄰近導線的影響，導線內外側電流不相等，如圖9所示。這種現象稱為鄰近效應。線圈內側的電流會比外側大很多，在某些情況下，外側的電流甚至會被感生電流抵消為零。

鄰近效應導致線圈內側和外側的電流密度不一致，大大降低了電感的品質因數。

如圖1所示的多圈的疊層電感可以很大程度地利用有效面積實現較大的電感值。但是在多圈電感內部的線圈里流動的電流會受到電感磁場的影響，造成線圈內外側電流密度不一致，導致品質因數降低，因此不能很好地滿足電路設計的需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種內外徑電流補償的多路徑疊層電感，其可以在同樣面積的條件下，提高電感感值，并提高電感品質因數Q值。