[發明專利]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

在審

• 申請號: 201611136233.X
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106876111A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: J·庫比克
• 申請（專利權）人: 亞德諾半導體集團
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/28;H01F41/02;H01F41/04;H01L23/522
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 陳新

技術領域

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。

背景技術

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。

發明內容

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。發明人認識到，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；