调谐无源器件的电感比率制造技术

技术编号:13836865 阅读:90 留言:0更新日期:2016-10-15 20:30
一种包括器件的装置,该器件包括在两个金属层中交叉缠绕并且磁性地耦合的初级绕组和次级绕组,其中,针对该初级绕组和该次级绕组之间的目标电感比率调谐该初级绕组和该次级绕组中的一个的电感。一种方法包括在衬底上形成阻抗匹配变压器器件,该器件包括以横向耦合布局在两个金属层中交叉缠绕并且磁性地耦合的初级绕组和次级绕组,其中,针对该初级绕组和该次级绕组之间的目标电感比率调谐该初级绕组和该次级绕组中的一个的电感。

【技术实现步骤摘要】
背景领域集成电路器件。相关技术描述诸如变压器和线圈之类的无源电感元件通常不能通过向下缩减集成电路(IC)技术进行缩放。在射频(RF)互补金属氧化物半导体(CMOS)中,蜂窝和连通性收发器变压器是阻抗匹配应用的关键元素。变压器布局设计可以容易地占据一平方毫米之上的面积以便满足规定的频率和电感率(inductance ratio)。低成本CMOS工艺通常具有可用于电感器和变压器器件的两个顶部通常较厚的金属层。具有双层面金属重分布层(two level metal redistribution layer)的封装体中的线圈也可用于电感器和变压器应用。变压器设计通常要求初级绕组和次级绕组之间的高耦合系数(k)以便实现最大能量传送。耦合因数k可具有0(无耦合)与1(高耦合)之间的值。通常存在适用于硅芯片或封装体技术的针对高耦合因数的两种类型的变压器:两个相邻金属层(例如,芯片的末级和次末级金属层)中的垂直耦合的变压器和横向耦合的变压器。针对芯片上或封装体上的高耦合(耦合因数大于7),这些技术的设计规则,变压器的面积、金属(例如,顶部金属1和顶部金属2之间)之间的间隔距离以及金属的电导率经常偏向于横向耦合的变压器设计。双金属横向耦合的变压器(two metal laterally coupled transformer)的问题是调谐到初级绕组和次级绕组之间的所需电感率。例如,通常不可能通过横向耦合的变压器得到高于3∶1的电感率。附图简要描述图1示出在封装体上芯片的相邻金属层中有代表性地形成的阻抗匹配变压器器
件的变压器的实施例。图2示出图1的变压器的电感差分。图3示出变压器器件的另一个实施例。图4示出图3的器件的电感差分。图5示出计算设备的实施例。详细描述描述了一种包括无源器件(诸如芯片上或封装体上变压器)的装置,该无源器件包括在两个金属层中交叉缠绕并且磁性地连接的初级绕组和次级绕组。针对初级绕组和次级绕组之间的目标电感率调谐初级绕组和次级绕组之一的电感。还描述了在双层金属层叠中构造器件布局以调谐初级绕组和次级绕组之一的电感来得到目标初级-次级电感率(primary to secondary inductance)的方法。在一个实施例中,器件是无源器件,该无源器件是变压器。在一个代表性示例中,射频(RF)收发器电路要求具有量级为2.5毫微亨(nH)的初级电感和量级为0.7nH的次级电感且在2千兆赫(GHz)的操作频率下具有高耦合系数(例如,大于0.7)的阻抗匹配变压器。以下变压器器件布局示出被调谐以便满足此代表性示例的器件。图1示出RF收发器电路的阻抗匹配变压器器件的变压器的实施例,该变压器以芯片的相邻金属层的形式代表性地形成。图1示出包括芯片105连接到其上的封装体衬底102的封装体的一部分的侧视图。芯片105例如是RF基带管芯。还连接到封装体衬底102上的是次级芯片106,诸如存储器芯片。在所示实施例中,芯片105和次级芯片106被安排在堆叠式安排中。在另一个实施例中,这些芯片以并排安排被组装在封装体10中。图1还示出包括变压器器件100的芯片105的器件侧的一部分的放大俯视图。在本实施例中,变压器器件100包括初级绕组110A和初级绕组110B以及次级绕组120A和次级绕组120B。初级绕组和次级绕组在横向耦合的布局中在芯片或封装体的两个金属层中交叉缠绕并且磁性地耦合。这些绕组交叉缠绕成四边形螺旋(例如,正方形或矩形螺旋),其中,每个绕组具有宽度为w的导电金属层和相邻绕组之间的间隔。在一个实施例中,这些绕组是由导电材料(诸如铜材料)通过常规技术(诸如图案化和沉积(例如,播种(seeding)和电镀))在例如芯片或封装体的
顶部的两个金属层中形成的。在一方面,每个绕组包括由该绕组和相邻外部绕组(如所示)之间的间隔定义的周界尺寸。对于所有但非最内侧绕组而言,该绕组和相邻外部绕组之间的间隔d在四边形螺旋的四侧中的每一侧上相同或大致相同。如本实施例中所示,最内侧绕组(次级绕组)包括由这种绕组和相邻外部绕组之间的间隔所定义的周界尺寸,其中,一侧上的间隔D不同于该绕组的其他侧上的间隔d。该绕组的一侧上的间隔D显著地大于其他三侧上的间隔d。因此,如果间隔在所有侧上保持恒定,则变压器器件100的最内侧绕组与相比于这种缩放可允许的可用面积而言减少(缩放地更小)。在所示实施例中,该绕组的一侧上的间隔D是相对于相邻绕组的上侧或顶侧。在另一个实施例中,间隔D可以相对于相邻绕组的底侧或下侧或者相对于相邻绕组的左侧或右侧。在一个实施例中,变压器器件100所占用的面积的量级为239x239μm2。在一个实施例中,变压器器件具有1.975GHz的频率;次级电感(L次级=6.967E-10);以及初级电感(L初级=2.647E-9)。图2示出电感差分。如可见,通过减少交叉绕组(次级绕组)的周界,电感被缩放为匹配大约2.5nH的初级电感目标;并且次级电感的量级为0.7nH并且操作频率为2GHz。为了比较,如果最内侧绕组具有由四边形绕组的四侧中的每一侧上的相似间隔定义的周界尺寸,则变压器器件的面积将是相似的(239x239μm2);频率将是2.037GHz;次级电感将是1.078E-9;并且初级电感将是2.645E-9。在这种情况下,由于次级电感是1nH,将无法获得期望的电感率(L次级∶L初级量级为0.7∶2.5)。图3示出变压器器件的绕组的缩放的另一个实施例。在本实施例中,经缩放的变压器器件中不存在附加面积并且可以灵活地调谐初级绕组或次级绕组的电感。图3示出在例如是芯片或封装体中的衬底205中形成的器件200。在一个实施例中,衬底205是芯片或管芯(例如,RF基带管芯)并且连接到还包括一个或多个存储器芯片的封装体衬底。类似于器件100,器件200在一个实施例中是包括以横向耦合的布局交叉缠绕并且磁性地耦合到衬底的金属层中的初级绕组210A和初级绕组210B以及次级绕组220A和次级绕组220B的阻抗匹配变压器器件。该器件交叉缠绕成初级绕组和次级绕组的四边形螺旋,如本领域已知的,且该绕组的顶侧或上侧由符号T表示。在本实施例中,每个绕组包括由该绕组和相邻外部绕组之间的间隔d定义的周界尺寸,其中间隔d在每个四边形螺旋的每一侧上相同。相对于最内侧绕组和最内侧绕组外部的
绕组示出了绕组的每一侧上的间隔d。在本实施例中,最内侧绕组是次级绕组。除了初级和次级绕组之外,器件200包括由例如导电材料制成的分流迹线(shunt trace)230。在一个实施例中,分流迹线230连接在最内侧绕组的两个相对侧之间。通过在四边形螺旋内添加分流迹线230,附加电感被引入到器件中而不会增加器件的面积。如所示,分流迹线230平行于最内侧绕组并且可操作以便减小电感。分流迹线230例如是类似于器件200的初级和次级绕组的金属材料的金属材料。通常来讲,分流迹线230离绕组的顶部T的距离越远,次级电感就越低。分流迹线203的配置基本上是平行的两个电感器的平行配置形式的电感。在一个实施例中,分流迹线230具有类似于绕组的维度的维度(宽度、厚度)。可在通过常规的图案化和沉积(例如,播种以及随后电镀)技术形成最内侧绕组时引入例如由铜材料制成的分本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种装置,包括:器件,所述器件包括在两个金属层中交叉缠绕并且磁性地耦合的初级绕组和次级绕组,其中,针对所述初级绕组和所述次级绕组之间的目标电感率调谐所述初级绕组和所述次级绕组中的一个的电感。

【技术特征摘要】
2015.03.28 US 14/672,1621.一种装置,包括:器件,所述器件包括在两个金属层中交叉缠绕并且磁性地耦合的初级绕组和次级绕组,其中,针对所述初级绕组和所述次级绕组之间的目标电感率调谐所述初级绕组和所述次级绕组中的一个的电感。2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述器件被交叉缠绕成所述初级绕组和所述次级绕组与所述变压器的最内侧绕组的四边形螺旋,所述最内侧绕组包括由所述最内侧绕组和与所述螺旋的至少一侧上不同的相邻绕组之间的间隔定义的周界尺寸。3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述最内侧绕组包括次级绕组。4.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述最内侧绕组和相邻绕组之间的所述间隔在所述螺旋的至少一侧上比所述螺旋的其他侧上更大。5.如权利要求4所述的装置,其特征在于,所述最内侧绕组和相邻绕组之间的所述间隔在所述螺旋的其他侧上相似。6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述器件被交叉缠绕成所述初级绕组和所述次级绕组与每个后续绕组的四边形螺旋,所述每个后续绕组包括由所述绕组和相邻绕组之间的间隔定义的周界尺寸,所述间隔在所述螺旋的每一侧上相似,并且进一步包括耦合在绕组的两个相对侧之间的分流迹线。7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述分流迹线耦合到其上的所述绕组是最内侧绕组。8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述最内侧绕组包括次级绕组。9.一种装置,包括:封装体,所述封装体包括:(1)管芯,所述管芯包括变压器器件,所述变压器器件包括以横向耦合布局在两个金属层中交叉缠绕并且磁性地耦合的初级绕组和次级绕组,并且针对所述初级绕组和所述次级绕组之间的目标电感率调谐所述初级绕组和所述次级绕组中的一个的电感;以及(2)存储器芯片。10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述变压器器件被交叉缠绕成所述初级绕组和所述次级绕组与所述变压器的最内侧绕组的四边形螺旋,所述最内侧绕组包括由所述最内侧绕组和与所述螺旋的至少一侧上不同的相邻绕组之间的间隔定义的周界尺寸。11.如权利要求10所述的装置,其特征在于,所述最内侧绕组包括次级绕组。12.如权利要求10所述的装置,其特征在于,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:S·马鲁桑母斯
申请(专利权)人:英特尔IP公司
类型:发明
国别省市:美国;US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1