一种花瓣状凹凸二十四边形变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种花瓣状凹凸二十四边形变压器，包括由初级绕线和次级绕线相互间隔环绕形成的环绕体，环绕体为凹凸的二十四边形，具有向内凹的八个内角和向外凸的十六个外角,外角和内角之间均为2：1相邻设置，结构简单新颖，品质因子高，自谐振频率高，初级绕线和次级绕线电感值高，只需要较小的芯片面积，可以在片上射频接发射系统的电路中提供信号和阻抗转换功能，可以在多种工艺下实现，减少电感的使用数量，降低芯片面积，达到了高器件性能和低芯片面积的目的。

Petal shaped concave convex twenty-four edge transformer

The invention discloses a petal shaped convex shape with twenty-four sides of transformer, including primary winding and secondary winding are spaced surrounding body formed around the body, twenty-four sides of the concave convex shape, sixteen corners with eight angles inward and outward convex, between angle and angle are adjacent to 2:1 set up a simple and novel structure, high quality factor, high self resonant frequency, primary winding and secondary winding inductance value is high, only a small chip area, and provides a signal impedance conversion circuit can function in on-chip RF with the launching system, can be achieved in a variety of conditions, reduce the number of inductance used and reduce the chip area, high device performance and low chip area to.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种射频通信集成电路芯片用的变压器，属于集成电路

技术介绍
目前，变压器在射频通信集成电路片上系统中应用非常广泛。射频集成电路中的发射部分和接收部分都需要使用变压器，变压器在低噪声放大器、混频器、功率放大器中实现信号耦合和阻抗变换，同时也因绕线线圈的初、次级互感作用，提高其品质因子及电感值。然而，在集成电路中制作和实现变压器高效性能时，需降低其芯片面积、减小变压器损耗，确保信号有效传输。因此，需要改善变压器的结构和形状，提高其特性和功能。公开号为“US20080042792A1”的专利文献公开了一种名为“片上变压器巴伦”的变压器结构，其采用的技术方案如图1所示，采用方形结构的顶层金属来设计，其中初级绕线(编号12)采用串联方式由外圈到内圈，再由内圈到外圈；次级绕线(编号13)采用并联的方式，从而满足高的耦合系数，降低次级绕线的电阻，且结构较简单，便于广泛应用。但是，相对于边数不断增加的八边形、非全凸十六角形(如公开号为“CN102184910B”的专利文献公开的“非全凸十六角形变压器巴伦”)和花瓣状凹凸二十四边形等，其品质因子Q值仍然相对较低。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种高品质因子，高自谐振频率，高初、次级线圈电感值，占用芯片面积小的花瓣状凹凸二十四边形变压器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种花瓣状凹凸二十四边形变压器，包括由初级绕线和次级绕线相互间隔环绕形成的环绕体，所述环绕体为凹凸的二十四边形，具有向内凹的八个内角和向外凸的十六个外角,外角和内角之间均为2：1相邻设置。所述环绕体的内角和外角均为135度。所述初级绕线和次级绕线交叠部位的交叉角度为90度。所述初级绕线和次级绕线为同一金属材质。本专利技术的有益效果是：本专利技术在考虑工艺设计规则的基础上增加了变压器的边数和角度，环绕体的内角和外角均为135度，使得初级绕线和次级绕线的长度在面积一定的情况下比传统绕线方式变压器的初级绕线和次级的绕线的长度长，导致初级绕线和次级绕线的线圈的电感值增大，解决了因提高初级绕线和次级绕线的电感值而需要增加绕线匝数的问题，从而节省了芯片面积，同时，边数的增多又有助于提高品质因子Q值和自谐振频率。初级绕线和次级绕线交叠部位的交叉角度为90度，交叠部分的面积相对面积较小，所对应的绕线线圈间的寄生电容值也随之减小，因而也提高了其自谐振频率，结构简单新颖，品质因子高，自谐振频率高，初级绕线和次级绕线电感值高，只需要较小的芯片面积，可以在片上射频接发射系统的电路中提供信号和阻抗转换功能，可以在多种工艺下实现，减少电感的使用数量，降低芯片面积，达到了高器件性能和低芯片面积的目的。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是现有技术中的片上变压器结构示意图；图2是本专利技术的结构示意图；图3是本专利技术的衬底和金属层结构示意图；图4是本专利技术与其他三种变压器的自谐振频率特性图；图5是本专利技术与其他三种变压器的品质因子特性图；图6是本专利技术与其他三种变压器工作频带内的插损特性图。具体实施方式参照图2，一种花瓣状凹凸二十四边形变压器，包括由初级绕线和次级绕线相互间隔环绕形成的平面薄片状的环绕体，其中，端口1、端口2为初级绕线的端口，端口3、端口4为次级绕线的端口。所述环绕体为凹凸的二十四边形，具有向内凹的八个内角和向外凸的十六个外角,外角和内角之间均为2：1相邻设置，所述环绕体的内角和外角均为135度，由于电感的大小与绕线的长度有关，且随着长度的增加而增大，本专利技术采用135度角使得初级绕线和次级绕线的长度在面积一定的情况下比传统绕线方式变压器的初级绕线和次级的绕线长度长，导致初级绕线和次级绕线的线圈的电感值增大，解决了因提高初级绕线和次级绕线的电感值而需要增加绕线匝数的问题，从而节省了芯片面积，同时，边数的增多又有助于提高品质因子Q值和自谐振频率。所述初级绕线和次级绕线交叠部位的交叉角度为90度，交叠部分的面积相对面积较小，所对应的绕线线圈间的寄生电容值也随之减小，因而也提高了其自谐振频率。所述初级和次级绕线为同一金属材质，主要以当前工艺的顶层金属为主，这是由于顶层金属相对其它层金属厚度较厚，且电导率也较高，其在直、交流状态下的阻值也相对较小，与衬底距离较远，有利于提高变压器的品质因子Q值和降低插入损耗。初级绕线和次级绕线之间金属交叉部分选用次高层金属，相对于顶层金属的厚度稍微降低，这种布局方式有利于提高变压器所要求的特性参数，降低不利于其性能的部分，尤其是采用顶层金属布线可以提高金属绕线与衬底之间的距离，降低变压器对衬底影响，降低寄生电容。本专利技术的衬底和金属层结构如图3所示，自上而下依次为顶层金属B、次层金属C、第三层金属D、第四层金属E、第五层金属G、第六层金属G和衬底层H，其中，顶层金属B厚度最厚，其次是次层金属C，从第三层金属D开始后各层的金属厚度相等。根据高频条件下的电流在导体中流过会出现趋肤效应，由此选择厚度较厚的顶层金属来制作变压器更有利于其物理上的电学特性。通孔A1、通孔A2和通孔A3分别为顶层金属B与次高层金属C之间、次高层金属C与第三层金属D之间以及第三层金属D与第四层金属E之间的连接，从而实现绕线的金属交叉避免短路部分的连接，达到好的物理实现效果，衬底层H的厚度和掺杂浓度将影响变压器的性能，为了达到变压器设计的效果选择厚衬底、低浓度的衬底掺杂浓度。本专利技术的变压器参数计算如下：设变压器的初级线圈的电感为L11，次级线圈的电感为L22，则：Lii＝imag(Zii)/(2*π*f)初级线圈和次级线圈的品质因子分别为Q11，Q22，则：Qii=imag(1/Yii)real(1/Yii)]]>其中，i＝1，2，Z、Y为别为线圈端口的阻抗和导纳。单边线圈的自谐振频率的计算表达式如下：f=12π(1+k)LCox(1-R2Cox(1+k)L)12]]>其中，k为耦合系数，R和L为单边线圈电阻和电感，Cox为与衬底之间的氧化层电容。线圈耦合程度的表达式为：K=imag(Z12)×imag(Z21)imag(Z11)×imag(Z22)]]>其中，Z11、Z22为变压器线圈的输入、输出端口阻抗；Z12、Z21为变压器线圈的输入、输出端口之间的互阻抗，相关的其它参数可以依据相关的文献资料来计算。本专利技术变压器性能特性如图4至6所示(ADS仿真软件，版本号2009中的截图)，在初级绕线和次级绕线电感值且匝比相同的情况下，从图4可以看出，本专利技术的变压器自谐振频率最高，达到13.68GHz，自谐振频率高有利于变压器在较宽的频段里的应用。从图5可以看出，本专利技术的变压器品质因子最高，达到21.11，初级绕线和次级绕线的性能是一致的。从图6可以看出，本专利技术的变压器与其他三种变压器在插损性能方面的性能几乎相同，变化不是很明显，表明在性能指标上这几种变压器都能满足设计要求。本专利技术的变压器结构简单新颖，品质因子高，自谐振频率高，初级绕线和次级绕线电感值高，只需要较小的芯片面积，可以在片上射频接发射系统的电路中提供信号和阻抗转换功能，可以在多种工艺下实现，减少电感的使用数量，降低芯片面积，达到了高器件性能和低芯片面积的目的。需要强调的是，以上的实施例不能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种花瓣状凹凸二十四边形变压器，包括由初级绕线和次级绕线相互间隔环绕形成的环绕体，其特征在于：所述环绕体为凹凸的二十四边形，具有向内凹的八个内角和向外凸的十六个外角,外角和内角之间均为2：1相邻设置。

【技术特征摘要】
1.一种花瓣状凹凸二十四边形变压器，包括由初级绕线和次级绕线相互间隔环绕形成的环绕体，其特征在于：所述环绕体为凹凸的二十四边形，具有向内凹的八个内角和向外凸的十六个外角,外角和内角之间均为2：1相邻设置。2.根据权利要求1所述的花瓣状凹凸二十四边形变压器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华斌，陈卉，杨健君，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：广东;44