用于集成电路、作为集成电路的一部分的变压器和电感器的电感元件制造技术

通过包括磁芯(诸如，变压器)可以改进感应组件。然而，如果磁芯进入磁饱和，则具有磁芯的好处会丢失。避免饱和的一种方法是提供更大的磁芯，但是在集成电子电路的情况下这是昂贵的。发明专利技术人认识到，磁通密度随着磁芯在某些集成电路中的位置而变化，使得磁芯的部分比其它部分更早饱和。这降低了磁芯的最终性能。本公开提供了延迟早饱和的开始的结构，其可以例如使得变压器处理更多的功率。

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.

【技术实现步骤摘要】
用于集成电路、作为集成电路的一部分的变压器和电感器的电感元件
本公开涉及使用微电子技术制造的改进电感器或改进变压器，以及包括这种电感组件的集成电路。
技术介绍
已知磁性组件(诸如，电感器和变压器)具有许多用途。例如，电感器可以用在滤波器和谐振电路的制造中，或者可以用在开关模式功率转换器中以升高或降低输入电压，用于产生不同的输出电压。变压器可以用于将功率或信号从一个电路传送到另一个电路，同时提供高水平的电流隔离。电感器和变压器可以在集成电路环境内制造。例如，已知通常形成螺旋或螺旋的近似的间隔开的导体可以形成在半导体衬底上或内部，以形成作为电感器或变压器的一部分的线圈。这种间隔开的螺旋形电感器可以并排放置或以堆叠构型放置。还可以在集成电路内的“线圈”周围形成铁磁芯。然而，这种布置在其行为上表现出非线性。在集成电路内提供改进的组件将是有益的。
技术实现思路
所描述的技术的方法和设备各自具有若干方面，其中没有单独一个仅仅负责其期望的属性。感应组件(诸如，变压器)可以通过包括磁芯来改进。然而，如果磁芯进入磁饱和，则具有磁芯的优势可能会丢失。避免饱和的一种方法是提供更大的磁芯，但是在集成电子电路的情况下这是昂贵的。专利技术人认识到，磁通密度随着磁芯在某些集成电路内的位置而变化，使得磁芯的部分比其它部分更早饱和。这典型地降低了磁芯的最终性能。本公开提供延迟早饱和的开始的结构，其可以例如使变压器处理更多的功率。根据本公开的第一方面，提供了一种用于集成电路中的电感组件，包括：至少一个导体，其布置在螺旋路径中以形成第一线圈；布置在所述至少一个导体的第一侧的至少一部分上或邻近所述导体的第一侧的第一磁性材料层，其中所述第一磁性材料层包括在至少一个磁芯；以及用于补偿至少一个磁芯的芯饱和非均匀性的补偿结构。因此，可以在集成电路上或作为集成电路的一部分提供磁性组件，其中磁芯更均匀地饱和。这又可以在基本上没有磁芯已经达到磁饱和的操作区域内产生更大的线性度和改进的功率传递。这可以实现，而不会在其上承载磁性组件的衬底(例如半导体)上产生增加的磁性组件的占用面积。补偿结构可以包括改变第一线圈的参数。该参数可以是第一线圈的匝密度，其可以通过如下来实现：在导体从线圈的一侧穿越到另一侧时改变导体的间距；导体之间的间距；或导体的宽度。两个或更多个参数可以组合地变化。在电感组件包括多个线圈的情况下，例如因为其是变压器，则第二线圈的参数也可以如上所述地变化。有利地，在本公开的实施例中，形成第一线圈的导体的导体宽度随着距螺旋路径的边缘的距离增大而增加，并且优选地从螺旋路径的两个边缘增加。这种布置具有降低位于远离螺旋的边缘的磁芯的部分周围的线圈的有效匝密度，同时避免线圈的电阻的不必要的增加的优点。有利地，电感组件形成在承载其他集成电路组件的衬底上。衬底可以是半导体衬底，其最常见的示例是硅。然而，可以使用其它衬底并且可以选择用于在相对高的频率下操作。这种衬底可以包括玻璃或其他半导体，诸如锗。根据本公开的第二方面公开一种形成电感组件的方法，所述方法包括：形成布置在螺旋路径中的至少一个导体以形成第一线圈；和围绕所述第一线圈的至少一部分形成磁芯；其中第一线圈被布置为补偿所述磁芯的芯饱和非均匀性。本公开的另一方面公开一种集成电路包括：包括平面螺旋线圈的，其中，所述平面螺旋线圈的瞬时匝密度在所述平面螺旋线圈的宽度上从所述平面螺旋线圈的边缘到所述平面螺旋线圈的中心变化。附图说明现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述本公开的实施例，其中：图1是在集成电路内形成的变压器的示意性平面图；图2是通过图1的变压器的示意性横截面；图3是在集成电路内形成的变压器的透视图；图4是穿过图3的变压器的横截面；图5是示出用于测量作为线圈电流的函数的通量密度的电路的电路图；图6示出了集成电路上的典型变压器的通量密度对线圈电流的曲线图；图7是为了解释本公开的优点的目的，具有与添加到其上的线圈的响应的直线近似的通量密度对线圈电流的曲线图；图8是表示围绕矩形磁芯的线圈的线圈密度作为沿着线圈轴的位置的函数的曲线图；图9是根据本公开的电感器或变压器的示意图；图10是根据本公开的实施例的设备的示意性截面图；图11是根据本公开的实施例的变压器的示意性截面图；图12是根据本公开的实施例的变压器的示意性平面图；图13是根据本公开的实施例的变压器的示意性平面图；和图14是根据本公开的实施例的变压器的示意性透视图。具体实施方式在下文中参考附图更全面地描述新颖的系统、装置和方法的各个方面。然而，本公开的方面可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于贯穿本公开呈现的任何具体结构或功能。相反，提供这些方面使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应当理解，无论是独立实现还是与任何其它方面组合，本公开的范围旨在覆盖本文公开的新颖系统，装置和方法的任何方面。例如，可以使用本文所阐述的任何数量的方面来实现装置或者实现方法。此外，该范围旨在包括使用除了本文所阐述的各种方面之外或不同于本文所阐述的各种方面的其他结构，功能或结构和功能来实践的这种装置或方法。应当理解，本文公开的任何方面可以通过权利要求的一个或多个元件来体现。尽管本文描述了特定方面，但这些方面的许多变化和改变落入本公开的范围内。虽然提及了优选方面的一些益处和优点，但是本公开的范围不旨在限于特定的益处、用途或目的。相反，本公开的各方面旨在广泛地适用于各种电子系统，包括例如汽车系统和/或不同的有线和无线技术，系统配置，包括光网络、硬盘和传输协议的网络。详细描述和附图仅仅是对本公开的说明而不是限制，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。本专利技术提供补偿结构以补偿磁芯的芯饱和非均匀性。该结构可以包括线圈，其中匝密度在线圈上变化。匝数密度可以定义为每单位长度的匝数。通过增加形成线圈的导体的宽度，可以减小匝密度。通过使线圈的每匝具有不同厚度的导体，可以改变线圈密度。因此，可以在集成电路上或作为集成电路的一部分提供磁性组件，其中磁芯更均匀地饱和。这又可以在基本上没有磁芯已经达到磁饱和的操作区域内产生更大的线性度和改善的功率传输。这可以实现，而不会在其上承载磁性组件的衬底(例如半导体)上产生增加的磁性组件的占用面积。图1示意性地示出了变压器1的示例。变压器1具有两部分磁芯。第一磁芯通常由附图标记2表示，而第二磁芯通常由附图标记3表示。磁芯形成为矩形管，其中定位变压器线圈，如下面将更详细地解释的。第一和第二磁芯2和3形成在衬底4的一部分上方。有利地，衬底4可以是半导体衬底(例如，硅衬底)，使得其它组件(诸如，与变压器1的主和次级绕组相关联的驱动电路和接收器电路)可以形成在衬底4上或在同一集成电路封装内的物理分离衬底上。然而，在一些应用中，非半导体衬底材料可用于其电性质，例如更高的阻抗。这种非半导体衬底可根据本文所讨论的任何合适的原理和优点来实现。变压器1包括两个线圈或绕组。在图1中，示出了初级绕组10。初级绕组10由在衬底4上形成的导电轨道形成。初级绕组10由线性轨道部分12、14、16、18、20、22、24、26、28、30和32形成。衬垫轨道部分12、14、16、18和20基本上彼此平行并且在X方向上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于集成电路中的电感组件，所述电感组件包括：至少一个导体，其布置在螺旋路径中以形成第一线圈；布置在所述至少一个导体的第一侧的至少一部分上或邻近所述导体的第一侧的第一磁性材料层，所述第一磁性材料层包括在至少一个磁芯；和补偿结构，其被配置为补偿所述至少一个磁芯的磁芯饱和非均匀性。

【技术特征摘要】
2015.12.11 US 14/967,0591.一种用于集成电路中的电感组件，所述电感组件包括：至少一个导体，其布置在螺旋路径中以形成第一线圈；布置在所述至少一个导体的第一侧的至少一部分上或邻近所述导体的第一侧的第一磁性材料层，所述第一磁性材料层包括在至少一个磁芯；和补偿结构，其被配置为补偿所述至少一个磁芯的磁芯饱和非均匀性。2.根据权利要求1所述的电感性组件，其中，所述补偿结构包括所述第一线圈，并且所述第一线圈的匝密度作为跨过所述第一线圈的径向方向上的位置的函数而变化，以补充所述至少一个磁芯的磁芯饱和非均匀性。3.根据权利要求2所述的电感组件，其中，所述螺旋路径包括中心导体，内边缘导体和外边缘导体，并且与中心导体相比，匝密度朝向内边缘导体和外边缘导体更大。4.根据权利要求2所述的电感组件，其中，所述至少一个磁芯包括横跨所述第一线圈的径向宽度延伸的磁芯，并且所述匝密度随着距所述磁芯的边缘的距离的增加而减小。5.根据权利要求2所述的电感组件，其中，所示匝密度取决于形成第一线圈的匝的所述至少一个导体的导体的宽度。6.根据权利要求2所述的电感组件，其中，所述匝密度在所述第一线圈对应于所述第一磁性材料层的区域中变化。7.根据权利要求1所述的电感组件，其中，所述至少一个磁芯还包括邻近所述至少一个导体的第二侧并且在与所述第一磁性材料层相对的位置布置的第二磁性材料层。8.根据权利要求7所述的电感组件，其中，所述至少一个磁芯布置成形成第一线圈的所述至少一个导体穿过的通道。9.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·库比克，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM