变压器制造技术

一种变压器，包括：衬底；第一线圈结构，包括：第一单层线圈以及第一叠层线圈；第二线圈结构，包括：第二单层线圈以及第二叠层线圈。本发明专利技术技术方案可以通过垂直所述衬底表面方向上，所述第一单层线圈和所述第二单层线圈之间实现。所以本发明专利技术技术方案能够有效的增加所述第一线圈结构和所述第二线圈结构之间电磁耦合的面积，从而提供电磁耦合效率。在相同的耦合要求情况下，本发明专利技术技术方案可以减少所述第一叠层线圈和所述第二叠层线圈的数量，从而能够有效的减小所述第一线圈结构和所述第二线圈结构的面积，减小所述变压器面积。

Transformer

A transformer, including: the substrate; the first coil structure, including the first single layer coil and the first layer coil; the second coil structure, including the second single-layer coil and the second layer coil. The technical proposal of the invention can be realized between the first single layer coil and the second single layer coil through the vertical direction of the substrate surface. Therefore, the technical scheme of the invention can effectively increase the area of the electromagnetic coupling between the structure of the first coil and the structure of the second coil, thus providing the electromagnetic coupling efficiency. In the same coupling requirement, the invention technology scheme can reduce the number of the first laminated coil and the second layer coil, thereby effectively reducing the area of the first coil structure and the second coil structure, and reducing the area of the transformer.

【技术实现步骤摘要】
变压器
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种变压器。
技术介绍
在CMOS射频集成电路(RadioFrequencyIntegratedCircuit,RFIC)中，平衡-不平衡变压器(balun)是一种重要的电学器件，主要用于实现不平衡信号和平衡信号之间的转换。电感是平衡-不平衡变压器的一个核心部件，电感的性能参数与不平衡变压器的性能直接相关。现有技术中，集成电路内的电感大多采用平面电感，例如平面螺旋电感；所述平面电感为金属导线在衬底或介质层表面绕制而成，与传统线绕电感相比，平面电感具有成本低、易于集成、噪声小以及功耗低的优点。更重要的是，平面电感能够与现有的集成电路工艺兼容。电感品质因子Q和插入损耗(InsertionLoss,IL)是影响平衡-不平衡变压器性能的两大主要因素。与射频前端电路中的平衡混频器、放大器相关的限位噪声、功率损耗等性能都与电感品质因子Q、插入损耗相关。为了提高电感品质因子Q、降低插入损耗，现有技术中，平衡-不平衡变压器内线圈的面积一般较大，从而造成了平衡-不平衡变压器内线圈占用晶圆面积较大。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种变压器，以减小变压器面积。为解决上述问题，本专利技术提供一种变压器，包括：衬底；位于所述衬底上呈螺旋形的第一线圈结构，包括：第一单层线圈以及与所述第一单层线圈相连的至少一个第一叠层线圈，所述第一叠层线圈包围所述第一单层线圈；位于所述衬底上呈螺旋形的第二线圈结构，包括：第二单层线圈，所述第二单层线圈在所述衬底表面的投影与所述第一单层线圈在所述衬底表面的投影相重叠；以及与所述第二单层线圈相连的至少一个第二叠层线圈，所述第二叠层线圈的数量大于或等于所述第一叠层线圈的数量，且平行衬底表面平面内，所述第二叠层线圈与所述第一叠层线圈或第一单层线圈交替间隔设置。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案中，第一线圈结构包括第一单层线圈，第二线圈结构包括第二单层线圈；而且所述第二单层线圈在所述衬底表面的投影与所述第一单层线圈在所述衬底表面投影相重叠。因此，本专利技术技术方案中，所述第一线圈结构和所述第二线圈结构之间的电磁耦合不仅通过平行衬底表面平面内的侧向实现，而且还可以通过垂直所述衬底表面方向上，所述第一单层线圈和所述第二单层线圈之间实现。所以本专利技术技术方案能够有效的增加所述第一线圈结构和所述第二线圈结构之间电磁耦合的面积，从而提供电磁耦合效率。在相同的耦合要求情况下，本专利技术技术方案可以减少所述第一叠层线圈和所述第二叠层线圈的数量，从而能够有效的减小所述第一线圈结构和所述第二线圈结构的面积，减小所述变压器面积。本专利技术可选方案中，所述第一上层金属线的线宽大于所述第一下层金属线，所述外侧第二上层金属线的线宽小于所述外侧第二下层金属线的线宽，且所述内侧第二上层金属线的线宽小于所述内侧第二下层金属线的线宽；或者，所述第一上层金属线的线宽小于所述第一下层金属线，所述外侧第二上层金属线的线宽大于所述外侧第二下层金属线的线宽，且所述内侧第二上层金属线的线宽大于所述内侧第二下层金属线的线宽。因此所述第一叠层线圈和第二叠层线圈分别形成正“工”形和倒“工”形，所以所述第一叠层线圈和所述第二叠层线圈之间可以相错设置，从而减小所述第一叠层线圈和所述第二叠层线圈之间的间距，进而减小所述第一线圈结构和所述第二线圈结构的面积，减小所述变压器的面积。附图说明图1是一种变压器的俯视结构示意图；图2是图1中沿AA线的剖视结构示意图；图3是本专利技术变压器一实施例的俯视结构示意图；图4是图3中沿BB线的剖视结构示意图；图5是图3所示实施例中差分线圈的俯视结构示意图；图6是图3所示实施例中螺旋线圈的俯视结构示意图；图7是图3所示变压器的插入损耗和频率的关系示意图；图8是本专利技术变压器第二实施例的俯视结构示意图；图9是图8所示实施例中差分线圈的俯视结构示意图；图10是图8所示实施例中沿CC线的剖视结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中的变压器存在面积过大的问题。现结合现有技术中变压器的结构分析其面积过大问题的原因：参考图1和图2，示出了一种变压器的结构示意图，其中图1为所述变压器的俯视结构示意图，图2为图1中沿AA线的剖视图。如图2所示，所述变压器包括衬底10，所述衬底10表面具有介质层10a；位于衬底10上呈螺旋形的第一线圈结构11a和呈螺旋形的第二线圈结构12a。所述变压器为平衡-不平衡变换器(Balance-unbalance,BALUN)，包括差分线圈(Differentialcoil)和螺旋线圈(Spiralcoil)。所以第一线圈结构11a为差分线圈，所述第二线圈结构12a为螺旋线圈。需要说明的是，图1中未示出衬底10和介质层10a。如图1所示，所述第一线圈结构11a包括至少一个第一叠层线圈11，所述第一叠层线圈11包括位于衬底10上的第一下层金属线11d；位于介质层10a上的第一上层金属线11u；以及位于所述第一下层金属线11d和所述第一上层金属线11u之间介质层10a内的第一导电插塞11ct。所述第一上层金属线11u在所述衬底10表面的投影与所述第一下层金属线11d在所述衬底10表面的投影相重叠，并且所述第一下层金属线11d和所述第一上层金属线11u通过所述第一导电插塞11ct实现并联。所述第二线圈结构12a包括至少一个第二叠层线圈12，所述第二叠层线圈12包括位于衬底10上的第二下层金属线12d；位于介质层10a上的第二上层金属线12u；以及位于所述第二下层金属线12d和所述第二上层金属线12u之间介质层10a内的第二导电插塞12ct。所述第二下层金属线12d在所述衬底10表面的投影与所述第二上层金属线12u在所述衬底10表面的投影相重叠，并且所述第二下层金属线12d和所述第二上层金属线12u通过所述第二导电插塞12ct实现并联。由于所述第一线圈结构11a中第一下层金属线11d和第一上层金属线11u之间相互并联；所述第二线圈结构12中第二下层金属线12d和第二上层金属线12u之间也相互并联，所以所述第一线圈结构11和第二线圈结构12之间的电磁耦合是通过所述第一下层金属线11d和第二下层金属线12d之间，以及所述第一上层金属线11u和所述第二上层金属线12u之间实现的，也就是说，所述第一线圈结构11和第二线圈结构12的电磁耦合是通过在平行衬底10平面内的侧向实现的，因此电磁耦合面积较小，耦合效率较低。所以为了实现同等电磁耦合效果，变压器中，第一线圈结构11和第二线圈结构12的匝数会随之增加，从而增大了变压器的面积。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种变压器，包括：衬底；位于所述衬底上呈螺旋形的第一线圈结构，包括：第一单层线圈以及与所述第一单层线圈相连的至少一个第一叠层线圈，所述第一叠层线圈包围所述第一单层线圈；位于所述衬底上呈螺旋形的第二线圈结构，包括：第二单层线圈，所述第二单层线圈在所述衬底表面的投影与所述第一单层线圈在所述衬底表面的投影相重叠；以及与所述第二单层线圈相连的至少一个第二叠层线圈，所述第二叠层线圈的数量大于或等于所述第一叠层线圈的数量，且平行衬底表面平面内，所述第二叠层线圈与所述第一叠层线圈或第一单层线圈交替间隔设置。本专利技术技术方案中，第一线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上呈螺旋形的第一线圈结构，包括：第一单层线圈以及与所述第一单层线圈相连的至少一个第一叠层线圈，所述第一叠层线圈包围所述第一单层线圈；位于所述衬底上呈螺旋形的第二线圈结构，包括：第二单层线圈，所述第二单层线圈在所述衬底表面的投影与所述第一单层线圈在所述衬底表面的投影相重叠；以及与所述第二单层线圈相连的至少一个第二叠层线圈，所述第二叠层线圈的数量大于或等于所述第一叠层线圈的数量，且平行衬底表面平面内，所述第二叠层线圈与所述第一叠层线圈或第一单层线圈交替间隔设置。

【技术特征摘要】
1.一种变压器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上呈螺旋形的第一线圈结构，包括：第一单层线圈以及与所述第一单层线圈相连的至少一个第一叠层线圈，所述第一叠层线圈包围所述第一单层线圈；位于所述衬底上呈螺旋形的第二线圈结构，包括：第二单层线圈，所述第二单层线圈在所述衬底表面的投影与所述第一单层线圈在所述衬底表面的投影相重叠；以及与所述第二单层线圈相连的至少一个第二叠层线圈，所述第二叠层线圈的数量大于或等于所述第一叠层线圈的数量，且平行衬底表面平面内，所述第二叠层线圈与所述第一叠层线圈或第一单层线圈交替间隔设置。2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括位于所述衬底上的介质层，所述第二单层线圈位于所述衬底上，所述第一单层线圈位于所述介质层上；所述第一单层线圈包括用于与相邻第一叠层线圈相连的第一端和第二端；所述第一叠层线圈包括：位于所述介质层上的多个第一上层金属线；位于所述衬底上的多个第一下层金属线，所述第一下层金属线位于所述第一上层金属线对应的位置；位于所述第一上层金属线和第一下层金属线之间的第一导电插塞；所述第一线圈结构还包括：位于所述介质层上的第一连接线段，所述第一连接线段一端与所述第一单层线圈的第一端相连，另一端与相邻的所述第一上层金属线的一端相连；位于所述衬底上的第二连接线段和位于所述第二连接线段一端的第一连接插塞，所述第二连接线段的一端与所述第一单层线圈的第二端通过所述第一连接插塞相连，另一端与相邻的所述第一下层金属线相连；所述第二叠层线圈为包围所述第二单层线圈的外侧第二叠层线圈；所述外侧第二叠层线圈包括：位于所述介质层上的多个外侧第二上层金属线；位于所述衬底上的多个外侧第二下层金属线，所述外侧第二下层金属线位于所述外侧第二上层金属线对应的位置；位于所述外侧第二上层金属线和外侧第二下层金属线之间的多个第二导电插塞；所述第二单层线圈包括用于与相邻外侧第二叠层线圈相连的第三端和第四端；所述第二线圈结构还包括：位于所述衬底上的第三连接线段，所述第三连接线段一端与所述第二单层线圈的第三端相连，另一端与相邻的外侧第二下层金属线的一端相连；位于所述介质层上的第四连接线段和位于所述第四连接线段一端的第二连接插塞，所述第四连接线段的一端与所述第二单层线圈的第四端通过所述第二连接插塞相连，另一端与相邻的所述外侧第二上层金属线的一端相连。3.如权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述第一上层金属线的线宽大于所述第一下层金属线的线宽，且所述外侧第二上层金属线的线宽小于所述外侧第二下层金属线的线宽；或者，所述第一上层金属线的线宽小于所述第一下层金属线，且所述外侧第二上层金属线的线宽大于所述外侧第二下层金属线的线宽。4.如权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述第二叠层线圈还包括：内侧第二叠层线圈，所述第二单层线圈包围所述内侧第二叠层线圈；所述第二单层线圈还包括：用于与相邻所述内侧第二叠层线圈相连的第五端和第六端；所述内侧第二叠层线圈包括：位于所述介质层上的多个内侧第二上层金属线；位于所述衬底上的多个内侧第二下层金属线，所述内侧第二下层金属线位于所述内侧第二上层金属线对应的位置；位于所述内侧第二上层金属线和所述内侧第二下层金属线之间的多个第三导电插塞，用于实现所述内侧第二上层金属线和所述内侧第二下层金属线之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王西宁，程仁豪，周之蒋，高金凤，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31