基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，包括基板以及由上至下依次设置于基板上的第一金属层和第二金属层；晶元；至少两个测量Pad点和两个共面波导接地金属板以晶元的中心点对称设置；3D电感主体包括电感连接柱、两端均设置有电感连接柱且通过电感连接柱连接的电感上层金属部和电感下层金属部，电感上层金属部通过测量Pad点连接第一金属层，第一金属层通过电感连接柱连接电感下层金属部，电感下层金属部连接第二金属层。本发明专利技术第一金属层和第二金属层呈上下交错的结构排列在至少两个测量Pad点之间形成3D电感器结构，实现超高自谐振频率，提高器件品质因数，极大的减小了器件的芯片尺寸。的减小了器件的芯片尺寸。的减小了器件的芯片尺寸。

【技术实现步骤摘要】
基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器及其应用


[0001]本专利技术涉及射频微波
，尤其是指一种基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器及其应用。

技术介绍

[0002]射频(RF)电路是指被处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于相同数量级的电路，目前，其被广泛应用于多种领域，如电视、广播、雷达、移动电话、自动识别系统等。近年来，随着包括智能手机在内的小型移动设备的功能变得越来越复杂，电子零部件小型化的需求不断增加。因此，RF电路作为手持无线产品的重要组成电路，对无源器件和无源器件电路的小型化提出了更高的要求。
[0003]电感器是基本的无源元件，用于防止电流变化。当从电池或电源施加电流时，电感器使用磁场临时存储电流。当电流变化时，磁场会感应出与电流变化相反的电压。在RF电路中，电感器被广泛应用，它是一种用于信号处理的器件，主要用于频率匹配或作为传输电信号的电路中的滤波装置。而RF电感器中射频信号的频率远高于交流或直流电流。与电容器和电阻器一样，电感器构成了无线电通信设备所必需的谐振(可调谐)电路中的绝大多数元件。RF电感器的选择主要涉及以下关键参数：尺寸、电感值、自谐振频率(SRF)、品质因数(Q值)和温度额定值等。SRF作为其中一个重要参数，决定了电感在射频波段的工作特性，即在SRF以下的频段，电感实际的特性表征为感性；而在SRF以上的频段，其实际的特性表征为容性；且一个电感的实际工作频率越靠近SRF，其电感值、Q值特性越不稳定，容易发生感性和容性的翻转。
[0004]目前，市场上的主流RF电感器有以下两种：射频陶瓷电感器和绕线电感器。射频陶瓷电感器成本效益高，SRF高，但Q值和电流容量较低；绕线电感器具有较高的Q和电流容量，但是直流电阻较低，器件尺寸较大。近年来，为了实现无源系统小型化，集成无源器件技术得到了很好地发展。集成无源器件(IPD)是将电阻器、电容器、电感器/线圈、微带线、阻抗匹配元件或其任意组合集成在同一封装或同一基板上的电子元件。随着半导体制造能力的提升，从亚微米进入到纳米阶段，主动式电子元件的集成度随之大幅提升，相应的搭配主动式元件的无源元件需求量也迅速增加。IPD技术能够缩小器件尺寸、降低互连复杂性、提高组件容差、产量和可靠性，是一种经济有效的方法。因此，设计得到一种基于IPD的具有超高自谐振频率的电感器，使得电感的实际工作频率远低于SRF显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的问题，提出一种基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，其基于IPD技术通过第一金属层和第二金属层呈上下交错的结构排列在至少两个测量Pad点之间形成3D电感器结构，实现了电感器的超高自谐振频率，使得电感值在信号带宽内尽可能的稳定，并且在提高器件品质因数的同时，极大的减小了器件所占的芯片尺寸；其为高频电感在射频电路中的应用提供了一种有效的解决方
案，有助于推进3D电感器在射频电路中的探索与应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，包括基板以及由上至下依次设置于所述基板上的第一金属层和第二金属层，还包括：
[0007]晶元；
[0008]测量Pad点，其数量至少为两个，至少两个测量Pad点以所述晶元的中心点对称设置在所述晶元上，且晶元在至少两个测量Pad点之间设置有预留区域；
[0009]共面波导接地金属板，其数量至少为两个，至少两个共面波导接地金属板以所述晶元的中心点对称设置在所述晶元上；
[0010]3D电感主体，其设置于所述晶元的预留区域，所述3D电感主体包括电感连接柱、电感上层金属部和电感下层金属部，所述电感上层金属部和电感下层金属部的两端均设置有电感连接柱，且电感上层金属部和电感下层金属部通过电感连接柱连接，所述电感上层金属部通过测量Pad点连接所述第一金属层，所述第一金属层通过电感连接柱连接电感下层金属部，所述电感下层金属部连接第二金属层，以使第一金属层和第二金属层呈上下交错的结构排列在至少两个测量Pad点之间。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，还包括金属连接部，其用于连接测量pad点与电感连接柱，所述金属连接部包括相连接的矩形连接块和半圆连接块。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，测量Pad点的数量为两个，两个测量Pad点以所述晶元的中心点对称设置。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述测量pad点的宽长比为1:1。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，测量pad点到共面波导接地金属的间距为44
‑
110um。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，共面波导接地金属板包括第一矩形金属块、第二矩形金属块和第三矩形金属块，所述第一矩形金属块、第二矩形金属块和第三矩形金属块依次连接构成共面波导接地金属板。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述电感连接柱的直径为24
‑
28um；所述电感上层金属部和电感下层金属部的长度为150
‑
250um，其宽度为20
‑
30um；电感上层金属部两两之间或电感下层金属部两两之间平行设置，且间距为10
‑
20um。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，3D电感主体的数量为至少两个，至少两个电感上层金属部两两之间或至少两个电感下层金属部两两之间平行设置。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，4.5匝*1行的3D电感器设置有9个电感连接柱，4.5匝*3行、4.5匝*5行、8.5匝*1行、8.5匝*3行、8.5匝*5行、16.5匝*1行、16.5匝*3行、16.5匝*5行、28.5匝*1行、28.5匝*3行、28.5匝*5行的3D电感器分别设置有29、49、17、53、89、33、101、169、57、173、289个电感连接柱。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，第一金属层和第二金属层之间设置有空气层。
[0020]此外，本专利技术还提供一种如上述所述的基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器在射频电路中的应用。
[0021]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0022]1、本专利技术提出了基于IPD技术通过第一金属层和第二金属层呈上下交错的结构排列在至少两个测量Pad点之间形成3D电感器结构，实现了电感器的超高自谐振频率，使得电感值在信号带宽内尽可能的稳定，并且在提高器件品质因数的同时，极大的减小了器件所
占的芯片尺寸；
[0023]2、本专利技术为高频电感在射频电路中的应用提供了一种有效的解决方案，有助于推进3D电感器在射频电路中的探索与应用。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0025]图1为本专利技术以4.5匝*1行为例的3D电感结构示意图。
[0026]图2为本专利技术的3D电感截面图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，包括基板以及由上至下依次设置于所述基板上的第一金属层和第二金属层，其特征在于，还包括：晶元；测量Pad点，其数量至少为两个，至少两个测量Pad点以所述晶元的中心点对称设置在所述晶元上，且晶元在至少两个测量Pad点之间设置有预留区域；共面波导接地金属板，其数量至少为两个，至少两个共面波导接地金属板以所述晶元的中心点对称设置在所述晶元上；3D电感主体，其设置于所述晶元的预留区域，所述3D电感主体包括电感连接柱、电感上层金属部和电感下层金属部，所述电感上层金属部和电感下层金属部的两端均设置有电感连接柱，且电感上层金属部和电感下层金属部通过电感连接柱连接，所述电感上层金属部通过测量Pad点连接所述第一金属层，所述第一金属层通过电感连接柱连接电感下层金属部，所述电感下层金属部连接第二金属层，以使第一金属层和第二金属层呈上下交错的结构排列在至少两个测量Pad点之间。2.根据权利要求1所述的基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，其特征在于：还包括金属连接部，其用于连接测量pad点与电感连接柱，所述金属连接部包括相连接的矩形连接块和半圆连接块。3.根据权利要求1或2所述的基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，其特征在于：测量Pad点的数量为两个，两个测量Pad点以所述晶元的中心点对称设置。4.根据权利要求1所述的基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，其特征在于：所述测量pad点的宽长比为1:1。5.根据权利要求4所述的基于IPD具有超高自谐振频率的3D电感器，其特征在于：测量pad点到共面波导接地金属板的间距为44<...

【专利技术属性】
技术研发人员：强天，沈浚哲，雷玉双，高敏佳，马杨川，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：