專(zhuān)利名稱(chēng)：非全凸十六角形變壓器巴倫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用射頻集成電路片上變壓器巴倫。
背景技術(shù)：
目前，變壓器巴倫在射頻片上系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。在射頻電路中的發(fā)射和接收部分都需要使用電感及變壓器巴倫，變壓器巴倫在低噪聲放大器、混頻器、功率放大器中實(shí)現(xiàn)單端轉(zhuǎn)雙端的信號(hào)耦合，同時(shí)也因互感作用提高品質(zhì)因子和電感值。然而，在實(shí)現(xiàn)片上變壓器巴倫時(shí)需要降低芯片面積和提供低的變壓器損耗，以及保證信號(hào)有效的傳輸。因此，需要改善巴倫的結(jié)構(gòu)，提高其性能。專(zhuān)利號(hào)為US20080042792的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種名為《片上變壓器巴倫》的結(jié)構(gòu)。 參照?qǐng)D1所示，其使用方形結(jié)構(gòu)的頂層金屬來(lái)設(shè)計(jì)，其中初級(jí)12采用串聯(lián)方式由外圈到內(nèi)圈，再由內(nèi)圈到外圈，次級(jí)13采用并聯(lián)的方式，從而滿(mǎn)足高的耦合系數(shù)，降低次級(jí)繞線(xiàn)的電阻，且結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于廣泛應(yīng)用。但是，相對(duì)于邊數(shù)不斷增加的六邊形、八邊形等，其品質(zhì)因子Q值相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高品質(zhì)因子，高諧振頻率，高初、次級(jí)電感，并只消耗較小芯片面積的變壓器巴倫。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為非全凸十六角形變壓器巴倫， 包括有由初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)相互間隔環(huán)繞線(xiàn)成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個(gè)角由外凸的八個(gè)外角和內(nèi)凹的八個(gè)內(nèi)角組成，外角和內(nèi)角之間均為相鄰設(shè)置。所述的環(huán)繞圖形的外角的角度為90度，內(nèi)角的角度為135度。所述的初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)之間交叉的角度為90度。由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所述的變壓器巴倫在設(shè)計(jì)上采用非全凸十六角形的結(jié)構(gòu)，在考慮工藝設(shè)計(jì)規(guī)則的基礎(chǔ)上增加巴倫的邊數(shù)，從而達(dá)到提高該器件性能的目的。 由于工藝上一般采用90度轉(zhuǎn)角或135度轉(zhuǎn)角的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)邊數(shù)時(shí)采用向外凸的角度為90 度，向內(nèi)凹的角度為135度，這樣使得該變壓器巴倫的初級(jí)和次級(jí)的長(zhǎng)度在面積一定的情況下增大，同時(shí)整個(gè)變壓器巴倫的邊數(shù)的增大又有助于提高品質(zhì)因子Q值。本發(fā)明所述的變壓器巴倫在設(shè)計(jì)中采用的初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)之間交叉角度為 90度，交叉部分相對(duì)面積較小，所對(duì)應(yīng)的該巴倫寄生電容值也就會(huì)因此而減小，從而提高了其諧振頻率。綜上所述，本發(fā)明在片上實(shí)現(xiàn)時(shí)相對(duì)占用芯片面積較小，每個(gè)角部分的折疊增大了初級(jí)和次級(jí)繞線(xiàn)的長(zhǎng)度，電感的大小與繞線(xiàn)的長(zhǎng)度有關(guān)且隨著長(zhǎng)度的增加而增大，解決了因提高初級(jí)和次級(jí)電感值增大需要增加繞線(xiàn)匝數(shù)的問(wèn)題，節(jié)省了芯片面積。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新穎，品質(zhì)因子高，諧振頻率高，初、次級(jí)電感高，并只消耗較小的芯片面積，可以在片上射頻接發(fā)射系統(tǒng)的電路中提供信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，可以在多種工藝下實(shí)現(xiàn)，減少電感數(shù)量的使用，降低了芯片面積。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1是現(xiàn)有的片上變壓器巴倫結(jié)構(gòu)圖。圖2是非全凸十六角形的變壓器巴倫結(jié)構(gòu)圖。圖3是非全凸十六角形的變壓器巴倫襯底中的層次圖。圖4是非全凸十六角形的變壓器巴倫電感指標(biāo)圖。圖5是非全凸十六角形的變壓器巴倫品質(zhì)因子指標(biāo)圖。圖6是非全凸十六角形的變壓器巴倫插損指標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，所述的非全凸十六角形的變壓器巴倫，包括有由初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)相互間隔環(huán)繞線(xiàn)成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個(gè)角由外凸的八個(gè)外角和內(nèi)凹的八個(gè)內(nèi)角組成，外角和內(nèi)角之間均為相鄰設(shè)置，所述的環(huán)繞圖形的外角的角度為90度，內(nèi)角的角度為135度。其中，端口 1、2、3為初級(jí)繞線(xiàn)的端口，2為中心抽頭，4、5為次級(jí)繞線(xiàn)的端口。初級(jí)和次級(jí)繞線(xiàn)主要以當(dāng)前工藝的頂層金屬為主，這是由于頂層金屬相對(duì)其它層金屬厚度較厚，且電導(dǎo)率也較高，其在直流和交流狀態(tài)下的阻值也相對(duì)較小，有利于提高變壓器巴倫的品質(zhì)因子Q值和降低插入損耗；所述的初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)之間交叉的角度為90度，初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)之間金屬交叉部分選用次高層金屬，相對(duì)于最高層金屬的厚度稍微降低；中間抽頭部分為避免與其它變壓器巴倫金屬短路選擇從上向下數(shù)為第三層金屬。上述的這種布局方式有利于提高變壓器巴倫所要求的特性參數(shù)，降低不利于其性能的部分。尤其是采用頂層金屬布線(xiàn)可以提高金屬與襯底之間的距離，降低變壓器巴倫對(duì)襯底影響，降低寄生電容。如圖3所示，在所述的非全凸十六角形的變壓器巴倫的襯底中的層次圖中，其中頂層金屬厚度最厚，其次是次層金屬，從第三層開(kāi)始后各層的金屬厚度相等。依據(jù)此特點(diǎn)同時(shí)根據(jù)高頻條件下的電流在導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)會(huì)出現(xiàn)趨膚效應(yīng)，選擇厚度較厚的頂層金屬來(lái)制作變壓器巴倫更有利于其物理上的電學(xué)特性。通孔6、通孔7、通孔8分別為高層金屬與次高層金屬之間的連接、次高層金屬與第三層金屬之間的連接、以及第三層金屬與第四層金屬之間的連接，從而實(shí)現(xiàn)繞線(xiàn)的金屬交叉避免短路部分的連接，達(dá)到好的物理實(shí)現(xiàn)效果。再向下為襯底層，襯底的厚度和濃度將影響變壓器巴倫的性能，為了設(shè)計(jì)的效果選擇厚襯底、 低濃度的襯底摻雜濃度。本發(fā)明的性能特性示意圖如圖4、5、6所示。圖4顯示出該變壓器巴倫的初級(jí)和次級(jí)電感值的大小，以及諧振頻率在13GHz，諧振頻率相對(duì)較高有利于變壓器巴倫在較寬的頻段里的應(yīng)用。圖5表明非全凸十六角形的變壓器巴倫的初級(jí)和次級(jí)Q值，其在頻點(diǎn)為7GHz達(dá)到最大值16，初級(jí)和次級(jí)的性能是一致的。圖6表示非全凸十六角形的變壓器巴倫的工作頻帶內(nèi)的插損情況，在頻率3. 5GHz
4以上其插損較小，且其值是在端口 50歐姆不匹配的情況下取得的。
非全凸十六角形的變壓器巴倫中的計(jì)算 設(shè)初級(jí)電感為L(zhǎng)i，次級(jí)電感為L(zhǎng)2，則
其中變壓器巴倫的初級(jí)和次級(jí)電感的品質(zhì)因子分別為Ql，Q2，則
相關(guān)的其它參數(shù)可以依據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料來(lái)計(jì)算。
總之，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該說(shuō)明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非全凸十六角形變壓器巴倫，其特征在于包括有由初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)相互間隔環(huán)繞線(xiàn)成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個(gè)角由外凸的八個(gè)外角和內(nèi)凹的八個(gè)內(nèi)角組成，外角和內(nèi)角之間均為相鄰設(shè)置。
2.按照權(quán)利要求1所述的非全凸十六角形變壓器巴倫，其特征在于所述的環(huán)繞圖形的外角的角度為90度，內(nèi)角的角度為135度。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的非全凸十六角形變壓器巴倫，其特征在于所述的初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)之間交叉的角度為90度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非全凸十六角形變壓器巴倫。非全凸十六角形變壓器巴倫，包括有由初級(jí)繞線(xiàn)和次級(jí)繞線(xiàn)相互間隔環(huán)繞線(xiàn)成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個(gè)角由外凸的八個(gè)外角和內(nèi)凹的八個(gè)內(nèi)角組成，外角和內(nèi)角之間均為相鄰設(shè)置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，占用芯片面積小，諧振頻率高、初和次級(jí)電感高?？梢栽谄舷到y(tǒng)中提供高諧振頻率和高初、次級(jí)電感，可以在BiCMOS和CMOS工藝條件下制作，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)因子、高諧振頻率、高初、次級(jí)電感，并只消耗較小的芯片面積。
文檔編號(hào)H01L23/522GK102184910SQ20111006744
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者何思遠(yuǎn), 張華斌, 李正平 申請(qǐng)人:廣州潤(rùn)芯信息技術(shù)有限公司