專利名稱：形成于二布線層間的變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓器，特別是一種形成于二布線層間的變壓器。
背景技術(shù)：
由于無線通訊技術(shù)的進(jìn)步，使得電感、變壓器等無源元件被廣泛的使用在無線通訊電路設(shè)計(jì)的領(lǐng)域上。在電路設(shè)計(jì)中，變壓器可以使用獨(dú)立的離散式(discrete)元件來設(shè)計(jì)，也可以將變壓器整合到晶片(chip)中，但由于晶片中的能量損耗過大，導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)(Quality factor)過低，而增加電路設(shè)計(jì)的困難度。
請(qǐng)參考圖1，圖1為一傳統(tǒng)平面式變壓器10的示意圖。如圖1所示，平面式變壓器10包含一初級(jí)線圈12與一次級(jí)線圈14在一平面上形成變壓器10，而初級(jí)線圈12及次級(jí)線圈14分別包含兩個(gè)差動(dòng)訊號(hào)端P+、P-及S+、S-。初級(jí)線圈12以一點(diǎn)O為中心點(diǎn)，由端點(diǎn)P+開始以螺旋狀的方式沿著點(diǎn)O向內(nèi)環(huán)繞所需的圈數(shù)，最后由端點(diǎn)P-接出，次級(jí)線圈14以一點(diǎn)O為中心點(diǎn)，由端點(diǎn)S+開始以螺旋狀的方式沿著點(diǎn)O向內(nèi)環(huán)繞所需的圈數(shù)，最后由端點(diǎn)S-接出，而初級(jí)線圈12與次級(jí)線圈14是以相間方式螺旋狀纏繞且互不相交形成于同一平面之上。傳統(tǒng)平面式變壓器10的缺點(diǎn)為需要非常大的布局面積以達(dá)到所需的電感值，且傳統(tǒng)平面式的設(shè)計(jì)借由平面間的互感耦合效應(yīng)較差，而不容易應(yīng)用在無線集成電路的設(shè)計(jì)之中。
請(qǐng)參考圖2A，圖2A為一傳統(tǒng)雙層式變壓器16的示意圖。為了節(jié)省布局面積，如圖2A所示，使用雙層導(dǎo)體線圈來設(shè)計(jì)變壓器16。變壓器16包含一初級(jí)線圈18以及一次級(jí)線圈20，初級(jí)線圈18及次級(jí)線圈20分別包含兩個(gè)差動(dòng)訊號(hào)端P+、P-及S+、S-。初級(jí)線圈18以一點(diǎn)O為中心點(diǎn)，由端點(diǎn)P+開始以螺旋狀的方式沿著點(diǎn)O向內(nèi)環(huán)繞所需的圈數(shù)，最后結(jié)束于端點(diǎn)P-，次級(jí)線圈20以一點(diǎn)O′為中心點(diǎn)，由端點(diǎn)S+開始以螺旋狀的方式沿著點(diǎn)O′向內(nèi)環(huán)繞所需的圈數(shù)，最后結(jié)束于端點(diǎn)S-，而初級(jí)線圈18與次級(jí)線圈20是形成于不同的兩平面上。圖2B為變壓器16的等效電路圖，其中差動(dòng)訊號(hào)端P+、P-及S+、S-間的阻抗轉(zhuǎn)換比值是決定于初級(jí)線圈18與次級(jí)線圈20的導(dǎo)線圈數(shù)。而傳統(tǒng)雙層式變壓器16雖可較傳統(tǒng)平面式變壓器10有效降低晶片面積，并提高兩導(dǎo)體線圈之間的互感效應(yīng)，但雙層式變壓器16布局方式并未具有對(duì)稱性質(zhì)，故無法有效抑制共模噪聲。
由上述可知，傳統(tǒng)的平面式變壓器10耗費(fèi)較大的布局面積，增加元件的成本，而越長(zhǎng)的導(dǎo)體線圈其電阻值也越大，使得電感的能量損耗加大，導(dǎo)致電感的品質(zhì)因數(shù)變差，而雙層式變壓器16雖然可以改善布局面積過大等問題，但卻無法有效抑制共模噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的是提供一種印刷電路技術(shù)制造的變壓器，以解決上述問題。
本發(fā)明提供一種使用印刷電路技術(shù)所制成的變壓器，其包含一第一布線層，一第二布線層，其以平行于該第一布線層的方式形成于該第一布線層的下方，一初級(jí)線圈，其包含一第一導(dǎo)線段，形成于該第一布線層上，一第二導(dǎo)線段，形成于該第二布線層上，一第三導(dǎo)線段，以平行于該第一導(dǎo)線段的方式形成于該第一布線層上，一第四導(dǎo)線段，以平行于該第二導(dǎo)線段的方式形成于該第二布線層上，一第一介層插塞(via plug)，連接于該第一導(dǎo)線段的第一端及該第二導(dǎo)線段的第一端，一第二介層插塞，連接于該第二導(dǎo)線段的第二端及該第三導(dǎo)線段的第一端，以及一第三介層插塞，連接于該第三導(dǎo)線段的第二端及該第四導(dǎo)線段的第一端，以及一次級(jí)線圈，其包含一第五導(dǎo)線段，以平行于該第一導(dǎo)線段的方式形成于該第一布線層上，一第六導(dǎo)線段，以平行于該第二導(dǎo)線段的方式形成于該第二布線層上，一第七導(dǎo)線段，以平行于該第三導(dǎo)線段的方式形成于該第一布線層上，一第八導(dǎo)線段，以平行于該第四導(dǎo)線段的方式形成于該第二布線層上，一第四介層插塞，連接于該第五導(dǎo)線段的第一端及該第六導(dǎo)線段的第一端，一第五介層插塞，連接于該第六導(dǎo)線段的第二端及該第七導(dǎo)線段的第一端，以及一第六介層插塞，連接于該第七導(dǎo)線段的第二端及該第八導(dǎo)線段的第一端。


圖1為傳統(tǒng)平面式變壓器的示意圖。
圖2A為傳統(tǒng)雙層式變壓器的示意圖。
圖2B為圖2A變壓器的等效電路圖。
圖3A為本發(fā)明的形成于二布線層間變壓器的示意圖。
圖3B為圖3A變壓器的等效電路圖。
圖4為圖3A單端訊號(hào)轉(zhuǎn)換至差動(dòng)訊號(hào)的等效電路圖。
圖5A為本發(fā)明變壓器依第一排列方式的示意圖。
圖5B為本發(fā)明變壓器依第二排列方式的示意圖。
圖5C為本發(fā)明變壓器依第三排列方式的示意圖。
符號(hào)說明10平面式變壓器 12，18初級(jí)線圈14，20次級(jí)線圈 16雙層式電感21雙布線層變壓器 22第一布線層24第二布線層 26第一導(dǎo)線段28第二導(dǎo)線段 30第三導(dǎo)線段32第四導(dǎo)線段 34第五導(dǎo)線段36第六導(dǎo)線段 37第七導(dǎo)線段40第八導(dǎo)線段 42第一介層插塞44第二介層插塞 46第三介層插塞48第四介層插塞 50第五介層插塞52第六介層插塞 54初級(jí)線圈56次級(jí)線圈 58印刷電路板60第一布線層導(dǎo)線段62第二布線層導(dǎo)線段64介層插塞70第一排列方式變壓器72第二排列方式變壓器74第三排列方式變壓器具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖3A，圖3A為本發(fā)明變壓器21的示意圖。如圖3A所示，變壓器21包含一印刷電路板58，一第一布線層22設(shè)于該印刷電路板之內(nèi)，一第二布線層24亦設(shè)于該印刷電路板之內(nèi)，且以平行于第一布線層22的方式形成于第一布線層22的下方，一初級(jí)線圈54包含兩個(gè)差動(dòng)訊號(hào)端P+、P-，一第一導(dǎo)線段26，形成于第一布線層22上，一第二導(dǎo)線段28，形成于第二布線層24上，一第三導(dǎo)線段30，以平行于第一導(dǎo)線段26的方式形成于第一布線層22上，一第四導(dǎo)線段32，以平行于第二導(dǎo)線段28的方式形成于第二布線層24上，一第一介層插塞(via plug)42，連接于第一導(dǎo)線段26的第一端P1及第二導(dǎo)線段28的第一端P2且垂直于第一導(dǎo)線段26，一第二介層插塞44，連接于第二導(dǎo)線段28的第二端P3及第三導(dǎo)線段30的第一端P4且垂直于第二導(dǎo)線段28，以及一第三介層插塞46，連接于第三導(dǎo)線段30的第二端P5及第四導(dǎo)線段32的第一端P6且垂直于第三導(dǎo)線段30，以及一次級(jí)線圈56包含兩個(gè)差動(dòng)訊號(hào)端S+、S-，一第五導(dǎo)線段34，以平行于第一導(dǎo)線段26的方式形成于第一布線層22上，一第六導(dǎo)線段36，以平行于第二導(dǎo)線段28的方式形成于第二布線層24上，一第七導(dǎo)線段38，以平行于第五導(dǎo)線段34的方式形成于第一布線層上22，而其中第五導(dǎo)線段34是形成于第一導(dǎo)線段26與第三導(dǎo)線段30之間，第三導(dǎo)線段30是形成于第五導(dǎo)線段34及第七導(dǎo)線段38之間，一第八導(dǎo)線段40，以平行于第六導(dǎo)線段36的方式形成于第二布線層24上，一第四介層插塞48，連接于第五導(dǎo)線段34的一端P7及第六導(dǎo)線段36的第一端P8且垂直于第五導(dǎo)線段34，一第五介層插塞50，連接于第六導(dǎo)線段36的第二端P9及第七導(dǎo)線段38的第一端P10且垂直于第六導(dǎo)線段36，以及一第六介層插塞52，連接于第七導(dǎo)線段38的第二端P11及第八導(dǎo)線段40的第一端P12且垂直于該第七導(dǎo)線段38。而其中初級(jí)線圈54與次級(jí)線圈56的周圍則是為絕緣材料。由上述可知，變壓器21結(jié)構(gòu)為可借由穿孔連接上下兩層導(dǎo)線，且在+Y及-Y方向以繞線圈方式向兩端延伸的初級(jí)線圈54與次級(jí)線圈56的組合。
圖3B為變壓器21的差動(dòng)訊號(hào)至差動(dòng)訊號(hào)之間的阻抗轉(zhuǎn)換等效電路圖，其為一平衡到平衡(balance-to-balace)變壓器，其中差動(dòng)訊號(hào)端P+、P-及S+、S-間的阻抗轉(zhuǎn)換比值是決定于初級(jí)線圈18及次級(jí)線圈20的導(dǎo)線圈數(shù)。
圖4為圖3A中初級(jí)線圈54的一訊號(hào)端P-引至接地點(diǎn)，且次級(jí)線圈56上一訊號(hào)點(diǎn)P13引至接地點(diǎn)的等效電路圖，此即為一單端訊號(hào)轉(zhuǎn)換至差動(dòng)訊號(hào)的等效電路圖，此即構(gòu)成平衡到非平衡(balance-to-unbalance，BALUN)變壓器。
為配合不同的布線空間需求，本發(fā)明的變壓器21形狀可進(jìn)行不同的變化，圖5A至圖5C為本發(fā)明另外四種不同形狀的電感70、72、74。于圖5A至圖5C中，實(shí)線部分的導(dǎo)線段60是形成于第一布線層22，虛線部分的導(dǎo)線段62是形成于第二布線層24。如圖5A至圖5C所示，電感70、72、74的位于第一布線層22的導(dǎo)線段60是相互平行，且位于第二布線層24的導(dǎo)線段62亦相互平行。圖5A與圖5B的介層插塞64是呈兩相互平行的直線排列，而圖5C的介層插塞42則不呈直線排列。由上述不同排列方式可知，變壓器21可于空間中做許多不同排列的變化，而達(dá)到空間設(shè)計(jì)變化的要求。
而本發(fā)明的變壓器架構(gòu)可為多布線層式變壓器線圈所組成，其制作技術(shù)可為印刷電路技術(shù)或集成電路技術(shù)，也就是包含多層變壓器線圈，所述變壓器的初級(jí)線圈及次級(jí)線圈交錯(cuò)排列，多層絕緣層用來隔離該多層變壓器線圈，以及多個(gè)介層插塞，用來連接位于不同絕緣層的變壓器線圈，而其中該多個(gè)介層插塞是垂直于該多層變壓器線圈。故只要是多布線層式變壓器皆屬本發(fā)明的范疇。
而本發(fā)明變壓器的制作技術(shù)除了可為印刷電路技術(shù)之外，還可利用集成電路技術(shù)制造，而達(dá)到與本發(fā)明相同的效果。
相較于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明提供不同于傳統(tǒng)平面式變壓器的立體結(jié)構(gòu)的嵌入式變壓器設(shè)計(jì)，而依據(jù)不同空間需求可搭配所適合的變壓器排列設(shè)計(jì)，且本發(fā)明的變壓器所需的布局面積遠(yuǎn)比傳統(tǒng)技術(shù)的變壓器來得小很多，可以大幅降低元件的成本。此外本發(fā)明的主、次級(jí)線圈采上下層與穿孔跟隨的設(shè)計(jì)可以增加兩線圈的互感效應(yīng)，而達(dá)到高感值的功效，故本發(fā)明的變壓器僅需較短的導(dǎo)體長(zhǎng)度即可達(dá)到相同的電感值，且使用上下兩布線層與介層插塞穿孔所設(shè)計(jì)的變壓器，每一層金屬線圈可以使用較寬導(dǎo)線與穿孔來降低線圈的電阻值，以減少因電阻所造成的能量損耗，故較傳統(tǒng)技術(shù)的變壓器有較高的品質(zhì)因數(shù)，可廣泛應(yīng)用于高頻無線通訊電路設(shè)計(jì)中。而本發(fā)明于同層間具有對(duì)稱性質(zhì)，故可有效抑制共模噪聲。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用印刷電路技術(shù)所制成的變壓器，其包含一第一布線層；一第二布線層，以平行于該第一布線層的方式形成于該第一布線層的下方；一初級(jí)線圈，其包含一第一導(dǎo)線段，形成于該第一布線層上；一第二導(dǎo)線段，形成于該第二布線層上；一第三導(dǎo)線段，以平行于該第一導(dǎo)線段的方式形成于該第一布線層上；一第四導(dǎo)線段，以平行于該第二導(dǎo)線段的方式形成于該第二布線層上；一第一介層插塞(via plug)，連接于該第一導(dǎo)線段的第一端及該第二導(dǎo)線段的第一端；一第二介層插塞，連接于該第二導(dǎo)線段的第二端及該第三導(dǎo)線段的第一端；以及一第三介層插塞，連接于該第三導(dǎo)線段的第二端及該第四導(dǎo)線段的第一端；以及一次級(jí)線圈，其包含一第五導(dǎo)線段，以平行于該第一導(dǎo)線段的方式形成于該第一布線層上；一第六導(dǎo)線段，以平行于該第二導(dǎo)線段的方式形成于該第二布線層上；一第七導(dǎo)線段，以平行于該第三導(dǎo)線段的方式形成于該第一布線層上；一第八導(dǎo)線段，以平行于該第四導(dǎo)線段的方式形成于該第二布線層上；一第四介層插塞，連接于該第五導(dǎo)線段的第一端及該第六導(dǎo)線段的第一端；一第五介層插塞，連接于該第六導(dǎo)線段的第二端及該第七導(dǎo)線段的第一端；以及一第六介層插塞，連接于該第七導(dǎo)線段的第二端及該第八導(dǎo)線段的第一端。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第一介層插塞是垂直于第一導(dǎo)線段，該第二介層插塞是垂直于該第二導(dǎo)線段，該第三介層插塞是垂直于該第三導(dǎo)線段，該第四介層插塞是垂直于該第五導(dǎo)線段，該第五介層插塞是垂直于該第六導(dǎo)線段，該第六介層插塞是垂直于該第七導(dǎo)線段。
3.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中該第五導(dǎo)線段是形成于該第一及第三導(dǎo)線段之間，該第三導(dǎo)線段是形成于該第五及第七導(dǎo)線段之間。
4.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其是為平衡到平衡變壓器。
5.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其是為平衡到非平衡變壓器。
6.一種使用印刷電路技術(shù)所制成的變壓器，包含多層變壓器線圈，所述變壓器的初級(jí)線圈及次級(jí)線圈交錯(cuò)排列；絕緣層，用來隔離該多層變壓器線圈；以及多個(gè)介層插塞，用來連接位于不同絕緣層的變壓器線圈。
7.如權(quán)利要求6所述的變壓器，其中所述多層變壓器線圈為兩層。
8.如權(quán)利要求6所述的變壓器，其中所述該多個(gè)介層插塞垂直于該多層變壓器線圈。
9.一種使用集成電路技術(shù)所制成的變壓器，包含多層變壓器線圈，所述變壓器的初級(jí)線圈及次級(jí)線圈交錯(cuò)排列；絕緣層，用來隔離該多層變壓器線圈；以及多個(gè)介層插塞，用來連接位于不同絕緣層的變壓器線圈。
10.如權(quán)利要求6所述的變壓器，其中所述多層變壓器線圈為兩層。
11.如權(quán)利要求6所述的變壓器，其中所述該多個(gè)介層插塞垂直于該多層變壓器線圈。
全文摘要
一種使用印刷電路技術(shù)所制成的變壓器，其包含一第一布線層，一第二布線層，一初級(jí)線圈，其包含一第一、一第二、一第三、及一第四導(dǎo)線段分別形成于該第一或第二布線層，一第一、一第二、及一第三介層插塞用以連接該初級(jí)線圈各導(dǎo)線段的端點(diǎn)，以及一次級(jí)線圈，其包含一第五、一第六、一第七、及一第八導(dǎo)線段分別形成于該第一或第二布線層，一第四、一第五、及一第六介層插塞用以連接該次級(jí)線圈各導(dǎo)線段的端點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L27/01GK1450571SQ0312323
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者游永杰, 徐鑫洲, 李穎妮 申請(qǐng)人:威盛電子股份有限公司