專利名稱：至少部分安置于非半導(dǎo)體襯底中的高品質(zhì)因數(shù)變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所揭示的實施例涉及用于高頻應(yīng)用的變壓器。
背景技術(shù)：
例如在蜂窩式電話中找到的收發(fā)器等射頻(RF)電路常常涉及電感器及變壓器。 圖1(現(xiàn)有技術(shù))為第6，180，445號美國專利中所揭示的螺旋形電感器21的俯視圖。螺旋 形電感器21連同硅襯底的有源區(qū)中的有源裝置制造于硅襯底上。電感器也可部分安置于 非半導(dǎo)體襯底中且通過微凸塊連接到IC中的電路，IC中的電路接著可倒裝芯片接合到BGA 封裝襯底。第6，833，285號美國專利展示制造于硅襯底上的螺旋形電感器的另一實例。所述 結(jié)構(gòu)為倒裝芯片硅插入機構(gòu)的一部分。圖2(現(xiàn)有技術(shù))為第US2004/0121606號美國公開 專利申請案中所揭示的倒裝芯片變壓器16的俯視圖。變壓器16制造于半導(dǎo)體晶片2上。 圖3(現(xiàn)有技術(shù))為集成式變壓器結(jié)構(gòu)的透視圖。所述變壓器涉及三個主要節(jié)點Pl、P2及 P3及兩個次要節(jié)點Sl及S3。主要節(jié)點連接到發(fā)射器的混頻器。次要節(jié)點中的一者連接到 驅(qū)動放大器的輸入，而次要節(jié)點中的另一者接地。混頻器及驅(qū)動放大器及變壓器為可從高 通公司(Qualcomm Incorporated)購得的倒裝芯片封裝收發(fā)器集成電路的部分。例如圖2 及圖3中所說明的結(jié)構(gòu)等現(xiàn)有技術(shù)集成式變壓器結(jié)構(gòu)通常具有不合需要的低的品質(zhì)因數(shù) Q，及/或不合需要的低的耦合系數(shù)，且/或占據(jù)不合需要的大量集成電路裸片面積。具有 高Q、足夠高耦合系數(shù)且占據(jù)相對較小量集成電路裸片面積的替代例為所要的。

發(fā)明內(nèi)容
一種組合件涉及集成電路裸片，其通過多個倒裝芯片微凸塊倒裝芯片接合到非半 導(dǎo)體襯底。所述非半導(dǎo)體襯底可(例如)為球柵陣列(BGA)集成電路封裝的接合球所附接 到的襯底。在一個新穎方面中，新穎變壓器的至少一部分安置于所述非半導(dǎo)體襯底中。所 述倒裝芯片微凸塊中的至少一者將所述變壓器在所述非半導(dǎo)體襯底中的此部分連接到所 述集成電路裸片中的電路。在兩千兆赫下，所述新穎變壓器具有至少為0.4的耦合系數(shù)k 且還具有至少為十的變壓器品質(zhì)因數(shù)Q。所述新穎變壓器具有大于4. 0千兆赫的自諧振頻 率。所述新穎變壓器用于將混頻器的差分輸出耦合到蜂窩式電話內(nèi)的RF收發(fā)器集成電路 裸片中的驅(qū)動放大器的單端輸入。在一個特定實例中，所述非半導(dǎo)體襯底為多層互連結(jié)構(gòu)，其包括若干金屬互連件 層及若干非半導(dǎo)體電介質(zhì)材料層。所述集成電路裸片為RF收發(fā)器集成電路裸片，其包括位 于無線電發(fā)射器電路的發(fā)射鏈中的混頻器及驅(qū)動放大器。所述混頻器經(jīng)由所述變壓器驅(qū)動 所述驅(qū)動放大器。所述新穎變壓器的一部分安置于所述集成電路裸片中，借此允許使用小 的導(dǎo)體寬度及幾何形狀，使得在所述變壓器的主要級與所述變壓器的次要級之間實現(xiàn)高耦 合程度。所述新穎變壓器的另一部分安置于所述非半導(dǎo)體襯底中，借此降低寄生電容且利 用低電阻封裝金屬化以使得實現(xiàn)高變壓器品質(zhì)因數(shù)⑴)。所述新穎變壓器的安置于所述襯底中的所述部分通過所述微凸塊中的一者或一者以上連接到所述集成電路裸片中的相關(guān) 聯(lián)電路。通過將新穎變壓器結(jié)構(gòu)的至少部分置放于襯底中，實現(xiàn)變壓器所需的集成電路裸 片面積量得以減少。以上為概述且因此有必要含有細節(jié)的簡化、概括及省略；因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人 員將了解所述概述僅為說明性的且既定不以任何方式加以限制。如僅由權(quán)利要求書界定的 本文中所描述的裝置及/或過程的其它方面、發(fā)明性特征及優(yōu)勢將在本文中所闡述的非限 制性詳細描述中變得顯而易見。


圖1、圖2及圖3(現(xiàn)有技術(shù))為實現(xiàn)于半導(dǎo)體襯底上的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的透視圖。圖4為根據(jù)一個新穎方面的移動通信裝置100的高階框圖。圖5為圖4的RF收發(fā)器集成電路103的較詳細框圖。圖6為圖5的混頻器122及驅(qū)動放大器124以及將混頻器122耦合到驅(qū)動放大器 124的新穎變壓器128的較詳細圖。圖7為展示圖6的新穎變壓器1 如何部分安置于集成電路103中且部分安置于 非半導(dǎo)體襯底143中的簡化橫截面圖。圖8為圖6的變壓器128的透視圖。圖9為安置于非半導(dǎo)體襯底143中的圖8的變壓器128的金屬導(dǎo)體的透視圖。圖10為安置于集成電路103中的圖8的變壓器128的金屬導(dǎo)體的透視圖。圖11為展示圖6的變壓器128的主要級及次要級的品質(zhì)因數(shù)Q如何隨頻率變化 的圖表。圖12為展示圖6的變壓器128的主要級及次要級的耦合系數(shù)k如何隨頻率變化 的圖表。圖13為展示圖6的變壓器128的自諧振頻率的圖表。圖14為根據(jù)第二新穎方面的變壓器的第二實施例200的簡化透視圖。圖15為安置于非半導(dǎo)體襯底143中的圖14的變壓器的次要導(dǎo)體的透視圖。圖16為安置于集成電路裸片103中的圖14的變壓器的主要導(dǎo)體的透視圖。圖17為展示圖14的變壓器的主要級及次要級的品質(zhì)因數(shù)Q如何隨頻率變化的圖 表。圖18為展示圖14的變壓器的耦合系數(shù)k如何隨頻率變化的圖表。圖19為展示圖14的變壓器的耦合系數(shù)k如何隨集成電路103與襯底143之間的 距離(沿同軸軸線測量)的改變而變化的圖表。圖20為根據(jù)第三新穎方面的變壓器的第三實施例300的簡化透視圖。圖21為安置于非半導(dǎo)體襯底143中的圖20的變壓器的次要導(dǎo)體的透視圖。圖22為安置于非半導(dǎo)體襯底143中的圖20的變壓器的主要導(dǎo)體的透視圖。圖23為展示圖20的變壓器的主要級及次要級的品質(zhì)因數(shù)Q如何隨頻率變化的圖表。圖M為展示圖15的變壓器的耦合系數(shù)k如何隨頻率變化的圖表。圖25為根據(jù)一個新穎方面的方法400的流程圖。
具體實施例方式圖4為根據(jù)一個新穎方面的一個特定類型的移動通信裝置100的極簡化高階框 圖。在此特定實例中，移動通信裝置100為能夠根據(jù)碼分多址(CDMA)蜂窩式電話通信協(xié)議 操作的3G蜂窩式電話。蜂窩式電話包括(在未說明的若干其它部分當中)天線102及兩個 集成電路103及104。集成電路104稱為“數(shù)字基帶集成電路”或“基帶處理器集成電路”。 集成電路103為RF收發(fā)器集成電路。RF收發(fā)器集成電路103稱為“收發(fā)器”，因為其包括 發(fā)射器以及接收器。圖5為圖5的RF收發(fā)器集成電路103的較詳細框圖。接收器包括所謂的“接收 鏈” 110以及本機振蕩器111。當蜂窩式電話正進行接收時，高頻RF信號112接收于天線 102上。來自信號112的信息傳遞通過雙工器113，且進入接收鏈110中。信號112由低噪 聲放大器(LNA) 115放大且由混頻器116降頻轉(zhuǎn)換。所得經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換信號由基帶濾波器117 進行濾波且被傳遞到數(shù)字基帶集成電路104。數(shù)字基帶集成電路104中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器118 將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，且所得數(shù)字信息由數(shù)字基帶集成電路104中的數(shù)字電路處理。如果蜂窩式電話正進行發(fā)射，則待發(fā)射的信息由數(shù)字基帶集成電路104中的數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器119轉(zhuǎn)換為模擬形式且被供應(yīng)到“發(fā)射鏈” 120?；鶐V波器121濾除歸因于數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換處理的噪聲。在本機振蕩器123的控制下，混頻器122接著將所述信號增頻轉(zhuǎn)換為 高頻信號。驅(qū)動放大器1 及外部功率放大器125放大所述高頻信號以驅(qū)動天線102，使得 從天線102發(fā)射高頻RF信號126。數(shù)字基帶集成電路104通過控制由本機振蕩器123供應(yīng) 到混頻器122的一或多個本機振蕩器信號LO的頻率來調(diào)諧發(fā)射器。圖6為展示混頻器122如何經(jīng)由經(jīng)調(diào)諧儲能電路127耦合到驅(qū)動放大器IM的較 詳細的圖。儲能電路127執(zhí)行差分到單端轉(zhuǎn)換功能，因為其接收來自混頻器122的差分信 號，執(zhí)行差分到單端轉(zhuǎn)換，且將單端信號供應(yīng)到驅(qū)動放大器124。儲能電路127還執(zhí)行電流 到電壓轉(zhuǎn)換功能，因為其將來自混頻器122的電流信號轉(zhuǎn)換為供應(yīng)到驅(qū)動放大器124的電 壓信號。儲能電路127包括新穎變壓器128、主要電容器1 及次要電容器130。穿過電容 器符號1 及130的箭頭指示主要電容器及次要電容器為可編程可變電容器。電容器1 及130的電容可由數(shù)字電路(未說明)改變。變壓器1 包括主要級131及次要級132。 主要級131包括從節(jié)點Pl延伸到節(jié)點P2的第一部分。節(jié)點P2為主要級上的分接頭，且連 接到RF收發(fā)器集成電路103的端子133。節(jié)點P2也在RF收發(fā)器集成電路103內(nèi)耦合到 DC供應(yīng)電壓導(dǎo)體134。DC供應(yīng)電壓在此處標識為VCC。主要級131還包括從節(jié)點P2延伸 到節(jié)點P3的第二部分。節(jié)點P3連接到RF收發(fā)器集成電路103的端子135。虛線136表示 RF收發(fā)器集成電路103的邊界。如下文進一步詳細描述，主要級的第二部分安置于非半導(dǎo) 體襯底143中的RF收發(fā)器集成電路103外部。次要級132還包括第一部分及第二部分。次要級的第一部分從節(jié)點Sl延伸到節(jié) 點S2。節(jié)點S2為次要級上的分接頭。節(jié)點S2連接到RF收發(fā)器集成電路103的端子137。 次要級的第二部分從節(jié)點S2延伸到節(jié)點S3。如由虛線136所指示，次要級的第二部分安置 于RF收發(fā)器集成電路103外部。圖7為RF收發(fā)器集成電路103的簡化橫截面圖。RF收發(fā)器集成電路103通過多個微凸塊(“凸塊”)135、137、133、141及142倒裝芯片安裝到非半導(dǎo)體多層襯底143。非 半導(dǎo)體襯底143在此實例中為球柵陣列(BGA)集成電路封裝的襯底。襯底143并非使用半 導(dǎo)體晶片制造步驟實現(xiàn)于半導(dǎo)體晶片上的結(jié)構(gòu)。襯底143不包括單晶半導(dǎo)體晶片材料的襯 底層。非半導(dǎo)體襯底143(例如)可為多層層壓陶瓷結(jié)構(gòu)，或多層壓制陶瓷結(jié)構(gòu)，或多層層 壓塑料結(jié)構(gòu)或多層環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，例如FR4玻璃纖維/環(huán)氧樹脂?；蛘?，可使用其它非半導(dǎo) 體襯底材料。在當前實例中，非半導(dǎo)體襯底143為層壓結(jié)構(gòu)且包括60微米厚的環(huán)氧樹脂電 介質(zhì)層144。層144為通過商標名CCL-HL832BT而已知的材料。所述材料可從日本東京的 三菱氣體和化學(xué)品有限公司(Mitsubishi Gas and ChemicalCompany, Inc.)購得?！癇T” 指代雙馬來酰亞胺三嗪(Bismalimide Triazine)?！癈CL”指示其為銅包層。非半導(dǎo)體襯底 143進一步包括兩個其它40微米厚電介質(zhì)層145及146以及四個15微米厚銅互連件147 到150。電介質(zhì)層145及146是通過商標名HL830NX-A而已知的可從日本東京的三菱氣體 和化學(xué)品有限公司購得的材料。非半導(dǎo)體襯底143的頂部及底部主表面分別包括焊接掩模 層151及152。表面安裝焊球153到155是使用包括粘合層及障壁金屬層的多個其它倒裝 芯片金屬層(未圖示)附接到金屬互連層150。如圖7中所說明，主要級的第二部分及次要級的第二部分安置于非半導(dǎo)體襯底 143中。位于襯底143內(nèi)的節(jié)點S3經(jīng)由焊球IM耦合到移動通信裝置100內(nèi)的下伏印刷電 路板中的接地導(dǎo)體(未圖示)，總BGA封裝附接到所述下伏印刷電路板。在一些實施例中， BGA集成電路封裝還包括數(shù)字基帶集成電路104及功率放大器125及其它組件。集成電路 裸片103以及附接到襯底143的其它集成電路裸片由BGA封裝的另一部分(未圖示)包封。圖8為新穎變壓器128的導(dǎo)體及微凸塊的簡化透視圖。未展示位于變壓器128附 近的電介質(zhì)層及其它結(jié)構(gòu)，使得主要級及次要級及互連微凸塊將在圖中更顯而易見。主要 級及次要級的實現(xiàn)于非半導(dǎo)體襯底143中的第二部分在圖8的視圖中在頂部上可見，其從 頁面面朝外。較厚的導(dǎo)體156及157分別為主要級及次要級的第二部分的導(dǎo)體。導(dǎo)體156 及157實現(xiàn)于金屬層147 (Ml)中，而主要級及次要級的第一部分的較薄的導(dǎo)體158及159 實現(xiàn)于RF收發(fā)器集成電路103中的金屬層中。存在如所說明的導(dǎo)體156及157中的每一 者的至少一匝，且存在如所說明的導(dǎo)體158及159中的每一者的至少一匝。圖9為圖8的結(jié)構(gòu)的部分視圖。圖9展示實現(xiàn)于非半導(dǎo)體襯底143中的較厚的導(dǎo) 體156及157。較厚的導(dǎo)體156及157大致為30微米寬，且主要級與次要級的第二部分之 間存在大致30微米的間距。圖10為圖8的結(jié)構(gòu)的部分視圖。圖10展示實現(xiàn)于RF收發(fā)器 集成電路103中的較薄的導(dǎo)體158及159。較薄的導(dǎo)體158及159大致為10微米寬，且主 要級與次要級的第一部分之間存在大致兩微米的間距。新穎變壓器1 具有在兩千兆赫下測量的變壓器品質(zhì)因數(shù)Q，其至少為十且在圖6 到圖10的實例中大致為19。變壓器的品質(zhì)因數(shù)Q(當所述術(shù)語在此處使用時)意味著主要 級或次要級中具有最小品質(zhì)因數(shù)Q的無論哪一者的品質(zhì)因數(shù)Q。圖11為展示圖6到圖10 的變壓器128的主要級131及次要級132的品質(zhì)因數(shù)的圖表。線160表示主要級131的品 質(zhì)因數(shù)Q。線161表示次要級132的品質(zhì)因數(shù)Q。因為主要級在兩千兆赫下具有大致19的 品質(zhì)因數(shù)且因為次要級在兩千兆赫下具有大于19的品質(zhì)因數(shù)，所以在兩千兆赫下，變壓器 128具有大致19的品質(zhì)因數(shù)Q。在兩千兆赫下，主要級具有大致1. 4nH的電感，且次要級具 有大致IjnH的電感。
圖12為展示變壓器128的耦合系數(shù)k的圖表。耦合系數(shù)k為介于零與一之間的 表達兩個電路之間存在的電耦合的程度的數(shù)字。其經(jīng)計算為互阻抗與耦合的電路的自阻抗 的乘積的平方根的比，其中所有阻抗以相同單位表達。在圖12中，線162表示變壓器1 的耦合系數(shù)k。變壓器1 具有在兩千兆赫下測量的耦合系數(shù)k，其至少為0. 4且在圖6到 圖10的實例中大致為0. 75。圖13為展示變壓器128的自諧振頻率的圖表。如由圖13所指示，變壓器128的 自諧振頻率大致為17千兆赫。變壓器自諧振是歸因于涉及主要級及次要級的電感且涉及 變壓器結(jié)構(gòu)中的寄生電容的LC電路。在一個有利方面中，變壓器1 具有至少為十的Q且還具有至少為0. 4的耦合系 數(shù)。如果變壓器將實現(xiàn)為例如BGA封裝的FR4印刷電路板等一般非半導(dǎo)體襯底中的單一金 屬層中的兩個螺旋形耦合的電感器，那么主要級及次要級原則上將僅水平耦合。結(jié)果，將實 現(xiàn)0. 2或0. 3的范圍中的低耦合系數(shù)。然而，歸因于FR4襯底的高質(zhì)量及低電阻金屬化，可 已實現(xiàn)相對較高品質(zhì)因數(shù)Q。另一方面，如果變壓器將使用圖3中所說明的結(jié)構(gòu)而集成于 芯片上，那么可使用可通過使用普通半導(dǎo)體制造工藝實現(xiàn)的精細控制金屬化而非常接近彼 此地置放主要及次要導(dǎo)體。結(jié)果，圖3的結(jié)構(gòu)可具有0.7或更大的高耦合系數(shù)。遺憾地，圖 3的芯片上結(jié)構(gòu)將有可能涉及金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體裸片中的其它附近結(jié)構(gòu)之間的顯著寄生電 容。用以實現(xiàn)主要級及次要級中的所謂“交叉”的芯片上互金屬化(intermetallization) 層通孔的相當大電阻將降低變壓器品質(zhì)因數(shù)Q。兩個此種交叉在圖3中由參考數(shù)字190及 191指示。作為這些結(jié)構(gòu)缺陷的結(jié)果，芯片上變壓器結(jié)構(gòu)的品質(zhì)因數(shù)Q將通常小于十，且芯 片上變壓器將具有不合需要的低的自諧振頻率。在一個新穎方面中，認識到，移動通信裝置 100的變壓器1 僅需要具有略大于0. 4的耦合系數(shù)k。進一步認識到，此耦合系數(shù)可通過 在裸片103內(nèi)以集成形式提供變壓器128的一部分，且通過在非半導(dǎo)體襯底143中提供變 壓器128的一部分來實現(xiàn)。可實現(xiàn)此0. 4的耦合系數(shù)，同時還實現(xiàn)高于十的變壓器品質(zhì)因 數(shù)Q。此外，通過利用低電阻微凸塊而非較高電阻芯片上通孔來實現(xiàn)交叉，實現(xiàn)了遠多于為 十的所要變壓器品質(zhì)因數(shù)Q的為19的變壓器品質(zhì)因數(shù)Q。主要級及次要級不僅水平耦合， 更如圖7中所說明還垂直且同軸耦合。新穎變壓器128因此僅占據(jù)裸片103的310微米乘 350微米的面積。襯底143中需要310微米乘350微米的相等面積。新穎變壓器1 及其 與混頻器122及與驅(qū)動放大器124的連接需要三個微凸塊。盡管圖8的變壓器1 在許多應(yīng)用中工作良好，但存在RF收發(fā)器集成電路103的 制造及測試涉及晶片探針測試的應(yīng)用。晶片探針測試涉及當集成電路在集成電路的經(jīng)處理 的晶片已被雕刻及切割為單一化裸片之前為所述晶片的一部分時實行及測試集成電路的 電路的性能及特性。使具有許多小探針的測試頭朝向晶片上的集成電路，使得探針與集成 電路上的微凸塊物理及電接觸。在已使所述測試頭及探針與所要微凸塊物理及電接觸之 后，經(jīng)由探針激勵并測試集成電路。然而，圖8的RF收發(fā)器集成電路103的此測試可能難 以或不可能進行，因為變壓器1 在集成電路裸片103倒裝芯片安裝到襯底143上之前并 非整體存在。因此，在晶片探測階段無法容易地測試混頻器122與驅(qū)動放大器124的變壓 器華禹合。圖14為變壓器的第二實施例200的簡化透視圖。此第二實施例比圖8的第一實 施例更易于在晶片探針測試階段進行測試。如同在圖8的實例中，電介質(zhì)層及其它結(jié)構(gòu)在圖15的視圖中未展示，使得將展現(xiàn)主要及次要導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。以混頻器122在圖8的變壓器 體現(xiàn)于集成電路103中的情況下經(jīng)由圖8的變壓器驅(qū)動驅(qū)動放大器124的相同方式，混頻 器122在圖14的實施例體現(xiàn)于集成電路103中的情況下也如此經(jīng)由圖14的變壓器驅(qū)動驅(qū) 動放大器124。圖15為圖14的變壓器的次要級的導(dǎo)體201的透視圖。次要級全部安置于非半導(dǎo) 體襯底143中。次要級的第一末端202通過微凸塊203耦合到集成電路103且耦合到驅(qū)動 放大器124的輸入引線上。次要級的第二末端204接地到襯底143內(nèi)的接地導(dǎo)體。因此于 第二末端204處未提供微凸塊以將第二末端204接地。螺旋形次要級在兩千兆赫下具有大 致2. OnH的電感。圖16為圖14的變壓器的主要級的導(dǎo)體205的透視圖。導(dǎo)體205全部安置于集成 電路103中。標簽Pl標識主要級的耦合到混頻器122的第一輸出節(jié)點的第一末端。標簽 P3標識主要級的耦合到混頻器122的第二輸出節(jié)點的第二末端。標簽P2標識主要級上的 耦合到如圖6中所說明的供應(yīng)電壓導(dǎo)體的分接頭。主要級在兩千兆赫下具有大致1. OnH的 電感。變壓器占據(jù)RF收發(fā)器集成電路裸片103上的345微米乘340微米的面積。圖17為展示主要級及次要級的品質(zhì)因數(shù)Q如何隨頻率變化的圖表。線207表示 主要級的品質(zhì)因數(shù)Q而線206表示次要級的品質(zhì)因數(shù)Q。在兩千兆赫下，主要級具有大致 16的Q且次要級具有大致33的Q。因此，所述變壓器據(jù)稱在兩千兆赫下具有大致16的變 壓器品質(zhì)因數(shù)Q。圖18為展示圖14的變壓器的耦合系數(shù)k如何隨頻率改變的圖表。線208表示耦 合系數(shù)k。圖19為展示耦合系數(shù)k如何依據(jù)圖14的實施例中的IC 103與襯底143之間的 距離而變的圖表。線163表示耦合系數(shù)k。在圖14到圖16的實例中，主要導(dǎo)體205與次要 導(dǎo)體之間的距離(沿主要級及次要級的同軸軸線測量)大致為46微米。盡管在圖8的第一實施例中，主要級的一部分及次要級的一部分實現(xiàn)于非半導(dǎo)體 襯底143中，但在圖14的第二實施例中，主要級全部實現(xiàn)于集成電路103上且次要級全部 實現(xiàn)于襯底143中。因為僅一個微凸塊203用以將次要級連接到驅(qū)動放大器124的輸入節(jié) 點，所以晶片探測頭可經(jīng)修改以體現(xiàn)具有與圖15中所說明的形狀大致相同的形狀的第二 電感器。晶片探測頭具有位于微凸塊203的位置處的探針而不包括微凸塊203。探針的一 個末端耦合到測試次要級的末端202。使探針的另一末端與微凸塊203接觸。當晶片探測 頭已到達且探針已接觸微凸塊時，相對于主要級以圖14中所說明的大致定向來安置晶片 探測頭的測試次要級。測試頭接著經(jīng)由其探針激勵集成電路103，且混頻器122經(jīng)由變壓器 驅(qū)動驅(qū)動放大器124。此點處的變壓器包括位于集成電路103上的主要級及位于晶片探針 測試頭上的測試次要級。晶片探針測試頭實行且測試集成電路103的性能。在測試之后，晶 片探針測試頭移動到晶片上的下一集成電路且重復(fù)測試過程。因此可見，測試并非對實際 裝配的變壓器的測試，而是涉及作為晶片探針測試頭的一部分的替代測試次要級的測試。在圖14的第二實施例中，主要級集成于集成電路裸片103上。變壓器的第二實施 例因此占據(jù)一定量的裸片面積。如果所使用的非半導(dǎo)體襯底具有三個或三個以上金屬互連 層，那么可使用如圖20中所說明的第三實施例300。在圖20的第三實施例300中，主要級 及次要級均全部安置于非半導(dǎo)體襯底143中。
圖20為新穎變壓器的第三實施例300的透視圖。第三實施例300是從襯底143 下方一有利點向上朝向集成電路103的正面觀看。電介質(zhì)層及集成電路103在圖20的視 圖中未說明，使得變壓器的結(jié)構(gòu)將更顯而易見。包括主要級的導(dǎo)體301及次要級的導(dǎo)體302 的整個變壓器安置于非半導(dǎo)體襯底143中。圖21為無主要級的次要級的透視圖。圖22為無次要級的主要級的透視圖。第一 微凸塊303將主要導(dǎo)體301的第一末端304連接到集成電路103的混頻器122的第一輸出 節(jié)點。第二微凸塊305將主要導(dǎo)體301的第二末端306連接到集成電路103的混頻器122 的第二輸出節(jié)點。參考數(shù)字Pl標識主要級的第一末端，P2標識主要級上的分接頭，且P3 標識主要級的第二末端。第三微凸塊307將次要導(dǎo)體302的第一末端308連接到驅(qū)動放大 器124的輸入節(jié)點。連接從第一末端308延伸通過焊墊309，垂直通過導(dǎo)電通孔310，延伸 到焊墊311，橫向延伸到焊墊312，且垂直通過第三微凸塊307而到達集成電路103內(nèi)的驅(qū) 動放大器輸入節(jié)點。參考數(shù)字Sl標識次要級的第一末端。參考數(shù)字S3標識次要級的連接 到襯底143內(nèi)的接地導(dǎo)體的第二末端。主要級在兩千兆赫下具有大致0.9nH的電感且次要 級在兩千兆赫下具有大致1. OnH的電感。變壓器在襯底143中占據(jù)522微米乘533微米的 面積。因為主要級及次要級全部實現(xiàn)于襯底143中，所以變壓器僅消耗集成電路103上可 忽略量的面積。圖23為展示圖20到圖22的第三實施例300的主要級的品質(zhì)因數(shù)Q及次要級的 品質(zhì)因數(shù)Q的圖表。變壓器的第三實施例300在兩千兆赫下具有大致30的變壓器品質(zhì)因數(shù)。圖M為展示圖20到圖22的第三實施例300的耦合系數(shù)k的圖表。在兩千兆赫 下，變壓器的第三實施例300具有大致0. 44的耦合系數(shù)。圖25為根據(jù)一個新穎方面的單步驟方法400的流程圖。在步驟401中，集成電 路裸片中的電路(例如，圖7的RF收發(fā)器集成電路裸片103的驅(qū)動放大器124的輸入節(jié) 點)經(jīng)由倒裝芯片微凸塊(例如，微凸塊137)連接到變壓器的在非半導(dǎo)體襯底(例如，襯 底143)中的至少一部分以使得變壓器具有至少為0. 4的耦合系數(shù)k且具有至少為十的品 質(zhì)因數(shù)Q。在一個實例中，變壓器的所述部分為圖7的襯底143中所說明的部分。在新穎方 法400的第二實例中，微凸塊為圖15中的微凸塊203。此微凸塊203連接到圖7的集成電 路103的驅(qū)動放大器124的輸入節(jié)點。在新穎方法400的第三實例中，微凸塊為圖20中的 微凸塊307。此微凸塊307連接到圖7的集成電路103的驅(qū)動放大器124的輸入節(jié)點。在 方法400中，新穎變壓器的一些或?qū)嵸|(zhì)上全部或全部安置于非半導(dǎo)體襯底中。雖然出于指導(dǎo)目的而在上文描述某些特定實施例，但本專利文獻的教示具有一般 適用性且不限于上文描述的特定實施例。因此，在不脫離隨后闡述的權(quán)利要求書的范圍的 情況下可實踐所述特定實施例的各種特征的各種修改、改動及組合。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)，其包含非半導(dǎo)體襯底，其包括變壓器的一部分；及集成電路裸片，其通過多個微凸塊接合到所述非半導(dǎo)體襯底，其中所述變壓器的位于 所述非半導(dǎo)體襯底中的所述部分連接到所述微凸塊中的至少一者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器在兩千兆赫下具有至少為0.4的耦合 系數(shù)k，且其中所述變壓器在兩千兆赫下具有至少為十的變壓器品質(zhì)因數(shù)Q。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器包括主要級及次要級，所述主要級的 第一部分安置于所述集成電路裸片中，所述主要級的第二部分安置于所述非半導(dǎo)體襯底 中，且其中所述主要級的所述第一部分通過所述微凸塊中的所述一者連接到所述主要級的 所述第二部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器包括主要級及次要級，所述次要級的 第一部分安置于所述集成電路裸片中，所述次要級的第二部分安置于所述非半導(dǎo)體襯底 中，且其中所述次要級的所述第一部分通過所述微凸塊中的所述一者連接到所述次要級的 所述第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器包括主要級及次要級，所述主要級的 第一部分安置于所述集成電路裸片中，所述主要級的第二部分安置于所述非半導(dǎo)體襯底 中，所述主要級的所述第一部分通過所述微凸塊中的所述一者連接到所述主要級的所述第 二部分的第一末端，所述主要級的所述第二部分的第二末端連接到所述微凸塊中的第二 者，其中所述次要級的第一部分安置于所述集成電路裸片中，所述次要級的第二部分安置 于所述非半導(dǎo)體襯底中，且其中所述次要級的所述第一部分通過所述微凸塊中的第三者連 接到所述次要級的所述第二部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器具有大于4.0千兆赫的自諧振頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其中所述集成電路裸片包括混頻器，所述混頻器具有 第一輸出節(jié)點及第二輸出節(jié)點，所述第一輸出節(jié)點連接到所述主要級的所述第一部分的一 末端，且其中所述第二輸出節(jié)點連接到所述第二微凸塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器包括主要級及次要級，所述主要級實 質(zhì)上全部安置于所述集成電路裸片中，所述次要級實質(zhì)上全部安置于所述非半導(dǎo)體襯底 中，且其中所述次要級通過所述微凸塊中的所述一者連接到所述集成電路裸片。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器包括主要級及次要級，所述主要級實 質(zhì)上全部安置于所述集成電路裸片中，所述次要級實質(zhì)上全部安置于所述非半導(dǎo)體襯底 中，其中所述次要級的第一末端通過所述微凸塊中的所述一者連接到所述集成電路裸片， 其中所述非半導(dǎo)體襯底包括接地節(jié)點，且其中所述次要級的第二末端連接到所述接地節(jié) 點ο
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其中所述次要級包括導(dǎo)體的至少一匝，且其中所述次 要級不包括交叉。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其中所述主要級未連接到微凸塊，其中所述集成電路 裸片包括混頻器，所述混頻器具有第一輸出節(jié)點及第二輸出節(jié)點，所述第一輸出節(jié)點連接 到所述主要級的第一末端，所述第二輸出節(jié)點連接到所述主要級的第二末端。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中所述變壓器包括主要級及次要級，其中所述主要級及所述次要級均實質(zhì)上全部安置于所述非半導(dǎo)體襯底中，其中所述微凸塊中的所述一者 連接到所述主要級的第一末端，所述微凸塊中的第二者連接到所述主要級的第二末端，且 所述微凸塊中的第三者連接到所述次要級。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中所述次要級包括導(dǎo)體的至少一匝，且其中所述 次要級不包括交叉。
14.一種方法，其包含經(jīng)由第一微凸塊將集成電路裸片中的電路連接到變壓器的在非半導(dǎo)體襯底中的至少 一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述連接涉及通過多個微凸塊將所述集成電路 裸片倒裝芯片安裝到所述非半導(dǎo)體襯底，所述第一微凸塊為所述多個微凸塊中的一者。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述變壓器在兩千兆赫下具有至少為0.4的耦 合系數(shù)k，且其中所述變壓器在兩千兆赫下具有至少為十的變壓器品質(zhì)因數(shù)Q。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包含經(jīng)由所述多個微凸塊中的第二微凸塊將所述集成電路裸片中的所述電路連接到所述 變壓器的在所述非半導(dǎo)體襯底中的所述部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變壓器包括主要級及次要級，且其中所述 部分為所述次要級。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變壓器包括主要級及次要級，且其中所述 部分為所述次要級的一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變壓器包括主要級及次要級，且其中所述 部分為所述主要級。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變壓器包括主要級及次要級，且其中所述 部分為所述主要級的一部分。
22.一種方法，其包含提供微凸塊，其直接連接到混頻器的輸出節(jié)點及驅(qū)動放大器的輸入節(jié)點中的一者，其 中所述混頻器及所述驅(qū)動放大器為集成電路裸片的部分，且其中所述微凸塊為所述集成電 路裸片的一部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進一步包含提供可編程可變電容器，其連接到所述混頻器的所述輸出節(jié)點及所述驅(qū)動放大器的所 述輸入節(jié)點中的所述一者。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述微凸塊直接連接到導(dǎo)體的至少一個完整匝。
25.一種集成電路裸片，其包含混頻器，其具有第一輸出節(jié)點及第二輸出節(jié)點；驅(qū)動放大器，其具有輸入節(jié)點；及第一微凸塊，其經(jīng)由導(dǎo)體連接到所述混頻器的所述第一輸出節(jié)點、所述混頻器的所述 第二輸出節(jié)點及所述驅(qū)動放大器的所述輸入節(jié)點中的一者。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的集成電路裸片，其中所述導(dǎo)體為變壓器的主要級的至少一 部分，所述變壓器包括次要級，其中所述次要級連接到所述驅(qū)動放大器的所述輸入節(jié)點。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的集成電路裸片，其中所述導(dǎo)體為變壓器的次要級的至少一 部分，所述變壓器包括主要級，其中所述主要級連接到所述混頻器的第一輸出節(jié)點。
28.一種封裝集成電路，其包含集成電路裸片，其包括電路及微凸塊；及通過所述微凸塊連接到所述集成電路裸片的裝置，其中所述裝置用于提供變壓器的至 少一部分以使得所述變壓器的所述部分經(jīng)由所述微凸塊連接到所述電路，使得所述變壓器 在兩千兆赫下具有至少為0. 4的耦合系數(shù)k，使得所述變壓器在兩千兆赫下具有至少為十 的品質(zhì)因數(shù)Q，且使得所述變壓器具有大于4. 0千兆赫的自諧振頻率。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的封裝集成電路，其中所述電路包括混頻器及驅(qū)動放大器， 其中所述混頻器經(jīng)由所述變壓器驅(qū)動所述驅(qū)動放大器。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的封裝集成電路，其中所述裝置為球柵陣列(BGA)封裝的非 半導(dǎo)體襯底。
全文摘要
一種組合件涉及集成電路裸片，其通過多個低電阻微凸塊接合(例如，倒裝芯片接合)到非半導(dǎo)體襯底。在一個新穎方面中，新穎高頻變壓器的至少一部分安置于所述非半導(dǎo)體襯底中，其中所述非半導(dǎo)體襯底為球柵陣列(BGA)集成電路封裝的襯底。所述低電阻微凸塊中的至少一者將所述變壓器在所述襯底中的所述部分連接到所述集成電路裸片中的電路。在兩千兆赫下，所述新穎變壓器具有至少為0.4的耦合系數(shù)k且還具有至少為十的變壓器品質(zhì)因數(shù)Q。所述新穎變壓器結(jié)構(gòu)用于將混頻器的差分輸出耦合到蜂窩式電話內(nèi)的RF收發(fā)器的發(fā)射鏈中的驅(qū)動放大器的單端輸入。
文檔編號H01L23/495GK102113116SQ200980130810
公開日2011年6月29日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者唐亦午, 靳彰 申請人:高通股份有限公司