專利名稱：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、功率放大器中實現(xiàn)單端轉(zhuǎn)雙端的信號耦合，同時也因互感作用提高品質(zhì)因子和電感值。然而，在實現(xiàn)片上變壓器巴倫時需要降低芯片面積和提供低的變壓器損耗，以及保證信號有效的傳輸。因此，需要改善巴倫的結(jié)構(gòu)，提高其性能。專利號為US20080042792的美國專利公開了一種名為《片上變壓器巴倫》的結(jié)構(gòu)。 參照圖1所示，其使用方形結(jié)構(gòu)的頂層金屬來設(shè)計，其中初級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13采用并聯(lián)的方式，從而滿足高的耦合系數(shù)，降低次級繞線的電阻，且結(jié)構(gòu)較簡單，便于廣泛應(yīng)用。但是，相對于邊數(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， 包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環(huán)繞線成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內(nèi)凹的八個內(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。所述的初級繞線和次級繞線之間交叉的角度為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)計上采用非全凸十六角形的結(jié)構(gòu)，在考慮工藝設(shè)計規(guī)則的基礎(chǔ)上增加巴倫的邊數(shù)，從而達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，設(shè)計邊數(shù)時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和次級的長度在面積一定的情況下增大，同時整個變壓器巴倫的邊數(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)計中采用的初級繞線和次級繞線之間交叉角度為 90度，交叉部分相對面積較小，所對應(yīng)的該巴倫寄生電容值也就會因此而減小，從而提高了其諧振頻率。綜上所述，本發(fā)明在片上實現(xiàn)時相對占用芯片面積較小，每個角部分的折疊增大了初級和次級繞線的長度，電感的大小與繞線的長度有關(guān)且隨著長度的增加而增大，解決了因提高初級和次級電感值增大需要增加繞線匝數(shù)的問題，節(jié)省了芯片面積。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單新穎，品質(zhì)因子高，諧振頻率高，初、次級電感高，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)的電路中提供信號轉(zhuǎn)換功能，可以在多種工藝下實現(xiàn)，減少電感數(shù)量的使用，降低了芯片面積。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(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，包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環(huán)繞線成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內(nèi)凹的八個內(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為初級繞線的端口，2為中心抽頭，4、5為次級繞線的端口。初級和次級繞線主要以當(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；所述的初級繞線和次級繞線之間交叉的角度為90度，初級繞線和次級繞線之間金屬交叉部分選用次高層金屬，相對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可以提高金屬與襯底之間的距離，降低變壓器巴倫對襯底影響，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，從第三層開始后各層的金屬厚度相等。依據(jù)此特點同時根據(jù)高頻條件下的電流在導(dǎo)體中流過時會出現(xiàn)趨膚效應(yīng)，選擇厚度較厚的頂層金屬來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，從而實現(xiàn)繞線的金屬交叉避免短路部分的連接，達到好的物理實現(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和次級電感值的大小，以及諧振頻率在13GHz，諧振頻率相對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和次級Q值，其在頻點為7GHz達到最大值16，初級和次級的性能是一致的。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算 設(shè)初級電感為Li，次級電感為L2，則
其中變壓器巴倫的初級和次級電感的品質(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)的文獻資料來計算。
總之，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實施方式，但是應(yīng)該說明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行各種變化和改型，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繞線和次級繞線相互間隔環(huán)繞線成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內(nèi)凹的八個內(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繞線和次級繞線之間交叉的角度為90度。
全文摘要
本發(fā)明公開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，包括有由初級繞線和次級繞線相互間隔環(huán)繞線成的環(huán)繞圖形，所述的環(huán)繞圖形為十六角形，十六個角由外凸的八個外角和內(nèi)凹的八個內(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、初和次級電感高?？梢栽谄舷到y(tǒng)中提供高諧振頻率和高初、次級電感，可以在BiCMOS和CMOS工藝條件下制作，實現(xiàn)高品質(zhì)因子、高諧振頻率、高初、次級電感，并只消耗較小的芯片面積。
文檔編號H01L23/522GK102184910SQ20111006744
公開日2011年9月14日 申請日期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 申請人:廣州潤芯信息技術(shù)有限公司