CN102087912A - 顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感；其为多层结构，包括：上下层金属线圈，上下层金属线圈图形对称，上下层金属线圈的厚度相等；所述金属线圈上有电感端口；所述电感从一个电感端口开始，在第一层金属线圈上螺线绕到最里端，后通过层间通孔连接到另一层金属线圈；另一层金属线圈再螺线绕致最外端，所述上下层金属线圈通过层间通孔互连。本发明由于充分利用了对称的上下层金属之间的互感，在同样面积条件下，和传统差分电感相比，有效地提高了电感的感值。在同样的面积条件下，Q值和电感值均有明显提高。

Description

顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感

技术领域

本发明涉及微电子领域，具体是一种采用堆叠结构的差分电感。

背景技术

目前，在集成电路中包含了大量的无源器件，片上电感就是其中十分重要的一种，片上电感是射频CMOS/BiCMOS集成电路的重要元件之一。在通常的无线产品中，电感元件对总的射频性能有很重要的影响。因此对这些电感元件的设计和分析也得到了广泛的研究。电感作为射频电路的核心部件，它通常可以影响到整个电路的整体性能。目前，高品质因数的片上电感广泛应用在压控振荡器，低噪声放大器等射频电路模块中。叠层的片上电感在很大程度减少了芯片面积，降低了生产成本

上面所述的电感器件的电感品质因数Q值是衡量电感器件的主要参数。其是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。

其计算公式为： $Q\≈\frac{\mathrm{wL}}{R_s}$

Q表示品质因数，w表示频率，L表示某一频率下的电感值，Rs表示某一频率下的电阻值。

传统的射频集成电路工艺一般采用顶层金属加厚，顶层下面几层金属一般都采用薄金属的做法来降低顶层金属的电阻率。这样利用加厚的顶层金属来制作片上电感，就可以提高片上电感的品质因数Q值。因此传统的差分电感(结构见图1)，一般都制作在顶层金属上。和典型的单端电感相比在同样感值的条件下，差分结构的电感比单端电感的Q值有明显的提高。但是要得到大的感值，传统差分结构的电感依然需要比较大的面积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其可以在同样面积的条件下，提高电感感值，并提高电感品质因数Q值。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感；其为多层结构，包括：上下层金属线圈，上下层金属线圈图形对称，上下层金属线圈的厚度相等；所述金属线圈上有电感端口；所述电感从一个电感端口开始，在第一层金属线圈上螺线绕到最里端，后通过层间通孔连接到另一层金属线圈；另一层金属线圈再螺线绕致最外端，所述上下层金属线圈通过层间通孔互连。

本发明的有益效果在于：由于充分利用了对称的上下层金属之间的互感，在同样面积条件下，和传统差分电感相比，有效地提高了电感的感值。在同样的面积条件下，Q值和电感值均有明显提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有差分电感的俯视图；

图2是本发明实施例所述差分电感的俯视图；

图3是本发明实施例所述差分电感上层金属线圈的俯视图；

图4是本发明实施例所述差分电感下层金属线圈的俯视图；

图5是本发明实施例所述差分电感的立体图。

具体实施方式

本发明所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感；其为多层结构，包括：上下层金属线圈，上下层金属线圈图形对称，上下层金属线圈的厚度相等；所述金属线圈上有电感端口；所述电感从一个电感端口开始，在第一层金属线圈上螺线绕到最里端，后通过层间通孔连接到另一层金属线圈；另一层金属线圈再螺线绕致最外端，所述上下层金属线圈通过层间通孔互连。

更详细的，本发明所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感平面结构(以两层金属、三圈八角形电感为例)见图2-图4，立体结构见图5。从图5的立体图中可以看出，上下两层电感的金属走线厚度一致，从图2的平面图中可以看出上下两层金属的宽度相等且位置对称。从两幅图中可以看出，本发明所述的电感从一端开始，在一层金属线圈上顺时针螺线绕到最里端，后通过层间通孔连接到下一层金属，下层金属再顺时针螺线绕致最外端，中心抽头从走线长度的1/2处(两层金属中间的连接处)通过另一层金属引出。

这种结构可以充分利用等宽的对称的上下层之间金属线圈之间的互感，达到不牺牲Q值得前提下，在同样的面积下实现更高感值的电感。

例如，以两层金属、三圈八角形电感为例做仿真，仿真结果显示在同样尺寸下本发明所述结构电感低频电感值的低频电感值为L＝6.223，品质因数为Q＝10.02，对应的传统的差分电感(一层金属)低频电感为L＝3.43pH，品质因数为Q＝7.87。仿真结果表明本发明所述结构电感低频电感值有明显提高，Q值也有改善。

图例中所示上下层金属宽度和厚度一致，这种结构可以充分利用层间金属之间的互感(每一圈金属在另一层金属层上都有对应的金属)，厚度一致(都为厚金属)可以降低下层金属的电阻率，提高电感的品质因数Q。

为了在同样面积下实现更高感值电感，本发明所述了上下层金属对齐的叠层电感的结构，具体的结构图见图2-图5(以两层金属三圈八角形差分电感为例)。本发明所述结构的电感从一端出发，在同一层金属上螺旋绕到最里圈，通过层间通孔和下一层金属连接，下层金属再螺旋绕到最外圈，上下两层金属等厚等宽，且对齐。中心抽头从线圈最里面中心抽头处通过另一层金属引出

可以有中心抽头从走线长度的1/2处，即两层金属线圈中间的连接处通过另一层金属引出。所述上下层金属线圈的线宽可以相等。所述金属线圈可以为上下两层。所述金属线圈可以为一圈或者多圈。所述金属线圈可以为八角形或其它图形(如方形、圆形等)。所述金属线圈可以呈顺时针螺旋或者逆时针螺旋。

本发明所述的结构不限于两层电感，其他多层电感也可以适用。本发明优先适用于上层金属线圈为顶层金属，下层金属线圈为次顶层金属的情况，但其他多层的电感的其他金属层也可以适用。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施结构，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (7)

1.一种顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感；其特征在于，其为多层结构，包括：

上下层金属线圈，上下层金属线圈图形对称，上下层金属线圈的厚度相等；

所述金属线圈上有电感端口；

所述电感从一个电感端口开始，在第一层金属线圈上螺线绕到最里端，后通过层间通孔连接到另一层金属线圈；

另一层金属线圈再螺线绕致最外端，所述上下层金属线圈通过层间通孔互连。

2.如权利要求1所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其特征在于，中心抽头从走线长度的1/2处，即两层金属线圈中间的连接处通过另一层金属引出。

3.如权利要求1所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其特征在于，所述上下层金属线圈的线宽相等。

4.如权利要求1所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其特征在于，所述金属线圈为上下两层。

5.如权利要求1所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其特征在于，所述金属线圈为一圈或者多圈。

6.如权利要求1所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其特征在于，所述金属线圈为八角形或者方形或圆形。

7.如权利要求1所述的顶层和次顶层金属等厚的叠层差分电感，其特征在于，所述金属线圈呈顺时针螺旋或逆时针旋转。

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