CN105974174B - 具有电流感测线圈的集成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种集成电路，包括衬底、衬底上方的第一导电路径、衬底上方的线圈结构以及与线圈结构电耦合的电压感测电路。第一导电路径配置为承载第一时变电流并且基于第一时变电流生成第一时变磁场。线圈结构通过第一时变磁场与第一导电路径磁性耦合，并且配置为响应于第一时变磁场而生成感应电势。电压感测电路配置为测量感应电势的电压电平。

Description

具有电流感测线圈的集成电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，更具体地涉及具有电流感测线圈的集成电路。
背景技术
半导体集成电路(IC)产业经历了快速增长。在IC演进的过程中，功能密度(即，每芯片面积上互连器件的数量)已普遍增加，而几何尺寸(即，使用制造工艺可产生的最小组件(或线))有所降低。这种规模缩小工艺通常通过增加产量效率和降低相关成本来提供很多益处。这种规模缩小还增大了IC的复杂程度。在一些应用中，IC包括诸如调压器的电部件，其操作有时基于测量它们的电流。
发明内容
本发明的实施例提供了一种集成电路，包括：衬底；第一导电路径，位于所述衬底上方，所述第一导电路径配置为承载第一时变电流并且基于所述第一时变电流生成第一时变磁场；线圈结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构通过所述第一时变磁场与所述第一导电路径磁性耦合，并且所述线圈结构配置为响应于所述第一时变磁场而生成感应电势；以及电压感测电路，与所述线圈结构电耦合并且配置为测量所述感应电势的电压电平。
本发明的实施例还提供了一种集成电路，包括：衬底；铁磁结构，位于所述衬底上方，所述铁磁结构具有沿着第一方向延伸的部分；导电路径，位于所述衬底上方，所述导电路径具有邻近所述铁磁结构的所述部分并且沿着不同于所述第一方向的第二方向延伸的部分；以及线圈结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构缠绕在所述铁磁结构周围。
本发明的实施例还提供了一种操作集成电路的方法，包括：基于所述集成电路的导电路径上的时变电流，生成时变磁场；基于所述时变磁场，通过所述集成电路的线圈结构生成感应电势，所述线圈结构通过所述时变磁场与所述导电路径磁性耦合；以及通过电压感测电路测量所述感应电势的电压电平，所述电压感测电路与所述线圈结构电耦合。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各个方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，没有按比例绘制各种部件。实际上，为了清楚地讨论，可以任意地增加或减小各种部件的尺寸。
图1是根据一个或多个实施例的集成电路的一部分的顶视图。
图2是根据一个或多个实施例的另一集成电路的一部分的顶视图。
图3是根据一个或多个实施例的另一集成电路的一部分的顶视图。
图4是根据一个或多个实施例的集成电路的一部分的截面图。
图5是根据一些实施例的操作集成电路的方法的流程图。
图6A是根据一个或多个实施例的调节器电路的电路图。
图6B是根据一个或多个实施例的图6A中的调节器电路的各个电流信号的时序图。
具体实施方式
以下公开内容提供了多种用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加的部件，使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在各个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复用于简化和清楚的目的，并且其本身不表示所述各个实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本文可使用诸如“在…下”、“在…下方”、“下部”、“在…上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除图中所示的方位之外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。
诸如调压器的特定应用使用高速度和高精度的原位电流测量。在各个实施例中，本发明提出了实施基于管芯上变压器的电流传感器的若干方法。
在各个应用中，调压器依赖于电压反馈或电流反馈，从而实施用于高速度和高精度调节的控制环路。在一些实施例中，期望调压器具有尽可能快的控制环路以在最短时间内响应瞬时事件。在一些实施例中，电流反馈提供比电压反馈更快的响应。
本发明描述了测量集成电路中的电流值的各个实施例。在一些实施例中，提供了执行基于变压器的电流感测操作。在一些实施例中，主路径(如，输出级中的电路径)中的电流与感测级磁性耦合。磁性耦合并且测量电流的交流电(AC)组件。一种可能的应用是测量用于开关调节器的电流值，其中，开关调节器的半桥式整流器在开关调节器的电感器的开关侧上产生AC电流。在一些实施例中，基于电感器的开关侧上的AC电流的测量的电流值，还可确定开关调节器的输出电流值。
图1是根据一个或多个实施例的集成电路100的一部分的顶视图。集成电路100包括衬底(如，图4中的410)、衬底上方的第一导电路径110、衬底上方的第二导电路径120、衬底上方的线圈结构130(未在图1中标出)、衬底上方的铁磁结构140以及电压感测电路150。
第一导电路径110沿着X方向延伸。第一导电路径110包括位于铁磁结构140下方的第一导线112、位于铁磁结构140上方的第二导线114以及连接第一导线112和第二导线114的通孔插塞116。在一些实施例中，通孔插塞116与铁磁结构140共面。在一些实施例中，第一导电路径110配置为承载第一时变电流I1以及基于第一时变电流I1生成第一时变磁场B1。
第二导电路径120沿着X方向延伸。第二导电路径120包括位于铁磁结构140下方的第一导线122、位于铁磁结构140上方的第二导线124以及连接第一导线122和第二导线124的通孔插塞126。在一些实施例中，通孔插塞126与铁磁结构140共面。在一些实施例中，第二导电路径120配置为承载第二时变电流I2以及基于第二时变电流I2生成第二时变磁场B2。
两个导电路径110和120解释为实例。在一些实施例中，省略导电路径110和120中的一个并且仅测量保留的导电路径上的电流。在一些实施例中，以与导电路径110和120相似的方式布置三个或多个导电路径，并且基于它们对应的磁场测量三个或多个导电路径的电流值。
铁磁结构140包括具有四个部分140a、140b、140c和140d的铁磁环。铁磁结构140的部分140a和140b沿着与方向X不同的方向Y延伸，并且铁磁结构140的部分140c和140d沿着方向X延伸。在一些实施例中，铁磁结构140具有的导磁性高于自由空间的导磁性或邻近铁磁结构140的介电材料(如，图4中的材料442或钝化层430)的导磁性。在一些实施例中，铁磁结构140具有包括钴、锆或钽的材料、或其它合适的材料。在一些实施例中，铁磁结构140包括钴、锆和钽的合金或其它合适的材料。在一些实施例中，铁磁结构140配置为引导第一时变磁场B1和/或第二时变磁场B2的至少一部分穿过线圈结构130。
线圈结构130以预定的匝数缠绕在铁磁结构140的部分140d周围。例如，在一些实施例中，图1中的线圈结构130具有五匝。在一些实施例中，线圈结构130具有不同于5的匝数。线圈结构130包括位于铁磁结构140下方的多条第一导线132和位于铁磁结构140上方的多条第二导线134。在一些实施例中，线圈结构130的匝数越大，感应电势的电压电平越大。
线圈结构130具有第一端136和第二端138。线圈结构130通过第一时变磁场B1和/或第二时变磁场B2与第一导电路径110和/或第二导电路径120磁性耦合。线圈结构130配置为：响应于第一时变磁场B1和/或第二时变磁场B2而生成感应电势。可从线圈结构130的端136和138测量感应电势的电压电平。
电压感测电路150与线圈结构130的端136和138电耦合并且配置为测量线圈结构130的感应电势的电压电平。测量结果是作为信号VSENSE的输出。基于电流I1和电流I2的相位或方向以及安培的右手法则，如通过由线圈结构130观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2以相加或相减的方式叠加。例如，如果电流I1和电流I2以相同的方向布置并且不具有相位偏差，那么如通过线圈结构130观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2相加并且信号VSENSE可用于测量电流(I1+I2)的幅值。例如，如果电流I1和电流I2以相反的方向布置并且不具有相位偏差，那么如通过线圈结构130观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2相减并且信号VSENSE可用于测量电流(I1-I2)的幅值。因此，取决于导电路径110和120的配置，信号VSENSE可用于测量(I1+I2)或(I1-I2)的幅值。
在一些实施例中，电压感测电路150位于集成电路100中，在集成电路100上形成导电路径110和/或120以及线圈结构130。在一些实施例中，电压感测电路150在集成电路100外部。
在一些实施例中，集成电路100包括衬底上方的第一互连层(如，图4中的多个互连层420中的一个)，并且铁磁结构140位于第一互连层420上方。在一些实施例中，集成电路100包括衬底上方的第二互连层(如，图4中的互连层450)，并且第二互连层450位于铁磁结构140上方。在一些实施例中，钝化层(如，图4中的钝化层430)位于第一互连层420上方，并且铁磁结构140位于钝化层430上方。在一些实施例中，铁磁结构140至少部分地嵌入在钝化层430中。
在一些实施例中，多条第一导线132在第一互连层420中，并且多条第二导线134在第二互连层450中。多条第一导线132和多条第二导线134通过对应的通孔插塞连接。
在一些实施例中，第一导电路径110的第一导线112在第一互连层420中。在一些实施例中，第一导电路径110的第二导线114在第二互连层450中。在一些实施例中，第二导电路径120的第一导线122在第一互连层420中。在一些实施例中，第二导电路径120的第二导线124在第二互连层450中。在一些实施例中，第一导电路径110的第二导线114是接合引线(如，图4中的接合引线460)。在一些实施例中，第二导电路径120的第二导线124是接合引线(如，图4中的接合引线460)。在一些实施例中，第一导电路径110的第二导线114是球形接合(如，图4中的球形接合470)。在一些实施例中，第二导电路径120的第二导线124是球形接合(如，图4中的球形接合470)。单个接合引线460或球形接合470用于说明。其它接合引线或球形接合配置在本发明的预期范围内。例如，不同数量的接合引线460或球形接合470在本发明的预期范围内。在一些实施例中，接合引线460或球形接合470被任何其它合适的配置所替代。例如，在一些实施例中，楔形接合或柔性接合用于替代球形接合470。
图2是根据一个或多个实施例的另一集成电路200的一部分的顶视图。与图1中的组件相同或相似的组件被给予相同的参考标号，并且因此省略其详细的描述。集成电路200包括衬底(如，图4中的410)、衬底上方的第一导电路径210、衬底上方的第二导电路径220、衬底上方的线圈结构130(未在图2中标出)、衬底上方的铁磁结构240以及电压感测电路150。
第一导电路径210沿着X方向延伸。第一导电路径210位于铁磁结构240下方。在一些实施例中，第一导电路径210位于铁磁结构240上方。在一些实施例中，第一导电路径210配置为承载第一时变电流I1并且基于第一时变电流I1生成第一时变磁场B1。
第二导电路径220沿着X方向延伸。第二导电路径220位于铁磁结构240上方。在一些实施例中，第二导电路径220位于铁磁结构240下方。在一些实施例中，第二导电路径220配置为承载第二时变电流I2并且基于第二时变电流I2生成第二时变磁场B2。
两个导电路径210和220解释为实例。在一些实施例中，省略导电路径210和220中的一个。在一些实施例中，以与导电路径210和220相似的方式布置三个或多个导电路径，并且基于它们对应的磁场测量三个或多个导电路径的电流值。
铁磁结构240包括沿着Y方向延伸的铁磁条。在一些实施例中，铁磁结构240具有的导磁性高于自由空间的导磁性或邻近铁磁结构240的介电材料(如，图4中的材料442或钝化层430)的导磁性。在一些实施例中，铁磁结构240具有包括钴、锆或钽的材料、或其它合适的材料。在一些实施例中，铁磁结构240包括钴、锆和钽的合金或其它合适的材料。线圈结构130以预定的匝数缠绕在铁磁结构240周围。
基于电流I1和电流I2的相位或方向以及安培的右手法则，如通过线圈结构130观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2以相加或相减的方式叠加。例如，如果电流I1和电流I2以相同的方向布置并且不具有相位偏差，那么如通过线圈结构130观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2相加并且信号VSENSE可用于测量电流(I1+I2)的幅值。例如，如果电流I1和电流I2以相反的方向布置并且不具有相位偏差，那么如通过线圈结构130观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2相减并且信号VSENSE可用于测量电流(I1-I2)的幅值。因此，取决于导电路径210和220的配置，信号VSENSE可用于测量(I1+I2)或(I1-I2)的幅值。
在一些实施例中，集成电路200包括衬底上方的第一互连层(如，图4中的多个互连层420中的一个)，并且铁磁结构240位于第一互连层420上方。在一些实施例中，集成电路200包括衬底上方的第二互连层(如，图4中的互连层450)，并且第二互连层450位于铁磁结构240上方。在一些实施例中，钝化层(如，图4中的钝化层430)位于第一互连层420上方，并且铁磁结构240位于钝化层430上方。上述结构是示例性配置，并且集成电路200的元件中的其它布置在本发明的预期范围内。在一些实施例中，集成电路200具有与图4中示出的配置不同的层的组合或顺序。例如，在一些实施例中，第一互连层420、第二互连层450、铁磁结构240或钝化层430中的一个或多个位于集成电路200的多层上。例如，在一些实施例中，一个或多个中间层(未示出)位于衬底与第一互连层420和互连层450中的一个之间。例如，在一些实施例中，一个或多个中间层(未示出)位于铁磁结构240和衬底之间。
在一些实施例中，第一导电路径210在第一互连层420中。在一些实施例中，第二导电路径220在第二互连层450中。在一些实施例中，第二导电路径220是接合引线(如，图4中的接合引线460)。
图3是根据一个或多个实施例的另一集成电路300的一部分的顶视图。与图1中的组件相同或相似的部件被给予相同的参考标号，并且因此省略其详细的描述。集成电路300包括衬底(如，图4中的410)、衬底上方的第一导电路径310、衬底上方的第二导电路径320、衬底上方的线圈结构330以及电压感测电路150。
第一导电路径310沿着X方向延伸。在一些实施例中，第一导电路径310配置为承载第一时变电流I1并且基于第一时变电流I1生成第一时变磁场B1。第二导电路径320沿着X方向延伸。在一些实施例中，第二导电路径320配置为承载第二时变电流I2并且基于第二时变电流I2生成第二时变磁场B2。在一些实施例中，导电路径310和320在相同的互连层中(如，图4中的多个互连层420或450中的一个)。在一些实施例中，导电路径310和320在不同的互连层中(如，图4中的多个互连层420或450)。在一些实施例中，第一导电路径310或第二导电路径320是接合引线(如，图4中的接合引线460)。在一些实施例中，第一导电路径310是球形接合(如，图4中的球形接合470)。在一些实施例中，第二导电路径320是球形接合(如，图4中的球形接合470)。单个接合引线460或球形接合470用于说明。其它接合引线或球形接合配置在本发明的预期范围内。例如，不同数量的接合引线460或球形接合470在本发明的预期范围内。在一些实施例中，接合引线460或球形接合470被任何其它合适的配置所替代。例如，在一些实施例中，楔形接合或柔性接合用于替代球形接合470。
两个导电路径310和320解释为实例。在一些实施例中，省略导电路径310和320中的一个。在一些实施例中，以与导电路径310和320相似的方式布置三个或多个导电路径，并且基于它们对应的磁场测量三个或多个导电路径的电流值。
线圈结构330包括第一互连层420中的螺旋线圈332和第二互连层450中的连接线334。在一些实施例中，螺旋线圈332在第二互连层450中并且连接线在第一互连层420中。在一些实施例中，螺旋线圈332与导电路径310和320中的一个或两个共面。在一些实施例中，螺旋线圈332不与导电路径310和320共面。螺旋线圈332包括绕组配置的彼此连接的多个导体340。在一些实施例中，多个导体340中的至少一个导体与多个导体340中的至少一个导体共面。在一些实施例中，多个导体340中的至少一个导体不与多个导体340中的至少一个导体共面。
线圈结构330通过第一时变磁场B1和/或第二时变磁场B2与第一导电路径310和/或第二导电路径320磁性耦合。线圈结构330配置为：响应于第一时变磁场B1和/或第二时变磁场B2而生成感应电势。可从线圈结构330的端336和338测量感应电势的电压电平。
基于电流I1和电流I2的相位或方向以及安培的右手法则，如通过线圈结构330观察到的，第一时变磁场B1和第二时变磁场B2以相加或相减的方式叠加。因此，取决于导电路径310和320的配置，信号VSENSE可用于测量(I1+I2)或(I1-I2)的幅值。
图4是根据一个或多个实施例的集成电路400的一部分的截面图。在一些实施例中，集成电路400对应于集成电路100、200或300。
集成电路400包括衬底410、衬底410上方的多个互连层420、多个互连层420上方的钝化层430、钝化层430上方的并且由材料442围绕的铁磁结构440、钝化层430上方的后钝化互连层450以及后钝化互连层450上方的接合引线460。在一些实施例中，未使用接合引线460。在一些实施例中，接合引线460通过球形接合470连接至后钝化互连层450。在一些实施例中，铁磁结构440至少部分地嵌入在钝化层430。在一些实施例中，材料442为介电材料。在一些实施例中，材料442是钝化层430的延伸部分。上述结构是示例性配置，并且集成电路400的元件中的其它布置在本发明的预期范围内。在一些实施例中，接合引线460或球形接合470被任何其它合适的配置所替代。例如，在一些实施例中，楔形接合或柔性接合用于替代球形接合470。在一些实施例中，集成电路400具有与图4中示出的配置不同的层的组合或顺序。例如，在一些实施例中，选自包括多个互连层420、钝化层430、铁磁结构440、材料442、后钝化互连层450、接合引线460或球形接合470的组的一个或多个位于集成电路400的多层上。例如，在一些实施例中，一个或多个中间层(未示出)位于选自包括衬底410、多个互连层420、钝化层430、铁磁结构440、材料442、后钝化互连层450、接合引线460或球形接合470的组的两个层之间。例如，在一些实施例中，不包括集成电路400的一层或多层，如，多个互连层420、钝化层430、铁磁结构440、材料442、后钝化互连层450、接合引线460或球形接合470。
在一些实施例中，铁磁结构440具有的导磁性高于自由空间的导磁性或邻近铁磁结构440的介电材料442的导磁性。在一些实施例中，铁磁结构440具有包括钴、锆或钽的材料、或其它合适的材料。在一些实施例中，铁磁结构440包括钴、锆和钽的合金或其它合适的材料。在一些实施例中，铁磁结构440对应于铁磁结构140、240。
集成电路400包括形成在衬底410上的一个或多个电组件412。在一些实施例中，通过一个或多个电组件412形成电压感测电路150。
图5是根据一些实施例的操作集成电路的方法500的流程图。在本发明中，基于图1中的集成电路100示出方法500。应该理解，可以在图5中所述的方法500之前、期间和/或之后执行附加操作，并且本文可以仅简单地描述一些其它工艺。在一些实施例中，如结合图1至图4示出的，方法500对应于操作集成电路100、200或300。
方法500开始于操作510，其中，基于集成电路的导电路径上的诸如I1或I2的时变电流，生成诸如磁场B1或B2的时变磁场。
方法500进行至操作520，其中，通过铁磁结构140引导诸如磁场B1或B2的时变磁场的一部分穿过线圈结构130。在一些实施例中，当省略铁磁结构140时，省略操作520。
方法500进行至操作530，其中，响应于诸如磁场B1或B2的磁场，由线圈结构130生成感应电势。线圈结构130通过时变磁场的至一部分与导电路径磁性耦合。
方法500进行至操作540，其中，通过电压感测电路150测量感应电势的电压电平。电压感测电路150与线圈结构130电耦合。
图6A是根据一个或多个实施例的调节器电路600的的电路图。在一些实施例中，调节器电路600可用于生成图1至图3中的时变电流I1或时变电流I2。在一些实施例中，电流IP或IN分别对应于图1至图3中的时变电流I1或时变电流I2。调节器电路600包括控制电路610、高侧驱动器622、低侧驱动器624、电感器630、去耦电容器640以及输出节点650。
控制电路610配置为输出第一电源电压VDD、第二电源电压VSS以及至高侧驱动器622和低侧驱动器624的控制信号。高侧驱动器622是PMOS晶体管，而低侧驱动器624是NMOS晶体管。高侧驱动器622的源极配置为接收电压VDD，低侧驱动器624的源极配置为接收电压VSS，以及高侧驱动器622和低侧驱动器624的漏极耦合在一起。高侧驱动器622和低侧驱动器624的栅极耦合在一起并且配置为接收控制信号CRTL。
电感器630耦合在输出节点650与高侧驱动器622和低侧驱动器624的漏极之间。去耦电容器640电耦合在输出节点650和地GND之间。在操作中，高侧驱动器622和低侧驱动器624交替地导通以从电压VDD抽取电流IP或从电压VSS抽取电流IN。因此，电流IOUT是电流IP和电流IN的组合。
图6B是根据一个或多个实施例的图6A中的调节器电路的各个电流信号的时序图。如6B中所述，尽管电流IOUT是调节电流并且具有与直流(DC)信号类似的特征，但是电流IP和电流IN是时变信号。
在时间T1处，低侧驱动器624导通，而高侧驱动器622截止。电流IP是零，并且电流IN从零转变至IH。在从时间T1至时间T2的时间段期间，低侧驱动器624保持导通并且高侧驱动器622保持截止。因为高侧驱动器622和低侧驱动器624的漏极与电压VSS电耦合，其中电压VSS低于输出节点650处的预定输出电压，所以电流IP保持为零，并且电流IN逐渐减小至IL。
在时间T2处，高侧驱动器622导通并且低侧驱动器624截止。电流IN是零，并且电流IP从零转变至IL。在从时间T2至时间T3的时间段期间，高侧驱动器622保持导通并且低侧驱动器624保持截止。因为高侧驱动器622和低侧驱动器624的漏极与电压VDD电耦合，其中电压VDD高于输出节点650处的预定输出电压，所以电流IN保持为零，并且电流IP逐渐增大至IH。
电路600的在时间T3和T5处的操作与时间T1处的操作相似，并且因此省略其详细的描述。电路600的在时间T4和T6处的操作与时间T2处的操作相似，并且因此省略其详细的描述。
在一些实施例中，通过使用如图1至图3的任何中所示的电路测量电流IP和/或电流IN，通过电流IP和/或电流IN的测量值可以测量电流IOUT的值。在一些实施例中，电流IP和/或电流IN的测量值或电流IOUT的导出值被反馈至用于控制高侧驱动器622和低侧驱动器624的控制电路610。本发明的各个实施例比其他方法更有优势。例如，一些调压器依赖于电压反馈控制环路。与此相对，参照图1至图3示出的本发明的各个实施例中，调压器配置为依赖于电流反馈控制环路(如，通过电流100、200或300实施)。通过实施如电路100、200或300中所述的基于线圈的电流感测调压器，当与依赖于电压反馈控制环路的调压器相比，基于线圈的电流感测调压器具有对瞬时事件更快的响应。在一些实施例中，基于线圈的电流感测调压器具有比其他方法更大的带宽。在一些实施例中，基于线圈的电流感测调压器不如其他方法那样对温度变化敏感。在一些实施例中，基于线圈的电流感测调压器可以在芯片上实施，这是由于它们不如其他方法那样对电迁移法则敏感。
根据一个实施例，一种集成电路包括衬底、衬底上方的第一导电路径、衬底上方的线圈结构以及与线圈结构电耦合的电压感测电路。第一导电路径配置为承载第一时变电流并且基于第一时变电流生成第一时变磁场。线圈结构通过第一时变磁场与第一导电路径磁性耦合，并且配置为：响应于第一时变磁场而生成感应电势。电压感测电路配置为测量感应电势的电压电平。
根据另一实施例，一种集成电路包括衬底、衬底上方的铁磁结构、衬底上方的导电路径以及衬底上方的线圈结构。铁磁结构具有沿着第一方向延伸的部分。导电路径的一部分邻近铁磁结构的一部分并且沿着不同于第一方向的第二方向延伸。线圈结构缠绕在铁磁结构周围。
根据另一实施例，一种操作集成电路的方法包括：基于集成电路的导电路径上的时变电流生成时变磁场。基于时变磁场，通过集成电路的线圈结构生成感应电势。线圈结构通过时变磁场与导电路径磁性耦合。通过电压感测电路测量感应电势的电压电平，电压感测电路与线圈结构电耦合。
本发明的实施例提供了一种集成电路，包括：衬底；第一导电路径，位于所述衬底上方，所述第一导电路径配置为承载第一时变电流并且基于所述第一时变电流生成第一时变磁场；线圈结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构通过所述第一时变磁场与所述第一导电路径磁性耦合，并且所述线圈结构配置为响应于所述第一时变磁场而生成感应电势；以及电压感测电路，与所述线圈结构电耦合并且配置为测量所述感应电势的电压电平。
根据本发明的一个实施例，集成电路还包括：铁磁结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构以预定的匝数缠绕在所述铁磁结构周围。
根据本发明的一个实施例，其中，所述铁磁结构包括包含钴、锆或钽的材料；或所述集成电路还包括：第一互连层，位于所述衬底上方，所述铁磁结构位于所述第一互连层上方；以及第二互连层，位于所述衬底上方，所述第二互连层位于所述铁磁结构上方，其中，所述线圈结构包括：多条第一导线，位于所述第一互连层中；和多条第二导线，位于所述第二互连层中；或者，其中，所述铁磁结构包括铁磁环；以及所述第一导电路径包括：第一导线，位于所述第一互连层中；第二导线，位于所述第二互连层中；和通孔插塞，与所述铁磁环共面，所述通孔插塞电连接所述第一互连层的第一导线和所述第二互连层的第二导线；或者，其中，所述铁磁结构包括沿着第一方向延伸的铁磁条；以及第一导电路径沿着与所述第一方向不同的第二方向延伸；或所述集成电路还包括：钝化层，位于所述第一互连层上方，所述铁磁结构位于所述钝化层上方。
根据本发明的一个实施例，其中，所述第一导电路径包括导线，所述导线是互连层的一部分或所述衬底上方的接合引线。
根据本发明的一个实施例，集成电路还包括：第一互连层，位于所述衬底上方，其中，所述线圈结构包括位于所述第一互连层中的螺旋线圈。
根据本发明的一个实施例，集成电路还包括：第二互连层，位于所述衬底上方，所述第二互连层和所述第一互连层中的一个位于另一个上方，其中，所述第一导电路径包括导线，所述导线是所述第一互连层的一部分或所述第二互连层的一部分。
根据本发明的一个实施例，集成电路还包括：第二导电路径，位于所述衬底上方，所述第二导电路径配置为承载第二时变电流并且基于所述第二时变电流生成第二时变磁场，其中，所述线圈结构通过所述第二时变磁场与所述第二导电路径磁性耦合，并且所述线圈结构配置为响应于所述第一时变磁场和所述第二时变磁场而生成所述感应电势。
本发明的实施例还提供了一种集成电路，包括：衬底；铁磁结构，位于所述衬底上方，所述铁磁结构具有沿着第一方向延伸的部分；导电路径，位于所述衬底上方，所述导电路径具有邻近所述铁磁结构的所述部分并且沿着不同于所述第一方向的第二方向延伸的部分；以及线圈结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构缠绕在所述铁磁结构周围。
根据本发明的一个实施例，其中，所述铁磁结构包括包含钴、锆或钽的材料；或所述集成电路还包括：第一互连层，位于所述衬底上方，所述铁磁结构位于所述第一互连层上方；以及第二互连层，位于所述衬底上方，所述第二互连层位于所述铁磁结构上方，其中，所述线圈结构包括：多条第一导线，位于所述第一互连层中；和多条第二导线，位于所述第二互连层中；或者，其中，所述铁磁结构包括铁磁环；以及所述第一导电路径包括：第一导线，位于所述铁磁结构下方的第一互连层中；第二导线，位于所述铁磁结构上方的第二互连层中；和通孔插塞，与所述铁磁环共面，所述通孔插塞电连接所述第一互连层的第一导线和所述第二互连层的第二导线；或者，其中，所述铁磁结构包括沿着所述第一方向延伸的铁磁条。
本发明的实施例还提供了一种操作集成电路的方法，包括：基于所述集成电路的导电路径上的时变电流，生成时变磁场；基于所述时变磁场，通过所述集成电路的线圈结构生成感应电势，所述线圈结构通过所述时变磁场与所述导电路径磁性耦合；以及通过电压感测电路测量所述感应电势的电压电平，所述电压感测电路与所述线圈结构电耦合。
根据本发明的一个实施例，方法还包括：通过所述集成电路的铁磁结构引导所述时变磁场的一部分穿过所述线圈结构。上面概述了若干实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域的技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域的技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做多种变化、替换以及改变。

Claims (9)

1.一种集成电路，包括：
衬底；
第一导电路径，位于所述衬底上方，所述第一导电路径配置为承载第一时变电流并且基于所述第一时变电流生成第一时变磁场；
线圈结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构通过所述第一时变磁场与所述第一导电路径磁性耦合，并且所述线圈结构配置为响应于所述第一时变磁场而生成感应电势；
电压感测电路，与所述线圈结构电耦合并且配置为测量所述感应电势的电压电平；
铁磁结构，位于所述衬底上方；
第一互连层，位于所述衬底上方，所述铁磁结构位于所述第一互连层上方；以及
第二互连层，位于所述衬底上方，所述第二互连层位于所述铁磁结构上方。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述线圈结构以预定的匝数缠绕在所述铁磁结构周围。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其中，所述铁磁结构包括包含钴、锆或钽的材料；
其中，所述线圈结构包括：
多条第一导线，位于所述第一互连层中；和
多条第二导线，位于所述第二互连层中；或者，其中，
所述铁磁结构包括铁磁环；以及
所述第一导电路径包括：
第一导线，位于所述第一互连层中；
第二导线，位于所述第二互连层中；和
通孔插塞，与所述铁磁环共面，所述通孔插塞电连接所述第一互连层的第一导线和所述第二互连层的第二导线；或者，其中，
所述铁磁结构包括沿着第一方向延伸的铁磁条；以及
第一导电路径沿着与所述第一方向不同的第二方向延伸；或所述集成电路还包括：
钝化层，位于所述第一互连层上方，所述铁磁结构位于所述钝化层上方。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述第一导电路径包括导线，所述导线是所述衬底上方的接合引线。
5.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述线圈结构包括位于所述第一互连层中的螺旋线圈。
6.根据权利要求5所述的集成电路，其中，所述第一导电路径包括导线，所述导线是所述第一互连层的一部分或所述第二互连层的一部分。
7.根据权利要求1所述的集成电路，还包括：
第二导电路径，位于所述衬底上方，所述第二导电路径配置为承载第二时变电流并且基于所述第二时变电流生成第二时变磁场，
其中，所述线圈结构通过所述第二时变磁场与所述第二导电路径磁性耦合，并且所述线圈结构配置为响应于所述第一时变磁场和所述第二时变磁场而生成所述感应电势。
8.一种集成电路，包括：
衬底；
铁磁结构，位于所述衬底上方，所述铁磁结构具有沿着第一方向延伸的部分；
导电路径，位于所述衬底上方，所述导电路径具有邻近所述铁磁结构的所述部分并且沿着不同于所述第一方向的第二方向延伸的部分；
线圈结构，位于所述衬底上方，所述线圈结构缠绕在所述铁磁结构周围；
第一互连层，位于所述衬底上方，所述铁磁结构位于所述第一互连层上方；以及
第二互连层，位于所述衬底上方，所述第二互连层位于所述铁磁结构上方。
9.根据权利要求8所述的集成电路，其中，所述铁磁结构包括包含钴、锆或钽的材料；
其中，所述线圈结构包括：
多条第一导线，位于所述第一互连层中；和
多条第二导线，位于所述第二互连层中；或者，其中，
所述铁磁结构包括铁磁环；以及
所述第一导电路径包括：
第一导线，位于所述铁磁结构下方的第一互连层中；
第二导线，位于所述铁磁结构上方的第二互连层中；和
通孔插塞，与所述铁磁环共面，所述通孔插塞电连接所述第一互连层的第一导线和所述第二互连层的第二导线；或者，其中，
所述铁磁结构包括沿着所述第一方向延伸的铁磁条。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110231539B (zh) * 2019-06-04 2021-01-19 西安交通大学 一种用于真双极直流输配电线路的单极接地故障检测系统
FR3097054B1 (fr) * 2019-06-07 2021-07-02 Schneider Electric Ind Sas Capteur de courant et système de mesure comportant un tel capteur de courant
DE102019132963B4 (de) * 2019-12-04 2021-08-26 Hanon Systems Strommessanordnung
US11829168B2 (en) * 2019-12-08 2023-11-28 Qualcomm Incorporated Power management circuit including on-board current-sense resistor and on-die current sensor
TWI776304B (zh) 2020-12-04 2022-09-01 陞達科技股份有限公司 電流狀態判斷方法及電路
US20230197644A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Intel Corporation Semiconductor Package, Semiconductor Die and Method for Forming a Semiconductor Package or a Semiconductor Die

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008016770A (ja) * 2006-07-10 2008-01-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体モジュール
CN102253262A (zh) * 2010-04-23 2011-11-23 株式会社田村制作所 电流检测器
TW201428911A (zh) * 2012-09-28 2014-07-16 Intel Corp 具有磁性增強型電感的集成電壓調整器
CN104034935A (zh) * 2013-03-08 2014-09-10 迈来芯科技有限公司 电流传感器
CN102331519B (zh) * 2010-06-10 2014-10-29 英飞凌科技股份有限公司 磁场电流传感器

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963038A (en) 1996-06-06 1999-10-05 U.S. Philips Corporation Method of testing a connection which includes a conductor in an integrated circuit
US6240622B1 (en) * 1999-07-09 2001-06-05 Micron Technology, Inc. Integrated circuit inductors
JP2003315373A (ja) 2002-04-18 2003-11-06 Toshiba Corp 電流検出装置及び半導体装置
KR100544475B1 (ko) 2003-01-25 2006-01-24 삼성전자주식회사 반도체기판에 집적된 자계검출소자 및 그 제조방법
EP1450176A1 (en) * 2003-02-21 2004-08-25 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Magnetic field sensor and electrical current sensor therewith
US7262680B2 (en) 2004-02-27 2007-08-28 Illinois Institute Of Technology Compact inductor with stacked via magnetic cores for integrated circuits
US7557562B2 (en) 2004-09-17 2009-07-07 Nve Corporation Inverted magnetic isolator
WO2006113459A2 (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Crane Co. Current sensor
EP1746430A1 (en) 2005-07-22 2007-01-24 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Orthogonal fluxgate magnetic field sensor
US20080186123A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-07 Industrial Technology Research Institute Inductor devices
JP4652434B2 (ja) * 2007-09-22 2011-03-16 太陽誘電株式会社 可変インダクタ及びこれを回路構成に組み入れた電子回路装置
JP5172287B2 (ja) 2007-11-19 2013-03-27 株式会社東芝 集積回路装置
FR2942880A1 (fr) 2009-03-04 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Capteurs de courant et procede de fabrication de ces capteurs.
US8130067B2 (en) 2010-05-11 2012-03-06 Texas Instruments Incorporated High frequency semiconductor transformer
US8427240B2 (en) 2010-08-06 2013-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Low-noise amplifier with gain enhancement
US8279008B2 (en) 2010-08-06 2012-10-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMOS millimeter-wave variable-gain low-noise amplifier
US9209521B2 (en) 2010-10-14 2015-12-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. On-chip helix antenna
US8450827B2 (en) 2011-01-25 2013-05-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MOS varactor structure and methods
US8593206B2 (en) 2011-04-12 2013-11-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Up-conversion mixer having a reduced third order harmonic
WO2012141894A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 3M Innovative Properties Company Electronic device including calibration information and method of using the same
US8760255B2 (en) 2011-08-10 2014-06-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Contactless communications using ferromagnetic material
US8618631B2 (en) 2012-02-14 2013-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. On-chip ferrite bead inductor
US8912581B2 (en) 2012-03-09 2014-12-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. 3D transmission lines for semiconductors
US8610494B1 (en) 2012-06-12 2013-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Low power active filter
US9374086B2 (en) 2012-11-09 2016-06-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Switch circuit and method of operating the switch circuit
US20140167786A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-19 Schneider Electric USA, Inc. Current Sensor For Power Measurement Applications
US8941212B2 (en) 2013-02-06 2015-01-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Helical spiral inductor between stacking die
US9362613B2 (en) 2013-03-07 2016-06-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond wire antenna
US9391350B2 (en) 2013-03-07 2016-07-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited RF choke device for integrated circuits
EP2821797B1 (en) * 2013-07-03 2020-11-04 ABB Schweiz AG Current sensing device, and method of manufacturing the same
US10163779B2 (en) 2014-06-12 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated circuit with guard ring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008016770A (ja) * 2006-07-10 2008-01-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体モジュール
CN102253262A (zh) * 2010-04-23 2011-11-23 株式会社田村制作所 电流检测器
CN102331519B (zh) * 2010-06-10 2014-10-29 英飞凌科技股份有限公司 磁场电流传感器
TW201428911A (zh) * 2012-09-28 2014-07-16 Intel Corp 具有磁性增強型電感的集成電壓調整器
CN104034935A (zh) * 2013-03-08 2014-09-10 迈来芯科技有限公司 电流传感器

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Publication number Publication date
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US20160268042A1 (en) 2016-09-15
US10878997B2 (en) 2020-12-29
KR101850906B1 (ko) 2018-05-02
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