CN111354532B - 磁场效率高的电感器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种电感器及其制造方法，所述电感器包括：以开环拓扑结构配置的线圈，开环拓扑结构具有第一多指端和第二多指端，其中第一多指端与第二多指端交错设置，并且布局在多层结构的第一金属层；布局在多层结构的第二金属层上的多对金属线段，其中所述多对金属线段中的每一对包括第一金属线段和第二金属线段。第一金属线段在俯视图中与第一多指端相交，并且通过第一组导孔连接到第一多指端；第二金属线段在俯视图中与第二多指端相交，并通过第二组导孔连接到第二多指端。

Description

磁场效率高的电感器及其方法
技术领域
本发明涉及电感器，并且更具体地涉及整合到谐振网络(resonant network)中的电感器。
背景技术
电感器可以使用布局在硅基板上的多层结构来建构。图1显示电感器110的布局。框110LG显示图例。俯视图显示在框110TV内。侧视图显示在框110SV内。电感器110包括：布局在标记为M1的第一金属层上并且被配置成包括第一端E1和第二端E2的开环拓扑(open-loop topology)的线圈111、布局在标记为M2的第二金属层上的两个金属线段(包括第一金属线段112a和第二金属线段112b)、用来在第一端E1处将第一金属线段112a连接线圈111的第一导孔组113(例如图中所示的包括三个导孔113a、113b及113c)，以及用来在第二端E2处将第二金属线段112b连接线圈111的第二导孔组114(例如图中所示的包括三个导孔114a、114b及114c)。线圈111、两个金属线段112a和112b，以及两个导孔组113和114都嵌入在制作于基板116上的电介质115中。
实作上，电感器110被整合为谐振网络的一部分，谐振网络包括电容器，其中电容器通常使用多个层布局，多个层包括第二金属层“M2”以及在第二金属层M2下面的至少一个附加层(图1中未示出)。第一金属线段112a和第二金属线段112b分别用作第一端和第二端，电感器110通过第一端和第二端连接电容器以形成谐振网络。两个金属线段112a和112b之间的物理间隙需要配合电容器的物理尺寸。举例来说，如果电容器在俯视图中所呈现的尺寸是80μm×80μm，则两个金属线段112a和112b之间的物理间隙需要大约80μm。顺带一提，两端E1和E2之间的物理间隙也约为80μm。因此，如果要连接的电容器具有大的水平尺寸，则两端E1和E2之间需要大的间隙。两端E1和E2之间的大间隙使得可由线圈111激发的磁通量减少，导致电感器110的性能降低。
因此需要一种当整合在谐振网络中时仍可以有效地激发磁通量的电感器。
发明内容
在一个实施例中，电感器包括：以开环拓扑配置的线圈，开环拓扑具有第一多指端和第二多指端，其中第一多指端与第二多指端交错设置，并且布局在多层结构的第一金属层；以及多对金属线段，布局在该多层结构的一第二金属层，其中所述多对金属线段的每一对包含一第一金属线段及一第二金属线段，该第一金属线段在俯视图中与该第一多指端相交且通过一第一组导孔连接该第一多指端，且该第二金属线段在俯视图中与该第二多指端相交且通过一第二组导孔连接该第二多指端。
在一个实施例中，一种方法包括：布局一线圈，该线圈配置为具有一第一多指端和一第二多指端的一开环拓扑，其中该第一多指端与该第二多指端交错设置，并且布局在一多层结构的一第一金属层上；在该多层结构的一第二金属层上布局多对金属线段，其中所述多对金属线段的每一对包含一第一金属线段及一第二金属线段，在俯视图中，该第一金属线段与该第一多指端相交，且该第二金属线段与该第二多指端相交；对于所述多对金属线段的每一对，使用多个导孔连接该第一金属线段与该第一多指端；以及对于所述多对金属线段的每一对，使用多个导孔连接该第二金属线段与该第二多指端。
附图说明
图1显示现有电感器的布局；
图2A显示根据本发明一实施例的电感器的布局；
图2B显示图2A的电感器的补充俯视图；
图2C显示图2A的电感器的另一补充俯视图；以及
图3显示根据本发明的实施例的方法的流程图。
符号说明
M1 第一金属层
via 导孔
M2 第二金属层
110、210 电感器
111、211 线圈
112a 第一金属线段
112b 第二金属线段
113、114 导孔组
113a、113b、113c、114a、114b、114c 导孔
E1 第一端
E2 第二端
215、115 电介质
216、116 基板
110LG、210LG 图例
110TV、210TV 俯视图
110SV、210SV 侧视图
P1、P2、P3、P4 平面
S1、S2、S3、S4、S5、S6 金属线段
V1、V2、V3、V4、V5、V6 导孔
F1、F2、F3、F4、F5、F6 指状物
221、222、223 区域
310～340 步骤
具体实施方式
本公开涉及电感器。虽然说明书描述了本公开的若干范例实施例，且所述范例实施例被认为是实践本发明的优选模式，但是应该理解，本发明可以以多种方式实现，并且不限于下面描述的特定范例或者实施这些例子的任何特征的特定方式。在其他情况下，未显示或描述众所周知的细节以避免模糊本公开的特征。
本技术领域技术人员理解与本公开中使用的微电子有关的术语和基本概念，例如“电感器”、“电容器”、“磁通量”、“谐振网络”、“电介质”和“基板”。这些术语和基本概念对于本技术领域技术人员来说是显而易见的，因此这里不再详细说明。
图2A显示根据本发明一实施例的电感器210的布局。电感器210布局在多层结构上，该多层结构包括标记为“M1”的第一金属层和标记为“M2”的第二金属层。图例显示在框210LG内。俯视图显示在框201TV内。侧视图显示在框210SV内。电感器210包含：布局在第一金属层“M1”并且以开环拓扑配置的线圈211，开环拓扑具有彼此相互交错(interdigitating)的第一多指端(multi-finger end)和第二端多指端，其中第一多指端包括(作为示例而非限制)从平面P1延伸到平面P3的三个指状物(finger)F1、F3和F5，而第二多指端包括(作为示例而非限制)从平面P2延伸到平面P4的三个指状物F2、F4和F6；布局在第二金属层“M2”、紧邻平面P1并与第一多指端相交的第一金属线段S1；被配置为将第一金属线段S1连接到第一多指端的第一导孔组，第一导孔组包括(作为示例而非限制)三个导孔，三个导孔包含导孔V1以及其他两个导孔(由于附图太过紧密而未标记)；布局在第二金属层“M2”、紧邻平面P2并与第二多指端相交的第二金属线段S2；被配置为将第二金属线段S2连接到第二多指端的第二导孔组，第二导孔组包括(作为示例而非限制)三个导孔，三个导孔包括导孔V2以及其他两个导孔(由于附图太过紧密而未标记)；布局在第二金属层“M2”、紧邻平面P3并与第一多指端相交的第三金属线段S3；被配置为将第三金属线段S3连接到第一多指端的第三导孔组，第三导孔组包括(作为示例而非限制)三个导孔，三个导孔包括导孔V3以及其他两个导孔(由于附图太过紧密而未标记)；布局在第二金属层“M2”、紧邻平面P4并与第二多指端相交的第四金属线段S4；被配置为将第四金属线段S4连接到第二多指端的第四导孔组，第四导孔组包括(作为示例而非限制)三个导孔，三个导孔包括导孔V4以及其他两个导孔(由于附图太过紧密而未标记)；布局在第二金属层“M2”、位于平面P4和平面P3之间(较靠近平面P4而较远离平面P3)且与第一多指端相交的第五金属线段S5；被配置为将第五金属线段S5连接到第一多指端的第五导孔组，第五导孔组包括(作为示例而非限制)三个导孔，三个导孔包括导孔V5以及其他两个导孔(由于附图太过紧密而未标记)；布局在第二金属层“M2”、位于平面P4和平面P3之间(较靠近平面P3而较远离平面P4)且与第二多指端相交的第六金属线段S6；以及被配置为将第六金属线段S6连接到第二多指端的第六导孔组，第六导孔组包括(作为示例而非限制)三个导孔，三个导孔包括导孔V6以及其他两个导孔(由于附图太过紧密而未标记)。
为了更清楚地说明多指交错拓扑，图2B显示补充的俯视图。由于使用多指交错拓扑，线圈211没有物理间隙(例如出现在图1的电感器110的物理间隙)，否则物理间隙会造成磁通量减少并因而降低效能。图2C显示另一个补充俯视图。当被整合进谐振网络时，电感器210提供三对端子以分别连接到第一电容器、第二电容器，及第三电容器等三个电容器。第一金属线段S1和第四金属线段S4形成第一对端子，可用于连接到布局在第一区域221中的第一电容器。第三金属线段S3和第二金属线段S2形成第二对端子，可用于连接到布局在第二区域222中的第二电容器。第五金属线段S5和第六金属线段S6形成第三对端子，可用于连接到布局在第三区域223中的第三电容器。因为多指交错拓扑，所以三个电容器实际上并联连接。举例来说，如果谐振网络需要3pF的总电容，则三个电容器中的每一个可以是1pF。如此一来，可以使用分布开来并且以分布方式连接到线圈的多个小电容器来形成大电容。布局在三个区域221、222和223中的三个电容器可以使用多个金属层来布局，多个金属层包括第二金属层“M2”以及在第二金属层“M2”下面的至少一个额外的金属层(图未示)。
虽然线圈211是布局在单层(即第一金属层“M1”)上的单圈线圈，但是这只是作为示例而非限制。本技术领域技术人员可以采用现有技术中已知的方式，使用多个金属层及多圈来实作线圈，只要线圈具有相互交错的第一多指端和第二多指端，并且有多对金属线段被布局，其中所述多对金属线段的每一对包括第一金属线段及第二金属线段，第一金属线段与线圈的第一多指端相交并通过第一导孔组连接到第一多指端，第二金属线段与线圈的第二多指端相交并通过第二导孔组连接到第二多指端。为了形成谐振网络，每对金属线段各自连接到电容器。
如图3的流程图300所示，根据本发明一实施例的方法包括以下步骤：(步骤310)布局以开环拓扑配置的线圈，开环拓扑具有第一多指端和第二多指端，第一多指端和第二多指端彼此相互交错并布局在多层结构的第一金属层上；(步骤320)在多层结构的第二金属层上布局多对金属线段，其中所述多对金属线段的每一对包含第一金属线段及第二金属线段，在俯视图中，该第一金属线段与该第一多指端相交，且该第二金属线段与该第二多指端相交；(步骤330)对于所述多对金属线段的每一对，使用多个导孔连接第一金属线段与第一多指端；(步骤340)对于所述多对金属线段的每一对，使用多个导孔连接第二金属线段与第二多指端。
本技术领域技术人员将容易地观察到，可以在保有本公开的教导的同时对装置和方法进行多种修改和修饰。因此，上述公开内容应被解释为仅受所附权利要求的范围和界限所限制。

Claims (6)

1.一种电感器，包含：
一线圈，配置为具有一包括多个指状物的第一多指端和一包括多个指状物的第二多指端的一开环拓扑，其中该第一多指端的多个指状物与该第二多指端的多个指状物呈现彼此交错设置，并且布局在一多层结构的一第一金属层上；以及
多对金属线段，布局在该多层结构的一第二金属层，其中所述多对金属线段的每一对包含一第一金属线段及一第二金属线段，该第一金属线段在俯视图中与该第一多指端相交且通过一第一组导孔连接该第一多指端，且该第二金属线段在俯视图中与该第二多指端相交且通过一第二组导孔连接该第二多指端。
2.如权利要求1所述的电感器，其中该多层结构嵌入置于一基板上的一电介质中。
3.如权利要求1所述的电感器，其中所述多对金属线段的每一对各自连接电容器以形成一谐振回路。
4.一种电感器的制造方法，包含：
布局一线圈，该线圈配置为具有一包括多个指状物的第一多指端和一包括多个指状物的第二多指端的一开环拓扑，其中该第一多指端的多个指状物与该第二多指端的多个指状物呈现交错设置，并且布局在一多层结构的一第一金属层上；
在该多层结构的一第二金属层上布局多对金属线段，其中所述多对金属线段的每一对包含一第一金属线段及一第二金属线段，在俯视图中，该第一金属线段与该第一多指端相交，且该第二金属线段与该第二多指端相交；
对于所述多对金属线段的每一对，使用多个导孔连接该第一金属线段与该第一多指端；以及
对于所述多对金属线段的每一对，使用多个导孔连接该第二金属线段与该第二多指端。
5.如权利要求4所述的方法，其中该多层结构嵌入置于一基板上的一电介质中。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述多对金属线段的每一对各自连接电容器以形成一谐振回路。
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