CN113053635B - 集成变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成变压器，其包含有由第一金属层所制作的第一圈绕线、第二圈绕线以及第三圈绕线、以及由第二金属层所制作的第四圈绕线与第五圈绕线，其中第二圈绕线位于第一圈绕线以及第三圈绕线之间，第四圈绕线与第一圈绕线实质上重叠，第五圈绕线与第三圈绕线实质上重叠，且第五圈绕线与第四圈绕线之间的距离小于第三圈绕线与第一圈绕线之间的距离。此外，第一圈绕线、第三圈绕线、第四圈绕线与第五圈绕线为集成变压器的第一电感与一第二电感中其一的一部分，且第二圈绕线为集成变压器的第一电感与第二电感中另一的一部分。

Description

集成变压器
技术领域
本发明系有关于集成变压器。
背景技术
在集成变压器与功率放大器的组合电路中，集成变压器的共模电感值(commonmode inductance)与组合电路的三阶互调失真(third-order intermodulationdistortion，IMD3)有相关性，亦即越高的共模电感值会导致越差的三阶互调失真。因此，为了改善信号质量，如何设计一种具有较低共模电感值的集成变压器是一个重要的课题。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种具有较低共模电感值的集成变压器，以解决先前技术中所述的问题。
在本发明的一个实施例中，公开了一种集成变压器，其包含有由第一金属层所制作的第一圈绕线、第二圈绕线以及第三圈绕线、以及由第二金属层所制作的第四圈绕线与第五圈绕线，其中第二圈绕线位于第一圈绕线以及第三圈绕线之间，第四圈绕线与第一圈绕线实质上重叠，第五圈绕线与第三圈绕线实质上重叠，且第五圈绕线与第四圈绕线之间的距离小于第三圈绕线与第一圈绕线之间的距离。此外，第一圈绕线、第三圈绕线、第四圈绕线与第五圈绕线为集成变压器的第一电感与一第二电感中其一的一部分，且第二圈绕线为集成变压器的第一电感与第二电感中另一的一部分。
附图说明
图1为根据本发明一实施例之电路的示意图。
图2A为根据本发明一实施例之集成变压器之第一金属层的示意图。
图2B为根据本发明一实施例之集成变压器之第二金属层的示意图。
图2C为根据本发明一实施例之集成变压器之桥接金属层的示意图。
图2D为根据本发明一实施例之集成变压器俯视图。
图3为根据本发明一实施例之集成变压器的剖面图。
图4为根据本发明另一实施例之集成变压器的剖面图。
图5为根据本发明另一实施例之集成变压器的剖面图。
图6为根据本发明另一实施例之集成变压器的剖面图。
图7为根据本发明另一实施例之集成变压器的剖面图。
具体实施方式
图1为根据本发明一实施例之电路100的示意图。如图1所示，电路100包含了一集成变压器110以及一功率放大器120，其中集成变压器110包含了彼此电性绝缘的一第一电感(primary inductor)112以及一第二电感(secondary inductor)114，第一电感112包含了集成变压器110的两个输入端点Nin1、Nin2、且第二电感114包含了集成变压器110的两个输出端点Nout1、Nout2。在本实施例中，集成变压器110系为一平衡/非平衡式变压器(balanced to unbalanced，balun)，但本发明不以此为限。
关于本实施例中的集成变压器110，请先参考图2A，其为集成变压器110之第一金属层的示意图。如图2A所示，第一金属层包含了最外圈绕线210、第一圈绕线211、第二圈绕线212、第三圈绕线213以及最内圈绕线214，而在本实施例中，第一圈绕线211以及第三圈绕线213作为第一电感112的一部分，且最外圈绕线210、第二圈绕线212以及最内圈绕线214则是作为第二电感114的一部分。
参考图2B，其为集成变压器110之第二金属层的示意图。如图2B所示，第二金属层包含了一第四圈绕线224、一第五圈绕线225以及一些桥接线228、229，其中第四圈绕线224系与第一金属层的第一圈绕线211实质上重叠，且第四圈绕线224的宽度大于第一圈绕线211而与第二圈绕线212有部分重叠；以及第五圈绕线225系与第一金属层的第三圈绕线213实质上重叠，且第五圈绕线225的宽度大于第三圈绕线213而与第二圈绕线212有部分重叠。在本实施例中，第四圈绕线224及第五圈绕线225分别通过贯通孔与第一圈绕线211及第三圈绕线213电连接，亦即第四圈绕线224及第五圈绕线225亦作为第一电感112的一部分。
图2C示出了一桥接金属层，其用来连接第一金属层的最外圈绕线210与第二圈绕线212。此外，图2D示出了集成变压器110的俯视图。
在本实施例中，第一金属层为一超厚金属层(Ultra-Thick Metal，UTM)，第二金属层为一铝金属重布线工艺(Re-Distribution Layer，RDL)，且桥接金属层为可为任意适合的其他金属层，但本发明并不以此为限。此外，应可以理解的是，虽然在本实施例中，第一圈绕线211、第三圈绕线213、第四圈绕224线以及第五圈绕线225系作为集成变压器110的第一电感(primary inductor)112的一部分，而最外圈绕线210、第二圈绕线212以及最内圈绕线214则是作为第二电感114(secondary inductor)的一部分。然而，在其他实施例中，第一圈绕线211、第三圈绕线213、第四圈绕线224以及第五圈绕线225可作为第二电感114的一部分，而最外圈绕线210、第二圈绕线212以及最内圈绕线214则是作为第一电感112的一部分，本发明不以此为限。
图3示出了图2D之A-A'剖面的剖面图。如图3所示，通过增加第四圈绕线224的宽度而使得第四圈绕线224与第二圈绕线212部分重叠、并通过增加第五圈绕线225的宽度而使得第五圈绕线225与第二圈绕线212部分重叠，可以缩小第四圈绕线224与第五圈绕线225之间的间距，进而增加第一电感112本身的互感(mutual inductance)。由于第一电感112本身的互感提升了，第一电感112的共模电感值会降低，因此可以改善电路100的三阶互调失真以提升信号质量。此外，在图3中，属于第一电感112的第一圈绕线211、第三圈绕线213、第四圈绕线224以及第五圈绕线225皆以P表示，而属于第二电感114的最外圈绕线210、第二圈绕线212以及最内圈绕线214皆以S表示。
在一实施例中，为了可以尽可能地增加第一电感112本身的互感，第四圈绕线224与第五圈绕线225的间距可以尽可能地缩小，例如第四圈绕线224与第五圈绕线225之间的距离为第二金属层所使用之工艺所允许的最小间距。举例来说，假设第二金属层为一铝金属重布线工艺，则第四圈绕线224与第五圈绕线225之间的距离则约为2微米(um)。
需注意的是，图2A至图2D所示实施例之第四圈绕线224与第五圈绕线225之间的距离只是作为范例说明，而非是作为本发明的限制。在其他的实施例中，只要第四圈绕线224与第五圈绕线225之间的距离小于第三圈绕线213与第一圈绕线211之间的距离，第四圈绕线224可以不一定要与第二圈绕线212有重叠、及/或第五圈绕线225可以不一定要与第二圈绕线212有重叠。另外，第四圈绕线224与第五圈绕线225的宽度也不一定要相同，例如图4所示之使用第二金属层所制作的两圈绕线的宽度并不相同。这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。
在图2A至图2D所示的实施例中，使用第二金属层来制作的第四圈绕线224与第五圈绕线225系用来增加第一电感112的互感，然而，在其他的实施例中，第二金属层所制作的多圈绕线系可用来增加第二电感114的互感，例如图5所示。由于本领域普通技术人员应能轻易了解如何根据图2A至图2D的实施例来实现图5所示的剖面图，相关细节在此不予赘述。
在图2A至图2D所示的实施例中，第二金属层系制作于第一金属层的上方，然而，在其他的实施例中，第二金属层亦可制作于第一金属层的下方，例如图2A至图2D所示第四圈绕线224与第五圈绕线225可以以图6所示之第三金属层来制作，亦即，属于第一电感112的第四圈绕线224与第五圈绕线225可以被替换为图6所示的第四圈绕线624与第五圈绕线625，其中第三金属层可以是任何制作于超厚金属层下方的金属层(亦即，工艺时间早于超厚金属层的工艺时间)。
在本发明的另一个实施例中，可以结合图2A至图2D以及图6所示的实施例，以使用第二金属层以及第三金属层来制作第一电感112的多圈绕线，如图7所示，以更进一步地增加第一电感112的互感。详细来说，在图7的实施例中，第三金属层所制作的两圈绕线可视为第一电感112的第六圈绕线736以及第七圈绕线737，且第六圈绕线736与第七圈绕线737之间的距离小于第一圈绕线与第三圈绕线之间的距离。在另一实施例中，第六圈绕线736以及第七圈绕线737之间的距离可进一步为第三金属层所使用之工艺所允许的最小间距。
简要归纳本发明，在本发明的集成变压器中，通过使用第二金属层来制作间距很小的多圈绕线，可以有效地增加第一电感/第二电感的互感来降低共模电感值，以改善电路100的三阶互调失真以提升信号质量。此外，本实施例的实现方式并不会额外增加集成变压器的芯片面积，以在不增加制造成本的情形下改善信号质量。
以上所述仅为本发明之优选实施例，凡依本发明权利要求范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。
【符号说明】
100 电路
110 集成变压器
112 第一电感
114 第二电感
120 功率放大器
210 最外圈绕线
211 第一圈绕线
212 第二圈绕线
213 第三圈绕线
214 最内圈绕线
224、624 第四圈绕线
225、625 第五圈绕线
736 第六圈绕线
737 第七圈绕线
Nin1、Nin2 输入端点
Nout1、Nout2 输出端点。

Claims (10)

1.一种集成变压器，包含有：
一第一圈绕线；
一第二圈绕线；一第三圈绕线，其中该第一圈绕线、该第二圈绕线以及该第三圈绕线系由一第一金属层所制作，且该第二圈绕线位于该第一圈绕线以及该第三圈绕线之间；
一第四圈绕线，使用一第二金属层来制作，其中该第四圈绕线与该第一圈绕线实质上重叠；以及
一第五圈绕线，使用该第二金属层来制作，其中该第五圈绕线与该第三圈绕线实质上重叠，且该第五圈绕线与该第四圈绕线之间的距离小于该第三圈绕线与该第一圈绕线之间的距离；
其中该第一圈绕线、该第三圈绕线、该第四圈绕线与该第五圈绕线为该集成变压器的一第一电感的一部分或一第二电感的一部分，且该第二圈绕线为该集成变压器的该第一电感与该第二电感中另一的一部分。
2.根据权利要求1所述的集成变压器，其中该第四圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠，或是该第五圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠。
3.根据权利要求2所述的集成变压器，其中该第四圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠，且该第五圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠。
4.根据权利要求2或3所述的集成变压器，其中该第五圈绕线与该第四圈绕线之间的距离为该第二金属层所使用之工艺所允许的最小间距。
5.根据权利要求2或3所述的集成变压器，其中该第一金属层为一超厚金属层，且该第二金属层为一铝金属重布线工艺。
6.根据权利要求1、2或3所述的集成变压器，另包含有：
一第六圈绕线，使用一第三金属层来制作，其中该第六圈绕线与该第一圈绕线实质上重叠；以及
一第七圈绕线，使用该第三金属层来制作，其中该第七圈绕线与该第三圈绕线实质上重叠，且该第七圈绕线与该第六圈绕线之间的距离小于该第三圈绕线与该第一圈绕线之间的距离。
7.根据权利要求6所述的集成变压器，其中该第六圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠，或是该第七圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠。
8.根据权利要求7所述的集成变压器，其中该第六圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠，且该第七圈绕线与该第二圈绕线的至少一部分重叠。
9.根据权利要求8所述的集成变压器，其中该第七圈绕线与该第六圈绕线之间的距离为该第三金属层所使用之工艺所允许的最小间距。
10.根据权利要求8所述的集成变压器，其中该第一金属层位于该第二金属层以及该第三金属层之间。
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