CN113270248B - 电感、阻抗匹配网络、功率放大器及电感的制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电感、阻抗匹配网络、功率放大器及电感的制造方法。该电感包括：第一金属层，包括相互电隔离的多个第一导电结构；第二金属层，包括相互电隔离的多个第二导电结构；以及位于第一金属层和第二金属层之间的多个导电通道，其中，经由多个导电通道，各第一导电结构与各第二导电结构串联形成电流路径，且各第一导电结构和各第二导电结构在电流路径上交替分布。该电感具有高Q值，且兼具占用面积小、成本低的优势。

Description

电感、阻抗匹配网络、功率放大器及电感的制造方法

技术领域

本发明涉及电路制造技术领域，更具体地，涉及一种电感、阻抗匹配网络、功率放大器及电感的制造方法。

背景技术

在无线传输过程中，信号的衰减将影响信号的传输距离。为了能够实现更远距离的信号传输，信号通常需要经过功率放大器放大后再经天线向外辐射，这里的功率放大器主要用于实现功率放大，以使被功率放大器放大后的信号具有足够大的功率。

射频功率放大器需要对集电极/漏极供电，为了减少射频功率的损耗，会使用射频扼流圈(RF choke)对射频进行隔离。在现代无线通讯系统中，随着工作频率的增加，具有高感值(Q值)的电感被频繁的作为射频扼流圈使用。在射频功率放大器的设计中，对电感的Q值有很高的要求，Q值越大的电感，损耗越小。

在传统的应用中，由于对电感Q值的高要求，射频电感只能采用大封装尺寸的绕线电感，并且射频电感的价格高昂。由于现代无线通讯系统的尺寸在不断缩小，系统对其内部的射频功率放大器的尺寸也有严格的要求，小功率/大功率的射频功率放大器芯片的单边尺寸一般不超过5mm/10mm，如果将大尺寸的电感封装在一颗功率放大器芯片内，会大大影响其他器件的布局，而且高昂的售价也会增加产品的量产成本。

因此，为了满足市场需求，期待能够实现一种兼顾各种指标的的电感，从而在保证Q值满足要求的情况下，尽可能实现更小的占用面积和更低廉的成本。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电感、阻抗匹配网络、功率放大器及电感的制造方法。

根据本发明的第一方面，提供一种电感，包括：第一金属层，包括相互电隔离的多个第一导电结构；第二金属层，包括相互电隔离的多个第二导电结构；以及位于所述第一金属层和所述第二金属层之间的多个导电通道，其中，经由所述多个导电通道，各所述第一导电结构与各所述第二导电结构串联形成电流路径，且各所述第一导电结构和各所述第二导电结构在所述电流路径上交替分布。

可选的，各个所述导电通道的第一端连接至多个所述第一导电结构中的一个，第二端连接至多个所述第二导电结构中的一个，且连接至同一个所述第二导电结构的两个所述导电通道的第一端分别连接至不同的所述第一导电结构，从而将多个所述第一导电结构和多个所述第二导电结构一一串联。

可选的，各个所述导电通道连接至所述第一导电结构和所述第二导电结构的端部。

可选的，所述第一导电结构和所述第二导电结构的截面形状为多边形、椭圆形或不规则形状。

可选的，各个所述第一导电结构和各个所述第二导电结构成角度设置，且各个所述第一导电结构与各个所述第二导电结构之间的角度相同。

可选的，各个所述导电通道包括多根相互平行的导电柱。

可选的，所述第一导电结构位于所述第一基板的第一表面，所述电感还包括：位于所述第一基板的第二表面的第三导电结构，所述第一表面和所述第二表面彼此相对，所述第三导电结构的位置与所述第一导电结构的位置相对应，并与所述第一导电结构共同连接至各个所述导电通道，从而各个所述第三导电结构与各个所述第一导电结构一一并联。

可选的，多个所述第一导电结构和/或多个所述第二导电结构中的两个具有闲置端，所述闲置端连接有焊盘，用于提供所述电感与导线之间的电连接。

根据本发明的第二方面，提供一种阻抗匹配网络，包括：如上所述的电感；以及电容，连接至所述电感。

根据本发明的第三方面，提供一种功率放大器，包括：如上所述的阻抗匹配网络；以及功率放大电路，经所述阻抗匹配网络与后级电路结构连接，适于对输入信号进行功率放大以获得所述功率放大信号。

根据本发明的第四方面，提供一种电感的制造方法，包括：形成第一金属层，包括相互电隔离的多个第一导电结构；形成第二金属层，包括相互电隔离的多个第二导电结构；以及形成位于所述第一金属层和所述第二金属层之间的多个导电通道，其中，经由所述多个导电通道，各所述第一导电结构与各所述第二导电结构串联形成电流路径，且各所述第一导电结构和各所述第二导电结构在所述电流路径上交替分布。

本发明提供的电感、阻抗匹配网络、功率放大器及电感的制造方法，利用位于电路基板中原有的基板和金属层形成三维结构的电感，保证了电感的高Q值的同时，可以不占用芯片内部结构和电路基板上层空间，实现缩减芯片封装结构的体积，并且降低了成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的芯片的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的电路基板的透视图；

图3示出了根据本发明实施例的电感的平面示意图；

图4示出了根据本发明实施例的电感的立体图；

图5示出了根据本发明实施例的电感的Q值随频率变化的波形图；

图6示出了根据本发明实施例的电感的电感值随频率变化的波形图；

图7示出了根据本发明实施例的阻抗匹配网络的电路示意图；

图8示出了根据本发明实施例的电感的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应理解，本申请实施例中的A与B连接/耦接，表示A与B可以串联连接或并联连接，或者A与B通过其他的器件，本申请实施例对此不作限定。

本申请提供的电感及其阻抗匹配网络、功率放大器可以应用于各种通信系统中的发送端的射频模块，例如应用于雷达设备、通信设备、导航设备、卫星地面站、电子对抗设备等。其中，通信系统例如但不限于为：全球移动通讯(global system of mobilecommunication,GSM)系统、码分多址(code division multiple access,CDMA)系统、宽带码分多址(wideband code division multiple access,WCDMA)系统、通用分组无线业务(general packet radio service,GPRS)、长期演进(long term evolution,LTE)系统、LTE频分双工(frequency division duplex,FDD)系统、LTE时分双工(time division duplex,TDD)、通用移动通信系统(universal mobile telecommunication system,UMTS)、全球互联微波接入(worldwide interoperability for microwave access,WiMAX)通信系统、无线局域网(wireless local area network,WLAN)、第五代无线通信系统等。

本发明实施例提供的电感利用芯片中原有的基板结构形成电感，保证了电感的高Q值，并降低了电感的占用面积和成本。

下面将结合附图对本申请提供的芯片封装结构的实施例进行描述。

图1示出了根据本发明实施例的芯片封装结构的结构示意图；图2示出了根据本发明实施例的电路基板的透视图。

如图1所示，该芯片封装芯片100包括电路基板110和连接至电路基板110的集成射频芯片120，电路基板110中集成有集成射频芯片120的外围电路。

如图2所示，电路基板110包括多层基板111、多层金属层112和多层介质层(未示出)，其中，基板111起到支撑作用，金属层112用于形成外围电路，介质层作为各层基板111之间的填充层，利用贯穿介质层的导电通道113形成各层金属层112之间的电连接。在该示例中，各层基板111之间的间距可以是不相等的，可以根据实际需要设置基板111之间的间距。

传统的电感通常包括两种形式，即，位于集成射频芯片120内的电感和基板表贴电感(如图1的电感130所示)，集成射频芯片内的电感的制造成本高，相对芯片内其他元器件来说占用的体积较大，并且Q值受到芯片尺寸的限制从而Q值较低，无法满足射频器件的需求，基板表贴电感虽然Q值可以满足要求，但其占用的体积大且成本较高。

本申请提供的电感利用了电路基板110中原有的金属层112和基板111，即利用位于基板111表面的金属层112形成电感，保证了电感的高Q值，并降低了电感的占用面积和成本。下面结合附图对本申请提供的电感的实施例进行描述。

图3示出了根据本发明实施例的电感的平面示意图；图4示出了根据本发明实施例的电感的立体图。

本申请实施例提供的电感200包括第一金属层、第二金属层以及多个导电通道230，其中，第一金属层包括多个第一导电结构210，第二金属层包括多个第二导电结构220，且多个第一导电结构210之间相互电隔离，多个第二导电结构220之间相互电隔离，多个导电通道230位于第一金属层和第二金属层之间。

可选的，多个第一导电结构210设置于第一基板表面，多个第二导电结构220设置于第二基板表面，第一基板和第二基板之间具有介质层，多个导电通道230贯穿介质层并与第一金属层和第二金属层电连接。第一基板和第二基板可选自如图2所示的基板111a、111b和111c中的任意两个，多个第一导电结构210和多个第二导电结构220分别由位于基板111a、111b和111c中的任意两个表面的金属层112经由金属蚀刻而形成，金属层112可位于相对应的基板111的上表面或下表面。

在该实施例中，多个第一导电结构210和多个第二导电结构220经由多个导电通道230实现相互之间的电连接，具体的，经由多个导电通道230，各第一导电结构210与各第二导电结构220串联形成电流路径，且各第一导电结构210和各第二导电结构220在所述电流路径上交替分布。例如，各个导电通道230的第一端连接至多个第一导电结构210中的一个，第二端连接至多个第二导电结构220中的一个，且连接至同一个第二导电结构220的两个导电通道230的第一端分别连接至不同的第一导电结构210，从而多个导电通道230将多个第一导电结构210和多个第二导电结构220一一串联。

在未示出的实施例中，第一导电结构210位于第一基板的第一表面，电感200还包括：位于第一基板的第二表面的第三导电结构(未示出)，第一表面和第二表面彼此相对，第三导电结构的位置与第一导电结构210的位置相对应，并与第一导电结构210共同连接至各个导电通道230，从而各个第三导电结构与各个第一导电结构210一一并联。引入第三导电结构可以进一步增大电感的Q值。

作为一个示例，各个导电通道230连接至第一导电结构210和第二导电结构220的端部，多个第一导电结构210和/或多个第二导电结构220中的两个具有闲置端，所述闲置端连接有焊盘211，用于提供电感200与导线之间的电连接。例如，第一导电结构210的数量比第二导电结构220的数量多一个，从而有两个第一导电结构210分别具有一闲置端，闲置端连接有焊盘211，焊盘211用于提供电感与导线之间的电连接。

例如，第一个第一导电结构210的第一端为闲置端并连接至焊盘211，第二端连接至第一个导电通道230的第一端，第一个导电通道230的第二端连接至第一个第二导电结构220的第一端，第二个导电通道230的第二端连接至第二个第一导电结构210的第一端，第二个第一导电结构210的第二端连接至第三个导电通道230的第一端……以此类推，形成多个第一导电结构210、多个导电通道230和多个第二导电结构220之间的串联结构。

可选的，第一导电结构210和第二导电结构220的截面形状为多边形、椭圆形或不规则形状。在该实施例中，第一导电结构210和第二导电结构220的截面形状均为平行四边形，且平行四边形的角可为圆角。

可选的，各个第一导电结构210和各个第二导电结构220成角度设置，且各个第一导电结构210与各个第二导电结构220之间的角度相同。

可选的，各个第一导电结构210之间的间距相等或不相等，各个第二导电结构220之间的间距相等或不相等。

作为一个示例，各个导电通道230包括多根相互平行的导电柱231，各个导电柱231的形状可以是相同或不相同的，导电柱231的形状例如选自圆柱体、多边形体中的一种或多种。作为一个示例，各个导电通道210包括两根圆柱体形式的导电柱231，且两根导电柱231相互平行。可选的，第一基板与第二基板平行，且各个导电通道230与第一基板和第二基板成角度设置，例如各个导电通道230垂直于第一基板和第二基板。可选的，通过设置第一基板与第二基板之间的间距来调整导电通道230的长度。

本申请实施例提供的电感具有三维结构，从而具有高Q值，并且利用电路基板中原有的结构形成电感，可以不占用芯片内部结构和电路基板上层空间，实现缩减芯片封装结构的体积，并且降低了成本。

基于一种示例性的配置方式，图5示出了根据本发明实施例的电感的Q值随频率变化的波形图，横坐标表征工作频率，纵坐标表征Q值。由图5可以看出，在0GHz至10GHz的工作频段中，本发明实施例提供的电感具有高Q值，均大于40，其中，在4.000GHz的频段上，Q值可达到约109，完全可以满足大部分射频电感的需求。

图6示出了根据本发明实施例的电感的电感值随频率变化的波形图，横坐标表征工作频率，纵坐标表征电感值。由图6可以看出，在0GHz至10GHz的工作频段中，本发明实施例提供的电感具有逐渐指数增大的电感值，均大于2000pH，可以满足射频电感的需求。

图7示出了根据本发明实施例的阻抗匹配网络的电路示意图。

如图7所示，本发明实施例提出了一种阻抗匹配网络，包括电感Lp和电容Cs，电容Cs与电感Lp串联。该阻抗匹配网络例如应用于输入匹配电路或输出匹配电路中。

本发明实施例还提供了一种功率放大器，包括如图7所示的阻抗匹配网络以及功率放大电路，功率放大电路经阻抗匹配网络与后级电路结构连接，适于对输入信号进行功率放大以获得功率放大信号。

上文描述了本发明实施例的阻抗匹配网络和功率放大器的一些示例，然而本发明实施例不限于此，还可能存在其他方式的扩展和变形。

同时，本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的结构和方法，可以使用不同的配置方法或调节方法对每个结构或该结构的合理变形来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。并且，应理解，本申请实施例中前述的图的放大器各个部件之间的连接关系为示意性举例，并不对本申请实施例造成任何限制。

图8示出了根据本发明实施例的电感的制造方法的流程图。该制造方法包括步骤S101至步骤S103。

在步骤S101中，形成第一金属层，第一金属层包括相互电隔离的多个第一导电结构。

在步骤S102中，形成第二金属层，第二金属层包括相互电隔离的多个第二导电结构。

在步骤S103中，形成位于第一金属层和第二金属层之间的多个导电通道。其中，经由多个导电通道，各第一导电结构与各第二导电结构串联形成电流路径，且各第一导电结构和各第二导电结构在电流路径上交替分布。在该步骤中，例如，各个导电通道的第一端连接至多个第一导电结构中的一个，第二端连接至多个第二导电结构中的一个，且连接至同一个第二导电结构的两个导电通道的第一端分别连接至不同的第一导电结构，从而将多个第一导电结构和多个第二导电结构一一串联。

在上述步骤中，第一金属层和第二金属层例如分别形成于第一基板和第二基板之上，且第一基板和第二基板之间具有介质层，导电通道贯穿所述介质层并与第一金属层和第二金属层形成电连接。

可选的，第一导电结构位于第一基板的第一表面，该制造方法还包括：形成位于第一基板的第二表面的第三导电结构，第一表面和第二表面彼此相对，第三导电结构的位置与第一导电结构的位置相对应，并与第一导电结构共同连接至各个导电通道，从而各个第三导电结构与各个第一导电结构一一并联。形成第三导电结构可以进一步增大电感的Q值。

在实际应用中，可以通过设置第一导电结构和第二导电结构的数量、间距、角度以及导电通道的长度等各种参数来实现所需要的Q值和电感值。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种电感，其特征在于，包括：

第一金属层，包括相互电隔离的多个第一导电结构，多个所述第一导电结构位于第一基板的第一表面；

第二金属层，包括相互电隔离的多个第二导电结构，多个所述第二导电结构设置于第二基板表面，所述第一基板和所述第二基板之间具有介质层；

贯穿所述介质层的多个所述导电通道，多个所述导电通道位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，并与所述第一金属层和所述第二金属层电连接，经由所述多个导电通道，各所述第一导电结构与各所述第二导电结构串联形成电流路径，且各所述第一导电结构和各所述第二导电结构在所述电流路径上交替分布；以及

位于所述第一基板的第二表面的多个第三导电结构，所述第一表面和所述第二表面彼此相对，所述第三导电结构的位置与所述第一导电结构的位置相对应，并与所述第一导电结构共同连接至各个所述导电通道，从而各个所述第三导电结构与各个所述第一导电结构一一并联。

2.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，各个所述导电通道的第一端连接至多个所述第一导电结构中的一个，第二端连接至多个所述第二导电结构中的一个，且连接至同一个所述第二导电结构的两个所述导电通道的第一端分别连接至不同的所述第一导电结构，从而将多个所述第一导电结构和多个所述第二导电结构一一串联。

3.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，所述第一导电结构和所述第二导电结构的截面形状为多边形、椭圆形或不规则形状。

4.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，各个所述第一导电结构和各个所述第二导电结构成角度设置，且各个所述第一导电结构与各个所述第二导电结构之间的角度相同。

5.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，各个所述导电通道包括多根相互平行的导电柱。

6.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，多个所述第一导电结构和/或多个所述第二导电结构中的两个具有闲置端，所述闲置端连接有焊盘，用于提供所述电感与导线之间的电连接。

7.一种阻抗匹配网络，其特征在于，包括：

如权利要求1至6任一项所述的电感；以及

电容，连接至所述电感。

8.一种功率放大器，其特征在于，包括：

如权利要求7所述的阻抗匹配网络；以及

功率放大电路，经所述阻抗匹配网络与后级电路结构连接，适于对输入信号进行功率放大以获得所述功率放大信号。

9.一种电感的制造方法，其特征在于，包括：

形成第一金属层，包括相互电隔离的多个第一导电结构，多个所述第一导电结构位于所述第一基板的第一表面；

形成第二金属层，包括相互电隔离的多个第二导电结构，多个所述第二导电结构设置于第二基板表面，所述第一基板和所述第二基板之间具有介质层；

形成贯穿所述介质层的多个所述导电通道，多个所述导电通道位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，并与所述第一金属层和所述第二金属层电连接，经由所述多个导电通道，各所述第一导电结构与各所述第二导电结构串联形成电流路径，且各所述第一导电结构和各所述第二导电结构在所述电流路径上交替分布；以及

形成位于所述第一基板的第二表面的多个第三导电结构，所述第一表面和所述第二表面彼此相对，所述第三导电结构的位置与所述第一导电结构的位置相对应，并与所述第一导电结构共同连接至各个所述导电通道，从而各个所述第三导电结构与各个所述第一导电结构一一并联。