[发明专利]用于集成电路、作为集成电路的一部分的变压器和电感器的电感元件

说明书

技术领域

本公开涉及使用微电子技术制造的改进电感器或改进变压器，以及包括这种电感组件的集成电路。

背景技术

已知磁性组件(诸如，电感器和变压器)具有许多用途。例如，电感器可以用在滤波器和谐振电路的制造中，或者可以用在开关模式功率转换器中以升高或降低输入电压，用于产生不同的输出电压。变压器可以用于将功率或信号从一个电路传送到另一个电路，同时提供高水平的电流隔离。

电感器和变压器可以在集成电路环境内制造。例如，已知通常形成螺旋或螺旋的近似的间隔开的导体可以形成在半导体衬底上或内部，以形成作为电感器或变压器的一部分的线圈。这种间隔开的螺旋形电感器可以并排放置或以堆叠构型放置。

还可以在集成电路内的“线圈”周围形成铁磁芯。然而，这种布置在其行为上表现出非线性。在集成电路内提供改进的组件将是有益的。

发明内容

所描述的技术的方法和设备各自具有若干方面，其中没有单独一个仅仅负责其期望的属性。

感应组件(诸如，变压器)可以通过包括磁芯来改进。然而，如果磁芯进入磁饱和，则具有磁芯的优势可能会丢失。避免饱和的一种方法是提供更大的磁芯，但是在集成电子电路的情况下这是昂贵的。发明人认识到，磁通密度随着磁芯在某些集成电路内的位置而变化，使得磁芯的部分比其它部分更早饱和。这典型地降低了磁芯的最终性能。本公开提供延迟早饱和的开始的结构，其可以例如使变压器处理更多的功率。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于集成电路中的电感组件，包括：至少一个导体，其布置在螺旋路径中以形成第一线圈；布置在所述至少一个导体的第一侧的至少一部分上或邻近所述导体的第一侧的第一磁性材料层，其中所述第一磁性材料层包括在至少一个磁芯；以及用于补偿至少一个磁芯的芯饱和非均匀性的补偿结构。

因此，可以在集成电路上或作为集成电路的一部分提供磁性组件，其中磁芯更均匀地饱和。这又可以在基本上没有磁芯已经达到磁饱和的操作区域内产生更大的线性度和改进的功率传递。这可以实现，而不会在其上承载磁性组件的衬底(例如半导体)上产生增加的磁性组件的占用面积。

补偿结构可以包括改变第一线圈的参数。该参数可以是第一线圈的匝密度，其可以通过如下来实现：在导体从线圈的一侧穿越到另一侧时改变导体的间距；导体之间的间距；或导体的宽度。两个或更多个参数可以组合地变化。在电感组件包括多个线圈的情况下，例如因为其是变压器，则第二线圈的参数也可以如上所述地变化。

有利地，在本公开的实施例中，形成第一线圈的导体的导体宽度随着距螺旋路径的边缘的距离增大而增加，并且优选地从螺旋路径的两个边缘增加。这种布置具有降低位于远离螺旋的边缘的磁芯的部分周围的线圈的有效匝密度，同时避免线圈的电阻的不必要的增加的优点。

有利地，电感组件形成在承载其他集成电路组件的衬底上。衬底可以是半导体衬底，其最常见的示例是硅。然而，可以使用其它衬底并且可以选择用于在相对高的频率下操作。这种衬底可以包括玻璃或其他半导体，诸如锗。

根据本公开的第二方面公开一种形成电感组件的方法，所述方法包括：形成布置在螺旋路径中的至少一个导体以形成第一线圈；和围绕所述第一线圈的至少一部分形成磁芯；其中第一线圈被布置为补偿所述磁芯的芯饱和非均匀性。

本公开的另一方面公开一种集成电路包括：包括平面螺旋线圈的，其中，所述平面螺旋线圈的瞬时匝密度在所述平面螺旋线圈的宽度上从所述平面螺旋线圈的边缘到所述平面螺旋线圈的中心变化。

附图说明

现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述本公开的实施例，其中：

图1是在集成电路内形成的变压器的示意性平面图；

图2是通过图1的变压器的示意性横截面；

图3是在集成电路内形成的变压器的透视图；

图4是穿过图3的变压器的横截面；

图5是示出用于测量作为线圈电流的函数的通量密度的电路的电路图；

图6示出了集成电路上的典型变压器的通量密度对线圈电流的曲线图；

图7是为了解释本公开的优点的目的，具有与添加到其上的线圈的响应的直线近似的通量密度对线圈电流的曲线图；

图8是表示围绕矩形磁芯的线圈的线圈密度作为沿着线圈轴的位置的函数的曲线图；

图9是根据本公开的电感器或变压器的示意图；

图10是根据本公开的实施例的设备的示意性截面图；

图11是根据本公开的实施例的变压器的示意性截面图；