电感器以及设计电感器的方法技术

所公开的是一种电感器结构。该电感器结构包括基底材料、设置在基底材料上的多个下部螺旋导体、以及设置在至少一个下部螺旋导体上的至少一个上部螺旋导体，并且电介质材料分开下部、中部和上部螺旋导体。公开了用于高频操作的电流通道。还公开了在至少一个上部螺旋导体和至少一个下部螺旋导体中确定匝数的一种方法。

Inductor and method for designing inductor

Disclosed is an inductor structure. The inductor structure comprises a base material, a plurality of lower spiral conductors, disposed on the base material and arranged in at least one lower helical conductor on at least one of the upper spiral conductor, and a dielectric material from the middle and upper part, spiral conductor. A current channel for high frequency operation is disclosed. A method of determining the number of turns in at least one upper spiral conductor and at least one lower spiral conductor is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
电感器以及设计电感器的方法
本专利技术涉及电感器领域，特别是涉及在诸如半导体材料的基底材料上构建的具有高质量因数和高电感密度的串并联电感器。
技术介绍
在半导体工业中，数字和模拟电路，包括复杂的微处理器，已经成功地实施在半导体集成电路中。这样的集成电路可典型地包括有源装置和无源装置，有源装置例如为场效晶体管，无源装置例如为电阻器、电容器和电感器。人们希望具有高质量因数Q和高电感密度的电感器。然而，困难的是在获得高质量因数Q的同时还保持高电感密度。在常规的设计中，质量因数Q或电感密度通常低于希望值。
技术实现思路
上面和下面所述的示例性实施例的各种优点和目的通过提供根据示例性实施例的第一方面的电感器结构得以实现。该电感器结构包括：基底材料；多个下部螺旋导体，其具有设置在基底材料上的第一匝数n2螺旋部分，多个下部螺旋导体具有在与基底材料垂直的方向上测量的厚度tbot1,tbot2,…tbotn；至少一个上部螺旋导体，其具有与多个下部螺旋导体接触的第二匝数n1螺旋部分，至少一个上部螺旋导体具有在与基底材料垂直的方向上测量的厚度ttop1，并且具有宽度Wthick和匝到匝间隔Sthick，其中宽度Wthick和匝到匝间隔Sthick在平行于基底材料的方向上测量，使得ttop1大于tbot1,tbot2,…tbotn；以及分开下部和上部螺旋导体的电介质材料；至少一个上部螺旋导体的每匝与多个下部螺旋导体的匝轴向对齐，该电感器结构具有从至少一个上部螺旋导体的匝到多个下部螺旋导体的轴向对齐匝到多个下部螺旋导体的下一个匝到至少一个上部螺旋导体的轴向对齐匝到上部螺旋导体的下一个匝的电流通道，并且继续直到该电流通道已经通过至少一个上部螺旋导体和多个下部导体的所有的匝。根据示例性实施例的第二方面，所提供的电感器结构包括：基底材料；多个下部螺旋导体，其具有设置在基底材料上的第一匝数n2螺旋部分，多个下部螺旋导体具有在与基底材料垂直的方向上测量的厚度tbot1,tbot2,…tbotn；至少一个上部螺旋导体，其具有与多个下部螺旋导体接触的第二匝数n1螺旋部分，至少一个上部螺旋导体具有在与基底材料垂直的方向上测量的厚度ttop1，使得ttop1大于tbot1,tbot2,…tbotn；以及分开下部和上部螺旋导体的电介质材料；至少一个上部螺旋导体的每匝与多个下部螺旋导体的匝轴向对齐，电感器结构具有从至少一个上部螺旋导体的匝到多个下部螺旋导体的轴向对齐匝到多个下部螺旋导体的下一个匝到至少一个上部螺旋导体的轴向对齐匝到上部螺旋导体的下一个匝的电流通道，并且继续直到电流通道已经通过至少一个上部螺旋导体和多个下部导体的所有匝，其中多个下部螺旋导体的每一个和至少一个上部螺旋导体每一个具有在平行于基底材料的方向上测量的宽度和匝到匝间隔，其中多个下部螺旋导体的每一个的宽度Wthin，大于至少一个上部螺旋导体的宽度Wthick，并且其中多个下部螺旋导体的每一个的匝到匝间隔Sthin，小于至少一个上部螺旋导体的匝到匝间隔Sthick，并且其中电感器具有外径OD，和内径ID，使得：Wthick+Sthick＝Wthin+Sthin，ID＝OD-(2)(n1)(Wthick+Sthick)，其中n1＝电感器结构的最上部导体的匝数，Sthin由最小间隔的设计规则规定，并且Wthin＝((OD-ID)/n1)-Sthin。根据示例性实施例的第三方面，提供一种设计电感器结构的方法。该方法包括：提供电感器结构，电感器结构包括：基底材料；设置在基底材料上的至少一个下部螺旋导体，至少一个下部螺旋导体具有厚度tbot1、宽度wthin和匝到匝间隔sthin；至少一个上部螺旋导体，与至少一个下部螺旋导体接触，至少一个上部螺旋导体具有厚度ttop1、宽度wthick和匝到匝间隔sthick，其中Mtotal表示上部螺旋导体的总数；以及分开下部和上部螺旋导体的电介质材料。该方法还包括规定电感器结构中的总匝数N；并且确定最上部导体的匝数n1和至少一个下部螺旋导体的匝数n2，使得n2为N/(Mtotal+1)，其中n2是除式的整数结果，并且N/(Mtotal+1)的除式上留下的任何小数余数R，被施加给n1，使得n1为N/(Mtotal+1)加上余数R的1/Mtotal倍，其中n1可包括小数匝，而n2仅允许包含整数匝数。该方法在一个或多个计算装置上执行。附图说明示例性实施例认为是新颖的特征和示例性实施例的基本特征特别地在所附权利要求中进行限定。附图仅为说明的目的而没有按比例绘制。示例性实施例，如关于结构和操作方法二者，通过参考结合附图进行的详细描述可更好地理解，其中：图1A、1B和1C分别是根据示例性实施例的上部螺旋导体、中间螺旋导体和下部螺旋导体的平面图。图2是根据第一示例性实施例的多层电感器的截面图。图3是根据第二示例性实施例的多层电感器的截面图。图4是根据第三示例性实施例的多层电感器的截面图。图5是根据第四示例性实施例的多层电感器的截面图。图6是用于优化质量因数Q和感应系数的过程流程图。图7是用于确定多层电感器的匝数的用户界面。图8是示出对于上部螺旋电感器层具有单一厚度金属的电感器的各种电感器选项的流程。图9示出了图8中每个电感器选项的电流通道。图10示出了图8中每个电感器选项的高频操作的另一个电流通道。图11是示出上部螺旋电感器层具有双厚度金属的电感器的各种电感器选项的流程。图12示出了图11中每个电感器选项的电流通道。图13示出了图11中每个电感器选项的高频操作的另一个电流通道。具体实施方式首先参见图1A、1B和1C，示出了用于制造示例性实施例的电感器的具有螺旋匝的至少三个导体的平面图。在本说明书的全文，具有螺旋匝的导体也可指螺旋导体，并且两种描述认为是等同的。图1A示出了上部导体螺旋匝100，图1B示出了中部导体螺旋匝102，而图1C示出了下部导体螺旋匝104。可有多于一个的下部导体层104。在使用中，上部导体螺旋匝100可设置在中部导体螺旋匝102的上部上，而中部导体螺旋匝102可设置在下部导体螺旋匝104的上部上。电介质材料形成在导体螺旋匝100、102和104之间、在各导体100、102和104之间以分开螺旋导体100、102和104、以及在各导体100、102和104周围以将它们与相邻的电线分开。图1A、1B和1C中的导体100、102和104是为了图示说明一个示例性实施例，并且螺旋匝数、螺旋匝宽度和螺旋匝间隔可在下面附图所示的其它示例性实施例中变化。图2示出了电感器200的一个示例性实施例在箭头方向2-2上的截面图，其包括图1所示的各种螺旋导体100、102、104，增加了绝缘电介质材料和连接通路。螺旋导体100、102和104的每一个的螺旋匝数、螺旋匝宽度和螺旋匝间隔在与图1A、1B和1C中仅为图示说明目的提供的平面图相比时在用于其它示例性实施例的下面的截面图中可不同。电感器200可包括多于一个的下部导体104。图2示出了附加的下部导体层104，并且可具有附加的下部导体层104(未示出)来满足电设计要求。上部螺旋导体100与电感器200的其余导体相比具有低方块电阻。上部导体100包括螺旋匝202，其具有在螺旋匝202之间的常规的电介质材料204。上部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感器，包括：基底材料；多个下部螺旋导体，具有设置在该基底材料上的第一匝数n2的螺旋部分，该多个下部螺旋导体具有在与该基底材料垂直的方向上测量的厚度t

【技术特征摘要】
2012.12.18 US 13/718,7011.一种电感器，包括：基底材料；多个下部螺旋导体，具有设置在该基底材料上的第一匝数n2的螺旋部分，该多个下部螺旋导体具有在与该基底材料垂直的方向上测量的厚度tbot1,tbot2,…tbotn，并且具有宽度Wthin和匝至匝间隔Sthin，其中宽度Wthin和匝至匝间隔Sthin在平行于该基底材料的方向上测量，其中该多个下部螺旋导体的每个层具有共同的宽度和共同的匝至匝间隔；至少一个上部螺旋导体，具有与该多个下部螺旋导体接触的第二匝数n1的螺旋部分，该至少一个上部螺旋导体具有在与该基底材料垂直的方向上测量的厚度ttop1，并且具有宽度Wthick和匝至匝间隔Sthick，其中该宽度Wthick和匝至匝间隔Sthick在平行于该基底材料的方向上测量，从而ttop1大于tbot1,tbot2,…tbotn；以及电介质材料，分开该下部螺旋导体和该上部螺旋导体；该至少一个上部螺旋导体的每匝与该多个下部螺旋导体的一匝轴向对齐，该电感器结构具有从该至少一个上部螺旋导体的一匝到该多个下部螺旋导体的轴向对齐匝到该多个下部螺旋导体的下一个匝到该至少一个上部螺旋导体的轴向对齐匝到该上部螺旋导体的下一个匝的电流通道，并且该电流通道继续直到已经通过该至少一个上部螺旋导体和该多个下部螺旋导体的所有匝。2.如权利要求1所述的电感器，其中存在仅一个上部螺旋导体和多个下部螺旋导体，并且从该上部螺旋导体的一匝到对齐的多个下部螺旋导体相同匝的该电流通道串联电连接，并且该多个下部螺旋导体的相同匝内的电流通道全部并联电连接。3.如权利要求2所述的电感器，其中从多个下部螺旋导体的一个匝中到多个下部螺旋导体的下一个匝中的该电流通道全部并联电连接。4.如权利要求1所述的电感器，其中存在具有厚度ttop1,ttop2,…ttopn的多个上部螺旋导体，使ttop1,ttop2,…ttopn>tbot1,tbot2,…tbotn。5.如权利要求1所述的电感器，其中存在多个上部螺旋导体和多个下部螺旋导体，并且从上部螺旋导体的匝到对齐的多个下部螺旋导体的相同匝中的该电流通道是串联的，并且该多个下部螺旋导体的相同匝内的该电流通道全部并联电连接。6.如权利要求5所述的电感器，其中该多个上部螺旋导体的该相同匝内的该电流通道全部串联电连接。7.如权利要求5所述的电感器，其中从多个下部螺旋导体一个匝中到多个下部螺旋导体下一个匝中的该电流通道全部并联电连接。8.如权利要求2所述的电感器，还包括多个通路，其中一个或多个通路将该上部螺旋导体的一匝连接到该多个下部螺旋导体的相同匝。9.如权利要求8所述的电感器，其中该多个通路的一些通路在相同匝中连接每个下部螺旋导体。10.如权利要求5所述的电感器，还包括多个通路，其中一个或多个通路将该上部螺旋导体之一的匝连接到对齐的上部螺旋导体相同匝，并且一个或多个通路将该上部螺旋导体的一匝连接到下部螺旋导体的对齐匝的相同匝。11.如权利要求10所述的电感器，其中该多个通路的一些通路在相同匝中连接每个下部螺旋导体。12.如权利要求1所述的电感器，其中该至少一个上部螺旋导体和该多个下部螺旋导体包括铜。13.如权利要求1所述的电感器，其中该基底材料是绝缘材料。14.如权利要求1所述的电感器，其中该基底材料是半导体材料。15.如权利要求1所述的电感器，其中该多个下部螺旋导体的每一个的宽度Wthin大于该至少一个上部螺旋导体的宽度Wthick，并且其中该多个下部螺旋导体的每一个的匝至匝间隔Sthin小于该至少一个上部螺旋导体的匝至匝间隔Sthick，并且其中该电感器具有外径OD，和内径ID，使得：Wthick+Sthick＝Wthin+Sthin，ID＝OD-(2)(n1)(Wthick+Sthick)，其中n1＝该电感器结构的最上部导体的匝数，Sthin由最小化间隔的设计规则规定，并且Wthin＝((OD-ID)/n1)-Sthin。16.如权利要求15所述的电感器，其中存在多个上部螺旋导体，其每一个具有宽度Wthick，和匝至匝间隔Sthick。17.一种电感器，包括：基底材料；多个下部螺旋导体，具有设置在该...

【专利技术属性】
技术研发人员：PPD吉拉德，RA格罗夫斯，S康杜鲁，VNR瓦努库鲁，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US