[go: up one dir, main page]

CN107179796A - 调压器电路、集成变压器以及制造集成变压器的方法 - Google Patents

调压器电路、集成变压器以及制造集成变压器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107179796A
CN107179796A CN201710131934.2A CN201710131934A CN107179796A CN 107179796 A CN107179796 A CN 107179796A CN 201710131934 A CN201710131934 A CN 201710131934A CN 107179796 A CN107179796 A CN 107179796A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
conductors
conductor
integrated transformer
magnetic core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710131934.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107179796B (zh
Inventor
阿伦·罗思
艾瑞克·苏恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN107179796A publication Critical patent/CN107179796A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107179796B publication Critical patent/CN107179796B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/56—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/625—Regulating voltage or current  wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is AC or DC
    • G05F1/656—Regulating voltage or current  wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is AC or DC using variable impedances in series and in parallel with the load as final control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
    • H01F41/046—Printed circuit coils structurally combined with ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/08—Winding conductors onto closed formers or cores, e.g. threading conductors through toroidal cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/20—Inductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明的实施例公开了一种集成变压器及其制造方法。该集成变压器包括：磁芯，位于半导体层堆叠件的多个层中的第一层中；多个导体中的第一导体和第二导体；以及通孔。第一导体位于多个层中位于第一层上面的第二层内，第二导体位于多个层中位于第一层下面的第三层内。通孔物理地和电连接第一导体和第二导体。通孔、第一导体和第二导体形成集成变压器的初级绕组。集成变压器还包括次级绕组，该次级绕组缠绕在磁芯周围并且位于第一层、第二层和第三层中。本发明的实施例还公开了一种调压器电路。

Description

调压器电路、集成变压器以及制造集成变压器的方法
技术领域
本发明的实施例总体涉及半导体领域，更具体地，涉及调压器电路、集成变压器以及制造集成变压器的方法。
背景技术
电子器件使用集中电源(诸如以电池作为实例)为它们的部件提供电力。很多时候，由该集中电源提供的电压随着对电力的需求的改变而波动。该电子器件包括一个或多个调压器电路，以确保恒定或基本上恒定的电压被提供至它们的部件。此外，电子器件的部件可能以不同的电压操作。可使用一个或多个调压器电路为电子器件的部件提供这些不同的电压。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种调压器电路，包括：控制元件，被配置成根据误差信号来调节输入电压以维持基本上恒定的输出电压；感应感测电路，包括集成变压器，所述感应感测电路被配置成监测所述基本上恒定的输出电压以提供感测的输出电压；以及误差检测器，被配置成将所述感测的输出电压与参考电压进行比较以提供所述误差信号。所述集成变压器包括：磁芯；多个导体，形成所述集成变压器的初级绕组，所述多个导体中的第一组导体位于所述磁芯上面，并且所述多个导体中的第二组导体位于所述磁芯下面；和所述集成变压器的次级绕组，所述次级绕组缠绕在所述磁芯周围。
根据本发明的另一方面，提供了一种集成变压器，包括：磁芯，位于半导体层堆叠件的多个层中的第一层中；多个导体中的第一导体和第二导体，所述第一导体位于所述多个层中位于所述第一层上面的第二层内，所述第二导体位于所述多个层中位于所述第一层下面的第三层内；通孔，物理地和电连接所述第一导体和所述第二导体，所述通孔、所述第一导体和所述第二导体形成所述集成变压器的初级绕组；以及所述集成变压器的次级绕组，缠绕在所述磁芯周围并且位于所述第一层、所述第二层和所述第三层中。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造集成变压器的方法，所述方法包括：在半导体层堆叠件的第一层内形成第一导体；在所述半导体堆叠件的第二层内形成磁芯；在所述半导体堆叠件的第三层内形成第二导体，所述第一导体以及所述第二导体形成所述集成变压器的初级绕组；以及形成缠绕在所述磁芯周围的耦合元件，以形成所述集成变压器的次级绕组。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚地讨论，各个部件的尺寸可以任意地增加或减少。
图1A例示了根据本发明的示例性实施例的示例性调压器电路的框图；
图1B为根据本发明的示例性实施例的图1A的示例性调压器电路的示例性操作步骤的流程图；
图2A至图2C例示了根据本发明的示例性实施例的可在图1A的示例性调压器电路内实施的第一示例性感应感测电路；
图3A至图3C例示了根据本发明的示例性实施例的可在图1A的示例性调压器电路内实施的第二示例性感应感测电路；
图4例示了根据本发明的示例性实施例的制造图2的第一示例性感应感测电路和图3的第二示例性感应感测电路的示例性方法；以及
图5A至图5B例示了根据本发明的示例性实施例的可在图1A的示例性调压器电路内实施的第三示例性感应感测电路；以及
图6例示了根据本发明的示例性实施例的图5的第三示例性感应感测电路的示例性的制造方法。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。以下描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例而不旨在限制。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括其中第一部件和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可以包括其中可以在第一部件和第二部件之间形成额外的部件，使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。而且，本发明在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。该重复是出于简明和清楚的目的，而其本身并未指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
综述
本发明的感应感测电路包括多个承载一个或多个时变电流的导体。该一个或多个时变电流在流经多个导体时产生磁场。感应感测电路感测由磁场感应出的电压。该多个导体可以被配置和布置为集成变压器的一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组。该一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组经配置和布置以使流经一个或多个初级绕组的一个或多个时变电流的变化通过电磁感应感应出一个或多个次级绕组两端的电压。一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组可位于磁芯周围，其中磁芯位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内，以形成集成变压器。替代地，多个导体中的一些可经配置和布置以形成位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层中的螺旋电感器，以形成集成电感器。该螺旋电感器可选择性地使用位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的磁芯。
示例性调压器电路
图1A例示了根据本发明的示例性实施例的示例性调压器电路的框图；调压器电路100调节输入电压150，以维持恒定或基本上恒定的输出电压152。调压器电路100包括控制元件102、感应感测电路104、误差检测器106以及参考电压发生器108。在示例性实施例中，调压器电路100设置在半导体衬底上。半导体衬底可为诸如硅晶体的半导体材料的薄片，但是可包括其他材料或材料的组合，诸如蓝宝石或对本相关领域中的技术人员是显而易见的并且不背离本发明的精神和范围的任意其他合适的材料。在该示例性实施例中，半导体衬底包括一个或多个源区，以用于形成控制元件102、感应感测电路104、误差检测器106和/或参考电压发生器108的一个或多个有源部件。此外，在该示例性实施例中，使用一个或多个导电层形成控制元件102、感应感测电路104、误差检测器106和/或参考电压发生器108之间、和/或位于控制元件102、感应感测电路104、误差检测器106和/或参考电压发生器108的一个或多个有源部件之间的一个或多个互连件。该一个或多个导电层与一个或多个非导电层相互交错。该一个或多个导电层包括一种或多种导电材料，诸如钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或铂(Pt)，以作为一些实例。一个或多个非导电层包括一种或多种非导电材料，诸如二氧化硅(SiO2)或氮化物(N3–)以作为一些实例。
控制元件102根据误差信号154调节输入电压150以维持恒定或基本上恒定的输出电压152。在示例性实施例中，控制元件102以与可变电阻相似的方式操作，其中可变电阻不断地调节分压器网以维持输出电压152，从而形成线性调节器，诸如并联调节器或串联调节器以提供一些实例。控制元件102可提供从输入电压150开始通过可变电阻直至地面的路径以作为并联调节器操作或从输入电压150开始通过可变电阻提供直至负载的路径以作为串联调节器操作。在另一个示例性实施例中，控制元件102包括一个或多个不断地在打开和关闭状态之间转换的有源器件以维持输出电压152的平均值，从而形成开关调节器。
感应感测电路104监测输出电压152以提供第二输出电压156。感应感测电路104包括位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的一个或多个集成感应感测元件以感测输出电压152，从而提供第二输出电压156。在一个示例性实施例中，感应感测元件包括一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组。该一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组被配置和布置为使流经一个或多个初级绕组的电流的变化通过电磁感应感应一个或多个次级绕组两端的电压。在该示例性实施例中，一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组位于磁芯周围，其中磁芯位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内，以形成用于感测输出电压152的集成变压器。在该示例性实施例中，磁芯可经配置和布置为一个或多个直圆柱棒、一个或多个“I”形芯、一个或多个“C”形或“U”形芯、一个或多个“E”形芯、一个或多个圆环或圆珠、一个或多个平面芯，或它们的任意组合。磁芯可使用一个或多个实心金属(诸如硬或软铁、硅钢、高导磁合金、透磁合金以及超透磁合金以提供一些实例)、一个或多个粉末金属(诸如羰基铁或铁粉以提供一些实例)、一个或多个陶瓷(诸如铁氧体以提供一个实例)来实施。在另一个示例性实施例中，一个或多个集成感应感测元件可包括位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的螺旋电感器，以形成用于感测输出电压152的集成电感器。该螺旋电感器可选择性地使用位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的磁芯。
误差检测器106将感测的输出电压156与参考电压158进行比较以提供误差信号154。提供一些实例，误差信号154可表示用于调节分压器网络以维持输出电压152的模拟误差信号，或用于在打开与关闭状态之间切换以维持输出电压152的平均值的数字误差信号。当误差信号为第一值时，诸如大于0以提供一个实例，参考电压158大于感测输出电压156。在这种情况中，控制元件102响应于误差信号154增大输出电压152以减小误差信号154。否则，当误差信号处于第二值时，诸如小于0以提供一个实例，参考电压158小于感测输出电压156。在这种情况中，控制元件102响应于误差信号154减小输出电压152以减小误差信号154。
参考电压发生器108提供参考电压158。参考电压发生器108可使用无论负载、电源变化和/或温度变化如何都能产生恒定或基本上恒定的电压，并且对本相关领域中的普通技术人员而言是显而易见的且不背离本公开的精神和范围的任意合适的电路来实施。例如，参考电压发生器108可实施为带隙电压基准参考或齐纳二极管基准参考。
图1B为根据本公开的示例性实施例的图1A的示例性调压器电路的示例性操作步骤的流程图。本发明不限于此操作描述。然而，将对本相关技术领域中的技术人员显而易见的是，其他的操作控制流程在本发明的范围和精神内。以下论述描述了调压器电路(诸如调压器电路100以提供实例)的示例性操作控制流程180。
在步骤182，可操作的控制流程180根据误差信号(诸如误差信号154以提供实例)调节输入电压(诸如输入电压150以提供实例)，以提供输出电压。在示例性实施例中，该可操作的控制流程180以与可变电阻相似的方式操作，不断地调节分压器网络以维持输出电压，从而形成线性调节器，诸如并联调节器或串联调节器以提供一些实例。该可操作的控制流程180可提供从输入电压150开始通过可变电阻至地面的路径以作为并联调节器操作，或可提供从输入电压开始通过可变电阻至负载的路径以作为串联调节器操作。在另一个示例性实施例中，可操作的控制流程180包括一个或多个不断地在打开和关闭状态之间转换的有源器件以维持输出电压的平均值，从而形成开关调节器。
在步骤184，该可操作的控制流程180感应地感测步骤182的输出电压。该可操作的控制流程180使用感应感测电路(诸如感应感测电路104以提供实例)来监测步骤182的输出电压。该感应感测电路包括位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的一个或多个集成感应感测元件，以感测步骤182的输出电压。在示例性实施例中，该感应感测元件包括一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组。该一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组经配置和布置使得流经一个或多个初级绕组的电流的变化通过电磁感应感应出一个或多个次级绕组两端的电压。在该示例性实施例中，一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组位于磁芯周围，其中磁芯位于一个或多个导电层或一个或多个非导电层中，以形成用于感测步骤182的输出电压的集成变压器。在该示例性实施例中，磁芯可经配置和布置为一个或多个直圆柱棒、一个或多个“I”形芯、一个或多个“C”或“U”形芯、一个或多个“E”形芯、一个或多个圆环或圆珠、一个或多个平面芯、或它们的组合。磁芯可使用一个或多个实心金属(诸如硬或软铁、硅钢、高导磁合金、透磁合金以及超透磁合金以提供一些实例)、一个或多个粉末金属(诸如羰基铁或铁粉以提供一些实例)、一个或多个陶瓷(诸如铁氧体以提供一个实例)或它们的任意组合来实施。在另一个示例性实施例中，一个或多个集成感应感测元件可包括位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的螺旋电感器以形成用于感测步骤182的输出电压的集成电感器。该螺旋电感器可选择性地使用位于一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层内的磁芯。
在步骤186，可操作的控制流程180将步骤184的感测输出电压与参考电压(诸如参考电压158以提供实例)进行比较，以提供步骤182的误差信号。该可操作的控制流程180比较步骤184的感测输出电压和参考电压以提供步骤182的误差信号。为了提供一些实例，该误差信号182可表示用于调节分压器网络以维持步骤182的输出电压的模拟误差信号或用于在打开和关闭状态之间转换以维持步骤182的输出电压的平均值的数字误差信号。当步骤182的误差信号为第一值，诸如大于0以提供实例，参考电压大于步骤184的第二输出电压。在这种情况中，可操作的控制流程180响应于步骤182的误差信号增大步骤182的输出电压以减小步骤182的误差信号。否则，当步骤182的误差信号在第二值时，诸如小于0以提供实例，参考电压小于步骤184的第二输出电压。在这种情况中，可操作的控制流程180响应于步骤182的误差信号减小步骤182的输出电压以减小步骤182的误差信号。
第一示例性感应感测电路
图2A至图2C例示了根据本发明的示例性实施例的可在图1A的示例性调压器电路内实施的第一示例性感应感测电路。图2A至图2C分别例示了感应感测电路200的顶视图202、右视图204、正视图206。感应感测电路可表示感应感测电路104的示例性实施例。照此，感应感测电路200监测输出电压152以提供第二输出电压156。
感应感测电路包括磁芯208。如在图2A中所例示，磁芯208使用两个“C”形或“U”形芯实施。然而，本相关领域中的普通技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，磁芯208可使用其他配置实施，诸如一个或多个“I”形芯、一个或多个“E”形芯、一个或多个圆环或圆珠、或它们的任意组合。磁芯208可使用一个或多个实心金属(诸如硬或软铁、硅钢、高导磁合金、透磁合金以及超透磁合金以提供一些实例)、一个或多个粉末金属(诸如羰基铁或铁粉以提供一些实例)、一个或多个陶瓷(诸如铁氧体以提供一个实例)来实施。然而，本相关领域中的普通技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，磁芯208可使用任意合适的磁性或铁磁性材料。
另外地，如在图2A至图2C中所例示，一个或多个顶部导体210.1至210.n位于磁芯208上面并且一个或多个底部导体212.1至212.n位于磁芯208下面。该一个或多个顶部导体210.1至210.n使用通孔214.1至214.n物理地和电连接至一个或多个底部导体212.1至212.n。如在顶视图202中所例示，通孔214.1至214.n中的每一个均物理地和电连接一个或多个顶部导体210.1至210.n中的相应的顶部导体和一个或多个底部导体212.1至212.n中的相应的底部导体。在示例性实施例中，通孔214.1至214.n位于磁芯的中央或接近中央；然而，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本相关领域中的普通技术人员将会认识到，其他用于通孔214.1至214.n的布置是可能的。如在顶视图202中附加例示，一个或多个顶部导体210.1至210.n和一个或多个底部导体212.1至212.n承载时变电流，诸如调压器电路100的输出电压152以提供实例。在示例性实施例中，一个或多个顶部导体210.1至210.n和一个或多个底部导体212.1至212.n包括单一顶部导体和单一底部导体。然而，一个或多个顶部导体210.1至210.n中的单一顶部导体以及从一个或多个底部导体212.1至212.n中的单一底部导体的一个或多个物理特性(诸如线宽度或线厚度以提供一些实例)能够防止该单一顶部导体和单一底部导体承载时变电流。在另一个示例性实施例中，一个或多个顶部导体210.1至210.n和一个或多个底部导体212.1至212.n包括多个顶部导体和多个底部导体，以将时变电流分成多个时变电流。
一个或多个顶部导体210.1至210.n和一个或多个底部导体212.1至212.n形成集成在半导体衬底内的集成变压器的初级绕组。如图2中进一步所示，位于磁芯208周围的感应感测元件形成集成变压器的次级绕组218。初级绕组216和次级绕组218经配置和布置以使流经初级绕组216的时变电流的变化通过电磁感应感应出次级绕组218两端的电压，诸如调压器电路100的感测输出电压156以提供实例。一般而言，感应电压可近似为：
其中V2和V1分别表示次级绕组218两端的感应电压和初级绕组两端的电压电势，并且N1和N2分别表示初级绕组216和次级绕组218的匝数。初级绕组216和次级绕组218的匝数分别表示初级绕组216和次级绕组218围绕磁芯208缠绕的次数。通常，N2和N1的比率大于1以补偿磁芯208中的磁滞损耗和/或涡电流。
如在图2B的右视图204和图2C的正视图206中例示，一个或多个底部导体212.1至212.n位于半导体层堆叠件的第一层220内，磁芯208位于半导体层堆叠件的第二层222内，并且一个或多个顶部导体210.1至210.n位于半导体层堆叠件的第三层224内。在示例性的实施例中，第一层220和第三层224为半导体层堆叠件的导电层，并且第二层222为半导体层堆叠件的非导电层。在另一个示例性的实施例中，第一层220和第三层224为半导体层堆叠件的非导电层，并且第二层222为半导体层堆叠件的导电层。尽管磁芯208示出位于半导体层堆叠件的第二层222内，但是本相关技术领域中的普通技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，磁芯208可以导电层和非导电层的任意组合形成。
第二示例性感应感测电路
图3A至图3C例示了根据本发明的示例性实施例的可在图1的示例性调压器电路内实施的第二示例性感应感测电路。图3A至图3C分别例示了感应感测电路300的顶视图302、右视图304、正视图306。感应感测电路可表示感应感测电路104的示例性实施例。照此，感应感测电路监测输出电压152以提供感测的输出电压156。
感应感测电路300包括磁芯308。如在图3A至图3C中所示，磁芯308使用一个或多个平面芯实施。然而，本相关领域中的普通技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，磁芯308可使用其他配置实施，诸如一个或多个直圆柱棒、一个或多个圆环或圆珠、一个或多个平面芯或它们的任意组合。磁芯308可使用一个或多个实心金属(诸如硬或软铁、硅钢、高导磁合金、透磁合金以及超透磁合金以提供一些实例)、一个或多个粉末金属(诸如羰基铁或铁粉以提供一些实例)、一个或多个陶瓷(诸如铁氧体以提供一个实例)来实施。然而，本相关领域中的普通技术人员将认识到，磁芯308可使用任意合适的磁性或铁磁性材料而不背离本发明的精神和范围。
另外地，如在图3A至图3C中所例示，一个或多个顶部导体310.1至310.n位于磁芯308上面并且一个或多个底部导体312.1至312.n位于磁芯308下面。在示例性实施例中，一个或多个顶部导体310.1至310.n和一个或多个底部导体312.1至312.n基本上彼此平行并且基本上正交于磁芯布置。如在顶视图302中例示，一个或多个顶部导体310.1至310.n和一个或多个底部导体312.1至312.n承载时变电流，诸如调压器电路100的输出电压152以提供实例。由一个或多个顶部导体310.1至310.n承载的时变电流的流动方向与由一个或多个底部导体312.1至312.n承载的时变电流的流动方向相反。照此，由一个或多个顶部导体310.1至310.n承载的时变电流与由一个或多个底部导体312.1至312.n承载的时变电流近似地180度异相。例如，一个或多个顶部导体310.1至310.n可将输出电压152承载至连接到调压器电路100上的负载，并且一个或多个底部导体312.1至312.n可被配置成提供负载至输出电压152的回路。在示例性实施例中，一个或多个顶部导体310.1至310.n和一个或多个底部导体312.1至312.n包括单一顶部导体和单一底部导体。然而，一个或多个顶部导体310.1至310.n中的单一顶部导体以及一个或多个底部导体312.1至312.n中的单一底部导体的一个或多个物理特性(诸如线宽度或线厚度以提供一些实例)能够防止该单一顶部导体和单一底部导体承载时变电流。在另一个示例性实施例中，一个或多个顶部导体310.1至310.n和一个或多个底部导体312.1至312.n包括多个顶部导体和多个底部导体，以将时变电流分成多个时变电流。
由一个或多个顶部导体310.1至310.n和一个或多个底部导体312.1至312.n承载的时变电流产生磁场。因为由一个或多个顶部导体310.1至310.n承载的时变电流与由一个或多个底部导体312.1至312.n承载的时变电流近似地180度异相，这些时变电流两者促成磁场。一个或多个顶部导体310.1至310.n和一个或多个底部导体312.1至312.n形成集成在半导体衬底内的集成变压器的初级绕组。如图3A的顶视图和图3C的正视图所示，位于磁芯308周围的感应感测元件形成集成变压器的次级绕组318。初级绕组316和次级绕组318经配置和布置以使流经初级绕组316的时变电流的变化通过电磁感应感应出次级绕组318两端的电压，诸如调压器电路100的感测输出电压156以提供实例。
如在图3B的右视图304和图3C的正视图306中例示，一个或多个底部导体312.1至312.n位于半导体层堆叠件的第一层320内，磁芯308位于半导体层堆叠件的第二层322内，并且一个或多个顶部导体310.1至310.n位于半导体层堆叠件的第三层324内。在示例性的实施例中，第一层320和第三层324表示半导体层堆叠件的导电层，并且第二层322表示半导体层堆叠件的非导电层。在另一个示例性的实施例中，第一层320和第三层324表示半导体层堆叠件的非导电层，并且第二层322表示半导体层堆叠件的导电层。尽管磁芯308示出位于半导体层堆叠件的第二层322内，但是本相关技术领域中的普通技术人员将认识到，磁芯308可在不背离本发明的精神和范围的情况下以导电层和非导电层的任意组合形成。
第一示例性感应感测电路和第二示例性感应感测电路的示例性制造
图4例示了根据本发明的示例性实施例的制造图2A至图2C的第一示例性感应感测电路和图3A至图3C的第二示例性感应感测电路的示例性方法。示例性的制造方法表示用来制造感应感测电路(诸如感应感测电路300或感应感测电路400以提供一些实例)的光刻和化学处理步骤的多步骤顺序。该光刻和化学处理步骤的多步骤顺序可包括沉积、去除和/或图案化以提供一些实例。沉积表示示例性的制造方法的处理步骤，其中材料被生长、涂布或转移。去除表示示例性的制造方法的处理步骤，其中材料被去除。图案化表示示例性的制造的方法进一步处理步骤，其中材料被成型或改变。
在步骤402，示例性的制造方法在半导体层堆叠件的第一层内形成一个或多个底部导体，诸如一个或多个底部导体212.1至212.n或一个或多个底部导体312.1至312.n以提供一些实例。在示例性实施例中，半导体层堆叠件的第一层表示导电层。在该示例性实施例中，示例性的制造方法在导电层内实施沉积工艺，以在导电层内沉积一种或多种导电材料。该一种或多种导电材料可包括钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或铂(Pt)以提供一些实例。示例性的制造方法对导电层内的一种或多种导电材料实施图案化工艺，以使该一种或多种导电材料成型，从而在半导体层堆叠件的第一层内形成一个或多个底部导体。在另一个示例性实施例中，半导体层堆叠件的第一层表示导电层。在其他示例性实施例中，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以生长一种或多种非导电材料。该一种或多种非导电材料可包括二氧化硅(SiO2)或氮化物(N3–)以提供一些实例。接下来，示例性的制造方法对非导电层实施去除工艺以去除一种或多种非导电材料中的一些，从而形成一个或多个沟槽。之后，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种导电材料，从而在半导体层堆叠件的第一层内形成一个或多个底部导体。
在步骤404，示例性的制造方法在半导体堆叠件的第二层内形成磁芯，诸如磁芯208或磁芯308以提供一些实例。在示例性实施例中，半导体层堆叠件的第二层表示一个或多个导电层和/或一个或多个非导电层。对于每个导电层，示例性的制造方法在导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种磁性或铁磁性材料(诸如实心金属、诸如硬或软铁、硅钢、高导磁合金、透磁合金和超透磁合金以提供一些实例)、一种或多种粉末金属(诸如羰基铁或铁粉以提供一些实例)、一个或多个陶瓷(诸如铁氧体以提供一个实例)，以在半导体层堆叠件的第二层内形成磁芯。示例性的制造方法在导电层内的一种或多种磁性或铁磁性材料上实施图案化工艺，以使一种或多种磁性或铁磁性材料成型，从而形成磁芯或磁芯的一部分。对于各非导电层，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以生长一种或多种非导电材料。接下来，示例性的制造方法在非导电层上实施去除工艺以去除一种或多种非导电材料中的一些，从而形成一个或多个沟槽。之后，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种磁性或铁磁性材料，从而形成磁芯或磁芯的一部分。在示例性实施例中，被图案化成磁芯的非导电材料可在导电层和/或非导电层之间形成，以为磁芯提供层压芯，以减小磁芯内的涡电流。
在步骤406，示例性的制造方法在半导体堆叠件内形成耦合元件，诸如次级绕组218或感应感测元件318以提供一些实例。在半导体堆叠件的第一层、第二层和/或第三层内形成耦合元件。示例性的制造方法形成耦合元件的第一部分以及步骤402的一个或多个底部导体、耦合元件的第二部分以及步骤404的使用一种或多种导电材料代替一种或多种磁性或铁磁性材料的磁芯、耦合元件的第三部分以及步骤408的一个或多个顶部导体。第一部分、第二部分以及第三部分被物理地和电力地连接以形成耦合元件。
在步骤408，示例性的制造方法在半导体层堆叠件的第三层内形成一个或多个顶部导体，诸如一个或多个顶部导体310.1至310.n或一个或多个顶部导体310.1至310.n以提供一些实例。在示例性实施例中，半导体层堆叠件的第三层表示导电层。在该示例性实施例中，示例性的制造方法在导电层内实施沉积工艺，以在导电层内沉积一种或多种导电材料。示例性的制造方法对导电层内的一种或多种导电材料实施图案化工艺，以使该一种或多种导电材料成型，从而在半导体层堆叠件的第三层内形成一个或多个顶部导体。在另一个示例性实施例中，半导体层堆叠件的第三层表示导电层。在其他示例性实施例中，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以生长一种或多种非导电材料。接下来，示例性的制造方法对非导电层实施去除工艺以去除一种或多种非导电材料中的一些，从而形成一个或多个沟槽。之后，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种导电材料，从而在半导体层堆叠件的第三层内形成一个或多个顶部导体。可选地，示例性的制造方法可使用一个或多个通孔将一个或多个顶部导体物理地和电连接至一个或多个底部导体。在进一步示例性的实施例中，可使用接合引线和焊球接合代替半导体层的第三层来形成一个或更多个顶部导体。
第三示例性感应感测电路
图5A至图5B例示了根据本发明的示例性实施例的可在图1的示例性调压器电路内应用的第三示例性感应感测电路。图5A至图5B分别例示了感应感测电路的顶视图502和正视图504。感应感测电路可表示感应感测电路104的示例性实施例。照此，感应感测电路监测输出电压152以提供第二输出电压156。
另外地，如在图5A至图5B中所例示，一个或多个第一导体510.1至510.n和一个或多个第二导体512.1至512.n位于半导体层堆叠件的层522内。如在图5A的顶视图502中例示，一个或多个第一导体510.1至510.n和一个或多个第二导体512.1至512.n承载时变电流，诸如调压器电路100的输出电压152以提供实例。由一个或多个第一导体510.1至510.n承载的时变电流的流动方向与由一个或多个第二导体512.1至512.n承载的时变电流的流动方向相反。照此，由一个或多个第一导体510.1至510.n承载的时变电流与由一个或多个第二导体512.1至512.n承载的时变电流近似地180度异相。例如，一个或多个第一导体510.1至510.n可将输出电压152承载至连接至调压器电路100上的负载，并且一个或多个第二导体512.1至512.n可被配置成提供从负载至输出电压152的回路。在示例性实施例中，一个或多个第一导体510.1至510.n和一个或多个第二导体512.1至512.n包括单一第一导体和单一第二导体。然而，一个或多个第一导体510.1至510.n中的单一第一导体以及一个或多个第二导体512.1至512.n中的单一第二导体的一个或多个物理特性(诸如线宽度或线厚度以提供一些实例)能够防止该单一第一导体和单一第二导体承载时变电流。在另一个示例性实施例中，一个或多个第一导体510.1至510.n和一个或多个第二导体512.1至512.n包括多个第一导体和多个第二导体，以将时变电流分成多个时变电流。
由一个或多个第一导体510.1至510.n和一个或多个第二导体512.1至512.n承载的时变电流产生磁场。因为由一个或多个第一导体510.1至510.n承载的时变电流与由一个或多个第二导体512.1至512.n承载的时变电流近似地180度异相，这些时变电流两者促成磁场。如图5A和图5B中进一步所示，感应感测元件，诸如螺旋电感器518，位于半导体层堆叠件的层522内。由时变电流产生的磁场在感应感测元件内(诸如在螺旋电感器518的端508.1和508.2两端)感应出电压，诸如调压器电路100的感测输出电压156。使用来自第一端508.1并且远离第一端508.1行进的导电材料来形成螺旋电感器518，因为该导电材料围绕第一端508.1旋转至第二端508.2。尽管螺旋电感器518在图5中例示为矩形，但这仅仅出于例示性目的。本相关领域中的普通技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，螺旋电感器518可采取其他形状，诸如规则几何结构(诸如规则圆形、规则椭圆形、规则多边形)、不规则几何结构(诸如不规则多边形)或它们的任意组合以提供一些实例。
如在图5B的正视图504中例示，一个或多个第一导体510.1至510.n、一个或多个第二导体512.1至512.n以及螺旋电感器518位于半导体层堆叠件的层522内。半导体层堆叠件的层522可表示半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层。在示例性实施例中，一个或多个第一导体510.1至510.n和一个或多个第二导体512.1至512.n可位于半导体堆叠件的不同层内。例如，一个或多个第一导体510.1至510.n可位于半导体堆叠件的第一导电层内，并且第二导体512.1至512.n可位于半导体堆叠件的第二导电层内。在另一个示例性实施例中，螺旋电感器518的各匝可位于半导体堆叠件的不同层内。
第三示例性感应感测电路的示例性制造
图6例示了根据本发明的示例性实施例的图5的第三示例性感应感测电路的示例性的制造方法。示例性的制造方法表示用来产生感应感测电路(诸如图5的感应感测电路以提供实例)的光刻和化学处理步骤的多步骤顺序。该光刻和化学处理步骤的多步骤顺序可包括沉积、去除和/或图案化以提供一些实例。沉积表示示例性的制造方法的处理步骤，其中材料被生长、涂布或转移。去除表示示例性的制造方法的另一个处理步骤，其中材料被去除。图案化表示示例性的制造方法的进一步处理步骤，其中材料被成型或改变。
在步骤602，示例性的制造方法在半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成一个或多个第一导体，诸如一个或多个第一导体510.1至510.n以提供一些实例。在示例性实施例中，半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层表示导电层。在该示例性实施例中，示例性的制造方法在导电层内实施沉积工艺，以在导电层内沉积一种或多种导电材料。该一种或多种导电材料可包括钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或铂(Pt)以提供一些实例。示例性的制造方法对导电层内的一种或多种导电材料实施图案化工艺，以使一种或多种导电材料成型，从而在半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成一个或多个第一导体。在另一个示例性实施例中，半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层表示非导电层。在其他示例性实施例中，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以生长一种或多种非导电材料。该一种或多种非导电材料可包括二氧化硅(SiO2)或氮化物(N3–)以提供一些实例。接下来，示例性的制造方法对非导电层实施去除工艺以去除一种或多种非导电材料中的一些，从而形成一个或多个沟槽。之后，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种导电材料，从而在半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成一个或多个第一导体。
在步骤604，示例性的制造方法在半导体层堆叠件内形成螺旋电感器，诸如螺旋电感器518以提供实例。在步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成该螺旋电感器。螺旋电感器可为矩形、规则几何结构，(诸如规则圆形、规则椭圆形、规则多边形)、不规则几何结构(诸如不规则多边形)或它们的任意组合以提供一些实例。从以上的示例性实施例，步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层表示导电层。在该示例性实施例中，示例性的制造方法在导电层内实施沉积工艺，以在导电层内沉积一种或多种导电材料。该一种或多种导电材料可包括钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或铂(Pt)以提供一些实例。示例性的制造方法对导电层内的一种或多种导电材料实施图案化工艺以使一种或多种导电材料成型，从而在步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成螺旋电感器。从以上其他的示例性实施例，步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层表示非导电层。在其他的示例性实施例中，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺以生长一种或多种非导电材料。该一种或多种非导电材料可包括二氧化硅(SiO2)或氮化物(N3–)以提供一些实例。接下来，示例性的制造方法对非导电层实施去除工艺以去除一种或多种非导电材料中的一些，从而形成一个或多个沟槽。之后，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种导电材料，从而在步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成螺旋电感器。
在步骤606，示例性的制造方法在半导体层堆叠件内形成一个或多个第二导体，诸如一个或多个第二导体512.1至512.n以提供一些实例。在步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成该一个或多个第二导体。从以上示例性实施例中，步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层表示导电层。在该示例性实施例中，示例性的制造方法在导电层内实施沉积工艺，以在导电层内沉积一种或多种导电材料。该一种或多种导电材料可包括钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或铂(Pt)以提供一些实例。示例性的制造方法对导电层内的一种或多种导电材料实施图案化工艺，以使一种或多种导电材料成型，从而在步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成一个或多个第二导体。从以上其他的示例性实施例中，步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层表示非导电层。在其他示例性实施例中，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以生长一种或多种非导电材料。该一种或多种非导电材料可包括二氧化硅(SiO2)或氮化物(N3–)以提供一些实例。接下来，示例性的制造方法对非导电层实施去除工艺以去除一种或多种非导电材料中的一些，从而形成一个或多个沟槽。之后，示例性的制造方法在非导电层内实施沉积工艺，以在一个或多个沟槽内沉积一种或多种导电材料，从而在步骤602的半导体层堆叠件的导电层和/或非导电层内形成一个或多个第二导体。
以上详细的描述公开了一种集成变压器。该集成变压器包括：磁芯，位于从半导体层堆叠件的多个层中的第一层中；从多个导体中的第一导体和第二导体；以及通孔。第一导体位于从半导体层堆叠件的多个层中的第二层内并且在第一层上面。第二导体位于从半导体层堆叠件的多个层中的第三层内并且在第一层下面。通孔物理地和电力地连接第一导体和第二导体。通孔、第一导体和第二导体形成集成变压器的初级绕组。集成变压器附加地包括次级绕组，该次级绕组围绕磁芯缠绕，并且位于第一层、第二层和第三层中。
在一些实施例中，所述初级绕组被配置成承载时变电流以产生磁场，并且其中，所述次级绕组被配置成感测由所述磁场感应出的电压。
在一些实施例中，所述磁芯使用一个或多个“C”形芯、一个或多个“U”形芯、一个或多个“I”形芯或一个或多个“E”形芯来实现。
在一些实施例中，所述第一层包括：所述半导体层堆叠件的非导电层；并且其中，所述第二层和所述第三层分别包括：所述半导体层堆叠件的第一导电层和第二导电层。
在一些实施例中，所述第一导电层和所述第二导电层与所述非导电层相互交错。
在一些实施例中，所述第一导体来自于所述多个导体的第一多个导体，其中，所述第二导体来自于所述多个导体的第二多个导体，其中，所述通孔来自于多个通孔，所述多个通孔中的每个通孔物理地和电地连接所述第一多个导体中的相应导体和所述第二多个导体中的相应导体，并且其中，所述多个通孔、所述第一多个导体以及所述第二多个导体形成所述集成变压器的所述初级绕组。集成变压器可通过以下步骤制造：在半导体层堆叠件的第一层内形成第一导体，在半导体堆叠件的第二层内形成磁芯、以及在半导体堆叠件的第三层内形成第二导体。第一导体和第二导体形成集成变压器的初级绕组。形成耦合元件以围绕磁芯缠绕，以形成基层变压器的次级绕组。
在一些实施例中，所述第一层在所述第二层下面，并且所述第三层在所述第一层下面。
在一些实施例中，形成所述第一导体包括：在所述第一层内形成多个第一导体，其中，形成所述第二导体包括：在所述第三层内形成多个所述第二导体，多个所述第一导体以及多个所述第二导体形成所述集成变压器的所述初级绕组。
在一些实施例中，形成所述磁芯包括：在所述第二层的沟槽内沉积磁性材料或铁磁性材料以形成所述磁芯。
在一些实施例中，形成所述耦合元件包括：在所述半导体堆叠件的所述第一层、所述第二层和所述第三层内形成所述耦合元件。
在一些实施例中，该方法还包括：形成通孔以物理地和电连接所述第一导体和所述第二导体，所述通孔、所述第一导体和所述第二导体形成所述集成变压器的所述初级绕组。
该集成变压器可在调压器电路内实施。该调压器电路包括控制元件、感应感测电路以及误差检测器。控制元件根据误差信号调节输入电压以维持基本上恒定的输出电压；感应感测电路包括集成变压器并且监测上述基本上恒定的输出电压以提供感测输出电压。该集成变压器包括磁芯，形成集成变压器的初级绕组的多个导体、以及围绕磁芯缠绕的集成变压器的次级绕组。从多个导体中的第一组导体位于磁芯上面，并且从多个导体中的第二组导体位于磁芯下面。误差检测器将感测输出电压与参考电压进行比较以提供误差信号。
在一些实施例中，所述多个导体被配置成承载一个或多个表示所述基本上恒定的输出电压的时变电流以产生磁场，并且所述集成变压器的所述次级绕组被配置成感测由所述磁场感应出的电压以提供所述感测的输出电压。
在一些实施例中，所述磁芯位于半导体层堆叠件的多个层中的第一层内，其中，所述第一组导体位于所述多个层中的位于所述第一层上面的第二层内；并且其中，所述第二组导体位于所述多个层中的位于所述第一层下面的第三层内。
在一些实施例中，所述第一层包括：所述半导体层堆叠件的非导电层；并且其中，所述第二层和所述第三层分别包括：所述半导体层堆叠件的第一导电层和第二导电层。
在一些实施例中，所述第一导电层和所述第二导电层与所述非导电层相互交错。
在一些实施例中，所述感应感测电路还包括：多个通孔，所述多个通孔中的每个通孔均将所述第一组导体中的相应导体物理地和电连接至所述第二组导体中的相应导体。
在一些实施例中，所述磁芯被布置为一个或多个直圆柱棒、一个或多个“I”形芯、一个或多个“C”形芯、一个或多个“U”形芯、一个或多个“E”形芯、一个或多个圆环或圆珠或一个或多个平面芯。
在一些实施例中，所述第一组导体被配置成承载所述一个或多个时变电路中的第一时变电流，并且其中，所述第二组导体被配置成承载所述一个或多个时变电流中的第二时变电流，所述第二时变电流和所述第一时变电流的相位偏移大约为180度。
以上公开论述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他的处理和结构以用于达到与本发明所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点。本领域技术人员也应该意识到，这种等同配置并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替代以及改变。

Claims (10)

1.一种调压器电路，包括：
控制元件，被配置成根据误差信号来调节输入电压以维持基本上恒定的输出电压；
感应感测电路，包括集成变压器，所述感应感测电路被配置成监测所述基本上恒定的输出电压以提供感测的输出电压，所述集成变压器包括：
磁芯；
多个导体，形成所述集成变压器的初级绕组，所述多个导体中的第一组导体位于所述磁芯上面，并且所述多个导体中的第二组导体位于所述磁芯下面；和
所述集成变压器的次级绕组，所述次级绕组缠绕在所述磁芯周围，以及
误差检测器，被配置成将所述感测的输出电压与参考电压进行比较以提供所述误差信号。
2.根据权利要求1所述的调压器电路，其中，所述多个导体被配置成承载一个或多个表示所述基本上恒定的输出电压的时变电流以产生磁场，并且
其中，所述集成变压器的所述次级绕组被配置成感测由所述磁场感应出的电压以提供所述感测的输出电压。
3.根据权利要求1所述的调压器电路，其中，所述磁芯位于半导体层堆叠件的多个层中的第一层内，
其中，所述第一组导体位于所述多个层中的位于所述第一层上面的第二层内；并且
其中，所述第二组导体位于所述多个层中的位于所述第一层下面的第三层内。
4.根据权利要求2所述的调压器电路，其中，所述第一层包括：
所述半导体层堆叠件的非导电层；并且
其中，所述第二层和所述第三层分别包括：
所述半导体层堆叠件的第一导电层和第二导电层。
5.根据权利要求4所述的调压器电路，其中，所述第一导电层和所述第二导电层与所述非导电层相互交错。
6.根据权利要求1所述的调压器电路，其中，所述感应感测电路还包括：
多个通孔，所述多个通孔中的每个通孔均将所述第一组导体中的相应导体物理地和电连接至所述第二组导体中的相应导体。
7.一种集成变压器，包括：
磁芯，位于半导体层堆叠件的多个层中的第一层中；
多个导体中的第一导体和第二导体，所述第一导体位于所述多个层中位于所述第一层上面的第二层内，所述第二导体位于所述多个层中位于所述第一层下面的第三层内；
通孔，物理地和电连接所述第一导体和所述第二导体，所述通孔、所述第一导体和所述第二导体形成所述集成变压器的初级绕组；以及
所述集成变压器的次级绕组，缠绕在所述磁芯周围并且位于所述第一层、所述第二层和所述第三层中。
8.根据权利要求7所述的集成变压器，其中，所述初级绕组被配置成承载时变电流以产生磁场，并且
其中，所述次级绕组被配置成感测由所述磁场感应出的电压。
9.一种制造集成变压器的方法，所述方法包括：
在半导体层堆叠件的第一层内形成第一导体；
在所述半导体堆叠件的第二层内形成磁芯；
在所述半导体堆叠件的第三层内形成第二导体，所述第一导体以及所述第二导体形成所述集成变压器的初级绕组；以及
形成缠绕在所述磁芯周围的耦合元件，以形成所述集成变压器的次级绕组。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一层在所述第二层下面，并且
其中，所述第三层在所述第一层下面。
CN201710131934.2A 2016-03-11 2017-03-07 调压器电路、集成变压器以及制造集成变压器的方法 Active CN107179796B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/067,784 2016-03-11
US15/067,784 US10636560B2 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Induction based current sensing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107179796A true CN107179796A (zh) 2017-09-19
CN107179796B CN107179796B (zh) 2020-09-11

Family

ID=59787055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710131934.2A Active CN107179796B (zh) 2016-03-11 2017-03-07 调压器电路、集成变压器以及制造集成变压器的方法

Country Status (3)

Country Link
US (4) US10636560B2 (zh)
CN (1) CN107179796B (zh)
TW (1) TWI620047B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10636560B2 (en) 2016-03-11 2020-04-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Induction based current sensing
US20250052836A1 (en) * 2023-08-09 2025-02-13 Onesubsea Ip Uk Limited Directional overcurrent monitoring in substation transformers
TWI894694B (zh) * 2023-11-21 2025-08-21 華城電機股份有限公司 變壓器監控管理系統

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9300306A (nl) * 1993-02-18 1994-09-16 Victron B V Inrichting voor het omvormen van een ingangsspanning in een gewenste uitgangswisselspanning.
US5831331A (en) * 1996-11-22 1998-11-03 Philips Electronics North America Corporation Self-shielding inductor for multi-layer semiconductor integrated circuits
CN1541396A (zh) * 2001-01-19 2004-10-27 ض� 集成变压器
CN102479685A (zh) * 2010-11-19 2012-05-30 英飞凌科技奥地利有限公司 集成电感器及制造集成电感器的方法
CN102801307A (zh) * 2011-05-25 2012-11-28 纬创资通股份有限公司 电源转换器与其控制方法
CN103403816A (zh) * 2010-12-14 2013-11-20 微软公司 具有集成的间隙的薄膜电感器
CN204045361U (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 佛山市顺德区尚研电子科技有限公司 一种微波变频电源变压器绕线结构

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4210858A (en) * 1978-04-19 1980-07-01 International Business Machines Corporation High frequency high voltage power supply
JPH0377360A (ja) * 1989-08-18 1991-04-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US5349743A (en) * 1991-05-02 1994-09-27 At&T Bell Laboratories Method of making a multilayer monolithic magnet component
US6013939A (en) * 1997-10-31 2000-01-11 National Scientific Corp. Monolithic inductor with magnetic flux lines guided away from substrate
US6441715B1 (en) 1999-02-17 2002-08-27 Texas Instruments Incorporated Method of fabricating a miniaturized integrated circuit inductor and transformer fabrication
US6480086B1 (en) 1999-12-20 2002-11-12 Advanced Micro Devices, Inc. Inductor and transformer formed with multi-layer coil turns fabricated on an integrated circuit substrate
US7135952B2 (en) * 2002-09-16 2006-11-14 Multi-Fineline Electronix, Inc. Electronic transformer/inductor devices and methods for making same
US8350657B2 (en) * 2005-06-30 2013-01-08 Derochemont L Pierre Power management module and method of manufacture
US7367113B2 (en) 2006-04-06 2008-05-06 United Microelectronics Corp. Method for fabricating a transformer integrated with a semiconductor structure
US7449987B2 (en) * 2006-07-06 2008-11-11 Harris Corporation Transformer and associated method of making
GB0618647D0 (en) 2006-09-21 2006-11-01 Univ City Hong Kong Semiconductor transformers
CN101277064A (zh) 2007-03-28 2008-10-01 台达电子工业股份有限公司 隔离式转换器及其控制方法
JP2010080594A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Fdk Corp 積層コモンモードチョークコイルおよびその製造方法
US8378654B2 (en) 2009-04-01 2013-02-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Voltage regulator with high accuracy and high power supply rejection ratio
US8598854B2 (en) 2009-10-20 2013-12-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. LDO regulators for integrated applications
US8130067B2 (en) * 2010-05-11 2012-03-06 Texas Instruments Incorporated High frequency semiconductor transformer
US8450990B2 (en) 2010-08-16 2013-05-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Dynamic control loop for switching regulators
US8957647B2 (en) 2010-11-19 2015-02-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for voltage regulation using feedback to active circuit element
US9958895B2 (en) 2011-01-11 2018-05-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bandgap reference apparatus and methods
KR20130017598A (ko) * 2011-08-11 2013-02-20 삼성전기주식회사 코일 부품 및 그 제조 방법
US8816670B2 (en) 2011-09-30 2014-08-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Electronic circuit having band-gap reference circuit and start-up circuit, and method of starting-up band-gap reference circuit
US8629706B2 (en) 2011-10-13 2014-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Power switch and operation method thereof
US9612606B2 (en) 2012-05-15 2017-04-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bandgap reference circuit
US20130320944A1 (en) 2012-06-04 2013-12-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Voltage regulator, amplification circuit, and compensation circuit
US9069370B2 (en) 2012-06-29 2015-06-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Digital low drop-out regulator
US8742539B2 (en) * 2012-07-27 2014-06-03 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor component and method for producing a semiconductor component
US11116081B2 (en) * 2012-09-11 2021-09-07 Ferric Inc. Laminated magnetic core inductor with magnetic flux closure path parallel to easy axes of magnetization of magnetic layers
US8629694B1 (en) 2012-10-10 2014-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and apparatus of voltage scaling techniques
US9640602B2 (en) * 2012-10-19 2017-05-02 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device including magnetically coupled monolithic integrated coils
US9748324B2 (en) * 2013-05-21 2017-08-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of fabricating magnetic core inductors for an integrated voltage regulator
US9910451B2 (en) 2014-02-17 2018-03-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Low-dropout regulator
DE102014019636A1 (de) 2014-06-06 2015-12-10 Taiwan Semiconductor Mfg. Co., Ltd. Regelkreis und Verfahren zum Betreiben eines solchen Regelkreises
US10157702B2 (en) * 2014-12-07 2018-12-18 Alpha And Omega Semiconductor (Cayman) Ltd. Pulse transformer
US10636560B2 (en) 2016-03-11 2020-04-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Induction based current sensing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9300306A (nl) * 1993-02-18 1994-09-16 Victron B V Inrichting voor het omvormen van een ingangsspanning in een gewenste uitgangswisselspanning.
US5831331A (en) * 1996-11-22 1998-11-03 Philips Electronics North America Corporation Self-shielding inductor for multi-layer semiconductor integrated circuits
CN1541396A (zh) * 2001-01-19 2004-10-27 ض� 集成变压器
CN102479685A (zh) * 2010-11-19 2012-05-30 英飞凌科技奥地利有限公司 集成电感器及制造集成电感器的方法
CN103403816A (zh) * 2010-12-14 2013-11-20 微软公司 具有集成的间隙的薄膜电感器
CN102801307A (zh) * 2011-05-25 2012-11-28 纬创资通股份有限公司 电源转换器与其控制方法
CN204045361U (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 佛山市顺德区尚研电子科技有限公司 一种微波变频电源变压器绕线结构

Also Published As

Publication number Publication date
US11227713B2 (en) 2022-01-18
US10636560B2 (en) 2020-04-28
CN107179796B (zh) 2020-09-11
TW201732481A (zh) 2017-09-16
US20170263371A1 (en) 2017-09-14
US20250322990A1 (en) 2025-10-16
US20180308618A1 (en) 2018-10-25
US20220139607A1 (en) 2022-05-05
US12394565B2 (en) 2025-08-19
TWI620047B (zh) 2018-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20250322990A1 (en) Integrated transformer
US8407883B2 (en) Magnetically enhanced power inductor with self-aligned hard axis magnetic core produced in an applied magnetic field using a damascene process sequence
Ahn et al. A comparison of two micromachined inductors (bar-and meander-type) for fully integrated boost DC/DC power converters
US7875955B1 (en) On-chip power inductor
US9647053B2 (en) Systems and methods for integrated multi-layer magnetic films
US10068694B2 (en) Integrated circuits and coupled inductors with isotropic magnetic cores, and methods for fabricating the same
US20240234324A1 (en) Inductors with through-substrate via cores
US12009148B2 (en) Integrated circuit having current-sensing coil
US10163558B2 (en) Vertically stacked inductors and transformers
CN106024340A (zh) 具有屏蔽结构的变压器
CN109524388A (zh) 具有集成电感器的半导体结构
US10347709B2 (en) Methods of manufacturing integrated magnetic core inductors with vertical laminations
CN106206537B (zh) 平面集成电路电感器的梳状端子
US7463131B1 (en) Patterned magnetic layer on-chip inductor
TW200300293A (en) Multiple turn for conductive line programming mram
US20100194510A1 (en) Inductive Electrical Device
JP2008187166A (ja) らせん形の閉じた磁気コア、及び前記閉じた磁気コアを備えた集積マイクロインダクタ
CN117174468A (zh) 多线圈感应设备
US11302469B2 (en) Method for fabricating inductors with deposition-induced magnetically-anisotropic cores
CN107946279A (zh) 调节电感结构感值的方法
JP7235026B2 (ja) インダクタ部品、ｄｃｄｃコンバータ及びインダクタ部品の製造方法
CN106206536A (zh) 半导体集成电路
US10210986B2 (en) Integrated magnetic core inductor with vertical laminations

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant