CN203179874U - 一种圆片级高q值硅基电感结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种圆片级高Q值硅基电感结构，属于半导体封装技术领域。其包括硅基体（1）、有机绝缘层（4）和通过有机绝缘层（4）置于硅基体（1）上方的电感线圈（6），硅基体（1）与有机绝缘层（4）相连接的表面沿电感线圈（6）内径方向设置凹槽（11），凹槽（11）通过内填的有机绝缘物（3）与有机绝缘层（4）连接，硅基体（1）和有机绝缘层（4）之间设置氧化层（2），有机绝缘层（4）上溅射或沉积电镀种子层（5），电感线圈（6）通过种子层（5）固定于有机绝缘层（4）上，电感线圈（6）的间隙设置保护层（7）。本实用新型通过在硅基体内的凹槽内填充有机绝缘物，大幅度降低了电感的涡流损耗，从而提高了电感的Q值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种圆片级高Q值硅基电感结构，属于半导体封装技术领域。
背景技术
随着集成电路制造技术按照摩尔定律的高速发展，小型化、低功耗的射频电路在便携式终端设备中得到广泛应用。而无源器件在射频电路中占有很大部分，由分立器件组成的无源器件尺寸大、高频性能差，成为制约整机进一步微型化、集成化发展的瓶颈。其中，电感是无源器件中关键元器件之一，能够实现电路匹配、滤波和偏置等功能。目前，便携式设备中电感大多是分立器件，普遍存在尺寸大、寄生效应明显、不精确等缺点，而硅基电感通过CMOS或再布线工艺直接在硅片上进行制作，有高频性能好、高精度、高稳定性和小体积等特性，所以硅基电感的应用将大幅度提高射频电路性能、减小电路面积、降低成本。
由于无线通信设备传输速率越来越快，射频电路的工作频段也随之提高。在高频段，硅基电感必须有较高Q值（品质因数）才能实现射频电路的性能，随着工作频率的提高，趋肤效应、邻近效应、衬底涡流损耗等寄生效应十分明显，大大的降低电感Q值，破坏射频电路性能，而衬底涡流损耗是导致Q值降低的主要因素。
发明内容
本实用新型的目的在于克服以上硅基电感结构的不足，提供一种克服衬底涡流损耗导致Q值降低的圆片级高Q值硅基电感结构。
衬底损耗大致可分为电场引起的损耗和磁场引起的损耗，如图1所示。电场引起的损耗是因为电感的部分电流以位移电流G1形式通过电感线圈与衬底之间的寄生电容流至衬底而损耗部分能量，另一部分衬底损耗是由电感的磁场感生的涡流G2引起的。由于大多数常规工艺使用的是低电阻率的硅衬底，电感的电磁场耦合与衬底的低电阻率是产生衬底损耗的主要原因。根据Lenz定理，衬底涡流与电感线圈中的电流变化方向相反。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种圆片级高Q值电感结构，包括硅基体、有机绝缘层和通过有机绝缘层置于硅基体上方的电感线圈，所述有机绝缘层是多层，所述硅基体与有机绝缘层相连接的表面沿电感线圈内径方向设置凹槽，所述凹槽通过内填的有机绝缘物与有机绝缘层连接。
所述凹槽的横截面呈圆形、四边形、六边形或八边形。
所述凹槽的横截面尺寸L1不小于电感内径尺寸L2。
所述凹槽的纵截面呈梯形或矩形。
所述凹槽的深度大于10um。
所述凹槽的深度不小于50um，且深度小于硅基体厚度。
所述硅基体与有机绝缘层之间设置氧化层。
所述有机绝缘层上溅射或沉积电镀种子层，所述电感线圈通过种子层固定于有机绝缘层上。
所述电感线圈的间隙设置保护层。
一般地，电感线圈产生的磁场线因为闭合，都会在电感线圈内径经过，所以线圈内径中磁场密度最大；因此，由于现有的硅基体是导体或半导体，当磁场变化时，会在基体中产生感应的变化磁场，磁场生成电场，就会产生涡流损耗。
本实用新型在电感线圈下方的硅圆片表面利用湿法腐蚀形成深凹槽，用有机绝缘物填满凹槽，然后在硅圆片表面覆盖多层有机绝缘层，最后在绝缘层表面通过再布线工艺完成电感制作。用有机绝缘物填充的深凹槽因磁场变化不会形成感应磁场，避免了涡流损耗的产生。
本实用新型的有益效果是：
在电感线圈内径下面挖槽填入有机绝缘物，有机绝缘物不会产生电流，磁场变化不会形成感应磁场，从而避免了在硅基体中产生感应的变化磁场，进而避免了涡流损耗，大幅度提高电感品质因数。
附图说明
图1为衬底涡流损耗产生的示意图。
图2为本实用新型一种圆片级高Q值硅基电感的示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
其中：
电感线圈中的电流G1
电场耦合引起的位移电流G2
磁场耦合引起的涡流G3
硅基体1
凹槽11
氧化层2
有机绝缘物3
有机绝缘层4
种子层5
电感线圈6
保护层7。
具体实施方式：
参见图2和图3，本实用新型一种圆片级高Q值电感结构，其包括硅基体1、有机绝缘层4和通过有机绝缘层4置于硅基体1上方的电感线圈6。硅基体1与有机绝缘层4相连接的表面沿电感线圈6内径方向设置凹槽11，凹槽11的横截面呈圆形、四边形、六边形或八边形，纵截面呈梯形或矩形。图中以圆形凹槽11为例，凹槽11深度需要大于10um，可以为硅基体1的通孔，优选的，凹槽11深度不小于50um，且深度小于硅基体1厚度。硅基体1与有机绝缘层4之间设置氧化层2。在凹槽11中填充、固化形成与氧化层2齐平的有机绝缘物3，与有机绝缘层4连接。有机绝缘物3可以是Polyimide（聚酰亚胺）、BCB（苯丙环丁烯）或者其他具有绝缘特性的有机材料，如陶瓷材料、包封料等。
有机绝缘层4上溅射或沉积电镀种子层5，所述电感线圈6通过种子层5固定于多层有机绝缘层4上。为更有效地提升电感的品质因数，凹槽11的横截面尺寸L1不小于电感内径尺寸L2。所述电感线圈6的间隙填充保护层7。
Claims (9)
1.一种圆片级高Q值硅基电感结构，包括硅基体（1）、有机绝缘层（4）和通过有机绝缘层（4）置于硅基体（1）上方的电感线圈（6），所述有机绝缘层（4）是多层，其特征在于：所述硅基体（1）与有机绝缘层（4）相连接的表面沿电感线圈（6）内径方向设置凹槽（11），所述凹槽（11）通过内填的有机绝缘物（3）与有机绝缘层（4）连接。
2.根据权利要求1所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述凹槽（11）的横截面呈圆形、四边形、六边形或八边形。
3.根据权利要求2所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述凹槽（11）的横截面尺寸L1不小于电感内径尺寸L2。
4.根据权利要求1所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述凹槽（11）的纵截面呈梯形或矩形。
5.根据权利要求1所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述凹槽（11）的深度大于10um。
6.根据权利要求1或5所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述凹槽（11）的深度不小于50um，且深度小于硅基体（1）厚度。
7.根据权利要求1所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述硅基体（1）与有机绝缘层（4）之间设置氧化层（2）。
8.根据权利要求1或7所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述有机绝缘层（4）上溅射或沉积电镀种子层（5），所述电感线圈（6）通过种子层（5）固定于有机绝缘层（4）上。
9.根据权利要求1所述的一种圆片级高Q值硅基电感结构，其特征在于：所述电感线圈（6）的间隙设置保护层（7）。
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|---|---|---|---|---|
| CN105789189A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-07-20 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于绝缘体上硅衬底的射频电感元件及其制备方法 |
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