TWI670731B - 高隔離度積體電感及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了積體電感及其方法。積體電感包含：一第一螺旋線圈，布局在一多層結構的第一金屬層上，而且當從垂直於該第一金屬層的一第一視角觀察時，該第一螺旋線圈沿順時針方向從一第一端向內螺旋至一第二端；一第二螺旋線圈，布局在該第一金屬層上，而且當從該第一視角觀察時，該第二螺旋線圈沿逆時針方向從一第三端向外螺旋至一第四端，其中該第一螺旋線圈與該第二螺旋線圈實質上對稱於垂直於該多層結構的一中心線；一雙螺旋線圈，布局在該多層結構的一第二金屬層上，而且當從該第一視角觀察時，該雙螺旋線圈沿順時針方向從一第五端向外螺旋至該中心線，再沿逆時針方向從該中心線向內螺旋至一第六端，其中該雙螺旋線圈實質上對稱於該中心線；一第一通孔，用以電連接該第二端與該第五端；以及一第二通孔，用以電連接該第三端與該第六端。

Description

高隔離度積體電感及其方法

本案是關於電感，尤其是關於整合於具有良好磁隔離的積體電路中的電感。

如本技術領域具有通常知識者所熟知，電感廣泛用於各種應用中。最近的趨勢是在單一個積體電路晶片上置入多個電感。將多個電感實作於單一個積體電路晶片時，設計的重點在於減少該多個電感之間會不利於電感或積體電路功能的磁耦合。為了降低多個電感之間這些不想要的磁耦合，常常需要在任兩個電感之間設置足夠大的物理間隔。此方法通常會導致積體電路的總面積增大，然而積體電路傾向較小的總面積。

因此需要一種建構電感的方法，使電感在本質上較不易受磁耦合影響，磁耦合存在於該電感及與該電感製作於相同積體電路晶片上的其他電感之間。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種高隔離度積體電感及其製造方法。

在一個實施例中，一種積體電感包括：布局在一多層結構的一第一金屬層上的一第一螺旋線圈，該第一螺旋線圈沿順時針方向從一第一端向內螺旋至一第二端；布局在該第一金屬層上的一第二螺旋線圈，該第二螺旋線圈沿逆時針方向從一第三端向外螺旋至一第四端，其中該第一螺旋線圈與該第二螺旋線圈實質上對稱於垂直於該多層結構的一中心線；一雙螺旋線圈，布局在該多層結構的一第二金屬層上，該雙螺旋線圈沿順時針方向從一第五端向外螺旋至該中心線，再沿逆時針方向從該中心線向內螺旋至一第六端，其中該雙螺旋線圈實質上對稱於該中心線；一第一通孔，用以電連接該第二端與該第五端；以及一第二通孔，用以電連接該第三端與該第六端。

在一個實施例中，一種積體電感的製造方法包括以下步驟：將一第一螺旋線圈設置在一多層結構的一第一金屬層上，該第一螺旋線圈沿順時針方向從一第一端向內螺旋至一第二端；在該第一金屬層上設置一第二螺旋線圈，該第二螺旋線圈沿逆時針方向從一第三端向外螺旋至一第四端，其中該第一螺旋線圈與該第二螺旋線圈實質上對稱於垂直於該多層結構的一中心線；在該多層結構的一第二金屬層上的一第五端與該第一金屬層上的該第二端之間設置一第一通孔；在該第一金屬層上的該第三端與該第二金屬層上的該第六端之間設置第二通孔；在該第二金屬層上設置一雙螺旋線圈，該雙螺旋線圈沿順時針方向從該第五端向外螺旋至該中心線，再沿逆時針方向從該中心線向內螺旋至該第六端，其中該雙螺旋線圈實質上對稱於該中心線。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本案是關於電感。儘管說明書描述了本案中被認為是本發明之較佳模式的數個示範性實施例，但本發明可以以許多方式實現，而不以下面描述的特定範例，或者據以實現該些範例之任何特徵的特定方式為限。在一些情況下，本案未顯示或描述習知的細節以避免模糊本案的重點。

圖1顯示本案一實施例之裝置100的佈線的各方向視圖。裝置100具有多層結構。方框150顯示佈線的圖例。由方框110所顯示的橫截面圖可見，裝置100包括：基板113、設置在基板113上的介電質板（dielectric slab）114、布局在被介電質板114包覆的第一金屬層111上的第一螺旋線圈L1、布局在被介電質板114包覆的第一金屬層111上的第二螺旋線圈L2、布局在被介電質板114包覆的第二金屬層112上的雙螺旋線圈L3、用來連接第一螺旋線圈L1與雙螺旋線圈L3的第一通孔（via）V1以及用來連接第二螺旋線圈L2與雙螺旋線圈L3的第二通孔V2。從方框130所示的第一金屬層111的俯視圖可以看出，第一螺旋線圈L1沿順時針方向從第一端131向內螺旋至第二端132，而第二螺旋線圈L2沿逆時針方向從第三端133向外螺旋至第四端134。第一螺旋線圈L1和第二螺旋線圈L2被布局成實質上對稱於中心線CL，該中心線CL垂直於多層結構並且在俯視圖中成為一個點。從方框140所示的第二金屬層112的俯視圖可以看出，雙螺旋線圈L3沿順時針方向從第五端141向外螺旋至中心線CL，再沿逆時針方向從中心線CL向內螺旋至第六端142。雙螺旋線圈L3被布局為實質上對稱於中心線CL。從方框120所示的俯視圖可以看出，第一通孔V1被配置成大約在第二端132處連接第一螺旋線圈L1以及大約在第五端141處連接雙螺旋線圈L3，且第二通孔V2被配置成大約在第三端133處連接第二螺旋線圈L2以及大約在第六端142處連接雙螺旋線圈L3。第一螺旋線圈L1、第一通孔V1、雙螺旋線圈L3、第二通孔V2和第二螺旋線圈L2共同形成單一電感，電感的第一端點位於第一端131處，電感的第二端點位於第四端134處。

因為第一螺旋線圈L1與第二螺旋線圈L2的螺旋方向相反，所以當電流流過該單一電感時，第一螺旋線圈L1所產生的磁通量會被第二螺旋線圈L2所產生的磁通量削弱，從而減輕不想要的磁耦合。雙螺旋電感L3本質上具有良好的磁隔離，這是因為由其第一半部（在第五端141和中心線CL之間）所產生的磁通量會被其第二半部（在中心線CL和第六端142之間）所產生的磁通量削弱。因此，元件100整體上與製作於基板113上的其他電感具有良好的磁隔離。

需注意的是，儘管中心線CL在方框120、130和140的視圖中看起來像是一個點，但中心線CL實際上是垂直於多層結構的一條線，並在俯視圖中形成一個點。此特徵從方框110中的橫截面圖可以明顯看出。

在一些應用中，需利用差分信號傳訊。圖2顯示適用於差分信號傳輸應用的實施例200的俯視圖。實施例200包括第一裝置210和第二裝置220。第一裝置210可透過實例化圖1的裝置100來實現。相對於垂直於多層結構的對稱平面，第二裝置220是第一裝置210的鏡像。當電流從第一裝置210的端點201流到端點202時，相反的電流從第二裝置220的端點204流到端點203。由於第一裝置210和第二裝置220都具有良好的磁隔離，因此實施例200也具有良好的磁隔離。

如圖3的流程圖300所示，一種方法包括以下步驟：將第一螺旋線圈設置在多層結構的第一金屬層上，該第一螺旋線圈沿順時針方向從第一端向內螺旋至第二端（步驟310）；在該第一金屬層上設置第二螺旋線圈，該第二螺旋線圈沿逆時針方向從第三端向外螺旋至第四端，其中該第一螺旋線圈和該第二螺旋線圈實質上對稱於垂直於多層結構的中心線（步驟320）；在該多層結構的該第二金屬層上的該第五端與該第一金屬層上的該第二端之間設置一第一通孔（步驟330）；在該第一金屬層上的該第三端與該第二金屬層上的該第六端之間設置第二通孔（步驟340）；在該第二金屬層上設置一雙螺旋線圈，該雙螺旋線圈沿順時針方向從該第五端向外螺旋至該中心線，再沿逆時針方向從該中心線向內螺旋至該第六端，其中該雙螺旋線圈實質上對稱於該中心線（步驟350）。

本領域技術具有通常知識者容易注意到，對上述的裝置和方法的許多修改和變更將不脫離本案的教示。因此，上述的揭露內容應該被解釋為僅受所附申請專利範圍限制。

由於本技術領域具有通常知識者可藉由本案之裝置發明的揭露內容來瞭解本案之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100 裝置 110、120、130、140、150 方框 111 第一金屬層 112 第二金屬層 113 基板 114 介電質板 131 第一端 132 第二端 133 第三端 134 第四端 141 第五端 142 第六端 L1 第一螺旋線圈 L2 第二螺旋線圈 L3 雙螺旋線圈 V1 第一通孔 V2 第二通孔 CL 中心線 200 實施例 210 第一裝置 220 第二裝置 201、202、203、204 端點 300 流程圖 310～350 步驟

［圖1］顯示本案一實施例之裝置的佈線； ［圖2］顯示本案另一實施例之裝置的佈線；以及 ［圖3］顯示本案一實施例之方法的流程圖。

Claims (8)

1. 一種積體電感，包含： 一第一螺旋線圈，布局在一多層結構的一第一金屬層上，而且當從垂直於該第一金屬層的一第一視角觀察時，該第一螺旋線圈沿順時針方向從一第一端向內螺旋至一第二端； 一第二螺旋線圈，布局在該第一金屬層上，而且當從該第一視角觀察時，該第二螺旋線圈沿逆時針方向從一第三端向外螺旋至一第四端，其中該第一螺旋線圈與該第二螺旋線圈實質上對稱於垂直於該多層結構的一中心線； 一雙螺旋線圈，布局在該多層結構的一第二金屬層上，而且當從該第一視角觀察時，該雙螺旋線圈沿順時針方向從一第五端向外螺旋至該中心線，再沿逆時針方向從該中心線向內螺旋至一第六端，其中該雙螺旋線圈實質上對稱於該中心線； 一第一通孔，用以電連接該第二端與該第五端；以及 一第二通孔，用以電連接該第三端與該第六端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電感，其中該多層結構包括一介電質板，該介電質板用來提供該第一金屬層及該第二金屬層一包覆。
3. 如申請專利範圍第2項所述之積體電感，其中該介電質板布局在一基板之上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之積體電感，其中一另一積體電感布局在該基板上，該另一積體電感係權利要求3的該積體電感相對於一對稱平面的鏡像，該對稱平面垂直於該多層結構。
5. 一種積體電感的製造方法，包含： 將一第一螺旋線圈設置在一多層結構的一第一金屬層上，當從垂直於該第一金屬層的一第一視角觀察時，該第一螺旋線圈沿順時針方向從一第一端向內螺旋至一第二端； 在該第一金屬層上設置一第二螺旋線圈，其中當從該第一視角觀察時，該第二螺旋線圈沿逆時針方向從一第三端向外螺旋至一第四端，且該第一螺旋線圈與該第二螺旋線圈實質上對稱於垂直於該多層結構的一中心線； 在該多層結構的一第二金屬層上的一第五端與該第一金屬層上的該第二端之間設置一第一通孔； 在該第一金屬層上的該第三端與該第二金屬層上的一第六端之間設置一第二通孔； 在該第二金屬層上設置一第一雙螺旋線圈，其中當從該第一視角觀察時，該第一雙螺旋線圈沿順時針方向從該第五端向外螺旋至該中心線，再沿逆時針方向從該中心線向內螺旋至該第六端，且該第一雙螺旋線圈實質上對稱於該中心線。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該多層結構包括一介電質板，該介電質板用來提供該第一金屬層及該第二金屬層一包覆。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該介電質板布局在一基板之上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包含： 設置一第三螺旋線圈及一第四螺旋線圈； 設置一第三通孔及一第四通孔；以及 設置一第二雙螺旋線圈，使該第三螺旋線圈、該第四螺旋線圈、該第三通孔、該第四通孔及該第二雙螺旋線圈為該第一螺旋線圈、該第二螺旋線圈、該第一通孔、該第二通孔及該第一雙螺旋線圈相對於垂直於該多層結構的一對稱平面的鏡像。