用在集成电路的电感组件，形成部分集成电路的变压器和电感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用微电子技术制造的改进电感器或改进变压器，以及包括这样 的电感元件的集成电路。
【背景技术】
[0002] 已知磁性组件（诸如，电感器和变压器）具有许多用途。例如，电感器可用于制造 过滤器和谐振电路，或者可以用于开关式功率变换器以提高或降低输入电压，用于产生不 同的输出电压。变压器可用于从一个电路到另一个电路传输电源或信号，并同时提供高水 平的电流隔离。
[0003] 电感器和变压器可以在集成电路环境中制造。例如，已知通常形成螺旋或螺旋的 近似间隔开的导体可以形成在或半导体基底之上或之内，以形成作为电感器或变压器的一 部分的线圈。这样隔开的螺旋电感可以并排放置或堆叠配置。
[0004] 也可以形成围绕集成电路内铁磁芯的"线圈"。然而，这样的布置在它的性能上呈 现非线性。这将有利于在集成电路内提供改进的组件。
【发明内容】
[0005] 根据本公开的第一方面，提供一种用于集成电路中的电感组件。电感组件包括：磁 芯；多个导体，设置在磁芯的第一侧上；以及多个导体，设置在磁芯的第二侧上。为简单起 见，在磁芯的第一侧和第二侧上的每个导体可视为分别在磁芯以下和以上，形成围绕磁芯 的线圈的部分。多个导电连接将磁芯之上的导体连接到磁芯之下的导体，以便形成第一线 圈。电感组件进一步包括补偿装置，例如补偿结构用于补偿饱和非线性或非均匀性。
[0006] 因此，可能提供一种集成电路上或作为其一部分的磁性组件，其中该磁芯更均匀 的饱和。这反过来又在操作区域中产生更大的线性度和改进的功率传递，其中基本上没有 磁芯已达到磁饱和。这可以实现，而不在携带磁性组件的基底（诸如，半导体）引起磁性组 件增加的足迹。
[0007] 有利地，磁芯之上和之下的多个导体以该方式互连，以形成围绕所述磁芯芯的第 一和第二线圈，以形成变压器。
[0008] 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线匝密度，当 它们从线圈的一侧穿过另一侧时，其可以通过改变导体的间距来实现；导体之间的间隔； 或导体的宽度。两个或多个参数可以组合变化。当电感部件包括多个线圈时，例如因为它 是变压器，则第二线圈的参数如上所述也可以变化。
[0009] 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从磁芯端增 加距离而增加，优选地从磁芯的两端。这种布置具有减少围绕磁芯（位于远离磁芯的端部） 的部分的线圈的有效线匝密度的优点，而同时避免线圈电阻不必要的增加。
[0010] 有利地，该磁芯可以形成为由绝缘区域彼此分开磁活性材料的多个层叠部分。有 利地，在形成芯的多层磁性功能材料之间提供的厚度和/或介电材料可以是周期性或偶尔 变化。
[0011] 所述磁芯的形状可以变化，例如从简单的矩形形状到相比于中心区域具有减小宽 度的端部。磁芯形状的该空间变化可用于修改磁芯内的磁场分布，使得在磁芯内的磁通密 度分布比较均匀。其中磁芯是层叠磁芯，该各个叠片的形状可以改变，以便修改磁芯内的磁 通密度分布。
[0012] 优选地，所述电感元件形成在承载其它集成电路元件的基底上。基板可以是半导 体基板，最常见的例子是硅。然而其它基质可以使用和可被选择为在高频率操作。这样的 基底可包括玻璃或其它半导体（诸如，锗）。
[0013] 根据本公开内容的第二个方面，提供了一种形成包括在基底上沉积第一多个导体 的磁性组件的方法；在多个导体之间和之上形成绝缘体；在绝缘体之上形成磁芯；在磁芯 上方构成绝缘层；在绝缘层上形成多个导体；和在互连图案中在第一多个导体和第二多个 导体之间形成电互连，以便形成所述磁芯周围的线圈。磁芯或绕组中的至少一个是不均匀 的。非均匀性可以通过改变磁芯的宽度或厚度或沿着线圈轴的线圈的卷绕/线匝密度来实 现。
【附图说明】
[0014] 现在将参考附图通过仅非限制性示例的方式描述本公开的实施例，其中：
[0015] 图1是在集成电路中形成的变压器的示意图；
[0016] 图2是在集成电路内的中心抽头变压器的平面图；
[0017] 图3是表示用于测量磁通密度为线圈电流的函数的电路的电路图；
[0018] 图4示出集成电路上的典型变压器的磁通密度vs线圈电流的曲线图；
[0019] 图5是对于向其加入线圈的响应具有直线逼近的磁通密度vs线圈电流的曲线图， 用于说明本公开的优点；
[0020] 图6是表示围绕矩形磁心的线圈沿着线圈轴，作为位置函数的线匝密度的曲线 图；
[0021] 图7是线圈的绕线的示意图，适合于根据本发明的电感器或变压器中；
[0022] 图8是通过叠层磁芯的横截面示意图；
[0023] 图9是通过构成本公开实施例的设备的示意性横截面；
[0024] 图10示出其中磁芯的轮廓被修改的进一步变化；和
[0025] 图11是变压器的AC功率传送的曲线图，作为直流（DC)偏置电流的函数，用于根 据图7的实施例和具有恒定线匝密度的等同设备的可变线匝密度设备。
【具体实施方式】
[0026] 图1示意性示出形成在基板4的一部分上具有磁芯的变压器1的示例，通常由参 考数字2表示。有利地，基底4是半导体基底，使得其他部件（诸如，驱动电路和与变压器 1的初级和次级绕组相关联的接收器电路）也可以形成在同一集成电路封装内的基底4或 物理上分离基底上。然而，在一些应用中，非半导体基底材料可用于它们的电学性能，诸如 更高的阻抗。
[0027] 为了示例的目的，磁芯2周围的结构（诸如，例如聚酰亚胺的绝缘材料层）已被省 略。因此，图1所示的结构仅是基板4、磁芯2和导电轨，所述导电轨提供形成在磁芯2的任 一侧上的第一层和第二层中并平行于基底4的平面内（并且也平行于图1的平面）的多个 导体。因此，多个导体存在于磁芯2之上和之下。导体的第二层可以被认为是在磁芯2之 上，因此比第一层更靠近观看者，所述第一层位于磁芯2和基板4之间。穿过磁芯2下方的 导体示于图1中的链轮廓，而通过磁芯2上方的导体示于实线轮廓。
[0028] 第一个线圈或绕组（例如，初级绕组10)可以由线性导轨部分12,14,16和18形 成，其中，部分12及16形成在磁芯2上方的第二金属层中，以及部分14和18分别形成在 芯体2下方的第一金属层中，并由通孔或等效互连区域20、22、24连接在一起。第二绕组30 可以由平面轨道部32、，34、36和38形成，其中部分34和38形成在磁芯2上方的第二金属 层中，以及部分32及36形成在磁芯2下方的第一金属层中，以及部分由通孔的方式或其它 适当的互连部件40、42和44连接在一起。可以看出，一次和二次线圈被形成为围绕磁芯2 的螺旋结构。初级和次级线圈被从磁芯2绝缘，并且彼此绝缘。因此，初级绕组10和次级 绕组30之间没有电通路，并且将线圈耦合一起的主要机制是磁