[发明专利]螺旋电感元件和电子设备

说明书

技术领域

本申请涉及元器件领域，特别涉及螺旋电感元件以及使用该螺旋电感元件的电子设备。

背景技术

平面螺旋电感是射频集成电路中的关键元件，是电路中最难设计和掌握的元件，它的性能参数直接影响着射频集成电路的性能。典型的半导体集成电路包含硅基底、设置于基底上的一层以上的介电层、以及设置于介电层中及介电层上的一层以上的金属层。

在集成电路中，片上平面螺旋电感等射频无源器件的主要损耗有两种：衬底损耗和金属导体损耗。

针对于降低衬底损耗，已经提出几种解决方法：1.使用离子注入或其它技术选择性实现半绝缘硅衬底；2.在电感线圈和硅衬底之间插入图形式接地屏蔽层，或在硅衬底中形成PN结隔离以减少衬底损耗。

关于金属导体损耗，其是由欧姆损耗和磁感应损耗组成，前者由传导电流引起，后者由涡流电流引起。当传导电流流过金属导体时，它所产生的欧姆损耗与金属导体的电阻阻值有关，而该电阻阻值与金属导线的电阻率和总长度成正比，与金属导线的宽度和厚度成反比。因此，为了减少欧姆损耗，一般选用低电阻率的金属导体材料并适当增加金属层厚度，而不改变电感的几何结构，因为金属导线总长度与电感线圈圈数密切相关，而金属导线宽度与电感线圈的内、外径大小密切相关，这些都将影响电感的品质因子(Q值)。

由于集成电路装置的性能取决于电感元件的电感元件的品质因子，因此有必要寻求一种新的电感元件结构以增加电感元件的品质因子。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高品质因子的螺旋电感元件以及使用该螺旋电感元件的电子设备。

根据本发明实施例，提供了一种螺旋电感元件，包括：

衬底；

绝缘层，设置于所述衬底上；以及

螺旋导线，设置于该绝缘层内或设置于该绝缘层上，并螺旋缠绕构成多个线圈。

优选地，所述螺旋导线具有预定形状截面，该预定形状截面的电磁场分布比矩形截面的电磁场分布更均匀。

优选地，所述预定形状截面为类圆形或圆形。

优选地，所述预定形状截面为正N边形，N为大于4的正整数。

优选地，所述预定形状截面的外周为锯齿状。

优选地，所述预定形状截面为环形。

优选地，所述环形内部为空气。

优选地，所述环形内部填充有介电材料。

优选地，先将所述导线自身进行立体螺旋缠绕，然后将立体螺旋缠绕后的导线在所述绝缘层内或所述绝缘层上进行平面螺旋缠绕构成多个线圈，以形成所述螺旋导线。

优选地，所述螺旋导线通过喷溅导体在所述绝缘层内或所述绝缘层上形成。

根据本发明另一实施例，提供了一种电子设备，其使用上面所描述的螺旋电感元件。

通过本发明的螺旋电感元件，可以通过结构的优化提高电感元件的品质因子。

附图说明

图1A是根据本发明第一实施例的螺旋电感元件的平面示意图；

图1B是图示沿图1A中的1B-1B’线的剖面示意图；

图2A是根据本发明第二实施例的螺旋电感元件的平面示意图；

图2B是图示沿图2A中的2B-2B’线的剖面示意图；

图3是示出根据本发明第三实施例的螺旋电感元件中的螺旋导线的形状的示意图；

图4是图示本发明的螺旋电感元件的电磁分布的仿真结果；

图5是图示现有技术的螺旋电感元件的电磁分布的仿真结果；

图6是图示根据本发明第四实施例的螺旋电感元件的制作过程；以及

图7是图示根据本发明第五实施例的螺旋电感元件的制作过程。

具体实施方式

<第一实施例>

首先参考图1A和图1B描述根据本发明第一实施例的螺旋电感元件100。图1A和1B图示了本发明第一实施例的螺旋电感元件100，其中图1A是图示螺旋电感元件100的平面示意图；图1B是图示沿图1A中的1B-1B’线的剖面示意图。

螺旋电感元件100包括：

衬底101；

绝缘层102，设置于所述衬底101上；以及

螺旋导线103，设置于该绝缘层102内，并螺旋缠绕构成多个线圈。

衬底101包括硅衬底或其他已知的半导体衬底。衬底101可包含各种不同的元件，例如晶体管、电阻、及其他常用的半导体元件。此外，衬底101还可以包含其他导电层(例如，铜、铝或其合金)。图中为了简化，仅用一个平整衬底表示。

绝缘层102例如可以采用氧化硅层、氮化硅层、或其它低介电材料层等。