[实用新型]一种基于硅通孔的高品质三维电感器

说明书

技术领域

本实用新型属于无源电子器件技术领域，涉及一种具有高品质因数的三维电感器结构。

背景技术

随着无线通讯的发展，射频微波电路在医疗设备、无线局域网和智能家居等方面得到了广泛应用。在射频集成电路中，电感器起着非常重要的作用，成为一种关键的电子元器件，被广泛的应用在各种射频集成电路中，例如低噪声放大器等。传统二维电感器为了获得更大的电感器，需要制作更多的环形线圈结构，这将占用非常大的芯片面积。随着集成器件的不断缩小，二维电感器在占用面积上和封装成本上已无法满足需求。

近年来，随着三维集成电路的飞速发展，一种新兴的集成电路制作工艺硅通孔工艺受到广泛关注。其中基于硅通孔技术可用于构造三维电感器和变压器等片上元件，该电感器与传统二维电感器相比，占用芯片面积少而且具有较高的品质因数。电感器性能优劣的主要评判指标是品质因数，若其品质因数越高，则电感器件的性能就越好。一般可通过减小衬底的寄生效应，减小电感器本身电阻和提高自身有效电感值来提高其品质因数。

而目前现有的硅通孔工艺是利用等离子刻蚀通孔，采用化学气相沉淀方法在通孔表面形成氧化层，最后通过铜电镀方法填充通孔，并使用化学机械抛光技术移除多余的铜电镀层。该硅通孔工艺中硅基底衬底存在损耗，因而使电感器件的性能有所下降，即品质因数有所减小。

因此本实用新型提供的一种高品质因数的新型三维电感器结构，通过提高自身有效电感值和降低硅基底的损耗(即减小了电感器衬底的寄生效应)，改善其品质因数。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种具有高品质因数的新型三维电感器结构，极大的克服了芯片上占用面积大，异向电流和硅基底损耗所带来的问题，从而提高品质因数。

本实用新型电感器由多个电感元件单元构成，三维电感器元件的输入输出端口位于基底顶部的金属层和基底底部的重新布局层；

所述的电感元件单元包括位于基底顶部的金属层、一个圆环状硅通孔阵列、位于基底底部的重新布局层，其中圆环状内的硅通孔左右对称设置。

所述的圆环状硅通孔阵列上设有内、外圈硅通孔阵列，内圈或外圈硅通孔左右对称设置，且输入端、输出端分别设于外圈对称轴的两侧；同时内圈或外圈上位于同一侧(即由对称轴分割的左侧或右侧)的相邻硅通孔圆心与圆环状硅通孔阵列圆心的连线之间的夹角为20度。其中所述的硅通孔结构为穿过硅基底的铜，为防止漏电流，在铜外周设有材料为二氧化硅的绝缘层，一般其厚度为0.5μm，在绝缘层外周则为硅基底。

作为优选，所述的穿过硅基底的铜的半径为5μm，高度为200μm；所述的圆环状硅通孔阵列的外半径为40μm，内半径为60μm。

所述的内圈和外圈上硅通孔的个数相同，且均为n个，10≤n≤18；将圆环中的硅通孔顺时针或逆时针定义为第一至第n硅通孔，并且将圆环最底部位置定义为第一硅通孔。将圆环外圈的第一个硅通孔的金属层端作为输入端，圆环外圈的第n个硅通孔的重新布局层端作为输出端。

在电感器的顶部金属层进行金属线连接，按照如下规则：将圆环内圈中的第k个硅通孔的金属层端与圆环外圈中的第k+1硅通孔的金属层端通过金属线连接；同样在电感器的底部重新布局层也进行金属线连接，按照如下规则：将圆环外圈中的第k个硅通孔的重新布局层端与圆环内圈中的第k个硅通孔的重新布局层端通过金属线连接；其中1≤k≤n-1。圆环内圈中第n个硅通孔架空。

进一步地，本实用新型的电感器件可基于该电感元件(圆环状硅通孔阵列)拓展为单排线性电感器，由M个电感元件构成一排线性电感器结构， 5≤M≤10。该三维电感器的输入输出端口位于基底顶部的金属层。三维电感器的输入端为第一个电感器元件的外圈第一硅通孔金属层端，三维电感器的输出端为第M个电感器元件的外圈第n个硅通孔金属层端。相邻各电感元件按照如下规则进行设置：第i个电感元件的外圈第n个硅通孔重新布局层端与第i+1个电感元件的外圈第一硅通孔重新布局层端通过金属线连接，第i+1个电感元件的外圈第n个硅通孔金属层端与第i+2个电感元件的外圈第一硅通孔金属层端通过金属线连接，以此规律连接形成单排线性结构。其中1≤i≤M-2。