[发明专利]一种基于TSV的嵌套式变压器

说明书

本发明公开了一种基于TSV的嵌套式变压器，包括基体，基体内设置有初级绕组和次级绕组，初级绕组嵌入在次级绕组内部，初级绕组具有端口a和端口，次级绕组具有端口c和端口d，端口b和端口c均为接地端，端口a和端口d分别为变压器的输入端和输出端，初级绕组和次级绕组均由硅通孔和连接硅通孔的金属线组成。本发明基于TSV的嵌套式变压器中初级绕阻与次级绕阻的金属相邻，使变压器中初级绕组和次级绕组能够实现良好的耦合，通过硅通孔和连接硅通孔的金属线组成初级绕组和次级绕组，大大减小了该变压器的体积，提高了集成度。

技术领域

本发明属于无源电子器件技术领域，涉及一种基于TSV的嵌套式变压器。

背景技术

变压器作为一种重要的无源器件，被广泛应用于实现阻抗匹配、低噪声反馈、差分到单端转换和输入差模电感对等。传统的片式变压器为平面或者叠层结构，面临着占用芯片面积较大这一问题。近年来随着三维集成电路的发展，通孔技术也得到了越来越广泛的关注。在三维集成电路中，硅通孔除了实现芯片之间的垂直互连外，还被用于制作集成无源器件，三维变压器就是其应用之一。

三维变压器与传统片式变压器相比，芯片占用面积小，使得集成度提高，有效地解决了传统片式变压器面临的问题。但是现有的三维变压器技术还存在许多不成熟的地方，例如现有三维变压器中的初级线圈(或称为初级绕组)和次级线圈(或称为次级线圈)不能实现良好的耦合，导致三维变压器工作过程中容易出故障，严重影响其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于TSV的嵌套式变压器，解决了现有三维变压器中的初级线圈和次级线圈耦合性能较差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于TSV的嵌套式变压器，包括基体，基体内设置有初级绕组和次级绕组，初级绕组嵌入在次级绕组内部，初级绕组具有端口a和端口，次级绕组具有端口c和端口d，端口b和端口c均为接地端，端口a和端口d分别为变压器的输入端和输出端，初级绕组和次级绕组均由硅通孔和连接硅通孔的金属线组成。

本发明的技术特征还在于，

基体由顶部介质层、中间硅衬底层和底部介质层组成。

顶部介质层内部从上向下分别设置有不相连的第一层金属线和第二层金属线，底部介质层内部从上向下分别设置有不相连的第三层金属线和第四层金属线，硅衬底层内部依次设置有并排的第一列硅通孔、第二列硅通孔、第三列硅通孔和第四列硅通孔。

初级绕组由第二列硅通孔、第三列硅通孔、第二层金属线和三层金属线组成，第二列硅通孔和第三列硅通孔顶部通过第二层金属线交替连接，底部通过第三层金属线交替连接。

第二列硅通孔和第三列硅通孔中硅通孔的数量相同，为N1个，N1与初级绕组的匝数相对应。

次级绕组由第一列硅通孔、第四列硅通孔、第一层金属线和第四层金属线组成，第一列硅通孔和第四列硅通孔顶部通过第一层金属线交替连接，底部通过第四层金属线交替连接。

第一列硅通孔和第四列硅通孔中硅通孔数量相同，为N2个，N2与次级绕组的匝数相对应。

端口d从第一层金属线的一端端部引出，端口a从第二层金属线的一端端部引出，端口b从第三层金属线的一端端部引出，端口c从第四层金属线的一端端部引出。

端口a和端口d分别位于基体的相对两侧。

硅通孔由内部金属柱和外部绝缘层组成，金属线与内部金属柱连通。