運用多導體硅通孔的三維螺線管式電感與變壓器結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開運用多導體硅通孔的三維螺母管式電感與變壓器結構。運用多導體硅通孔構造的一種片上螺線管式電感元件，其特征在于金屬線通過多導體硅通孔穿過基底，從而纏繞基底實現螺線管結構。類似地，本發明還提出了運用多導體硅通孔構造的螺線管式變壓器元件。本發明運用虛設多導體硅通孔構造電感或變壓器元件，減小芯片面積，同時相較于傳感硅通孔，多導體硅通孔可在同一通孔中實現四根垂直互連，減小了硅通孔間距限制條件的影響，從而進一步減小占用面積；通過本發明所提出的螺線管式結構，可在多導體硅通孔中實現同向電流，并利用基底隔離頂部金屬層和底部重新布局層間的異向電流，最大程度地提高互感值，從而提高整體性能。
【專利說明】運用多導體硅通孔的三維螺線管式電感與變壓器結構
【技術領域】
[0001]本發明屬于無源電子器件【技術領域】，涉及一種電感與變壓器元件，尤其涉及一種運用多導體硅通孔實現的三維螺線管式電感與變壓器結構。
【背景技術】
[0002]目前的集成電路越來越多嵌入電感元件于芯片上，現有技術中一般采用片上螺旋電感結構，即通過由金屬線繞制成電感線圈，并通過通孔將內部端口從下一個金屬層中引出。為了獲得高電感值，通常需要增加線圈數量，這導致了片上電感元件占據較大的芯片面積。此外，兩個(或多個)電感元件通過耦合磁通量可構造變壓器，即當初級線圈通過電流時，次級線圈會產生感應電壓，從而從初級線圈中得到能量輸送至負載。傳統的片上變壓器通常采用抽頭式、交叉式或平行式變壓器結構，同樣會占據較大的芯片面積。
[0003]近年來，隨著三維集成電路的發展，硅通孔技術受到廣泛關注，其可以提供更大的設計自由度和更好的電學性能。因此，硅通孔技術也被應用于構造螺線管式電感及變壓器等片上元件，以提升芯片性能。且為保證芯片可靠性，在加工中會制作部分虛設硅通孔，如果能夠利用這些虛設硅通孔構造三維電感與變壓器結構，將極大地減小芯片占用面積、提高集成度、改善芯片性能。
[0004]美國專利號第8，143，952 B2號專利描述了一種運用硅通孔技術構造的三維螺線管式電感與變壓器元件結構。為了提供更大的電流路徑，該電感器結構利用硅通孔、金屬層和重新布局層在基底頂部和底部交叉走線，從而獲得高電感性的螺線管式電感結構。進而，利用兩個運用硅通孔的鏈狀結構構造了變壓器結構。但這種連接方式中存在大量的異向電流削弱了電感值，進而影響了電感的品質因數。此外，由于硅通孔工藝限制，相鄰硅通孔間需要保證一定的距離，且硅通孔截面積遠大于片上金屬層和重新布局層中的金屬線，其電感值較小，對整體電感值做貢獻有限。而該專利中提出的變壓器同樣受到硅通孔間距的影響，初級與次級線圈間的互感較小，無法提供優良的電學性能，且即使采用對稱形變壓器結構也同樣會受到硅通孔間距限制條件的影響。
【發明內容】
[0005]本發明的一個目的是針對現有技術的不足，提供一種運用多導體硅通孔實現的螺線管式電感元件，其特征在于金屬線通過多導體硅通孔穿過基底，從而纏繞基底實現螺線管結構，并在每個多導體硅通孔中實現同向電流，而片上金屬層和重新布局層中的金屬線也保持同向電流路徑，且利用基底隔離頂部金屬層和底部重新布局層間的異向電流，最大程度地提高互感值，以獲得高電感性的電感結構。
[0006]本發明電感元件由多個元件單元構成，電感元件的兩端各設有一端口，所述的端口位于基底頂部的金屬層Ml ；
所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為一端口 ；第一多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，第三金屬線的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，第四金屬線的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接；第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為一端口 ；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端連接，第二金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于重新布局層端連接，第三金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于重新布局層端連接，第四金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于重新布局層端連接。
[0007]本發明的另一個目的是提出一種片上螺線管式二端口變壓器元件，同樣通過硅通孔連接基底頂部金屬層和底部重新布局層中的金屬線，相較于美國專利號第8，143,952 B2號專利描述的變壓器結構，本發明能夠減小工藝中硅通孔間距限制條件的影響，提升初級線圈和次級線圈彼此之間的耦合，從而提升變壓器性能，減小芯片占用面積。
[0008]本發明片上螺線管式二端口變壓器元件由多個元件單元構成；
所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈的上端端口 ；第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈的下端端口 ；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于重新布局層端連接；第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于重新布局層端連接；
所述的初級線圈的上端端口接驅動電路，下端端口接地；所述的次級線圈的下端端口接負載電路，上端端口接地；且初級線圈的上端端口和次級線圈的下端端口分別位于變壓器兩端以減小端口耦合電容，增大截止頻率。
[0009]本發明的另一個目的是提供一種片上螺線管式四端口變壓器元件，同樣通過硅通孔連接基底頂部金屬層和底部重新布局層中的金屬線。相較于美國專利號第8，143,952 B2號專利描述的變壓器結構，本發明能夠減小工藝中硅通孔間距限制條件的影響，提升初級線圈和次級線圈彼此之間的耦合，從而提升變壓器性能，減小芯片占用面積。
[0010]本發明片上螺線管式四端口變壓器元件由多個元件單元構成；
所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈II的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈III的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈I的上端端口 ；第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈II的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈I的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈III的下端端口 ；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于重新布局層端連接，第二金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端連接，第三金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于重新布局層端連接，第四金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于重新布局層端連接；
所述的初級線圈的上端端口接驅動電路，次級線圈I的上端端口、次級線圈II的下端端口以及次級線圈III的下端端口接負載電路，其余端口接地。
[0011]本發明的有益效果:
本發明利用虛設多導體硅通孔構造電感與變壓器元件，減小芯片面積。運用多導體硅通孔連接基底頂部金屬層和底部重新布局層中的金屬線，相較于傳統硅通孔構造的電感結構能夠提高自電感值，同時充分利用正互感值，增強整體電感值。此外，運用多導體硅通孔構造螺線管式變壓器結構，可提高初級線圈與次級線圈間的磁通量耦合，改善變壓器電學性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為現有圓柱形娃通孔結構；
圖2為依據美國專利號第8，143,952 B2號專利所顯示的運用硅通孔構造的電感元件；圖3為所依據美國專利號第8，143，952 B2號專利所顯示的運用硅通孔構造的變壓器元件；
圖4為多導體硅通孔結構示意圖，其中圖4A為多導體硅通孔結構的立體示意圖，圖4B為多導體硅通孔結構的剖面圖；
圖5為圖4的多導體硅通孔應用于螺線電感元件的結構示意圖，其中圖5A為該電感元件結構基底頂部示意圖，圖5B為該電感元件結構基底底部示意圖，圖5C為該電感元件中某一個元件單元的立體示意圖；
圖6為圖4的多導體硅通孔應用于螺線管式變壓器元件實施例1 (二端口變壓器)結構不意圖；其中圖6A為結構基底頂部7]^意圖，圖6B為結構基底底部7]^意圖，圖6C為該變壓器元件某一個元件單元的立體示意圖；
圖7為本發明運用多導體硅通孔構造的螺母管式變壓器元件實施例2 (四端口變壓器)結構示意圖；其中圖7A為結構頂基底部示意圖，圖7B為結構基底底部示意圖，圖7C為該變壓器元件某一個元件單元的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0014]如圖1所不為現有圓柱形娃通孔100的切面不意圖，其由金屬圓柱101貫穿基底103，該金屬可為銅、鎢或多晶硅構成。考慮到熱應力及信號完整性問題，也可采用環形或同軸形硅通孔結構。為防止漏電流，在金屬與基底間會形成一層氧化層102作為絕緣層。注意到若采用銅填充硅通孔，為防止銅原子的擴散作用，還會在銅與氧化層間填加一層隔離層。在基底103上還會生長一層介電材料104，以形成金屬線與硅通孔相連。
[0015]圖2為依據美國專利號第8，143，952 B2號專利所顯示的運用娃通孔構造的電感元件200，其包括輸入端口 201和202、貫穿基底的硅通孔203、基底頂部金屬層Ml中的金屬線204以及基底底部的重新布局層中的金屬線205。從圖中可見其利用硅通孔技術延長金屬線長度，從而獲得較大的電感值。但限于硅通孔尺寸，其自感較小，且金屬層Ml和重新布局層中金屬線中存在大量的異向電流，會降低整體電感值。
[0016]圖3為依據美國專利號第8，143，952 B2號專利所顯示的運用娃通孔構造的變壓器元件300，其包括初級和次級電感，各自有端口 301和303。初級電感的和次級電路的端口 302和304接地。該變壓器利用了貫穿基底的硅通孔305、基底頂部金屬層Ml中的金屬線306以及底部重新布局層中的金屬線307。與電感元件相同，該結構同樣存在著電感值較低的問題，且兩個電感間耦合較弱，難以提供良好的電學性能。
[0017]圖4A及4B顯示了本發明所采用的多導體硅通孔結構的立體示意圖及其剖面圖。
[0018]本發明所采用的多導體硅通孔結構400包括基底403、金屬線、氧化層402 ;在基底403的正中央開有通孔401，并在基底403的上下表面以及通孔401的內壁設有氧化層402，在氧化層402內設有第一金屬線404、第二金屬線405、第三金屬線406、第四金屬線407,該四條金屬線402中心對稱；
所述的通孔401上端為倒置的錐形狀，下端為正立的錐形狀；
所述的多導體硅通孔結構的工藝過程:首先將該結構薄化，在基底403表面沉積氧化層402，然后分別從頂部和底部刻蝕獲得上下對應的錐形通孔，從而獲得貫穿基底的通孔401 ;在硅通孔中生長氧化層402以隔離電流，并在氧化層402表面形成金屬層，最后通過刻蝕獲得金屬線以構成多導體硅通孔結構。
[0019]圖5說明運用圖4所示的多導體硅通孔結構，可構造的螺線管式電感結構頂部和底部不意圖。
[0020]由圖5A、5B、5C所示，本發明電感元件由多個元件單元500構成，電感元件的兩端各設有一端口，所述的端口位于基底頂部的金屬層Ml ；
所述的元件單元500包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個如圖4所述的多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體娃通孔501內第一金屬線504的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔503內第四金屬線512的位于金屬層Ml端連接，或作為一端口 ；第一多導體娃通孔501內第二金屬線505的位于金屬層Ml端與第二多導體娃通孔502內第三金屬線510的位于金屬層Ml端連接,第三金屬線506的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔502內第二金屬線509的位于金屬層Ml端連接，第四金屬線507的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔502內第一金屬線508的位于金屬層Ml端連接；第二多導體硅通孔502內第四金屬線511的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔512內第一金屬線513的位于金屬層Ml端連接,或作為一端口 ；第一多導體娃通孔501內第一金屬線504的位于重新布局層端與第二多導體娃通孔502內第一金屬線508的位于重新布局層端連接，第二金屬線505的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔502內第四金屬線511的位于重新布局層端連接，第三金屬線506的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔502內第三金屬線510的位于重新布局層端連接，第四金屬線507的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔502內第二金屬線509的位于重新布局層端連接；
該電感元件的工作過程:電流首先從基底頂部金屬層Ml中的金屬線通過元件單元500中第一多導體硅通孔501內第一金屬線504流到基底底部重新布局層，并通過第二多導體娃通孔502的第一金屬線508返還至基底頂部金屬層Ml,通過基底頂部金屬層Ml第一多導體硅通孔501內第四金屬線507流至基底底部重新布局層，通過基底底部重新布局層第二多導體硅通孔502內第二金屬線509返還至基底頂部金屬層M1，通過基底頂部金屬層Ml第一多導體硅通孔501內第三金屬線506流至基底底部重新布局層，通過基底底部重新布局層第二多導體硅通孔502內第三金屬線510返還至基底頂部金屬層Ml，通過基底頂部金屬層Ml第一多導體硅通孔501內第二金屬線505流至基底底部重新布局層，通過基底底部重新布局層第二多導體硅通孔502內第四金屬線511返還至基底頂部金屬層Ml金屬線，然后流至下一元件單元。如此反復纏繞以增長電流路徑，提高自電感值。注意到傳統圓柱形硅通孔100的自電感值較小，本發明采用的多導體硅通孔結構可提供較大的自電感值，同時充分利用彼此間的互電感來增加總電感值，從而達到構造高電感性螺線管式電感元件的目的。為更好的說明本發明提出的螺線管式電感結構。
[0021]類似地，利用多導體硅通孔構造高性能片上螺線管式變壓器結構，如圖6A及6B所示的本發明提出的變壓器元件的第一實施例(二端口變壓器)的基底頂部和基底底部示意圖，以及如圖6C所示的元件單元結構示意圖。該片上螺線管式二端口變壓器元件具有初級線圈與次級線圈。
[0022]如圖6A、6B、6C所示，本發明片上螺線管式二端口變壓器元件由多個元件單元600構成；
所述的元件單元600包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個如圖4所述的多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體娃通孔601內第一金屬線605的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔603內第二金屬線609的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的上端端口 ；第一多導體娃通孔601內第四金屬線606的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔603內第三金屬線610的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈的上端端口 ；第二多導體硅通孔602內第二金屬線607的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔604內第一金屬線611的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的下端端口 ；第二多導體硅通孔602內第三金屬線608的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔604內第四金屬線612的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈的下端端口 ；第一多導體娃通孔601內第一金屬線605的位于重新布局層端與第二多導體娃通孔602內第二金屬線607的位于重新布局層端連接；第一多導體硅通孔601內第四金屬線606的位于重新布局層端與第二多導體娃通孔602內第三金屬線608的位于重新布局層端連接；
所述的初級線圈的上端端口接驅動電路，下端端口接地；所述的次級線圈的下端端口接負載電路，上端端口接地；且初級線圈的上端端口和次級線圈的下端端口分別位于變壓器兩端以減小端口耦合電容，增大截止頻率。
[0023]該片上螺線管式二端口變壓器元件的工作過程:初級線圈中電流從初級線圈的上端端口流入基底頂部金屬層Ml的金屬線，并通過元件單元600中第一多導體硅通孔601內第一金屬線605流入基底底部重新布局層，并通過基底底部重新布局層第二多導體硅通孔602內第二金屬線607返還至基底頂部金屬層M1，然后流入下一個元件單元；次級線圈中電流從次級線圈的下端端口流入基底頂部金屬層Ml的金屬線，并通過元件單元600中第二多導體硅通孔602內第三金屬線608流入基底底部重新布局層，并通過基底底部重新布局層第一多導體硅通孔601內第四金屬線606返還至基底頂部金屬層M1，然后流入下一個元件單元。
[0024]圖7表示本發明提出變壓器元件的第二實施例(四端口變壓器)的示意圖。該變壓器元件具有初級線圈與次級線圈1、次級線圈I1、次級線圈III。
[0025]如圖7A、7B、7C所示，本發明四端口變壓器元件由多個元件單元700構成；
所述的元件單元700包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個如圖4所述的多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體娃通孔701內第一金屬線705的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔703內第二金屬線714的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的上端端口 ；第一多導體娃通孔701內第二金屬線706的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔703內第一金屬線713的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈II的上端端口 ；第一多導體硅通孔701內第三金屬線707的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔703內第四金屬線716的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈III的上端端口 ；第一多導體硅通孔701內第四金屬線708的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔703內第三金屬線715的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈I的上端端口 ；第二多導體硅通孔702內第一金屬線709的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔704內第二金屬線718的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈II的下端端口 ；第二多導體硅通孔702內第二金屬線710的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔704內第一金屬線717的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的下端端口 ；第二多導體硅通孔702內第三金屬線711的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔704內第四金屬線720的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈I的下端端口 ；第二多導體硅通孔702內第四金屬線712的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔704內第三金屬線719的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈III的下端端口 ；第一多導體硅通孔701內第一金屬線705的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔702內第二金屬線710的位于重新布局層端連接，第二金屬線706的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔702內第一金屬線709的位于重新布局層端連接，第三金屬線707的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔702內第四金屬線712的位于重新布局層端連接，第四金屬線708的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔702內第三金屬線711的位于重新布局層端連接； 所述的初級線圈的上端端口接驅動電路，次級線圈I的上端端口、次級線圈II的下端端口以及次級線圈III的下端端口接負載電路，其余端口接地。
[0026]該四端口變壓器結構的工作過程:初級線圈中電流從初級線圈的上端端口流入基底頂部金屬層Ml的金屬線，并通過元件單元700中第一多導體硅通孔701內第一金屬線705流入基底底部重新布局層，并通過基底底部重新布局層第二多導體硅通孔702內第二金屬線710返還至基底頂部金屬層M1，然后流入下一個相鄰元件單元；次級線圈I中電流從次級線圈I的上端端口流入基底頂部金屬層Ml的金屬線，并通過元件單元700中第一多導體硅通孔701內第四金屬線708流入基底底部重新布局層，并通過基底底部重新布局層第二多導體硅通孔702內第三金屬線711返還至基底頂部金屬層Ml，然后流入下一個相鄰元件單元；次級線圈II中電流從次級線圈II的下端端口流入基底頂部金屬層Ml的金屬線，并通過基底頂部第二多導體硅通孔702內第一金屬線709流入基底底部重新布局層，并通過基底底部重新布局層第一多導體硅通孔內第二金屬線706返還至基底頂部金屬層Ml，然后流入下一個相鄰元件單元；次級線圈III中電流從次級線圈III的下端端口流入基底頂部金屬層Ml的金屬線，并通過基底頂部金屬層Ml第二多導體硅通孔702內第四金屬線712流入基底底部重新布局層，并通過基底底部重新布局層第一多導體硅通孔701內的第三金屬線707返還至基底頂部金屬層M1，然后流入下一個相鄰元件單元。
[0027]通過運用多導體硅通孔技術構造三維螺母管式電感和變壓器元件，可充分利用基底頂部和底部的空間，減小無源器件的芯片占用面積；同時利用互感來增強總電感值，減小硅通孔間距等工藝條件對器件性能的限制，獲得高性能片上無源器件。
【權利要求】
1.一種運用多導體硅通孔實現的螺線管式電感元件，其特征在于由多個元件單元構成，電感元件的兩端各設有一端口，所述的端口位于基底頂部的金屬層Ml ； 所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為一端口 ；第一多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，第三金屬線的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，第四金屬線的位于金屬層Ml端與第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接；第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為一端口 ；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端連接，第二金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于重新布局層端連接，第三金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于重新布局層端連接，第四金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于重新布局層端連接。
2.一種運用多導體硅通孔實現的片上螺線管式二端口變壓器元件，其特征在于由多個元件單元構成； 所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈的上端端口 ；第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈的下端端口 ；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于重新布局層端連接；第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于重新布局層端連接。
3.一種運用多導體硅通孔實現的片上螺線管式四端口變壓器元件，其特征在于由多個元件單元構成； 所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層Ml、兩個多導體硅通孔、位于基底底部的重新布局層；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈II的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈III的上端端口 ；第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈I的上端端口 ；第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈II的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為初級線圈的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈I的下端端口 ；第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于金屬層Ml端與相鄰元件單元第一多導體硅通孔內第三金屬線的位于金屬層Ml端連接，或作為次級線圈III的下端端口 ；第一多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第二金屬線的位于重新布局層端連接，第二金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第一金屬線的位于重新布局層端連接，第三金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第四金屬線的位于重新布局層端連接，第四金屬線的位于重新布局層端與第二多導體硅通孔內第三金屬線的位于重新布局層端連接。
4.如權利要求1所述的一種運用多導體硅通孔實現的螺線管式電感元件或如權利要求2所述的一種運用多導體硅通孔實現的片上螺線管式二端口變壓器元件或如權利要求3所述的一種運用多導體硅通孔實現的片上螺線管式四端口變壓器元件，其特征在于所述的多導體硅通孔包括基底、金屬線、氧化層；在基底的正中央開有通孔，并在基底的上下表面以及通孔的內壁設有氧化層，在氧化層內設有第一金屬線、第二金屬線、第三金屬線、第四金屬線，該四條金屬線中心對稱；所述的通孔上端為倒置的錐形狀，下端為正立的錐形狀。
5.如權利要求2所述的一種運用多導體硅通孔實現的片上螺線管式二端口變壓器元件，其特征在于所述的初級線圈的上端端口接驅動電路，下端端口接地；所述的次級線圈的下端端口接負載電路，上端端口接地；且初級線圈的上端端口和次級線圈的下端端口分別位于變壓器兩端以減小端口耦合電容，增大截止頻率。
6.如權利要求3所述的一種運用多導體硅通孔實現的片上螺線管式四端口變壓器元件，其特征在于所述的初級線圈的上端端口接驅動電路，次級線圈I的上端端口、次級線圈II的下端端口以及次級線圈III的下端端口接負載電路，其余端口接地。
【文檔編號】H01L23/48GK104409441SQ201410617853
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】趙文生, 鄭杰, 王高峰 申請人:杭州電子科技大學