嵌套式穿玻璃通孔變壓器的制造方法
【專利摘要】一種3D嵌套式變壓器包含襯底，所述襯底具有與一組跡線菊鏈在一起的一組穿襯底通孔。所述穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū)。所述組跡線還包含將所述穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些耦合在一起的第一組跡線，及將所述穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些耦合在一起的第二組跡線。
【專利說明】
嵌套式穿玻璃通孔變壓器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明大體上涉及集成電路(1C)。更具體來說，本發(fā)明的一個方面涉及嵌套式穿玻璃通孔(或穿襯底通孔)變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器可為通過其纏繞電路(例如，繞組)之間的感應(yīng)耦合而傳遞能量的任何電子裝置。變壓器可包含初級繞組及次級繞組。初級繞組中變化的電流產(chǎn)生變壓器的芯中的變化的磁通量，所述變化的磁通量產(chǎn)生穿過次級繞組的變化的磁通量。此變化的磁通量隨后在次級繞組中感應(yīng)變化的電動勢(例如，電壓)。變壓器還用于改變電路的相對電壓或完全隔離電壓?？偟膩碚f，多種不同應(yīng)用使用變壓器來用于電能的分布、傳輸及消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在本發(fā)明的一個方面中，揭示一種3D嵌套式變壓器。所述3D嵌套式變壓器包含襯底，所述襯底具有與一組跡線菊鏈的一組穿襯底通孔。所述穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū)。所述組跡線包含第一組跡線及第二組跡線。所述第一組跡線將所述穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些耦合在一起。所述第二組跡線將所述穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些耦合在一起。
[0004]另一方面揭示一種3D嵌套式變壓器，其包含襯底，所述襯底具有與一組跡線菊鏈的一組穿襯底通孔。所述穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二用于傳導(dǎo)的裝置。所述組跡線包含將所述第一用于傳導(dǎo)的裝置中的至少一些耦合在一起的第一組跡線，及將所述第二用于傳導(dǎo)的裝置中的至少一些耦合在一起的第二組跡線。
[0005]在另一方面中，揭示一種制造3D嵌套式變壓器的方法。所述方法包含在襯底中形成一組穿襯底通孔。所述方法還包含將所述穿襯底通孔與一組跡線菊鏈在一起。所述組穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū)。通過將第一組跡線耦合到所述組穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些且將第二組跡線耦合到所述組穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些而進行所述穿襯底通孔的所述菊鏈。
[0006]這已經(jīng)相當寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，使得可以更好地理解下文的【具體實施方式】。下文將描述本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可以容易利用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來修改或設(shè)計其它結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)意識到，此類等效構(gòu)造不脫離如在所附權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。當結(jié)合附圖考慮時，關(guān)于本發(fā)明的組織和操作方法的被認為是本發(fā)明的特性的新穎特征與其它目標及優(yōu)點一起將從以下描述得到更好理解。然而，應(yīng)明確地理解，附圖中的每一者是出于圖解說明和描述的目的而提供的并且打算作為本發(fā)明的限制的界定。
【附圖說明】
[0007]為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下描述。
[0008]圖1是典型變壓器設(shè)計的透視圖。
[0009]圖2是另一典型變壓器設(shè)計的透視圖。
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一方面的嵌套式變壓器設(shè)計的透視圖。
[0011]圖4A到4C是根據(jù)本發(fā)明的一方面的第一電感器、第二電感器及組合到嵌套式變壓器設(shè)計中的所述第一和第二電感器的頂視圖。
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一方面的在嵌套式變壓器設(shè)計中使用的支撐極的透視圖。
[0013]圖6A到6B是根據(jù)本發(fā)明的一方面的嵌套式變壓器設(shè)計的電感器板及支撐極層的視圖。
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一方面的嵌套式變壓器設(shè)計的底部板的透視圖。
[0015]圖8A到8H是根據(jù)本發(fā)明的一方面的說明制成嵌套式變壓器設(shè)計的方法的側(cè)視圖。
[0016]圖9A是根據(jù)本發(fā)明的一方面的說明制成嵌套式變壓器設(shè)計的方法的過程流程圖。
[0017]圖9B是根據(jù)本發(fā)明的一方面的說明制成嵌套式變壓器設(shè)計的另一方法的過程流程圖。
[0018]圖10是示出其中可有利地采用本發(fā)明的配置的示范性無線通信系統(tǒng)的框圖。
[0019]圖11是說明根據(jù)一個配置的用于半導(dǎo)體組件的電路、布局和邏輯設(shè)計的設(shè)計工作站的框圖。
【具體實施方式】
[0020]下文結(jié)合附圖而陳述的詳細描述內(nèi)容意在作為對各種配置的描述，而無意表示可實踐本文所描述的概念的僅有配置。出于提供對各種概念的透徹理解的目的，所述詳細描述包含具體細節(jié)。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，可在沒有這些特定細節(jié)的情況下實踐這些概念。在一些情況下，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以便避免混淆此類概念。如本文所描述，術(shù)語“及/或”的使用既定表示“包括性或”，且術(shù)語“或”的使用既定表示“排他性或”。
[0021]可使用半導(dǎo)體制造工藝制造變壓器以提供(例如)二維(2D)變壓器及三維(3D)變壓器。然而，2D變壓器遭受垂直干擾。另外，使用穿玻璃通孔(TGV)技術(shù)實施的常規(guī)的3D變壓器可歸因于TGV的間距而消耗大量的面積。在此類3D變壓器中，耦合效率歸因于變壓器中的被TGV間距分離的電感器的布置而較弱。因為TGV間距較大，所以減小了 3D變壓器的總電感器耦合效率。然而，大TGV間距為3D變壓器內(nèi)的電感器及其它組件提供高質(zhì)量(或Q)因子。
[0022]制造具有較低面積、較高耦合效率及較強Q因子的高性能變壓器是挑戰(zhàn)。描述在實現(xiàn)高耦合效率及高Q因子的同時以節(jié)約減小的面積內(nèi)的資源的高效及低成本方式制造的變壓器設(shè)計。
[0023]在一個配置中，在減少的面積內(nèi)以螺線管配置制造三維(3D)嵌套式變壓器設(shè)計，同時提供高耦合效率及強Q因子。可使用穿玻璃通孔(TGV)實施3D嵌套式變壓器。例如，3D嵌套式變壓器設(shè)計中的TGV可含有保形鍍敷層及芯。嵌套式變壓器可在單TGV電感器占地面積內(nèi)實施。3D嵌套式變壓器內(nèi)的多個電感器還與單個TGV有效地耦合。因此，還通過TGV實現(xiàn)多個射頻(RF)路徑。嵌套式變壓器還包含具有高Q因子及高耦合效率的TGV電感器?？墒褂糜糜谥圃?D嵌套式變壓器的相同工藝技術(shù)實施高Q因子TGV電感器。
[0024]在一個方面中，揭示一種3D嵌套式變壓器，其包含襯底，所述襯底具有與一組跡線菊鏈的一組穿襯底通孔。在本發(fā)明的此方面中，一些穿襯底通孔具有第一和第二導(dǎo)電區(qū)。所述組跡線可包含將所述穿襯底通孔的一些第一導(dǎo)電區(qū)耦合在一起的第一組跡線。所述組跡線還可包含及將所述穿襯底通孔的一些第二導(dǎo)電區(qū)耦合在一起的第二組跡線。
[0025]圖1是典型變壓器設(shè)計100的透視圖。典型變壓器設(shè)計100包含第一初級繞組板102、第二初級繞組板106、初級繞組支撐極104、第一次級繞組板108、第二次級繞組板112及次級繞組支撐極110。初級繞組與次級繞組纏結(jié)。初級繞組包含第一初級繞組板102、初級繞組支撐極104及第二初級繞組板106。次級繞組包含第一次級繞組板108、次級繞組支撐極110及第二次級繞組板112。在初級繞組或次級繞組中的選定一者中變化的電流在典型變壓器設(shè)計100的芯中產(chǎn)生變化的磁通量，所述變化的磁通量又產(chǎn)生穿過其它未被選擇的繞組的變化的磁通量。此變化的磁通量隨后在其它未被選擇的繞組中感應(yīng)出變化的電壓。初級繞組及次級繞組還可被視為第一和第二電感器。
[0026]典型變壓器設(shè)計100具有若干性質(zhì)。其Q或品質(zhì)因數(shù)可在大約60到80的范圍內(nèi)。其耦合系數(shù)(k)(表達整個變壓器中的耦合效率的度量)可在大約0.4到0.5的范圍內(nèi)。當與其它變壓器實施方案相比較時，其面積還可表達為度量x(或Ix)中的最大者。
[0027]然而，典型變壓器設(shè)計100具有消耗大量面積的許多板。所述板包含第一初級繞組板102、第二初級繞組板106、第一次級繞組板108及第二次級繞組板112。電感器(例如，繞組)的耦合效率也較低，因為電感器彼此隔開地布置且被穿玻璃通孔(TGV)間距分離。而且，由于TGV間距，電感器的Q因子相對低。
[0028]圖2是另一典型變壓器設(shè)計200的透視圖。典型變壓器設(shè)計200包含與圖1的典型變壓器設(shè)計100相同的組件。各種組件及板經(jīng)布置成使得初級繞組的板與次級繞組的板部分重疊。此方法比圖1的典型變壓器設(shè)計100節(jié)約更多的面積，且可具有略微更高的耦合效率，但仍然不是對3D結(jié)構(gòu)的資源的最智能的使用。
[0029]在典型變壓器設(shè)計200中，Q因子可在大約60到80的范圍內(nèi)，且耦合系數(shù)(k)可在大約0.6到0.8的范圍內(nèi)。其面積還可表達為0.51，其中1(或]^)是表示典型變壓器設(shè)計100的面積的度量。
[0030]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的三維3D嵌套式變壓器設(shè)計300。嵌套式變壓器設(shè)計300包含第一內(nèi)部繞組板302、第二內(nèi)部繞組板312、第一外部繞組板304、第二外部繞組板314及包含內(nèi)芯306及外部殼體308(或外部填充物)的支撐極310。內(nèi)部繞組與外部繞組纏結(jié)。內(nèi)部繞組包含第一內(nèi)部繞組板302、內(nèi)芯306及第二內(nèi)部繞組板312。外部繞組包含第一外部繞組板304、外部殼體308及第二外部繞組板314。
[0031]所述內(nèi)部繞組及外部繞組可以類似于上文在圖1到2中描述的初級繞組及次級繞組的方式一起協(xié)作。即，3D嵌套式變壓器設(shè)計300的內(nèi)部繞組及外部繞組進行組合以執(zhí)行正常變壓器的功能，同時歸因于高度空間有效設(shè)計而節(jié)約盡可能多的面積。另外，因為3D嵌套式變壓器設(shè)計300有效地使用空間，所以不存在穿玻璃通孔(TGV)間距問題且電感器(或外部繞組及內(nèi)部繞組)彼此靠得更近。因此，提高了電感器之間的耦合效率，且還提高嵌套式變壓器設(shè)計300中的兩個電感器的Q或品質(zhì)因數(shù)。
[0032]在一個配置中，3D嵌套式變壓器設(shè)計300包含一組穿襯底通孔(例如，其中形成支撐極310的孔洞，將在下文解釋)。在這種配置中，所述組穿襯底通孔與一組跡線(例如，支撐極310及各種板302、312、304及314)菊鏈在一起。穿襯底通孔還可為同軸通孔。穿襯底通孔可以螺線管配置布置。在一個配置中，三個連接(例如，各種板302、312、304及314與支撐極310之間)可放置在穿襯底通孔內(nèi)。
[0033]在一個配置中，在襯底的相反的第一和第二表面上可存在第一組跡線及第二組跡線，且以蜿蜒方式通過一組穿襯底通孔耦合在一起。第一組跡線在襯底的相反的第一和第二表面上且第二組跡線在第一組導(dǎo)電跡線上。在這種配置中，第一組跡線及穿襯底通孔的第一導(dǎo)電區(qū)(例如，內(nèi)芯306或外部殼體308)被布置成第一3D螺線管電感器。第二組跡線及穿襯底通孔的第二導(dǎo)電區(qū)(例如，內(nèi)芯306或外部殼體308中的另一者)被布置成第二 3D螺線管電感器。第二 3D螺線管電感器與第一 3D螺線管電感器嵌套以操作為嵌套式3D變壓器。
[0034]在這種配置中，3D嵌套式變壓器設(shè)計300的Q因子可在大約60到80或更高的范圍內(nèi)。另外，例如在無源耦合的情況下，3D嵌套式變壓器設(shè)計300的耦合系數(shù)(k)可在大約0.8至IJl.0的范圍內(nèi)。3D嵌套式變壓器設(shè)計300的面積還可表達為0.2x到0.4x，其中x(或Ix)表示典型變壓器設(shè)計100的面積。
[0035]圖4A到4C是根據(jù)本發(fā)明的各方面的3D嵌套式變壓器的頂視圖。在這種配置中，第一電感器400及第二電感器410嵌套在一起以形成3D嵌套式變壓器設(shè)計。
[0036]圖4A展示第一電感器400?？墒褂玫谝煌獠坷@組板304、第二外部繞組板314及外部殼體308實施第一電感器400，如圖3的嵌套式變壓器設(shè)計300中所展示。第一電感器400包含外部殼體308及第一電感器板402?？墒褂玫谝煌獠坷@組板304或第二外部繞組板314實施第一電感器板402，這取決于視圖的方向(例如，頂部或底部)。
[0037]圖4B展示第二電感器410。可使用第一內(nèi)部繞組板302、第二內(nèi)部繞組板312及內(nèi)芯306實施第二電感器410，如圖3的嵌套式變壓器設(shè)計300中所展示。第二電感器410包含內(nèi)芯306及第二電感器板412?？墒褂玫谝粌?nèi)部繞組板302或第二內(nèi)部繞組板312實施第二電感器板412，這取決于視圖的方向(例如，頂部或底部)。
[0038]圖4C展示嵌套式變壓器420，其將第一電感器400及第二電感器410組合為一個變壓器。如圖4C中所展示，第二電感器410的內(nèi)芯306配合在第一電感器400的外部殼體308內(nèi)。此外，第二電感器板412小于第一電感器板402且具有比第一電感器板小的寬度。然而，第一電感器板402及第二電感器板412的大小設(shè)計不限于圖4C中展示的內(nèi)容。例如，第二電感器板412可大于第一電感器板402且具有比第一電感器板大的寬度，但此實施方案在圖4C中未展示。通過將第一電感器400及第二電感器410彼此上下直接布置，在3D嵌套式變壓器420的設(shè)計中有效地使用空間且節(jié)約面積。3D嵌套式變壓器420還包含一組穿襯底通孔(例如，夕卜部殼體308中的孔洞，其可為同軸通孔)。在這種配置中，所述組穿襯底通孔與一組跡線(例如，內(nèi)芯306及板402及412)菊鏈一起。
[0039]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一方面的在3D嵌套式變壓器設(shè)計中使用的支撐極310的透視圖。支撐極310包含外部殼體308(或外部填充物)、內(nèi)芯306及隔離層透視圖，其可為填充有空氣或某一其它類型的材料(例如，層間電介質(zhì)材料)的中空空間。
[0040]在這種配置中，穿玻璃通孔(TGV)(或穿玻璃孔洞)可經(jīng)受保形鍍敷以便形成外部殼體308。因此，還以保形方式形成隔離層透視圖。接著可使用固體材料填充芯區(qū)域以形成內(nèi)芯306。外部殼體308及內(nèi)芯306可由銅(Cu)或具有高導(dǎo)電性的其它導(dǎo)電材料制成，所述其它導(dǎo)電材料例如為銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、媽(W)、鎳(Ni)及其它類似材料。外部殼體308及內(nèi)芯306提供用于嵌套式變壓器的兩個有效射頻(RF)信號路徑。在用于嵌套式變壓器設(shè)計中時，穿襯底通孔可為在其中放置內(nèi)芯306材料的孔洞。替代地，所述孔洞包含隔離層透視圖及在可移除內(nèi)芯306材料的情況下產(chǎn)生的孔洞。
[0041]圖6A到6B說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的嵌套式變壓器設(shè)計的電感器板及支撐極層的透視圖600及側(cè)視圖620。
[0042]在圖6A中，透視圖600展示耦合到內(nèi)芯306的第一內(nèi)部繞組板302及耦合到外部殼體308的第一外部繞組板304。還可看到分尚內(nèi)芯306及外部殼體308的隔尚層透視圖。
[0043]在圖6B中，側(cè)視圖620更清楚地展示第一內(nèi)部繞組板302耦合到內(nèi)芯306且第一外部繞組板304耦合到外部殼體308。還可看到使內(nèi)芯306與外部殼體308分離的隔離層透視圖。
[0044]雖然圖6A到6B中未展示，但第二內(nèi)部繞組板312及第二外部繞組板314可在倒置翻轉(zhuǎn)時與圖6A到6B中展示的類似。即，第二內(nèi)部繞組板312將在最底部(及最外側(cè))處，且第二外部繞組板314將略微高于第二內(nèi)部繞組板312的位置。
[0045]圖6A到6B中還展示具有一組穿襯底通孔(例如，含有隔離層502及內(nèi)芯306的孔洞)的變壓器設(shè)計。穿襯底通孔可與一組跡線(板302、304或耦合到內(nèi)芯306或外部殼體308的區(qū))菊鏈在一起。在一個配置中，第一組跡線及第二組跡線被電介質(zhì)層(例如，隔離層502)分離。
[0046]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一方面的3D嵌套式變壓器設(shè)計的底部板的透視圖700。透視圖700包含板704及分層式環(huán)702。板704可為第一內(nèi)部繞組板302、第二內(nèi)部繞組板312、第一外部繞組板304或第二外部繞組板314。分層式環(huán)702表示可以放置在嵌套式變壓器結(jié)構(gòu)內(nèi)的嵌套式電感器的潛在層。雖然圖6A到6B僅展示與內(nèi)芯306相關(guān)聯(lián)的一個電感器(內(nèi)部繞組)，但可以將內(nèi)芯306進一步劃分成同心更小的內(nèi)芯(或進一步穿襯底通孔)，每一內(nèi)芯具有對應(yīng)的電感器。因此，在空間及資源準許的情況下，若干電感器可放置在嵌套式變壓器設(shè)計內(nèi)。然而，嵌套式變壓器設(shè)計允許在緊湊及空間有效的設(shè)計內(nèi)包含更多的電感器，同時減小面積且提高耦合效率及共同電感器Q因子。
[0047]圖8A到8H是根據(jù)本發(fā)明的一方面的說明制成嵌套式變壓器設(shè)計的方法的側(cè)視圖800到880。
[0048]在圖8A中，側(cè)視圖800展示襯底802。襯底802可由玻璃或其它材料制成，所述其它材料例如為硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碳化硅(SiC)、藍寶石(Al203)、石英、絕緣體上硅(SOI)、藍寶石上硅(SOS)、高電阻率硅(HRS)、氮化鋁(AlN)、塑料襯底、層壓體，或其組合。
[0049]在圖8B中，側(cè)視圖820展示襯底802中形成的孔洞804。所述孔洞可通過鉆孔或蝕刻工藝使用光刻掩模及光致抗蝕劑形成。所述蝕刻工藝可為使用等離子的干式蝕刻工藝或濕式化學(xué)蝕刻工藝。
[0050]在圖8C中，側(cè)視圖830展示沉積在襯底802的多個表面上的經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806。通過沉積一光致抗蝕劑層、將其暴露且隨后通過光刻掩模通過蝕刻掉暴露的部分而對其圖案化，而形成經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806。所得的經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806用作圖8D中進行的保形鍍敷步驟的準則。可通過旋涂、基于液滴的光致抗蝕劑沉積及/或噴涂而沉積第一光致抗蝕劑層。還可暴露第一光致抗蝕劑層且隨后通過化學(xué)蝕刻過程使用例如光致抗蝕劑顯影劑等溶液進行蝕刻，以便洗掉暴露的光致抗蝕劑部分，所述溶液可由例如四甲基銨氫氧化物(TMAH)、氯化鐵(FeCl3)、氯化銅(CuCl2)或堿性氨(NH3)制成。使用等離子的干式蝕刻過程還可用于蝕刻第一光致抗蝕劑層。
[0051 ] 在圖8D中，側(cè)視圖840展示通過保形鍍敷將外部殼體308沉積到孔洞804的側(cè)壁及襯底802的表面的部分上。經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806用作保形鍍敷的準則。還可通過電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)及/或物理氣相沉積(PVD)(例如濺鍍或蒸鍍)沉積外部殼體308。外部殼體308可由銅(Cu)或具有高導(dǎo)電性的其它導(dǎo)電材料制成，所述其它導(dǎo)電材料例如為銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、鎢(W)、鎳(Ni)及其它類似材料。隨后剝離(未圖示)經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806?？赏ㄟ^化學(xué)光致抗蝕劑剝離過程使用光致抗蝕劑剝離液剝離經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806，所述光致抗蝕劑剝離液例如為正性光致抗蝕劑剝離液(PRS-2000)、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)，或丙酮。還可通過干式光致抗蝕劑剝離過程使用例如氧氣等等離子剝離光致抗蝕劑層，其被稱為灰化。
[0052]在圖8E中，側(cè)視圖850展示隔離層材料808的層沉積在外部殼體308的鍍敷區(qū)上，還在所述過程中填滿孔洞804。隔離層材料808可為通過旋涂過程、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、濺鍍及/或蒸鍍沉積的層間電介質(zhì)材料。如果隔離層材料808是層間電介質(zhì)材料，那么其可由PVD或CVD氧化物(例如二氧化硅(S12))制成。為了減小高Q電感器的寄生電容，具有低k或低介電常數(shù)值的材料對于隔離層材料808的層間電介質(zhì)材料是優(yōu)選的，所述層間電介質(zhì)材料例如為摻雜的二氧化硅(S12)，或其氟摻雜、炭摻雜、多孔及多孔炭摻雜形式以及旋涂的有機聚合物電介質(zhì)，例如聚酰亞胺(PD、聚降冰片烯、苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚四氟乙烯(PTFE)及旋涂的基于硅酮的聚合物電介質(zhì)。在一個配置中，隔離層材料808可為稍后變?yōu)榭諝饣虮灰瞥允箍諝庠谶m當位置的物質(zhì)。在另一配置中，隔離層材料808可為緊密類似空氣的材料或另一中空材料。
[0053]在圖8F中，側(cè)視圖860展示還在其內(nèi)形成圖案812的經(jīng)圖案化的隔離層502。在通過光刻掩模暴露隔離層材料808且隨后對其進行蝕刻時形成隔離層502。還形成芯孔洞810。芯孔洞810可在定位內(nèi)芯306的地方。圖案812還可在可沉積構(gòu)成內(nèi)芯306的材料的部分的地方。隔離層502還充當外部殼體308與內(nèi)芯306之間的屏障。
[0054]在圖8G中，側(cè)視圖870展示沉積在經(jīng)圖案化的隔離層502上的經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑層814。在第二光致抗蝕劑層沉積在經(jīng)圖案化的隔離層502上、隨后通過光刻掩模暴露且隨后在蝕刻掉暴露的部分時進行圖案化時形成經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑層814。經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑層814用作沉積或鍍敷內(nèi)芯306的準則，其發(fā)生在圖8H中。
[0055]在圖8H中，側(cè)視圖880展示將經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑層814用作準則而在經(jīng)圖案化的隔離層502上方沉積的內(nèi)芯306的層。芯孔洞810也被內(nèi)芯材料填滿。因此，結(jié)果是內(nèi)芯306是變壓器的芯，接著是使內(nèi)芯306與外部殼體308分離的隔離層502，且隨后最終是在變壓器的外部上形成的外部殼體308。
[0056]在制造通孔之后，可以沉積跡線以連接內(nèi)部通孔及外部通孔。電介質(zhì)材料可以在沉積用于其它跡線(例如，用于內(nèi)部通孔)的導(dǎo)電材料之前沉積在第一跡線(例如用于外部通孔)上。
[0057]稍后的處理包含剝離經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑層814并且還可能移除襯底802。也可保持襯底802以保留嵌套式變壓器的結(jié)構(gòu)。其它的步驟還可能包含進一步圖案化內(nèi)芯306。例如，可進一步圖案化接觸隔離層502的頂表面的內(nèi)芯306材料的層。而且，可在內(nèi)芯306內(nèi)添加“額外內(nèi)芯”以便將更多的電感器添加到嵌套式變壓器結(jié)構(gòu)。可通過在內(nèi)芯材料內(nèi)形成另一芯孔洞而產(chǎn)生每一額外的內(nèi)芯，沉積及圖案化另一隔離層并且沉積及圖案化進一步的內(nèi)芯材料以放置在所述新圖案化的芯孔洞中以最終形成另一電感器。
[0058]圖9A是說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的制造3D嵌套式變壓器設(shè)計的方法900的過程流程圖。還參考以上圖8A到8H的側(cè)視圖800到880中的組件的各種參考標號。在框902中，空腔(例如，孔洞804)形成于襯底(例如，襯底802)中。在框904中，第一光致抗蝕劑層(例如，經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑層806)沉積在襯底上且隨后經(jīng)圖案化。在框906中，使用第一光致抗蝕劑層作為導(dǎo)引件使用第一導(dǎo)電層(例如，外部殼體308)鍍敷襯底及空腔的側(cè)壁。隨后剝離第一光致抗蝕劑層。在框908中，隔離層(例如，隔離層材料808)沉積在空腔中的鍍敷的第一導(dǎo)電層(例如，外部殼體308)上。在框910中，蝕刻沉積的隔離層以形成芯空腔(例如，芯孔洞810)。在框912中，第二光致抗蝕劑層(例如，經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑層814)沉積在經(jīng)蝕刻的隔離層(例如，隔離層502)上且隨后經(jīng)圖案化。在框914中，使用第二光致抗蝕劑層作為導(dǎo)引件使用第二導(dǎo)電層(例如，內(nèi)芯306)鍍敷芯空腔及經(jīng)蝕刻的隔離層。隨后剝離第二光致抗蝕劑層。在框916中，沉積跡線(例如，板302、312、304及314)。在一個配置中，在上部跡線與下部跡線之間提供電介質(zhì)材料。雖然以特定序列展示框，但本發(fā)明不如此受限制。
[0059]圖9B是說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的制造3D嵌套式變壓器設(shè)計的方法920的過程流程圖。參考以上圖8A到8H的側(cè)視圖800到880中的組件的各種參考標號。在框922中，一組穿襯底通孔(例如，孔洞804)形成于襯底(例如，襯底802)中。在框924中，穿襯底通孔與一組跡線菊鏈在一起。所述組穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū)(例如，第一導(dǎo)電區(qū)是內(nèi)芯306且第二導(dǎo)電區(qū)是外部殼體308)。在框926及928中，穿襯底通孔與所述組跡線菊鏈在一起。在框926中，第一組跡線(例如，第一內(nèi)部繞組板302及第二內(nèi)部繞組板312)耦合到所述組穿襯底通孔的第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些。在框928中，第二組跡線(例如，第一外部繞組板304及第二外部繞組板314)耦合到所述組穿襯底通孔的第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些。所述第一和第二導(dǎo)電區(qū)及所述第一和第二跡線還可交換放置。雖然以特定序列展示框，但本發(fā)明不如此受限制。
[0060]在一個方面中，揭示一種3D嵌套式變壓器，其包含襯底，所述襯底具有與一組跡線(例如，支撐極310及各種板302、312、304及314)菊鏈在一起的一組穿襯底通孔(例如，芯孔洞810、孔洞804)。所述穿襯底通孔中的至少一些具有第一用于傳導(dǎo)的裝置及第二用于傳導(dǎo)的裝置。所述組跡線包含將穿襯底通孔的第一傳導(dǎo)裝置中的至少一些耦合在一起的第一組跡線。所述組跡線還包含將穿襯底通孔的第二傳導(dǎo)裝置中的至少一些耦合在一起的第二組跡線。在一個配置中，所述第一傳導(dǎo)裝置是內(nèi)芯306且所述第二傳導(dǎo)裝置是外部殼體308，或反之亦然。在另一配置中，所述第一用于傳導(dǎo)的裝置是第一內(nèi)部繞組板302且所述第二內(nèi)部繞組板312耦合到及/或包含內(nèi)芯306。在這種配置中，所述第二傳導(dǎo)裝置是第一外部繞組板304且所述第二外部繞組板314耦合到及/或包含外部殼體308。在另一方面中，前述裝置可為經(jīng)配置以執(zhí)行由前述裝置敘述的功能的任何裝置。
[0061]在一個配置中，襯底是玻璃。玻璃可具有以下優(yōu)點:具有低損耗性質(zhì)或具有低損耗切線，其意味著在RF頻率下發(fā)生的電磁能的較小的損耗及/或耗散。玻璃還可具有低介電常數(shù)，其意味著較小的寄生電容。玻璃還可為廉價材料，與印刷電路板(PCB)相比具有低制造成本，且還可在制造材料方面容易得到。
[0062]圖10是展示其中可有利地采用本發(fā)明的一方面的示范性無線通信系統(tǒng)1000的框圖。出于說明的目的，圖10展示三個遠程單元1020、1030及1050及兩個基站1040。將認識到，無線通信系統(tǒng)可具有多得多的遠程單元及基站。遠程單元1020、1030及1050包含IC裝置1025A、1025C及1025B，其包含所揭示的嵌套式變壓器裝置。將認識到，其它裝置還可包含所揭示的嵌套式變壓器裝置，例如基站、交換裝置及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。圖10展示從兩個基站1040到遠程單元1020、1030及1050的前向鏈路信號1080及從遠程單元1020、1030及1050到兩個基站1040的反向鏈路信號1090。
[0063]在圖10中，遠程單元1020展示為移動電話，遠程單元1030展示為便攜式計算機，且遠程單元1050展示為無線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠程單元。例如，遠程單元可為移動電話、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、例如個人數(shù)據(jù)助理等便攜式數(shù)據(jù)單元、具GPS功能的裝置、導(dǎo)航裝置、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、例如儀表讀取設(shè)備等固定位置數(shù)據(jù)單元，或存儲或檢索數(shù)據(jù)或計算機指令的其它裝置，或其組合。雖然圖10說明根據(jù)本發(fā)明的方面的遠程單元，但本發(fā)明不限于這些示范性所說明的單元。本發(fā)明的方面可合適地在許多裝置中采用，所述裝置包含所揭示的嵌套式變壓器裝置。
[0064]圖11是說明用于半導(dǎo)體組件(例如，上文揭示的嵌套式變壓器裝置)的電路、布局及邏輯設(shè)計的設(shè)計工作站的框圖。設(shè)計工作站1100包含含有操作系統(tǒng)軟件、支持文件及設(shè)計軟件(例如Cadence或OrCAD)的硬盤1101。設(shè)計工作站1100還包含顯示器1102以促進電路1110或半導(dǎo)體組件1112(例如，嵌套式變壓器裝置)的設(shè)計。提供存儲媒體1104以用于有形地存儲電路設(shè)計1110或半導(dǎo)體組件1112。電路設(shè)計1110或半導(dǎo)體組件1112可以例如GDSII或GERBER等文件格式存儲在存儲媒體1104上。存儲媒體1104可為CD-R0M、DVD、硬盤、快閃存儲器或其它適當?shù)难b置。此外，設(shè)計工作站1100包含用于從存儲媒體1104接受輸入或?qū)⑤敵鰧懭氲剿龃鎯γ襟w的驅(qū)動設(shè)備1103。
[0065]記錄在存儲媒體1104上的數(shù)據(jù)可指定邏輯電路配置、用于光刻掩模的模式數(shù)據(jù)，或用于串行寫入工具(例如電子束光刻)的掩模圖案數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可進一步包含邏輯驗證數(shù)據(jù)，例如與邏輯仿真相關(guān)聯(lián)的時序圖或網(wǎng)狀電路。在存儲媒體1104上提供數(shù)據(jù)會通過減小用于設(shè)計半導(dǎo)體晶片的過程的數(shù)目而促進電路設(shè)計1110或半導(dǎo)體組件1112的設(shè)計。
[0066]對于固件及/或軟件實施方案，所述方法可用執(zhí)行本文中所描述的功能的模塊(例如，程序、功能等等)來實施。在實施本文中所描述的方法時，可使用有形地體現(xiàn)指令的機器可讀媒體。舉例來說，軟件代碼可存儲在存儲器中，并且由處理器單元來執(zhí)行。存儲器可實施在處理器單元內(nèi)或處理器單元外部。如本文中所使用，術(shù)語“存儲器”是指多種類型的長期、短期、易失性、非易失性或其它存儲器，且不應(yīng)限于特定類型的存儲器或特定數(shù)目個存儲器或存儲存儲器的媒體的類型。
[0067]如果以固件和/或軟件實施，那么可將所述功能作為一或多個指令或代碼存儲在計算機可讀媒體上。實例包含用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的計算機可讀媒體及用計算機程序編碼的計算機可讀媒體。計算機可讀媒體包含物理計算機存儲媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的可用媒體。借助于實例而非限制，此類計算機可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置，磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或任何其它可用于存儲呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的所要程序代碼并且可由計算機存取的媒體;如本文中所使用，磁盤和光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)，軟性磁盤和藍光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述各者的組合也應(yīng)包含在計算機可讀媒體的范圍內(nèi)。
[0068]除了存儲在計算機可讀媒體上之外，還可將指令和/或數(shù)據(jù)提供為通信設(shè)備中包含的發(fā)射媒體上的信號。例如，通信設(shè)備可以包含具有指示指令和數(shù)據(jù)的信號的收發(fā)器。所述指令和數(shù)據(jù)經(jīng)配置以使一或多個處理器實施權(quán)利要求書中所概述的功能。
[0069]盡管已詳細地描述本發(fā)明及其優(yōu)點，但應(yīng)理解，在不脫離如由所附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的技術(shù)的情況下，可在本文中進行各種改變、替代及變更。舉例來說，相對于襯底或電子裝置使用例如“上方”和“下方”等關(guān)系術(shù)語。當然，如果所述襯底或電子裝置顛倒，則上方變成下方，且反之亦然。另外，如果側(cè)向定向，則上方和下方可指代襯底或電子裝置的側(cè)面。此外，本申請案的范圍并不希望限于在說明書中描述的過程、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟的特定配置。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于從本發(fā)明了解，可根據(jù)本發(fā)明利用執(zhí)行與本文中所描述的對應(yīng)配置大體上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)與所述對應(yīng)配置大體上相同的結(jié)果的當前現(xiàn)有或稍后待開發(fā)的過程、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求書既定在其范圍內(nèi)包含所述過程、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。
【主權(quán)項】
1.一種三維3D嵌套式變壓器，其包括: 襯底，其具有與多個跡線菊鏈在一起的多個穿襯底通孔，所述多個穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū)；及 所述多個跡線包含將所述多個穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些耦合在一起的第一組跡線，及將所述多個穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些耦合在一起的第二組跡線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中所述多個穿襯底通孔是同軸通孔且所述第一導(dǎo)電區(qū)包括所述多個穿襯底通孔的內(nèi)芯，且所述第二導(dǎo)電區(qū)包括所述多個穿襯底通孔的外部殼體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中所述襯底包括玻璃、藍寶石、石英或高阻硅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中所述多個穿襯底通孔以螺線管方式布置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中三個連接定位在所述多個穿襯底通孔中的至少一者內(nèi)部。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線及所述第二組跡線在所述襯底的相反的第一和第二表面上且以蜿蜒的方式通過所述多個穿襯底通孔耦合在一起。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線在所述襯底的相反的第一和第二表面上，且所述第二組跡線在所述第一組跡線上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線及所述第二組跡線被電介質(zhì)層分離。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線及所述多個穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)布置為第一 3D螺線管電感器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第二組跡線及所述穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)布置為與所述第一 3D螺線管電感器嵌套的第二 3D螺線管電感器以操作為所述3D嵌套式變壓器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D嵌套式變壓器，其集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元及/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。12.一種三維3D嵌套式變壓器，其包括: 襯底，其具有與多個跡線菊鏈在一起的多個穿襯底通孔，所述穿襯底通孔中的至少一些具有第一用于傳導(dǎo)的裝置及第二用于傳導(dǎo)的裝置;及 所述多個跡線包含將所述多個穿襯底通孔的所述第一傳導(dǎo)裝置中的至少一些耦合在一起的第一組跡線，及將所述多個穿襯底通孔的所述第二傳導(dǎo)裝置中的至少一些耦合在一起的第二組跡線。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中所述多個穿襯底通孔是同軸通孔且所述第一用于傳導(dǎo)的裝置包括所述多個穿襯底通孔的內(nèi)芯，且所述第二用于傳導(dǎo)的裝置包括所述多個穿襯底通孔的外部殼體。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中所述襯底包括玻璃、藍寶石、石英或尚阻娃。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中所述多個穿襯底通孔以螺線管方式布置。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中三個連接定位在所述多個穿襯底通孔中的至少一者內(nèi)部。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線及所述第二組跡線在所述襯底的相反的第一和第二表面上且以蜿蜒的方式通過所述多個穿襯底通孔耦合在一起。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線在所述襯底的相反的第一和第二表面上，且所述第二組跡線在所述第一組跡線上。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線及所述第二組跡線被電介質(zhì)層分離。20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第一組跡線及所述多個穿襯底通孔的所述第一用于傳導(dǎo)的裝置布置為第一 3D螺線管電感器。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的3D嵌套式變壓器，其中所述第二組跡線及所述穿襯底通孔的所述第二用于傳導(dǎo)的裝置布置為與所述第一 3D螺線管電感器嵌套的第二 3D螺線管電感器以操作為所述3D嵌套式變壓器。22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的3D嵌套式變壓器，其集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元及/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。23.一種制造3D嵌套式變壓器的方法，其包括: 在襯底中形成多個穿襯底通孔;及 通過以下操作將所述穿襯底通孔與多個跡線菊鏈在一起，所述多個穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū): 將第一組跡線耦合到所述多個穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些，及 將第二組跡線耦合到所述多個穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其進一步包括將所述3D嵌套式變壓器集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元及/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。25.一種制造3D嵌套式變壓器的方法，其包括: 在襯底中形成多個穿襯底通孔的步驟;及 通過以下步驟將所述穿襯底通孔與多個跡線菊鏈在一起的步驟，所述多個穿襯底通孔中的至少一些具有第一和第二導(dǎo)電區(qū): 將第一組跡線耦合到所述多個穿襯底通孔的所述第一導(dǎo)電區(qū)中的至少一些的步驟，及 將第二組跡線耦合到所述多個穿襯底通孔的所述第二導(dǎo)電區(qū)中的至少一些的步驟。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進一步包括以下步驟:將所述3D嵌套式變壓器集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元及/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。
【文檔編號】H01F27/28GK105940472SQ201480072969
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月17日
【發(fā)明人】達?？恕さつ釥枴せ? 金鄭海, 左誠杰, 馬里奧·弗朗西斯科·韋萊茲, 章漢·霍比·云
【申請人】高通股份有限公司