一種電感屏蔽環(huán)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種電感屏蔽環(huán)包括：平面螺旋電感及屏蔽環(huán)；所述平面螺旋電感位于所述屏蔽環(huán)中心位置，所述屏蔽環(huán)為不連續(xù)的金屬塊組成的環(huán)狀，所述金屬塊通過(guò)通孔與擴(kuò)散區(qū)連接。本發(fā)明提供了一種電感屏蔽環(huán)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中平面螺旋電感屏蔽環(huán)版圖占用面積大，電感品質(zhì)因數(shù)低的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種電感屏蔽環(huán)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種屏蔽環(huán)，特別是設(shè)及一種平面螺旋電感屏蔽環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電感在射頻技術(shù)中可W實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，阻抗匹配，濾波等功能，因此在射頻電路中具有 廣泛應(yīng)用。隨著射頻集成電路的快速發(fā)展，對(duì)集成電路的高性能、低功耗、集成度的要求也 越來(lái)越高。在射頻集成電路設(shè)計(jì)中，為了避免平面螺旋電感與其他器件相互影響，同時(shí)為了 避免電路工作頻率漂移，需要設(shè)計(jì)屏蔽環(huán)進(jìn)行屏蔽。但采用現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)設(shè)計(jì)方法， 會(huì)造成版圖面積變大，同時(shí)降低電感品質(zhì)因數(shù)，不利于電路性能發(fā)揮等問(wèn)題。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，若想降低對(duì)電感的影響，需要將屏蔽環(huán)與電感距離變大，使得版圖面 積很大，如圖1所示，平面螺旋電感1的外徑一般為200~300mm。在射頻電路中，電感往往占 用版圖的絕大部分面積，當(dāng)添加一個(gè)較大的屏蔽環(huán)時(shí)，會(huì)極大的增加版圖的面積，造成集成 電路制造成本的增加。一般來(lái)說(shuō)，射頻電路仿真中的電感模型并不包含屏蔽環(huán)，需要設(shè)計(jì)者 后期根據(jù)設(shè)計(jì)需求添加，為保證屏蔽環(huán)不對(duì)電感產(chǎn)生影響，并保證電感模型仿真準(zhǔn)確，屏蔽 環(huán)需要距離電感較遠(yuǎn)，如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)2到電感外圈金屬的距離dl需要大 于SOmm。
[0004] 而且，如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)2為連續(xù)的金屬環(huán)，運(yùn)樣的屏蔽結(jié)構(gòu)使得電 感器在工作過(guò)程中產(chǎn)生較大的滿(mǎn)流。滿(mǎn)流越大電感器的損耗則越大，電感器的電感隨之減 小，同時(shí)，電感器的品質(zhì)因素(Q)也越小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種電感屏蔽環(huán)，用于解 決現(xiàn)有技術(shù)中平面螺旋電感屏蔽環(huán)版圖占用面積大，電感品質(zhì)因數(shù)低的問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種包括:平面螺旋電感及屏蔽環(huán)； 平面螺旋電感位于所述屏蔽環(huán)中屯、位置，所述屏蔽環(huán)為不連續(xù)的金屬塊組成的環(huán)狀，所述 金屬塊通過(guò)通孔與擴(kuò)散區(qū)連接。
[0007] 優(yōu)選地，金屬塊通過(guò)通孔與擴(kuò)散區(qū)連接并接地。
[000引優(yōu)選地，屏蔽環(huán)內(nèi)圈到平面螺旋電感外圈的距離為20mm~50mm。
[0009] 優(yōu)選地，金屬塊之間的間距為金屬塊長(zhǎng)度的0.5~2倍。
[0010] 優(yōu)選地，屏蔽環(huán)采用單層金屬層結(jié)構(gòu)或者多層金屬層并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0011] 優(yōu)選地，金屬塊采用侶材料，銅材料中的一種或多種。
[0012] 優(yōu)選地，平面螺旋電感采用單端電感，查分電感，帶有中屯、抽頭的電感或者并聯(lián)電 感。
[0013] 優(yōu)選地，電感的形狀為正多邊形或者類(lèi)圓形。
[0014] 優(yōu)選地，屏蔽環(huán)形狀與所述平面螺旋電感或電感外圈形狀相同。
[001引優(yōu)選地，電感屏蔽環(huán)應(yīng)用于SOI CMOS工藝，體娃CMOS工藝，BiCMOS工藝，神化嫁工 藝或者氮化嫁工藝。
[0016] 如上所述，本發(fā)明的電感屏蔽環(huán)，具有W下有益效果：
[0017] (1)本發(fā)明采用不連續(xù)的金屬塊構(gòu)成的金屬環(huán)，有效減小了射頻電路的版圖面積， 并在避免射頻電路中元件相互影響的同時(shí)，對(duì)電感性能的影響很小。
[0018] (2)有利于提高射頻集成電路穩(wěn)定性，避免電路中元器件之間的電磁干擾，如電感 和電感之間，電感和晶體管之間。
[0019] (3)對(duì)平面螺旋電感的Q值影響很小。
[0020] (4)適用于對(duì)Q值敏感的電路W及對(duì)自諧振頻率點(diǎn)敏感的電路。
[0021] (5)解決了現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電感器產(chǎn)生的滿(mǎn)流較大的問(wèn)題，達(dá)到了 減少滿(mǎn)流效應(yīng)的效果，提高了電感的品質(zhì)因素。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1顯示為本發(fā)明(現(xiàn)有技術(shù)中）的平面螺旋電感示意圖。
[0023] 圖2顯示為本發(fā)明(現(xiàn)有技術(shù)中）的平面螺旋電感和屏蔽環(huán)示意圖。
[0024] 圖3顯示為本發(fā)明的平面螺旋電感和屏蔽環(huán)示意圖。
[0025] 圖4顯示為本發(fā)明的電感值仿真對(duì)比圖。
[0026] 圖5顯示為本發(fā)明的電感Q值仿真對(duì)比圖。
[0027] 元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0028] 1 平面螺旋電感
[0029] 2 現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)
[0030] 3 本發(fā)明的屏蔽環(huán)
【具體實(shí)施方式】
[0031] W下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人±可由本說(shuō)明 書(shū)所掲露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0032] 請(qǐng)參閱圖1至圖3須知，本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用W 配合說(shuō)明書(shū)所掲示的內(nèi)容，W供熟悉此技術(shù)的人±了解與閱讀，并非用W限定本發(fā)明可實(shí) 施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào) 整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所掲示的技 術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、"中間"及 "一"等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用W限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的 改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[00削實(shí)施例一
[0034] 如圖3所示，本發(fā)明提供一種電感屏蔽環(huán)包括:平面螺旋電感1及屏蔽環(huán)3。
[0035] 本實(shí)施例中平面螺旋電感1位于屏蔽環(huán)3中屯、位置，屏蔽環(huán)3金屬內(nèi)圈到平面螺旋 電感1金屬外圈的距離d2為20mm~50mm?，F(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)3需要距離電感的安全距離較 大(di〉80mm)才可W避免降低電感的性能，并保證電感模型精度不受影響。而本發(fā)明將安全 距離減小到20mm~50mm時(shí)，電感仍然具有較好的性能，而且電感模型不受影響。本實(shí)施例中 屏蔽環(huán)3金屬內(nèi)圈到平面螺旋電感1金屬外圈的距離Cb是等距離的。當(dāng)然，其他實(shí)施例中，屏 蔽環(huán)3也可W根絕實(shí)際情況選擇Cb的值，例如，屏蔽環(huán)3金屬內(nèi)圈到平面螺旋電感I金屬外圈 的距離可W是不等距離的。
[0036] 本實(shí)施例中屏蔽環(huán)3為不連續(xù)的金屬塊組成的環(huán)狀。具體的，金屬塊為立體多邊 形，可W采用侶材料，銅材料中的一種或多種。為了保證對(duì)電磁具有有效的屏蔽作用，屏蔽 環(huán)3的金屬塊之間的距離不能太遠(yuǎn)。一般來(lái)說(shuō)，如圖3所示，金屬塊的尺寸是一致的（不包括 拐角的地方），而且是等距離排列的。具體的，當(dāng)金屬塊的長(zhǎng)度為a時(shí)（不包括拐角的地方）， 金屬塊之間的距離在0.5a~2a之間，也就是說(shuō)，金屬塊之間的間距為金屬塊長(zhǎng)度的0.5~2 倍。如果金屬塊的尺寸不一致，W最小尺寸的金屬塊為準(zhǔn)。當(dāng)然，其他實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際使 用情況，金屬塊也可W隨機(jī)排列，寬度、長(zhǎng)度和高度也都可W不相等，形狀也可W任意變化。
[0037] 本實(shí)施例中屏蔽環(huán)3中的金屬塊通過(guò)通孔(Via)與金屬塊下方的擴(kuò)散區(qū)連接并接 到零電勢(shì)位（即接地）。忍片制造工藝有多層金屬，不同層金屬間的連接主要采用通孔連接。 本發(fā)明屏蔽環(huán)3也通過(guò)通孔連接到下面的擴(kuò)散區(qū)（重滲雜區(qū)域，一般是N-well區(qū)），并通過(guò)擴(kuò) 散區(qū)接地。金屬與地連接，電勢(shì)才可W固定到0電勢(shì)位，屏蔽環(huán)3才能提供電磁屏蔽的效果。
[0038] 進(jìn)一步，本實(shí)施例中的屏蔽環(huán)3可W采用單層金屬層結(jié)構(gòu)或者多層金屬層并聯(lián)結(jié) 構(gòu)。在忍片制造允許需用的金屬層內(nèi)，可W采用多層金屬層并聯(lián)結(jié)構(gòu)，W起到更好的保護(hù)效 果。例如，本實(shí)施例中，可W采用=層如圖3所示的金屬層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，平面螺旋電感1位于 =層金屬層結(jié)構(gòu)的中屯、位置，W達(dá)到更好的屏蔽效果。每層金屬層之間的距離根據(jù)實(shí)際使 用情況調(diào)整，優(yōu)選等距離排列。
[0039] 本實(shí)施例中的平面螺旋電感1可W根據(jù)實(shí)際需要采用單端電感，查分電感，帶有中 屯、抽頭的電感或者并聯(lián)電感。進(jìn)一步，平面螺旋電感1的形狀也可W為正多邊形或者類(lèi)圓 形。正多變形可W是正四邊形，也可W是正六邊形，還可W是如圖3所示的正八邊形，W上僅 是對(duì)本發(fā)明做出的示例，并不對(duì)本發(fā)明有不當(dāng)限定。
[0040] 優(yōu)選地，本實(shí)施例中的屏蔽環(huán)3形狀與平面螺旋電感1外圈輪廓的形狀相同。所W， 屏蔽環(huán)3可W根據(jù)電感的形狀采用不連續(xù)的正多邊形屏蔽環(huán)3,不連續(xù)的圓形屏蔽環(huán)3等。當(dāng) 然，其他實(shí)施例中，屏蔽環(huán)3也可W根絕實(shí)際情況選用與平面螺旋電感1的形狀不一樣的形 狀。
[0041] 另外，本發(fā)明電感屏蔽環(huán)3可W在多種需要進(jìn)行電感電磁屏蔽的集成電路工藝中 使用，例如，本實(shí)施例中的電感屏蔽環(huán)3可W應(yīng)用于SOI CMOS工藝，體娃CMOS工藝，BiCMOS工 藝，神化嫁工藝或氮化嫁工藝。
[0042] 實(shí)施例二
[0043] 本實(shí)施例中，利用電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS對(duì)圖1~3中的S種結(jié)構(gòu)的電感值和電感Q 值進(jìn)行仿真。其中，INDl為圖1中的無(wú)屏蔽環(huán)設(shè)計(jì)的電感，IND2為圖2中的有現(xiàn)有技術(shù)屏蔽環(huán) 2設(shè)計(jì)的電感，IND3為圖3中的有本發(fā)明屏蔽環(huán)3設(shè)計(jì)的電感。如圖2和圖3所示，屏蔽環(huán)金屬 內(nèi)圈到平面螺旋電感金屬外圈的距離山和Cb均為50mm。
[0044] 圖4為電感值化)仿真結(jié)果對(duì)比。本實(shí)施通過(guò)對(duì)=種電感仿真結(jié)果提取的電感值進(jìn) 行對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，在4GHzW下時(shí)(頻段范圍2G化~4G化為通信頻段常用頻率，該頻段的電感性 能才最具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值），=種電感的電感值幾乎沒(méi)有差異。所W，本實(shí)施進(jìn)一步對(duì)電 感的自諧振頻率(FSR)進(jìn)行分析，如下表所示。
[0045]
LUU46J 本買(mǎi)施例巧一巧刈目巧派附化的巧感但a;分機(jī)巧現(xiàn)，二巧巧感仕脊目的目巧派 頻率5.4和6左右時(shí)，=種電感值化）的差異很大。從圖4中可知，在自諧振頻率5.4和6左右 時(shí)，IND3與INDl的曲線(xiàn)變化基本一致，IND2與INDl的曲線(xiàn)變化有較大差異，所W本發(fā)明設(shè)計(jì) 的屏蔽環(huán)3(IND3)對(duì)電感值化)影響很小。
[0047] 圖5為電感Q值仿真對(duì)比。本實(shí)施通過(guò)對(duì)=種電感仿真結(jié)果提取的Q值進(jìn)行對(duì)比，可 知，在4G化W下，S種電感的Q值產(chǎn)生差異。具體的，在4G化W下，IND3與IND1的曲線(xiàn)變化基 本一致，IND2與INDl的曲線(xiàn)變化有較大差異，所W本發(fā)明設(shè)計(jì)的屏蔽環(huán)3(IND3)對(duì)電感Q值 影響很小。
[0048] 下表為現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)2與本發(fā)明的屏蔽環(huán)3相對(duì)于無(wú)屏蔽環(huán)設(shè)計(jì)時(shí)的Q值差 異，可見(jiàn)本發(fā)明設(shè)計(jì)的屏蔽環(huán)3相對(duì)于無(wú)屏蔽環(huán)設(shè)計(jì)時(shí)Q值差異很小。
[0049]
[0050] 綜上可知，當(dāng)屏蔽環(huán)金屬內(nèi)圈到平面螺旋電感金屬外圈的距離di和Cb均為50mm時(shí)， 采用現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)2對(duì)電感影響很大，明顯降低電感性能。而本發(fā)明采用不連續(xù)的金 屬塊組成的屏蔽環(huán)3，對(duì)電感的自諧振頻率，電感值和Q值影響都很小，電感性能接近不包含 金屬屏蔽環(huán)的電感性能。
[0051] 綜上所述，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0052] (1)本發(fā)明采用不連續(xù)的金屬塊構(gòu)成的金屬環(huán)，有效減小了射頻電路的版圖面積， 并在避免射頻電路中元件相互影響的同時(shí)，對(duì)電感性能的影響很小。
[0053] (2)有利于提高射頻集成電路穩(wěn)定性，避免電路中元器件之間的電磁干擾，如電感 和電感之間，電感和晶體管之間。
[0054] (3)對(duì)平面螺旋電感的Q值影響很小。
[0055] (4)適用于對(duì)Q值敏感的電路W及對(duì)自諧振頻率點(diǎn)敏感的電路。
[0056] (5)解決了現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電感器產(chǎn)生的滿(mǎn)流較大的問(wèn)題，達(dá)到了 減少滿(mǎn)流效應(yīng)的效果，提高了電感的品質(zhì)因素。
[0057] 所W，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[005引上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術(shù)的人±皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所掲示的精神與技術(shù)思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電感屏蔽環(huán)，其特征在于，所述電感屏蔽環(huán)包括:平面螺旋電感及屏蔽環(huán)； 所述平面螺旋電感位于所述屏蔽環(huán)中心位置，所述屏蔽環(huán)為不連續(xù)的金屬塊組成的環(huán) 狀，所述金屬塊通過(guò)通孔與擴(kuò)散區(qū)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述金屬塊通過(guò)通孔與擴(kuò)散區(qū)連接 并接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述屏蔽環(huán)內(nèi)圈到所述平面螺旋電 感外圈的距離為20mm~50mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述金屬塊之間的間距為金屬塊長(zhǎng) 度的0.5~2倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述屏蔽環(huán)采用單層金屬層結(jié)構(gòu)或 者多層金屬層并聯(lián)結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述金屬塊采用鋁材料以及銅材料 中的一種或多種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述平面螺旋電感采用單端電感， 查分電感，帶有中心抽頭的電感或者并聯(lián)電感。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述電感的形狀為正多邊形或者類(lèi) 圓形。9. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述屏蔽環(huán)形狀與所述平面螺 旋電感或電感外圈形狀相同。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感屏蔽環(huán)，其特征在于:所述電感屏蔽環(huán)應(yīng)用于SOI CMOS 工藝，體硅CMOS工藝，BiCMOS工藝，砷化鎵工藝或者氮化鎵工藝。
【文檔編號(hào)】H01F27/36GK105845398SQ201610168527
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月23日
【發(fā)明人】陳靜, 呂凱, 羅杰馨, 柴展, 何偉偉, 黃建強(qiáng), 林澤, 王曦
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所