CN105023739B - 集成变压器 - Google Patents

Abstract

一种集成变压器包括一第一电感以及一第二电感，其中所述第一电感包含至少一第一圈以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中所述第一金属层与所述第二金属层是两个相邻的金属层，且所述第一电感的所述第二圈系位于所述第一圈以内；所述第二电感包含至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈实质上重叠；其中所述第一电感的所述第二圈包括使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联绕线结构的一区段。

Description

集成变压器

技术领域

本发明系有关于变压器，尤指一种集成变压器。

背景技术

变压器(transformer)以及平衡/非平衡式变压器(balun)是射频集成电路中用来实现单端至差动讯号转换、讯号耦合、阻抗匹配等功能的重要组件，随着集成电路向***级芯片(System on Chip，SoC)发展，集成变压器(integrated transformer/balun)已逐渐取代传统的分离式组件，而被广泛地使用在射频集成电路中。然而，集成电路中的被动组件，例如电感及变压器，往往会消耗大量的芯片面积，因此，如何将集成电路中被动组件的数量简化以及将被动组件的面积最小化，并同时优化组件特性，例如质量因子(qualityfactor，Q)及耦合系数(coupling coefficient，K)等等，是一个重要的课题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种集成变压器，其具有高的质量因子及耦合系数，且可以使用较少的金属层来实现，以降低芯片的制造成本并优化其组件特性。

依据本发明一实施例，一种集成变压器包含有一第一电感以及一第二电感，其中所述第一电感包含至少一第一圈以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中所述第 一金属层与所述第二金属层是两个相邻的金属层，且所述第一电感的所述第二圈系位于所述第一圈之内；所述第二电感包含至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈实质上重叠；其中所述第一电感的所述第二圈包含使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联绕线结构的一区段。

附图说明

图1A是根据本发明第一实施例的集成变压器的两个金属层的图。

图1B是第1A图所示的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图。

图1C是根据本发明第一实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。

图2A是根据本发明第二实施例的集成变压器的两个金属层的图。

图2B是图2A所示的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图。

图2C是根据本发明第二实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。

图3是根据本发明第三实施例是集成变压器的上视图及其剖面示意图。

图4是根据本发明另一实施例的集成变压器的剖面示意图。

图5A是根据本发明第四实施例的集成变压器的两个金属层的图。

图5B是图5A所示的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图。

图5C是根据本发明第四实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。

图6A是根据本发明第五实施例的集成变压器的两个金属层的图。

图6B是根据本发明第五实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。

具体实施方式

请参考图1A、1B及1C，其中图1A是依据本发明第一实施例的集成变压器的两个金属层的图，图1B是根据本发明第一实施例的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图，且图1C是根据本发明第一实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。本实施例的集成变压器例如可应用于射频芯片中的变压器(transformer)或平衡/非平衡式变压器(balun)。

请先参考图1A，集成变压器主要由一第一金属层以及一第二金属层所构成，其中图示的第一金属层的图包含了两个输入/输出端点(port)111_1、111_2、一第一圈(turn)绕线110_1以及一第二圈绕线110_2，而第二金属层的图包含了两个输入/输出端点121_1、121_2、一桥接线128、一第一圈(turn)绕线120_1以及一第二圈绕线120_2，其中桥接线128用来连接第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第一圈绕线120_1。此外，第一金属层与第二金属层均包含了多个贯通孔，这些贯通孔用来连接第一金属层与第二金属层，举例来说，图示的第一金属层的贯通孔119电性连接到第二金属层的贯通孔129。

另外，在本实施例中，第一金属层是一再分布层(Re-Distribution Layer，RDL)，且所述第二金属层是一超厚金属层(Ultra-Thick Metal，UTM)，但本发明并不以此为限，在其他实施例，第一金属层与第二金属层可以是集成电路中任两个相邻的金属层。

接着，请同时参考图1A、1B及1C，本实施例的集成变压器包含有第一电感与第二电感，其中第一电感本身电性绝缘于第二电感，且第一电感包含了第一圈以及第二圈，参考图1B，除了桥接线128附近的位置，第一电感的第一圈由第一金属层的第一圈绕线110_1所构成，而第一电感的第二圈是由第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2所形成的一上下层并联结构。

另外，关于第一电感的第二圈是由第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2所形成的并联结构，为了图式简洁起见，在图1B上只画出了两个贯通孔来直接连接第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2，然而，在实作上，第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2可以通过很多个贯通孔来进行并联，或甚至在绕线上布满贯通孔。

请再参考图1C所示的集成变压器的上视图，图1A中第一金属层与第二金属层中每一圈的图样是重叠的，亦即第一金属层的第一圈绕线110_1(即，第一电感的第一圈)与第二金属层的第一圈绕线120_1(即，第二电感)是重叠的。在第1C图所示的A-A’剖面中，“IND1”所表示的是第一电感，而“IND2”所表示的是第二电感，第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线110_1及第二圈绕线110_2处本身会形成电感自己的互感(mutual inductance)，而第二电感(即第二金属层的第一圈绕线120_1)与第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线110_1、第二圈绕线110_2处及位于第二金属层的第二圈绕线120_2之间会形成一个“L”形的两个电感之间的互感(mutual inductance)，因此，可以大幅改善集成变压器的质量因子(Q值)，以及提高耦合量，减少使用面积。亦即，第一电感与第二电感的互感同时包含近距离的垂直耦合、斜向耦合、以及水平耦合；换言之第一电感与第二电感藉由近距离的垂直耦合、斜向耦合、以及水平耦合来形成彼此的互感。

此外，图1A～1C的集成变压器只需要使用到两层金属层便可以完成，因此，可以节省集成电路的空间，进一步降低制造成本。此外，由于在本实施例中第二金属层为超厚金属层(UTM)，其具有在金属制程中最低的电阻值，故也可改善电感的电阻值以增加质量因子。

另外，虽然图1A～1C的集成变压器只需要使用到两层金属层便可以完成，然而，有时候为了其他考虑，例如改善质量因子，或是集成电路中尚有其他可使用的空间时，亦可以使用其他一或多个金属层来另外形成堆栈结构，例如使用在第二金属层下方的第三金属层来与第一电感或是第二电感中的部分绕线作并联，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

需注意的是，虽然在图1A～1C所示的实施例中，第一电感的第二圈系全部由第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_1所形成的并联结构，然而，在本发明的其他实施例中，第一电感的第二圈可以只有部分的区段是并联结构，而不需要每一个部分都是并联结构，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

请参考图2A、2B及2C，其中图2A是根据本发明一第二实施例的集成变压器的两个金属层的图，图2B是根据本发明第二实施例的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图，且图2C是根据本发明第二实施例的集成变压器的上视图。本实施例的集成变压器例如可应用于射频芯片中的变压器或是平衡/非平衡式变压器。

请先参考图2A，集成变压器主要由一第一金属层以及一第二金属层所构成，其中图示的第一金属层的图包含了两个输入/输出端点(port)211_1、211_2、两条桥接线217、218、一第一圈绕线(包含左半圈绕线210_1a与右半圈绕线210_1b)及一第二圈绕线(包含左半圈绕线210_2a与右半圈绕线210_2b)，而第二金属层的图包含了两个输入/输出端点221_1、221_2、一桥接线228、一第一圈绕线(包含左半圈绕线220_1a与右半圈绕线220_1b)、一第二圈绕线(包含左半圈绕线220_2a与右半圈绕 线220_2b)、一第三圈绕线220_3及一第四圈绕线220_4，其中桥接线217用来连接第一金属层的第二圈绕线的左半圈绕线210_2a与第二金属层的第四圈绕线220_4(或可视为连接第二金属层的第二圈绕线的左半圈绕线220_2a与第二金属层的第四圈绕线220_4)、桥接线218用来连接第二金属层的第一圈绕线的左半圈绕线220_1a与第二金属层的第三圈绕线220_3、且桥接线228用来连接第一金属层的第一圈绕线的右半圈绕线210_1b与第一金属层的第二圈绕线的左半圈绕线210_2a(或可视为连接第一金属层的第一圈绕线的右半圈绕线210_1b与第二金属层的第二圈绕线的左半圈绕线220_2a)。此外，第一金属层与第二金属层均包含了多个贯通孔，这些贯通孔用来连接第一金属层与第二金属层，举例来说，图示的第一金属层的贯通孔219电性连接到第二金属层的贯通孔229。

另外，于本实施例中，第一金属层为一再分布层(RDL)，且所述第二金属层为一超厚金属层(UTM)，但本发明并不以此为限，在其他实施例，第一金属层与第二金属层可以是集成电路中任两个相邻的金属层。

接着，请同时参考图2A、2B及2C，本实施例的集成变压器包含有第一电感与第二电感，其中第一电感本身电性绝缘于第二电感，第一电感包含了第一圈、第二圈及第三圈，且第二电感包含了第一圈及第二圈，参考图2B，除了桥接线217、228附近的位置，第一电感的第一圈系由第一金属层的第一圈绕线(包含左半圈绕线210_1a与右半圈绕线210_1b)所构成，第一电感的第二圈系由第一金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线210_2a与右半圈绕线210_2b)与第二金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线220_2a与右半圈绕线220_2b)所形成的一并联结构，第一电感的第三圈系由第二金属层的第四圈绕线220_4所构成；另外，除了桥接线218附近的位置，第二电感的第一圈系由第二金属层的第一圈绕线(包含左半圈绕线220_1a与右半圈绕线220_1b)所构成，且第二电感的第二圈系由第二金属层的第三圈绕线220_3所构成。

第一电感的第一圈、第二圈及第三圈通过螺旋(spiral)的方式来连接，且第二电感的第一圈及第二圈亦通过螺旋(spiral)的方式来连接。

另外，关于第一电感的第二圈系由第一金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线210_2a与右半圈绕线210_2b)与第二金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线220_2a与右半圈绕线220_2b)所形成的并联结构，为了图式简洁起见，在第2B图上只画出了四个贯通孔来直接连接第一金属层的第二圈绕线与第二金属层的第二圈绕线，然而，在实作上，第一金属层的第二圈绕线与第二金属层的第二圈绕线可以通过很多个贯通孔，甚至在绕线上布满贯通孔，来进行并联。

请再参考图2C所示的集成变压器的上视图，第一金属层的第一圈绕线(即，第一电感的第一圈)与第二金属层的第一圈绕线(即，第二电感的第一圈)是重叠的。在图2C所示的A-A’剖面中，“IND1”所表示的是第一电感，而“IND2”所表示的是第二电感，第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线及第二圈绕线本身会形成所述电感自己的互感(mutual-inductance)，而第二电感的第一圈(即第二金属层的第一圈绕线)与第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线、第二圈绕线及位于第二金属层的第二圈绕线之间会形成一个“L”形的电感和电感之间的互感(mutual inductance)，因此，可以大幅改善集成变压器的质量因子(Q值)。

此外，图2A～2C的集成变压器只需要使用到两层金属层便可以完成，且第一金属层的第一圈绕线(即，第一电感的第一圈)与第二金属层的第一圈绕线(即，第二电感的第一圈)是重叠的，因此，可以节省集成电路的空间，进一步降低制造成本。此外，由于在本实施例中第二金属层为超厚金属层(UTM)，其具有在金属制程中最低的电阻值，故也可改善电感的电阻值以增加质量因子。另外，相较于图1A～1C的实施例，图2A～2C的集成变压器另外包含了由螺旋(spiral)形式连接的内圈，因此可以再进一步增加质量因子及电感值。

另外，虽然图2A～2C的集成变压器只需要使用到两层金属层便可以完成，然而，有时候为了其他考虑，例如改善质量因子，或是集成电路中尚有其他可使用的空间时，亦可以使用其他一或多个金属层来另外形成堆栈结构，例如使用在第二金属层下方的第三金属层来与第一电感或是第二电感中的部分绕线作并联，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

需注意的是，虽然在图2A～2C所示的实施例中，第一电感的第二圈系全部由第一金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线210_2a与右半圈绕线210_2b)与第二金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线220_2a与右半圈绕线220_2b)所形成的并联结构，然而，在本发明的其他实施例中，第一电感的第二圈可以只有部分的区段是并联结构，而不需要每一个部分都是并联结构，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

请参考图3，图3是根据本发明第三实施例的集成变压器的上视图。本实施例的集成变压器例如可应用于射频芯片中的变压器或是平衡/非平衡式变压器。如图3所示，集成变压器主要由一第一金属层以及一第二金属层所构成，其中图示的第一金属层的图是斜线花纹，且包含了两个输入/输出端点(port)211_1、311_2、一第一圈绕线310_1、一第二圈绕线310_2及一第三圈绕线310_3；而第二金属层的图是点状花纹，且包含了两个输入/输出端点321_1、321_2、一第一圈绕线320_1、一第二圈绕线320_2、一第三圈绕线320_3及一第四圈绕线320_4。此外，第一金属层与第二金属层均包含了多个贯通孔，这些贯通孔系用来连接第一金属层与第二金属层。

图3的实施例类似图2C的集成变压器，所差异的地方仅在于图3所示的集成变压器中的第二电感还包含了使用第一金属层来实作的一第三圈，参考图示的A-A’剖面，相较于图2C的集成变压器，图3所示的集成变压器的第一电感与第二电感在最内圈会另外形成互感以进一步改善集成变压器的质量因子(Q值)。

另外，由于在图3所示的集成变压器中，第二金属层的第三圈上方并未制作有第一金属层的绕线，因此，在本发明的另一实施例中，亦可在图3的集成变压器中第二金属层的第三圈上方制作一个第一金属层的绕线，并将其并联，以形成如图4的电感关系。在图4中，“IND1”所表示的是第一电感，而“IND2”所表示的是第二电感，而第一电感与第二电感之间会形成两个“L”形的互感，因此，可以大幅改善集成变压器的质量因子(Q值)。

请参考图5A、5B及5C，其中图5A是根据本发明一第四实施例的集成变压器的两个金属层的图，图5B是根据本发明第四实施例的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图，且图5C是根据本发明第四实施例的集成变压器的上视图。本实施例的集成变压器例如可应用于射频芯片中的变压器或是平衡/非平衡式变压器。

请先参考图5A，集成变压器主要由一第一金属层以及一第二金属层所构成，另外还包含了少部分的第三金属层，其中图示的第一金属层的图包含了两个输入/输出端点(port)511_1、511_2、两条桥接线517、518、一第一圈绕线(包含左半圈绕线510_1a与右半圈绕线510_1b)、一第二圈绕线(包含左半圈绕线510_2a与右半圈绕线510_2b)及一第三圈绕线510_2，而第二金属层的图包含了两个输入/输出端点521_1、521_2、一第一圈绕线(包含左半圈绕线520_1a与右半圈绕线520_1b)、一第二圈绕线(包含左半圈绕线520_2a与右半圈绕线520_2b)、一第三圈绕线520_3及一第四圈绕线520_4，其中桥接线517用来连接第二金属层的第一圈绕线的左半圈绕线520_1a与第一金属层的第三圈绕线510_3、桥接线518用来连接第二金属层的第四圈绕线520_4与第一金属层的第二圈绕线的左半圈绕线510_2a(或可视为第二金属层的第四圈绕线520_4与第二金属层的第二圈绕线的左半圈绕线520_2a)、且桥接线528用来连接第一金属层的第一圈绕线的右半圈绕线510_1b与第二金属层的第二圈绕线的左半圈绕线520_2a(或可视为连接第一金属层的第一圈绕线的右半圈绕线510_1b与第 一金属层的第二圈绕线的左半圈绕线510_2a)。此外，第一金属层与第二金属层均包含了多个贯通孔，这些贯通孔用来连接第一金属层与第二金属层，举例来说，图示的第一金属层的贯通孔519系电性连接到第二金属层的贯通孔529，第二金属层的贯通孔522系电性连接到第三金属层的贯通孔539。

另外，第三金属层包含了两条桥接线537、538、及一中心抽头绕线531，其中桥接线537用来连接第二金属层的第一圈绕线的右半圈绕线520_1b与第二金属层的第三圈绕线520_3，桥接线538用来连接第二金属层的第二圈绕线的右半圈绕线520_2b与第二金属层的第四圈绕线520_4，且中心抽头绕线531用来连接到第二电感的中心点。

于本实施例中，第一金属层为一再分布层(RDL)，且所述第二金属层为一超厚金属层(UTM)，且第一金属层、第二金属层与第三金属层系为由上而下的三个相邻的金属层，但本发明并不以此为限，在其他实施例，第一金属层、第二金属层与第三金属层可以是为集成电路中任两个相邻的金属层。

接着，请同时参考图5A、5B及5C，本实施例的集成变压器系包含有第一电感与第二电感，其中第一电感本身电性绝缘于第二电感，第一电感包含了第一圈、第二圈及第三圈，且第二电感包含了第一圈及第二圈，参考图5B，除了桥接线518、528、538附近的位置，第一电感的第一圈由第一金属层的第一圈绕线(包含左半圈绕线510_1a与右半圈绕线510_1b)所构成，第一电感的第二圈系由第一金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线510_2a与右半圈绕线510_2b)与第二金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线520_2a与右半圈绕线520_2b)所形成的一并联结构，第一电感的第三圈由第二金属层的第四圈绕线520_4所构成；另外，除了桥接线517、537附近的位置，第二电感的第一圈由第二金属层的第一圈绕线(包含左半圈绕线520_1a与右半圈绕线520_1b)所构成，且第二电感的第二圈由第一金 属层的第三圈绕线510_3与第二金属层的第三圈绕线520_3以螺旋(helical)形式连接所构成。

另外，关于第一电感的第二圈系由第一金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线510_2a与右半圈绕线510_2b)与第二金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线520_2a与右半圈绕线520_2b)所形成的并联结构，为了图式简洁起见，在第5B图上只画出了四个贯通孔来直接连接第一金属层的第二圈绕线与第二金属层的第二圈绕线，然而，在实作上，第一金属层的第二圈绕线与第二金属层的第二圈绕线可以通过很多个贯通孔，甚至在绕线上布满贯通孔，来进行并联。

另外，如图5B所示，由于第二电感的第二圈系由第一金属层的第三圈绕线510_3与第二金属层的第三圈绕线520_3以螺旋(helical)形式连接所构成，故第二电感的圈数实质上是三圈，亦即，图5A的集成变压器的第一电感与第二电感的圈数比(turn ratio)是1:1。

请再参考图5C所示的集成变压器的上视图，第一金属层的第一圈绕线(即，第一电感的第一圈)与第二金属层的第一圈绕线(即，第二电感的第一圈)是重叠的。在图5C所示的A-A’剖面中，“IND1”所表示的是第一电感，而“IND2”所表示的是第二电感，第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线及第二圈绕线本身会形成电感本身的互感(mutual-inductance)，而第二电感的第一圈(即第二金属层的第一圈绕线)与第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线、第二圈绕线及位于第二金属层的第二圈绕线之间会形成一个“L”形的电感和电感之间的互感(mutual inductance)，因此，可以大幅改善集成变压器的质量因子(Q值)。另外，由于第二电感有以螺旋型式形成的第二圈，故可以再进一步加强第一电感与第二电感之间的互感。

此外，虽然图5A～5C的集成变压器会需要使用到第三金属层，但其大部分结构只需要使用到两层金属层便可以完成，因此，可以节省集成电 路的空间，进一步降低制造成本。此外，由于在本实施例中第二金属层为超厚金属层(UTM)，其具有在金属制程中最低的电阻值，故也可改善电感的电阻值以增加质量因子。

另外，虽然图5A～5C的集成变压器在主要结构部分只需要使用到两层金属层便可以完成，然而，有时候为了其他考虑，例如改善质量因子，或是集成电路中尚有其他可使用的空间时，亦可以使用其他一或多个金属层来另外形成堆栈结构，例如使用第三金属层或是第四金属层来与第一电感或是第二电感中的部分绕线作并联，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

需注意的是，虽然在图5A～5C所示的实施例中，第一电感的第二圈系全部由第一金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线510_2a与右半圈绕线510_2b)与第二金属层的第二圈绕线(包含左半圈绕线520_2a与右半圈绕线520_2b)所形成的并联结构，然而，在本发明的其他实施例中，第一电感的第二圈可以只有部分的区段是并联结构，而不需要每一个部分都是并联结构，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

请参考图6A及6B，其中图6A是根据本发明第五实施例的集成变压器的两个金属层的图，且图6B是根据本发明第五实施例的集成变压器的上视图。本实施例的集成变压器例如可应用于射频芯片中的变压器或是平衡/非平衡式变压器。

请先参考图6A，集成变压器主要由一第一金属层以及一第二金属层所构成，其中图示的第一金属层的图包含了两个输入/输出端点(port)611_1、611_2、三条桥接线616、617、618、一第一圈绕线610_1(包含左半圈及右半圈)及一第二圈绕线610_2(包含左半圈及右半圈)，而第二金属层的图包含了两个输入/输出端点621_1、621_2、一桥接线618、一第一圈绕线620_1(包含左半圈及右半圈)、一第二圈绕线620_2(包含左半圈及右半圈)、一第三圈绕线620_3(包含左半圈及右半圈)、一第四圈绕线 620_4(包含左半圈及右半圈)及一第五圈绕线620_5，其中桥接线616用来连接第二金属层的第三圈绕线610_3与第二金属层的第五圈绕线620_5、桥接线617用来连接第一金属层的第二圈绕线610_2与第二金属层的第四圈绕线620_4(或可视为连接第二金属层的第二圈绕线620_2与第二金属层的第四圈绕线620_4)、桥接线618用来连接第二金属层的第一圈绕线610_1与第二金属层的第三圈绕线620_3、且桥接线628用来连接第一金属层的第一圈绕线610_1与第一金属层的第二圈绕线610_2(或可视为连接第一金属层的第一圈绕线610_1与第二金属层的第二圈绕线620_2)。此外，第一金属层与第二金属层均包含了多个贯通孔，这些贯通孔系用来连接第一金属层与第二金属层，举例来说，图示的第一金属层的贯通孔619系电性连接到第二金属层的贯通孔629。

另外，第三金属层的绕线630包含了桥接线和中心抽头绕线两种功能，其中绕线630可用来连接第二金属层的第四圈绕线610_4的两个端点，且绕线630也作为一中心抽头绕线以连接到一固定电压。

于本实施例中，第一金属层为一再分布层(RDL)，且所述第二金属层为一超厚金属层(UTM)，且第一金属层、第二金属层与第三金属层系为由上而下的三个相邻的金属层，但本发明并不以此为限，在其他实施例，第一金属层、第二金属层与第三金属层可以是为集成电路中任两个相邻的金属层。

图6B的三个金属层重叠后构成了一个具有一第一电感及一第二电感的集成变压器。请再参考图6B所示的集成变压器的上视图，在图6B所示的A-A’剖面中，“IND1”所表示的是第一电感，而“IND2”所表示的是第二电感，第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线610_1及第二圈绕线610_2本身会形成电感自己本身互感(mutual inductance)，而第二电感的第一圈(即第二金属层的第一圈绕线620_1)与第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线610_1、第二圈绕线610_2及位于第二金属层的第二圈绕线620_2之间会形成一个“L”形的两个不同电感之间的互感(mutual inductance)，因此，可以大幅改善集成变压器的质量因子(Q值)。另外，第一电感的第三圈(即第二金属层的第四圈绕线620_4)和第二电感的第二、三圈(及第二金属层的第三圈绕线620_3与第五圈绕线620_5)会形成另外的互感，以再进一步改善集成变压器的质量因子。

此外，虽然图6A、6B的集成变压器会需要使用到第三金属层，但其大部分结构只需要使用到两层金属层便可以完成，因此，可以节省集成电路的空间，进一步降低制造成本。此外，由于在本实施例中第二金属层为超厚金属层(UTM)，其具有在金属制程中最低的电阻值，故也可改善电感的电阻值以增加质量因子。

另外，虽然图6A、6B的集成变压器在主要结构部分只需要使用到两层金属层便可以完成，然而，有时候为了其他考虑，例如改善质量因子，或是集成电路中尚有其他可使用的空间时，亦可以使用其他一或多个金属层来另外形成堆栈结构，例如使用第三金属层或是第四金属层来与第一电感或是第二电感中的部分绕线作并联，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

需注意的是，虽然在图6A、6B所示的实施例中，第一电感的第二圈系全部由第一金属层的第二圈绕线610_2与第二金属层的第二圈绕线620_1所形成的并联结构，然而，在本发明的其他实施例中，第一电感的第二圈可以只有部分的区段是并联结构，而不需要每一个部分都是并联结构，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

另外，在图1A～1C、2A～2C、3、5A～5C、6A～6B的实施例中，电感绕线的形状均为方形，然而，在本发明之其他实施例中，电感绕线的形状可以为六角形、八角形等不同的形状，或是可以为圆形，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

另外，在上述图1A～1C、2A～2C、3的实施例中，集成变压器并没有中心抽头绕线，然而，若是图1A～1C、2A～2C、3的实施例需要加上中心抽头绕线，亦可以仿照图5A～5C、6A～6B的实施例，使用第三金属层来进行布局，由于本领域具有通常知识者应能在参考图5A～5C、6A～6B的实施例之后，对图1A～1C、2A～2C、3的实施例做修改以加上中心抽头绕线，故详细的图示及细节说明在此不予赘述。

另外，在本发明上述所提及的实施例中，集成变压器只包含了两个互相感应的电感，然而，在其他实施例中，集成变压器可以包含三个或四个以上互相感应的电感。举例来说，可以在上述图1A～1C、2A～2C、3、5A～5C、6A～6B的集成变压器的上方或下方使用另外的金属层来设置另外一或两个电感，来彼此作感应，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

简要归纳本发明，在本发明的集成变压器中，在大部分只使用两个金属层的情形下，利用特殊的绕线方式来增加第一电感本身的互感，并大幅增加第一电感与第二电感之间的互感，因此，相较于先前技术，本发明可以在最节省空间的情形下改善集成变压器的质量因子。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做出均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

【符号说明】

110_1、310_1、610_1第一金属层的第一圈绕线

110_2、310_2、610_2第一金属层的第二圈绕线

111_1、111_2、211_1、211_2、311_1、311_2、511_1、511_2、611_1、611_2第一电感的输入/输出端点

119、129、219、229、519、522、529、539、619、629、639贯通孔

120_1、320_1、620_1第二金属层的第一圈绕线

120_2、320_2、620_2第二金属层的第二圈绕线

121_1、121_2、221_1、221_2、321_1、321_2、521_1、521_2、621_1、621_2第二电感的输入/输出端点

128、217、218、228、517、518、528、537、538、616、617、618、628桥接线

210_1a、510_1a第一金属层的第一圈绕线的左半圈绕线

210_1b、510_1b第一金属层的第一圈绕线的右半圈绕线

210_2a、510_2a第一金属层的第二圈绕线的左半圈绕线

210_2b、510_2b第一金属层的第二圈绕线的右半圈绕线

220_1a、520_1a第二金属层的第一圈绕线的左半圈绕线

220_1b、520_1b第二金属层的第一圈绕线的右半圈绕线

220_2a、520_2a第二金属层的第二圈绕线的左半圈绕线

220_2b、520_2b第二金属层的第二圈绕线的右半圈绕线

220_3、320_3、520_3、620_3第二金属层的第三圈绕线

220_4、320_4、520_4、620_4第二金属层的第四圈绕线

310_3、510_3第一金属层的第三圈绕线

531中心抽头绕线

620_5第二金属层的第五圈绕线

630第三金属层的绕线

IND1第一电感

IND2第二电感

Claims (13)

1.一种集成变压器，包括：

一第一电感，包括至少一第一圈以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中第一电感的所述第二圈位于所述第一圈以内；以及

一第二电感，包括至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈重叠；

其中所述第一电感的所述第二圈包括使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联结构的一区段。

2.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一电感具有对称结构，并且除了桥接线附近的位置，所述第一电感的所述第一圈仅由所述第一金属层所构成，并且所述第一电感的所述第二圈为所述第一金属层与所述第二金属层所形成的一上下层并联结构。

3.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述集成变压器仅使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成，而不使用其他的金属层。

4.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一电感还包括一第三圈，且所述第一电感的所述第三圈位于所述第二圈以内；并且所述第二电感还包括一第二圈，且所述第二电感的所述第二圈位于所述第一圈以内。

5.根据权利要求4所述的集成变压器，其中除了桥接点附近的位置，所述第一电感的所述第三圈以及所述第二电感的所述第二圈仅由所述第二金属层所构成。

6.根据权利要求4所述的集成变压器，其中所述第二电感还包括一第三圈，所述第二电感的所述第三圈位于所述第二圈以内，所述第二电感的所述第三圈仅由所述第一金属层所构成，并且所述第二电感的所述第三圈的至少一部份与所述第一电感的所述第三圈的至少一部份重叠。

7.根据权利要求4所述的集成变压器，其中除了桥接点附近的位置，所述第二电感的所述第二圈包括使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联结构的一区段。

8.根据权利要求4所述的集成变压器，其中除了桥接点附近的位置，所述第二电感的所述第二圈是由所述第一金属层与所述第二金属层以螺旋形式连接所构成。

9.根据权利要求4所述的集成变压器，所述第二电感还包括一第三圈，所述第二电感的所述第三圈位于所述第二圈以内，并且所述第一电感的所述第三圈位于所述第二电感的所述第二圈以及第三圈之间。

10.根据权利要求9所述的集成变压器，其中除了桥接点附近的位置，所述第一电感的所述第三圈以及所述第二电感的所述第二圈与第三圈仅由所述第二金属层所构成。

11.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一电感或所述第二电感的中心点是连接到一中心抽头，且所述中心抽头由一第三金属层来形成。

12.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一金属层是一再分布层，且所述第二金属层为一超厚金属层。

13.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一电感与所述第二电感利用垂直耦合、斜向耦合、以及水平耦合来形成彼此的互感。