CN101145435A - 电感结构 - Google Patents

Abstract

一种电感结构，包括绕线层及至少一条增益导线。绕线层配置于基底上方，并具有多圈绕线，且绕线层的其中一圈绕线接地。增益导线配置于接地的此圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于此圈绕线，且增益导线的宽度小于此圈绕线的宽度。

Description

电感结构

技术领域

本发明是有关于一种电感结构，且特别是有关于一种具有增益导线的电感结构。

背景技术

一般而言，由于电感是经由电磁的互相转换，拥有储存和释放能量的功能，因此电感可作为稳定电流的元件。此外，在集成电路中，电感为十分重要但是却极具挑战性的元件，而且电感的应用范围可以说是相当地广泛，例如是无线射频(radio frequency,RF)的应用。就高频的应用领域而言，对于电感的品质要求较高，意即要求电感具有较高的品质因子(quality factor)，以Q值表示。Q值的定义如下：

Q＝ω×L/R

其中，ω为角频率(angular frequency)，L为线圈的电感值(inductance)，而R为在特定频率下将电感损失列入考虑的电阻(resistance)。

一般来说，将电感与集成电路工艺相结合，已有各种方法及技术。然而，在集成电路中，电感导体厚度的限制以及硅基底对电感的干扰都会导致电感的品质不佳。已知技术通过将较厚的金属配置在电感的最上层，来降低导体损耗(conductor loss)，以提高电感的Q值。然而，当金属厚度增加到一定的程度之后，Q值的改善就变得不明显。

因此，在已知的电感结构中，会在接地的那一圈绕线下方设置与其电性连接的增益导线来增加电感结构中的导体截面积，可以有效地减少导体损耗，并提升电感的品质。

值得注意的是，虽然接地的绕线的电场较低，在增益导线与基底之间耦合所形成的寄生电容值较小，但是此寄生电容仍会对电感结构的电感品质造成不良的影响。

发明内容

本发明提供一种电感结构，可以改善电感的导体损耗并降低寄生电容值，以提升电感的品质。

本发明提出一种电感结构，包括绕线层及至少一条增益导线。绕线层配置于基底上方，并具有多圈绕线，且绕线层的其中一圈绕线接地。增益导线配置于接地的此圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于此圈绕线，且增益导线的宽度小于此圈绕线的宽度。

本发明另提出一种电感结构，包括绕线层及至少一条增益导线。绕线层包括第一螺旋状导线及第二螺旋状导线。第一螺旋状导线具有第一末端与第二末端，第二末端旋入第一螺旋状导线的内部。第二螺旋状导线与第一螺旋状导线相互缠绕且对称于对称平面配置，且具有第三末端与第四末端，第四末端旋入第二螺旋状导线的内部且与第一螺旋状导线的第二末端相连接，以形成具有多圈绕线的绕线层，并于绕线层的最内部的一圈绕线形成虚拟接地。增益导线配置于此圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于此圈绕线，且增益导线的宽度小于此圈绕线的宽度。

本发明又提出一种电感结构，包括绕线层及至少一条增益导线。绕线层配置于基底上方，并由多圈绕线所串联而成，且具有第一末端与第二末端，其中第一末端接地。增益导线配置于以绕线层的第一末端为起点所构成的一圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于此圈绕线，且增益导线的宽度小于此圈绕线的宽度。

本发明所提出的电感结构，通过增益导线的配置能有效地增加导体截面积，进而减少导体损耗。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为本发明的第一实施例的电感结构的俯视图。

图2所绘示为沿着图1中的A-A’剖面线的剖面图。

图3所绘示为本发明的第二实施例的电感结构的俯视图。

图4所绘示为沿着图3中的B-B’剖面线的剖面图。

图5所绘示为本发明的第三实施例的电感结构的俯视图。

图6所绘示为沿着图5中的C-C’剖面线的剖面图。

图7所绘示为本发明的第四实施例的电感结构的俯视图。

图8所绘示为沿着图7中的D-D’剖面线的剖面图。

图9所绘示为本发明的第五实施例的电感结构的俯视图。

图10所绘示为沿着图9中的E-E’剖面线的剖面图。

【主要元件符号说明】

100、200：电感结构

102、202：基底

104、204：介电层

106、206：绕线层

106a、212、214、216：绕线

108、118、208、210：增益导线

110、112：螺旋状导线

110a、110b、112a、112b、206a、206b：末端

114：对称平面

116、218：介层窗

W1、W2、W3、W4、W5、W6：宽度

具体实施方式

在本说明书中，对于绕线的内、外侧的定义为：在绕线的宽度方向上，靠近电感结构内部的一侧称为「内侧」，远离电感结构内部的一侧称为「外侧」。

在电感结构中，电流密度最高的区域出现在接地的那一圈绕线的内侧及外侧。因此，在本发明所提出的电感结构中，是通过在接地的那一圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方耦接至少一条增益导线，以有效地增加导体截面积，进而减少导体损耗。此外，在本发明所提出的电感结构中，增益导线的宽度小于接地的那一圈绕线的宽度。由于增益导线的宽度较小，因此可更进一步地降低增益导线与基底之间的寄生电容值，而能改善电感品质。

图1所绘示为本发明的第一实施例的电感结构的俯视图。图2所绘示为沿着图1中的A-A’剖面线的剖面图。

首先，请同时参照图1及图2，电感结构100包括绕线层106与至少一条增益导线108。绕线层106与增益导线108配置于基底102上的介电层104中。由于电感结构100可通过半导体工艺实现，基底102可以是硅基材。介电层104的材料例如是氧化硅或其他介电材料。绕线层106的材料可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。而增益导线108的材料可以是导电材料，其例如是多晶硅等半导体材料或铜、铜铝合金等金属材料。此外，在本实施例中，虽然电感结构100所呈现的形状为八边形(如图1所示)，但是本发明的电感结构100的形状并不局限于实施例中所绘示的八边形，亦可为其他形状。

绕线层106包括螺旋状导线110与螺旋状导线112，其中螺旋状导线110与螺旋状导线112例如是配置于同一高度平面上。绕线层106例如是具有多圈绕线的对称螺旋回圈结构，而在本实施例中为3圈的对称螺旋回圈结构，但并不用以限制本发明。此外，螺旋状导线110以及螺旋状导线112例如是对应于对称平面114，呈镜像配置而相互缠绕，其中对称平面114的延伸方向例如是朝向页面内。举例来说，螺旋状导线110与螺旋状导线112交错于对称平面114上，且于交错位置互不接触，例如是一者在交错位置上利用接触窗及导线从另一者下方通过，以避免短路的情况发生。

螺旋状导线110具有末端110a及末端110b。末端110a配置于螺旋状导线110的外部，而末端110b旋入螺旋状导线110的内部。

螺旋状导线112以对应于对称平面114的方式而与螺旋状导线110相互缠绕。螺旋状导线112与螺旋状导线110之间是以串联的方式相连接。螺旋状导线112具有末端112a与末端112b。末端112a例如是对应于末端110a的位置，配置于螺旋状导线112的外部。而末端112b例如是对应于末端110b的位置，旋入螺旋状导线112的内部，且末端110b与末端112b会于对称平面114上相连接。也就是说，螺旋状导线110与螺旋状导线112交会连接于绕线层106的最内圈。

承上述，在操作电感结构100时，例如是同时施加操作电压于末端110a及末端112a。此外，施加于末端110a上的电压与施加于末端112a上的电压例如是绝对值相等且电性相反的电压，因此从末端110a与末端112a起，越往螺旋状导线110与螺旋状导线112的内部，电压的绝对值会逐渐递减。在螺旋状导线110的末端110b与螺旋状导线112的末端112b的交会连接处的电压值会为0，也就是在绕线层106的最内部的一圈绕线106a会发生虚拟接地的情形，此为对称式差动电感(symmetrical differential inductor)的应用。

增益导线108配置于绕线106a的内侧下方，并以并联的方式电性连接于绕线106a的内侧，使得绕线层106的绕线106a与增益导线108所形成的剖面呈倒L形，其中此剖面垂直基底102。

此外，增益导线108的宽度W2小于绕线106a的宽度W1。增益导线108的宽度W2例如是小于绕线106a的宽度W1的1/2，但于本领域的技术人员可依其需求对增益导线108的宽度W2进行调整。

另一方面，增益导线108与绕线106a的耦接方式，例如是通过多个介层窗116至少将增益导线108的两末端分别并联至绕线层106。另外，在具有多条增益导线108的情况下(如图2所绘示的4条)，上下相邻的增益导线108彼此之间例如是通过多个介层窗116进行并联。虽然在本实施例中，是以4条增益导线108为例进行说明，但是于本领域的技术人员可依其需求对增益导线108的配置数量进行调整。

由上述实施例可知，只要在绕线106a的内侧下方配置有增益导线108，即能有效地增加导体截面积，进而减少导体损耗。此外，由于增益导线108的宽度W2小于绕线106a的宽度W1，因此可更进一步地降低增益导线108与基底102之间的寄生电容值，而能改善电感品质。

图3所绘示为本发明的第二实施例的电感结构的俯视图。图4所绘示为沿着图3中的B-B’剖面线的剖面图。于图3及图4中，与图1及图2相同的构件则使用相同的标号并不再重复说明。

请同时参照图1至图4，图3及图4中所披露的第二实施例中的电感结构100包括绕线层106与至少一条增益导线118，而增益导线118配置于绕线106a的外侧下方，并以并联的方式电性连接于绕线106a的外侧，使得绕线层106的绕线106a与增益导线118所形成的剖面呈倒L形。第二实施例与第一实施例的差异在于：第二实施例中的增益导线118是电性连接于绕线106a的外侧下方，而第一实施例中的增益导线108是电性连接于绕线106a的内侧下方。

增益导线118的宽度W3小于绕线106a的宽度W1。增益导线118的宽度W3例如是小于绕线106a的宽度W1的1/2，但于本领域的技术人员可依其需求对增益导线118的宽度W3进行调整。

另一方面，增益导线118与绕线106a的耦接方式，例如是通过多个介层窗116至少将增益导线118的两末端分别并联至绕线层106。另外，在具有多条增益导线118的情况下(如图4所绘示的3条)，上下相邻的增益导线118彼此之间例如是通过多个介层窗116进行并联。虽然在本实施例中，是以3条增益导线118为例进行说明，但是于本领域的技术人员可依其需求对增益导线118的配置数量进行调整。

由上述实施例可知，只要在绕线106a的外侧下方配置有增益导线118，即能有效地增加导体截面积，进而减少导体损耗。此外，由于增益导线118的宽度W3小于绕线106a的宽度W1，因此可更进一步地降低增益导线118与基底102之间的寄生电容值，而能改善电感品质。

图5所绘示为本发明的第三实施例的电感结构的俯视图。图6所绘示为沿着图5中的C-C’剖面线的剖面图。于图5及图6中，与图1至图4相同的构件则使用相同的标号并不再重复说明。

请同时参照图1至图6，图5及图6中所披露的第三实施例中的电感结构100包括绕线层106、至少一条增益导线108及至少一条增益导线118。第三实施例与第一、第二实施例的差异在于：第三实施例是同时在绕线106a的内侧及外侧下方设置与绕线106a电性连接的增益导线108、118，使得绕线层106的绕线106a与增益导线108、118所形成的剖面呈倒U形。然而，第一、第二实施例中只在绕线106a的内侧及外侧的其中一侧下方分别设置增益导线108、118，使得绕线层106与增益导线108、绕线层106与增益导线118所形成的剖面皆为倒L形。除此之外，第三实施例中的电感结构100的增益导线108、118及其他构件的材料及功效与第一、第二实施例大致相同，故于此不再赘述。

值得注意的是，增益导线108的宽度W2与增益导线118的宽度W3的和会小于绕线106a的宽度W1。至于，宽度W2与宽度W3之间的大小关系，在本领域的技术人员可视其产品设计上的需求进行调整。

虽然在此实施例中，增益导线108的配置数量(4条)大于增益导线118的配置数量(3条)，但是在其他实施例中，依照产品设计需求的不同，增益导线108的配置数量也可以小于或等于增益导线118的配置数量。

图7所绘示为本发明的第四实施例的电感结构的俯视图。图8所绘示为沿着图7中的D-D’剖面线的剖面图。

请同时参照图7及图8，电感结构200包括绕线层206、至少一条增益导线208及至少一条增益导线210。绕线层206与增益导线208、210配置于基底202上的介电层204中。由于电感结构200可通过半导体工艺实现，基底202可以是硅基材。介电层204的材料例如是氧化硅或其他介电材料。绕线层206的材料可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。而增益导线208、210的材料可以是导电材料，其例如是多晶硅等半导体材料或铜、铜铝合金等金属材料。此外，在本实施例中，虽然电感结构200所呈现的形状为八边形(如图7所示)，但是本发明的电感结构200的形状并不局限于实施例中所绘示的八边形，亦可为其他形状。

绕线层206例如是由绕线212、214、216串联构成的3圈的螺旋回圈结构，但本发明的绕线层206的圈数并不局限于3圈。

此外，绕线层206具有两末端206a、206b，末端206b位于电感结构200最内部的绕线212上，而末端206a位于电感结构200最外部的绕线216上。其中，末端206b接地，而另一末端206a连接操作电压，此为单端电感(single-ended inductor)的应用。

增益导线208、210分别配置于以绕线层206的末端206b为起点所构成的最内圈绕线212的内侧及外侧下方，并以并联的方式分别电性连接于绕线212的内侧及外侧，使得绕线层206的绕线212与增益导线208、210所形成的剖面呈倒U形。

此外，增益导线208的宽度W5及增益导线210的宽度W6小于绕线212的宽度W4。增益导线208的宽度W5与增益导线210的宽度W6例如是小于绕线212的宽度W4的1/2，但于本领域的技术人员可依其需求对宽度W5、W6进行调整。

值得注意的是，增益导线208的宽度W5与增益导线210的宽度W6的和会小于绕线212的宽度W4。至于，宽度W2与宽度W4之间的大小关系，在本领域的技术人员可视其产品设计上的需求进行调整。

虽然在此实施例中，增益导线208的配置数量(4条)大于增益导线210的配置数量(3条)，但是在其他实施例中，依照产品设计需求的不同，可对增益导线208、210的配置数量进行调整。也即，增益导线208的配置数量也可以小于或等于增益导线210的配置数量。

另一方面，增益导线208、210与绕线212的耦接方式，例如是通过多个介层窗218至少将增益导线208、210的两末端分别并联至绕线212。另外，在具有多条增益导线208、210的情况下，上下相邻的增益导线208、210彼此之间例如是通过多个介层窗218进行并联。

由上述可知，本实施例是在接地的绕线212的内侧及外侧的下方同时电性连接增益导线208、210，因此能有效地增加导体截面积，进而减少导体损耗。此外，由于增益导线208的宽度W5与增益导线210的宽度W6的和会小于绕线212的宽度W4，因此可更进一步地降低增益导线208、210与基底202之间的寄生电容值，而能改善电感品质。

在本实施例中，虽然是以同时在接地的绕线212的内侧及外侧的下方电性连接增益导线208、210为例进行说明，但并不用以限制本发明。在其他实施例中，只在接地的绕线212的内侧的下方电性连接增益导线208，而使绕线212与增益导线208所形成的剖面为倒L形，或是只在接地的绕线212的外侧的下方电性连接增益导线210，而使绕线212与增益导线210所形成的剖面为倒L形，亦可达成本实施例的功效，其配置方式与第一、第二实施例中所披露之内容类似，故于此不再赘述。

图9所绘示为本发明的第五实施例的电感结构的俯视图。图10所绘示为沿着图9中的E-E’剖面线的剖面图。于图9及图10中，与图7至图8相同的构件则使用相同的标号并不再重复说明。

请同时参照图7至图10，图9及图10中所披露的第五实施例与图7及图8中所披露的实施例的差异在于：第五实施例是末端206a接地，而第四实施例是末端206b接地。因此，第五实施例中的增益导线208、210是分别配置于以绕线层206的末端206a为起点所构成的最外圈绕线216的内侧及外侧下方，并以并联的方式分别电性连接于绕线216的内侧及外侧，使得绕线层206的绕线216与增益导线208、210所形成的剖面呈倒U形。除此之外，第五实施例中的电感结构200的增益导线208、210及其他构件的材料、功效及其他实施型态与第四实施例大致相同，故于此不再赘述。

综上所述，本发明至少具有下列优点：

1.本发明所提出的电感结构能有效地增加导体截面积，进而减少导体损耗。

2.利用本发明所提出的电感结构可降低寄生电容值，因此可改善电感品质。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种电感结构，包括：

一绕线层，配置于一基底上方，且具有多圈绕线，而该绕线层的其中一圈绕线接地；以及

至少一增益导线，配置于接地的该圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于该圈绕线，且该增益导线的宽度小于该圈绕线的宽度。

2.如权利要求1所述的电感结构，其中该增益导线包括：

至少一第一增益导线，电性连接于该圈绕线的内侧；以及

至少一第二增益导线，电性连接于该圈绕线的外侧，其中

该第一增益导线的配置数量与该第二增益导线的配置数量相同。

3.如权利要求1所述的电感结构，其中该增益导线包括：

至少一第一增益导线，电性连接于该圈绕线的内侧；以及

至少一第二增益导线，电性连接于该圈绕线的外侧，其中

该第一增益导线的配置数量与该第二增益导线的配置数量不同。

4.一种电感结构，包括：

一绕线层，配置于一基底上方，包括：

一第一螺旋状导线，具有一第一末端与一第二末端，该第二末端旋入该第一螺旋状导线的内部；以及

一第二螺旋状导线，与该第一螺旋状导线相互缠绕且对称于一对称平面配置，且具有一第三末端与一第四末端，该第四末端旋入该第二螺旋状导线的内部且与该第一螺旋状导线的该第二末端相连接，以形成具有多圈绕线的该绕线层，并于该绕线层的最内部的一圈绕线形成虚拟接地；以及

至少一增益导线，配置于该圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于该圈绕线，且该增益导线的宽度小于该圈绕线的宽度。

5.如权利要求4所述的电感结构，其中该增益导线包括：

至少一第一增益导线，电性连接于该圈绕线的内侧；以及

至少一第二增益导线，电性连接于该圈绕线的外侧，其中

该第一增益导线的配置数量与该第二增益导线的配置数量相同。

6.如权利要求4所述的电感结构，其中该增益导线包括：

至少一第一增益导线，电性连接于该圈绕线的内侧；以及

至少一第二增益导线，电性连接于该圈绕线的外侧，其中

该第一增益导线的配置数量与该第二增益导线的配置数量不同。

7.一种电感结构，包括：

一绕线层，配置于一基底上方，并由多圈绕线所串联而成，且具有一第一末端与一第二末端，其中该第一末端接地；以及

至少一增益导线，配置于以该绕线层的该第一末端为起点所构成的一圈绕线的内侧及外侧的至少一侧下方，并以并联的方式电性连接于该圈绕线，且该增益导线的宽度小于该圈绕线的宽度。

8.如权利要求7所述的电感结构，其中该增益导线包括：

至少一第一增益导线，电性连接于该圈绕线的内侧；以及

至少一第二增益导线，电性连接于该圈绕线的外侧，其中

该第一增益导线的配置数量与该第二增益导线的配置数量相同。

9.如权利要求7所述的电感结构，其中该增益导线包括：

至少一第一增益导线，电性连接于该圈绕线的内侧；以及

至少一第二增益导线，电性连接于该圈绕线的外侧，其中

该第一增益导线的配置数量与该第二增益导线的配置数量不同。

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