CN101206950B - 电感结构 - Google Patents

Abstract

一种电感结构，配置于基底上方，此电感结构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端与第二端，第一端自第一螺旋状导线的内侧旋出。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。第二螺旋状导线具有第三端与第四端，第三端自第二螺旋状导线的内侧旋出且与第一螺旋状导线的第一端相连接，以形成具有多圈绕线的绕线层，并于绕线层的最外圈绕线形成虚拟接地。

Description

电感结构

技术领域

本发明涉及一种电感结构，且特别是有关于一种能增进电感品质的电感结构。

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数(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。现有技术藉由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，即使是在最上层具有较厚的金属的电感结构中，仍然会受到涡电流(eddy current)的影响。由于磁通量(magnetic flux)最大的区域是出现在内圈，所以受到涡电流影响最巨的部分是在内圈的内侧，会造成内圈的电流均匀度不佳，无法充分利用导体的截面积，进而造成电感品质下降。

发明内容

本发明提供一种电感结构，可以降低涡电流的影响，进而提升电感品质。

本发明提出一种电感结构，配置于基底上方，此电感结构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端与第二端，第一端自第一螺旋状导线的内侧旋出，该第二端配置于该第一螺旋状导线的内侧。第二螺旋状导线与第一螺旋状导线相互缠绕且对称于垂直于该基底的对称平面配置。第二螺旋状导线具有第三端与第四端，第三端自第二螺旋状导线的内侧旋出且与第一螺旋状导线的第一端相连接，以形成具有多圈绕线的绕线层，并于绕线层的最外圈绕线形成虚拟接地，该第四端配置于该第二螺旋状导线的内侧。

本发明另提出一种电感结构，配置于基底上方，此电感结构包括第一螺旋状导线及第二螺旋状导线。第一螺旋状导线至少包括第一外导线与第一内导线，其中第一外导线与第一内导线串联，第一外导线自第一螺旋状导线的内侧旋出。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。第二螺旋状导线至少包括第二外导线与第二内导线，其中第二外导线与第二内导线串联，第二外导线自第二螺旋状导线的内侧旋出且与第一外导线相连接，以形成具有多圈绕线的一绕线层，并于绕线层的最外圈绕线形成虚拟接地。

在本发明的电感结构中，电流密度最高的区域出现在接地的最外圈绕线，而涡电流影响最巨的部分是在电感结构的最内圈绕线。因此，本实施例中的电感结构可有效地降低涡电流的影响，进而提升电感品质。

为让本发明的上述和其它目的、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所绘式为图1的电感结构的上层的俯视图。

图4所绘式为图1的电感结构的下层的俯视图。

图5所绘示为本发明一实施例的增益导线的俯视图。

附图标记说明

100：电感结构               102：基底

104：介电层                 106、108：螺旋状导线

106a、108a：外导线          106b、108b：内导线

106c、108c：连接导线        107a：第一端

107b：第二端                109a：第三端

109b：第四端                110：绕线层

112：对称平面

114a、114b、118a、118b、122a、122b、126a、126b、132：介层窗

116a、116b、120a、120b：接合导线

124a、124b、128a、128b：外接导线

130：增益导线

具体实施方式

图1所绘示为本发明的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。

请同时参照图1及图2，电感结构100配置于基底102上的介电层104中。电感结构100包括螺旋状导线106与螺旋状导线108。由于电感结构100可藉由半导体工艺实现，基底102可以是硅基材。介电层104的材料例如是氧化硅或其它介电材料。螺旋状导线106与螺旋状导线108的材料可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。此外，在本实施例中，电感结构100的形状为四边形(如图1所示)，然而本发明的电感结构100并不局限于实施例中所绘示的形状。

螺旋状导线106与螺旋状导线108例如是配置于同一高度平面上。螺旋状导线106以及螺旋状导线108相互缠绕而形成具有多圈绕线的绕线层110，且螺旋状导线106以及螺旋状导线108对称于对称平面112而进行配置。其中，对称平面112的延伸方向例如是朝向页面内。

螺旋状导线106至少包括外导线106a与内导线106b，其中外导线106a与内导线106b串联。螺旋状导线106具有第一端107a及第二端107b。第一端107a例如是外导线106a的一端点，第二端107b则例如是内导线106b的一端点。也就是说，第二端107b配置于螺旋状导线106的内侧，而第一端107a自螺旋状导线106的内侧旋出。

螺旋状导线108以对应于对称平面112的方式而与螺旋状导线106相互缠绕。螺旋状导线108至少包括外导线108a与内导线108b，且外导线108a与内导线108b之间是以串联的方式相连接。螺旋状导线108具有第三端109a与第四端109b。第三端109a例如是外导线108a的一端点，第四端109b例如是内导线108b的一端点。第四端109b例如是对应于第二端107b的位置，配置于螺旋状导线108的内侧。而第三端109a例如是对应于第一端107a的位置，自螺旋状导线108的内侧旋出，且第一端107a与第三端109a会于对称平面112上相连接。也就是说，螺旋状导线106与螺旋状导线108交会连接于绕线层110的最外圈。

如图1所示，在本实施例中，电感结构100的绕线层110例如是三圈的绕线结构，因此，螺旋状导线106与螺旋状导线108更可以分别包括连接导线106c与连接导线108c。外导线106a与内导线106b的连接方式例如是藉由连接导线106c将外导线106a与内导线106b进行串联。而外导线108a与内导线108b之间则例如是藉由连接导线108c进行串联。然而，绕线层110的圈数并不局限于实施例中所绘示的三圈，上述的连接方式并不用以限制本发明。

于其它实施例中，在绕线层110的结构为两圈绕线的情况下，外导线106a与内导线106b可以直接进行串联，而外导线108a与内导线108b亦是如此。当然，绕线层110更可以于外导线106a与内导线106b之间配置多圈的连接导线106c，且相对应地于外导线108a与内导线108b之间配置多圈的连接导线108c，使绕线层110为大于三圈绕线的结构，于此技术领域的技术人员可视其需求进行调整。

图3所绘式为图1的电感结构的上层的俯视图。图4所绘式为图1的电感结构的下层的俯视图。

请同时参照图1、图3及图4，螺旋状导线106及螺旋状导线108相互缠绕的方式例如是使螺旋状导线106与螺旋状导线108交错于对称平面112上。且螺旋状导线106与螺旋状导线108于交错位置互不接触，以避免短路的情况发生。举例来说，在螺旋状导线106中，外导线106a例如是藉由介层窗114a向下连接至接合导线116a，再藉由介层窗114b连接至连接导线106c，使得螺旋状导线106可以在交错位置上从螺旋状导线108的下方通过，避免螺旋状导线106以及螺旋状导线108相互接触而造成短路。至于外导线108a与连接导线108c则由位于相同高度平面的接合导线116b进行连接。另一方面，在螺旋状导线108中，连接导线108c与内导线108b之间例如是藉由介层窗118a、接合导线120a以及介层窗118b进行连接，使螺旋状导线108在交错位置上从螺旋状导线106的下方通过。至于连接导线106c与内导线106b则由位于相同高度平面的接合导线120b进行连接。

承上述，操作电感结构100时，例如是同时施加操作电压于第二端107b及第四端109b。在第二端107b施加操作电压的方式例如是藉由介层窗122a连接至位于电感结构100下方的外接导线124a，再藉由介层窗122b连接至外接导线124b，而使得操作电压可经由外接导线124b施加于第二端107b。同样地，在第四端109b施加操作电压的方式例如是藉由介层窗126a连接至位于电感结构100下方的外接导线128a，再藉由介层窗126b连接至外接导线128b，而使得操作电压可经由外接导线128b施加于第四端109b。

由于施加于第二端107b上的电压与施加于第四端109b上的电压为绝对值相等且电性相反的电压，因此从第二端107b与第四端109b起，越往螺旋状导线106与螺旋状导线108的外部，电压的绝对值会逐渐递减。在外导线106a的第一端107a与外导线108a的第三端109a的交会连接处的电压值会为0，也就是在绕线层110的最外圈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。

基于上述，在电感结构100中，电流密度最高的区域出现在接地的最外圈绕线，而涡电流影响最巨的部分是在电感结构100的最内圈绕线。因此，本实施例中的电感结构100可有效地降低涡电流的影响，进而提升电感品质。

此外，直流电的应用上，电源供应导线会接到交流接地的那一圈绕线，由于现有接地的绕线是位于电感结构的最内圈，所以电源供应导线需通过电感结构下方，因此会造成电源的损耗。然而，在本发明的电感结构100中，交流接地的绕线是位于电感结构100的最外圈，因此电源供应导线可以直接连接至电感结构100的最外圈绕线，不必通过电感结构100下方，因此可以避免电源的损耗。

图5所绘示为本发明一实施例的增益导线的俯视图。

请同时参照图2及图5，电感结构100更可包括增益导线130。增益导线130对应于绕线层110的最外圈的投影，配置于绕线层110下方且与绕线层110的最外圈并联。亦即，绕线层110最外圈的外导线106a及外导线108a可藉由介层窗132连接至增益导线130，至少使增益导线130的两末端电连接至绕线层110的最外圈。此外，在具有多条增益导线130的情况下(如图2所绘示的二条)，上下相邻的增益导线130彼此之间例如是藉由多个介层窗132进行并联。增益导线130的材料可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。

由上述可知，只要在绕线层110的最外圈下方配置有增益导线130，即能有效地增加导体截面积，以减少导体损耗，进而增进电感品质。

综上所述，上述实施例至少具有下列优点：

1.本发明所提出的电感结构可以降低涡电流的影响，进而提升电感品质。

2.本发明所提出的电感结构在具有增益导线的情况下，能有效地增加导体截面积，而可更进一步地而增进电感品质。

3.本发明所提出的电感结构在直流电的应用上，能有效地避免电源的损耗。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域内的技术人员，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所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种电感结构，配置于一基底上方，包括：

一第一螺旋状导线，该第一螺旋状导线具有一第一端与一第二端，该第一端自该第一螺旋状导线的内侧旋出，该第二端配置于该第一螺旋状导线的内侧；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垂直于该基底的对称平面配置，该第二螺旋状导线具有一第三端与一第四端，该第三端自该第二螺旋状导线的内侧旋出且与该第一螺旋状导线的该第一端相连接，以形成具有多圈绕线的一绕线层，并于该绕线层的最外圈绕线形成虚拟接地，该第四端配置于该第二螺旋状导线的内侧。

2.如权利要求1所述的电感结构，更包括至少一增益导线，对应于该绕线层的最外圈绕线的投影而配置于该绕线层下方，且与该绕线层的最外圈绕线并联。

3.如权利要求2所述的电感结构，更包括多个介层窗，配置于该绕线层与该增益导线之间，至少使该增益导线的两末端电连接至该绕线层的最外圈绕线。

4.如权利要求1所述的电感结构，其中：

该第一螺旋状导线至少更包括一第一外导线与一第一内导线，其中该第一外导线与该第一内导线串联，该第一外导线自该第一螺旋状导线的内侧旋出；以及

该第二螺旋状导线至少更包括一第二外导线与一第二内导线，其中该第二外导线与该第二内导线串联，该第二外导线自该第二螺旋状导线的内侧旋出且与该第一外导线相连接。

5.如权利要求4所述的电感结构，该第一螺旋状导线更包括至少一第一连接导线，该第二螺旋状导线至少更包括至少一第二连接导线，该第一连接导线连接该第一外导线与该第一内导线，该第二连接导线连接该第二外导线与该第二内导线，其中该第一连接导线与该第二连接导线关于该对称平面对称。

6.如权利要求4所述的电感结构，更包括至少一增益导线，对应于该绕线层的最外圈绕线的投影而配置于该绕线层下方，且与该绕线层的最外圈绕线并联。

7.如权利要求6所述的电感结构，更包括多个介层窗，配置于该绕线层与该增益导线之间，至少使该增益导线的两末端电连接至该绕线层的最外圈绕线。

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