CN101241795B - 电感元件 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种电感元件，包含：一基板，包括一第一基板层及一第二基板层；一第一导电图案，于第一基板层上；一第二导电图案，于第二基板层上；及介于所述的第一基板层及所述的第二基板层之间的一区域，至少一孔洞通过所述的区域而耦合于所述的第一基板层及所述的第二基板层间，且该至少一孔洞亦穿过所有所述的复数个基板层，其中于所述的区域的所述的第一导电图案或所述的第二导电图案的其中至少一者所感应的磁场较位于所述的第一导电层及所述的第二导电层之间的一不同区域的所述的第一导电图案或所述的第二导电图案的其中至少一者所感应的磁场为强。本发明提供的电感具有改良的品质因素，及可容易地以半导体制造工艺或PCB制造工艺来制造。

Description

电感元件
技术领域
本发明是关于电感元件，尤指具有改良的品质因素的嵌入型电感结构。 
背景技术
电感已广泛地使用于例如振荡器、滤波器、阻抗转换器等电路中。传统的电感是使用表面粘着技术(surface mounting technique，SMT)或其他复杂的制造工艺而粘着于电路板上，而会在电路板上占有不期望的大面积或展现不期望的高度。为了减少尺寸，已发展出嵌入型电感。图1A及图1B为现有技术中的嵌入型螺旋型电感(embedded spiral-type inductor)的示意图。图1A为现有技术中的螺旋型电感10的俯视图。参考图1A，螺旋型电感10形成于多层基板11上，且包含从终端1-A通过形成于所述的多层基板11的不同基板层内的导电路径14而延伸至终端2-A的导电线圈13。图1B为沿着图1A中所示的线A1的螺旋型电感10的剖面图。如图1B所示，螺旋型电感10的导电线圈13形成于多层基板11的基板层111上，且导电路径14形成于基板层112上，基板层112通过导电孔V11及V12而与基板层111电连接。 
电感的品质因素(Q-factor)可主要地决定通讯品质。举例来说，具有低品质因素的电感会在滤波器的带通中导致明显的插入损耗，且会增加所述的滤波器的频宽，其使得所述的系统易受噪声影响。再者，具有低品质因素的电感会在振荡器中导致不期望的相位噪声，其会使通讯系统的品质恶化。 
许多电感结构已被提出，以提供改良的品质因素。电感结构的范例可在以下的先前技术中找到。美国专利第5,373,112号，申请人为Kamimura，发明名称为“Multilayered wiring board having printed inductor”，其揭露一种具有通过插入于接地层或电源供应层间的介电层而形成于接地层或电源供应层上的印刷的电感的多层线路板，其中仅在所述的接地层或电源供应层内形成一移除的部份，所述的移除的部份位于所述的印刷的电感下方及所述的邻近区内，且于所述的介电层内没有形成移除的部份。美国专利第6,175,727号，申请人为Mostov及Letzion，发明名称为“Suspended printed inductor and LC-type filter constructed therefrom”，及美国专利第6,448,873号，申请人为Mostov及Letzion，发明名称为“LC filter with suspended printed inductor and compensating interdigital capacito”，其介绍一种悬挂结构的印刷电感，以增加电感的品质因素。美国专利第6,800,936号，申请人为Kosemura等人，发明名称为“High-frequency module device”，其揭露一种元件，其中形成于发展多层基板上的电感下的金属导电部份处借由蚀刻而被移除以降低寄生效应，以增加所述的电感的品质因素。然而，上述的现有技术结构或制造工艺在某些应用中较为复杂。因此，在某些架构下需要具有改良的品质因素的电感，及可容易地以半导体制造工艺或PCB制造工艺来制造的结构。
发明内容
本发明的范例可包含一种电感元件，包含：一基板，具有复数个基板层，包括一第一基板层；一导电线圈，形成于所述的第一基板层上，所述的导电线圈具有两个终端，且于所述的两个终端间包含复数个连接的螺线；及于所述的一基板层的一表面上的一区，于所述的区设有穿透所述的表面和所有所述的复数个基板层的复数个孔洞，所述的区由所述的导电线圈的至少一螺线所围绕。 
本发明的一些范例亦可包含一种电感元件，包含：一基板，具有复数个基板层，包括一第一基板层；一导电路径，于所述的第一基板层上方延伸且环绕所述的第一基板层的一表面，所述的导电路径具有两个终端且包含复数个导电绕组；于所述的第一基板层的所述的表面上的所述的区，于所述的区设有穿透所述的表面和所有所述的复数个基板层的至少一孔洞，所述的区实质上由所述的这些复数个导电绕组的至少一者所围绕；及于所述的第一基板 层的所述的表面上的一不同区，于所述的不同区中设有一不同孔洞，其中所述的不同区与所述的这些复数个导电绕组相间隔，且未受这些复数个导电绕组所围绕。本发明的范例可进一步包含一种电感元件，包含：一基板，具有复数个基板层，包括一第一基板层及一第二基板层；一第一导电图案，于所述的第一基板层上；一第二导电图案，于第二基板层上；及介于所述的第一基板层及所述的第二基板层之间的一区域，至少一孔洞通过所述的区域而耦合于所述的第一基板层及所述的第二基板层间，且该至少一孔洞亦穿过所有所述的复数个基板层，其中于所述的区域的所述的第一导电图案或所述的第二导电图案的至少一者所感应的磁场较所述的第一导电层及所述的第二导电层之间的一不同区域的所述的第一导电图案或所述的第二导电图案的至少一者所感应的磁场为强；其中至少一孔洞提供于所述的不同区域内。 
于下文的说明中将部份提出本发明的其他特点与优点，而且从所述的说明中将了解本发明其中一部份，或者借由实施本发明亦可掌握。借由随附的权利要求书中特别列出的元件与组合将可了解且达成本发明的特点与优点。 
应该了解的是，上文的概要说明以及下文的详细说明都仅供作例示与解释，其并未限制本文所主张的发明。 
发明提供的电感具有改良的品质因素，及可容易地以半导体制造工艺或PCB制造工艺来制造。 
附图说明
图1A为现有技术中螺旋型电感的俯视图； 
图1B为沿着图1A中线A1的螺旋型电感的剖面图； 
图2A为根据本发明的一范例的螺旋型电感的俯视图； 
图2B为根据本发明的一范例的螺旋型电感的剖面图； 
图2C为根据本发明的另一范例的螺旋型电感的剖面图； 
图3A为根据本发明的一范例的蜿蜒型电感的俯视图； 
图3B为根据本发明的一范例的蜿蜒型电感的剖面图； 
图3C为根据本发明的另一范例的蜿蜒型电感30-2的剖面图； 
图4A为根据本发明的一范例的螺旋状的电感的透视图； 
图4B为显示于图4A中的螺旋状的电感的剖面图； 
图5A及图5B为各符合本发明的一范例的电感的示意图； 
图6A及图6B为各符合本发明的另一范例的电感的示意图； 
图7A及图7B为各符合本发明的另一范例的电感的示意图；及 
图8A、图8B及图8C为各符合本发明的另一范例的电感的示意图。 
附图标号 
10                 螺旋型电感 
11                 基板 
13                 导电线圈 
14                 导电路径 
20                 螺旋型电感 
20-1               螺旋型电感 
20-2               螺旋型电感 
21                 多层基板 
23                 导电线圈 
24                 导电路径 
29                 孔洞 
30                 蜿蜒型电感 
30-1               蜿蜒型电感 
30-2               蜿蜒型电感 
31                 多层基板 
33                 蜿蜒型导电路径 
39-1               孔洞 
39-2               孔洞 
39-3               孔洞 
40                 螺旋状的电感 
43-1               第一导电图案 
43-2               第二导电图案 
43-3               第三导电图案 
49                 孔洞 
50                 蜿蜒型电感 
51                 螺旋型电感 
59-1               孔洞 
59-2               孔洞 
59-3               孔洞 
60                 蜿蜒型电感 
61                 蜿蜒型电感 
69-1               狭长孔洞 
69-2               狭长孔洞 
69-3               狭长孔洞 
70                 螺旋型电感 
71                 螺旋型电感 
79-1               狭长孔洞 
79-2               狭长孔洞 
81                 电感 
81-1               第一线圈 
81-2               第二线圈 
82                 电感 
82-1               第三线圈 
82-2               第四线圈 
83                 电感 
83-1               第五线圈 
83-2               第六线圈 
85                 基板层 
89                 孔洞 
111                基板层 
112                基板层 
211                基板层 
212                基板层 
213                基板层 
214                基板层 
215                基板层 
311                基板层 
312                基板层 
313                基板层 
314                基板层 
315                基板层 
具体实施方式
现将详细参照于本发明具体实施例，其实施例图解于附图之中。尽其可能，所有图式中将依相同元件符号以代表相同或类似的部件。 
图2A、图2B、及图2C为根据本发明的一范例的嵌入型螺旋型电感的示意图。图2A为根据本发明的一范例的螺旋型电感20的俯视图。参考图2A，形成于多层基板21上的螺旋型电感20可包含从终端1-B通过导电路径24延 伸至终端2-B的导电线圈23。于一范例中，导电线圈23可在终端1-B及2-B间包含复数个连接的螺线。于目前的范例中，导电线圈23及终端1-B及2-B可形成于多层基板21的顶表面上。于其他范例，例如图2C所示的范例，导电线圈23及终端1-B及2-B可形成于多层基板21的中间基板层内。螺旋型电感20的导电路径24可形成于多层基板21的不同基板层中的顶表面下。导电线圈23可在多层基板21上的一区包围孔洞29。孔洞29包含导电孔、凹孔及通孔的其中一者。于一范例中，可将孔洞29设于多层基板21内的一区或一区域，其中由导电线圈23所感应的磁场或力较强。本发明所属技术领域中熟悉此项技术者将了解：导电路径的图案可决定一基板层上的一区，其为孔洞所在处。如线圈结构23的一范例，线圈23的中央区或眼部可显现较所述的基板层的其他区为强的磁场。于一范例中，所述的这些连接的螺线可具有不同形状，包含实质上矩形、方形、圆形、及椭圆形的至少一者。 
图2B为根据本发明的一范例的螺旋型电感20-1的剖面图。参考图2B，螺旋型电感20-1可类似于沿着图2A中所示线A2剖视的螺旋型电感20。如图2B所示，螺旋型电感20-1的导电线圈23可形成于多层基板21的基板层211上，且导电路径24可形成于基板层212上。导电路径24可通过导电孔V21及V22而电气连接至线圈23。孔洞29可在由导电线圈23所感应的磁力较强的一区处穿透多层基板21。 
图2C为根据本发明的另一范例的螺旋型电感20-2的剖面图。参考图2C，螺旋型电感20-2可类似于显示于图2B的螺旋型电感20-1，除了导电线圈23及导电路径24分别形成于多层基板21的基板层213及214上。虚线圆圈表示由螺旋型电感20-2的导电线圈23所感应的磁场的磁力线。导电线圈23可具有圆形形状(如图2C所示)，或于其他范例中，具有矩形、多边形、及椭圆形形状的其中一者。于一模拟实验，相较于不具有孔洞的螺旋型电感，基板中或内的孔洞有助于增进螺旋型电感的品质因素。 
电感20、20-1、及20-2可包含一印刷的电感。多层基板21可包含印刷 电路板(PCB)、陶瓷基板及集成电路基板的其中一者，其可进一步包含堆迭的介电层。再者，多层基板21可包含相对低的介电损耗的材料，以增进所述的电感的稳健性。举例来说，所述的这些材料可具有小于0.03或甚至小于0.01的介电损耗正切。基板21可包含Arlon 25、ArlonAR600层压基板(两者皆可从Arlon Inc.(Califomia，United States)取得)、GML1000基板(其可从GILTechnologies(Tennessee，United States)取得)、Gigaver210基板(其可从IsolaUSA Corporation(Arizona，United States)取得)的其中一者。再者，于根据本发明的一范例中，孔洞29设于一基板层内之处的一区可具有小于所述的基板层上的其他区的介电损耗正切。 
于另一范例，孔洞29可以具有较高的导磁率的材料来填满，以增加电感值(inductance)。于另一范例，孔洞29的侧壁表面可以具有较高的导磁率的材料来电镀或涂覆。于另一范例，孔洞29可以具有较高的导磁率的材料被电镀或涂覆，接着填满，以进一步增加电感。举例来说，所述的这些材料可具有大于1.1的导磁率，且可选自铁(Fe)、钴(Co)、或镍(Ni)中的其中一者。于另一范例，孔洞29可以铜来填满，以增进基板稳健性。再者，螺旋型电感20、20-1、及20-2的孔洞29可包含一剖面形状，所述的剖面形状具有实质上圆形、三角形、矩形、多边形、椭圆形、或其他适合形状的至少一者。 
图3A、图3B及图3C为根据本发明的一范例的嵌入型蜿蜒型电感的示意图。图3A为根据本发明的一范例的蜿蜒型电感30的俯视图。参考图3A，形成于多层基板31上的蜿蜒型电感30，其包含从终端1-C弯折地或弯曲地延伸至终端2-C的蜿蜒型导电路径33，蜿蜒型导电路径33为具有复数个绕组的图案(未编号)。复数个孔洞39-1、39-2、及39-3可设于由蜿蜒型导电路径33的所述的这些复数个绕组所定义的区。具体而言，各孔洞39-1、39-2可设于一基板层上的一区，于该处的磁场较强于所述的基板层的其他区。 
图3B为根据本发明的一范例的蜿蜒型电感30-1的剖面图。参考图3B，蜿蜒型电感30-1可类似于沿着图3A中线A3剖视的蜿蜒型电感30。蜿蜒型 电感30-1的蜿蜒型导电路径33可形成于多层基板31的基板层311上。虚线圆圈表示由蜿蜒型电感30-1的蜿蜒型导电路径33所感应的磁场的磁力线。孔洞39-1、39-2、及39-3可在由蜿蜒型导电路径33所感应的磁场较强的区处穿透多层基板31。于根据本发明的一范例，设有孔洞39-1、39-2、及39-3的所述的这些区可具有小于所述的基板层的其他区的介电损耗正切。 
图3C为根据本发明的另一范例的蜿蜒型电感30-2的剖面图。参考图3C，蜿蜒型电感30-2可类似于沿着图3B中的蜿蜒型电感30-1，除了蜿蜒型电感30-2的蜿蜒型导电路径33可被嵌入于多层基板31的中间基板层312内。 
图4A及图4B为根据本发明的一范例的螺旋状的电感40的示意图。图4A为根据本发明的一范例的螺旋状的电感40的透视图。参考图4A，螺旋状的电感40可形成于包含第一基板层1、第二基板层2、及第三基板层3的多层基板(未编号)上。螺旋状的电感40可包含形成于第一基板层1上的第一导电图案43-1、形成于第二基板层2上的第二导电图案43-2、形成于第三基板层3上的第三导电图案43-3、终端1-D及终端2-D。第一导电图案43-1可借由第一导电孔V41而电气连接至第二导电图案43-2，而第二导电图案43-2可借由第二导电孔V42而电气连接至第三导电图案43-3。与三基板层1、2、及3连通的孔洞49可设于由三个导电图案43-1、43-2、及43-3所定义的区域中。于一范例，各第一、第二、及第三导电图案43-1、43-2、及43-3可包含圆形、矩形、多边形、及椭圆形形状的其中一者。于另一范例，设有孔洞49之处的所述的区域可具有小于所述的多层基板中的其他区域的介电损耗正切。 
图4B为显示于图4A中的螺旋状的电感40的剖面图。参考图4B，螺旋状的电感40的第一导电图案43-1、第二导电图案43-2、及第三导电图案43-3可分别形成于多层基板的第一基板层1、第二基板层2、及第三基板层3的各表面上。虚线圆圈表示由螺旋状的电感40的导电图案43-1、43-2、及43-3所感应的磁场的磁力线。 
图5A及图5B为各符合本发明的一范例的电感的示意图。图5A为蜿蜒 型电感50的示意图。参考图5A，蜿蜒型电感50可类似于显示于图3A的蜿蜒型电感30，除了设于磁场较强之处的最佳区的孔洞39-1、39-2、及39-3以外，还可设有至少一孔洞59-1。尽管各至少一孔洞59-1设于有别于最佳区域的一区，其仍有助于增进品质因素。 
图5B为螺旋型电感51的示意图。参考图5B，螺旋型电感51可类似于显示于图2A的螺旋型电感20，除了设于磁场较强之处的最佳区的孔洞29以外，还可设有至少一孔洞59-2。尽管各至少一孔洞59-2设于有别于最佳区的一区，其仍有助于增进品质因素。再者，线圈23可包含数个圈或弯曲部分，而至少一孔洞59-3可设于所述的这些圈或弯曲间的区。 
图6A及图6B为各符合本发明的另一范例的电感的示意图。图6A为蜿蜒型电感60的示意图。参考图6A，蜿蜒型电感60可类似于显示于图3A的蜿蜒型电感30，除了孔洞39-1以外，还可设有至少一狭长形孔洞或狭长孔洞69-1。至少一狭长孔洞69-1可设于磁场较强之处的最佳区。 
图6B为蜿蜒型电感61的示意图。参考图6B，蜿蜒型电感61可类似于显示于图6A的蜿蜒型电感60，除了至少一狭长孔洞69-1以外，还可设有至少一狭长孔洞69-2。至少一狭长孔洞69-2可设于有别于所述的这些最佳区的区。再者，于另一范例，可设有至少一狭长孔洞69-3，其可连接至少一狭长孔洞69-1。 
图7A及图7B为各符合本发明的另一范例的电感的示意图。图7A为螺旋型电感70的示意图。参考图7A，螺旋型电感70可类似于显示于图2A的螺旋型电感20，除了至少一狭长孔洞79-1可设于感应磁场较强之处的最佳区。 
图7B为螺旋型电感71的示意图。参考图7B，螺旋型电感71可类似于显示于图7A的螺旋型电感70，除了至少一狭长孔洞79-2可连接至至少一孔洞79-1，以形成一线圈结构。 
图8A、图8B、及图8C为各符合本发明的另一范例的电感的示意图。在图8A中，电感81形成于一基板85的一基板层上，所述的基板可以是多层或 层压基板。参考图8A，电感81可包含第一线圈81-1及第二线圈81-2。孔洞89可设于基板层85上的一区，于该处由第一线圈81-1或第二线圈81-2所感应的磁场较强。孔洞89可包含穿透所述的基板而形成的通孔、形成于所述的基板中的凹孔、或嵌入所述的基板中的导电孔。再者，孔洞89可包含一剖面形状，所述的剖面形状具有狭长形、圆形、三角形、矩形、多边形、及椭圆形形状的至少一者。第一线圈81-1可作为一转换器的一主要绕组，同时第二线圈81-2可作为所述的转换器的一辅助绕组；反之亦然。于本范例，第一线圈81-1的至少一部份与第二线圈81-2的至少一部份可彼此交错。 
图8B为电感82的示意图。参考图8B，电感82可类似于显示于图8A的电感81，除了第三线圈82-1及第四线圈82-2。第三线圈82-1可作为一转换器的一主要绕组，同时第四线圈82-2可作为所述的转换器的一辅助绕组；反之亦然。于本范例，第四线圈82-2的至少一部分为第三线圈82-1的至少一部分所围绕。 
图8C为电感83的示意图。参考图8C，电感83可包含形成于基板层85上的第五线圈83-1及形成于所述的基板的不同基板层(未图示)上的第六线圈83-2。第五线圈83-1可作为一转换器的一主要绕组，同时第六线圈83-2可作为所述的转换器的一辅助绕组；反的亦然。 
在说明本发明的代表性具体实施例时，本说明书可将本发明的方法及/或制造工艺表示为一特定的步骤次序；不过，由于所述的方法或制造工艺的范围并不是于本文所提出的特定的步骤次序，故所述的方法或制程不应受限于所述的特定步骤次序。本领域的技术工作者应当会了解其它步骤次序也是可行的。所以，不应将本说明书所提出的特定步骤次序视为对权利要求范围的限制。此外，亦不应将有关本发明的方法及/或制造工艺的权利要求范围仅限制在以书面所载的步骤次序的实施，掌握此项技术的人易于了解，所述的这些次序亦可加以改变，并且仍涵盖于本发明的精神与范畴之内。 
掌握此技术者应即了解可对上述各项具体实施例进行变化，而不致悖离 其广义的发明性概念。因此，应了解本发明并不限于本案揭示的特定具体实施例，而为涵盖归属如各权利要力项所定义的本发明精神及范围内的修饰。 

Claims (15)

1.一种电感元件，其特征在于，所述的电感元件包含：
基板，具有复数个基板层，包括第一基板层、第二基板层、第三基板层；
螺旋状的导电线圈，包括第一导电图案、第二导电图案、第三导电图案，所述的第一导电图案形成于所述的第一基板层上，所述的第二导电图案形成于所述的第二基板层上，所述的第三导电图案形成于所述的第三基板层上，其中所述的第一导电图案藉由第一导电孔电气连接所述的第二导电图案，所述的第二导电图案藉由第二导电孔电气连接至所述的第三导电图案，所述的导电线圈具有第一终端和第二终端，所述的第一终端位于所述的第一基板层上并连接所述的第一导电图案，所述的第二终端位于所述的第三基板层上并连接所述的第三导电图案；及
穿透所述的第一基板层、第二基板层、第三基板层的孔洞，且该孔洞由所述的第一导电图案、第二导电图案、第三导电图案所围绕。
2.如权利要求1所述的电感元件，其中所述的孔洞具有一剖面形状，所述的剖面形状具有实质上狭长形、圆形、三角形、矩形、多边形、及椭圆形的至少一者。
3.如权利要求1所述的电感元件，其中所述的孔洞以具有相对导磁率大于1.1的材料来填满。
4.如权利要求1所述的电感元件，其中所述的孔洞以具有相对导磁率大于1.1的材料来电镀。
5.如权利要求1所述的电感元件，其中所述的孔洞以具有相对导磁率大于1.1的材料来涂覆。
6.如权利要求1所述的电感元件，其中所述的孔洞的形式包含通孔及导电孔的其中一者。
7.如权利要求1所述的电感元件，其中所述的这些连接的螺线包含实质上矩形、方形、圆形及椭圆形的至少一者。
8.一种电感元件，其特征在于，所述的电感元件包含：
基板，具有复数个基板层，包括第一基板层；
导电路径，于所述的第一基板层上方延伸并卷绕，所述的导电路径具有两个终端且包含至少一导电绕组，其中所述的导电绕组包括复数个螺线；
于所述的第一基板层的所述的表面上的所述的导电路径设置至少一第一狭长孔洞连接至至少一第二狭长孔洞，以形成线圈结构。
9.如权利要求8所述的电感元件，其中所述的至少一孔洞具有一剖面形状，所述的剖面形状具有实质上狭长形、圆形、三角形、矩形、多边形及椭圆形的至少一者。
10.如权利要求8所述的电感元件，其中所述的至少一孔洞的其中一者提供有具有相对导磁率大于1.1的材料。
11.如权利要求8所述的电感元件，其中所述的至少一孔洞的形式包含通孔及导电孔的其中一者。
12.一种电感元件，其特征在于，所述的电感元件包含：
基板，具有复数个基板层，包括第一基板层及；
第一导电图案，所述的第一导电图案位于所述的第一基板层上；
第二导电图案，所述的第二导电图案位于所述的第一基板层上；及
所述的第一导电图案及所述的第二导电图案彼此相邻但不相接触，其中所述的第一导电图案和第二导电图案皆包括复数个螺线，所述的第一导电图案的复数个螺线沿着所述的第二导电图案的复数个螺线侧边配置；
孔洞配置于所述的第一导电图案和第二导电图案的中心的位置，所述的孔洞穿过所有所述的复数个基板层。
13.如权利要求12所述的电感元件，其中所述的至少一孔洞具有一剖面形状，所述的剖面形状具有实质上狭长形、圆形、三角形、矩形、多边形及椭圆形的其中至少一者。
14.如权利要求12所述的电感元件，其中所述的至少一孔洞的其中一者提供有具有相对导磁率大于1.1的材料。
15.如权利要求12所述的电感元件，其中所述的至少一孔洞的形式包含通孔及导电孔的其中一者。
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