CN101256877A - 电感结构 - Google Patents

Abstract

一种电感结构，配置于基底上方，包括绕线层。绕线层具有互相电性连接的多数圈绕线。其中，绕线层的最内圈绕线在磁通密度较高的区域中具有宽度较窄的部分。

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，尤其是在内圈的转弯处(bend)受到涡电流影响最巨，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，包括绕线层。绕线层具有互相电性连接的多数圈绕线。其中，绕线层的最内圈绕线在磁通密度较高的区域中，具有的宽度较窄的部分。

本发明另提出一种电感结构，配置于基底上方，包括第一螺旋状导线及第二螺旋状导线。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，第二螺旋状导线的一端与第一螺旋状导线的一端相连接，以形成具有多圈绕线的绕线层，且各圈绕线的形状为多边形而具有多个转弯处。其中，绕线层的最内圈绕线在至少两个转弯处，各具有宽度较窄的部分。

本发明又提出一种电感结构，配置于基底上方，包括绕线层。绕线层是由多数圈绕线所串联而成，且各圈绕线的形状为多边形而具有多个转弯处。其中，绕线层的最内圈绕线在至少一个转弯处，具有宽度较窄的部分。

本发明所提出的电感结构，其在绕线层的最内圈绕线在磁通密度较高的区域中，具有的宽度较窄的部分，因此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他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为本发明的一第一实施例的电感结构的俯视图。

图2所绘示为本发明的一第二实施例的电感结构的俯视图。

图3所绘示为本发明的一第三实施例的电感结构的俯视图。

图4所绘示为本发明的一第四实施例的电感结构的俯视图。

图5所绘示为本发明的一第五实施例的电感结构的俯视图。

图6所绘示为本发明的一第六实施例的电感结构的俯视图。

主要元件符号说明

100、200、300、400、500、600：电感结构

102、402：基底

104、106：螺旋状导线

104a、104b、106a、106b、404a、404b：末端

108、404：绕线层

108a、108a’、108a”：最内圈绕线

110：对称平面

112、114、116、118、412、414、416、418：转弯处

406、406’、406”、408、410：绕线

L1、L2：长度

W1、W2、W3、W4：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，磁通量最大的区域是出现在内圈，且磁通密度越高所产生涡电流越大，会使得涡电流与电感的感应电流产生严重的电流相消(currentcancellation)，而导致导体损耗(conductor loss)增加，进而造成电感品质降低。

因此，本发明所提出的电感结构的最内圈绕线在磁通密度较高的区域中，具有的宽度较窄的部分，而能够有效地降低涡电流，进而提升电感品质。此外，由于本发明所提出的电感结构中具有宽度较窄的部分，因此可以降低相邻两条绕线的间的寄生电容值，而能改善电感品质。

以下，利用多边形的电感结构为例进行说明，多边形的电感结构例如是四边形，但并不用以限制本发明。此外，在多边形的电感结构中，磁通密度较高的区域是以位于多边形的转弯处为例进行说明。

图1所绘示为本发明的一第一实施例的电感结构的俯视图。

请参照图1，电感结构100配置于基底102上方。电感结构100包括螺旋状导线104与螺旋状导线106。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。螺旋状导线104与螺旋状导线106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的形状为多边形，例如是图1中所示的四边形。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104与螺旋状导线106例如是配置于同一高度平面上。螺旋状导线104以及螺旋状导线106相互缠绕而形成具有多圈绕线的绕线层108，例如是图1中所示的3圈，但是并不用以限制本发明。螺旋状导线104以及螺旋状导线106对称于对称平面110而进行配置。其中，对称平面110的延伸方向例如是朝向页面内。

螺旋状导线104具有末端104a及末端104b。末端104a配置于螺旋状导线104的外部，而末端104b旋入螺旋状导线104的内部。

螺旋状导线106以对应于对称平面110的方式而与螺旋状导线104相互缠绕。螺旋状导线106与螺旋状导线104之间是以串联的方式电性连接。螺旋状导线106具有末端106a与末端106b。末端106a例如是对应于末端104a的位置，配置于螺旋状导线106的外部。而末端106b例如是对应于末端104b的位置，旋入螺旋状导线106的内部，且末端104b与末端106b会于对称平面110上相连接。也就是说，螺旋状导线104与螺旋状导线106交会连接于绕线层108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104a及末端106a。此外，施加于末端104a上的电压与施加于末端106a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104a与末端106a起，越往螺旋状导线104与螺旋状导线106的内部，电压的绝对值会逐渐递减。在螺旋状导线104的末端104b与螺旋状导线106的末端106b的交会连接处的电压值会为0，也就是在绕线层108的最内圈绕线108a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。

值得注意的是，在第一实施例中是以螺旋状导线104与螺旋状导线106交会连接于绕线层108的最内圈，而在绕线层108的最内圈绕线108形成虚拟接地为例进行说明。然而，在其他实施例中，相互缠绕的两条螺旋状导线可交会连接于绕线层的最外圈，而在绕线层的最外圈绕线形成虚拟接地。

在电感结构100中，各圈绕线的形状呈四边形而具有四转弯处。绕线层108的最内圈绕线108a的四个转弯处为转弯处112、114、116、118，且在最内圈绕线108a的四个转弯处112、114、116、118均具有宽度较窄的部分。值得注意的是，虽然在本实施例的最内圈绕线108a的四个转弯处112、114、116、118均具有宽度较窄的部分，但是只要电感结构100在对称于对称平面110的至少两个转弯处具有宽度较窄的部分，即可达成降低涡电流及寄生电容值的功效。

其中，最内圈绕线108a的结构例如是将原本具有宽度W1的最内圈绕线108a，在四个转弯处112、114、116、118，藉由移除最内圈绕线108a的外侧的一部分绕线，而在四个转弯处112、114、116、118形成较窄的宽度W2。

值得注意的是，只要位于转弯处的宽度W2小于宽度W1即可以达成降低涡电流的功效，于此技术领域具有通常知识者可依照电感结构100的设计需求对宽度W2的大小进行调整。另一方面，最内圈绕线108a中具有较窄宽度W2的部分的长度L1并没有特别的限制，于此技术领域具有通常知识者可依照电感结构100的设计需求对最内圈绕线108a中具有较窄宽度W2的部分的长度L1的大小进行调整。

由上述第一实施例可知，由于电感结构100的最内圈绕线108a在磁通密度较高的区域(即转弯处112、114、116、118)中，具有宽度较窄的部分，因此可以大幅地降低涡电流，进而提升电感品质。此外，由于电感结构100的感应电流的流动路径(flow path)并没有改变，因此并不会导致电感值降低。

另外，由于电感结构100的最内圈绕线108a中具有宽度较窄的部分，因此能够降低相邻两条绕线的间的寄生电容值，而能提升电感品质。

图2所绘示为本发明的一第二实施例的电感结构的俯视图。图3所绘示为本发明的一第三实施例的电感结构的俯视图。于图2及图3中，与图1相同的构件则使用相同的标号，并且不再重复说明。

请同时参照图1至图3，第二、第三实施例中的电感结构200、300与第一实施例中的电感结构100的差异在于：最内圈绕线108a、108a’、108a”在宽度较窄的部分中，被移除的一部分绕线的位置。其中，第一实施例中被移除的一部分绕线位于最内圈绕线108a的外侧，但是第二实施例中被移除的一部分绕线位于最内圈绕线108a’的内侧，而第三实施例中被移除的一部分绕线位于最内圈绕线108a”的内侧及外侧。除此之外，第二、第三实施例中的电感结构200、300的其他构件的材料及功效与第一实施例大致相同，故于此不再赘述。

由于第二、第三实施例中的电感结构200、300与第一实施例的电感结构100具有相似的技术特征，即在最内圈绕线108a、108a’、108a”的四个转弯处112、114、116、118均具有宽度较窄的部分，因此可以达成降低涡电流及寄生电容值的功效，进而提升电感品质。

图4所绘示为本发明的第四实施例的电感结构的俯视图。

请参照图4，电感结构400配置于基底402上方。由于电感结构400可藉由半导体工艺实现，基底402可以是硅基材。绕线层404的材料可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。在本实施例中，虽然电感结构400所呈现的形状为多边形，例如是图4中所示的四边形。然而，本发明的电感结构400的形状并不局限于实施例中所绘示的形状。

绕线层404例如是由绕线406、408、410串联构成的3圈的螺旋回圈结构，但本发明的绕线层404的圈数并不局限于3圈。

此外，绕线层404具有两末端404a、404b，末端404b位于绕线层404最内圈的绕线406上，而末端404a位于绕线层404最外圈的绕线410上。其中，末端404b接地，而另一末端404a连接操作电压，此为单端电感(single-ended inductor)的应用。

值得注意的是，在第四实施例中，是将位于电感结构400内部的末端404b进行接地，而使得绕线层404最内圈的绕线406接地为例进行说明。然而，在其他实施例中，可以将位于电感结构外部的末端接地，而使得绕线层最外圈的绕线接地。

在电感结构400中，各圈绕线的形状呈四边形而具有四转弯处。绕线层44的最内圈的绕线406的四个转弯处为转弯处412、414、416、418，且在最内圈的绕线406的四个转弯处412、414、416、418均具有宽度较窄的部分。值得注意的是，虽然在本实施例的最内圈的绕线406的四个转弯处412、414、416、418均具有宽度较窄的部分，但是只要电感结构400在至少一个转弯处具有宽度较窄的部分，即可达成降低涡电流及寄生电容值的功效。

其中，最内圈的绕线406的结构例如是将原本具有宽度W3的最内圈的绕线406，在四个转弯处412、414、416、418，藉由移除最内圈的绕线406的外侧的一部分绕线，而在四个转弯处412、414、416、418形成较窄的宽度W4。

值得注意的是，只要位于转弯处的宽度W4小于宽度W3即可以达成降低涡电流的功效，于此技术领域具有通常知识者可依照电感结构400的设计需求对宽度W4的大小进行调整。另一方面，最内圈的绕线406中具有较窄宽度W4的部分的长度L2并没有特别的限制，于此技术领域具有通常知识者可依照电感结构400的设计需求对最内圈的绕线406中具有较窄宽度W4的部分的长度L2的大小进行调整。

由上述第四实施例可知，由于电感结构400的最内圈的绕线406在磁通密度较高的区域(即转弯处412、414、416、418)中，具有的宽度较窄的部分，因此可以大幅地降低涡电流，进而提升电感品质。此外，由于并没有改变电感结构400的感应电流的流动路径，因此并不会降低电感值。

另外，由于电感结构400的最内圈的绕线406中具有宽度较窄的部分，因此能够降低相邻两条绕线的间的寄生电容值，而能改善电感品质。

图5所绘示为本发明的一第五实施例的电感结构的俯视图。图6所绘示为本发明的一第六实施例的电感结构的俯视图。于图5及图6中，与图4相同的构件则使用相同的标号，并且不再重复说明。

请同时参照图4至图6，第五、第六实施例中的电感结构500、600与第四实施例中的电感结构400的差异在于：最内圈的绕线406、406’、406”在宽度较窄的部分中，被移除的一部分绕线的位置。其中，第四实施例中被移除的一部分绕线位于最内圈的绕线406的外侧，但是第五实施例中被移除的一部分绕线位于最内圈的绕线406’的内侧，而第六实施例中被移除的一部分绕线位于最内圈的绕线406”的内侧及外侧。除此之外，第五、第六实施例中的电感结构500、600的其他构件的材料及功效与第四实施例大致相同，故于此不再赘述。

由于第五、第六实施例中的电感结构500、600与第四实施例的电感结构400具有相似的技术特征，即在最内圈的绕线406、406’、406”的四个转弯处412、414、416、418均具有宽度较窄的部分，因此可以达成降低涡电流及寄生电容值的目的，进而提升电感品质。

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有效地降低涡电流的影响，进而提升电感品质。

2.本发明所提出的电感结构可以使得寄生电容值大幅地降低，能有效地改善电感品质。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，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 (10)

1.一种电感结构，配置于一基底上方，包括：

一绕线层，具有互相电性连接的多数圈绕线，其中

该绕线层的一最内圈绕线在一磁通密度较高的区域中具有一宽度较窄的部分。

2.如权利要求1所述的电感结构，其中各该圈绕线的形状包括一多边形，且该宽度较窄的部分位于该多边形的至少一个转弯处。

3.如权利要求1所述的电感结构，其中在该宽度较窄的部分中，被移除的一部分绕线位于该最内圈绕线的内侧或/及外侧。

4.一种电感结构，配置于一基底上方，包括：

一第一螺旋状导线；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，该第二螺旋状导线的一端与该第一螺旋状导线的一端相连接，以形成具有多圈绕线的一绕线层，且各该圈绕线的形状为一多边形而具有多个转弯处，其中

该绕线层的一最内圈绕线在该至少两个转弯处各具有一宽度较窄的部分。

5.如权利要求4所述的电感结构，其中在各该宽度较窄的部分中，被移除的一部分绕线位于该最内圈绕线的内侧或/及外侧。

6.如权利要求4所述的电感结构，其中该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线交错于该对称平面上，且于交错位置上互不接触。

7.如权利要求4所述的电感结构，其中该第一螺旋状导线的另一端与该第二螺旋状导线的另一端分别施加绝对值相等且电性相反的电压，而在该第一螺旋状导线与该第二螺旋状导线相连接的该圈绕线形成虚拟接地。

8.一种电感结构，配置于一基底上方，包括：

一绕线层，是由多数圈绕线所串联而成，且各该圈绕线的形状为一多边形而具有多个转弯处，其中

该绕线层的一最内圈绕线在该至少一个转弯处具有一宽度较窄的部分。

9.如权利要求8所述的电感结构，其中在该宽度较窄的部分中，被移除的一部分绕线位于该最内圈绕线的内侧或/及外侧。

10.如权利要求8所述的电感结构，其中该绕线层的其中一圈绕线接地。

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