CN101447277A - 电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子设备，其包括：基板；具有螺旋形状并设置在所述基板上的第一线圈；具有螺旋形状的第二线圈，该第二线圈设置在所述第一线圈上方并与该第一线圈隔开；将所述第一线圈和所述第二线圈电联接的第一连接部；导线，该导线设置在所述基板上并将所述第一线圈和第二线圈的其中之一连接至外部；以及第二连接部，该第二连接部机械连接至所述第二线圈的最外周的外侧面，并在未设置所述导线和所述第一线圈的其中一个的位置机械连接在所述基板上。
Description
技术领域
本发明总体涉及一种电子设备，更具体地涉及具有相互纵向隔开的螺旋形线圈的电子设备。
背景技术
电感器或电容器用于相位匹配等。例如，在诸如移动电话或无线LAN(局域网)之类的RF系统中有小型化、低成本及高性能的需求。为了满足这种需求，使用了诸如集成无源设备的电子设备，在集成无源电子设备中诸如电感器或电容器的无源设备集成在基板上。
日本专利申请公报No.2006-157738公开了一种利用基板上的螺旋形线圈作为电感器的集成电子设备。日本专利申请公报No.2007-67236和美国专利No.6,518,165公开了一种其中螺旋形线圈相互纵向隔开的电感器。
根据日本专利申请公报No.2007-67236中公开的电感器，可获得高Q值。但是，在日本专利申请公报No.2007-67236公开的电感器中，由于线圈相互纵向隔开，因而存在上层线圈的机械强度和抗冲击性不足的问题。
发明内容
鉴于上述情况而做出本发明，并且本发明提供一种具有相互纵向隔开的螺旋形线圈的电子设备，其中机械强度和抗冲击性提高，而且电感器性能提高。
根据本发明的一个方面，提供一种电子设备，该电子设备包括：基板；具有螺旋形状并设置在所述基板上的第一线圈；具有螺旋形状的第二线圈，该第二线圈设置在所述第一线圈上方并与该第一线圈分开；将所述第一线圈和所述第二线圈电联接的第一连接部；导线，该导线设置在所述基板上并将所述第一线圈和第二线圈其中之一连接至外部；以及第二连接部，该第二连接部机械连接至所述第二线圈的最外周的外侧面，并在未设置所述导线和所述第一线圈的其中一个的位置机械连接在所述基板上。
通过该结构，由于第二线圈通过第二连接部机械连接至外部，因而可提高第二线圈的机械强度和抗冲击性。由于第二连接部机械连接至第二线圈的最外周的外侧面，因而可提高电感器的性能。
附图说明
图1表示根据第一对比实施方式的电感器的立体图；
图2表示根据第一对比实施方式的电感器的俯视图；
图3表示根据第二对比实施方式的电感器的俯视图；
图4A至图4C表示根据第二对比实施方式的连接部的剖视图；
图5表示根据第一对比实施方式和第二对比实施方式的电感器的相对于L的Q值；
图6A和图6B表示根据第一实施方式的第二连接部的剖视图；
图7表示根据第二实施方式的电感器的俯视图；
图8表示根据第二实施方式的电感器的另一俯视图；
图9表示根据第二实施方式的电感器的相对于L的Q值；
图10表示根据第二实施方式的第一变型的电感器的俯视图；
图11表示根据第二实施方式的第一变型的电感器的另一俯视图；
图12表示根据第二实施方式的第二变型的电感器的俯视图；
图13表示根据第二实施方式的第二变型的电感器的另一俯视图；
图14表示电感器的隆起；
图15表示根据第二实施方式的第三变型的电感器的俯视图；
图16表示根据第三实施方式的集成无源设备的立体图；以及
图17表示根据第三实施方式的集成无源设备的俯视图。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，以下对现有技术进行说明。
图1表示根据第一对比实施方式的电感器的立体图，该电感器的匝数为4.5(第二线圈20和第一线圈10的匝数分别为2.5和2)。图2表示该电感器的俯视图。如图1和图2所示，螺旋形的第一线圈10设置在玻璃制成的基板50上，螺旋形的第二线圈20设置在第一线圈10上。第一线圈和第二线圈20相互隔开。在第一线圈10和第二线圈20之间形成一空间。也就是说，第一线圈10和第二线圈20之间填充有空气。第一线圈10几乎与第二线圈20重叠。设置由与第一线圈10相同的金属层制成的导线18和28，这些线圈构造成与电感器30的外部相连。导线18直接连接至第一线圈10的最外周的端部(即，外端部)。在第二线圈20的最外周的端部设置第三连接部34。导线28通过第三连接部34与第二线圈20电联接。在第一线圈10和第二线圈20的最内周的端部(即，内端部)设置第一连接部32。第一线圈10和第二线圈20通过第一连接部32相互电联接。电感器30具有第一线圈10和第二线圈20，这些线圈在基板50上沿纵向相互隔开、相互电联接且具有螺旋形状。
图3表示根据第二对比实施方式的电感器的俯视图(未示出第一线圈10)。在第二线圈20的最内周的内侧面连接有两个第四连接部37。在第二线圈20的最外周的外侧面连接有三个第二连接部38。第二连接部38和第四连接部37具有与第一连接部32和第三连接部34相同的结构。该电感器的其他结构与第一对比实施方式的结构相同。
图4A至图4C分别表示第一连接部32、第三连接部34和第二连接部38周围的剖视图。如图4A所示，第一连接部32构造有接收部15、支撑柱36和接收部25。支撑柱36形成在接收部15和接收部25之间。接收部15直接连接至第一线圈10。接收部25直接连接至第二线圈20。如图4B所示，第三连接部34构造有接收部15、支撑柱36和接收部25。支撑柱36形成在接收部15和接收部25之间。接收部15直接连接至导线28。接收部25直接连接至第二线圈20。如图4C所示，第二连接部38构造有基部23、支撑柱24和接收部25。支撑柱24形成在基部23和接收部25之间。接收部25直接连接至第二线圈20的侧面。基部23设置在基板50上。基部23不与导线18和28以及第一线圈10电联接。也就是说，第二连接部38在未设置导线18和28或第一线圈10之处设置在基板50上。第四连接部37具有与第二连接部38相同的结构。
第一线圈10、导线28、接收部15和基部23为厚约10μm的金属层，并由利用电镀方法形成的铜制成。第一线圈10、导线28、接收部15和基部23相互形成在一起。第二线圈20和接收部25为厚约10μm的金属层，并由利用电镀方法形成的铜制成。第二线圈20和接收部25相互形成在一起。第二连接部38由与第一连接部32和第三连接部34相同的材料制成。因此，能简化形成第二连接部38和第四连接部37的制造过程。
根据第二对比实施方式，具有导电性的第二连接部38和第四连接部37机械连接至第二线圈20的侧面并机械连接至基板50的表面。因此，能提高第二线圈20的机械强度和抗冲击性。
图5表示根据第一对比实施方式和第二对比实施方式的电感器的、相对于电感值L的测量Q值。黑圆圈和白圆圈分别表示第一对比实施方式和第二对比实施方式。第一对比实施方式和第二对比实施方式的第一线圈10和第二线圈20由铜制成。第一线圈10的厚度T1和第二线圈20的厚度T2约为10μm。第一线圈10和第二线圈20之间的距离TS为30μm。电感器的内径d、线宽W和线距S分别为250μm、10μm和10μm。电感器30的匝数R为2.5至5.5。测量频率为1.93GHz。
如图5所示，当电感值L较低时，第一对比实施方式与第二实施方式的Q值近似相等。当电感值L较高时，第二对比实施方式的Q值低于第一对比实施方式的Q值。第二对比实施方式的Q值低于第一对比实施方式的Q值是由于第二连接部38和第四连接部37中产生的涡电流导致的涡电流损耗而引起的。
[第一实施方式]
优选的是，第四连接部37包括一绝缘体以限制涡电流损耗，因为电感器30内侧的磁通密度大于其外侧的磁通密度。如图6A所示，在根据第一实施方式的第四连接部37a中，基部23和接收部25之间的支撑柱24a由诸如聚酰亚胺或者BCB(苯并环丁烯)之类的绝缘体制成。如图6B所示，在第一实施方式的另一变型中，第四连接部37b由诸如聚酰亚胺或者BCB(苯并环丁烯)之类的绝缘体制成。第四连接部37b保持第二线圈20的侧面。从涡电流损耗的角度来看，优选的是整个第四连接部37b都由图6B所示的绝缘体制成。
优选的是，第四连接部37和第二连接部38都包括绝缘体。但是，第二连接部38和第四连接部37中的任一个可包括绝缘体。从涡电流损耗的角度来看，如果内侧的第四连接部37包括绝缘体而外侧的第二连接部38导电，则可限制涡电流的影响并可机械支撑第二线圈20，因为由电感器30产生的磁场在电感器30的内侧较大。
优选的是，在第一实施方式中，基板50由高度绝缘材料制成。基板50可由诸如石英(包括合成石英)、玻璃(pyrex(注册商标)、tempax、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃)和陶瓷之类的绝缘基板制成，或者由高阻抗硅基板制成。基板50可以由高阻抗Si基板、LiNbO3基板或者LiTaO3基板制成。优选的是，第一线圈10和第二线圈20由低阻抗金属制成。除铜之外，第一线圈10和第二线圈20还可由金、铝、银制成。优选的是，第一线圈10的与基板50接触的层由对于基板具有高粘附性的高熔点金属制成，例如Ti、Cr、Ni、Mo、Ta、W之类的金属或包括Ti、Cr、Ni、Mo、Ta、W中的至少一种的合金。根据第一实施方式的电感器的制造方法可以为日本专利申请公报No.2007-67236中的制造方法。
当外径D减小时，Q值减小。当外径D增大时，晶片尺寸增大。可以根据以上关系确定外径D。优选的是，外径D为100μm至1mm。线宽W可确定为不使阻抗增大且不使d/D减小。优选的是，线宽W为3μm至100μm。线距S可确定为使导线相互感应连接并且不使d/D减小。优选的是线距S为3μm至100μm。匝数R可根据d/D、线宽W和线距S而最优地确定，优选为0.5至30。
第一线圈10的厚度T1和第二线圈20的厚度T2可在阻抗不大而且电感器容易制造的范围内确定。优选的是，厚度T1和T2为3μm至30μm。第一线圈10和第二线圈20之间的距离TS可以确定为使寄生电容减小而感应连接增大。优选的是，距离TS为3μm至40μm。
[第二实施方式]
第二实施方式是仅在电感器外侧设置第二连接部的实施例。图7和图8表示根据第二实施方式的电感器的俯视图。图7表示匝数R为6.5(第一线圈10和第二线圈20的匝数分别为3和3.5)的电感器。图8表示匝数R为5.5(第一线圈10和第二线圈20的匝数分别为3和2.5)的电感器。在第二实施方式中，未设置位于内侧的第四连接部37。设置了两个位于外侧的第二连接部38。这两个第二连接部38以及第三连接部34在电感器30的中心形成的角α彼此近似相等。第二连接部38的结构与第一实施方式中的图4C的结构相同。也就是说，整个第二连接部38都是导电的。图9表示根据第一对比实施方式和第二实施方式的电感器的相对于电感值L的Q值。用实线连接的黑点表示第一对比实施方式。用虚线连接的白点表示第二实施方式。第二实施方式和第一对比实施方式的制成线圈的厚度T1和T2、距离TS、线宽W和线距S与第一实施方式的相同。图9表示的电感器匝数R为6.5至2.5，且内径为每隔25μm从125μm至300μm。
第一对比实施方式和第二实施方式之间Q值近似彼此相等。这是因为当第二线圈20的具有大磁通密度的内侧不设置第二连接部38时，涡电流损耗受到限制。如图4A至图4C所示，若第一连接部32和第二连接部38相互形成在一起，则可简化制造过程。然而，由于第一连接部32导电，因而第二连接部38和第四连接部37导电。这产生了由第二连接部38和第四连接部37引起的涡电流损耗。根据第二实施方式，第二连接部38机械连接至第二线圈20的最外周的外侧面。第二连接部38不设置在第二线圈20内侧。因此，即使第二连接部38导电也能限制涡电流损耗。第二连接部38在未设置导线18和28或者第一线圈10的位置形成在基板50上。也就是说，第二连接部38不设置在第一线圈10和第二线圈20之间(即，第二线圈20的下表面)。因此，能限制涡电流损耗。
图10和图11表示根据第二实施方式的第一变型实施方式。图12和图13表示第二实施方式的第二变型实施方式。图10和图12表示匝数R为6.5的电感器。图11和图13表示匝数R为5.5的电感器。在第二实施方式中，第二连接部38和第三连接部34以大致相等的间隔布置，如图7和图8的情况那样。相比之下，在第一变型实施方式中，第二连接部38和第三连接部34在电感器30的中心形成的角β近似为180度，如图10和图11的情况那样。第二连接部38和第三连接部34设置在彼此相对的角部处。如图12和图13所示，在第二变型实施方式的电感器30的中心，两个第二连接部38形成的角γ2小于第三连接部34与第二连接部38形成的角γ1。两个第二连接部38彼此相邻地设置。
当利用电镀方法形成第二线圈20时，第二线圈20由于其内应力而不对齐并向上移动。图14示出了该电感器的示意性剖视图。第二线圈20的外部由于与第二连接部38固定在一起而不移动。第二线圈20的内部由于不与第二连接部38固定在一起而向上移动。将第二线圈20的顶面的最大高度和最小高度之差定义为隆起U。
表1和表2示出了在匝数R为6.5和5.5的情况下的隆起U。如表1和表2所示，当与第二实施方式一样以大致相等间隔将第二连接部38和第三连接部34布置在第二线圈20的外周上时，隆起U受到限制。当匝数R为5.5时在第一变型实施方式的情况下隆起U受到限制。
表1
| W(μm) | S(μm) | U(μm) | |
| 第一变型实施方式 | 12.5 | 15 | 10.09 |
| 第二变型实施方式 | 12.5 | 15 | 7.13 |
| 第二实施方式 | 12.5 | 12.5 | 4.60 |
| 第二实施方式 | 12.5 | 15 | 4.74 |
| 第二实施方式 | 15 | 12.5 | 5.62 |
| 第二实施方式 | 15 | 15 | 4.96 |
| 第二实施方式 | 17.5 | 15 | 4.23 |
表2
| W(μm) | S(μm) | U(μm) | |
| 第一变型实施方式 | 12.5 | 15 | 5.26 |
| 第二变型实施方式 | 12.5 | 15 | 7.58 |
| 第二实施方式 | 12.5 | 15 | 4.96 |
| 第二实施方式 | 15 | 15 | 5.69 |
| 第二实施方式 | 17.5 | 15 | 5.30 |
图15示出了根据第二实施方式的第三变型实施方式的电感器的俯视图。由与第二线圈20相同的金属层制成的导线28a与第二线圈20的外周的端部相连。将导线28a拉到第二线圈20的外侧，并通过第三连接部34使其与形成在基板50上的导线28相连。优选的是，在第三连接部34与第二线圈20分离时，在第二线圈20的最外周的外侧面上设置的第二连接部38以大致相等的间隔布置在第二线圈20的外周上。在这种情况下，隆起U与第二实施方式的情况一样受到限制。
[第三实施方式]
第三实施方式是具有根据第二实施方式的电感器的集成无源设备的实施例。图16表示根据第三实施方式的集成无源设备的立体图。图17表示该集成无源设备的俯视图。图17中未示出第一线圈111和121。如图16和图17所示，设置有具有第一线圈111和第二线圈112的电感器110以及具有第一线圈121和第二线圈122的电感器120。电感器110和120是根据第二实施方式的电感器。在电感器110中第一线圈111和第二线圈112的内端部通过第一连接部165相互电连接。第一线圈111的外端部连接至导线152。第二线圈112的外端部通过第三连接部160电连接至导线151。第二线圈112被位于其最外周的侧面处的第二连接部118保持。
在电感器120中第一线圈121和第二线圈122的内端部通过第一连接部175相互电连接。第一线圈121的外端部连接至导线154。第二线圈122的外端部通过第三连接部170连接至导线153。第二线圈122被位于其最外周的侧面处的第二连接部128保持。导线151至154形成在基板102上，并分别连接至垫片131至134。垫片132通过导线157连接至垫片133。在垫片131和垫片134之间连接有具有下电极141、电介质层142和上电极143的电容器140。上电极143通过上导线156连接至导线151。如果垫片131用作输入端，垫片134用作输出端，并且垫片132和垫片133接地，则集成无源设备100在垫片131和垫片134之间形成π型L-C-L电路。
根据第三实施方式，在集成无源设备100中电感器110和电感器120构造有根据第二实施方式的电感器。由于第二连接部118和128分别保持第二线圈112和122，所以可提高电感器110和120的机械强度和抗冲击性。由于两个第二连接部118和第三连接部160以等间隔布置，因而可限制第二线圈112的隆起。由于第一连接部165、第二连接部118和第三连接部160相互形成在一起，因而可以简化制造过程。由于在第二线圈112的内侧未设置第四连接部，因而可以限制涡电流损耗。
本发明不限制于具体公开的实施方式，而是可在不脱离本发明范围的情况下作出各种变型和修改。
本发明基于日本专利申请No.2007-254662，通过引用将其全部公开结合于此。
Claims (9)
1、一种电子设备，该电子设备包括：
基板；
具有螺旋形状并设置在所述基板上的第一线圈；
具有螺旋形状的第二线圈，该第二线圈设置在所述第一线圈上方并与该第一线圈隔开；
将所述第一线圈和所述第二线圈电联接的第一连接部；
导线，该导线设置在所述基板上并将所述第一线圈和第二线圈的其中之一连接至外部；以及
第二连接部，该第二连接部机械连接至所述第二线圈的最外周的外侧面，并在未设置所述导线和所述第一线圈的其中一个的位置机械连接在所述基板上。
2、根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二连接部未设置在所述第二线圈的内侧。
3、根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二连接部是导电的。
4、根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第二连接部以基本相等的间隔布置在所述第二线圈的周面上。
5、根据权利要求2所述的电子设备，该电子设备还包括位于所述基板上的第三连接部，该第三连接部电联接至所述导线和所述第二线圈，并机械连接至所述第二线圈的最外周的外侧面；
其中所述第二连接部和所述第三连接部以基本相等的间隔布置在所述第二线圈的周面上。
6、根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一连接部和所述第二连接部由相同材料制成。
7、根据权利要求5所述的电子设备，其中所述第一连接部、所述第二连接部和所述第三连接部由相同材料制成。
8、根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二连接部包括绝缘体。
9、根据权利要求1所述的电子设备，该电子设备还包括第四连接部，该第四连接部机械连接至所述第二线圈的最内周的内侧面，在未设置所述导线和所述第一线圈的其中一个的位置机械连接在所述基板上，并包括绝缘体。
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