CN110060849A - 八字形电感性线圈装置 - Google Patents

Abstract

一种八字形电感性线圈装置，包含：第一及第二螺旋状线圈及连接线段结构。第一螺旋状线圈包含分别位于上下相邻的第一及第二金属层的第一金属线段及跨接线段，并具有至少一对第一连接端点。第二螺旋状线圈具有至少一对第二连接端点。连接线段结构电性耦接第一及第二连接端点。第一及第二螺旋状线圈沿假想轴线并置，且假想轴线穿越第一及第二螺旋状线圈分别围绕的范围的中心区域，跨接线段及连接线段结构电性耦接第一金属线段中大致垂直于假想轴线的部分，且跨接线段及连接线段结构大致位于假想轴线上。

Description

八字形电感性线圈装置

技术领域

本发明是有关于一种电感性线圈技术，且特别是有关于一种八字形电感性线圈装置。

背景技术

电感性线圈如电感或是变压器经常被采用在电路中。其中，电感(inductor)是一种电路组件，会因为通过的电流的改变而产生电动势，从而提供电感值于电路设计上使用。而变压器是应用电磁感应定律升高或降低电压的装置以及阻抗匹配(impedancematching)和直流阻挡(DC block)等功效。现今的集成电路中，常使用八字形的电感性线圈装置来实现电感或是变压器。然而，在愈来愈小的集成电路面积需求下，电感性线圈装置的面积也必须在不影响感值的情形下缩小，而八字型设计一般比螺旋电感(planar spiralinductor)更难设计出高电感值。

因此，如何设计一个新的八字形堆叠式电感性线圈装置，提高每单位面积电感值以解决上述的问题，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

因此，本发明之一态样是在提供一种八字形电感性(inductive)线圈装置，包含：第一螺旋状线圈、第二螺旋状线圈以及连接线段结构。第一螺旋状线圈包含分别位于上下相邻的第一金属层以及第二金属层的复数第一金属线段以及复数跨接线段，并具有至少一对第一连接端点。第二螺旋状线圈具有至少一对第二连接端点。连接线段结构配置以电性耦接第一连接端点以及第二连接端点。其中第一螺旋状线圈以及第二螺旋状线圈沿假想轴线并置，且假想轴线穿越第一螺旋状线圈以及第二螺旋状线圈分别围绕的范围的中心区域，跨接线段以及连接线段结构电性耦接第一金属线段中大致垂直于假想轴线的部分，且跨接线段以及连接线段结构大致位于假想轴线上。

应用本发明的优点在于藉由跨接线段以及连接线段结构的设置，使八字形电感性线圈装置的整体面积下降。

附图说明

图1A为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置的示意图；

图1B为本发明一实施例中，将图1A的八字形电感性线圈装置的第一螺旋状线圈、第二螺旋状线圈以及连接线段结构分开绘示的示意图；

图2A为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置的示意图；

图2B为本发明一实施例中，将图2A的八字形电感性线圈装置的第一螺旋状线圈、第二螺旋状线圈以及连接线段结构分开绘示的示意图；

图3为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置的示意图；以及

图4为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置的示意图。

【符号说明】

1：八字形电感性线圈装置 10：第一螺旋状线圈

100A-100D：第一金属线段 102A-102B：跨接线段

104A、104B：第一连接端点 106A、106B：电压输出入端点

108A、108B：输出入金属线段 12：第二螺旋状线圈

120A-120C第一金属线段 122A、122B：跨接线段

124A、124B：第二连接端点 14：连接线段结构

140：第一连接金属线段 142：第二连接金属线段

2：八字形电感性线圈装置 20：第一螺旋状线圈

200A-200E：第一金属线段 202：跨接线段

204A-204D：第一连接端点 206A、206B：电压输出入端点

210A：第二金属线段 22：第二螺旋状线圈

220A-220E：第一金属线段 222：跨接线段

224A-224D：第二连接端点 230A、230B：第二金属线段

24：连接线段结构 240A、240B：第一连接金属线

242A、242B：第二连接金属线段段 3：八字形电感性线圈装置

30：第一螺旋状线圈 32：第二螺旋状线圈

34：连接线段结构 36：中央抽头

4：八字形电感性线圈装置 40：第一螺旋状线圈

400A、400B：第一电压输出入端点 42：第二螺旋状线圈

420A、420B：第二电压输出入端点 44：连接线段结构

A：假想轴线 D：宽度

W1、W2：线宽

具体实施方式

请同时参照图1A及图1B。图1A为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置1的示意图。八字形电感性线圈装置1包含：第一螺旋状线圈10、第二螺旋状线圈12以及连接线段结构14。

图1B为本发明一实施例中，将图1A的八字形电感性线圈装置1的第一螺旋状线圈10、第二螺旋状线圈12以及连接线段结构14分开绘示的示意图。

第一螺旋状线圈10包含第一金属线段100A-100D以及跨接线段102A-102B。其中，第一金属线段100A-100D位于第一金属层，跨接线段102A-102B位于第二金属层。于本实施例中，第一金属层以及第二金属层上下相邻，并在图1中分别以斜线区块和点状区块绘示。

跨接线段102A配置以跨越第一金属线段100A，电性耦接第一金属线段100B及100C。跨接线段102B配置以跨越第一金属线段100A，电性耦接第一金属线段100C及100D。

第一螺旋状线圈10包含两个第一连接端点104A及104B。其中，第一连接端点104A位于第一金属线段100A上，第一连接端点104B位于第一金属线段100B上。

进一步地，第一螺旋状线圈10包含一对电压输出入端点106A及106B。其中，电压输出入端点106A位于第一金属线段100A上，于本实施例中为电压输入正端(在图1A及图1B中是以符号“+”表示)。于一实施例中，电压输出入端点106A可透过例如，但不限于位于第二金属层的输出入金属线段108A与外部电路电性耦接。

电压输出入端点106B位于第一金属线段100D上，于本实施例中为电压输出负端(在图1A及图1B中是以符号“-”表示)。于一实施例中，电压输出入端点106B可透过例如，但不限于位于第二金属层的输出入金属线段108B与外部电路电性耦接。

第二螺旋状线圈12的结构与第一螺旋状线圈10类似，但未设置电压输出入端点，并包含三个位于第一金属层的第一金属线段120A-120C，以及分别配置以电性耦接第一金属线段120A、120B及第一金属线段120B、120C的跨接线段122A及122B。

第二螺旋状线圈12包含两个第二连接端点124A及124B。其中，第二连接端点124A位于第一金属线段120A上，第二连接端点124B位于第一金属线段120C上。

连接线段结构14配置以电性耦接第一连接端点104A-104B以及第二连接端点124A及124B。于本实施例中，连接线段结构14包含位于第一金属层的第一连接金属线段140以及位于第二金属层并跨越该第一连接金属线段140的第二连接金属线段142。

第一连接金属线段140配置以电性耦接第一连接端点104A及第二连接端点124A，第二连接金属线段142配置以电性耦接第一连接端点104B及第二连接端点124B。

于本实施例中，八字形电感性线圈装置1为电感装置。第一螺旋状线圈10以及第二螺旋状线圈12分别包含复数回圈，例如但不限于本实施例中的三个回圈。

更详细地说，以电压输出入端点106A为出发点，第一金属线段100A形成左侧最内的回圈，并绕至右侧成为中间的回圈，再绕至左侧成为最外的回圈，并藉由第一连接端点104A透过连接线段结构14的第一连接金属线段140与第二螺旋状线圈12的第一金属线段120A上的第二连接端点124A电性耦接。

第一金属线段120A形成第二螺旋状线圈12中右侧最外的循环，藉由跨接线段122A电性耦接于第一金属线段120B以形成左侧中间的回圈，并藉由跨接线段122B电性耦接于第一金属线段120C以形成右侧最内的回圈，绕至左侧成为最内的回圈，继续绕至右侧成为中间的回圈，再绕至左侧成为最外的回圈，并藉由第二连接端点124B透过连接线段结构14的第二连接金属线段142与第一螺旋状线圈10的第一金属线段100B上的第一连接端点104B电性耦接。

第一金属线段100B形成第一螺旋状线圈10中右侧最外的回圈，并藉由跨接线段102A电性耦接于第一金属线段100C以形成左侧中间的回圈，再藉由跨接线段102B电性耦接于第一金属线段100D形成右侧最内的回圈，并抵达电压输出入端点106B为终点。

于一实施例中，各个跨接线段102A、102B、122A及122B以及连接线段结构14可透过接点来电性耦接两个第一金属线段。

需注意的是，上述第一螺旋状线圈10和第二螺旋状线圈12的循环数以及绕线方式仅为一范例。于其他实施例中，第一螺旋状线圈10和第二螺旋状线圈12可以不同的回圈数以及绕线方式实现。

于本实施例中，第一螺旋状线圈10以及第二螺旋状线圈12是沿假想轴线A并置，且假想轴线A穿越第一螺旋状线圈10及第二螺旋状线圈12分别围绕的范围的中心区域。以第一螺旋状线圈10为例，跨接线段102A、102B以及连接线段结构14电性耦接第一金属线段中大致垂直于假想轴线A的部分。

举例而言，跨接线段102A电性耦接第一金属线段100B及100C中大致垂直于假想轴线A的部分。跨接线段102B电性耦接第一金属线段100C及100D中大致垂直于假想轴线A的部分。连接线段结构14电性耦接第一金属线段100A及100B中大致垂直于假想轴线A的部分。需注意的是，上述的「大致」一词，意指该些第一金属线段不必需完全垂直于假想轴线A，而可有合理范围内的偏差。

进一步地，跨接线段102A及102B以及连接线段结构14大致位于假想轴线A上。需注意的是，上述的「大致」一词，意指跨接线段102A及102B以及连接线段结构14不必需完全对齐于假想轴线A上，而可有合理范围内的偏差。

于一实施例中，第二螺旋状线圈12包含与第一螺旋状线圈10类似的结构，因此不再赘述。

藉由图1A及图1B所示的八字形电感性线圈装置1的设置方式，跨接线段102A、102B、122A及122B以及连接线段结构14将设置于第一金属线段中，与假想轴线A垂直的方向的部份上，并位于接近中心区域。因此，八字形电感性线圈装置1在沿与假想轴线A垂直的方向的宽度D将可大幅缩减，进一步使整体的面积下降。

于一实施例中，第一金属线段100A-100C分别包含平行于假想轴线A的第一部份以及垂直于假想轴线A的第二部分，且第一部份的线宽(例如图1A中的线宽W1)小于第二部分的线宽(例如图1A中的线宽W2)。于一实施例中，线宽W1及线宽W2可分别为例如，但不限于2微米及4微米。

因此，藉由线宽差异的设计，八字形电感性线圈装置1在沿与假想轴线A垂直的方向的宽度D以及整体面积将进一步再缩减。

请同时参照图2A及图2B。图2A为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置2的示意图。于本实施例中，八字形电感性线圈装置2为电感装置，并包含：沿假想轴线A并置的第一螺旋状线圈20及第二螺旋状线圈22，以及连接线段结构24。

图2B为本发明一实施例中，将图2A的八字形电感性线圈装置2的第一螺旋状线圈20、第二螺旋状线圈22以及连接线段结构24分开绘示的示意图。

类似于图1A及图1B中的八字形电感性线圈装置1，第一螺旋状线圈20包含位于第一金属层的第一金属线段200A-200E以及位于第二金属层且配置以电性耦接第一金属线段200C及200D的跨接线段202。然而，本实施例的第一螺旋状线圈20更包含位于第二金属层的第二金属线段210A。第二金属线段210A电性耦接于第一金属线段200B及200C。

第一螺旋状线圈20包含四个第一连接端点204A-204D，分别位于第一金属线段200A、200B、200D及200E上。进一步地，第一螺旋状线圈20包含一对电压输出入端点206A及206B，分别位于第一金属线段200A及200E上，并分别为电压输入正端及电压输出负端(在图2A及图2B中分别以符号“+”及“-”表示)。

第一金属线段200A-200E包含平行于假想轴线A的第一部份以及垂直于假想轴线A的第二部分。第二金属线段210A包含平行于假想轴线A的第三部份以及垂直于假想轴线A的第四部分。其中，第三部分重叠于第一部份上，第四部份与第二部分间隔一距离。

第二螺旋状线圈22的结构与第一螺旋状线圈20类似，包含第一金属线段220A-220E、电性耦接第一金属线段220B及220C的跨接线段222以及第二金属线段230A及230B，且第二螺旋状线圈22包含四个第二连接端点224A-224D，分别位于第一金属线段220A、200C、220D及220E上。第二金属线段230A及230B平行于假想轴线A的部分位于第一金属线段220A-220E平行于假想轴线A的部分上，第二金属线段230A及230B垂直于假想轴线A的部分与第一金属线段220A-220E垂直于假想轴线A的部分间隔一距离。

连接线段结构24包含第一连接金属线段240A及240B以及第二连接金属线段242A及242B。第一连接金属线段240A及240B分别电性耦接第一金属线段200A、220A以及第一金属线段200D、220D。第二连接金属线段242A及242B分别电性耦接第一金属线段200B、220C以及第一金属线段200E、220E。

第一螺旋状线圈20及第二螺旋状线圈22分别包含四个回圈，详细的连接方式不在此赘述。需注意的是，以第一螺旋状线圈20为例，除以第一金属线段220A-220E在第一金属层形成三个由内到外的回圈外，更包含以第二金属线段210A形成重叠于此三个回圈上的另一回圈。

藉由不同层金属绕线形成的堆叠设计方式，八字形电感性线圈装置2将可进一步在上下层金属间增加耦合效应，进一步提升电感值。

于一实施例中，第一金属线段220A-220E在平行于假想轴线A的第一部分的线宽小于其垂直于假想轴线A的第二部分的线宽。而第二金属线段210A可与第一金属线段220A-220E在垂直于假想轴线A的第二部分的线宽相同。

需注意的是，第一金属线段220A-220E在第一部分的线宽设计的较小，是为了缩小面积。然而较小的线宽使得其电阻值升高，将使品质因数Q(相当于电感值和电阻值)下降。因此，第二金属线段210A由于仅形成一个回圈，可维持较大的宽度，而使得其电阻值降低，进而提高品质因数Q。

因此，于一实施例中，当八字形电感性线圈装置包含两层回圈时，由第二金属线段形成的回圈的数目，较佳地可小于由第一金属线段形成的回圈的数目。

请参照图3。图3为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置3的示意图。于本实施例中，八字形电感性线圈装置3为电感装置，并包含：沿假想轴线A并置的第一螺旋状线圈30及第二螺旋状线圈32，以及连接线段结构34。

类似于图2A及图2B的八字形电感性线圈装置2，八字形电感性线圈装置3的第一螺旋状线圈30及第二螺旋状线圈32可由两层金属线段形成，并藉由连接线段结构34电性耦接。并且，第一螺旋状线圈30及第二螺旋状线圈32中的跨接线段(未标示)及连接线段结构34可设置以电性耦接垂直于假想轴线A的金属线段，并大致位于假想轴线A上。详细的绕线方式不在此赘述。

需注意的是，于本实施例中，由第二层金属的金属线段(以点状区块绘示)所形成的回圈数目为二。并且，电压输入正端及电压输出负端(在图3中分别以符号“+”及“-”表示)均设置于第二层金属的金属线段上。

进一步地，于本实施例中，八字形电感性线圈装置3更包含中央抽头(centraltap)36，形成于以直线区块绘示的第三层金属上，以与第二层金属的金属线段电性耦接。需注意的是，在其他实施例中，亦可视需求以不同的方式形成中央抽头，不为本实施例所限。

请参照图4。图4为本发明一实施例中，一种八字形电感性线圈装置4的示意图。于本实施例中，八字形电感性线圈装置4为变压器，并包含：沿假想轴线A并置的第一螺旋状线圈40及第二螺旋状线圈42，以及连接线段结构44。

类似于图2A及图2B的八字形电感性线圈装置2，八字形电感性线圈装置4的第一螺旋状线圈40及第二螺旋状线圈42可由两层金属线段形成，并藉由连接线段结构44电性耦接。并且，第一螺旋状线圈40及第二螺旋状线圈42中的跨接线段(未标示)及连接线段结构44可设置以电性耦接垂直于假想轴线A的金属线段，并大致位于假想轴线A上。详细的绕线方式不在此赘述。

于本实施例中，第一螺旋状线圈40包含一对第一电压输出入端点400A及400B，分别为电压输入正端及电压输出负端(在第4图中分别以符号“+”及“-”表示)。第二螺旋状线圈42包含一对第二电压输出入端点420A及420B，分别为电压输入正端及电压输出负端(在图4中分别以符号“+”及“-”表示)。

第一螺旋状线圈40中位于第一金属层的部分第一金属线段(以反斜线区块绘示)电性耦接于第一电压输出入端点400A及400B，并藉由连接线段结构44与第二螺旋状线圈42中同样位于第一金属层的第一金属线段(同样以反斜线区块绘示)以及位于第二金属层的第二金属线段(以深色点状区块绘示)电性耦接，形成第一线圈。

第一螺旋状线圈40中位于第一金属层的另一部分第一金属线段(以斜线区块绘示)透过第二金属层的第二金属线段(以浅色点状区块绘示)电性耦接，并藉由连接线段结构44以及第二螺旋状线圈42中同样位于第一金属层的第一金属线段(同样以斜线区块绘示)电性耦接至第二电压输出入端点420A及420B，形成第二线圈。

因此，本发明的八字形电感性线圈装置的设计方式，可应用于电感装置，亦可应用于变压器装置。

虽然本案内容已以实施方式揭露如上，然其并非配置以限定本案内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本案内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种八字形电感性(inductive)线圈装置，包含：

一第一螺旋状线圈，包含分别位于上下相邻的一第一金属层以及一第二金属层的复数第一金属线段以及复数跨接线段，并具有至少一对第一连接端点；

一第二螺旋状线圈，具有至少一对第二连接端点；以及

一连接线段结构，配置以电性耦接该等第一连接端点以及该等第二连接端点；

其中，该第一螺旋状线圈以及该第二螺旋状线圈沿一假想轴线并置，且该假想轴线穿越该第一螺旋状线圈以及该第二螺旋状线圈分别围绕的一范围的一中心区域，该等跨接线段以及该连接线段结构电性耦接该等第一金属线段中大致垂直于该假想轴线的部分，且该等跨接线段以及该连接线段结构大致位于该假想轴线上。

2.根据权利要求1所述的八字形电感性线圈装置，其中该等第一金属线段包含平行于该假想轴线的一第一部份以及垂直于该假想轴线的一第二部分。

3.根据权利要求2所述的八字形电感性线圈装置，其中该第一部份的线宽小于该第二部分的线宽。

4.根据权利要求2所述的八字形电感性线圈装置，其中该第一螺旋状线圈更包含位于该第二金属层的至少一第二金属线段，配置以电性耦接二该等第一金属线段；

其中，该第二金属线段包含平行于该假想轴线的一第三部份以及垂直于该假想轴线的一第四部分，该第三部分重叠于该等第一金属线段的该第一部份上，该第四部份与该等第一金属线段的该第二部分间隔一距离。

5.根据权利要求4所述的八字形电感性线圈装置，其中该第一部份的线宽小于该第二部分、该第三部分及该第四部份的线宽。

6.根据权利要求4所述的八字形电感性线圈装置，其中该第一螺旋状线圈包含复数回圈，由该第二金属线段形成的该等回圈的数目，小于由该第一金属线段形成的该等回圈的数目。

7.根据权利要求1所述的八字形电感性线圈装置，其中该八字形电感性线圈装置为一电感装置，该第一螺旋状线圈更包含一对电压输出入端点。

8.根据权利要求1所述的八字形电感性线圈装置，其中该连接线段结构包含位于该第一金属层的至少一第一连接金属线段以及位于该第二金属层并跨越该第一连接金属线段的至少一第二连接金属线段。

9.根据权利要求1所述的八字形电感性线圈装置，其中该八字形电感性线圈装置为一变压器装置，该第一螺旋状线圈包含一对第一电压输出入端点，该第二螺旋状线圈包含一对第二电压输出入端点；

其中部分该等第一金属线段电性耦接于该对第一电压输出入端点，并与该第二螺旋状线圈之一第一部份金属线段形成一第一线圈，另一部分该等第一金属线段透过该第二螺旋状线圈之一第二部分金属线段电性耦接于该对第二电压输出入端点以形成一第二线圈。

10.根据权利要求9所述的八字形电感性线圈装置，其中该第一螺旋状线圈更包含位于该第二金属层的至少一第二金属线段，配置以电性耦接二该等第一金属线段。