CN116168917A - 电感装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电感装置，其包括一第一绕组、一第二绕组、一第一连接结构以及一第二连接结构。所述第一绕组包括一第一线圈以及一第二线圈。所述第二绕组包括一第三线圈以及一第四线圈，所述第三线圈与所述第一线圈重叠，所述第四线圈与所述第二线圈重叠。所述第一连接结构包括一第一交错结构以及一第二交错结构。所述第一交错结构具有一第一交错点，并用于耦接所述第一线圈与所述第二线圈。所述第二交错结构具有一第二交错点，并用于耦接所述第三线圈与所述第四线圈，其中，所述第一交错点与所述第二交错点不重叠。所述第二连接结构用于耦接所述第二线圈与所述第三线圈。

Description

电感装置

技术领域

本发明涉及一种电子装置，特别涉及一种电感装置。

背景技术

现有的各种型态的电感器均有其优势与劣势。以对称型差动式电感器为例，其寄生电容较大，导致其具有较低的自共振频率(self-resonance frequency)且品质因数(quality factor)较低。因此，上述电感器的应用范围皆有所限制。

发明内容

本发明内容涉及一种电感装置。所述电感装置包括一第一绕组、一第二绕组、一第一连接结构以及一第二连接结构。所述第一绕组位于一第一金属层，其中所述第一绕组包括一第一线圈以及一第二线圈。所述第二绕组位于一第二金属层，其中所述第二绕组包括一第三线圈以及一第四线圈，所述第三线圈在垂直于所述第一线圈的方向上与所述第一线圈重叠，所述第四线圈在垂直于所述第二线圈的方向上与所述第二线圈重叠。所述第一连接结构包括一第一交错结构以及一第二交错结构。所述第一交错结构具有一第一交错点，并用于耦接所述第一线圈与所述第二线圈。所述第二交错结构具有一第二交错点，并用于耦接所述第三线圈与所述第四线圈，其中所述第一交错点与所述第二交错点不重叠。所述第二连接结构用于耦接所述第二线圈与所述第三线圈。

综上，本发明的电感装置通过堆叠式结构，具有降低等效寄生电容值的优势。此外，通过本发明的架构，电感装置还能够提高自共振频率与品质因数。

附图说明

图1为根据本发明的一些实施例所示出的一种电感装置的示意图；

图2A为根据本发明的一些实施例所示出如图1所示的电感装置的部分结构示意图；

图2B为根据本发明的一些实施例所示出如图1所示的电感装置的部分结构示意图；

图3为根据本发明的一些实施例所示出的电感装置沿图1中的虚拟线A-A的横截面示意图；

图4为根据本发明的一些实施例所示出的第一连接结构的部分结构示意图；

图5为根据本发明的一些实施例所示出的第二连接结构的部分结构示意图；

图6为根据本发明的一些实施例所示出的电感装置的实验数据示意图。

附图标记说明：

100：电感装置

101,102,103,104,105,106,107,108：连接件

201,202,203,204,205,206,207：连接件

C1：第一绕组 C2：第二绕组

FC1～FC4,SC1～SC4：线圈 DP1～DP8,UP1～UP8：半线圈

CN1：第一连接结构 CN2：第二连接结构

CP1：第一交错点 CP2：第二交错点

Cp：寄生电容

S1：第一侧 S2：第二侧 S3：第三侧 S4：第四侧

IOE：输入输出端 A：虚拟线 L,Q：曲线

具体实施方式

下文根据实施例配合所附图式作详细说明，但所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用来限定本发明，而结构操作的描述并非用于限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有等同效果的装置，均为本发明内容所涵盖的范围。

在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，也可指二或多个元件相互操作或动作。

请参阅图1，图1描述根据本发明的一些实施例所示出的一种电感装置100。电感装置100包括一第一绕组C1、一第二绕组C2、一第一连接结构CN1、一第二连接结构CN2以及一输入输出端IOE。在一些实施例中，第一绕组C1与第二绕组C2通过第一连接结构CN1与第二连接结构CN2的配置来和彼此重叠。应可理解的是，本发明所述重叠是指大致上重叠或实质上重叠。

具体而言，第二连接结构CN2与输入输出端IOE位于电感装置100的一第一侧S1，第一连接结构CN1位于电感装置100的一第二侧S2。如图1所示，第一侧S1(例如：下侧)与第二侧S2(例如：上侧)为相对的两侧。

为易于理解，电感装置100的结构将在后述段落中参照图2A和图2B进行描述。请同时参阅图2A和图2B，图2A描述根据本发明的一些实施例所示出的电感装置100在一第一金属层的结构，图2B描述根据本发明的一些实施例所示出的电感装置100于一第二金属层的结构。在一些实施例中，第一金属层为下层，且第二金属层为上层，但本发明并不限于此。

可以理解的是，电感装置100中在第一金属层的结构在图1和图2A中以斜线网格呈现，而电感装置100中在二金属层的结构在图1和图2B中以点状网格呈现。

如图2A所示，第一绕组C1位于第一金属层，且第一绕组C1由外向内配置有多个线圈FC1～FC4。线圈FC1包括一半线圈DP1以及一半线圈DP2，半线圈DP1与半线圈DP2为对称地配置于第一金属层，以大致呈现一正方形。具体而言，半线圈DP1位于电感装置100的一第三侧S3，半线圈DP2位于电感装置100的一第四侧S4。第三侧S3(例如：左侧)与第四侧S4(例如：右侧)为相对的两侧。其余线圈FC2～FC4的结构可依此类推，故不再重复赘述。

如图2B所示，第二绕组C2位于不同于第一金属层的第二金属层，且第二绕组C2也由外向内配置有多个线圈SC1～SC4。线圈SC1包括一半线圈UP1以及一半线圈UP2，半线圈UP1与半线圈UP2为对称地配置于第二金属层，以大致呈现一正方形。具体而言，半线圈UP1位于电感装置100的第三侧S3，且在垂直于半线圈DP1的方向上与半线圈DP1重叠。半线圈UP2位于电感装置100的第四侧S4，且在垂直于半线圈DP2的方向上与半线圈DP2重叠。换句话说，第二绕组C2的线圈SC1在垂直于第一绕组C1的线圈FC1的方向上与第一绕组C1的线圈FC1重叠。其余线圈SC2～SC4的结构可依此类推，故不再重复赘述。

如图2A和图2B所示，第一连接结构CN1包括位于第一金属层的多个连接件101、103、105及107以及位于第二金属层的多个连接件102、104、106及108。第二连接结构CN2包括位于第一金属层的多个连接件201、203及205以及位于第二金属层的多个连接件202、204、206及207。

详细而言，第一绕组C1的半线圈DP2在第一侧S1直接耦接于输入输出端IOE，且于第二侧S2透过导通孔(via)耦接于连接件102的一端。连接件102的另一端则透过导通孔耦接于第一绕组C1的半线圈DP3。即，位于第一金属层的半线圈DP2透过位于第二金属层的连接件102耦接于位于第一金属层的半线圈DP3。

半线圈DP3在第一侧S1透过导通孔耦接于连接件202的一端。连接件202的另一端则直接耦接于第二绕组C2的半线圈UP2。即，位于第一金属层的半线圈DP3透过位于第二金属层的连接件202耦接于位于第二金属层的半线圈UP2。

半线圈UP2在第二侧S2直接耦接于连接件104的一端。连接件104的另一端则直接耦接于第二绕组C2的半线圈UP3。即，位于第二金属层的半线圈UP2透过位于第二金属层的连接件104耦接于位于第二金属层的半线圈UP3。

半线圈UP3在第一侧S1透过导通孔耦接于连接件203的一端。连接件203的另一端则直接耦接于第一绕组C1的半线圈DP6。即，位于第二金属层的半线圈UP3透过位于第一金属层的连接件203耦接于位于第一金属层的半线圈DP6。

半线圈DP6在第二侧S2透过导通孔耦接于连接件106的一端。连接件106的另一端则透过导通孔耦接于第一绕组C1的半线圈DP7。即，位于第一金属层的半线圈DP6透过位于第二金属层的连接件106耦接于位于第一金属层的半线圈DP7。

半线圈DP7在第一侧S1透过导通孔耦接于连接件206的一端。连接件206的另一端则直接耦接于第二绕组C2的半线圈UP6。即，位于第一金属层的半线圈DP7透过位于第二金属层的连接件206耦接于位于第二金属层的半线圈UP6。

半线圈UP6在第二侧S2直接耦接于连接件108的一端。连接件108的另一端则直接耦接于第二绕组C2的半线圈UP7。即，位于第二金属层的半线圈UP6透过位于第二金属层的连接件108耦接于位于第二金属层的半线圈UP7。

半线圈UP7在第一侧S1直接耦接于连接件207的一端。连接件207的另一端则直接耦接于第二绕组C2的半线圈UP8。即，位于第二金属层的半线圈UP7透过位于第二金属层的连接件207耦接于位于第二金属层的半线圈UP8。在一些实施例中，一中央抽头端(图中未示)可设置于连接件207。

半线圈UP8在第二侧S2透过导通孔耦接于连接件107的一端。连接件107的另一端则透过导通孔耦接于第二绕组C2的半线圈UP5。即，位于第二金属层的半线圈UP8透过位于第一金属层的连接件107耦接于位于第二金属层的半线圈UP5。

半线圈UP5在第一侧S1透过导通孔耦接于连接件205的一端。连接件205的另一端则直接耦接于第一绕组C1的半线圈DP8。即，位于第二金属层的半线圈UP5透过位于第一金属层的连接件205耦接于位于第一金属层的半线圈DP8。

半线圈DP8在第二侧S2直接耦接于连接件105的一端。连接件105的另一端则直接耦接于第一绕组C1的半线圈DP5。即，位于第一金属层的半线圈DP8透过位于第一金属层的连接件105耦接于位于第一金属层的半线圈DP5。

半线圈DP5在第一侧S1透过导通孔耦接于连接件204的一端。连接件204的另一端则直接耦接于第二绕组C2的半线圈UP4。即，位于第一金属层的半线圈DP5透过位于第二金属层的连接件204耦接于位于第二金属层的半线圈UP4。

半线圈UP4在第二侧S2透过导通孔耦接于连接件103的一端。连接件103的另一端则透过导通孔耦接于第二绕组C2的半线圈UP1。即，位于第二金属层的半线圈UP4透过位于第一金属层的连接件103耦接于位于第二金属层的半线圈UP1。

半线圈UP1在第一侧S1透过导通孔耦接于连接件201的一端。连接件201的另一端则直接耦接于第一绕组C1的半线圈DP4。即，位于第二金属层的半线圈UP1透过位于第一金属层的连接件201耦接于位于第一金属层的半线圈DP4。

半线圈DP4在第二侧S2直接耦接于连接件101的一端。连接件101的另一端则直接耦接于第一绕组C1的半线圈DP1。即，位于第一金属层的半线圈DP4透过位于第一金属层的连接件101耦接于位于第一金属层的半线圈DP1。此外，半线圈DP1于第一侧S1直接耦接于输入输出端IOE。

由上述说明可知，第一连接结构CN1可用于耦接位于同一金属层的线圈，而第二连接结构CN2可用于耦接位于不同金属层的线圈。

在一些实施例中，输入输出端IOE用于输入或输出信号。由前述电感装置100的结构可知，两个彼此重叠的半线圈将可传输相同极性的信号(例如，同为正极性信号或同为负极性信号)。举例来说，第一绕组C1的半线圈DP1传输的信号与第二绕组C2的半线圈UP1传输的信号的极性相同。其余半线圈DP2～DP8及UP2～UP8的设置可依此类推，故不再重复赘述。

位于同一侧且中间隔着一半线圈的两个半线圈可传输相同极性的信号(例如，同为正极性信号或同为负极性信号)，而位于同一侧且相邻的两个半线圈则可传输不同极性的信号(例如，一个为正极性信号且另一个为负极性信号)。举例来说，第一绕组C1的半线圈DP1传输的信号与第一绕组C1的半线圈DP5传输的信号的极性相同，但与第一绕组C1的半线圈DP3传输的信号的极性则不同。其余半线圈DP2、DP4及DP6～DP8及UP1～UP8的设置可依此类推，故不再重复赘述。

还可以理解的是，同一线圈中的两个半线圈将传输不同极性的信号(例如，一个为正极性信号且另一个为负极性信号)。举例来说，线圈FC1的半线圈DP1传输的信号与线圈FC1的半线圈DP2传输的信号的极性不同。其余半线圈DP3～DP8及UP1～UP8的设置可依此类推，故不再重复赘述。

据此，在图2A和图2B的实施例中，多个半线圈DP2、DP3、UP2、UP3、DP6、DP7、UP6及UP7用于传输一第一极性信号(图中未示出)，而多个半线圈DP1、DP4、UP1、UP4、DP5、DP8、UP5及UP8则用于传输不同于第一极性信号的一第二极性信号(图中未示出)。为方便理解，以下将搭配图3来说明第一极性信号与第二极性信号在电感装置100的传输。

请参阅图3，图3为根据本发明内容的一些实施例所示出电感装置100沿图1中的一虚拟线A-A的横截面示意图。在图3的实施例中，传输在多个半线圈DP2、DP3、UP2、UP3、DP6、DP7、UP6及UP7中的第一极性信号为负极性信号，而传输于多个半线圈DP1、DP4、UP1、UP4、DP5、DP8、UP5及UP8中的第二极性信号为正极性信号。由图3所示的正负极性分布可知，多个寄生电容Cp大多形成于同一层中相邻的两个半线圈(例如：半线圈DP1与半线圈DP3)之间。可以理解的是，多个寄生电容Cp的数量及位置并不以图3所示的为限。举例来说，位于不同层的半线圈DP1与半线圈UP3之间也有可能形成寄生电容，只是其电容值可能远小于半线圈DP1与半线圈DP3之间的寄生电容Cp的电容值。由于电感装置100中负责传输不同极性信号的多个线圈(例如：半线圈DP1与半线圈DP3)之间的距离增加，每个寄生电容Cp的电容值降低，使得电感装置100的等效寄生电容值可大幅降低。在一些实施例中，电感装置100的等效寄生电容值为125飞法拉(fF)，相较于已知技术降低了大约83％。

请参阅图4，图4描述根据本发明内容的一些实施例所示出的第一连接结构CN1的部分结构。图4中与图1、图2A或图2B中相同的符号表示相同或类似的部件，故不再重复赘述。在第一连接结构CN1中，位于第一金属层的连接件101和位于第二金属层的连接件102交错设置，以构成一第一交错结构。位于第一金属层的连接件103和位于第二金属层的连接件104交错设置，以构成一第二交错结构。如图4所示，第一交错结构具有一第一交错点CP1，第二交错结构具有一第二交错点CP2，且第一交错点CP1与第二交错点CP2不重叠。换言之，第一交错结构与第二交错结构不重叠。

值得注意的是，通过互不重叠的第一交错结构与第二交错结构，线圈FC1和FC2的耦接以及线圈SC1和SC2的耦接可在没有位于第三金属层(不同于第一及第二金属层)的连接件的情况下实现。

又如图4所示，位于第一金属层的连接件103和位于第二金属层的连接件102交错设置，且与位于第一金属层的连接件101不重叠。此外，位于第二金属层的连接件104和位于第一金属层的连接件101交错设置，且与位于第二金属层的连接件102不重叠。

请参阅图5，图5描述根据本发明内容的一些实施例所示出的第二连接结构CN2的部分结构。在第二连接结构CN2中，连接件201与连接件202交错设置，连接件203与连接件204交错设置，连接件205与连接件206交错设置，而连接件207则与连接件201～206不重叠。

在一些实施例中，第一金属层为超厚金属(ultra-thick metal，UTM)层，第二金属层为铝重布线层(AL-RDL)，且第二金属层的厚度小于第一金属层的厚度。应当理解，本发明并不以此为限。

在前述实施例中，电感装置100为一正方形结构(即，四边形结构)。应当理解，在其他实施例中，上述电感装置也可为其他多边形结构。此外，应当理解，第一绕组C1中线圈的数量和第二绕组C2中线圈的数量仅用于示例，本发明并不以图中所示的数量为限。

请参阅图6，图6描述根据本发明内容的一些实施例所示出的电感装置100的实验数据。如图6所示，采用本发明的架构配置，其品质因数的实验曲线为Q，其电感值的实验曲线为L。相较于现有技术，采用本发明的架构的电感装置100具有更佳的品质因数以及电感值。举例来说，在工作频率2GHz处，电感装置100的品质因数(Q)约为10.97，相较于现有技术增加了大约5％。此外，电感装置100的自共振频率(self-resonance frequency，SRF)约为4.9GHz，相较于现有技术提高了大约88％。由于电感装置100的工作频率2GHz远离电感装置100的自共振频率4.9GHz，使得电感装置100的电感值(inductance)在工作频率2GHz处更为稳定(即，在以工作频率2GHz处为中心的范围内，电感装置100的电感值变化较不明显)。

由上述本发明的实施方式可知，本发明的电感装置100通过堆叠式结构(即，第一绕组C1与第二绕组C2大致上彼此重叠)，具有降低等效寄生电容值的优势。此外，通过本发明的架构，电感装置100还能够提高自共振频率与品质因数。

虽然本发明内容已按照实施方式公开如上，然而其并非用于限定本发明内容，本技术领域中具有普通知识的技术人员，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明内容的保护范围应当根据本发明权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种电感装置，包括：

一第一绕组，位于一第一金属层，其中所述第一绕组包括一第一线圈以及一第二线圈；

一第二绕组，位于一第二金属层，其中所述第二绕组包括一第三线圈以及一第四线圈，所述第三线圈在垂直于所述第一线圈的方向上与所述第一线圈重叠，所述第四线圈在垂直于所述第二线圈的方向上与所述第二线圈重叠；

一第一连接结构，包括：

一第一交错结构，具有一第一交错点，并用于耦接所述第一线圈与所述第二线圈；以及

一第二交错结构，具有一第二交错点，并用于耦接所述第三线圈与所述第四线圈，其中，所述第一交错点与所述第二交错点不重叠；以及

一第二连接结构，用于耦接所述第二线圈与所述第三线圈。

2.根据权利要求1所述的电感装置，其特征在于，所述第一交错结构包括位于所述第一金属层的一第一连接件，且所述第一连接件用于耦接所述第一线圈与所述第二线圈。

3.根据权利要求2所述的电感装置，其特征在于，所述第一交错结构还包括位于所述第二金属层的一第二连接件，且所述第二连接件用于耦接所述第一线圈与所述第二线圈；

其中所述第一连接件与所述第二连接件交错设置，以形成所述第一交错点。

4.根据权利要求3所述的电感装置，其特征在于，所述第二交错结构包括位于所述第一金属层的一第三连接件，且所述第三连接件用于耦接所述第三线圈与所述第四线圈；

其中所述第三连接件与所述第二连接件交错设置，且所述第三连接件与所述第一连接件不重叠。

5.根据权利要求4所述的电感装置，其特征在于，所述第二交错结构还包括位于所述第二金属层的一第四连接件，且所述第四连接件用于耦接所述第三线圈与所述第四线圈；

其中所述第四连接件与所述第三连接件交错设置，以形成所述第二交错点；

其中所述第四连接件与所述第一连接件交错设置，且所述第四连接件与所述第二连接件不重叠。

6.根据权利要求1所述的电感装置，其特征在于，所述第一绕组还包括多个线圈，且所述电感装置还包括：

一输入输出端，用于耦接于所述第一绕组中位于最外圈的线圈，其中所述输入输出端与所述第二连接结构位于所述电感装置的一第一侧；

其中所述第一连接结构位于所述电感装置的一第二侧，且所述第一侧不同于所述第二侧。

7.根据权利要求6所述的电感装置，其特征在于，所述第一线圈包括一第一半线圈以及一第二半线圈，所述第二线圈包括一第三半线圈以及一第四半线圈，所述第一半线圈与所述第三半线圈位于所述电感装置的一第三侧，所述第二半线圈与所述第四半线圈位于所述电感装置的一第四侧，且所述第三侧不同于所述第四侧。

8.根据权利要求7所述的电感装置，其特征在于，所述第三线圈包括一第五半线圈以及一第六半线圈，所述第四线圈包括一第七半线圈以及一第八半线圈，所述第五半线圈与所述第七半线圈位于所述电感装置的所述第三侧，且所述第六半线圈与所述第八半线圈位于所述电感装置的所述第四侧。

9.根据权利要求8所述的电感装置，其特征在于，所述第一半线圈与所述第五半线圈用于传输相同极性的信号。

10.根据权利要求8所述的电感装置，其特征在于，所述第二半线圈与所述第六半线圈用于传输相同极性的信号。

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