CN1378219A - 组合式电感组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式电感组件,可形成于半导体基底或绝缘体的表面处,包括有数个彼此串联的螺旋状导体。由于此等螺旋状导体可利用同一金属工艺予以实现,故每一螺旋状导体均可位于同一平面上,以形成组合式电感结构。相邻螺旋状电感间的串联方式,可采用顺向或反向,其中任一螺旋状导体,最少有一相邻螺旋状导体与之反向串联,经由相邻螺旋电感的顺向或反向交替串接,可明显提升串联电感的单位面积电感值。

Description

组合式电感组件

本发明涉及一种电感组件，特别是一种以半导体工艺制成的组合式电感组件。

随着科技不断地进步，半导体技术日益成熟，使得电信技术的发展一日千里，发展日渐蓬勃。一般而言，在半导体组件中制作高频电感组件是十分困难的，而特性良好的半导体电感组件，至少需要具备高电感密度、高品质因子与高稳定性等特点。故使其制作难度也相对地提高。在电感的制作过程中，可用增加电感的匝数的方法使电感量增加，但电感匝数增加后，基底的寄生电容亦随之增加，使自振频率(self-resonant frequency)逐渐降低。通常，我们可利用多层(multi-level)电感结构解决此等问题，其具体作法将于下文中加以说明。

请参照图1，是现有技术的一种多层电感组件，公开于美国专利案第5,610,433号。如图所示，电感10可由线圈M1、M2和M3所组成，而架构出三层式电感结构；其中，每一线圈均可由数个不同口径的金属线圈所构成，如图式中的内外层金属线圈即其中一例。金属线圈的直径介于数十微米至数千微米之间，金属材质可以是铝或其它具高导电系数的材料。每一层金属线圈彼此间的连线(interconnections)关系如图所示，在半导体实务中，此等连线系利用各绝缘层(isolating layers)彼此间的介层窗(via)予以实现的。由图中可看出，电流得自导线11馈入电感10内，每一线圈内的电流方向如图式中矢号所示，并自导线48向外流出。

虽然利用多层式电感结构可达到增加高单位面积电感值的目的，但相对的，此种方法使工艺复杂性提高，因而使可靠度降低。再者，一般的微波电路并非多层式结构，若单只为了电感的制作而增加多道金属工艺及光罩，相当不符合经济效益，且耗费相当的人力及时间成本。

另一现有技术系利用增加线圈匝数的作法，达到增加电感值的目的。但线圈匝数提高后，相对使得所占用的面积增加，整体而言，反而使单位面积电感值降低，徒然浪费电路的可用面积，使电感自振频率下降，无法达到预期的目标。

综观以上所述，现有技术中所采用的电感结构至少具有下列缺点：

一、多层式电感结构使工艺复杂性提高，并使可靠度降低。

二、多层式电感结构需增加多道金属工艺及光罩，不符合经济效益，且耗费人力及时间成本。

三、线圈匝数增加除大幅降低单位面积电感值外，更使电感自振频率下降，徒然浪费电路的可用面积。

因此本发明的目的就是在于提供一种组合式电感组件，可利用单层结构加以实现，使工艺复杂性降低，以提高可靠度。

本发明的另一目的是在于提供一种组合式电感组件，可大幅提高电感值，并维持原有的单位面积电感值。

为达到上述及其它目的，本发明提供一种组合式电感组件，可形成于半导体基底或绝缘体的表面处，包括有数个螺旋状电感，并以一串联方式相互耦接。由于此等螺旋状电感可利用同一金属工艺予以实现，故每一螺旋状导体均可位于同一平面上，以形成组合式电感结构。另一方面，每一螺旋状导体彼此间的串联方式，可采取顺向串联或反向串联，其中任一螺旋状导体，最少有一相邻螺旋状导体与之反向串联。

需要注意的是，本发明提出了一种组合式电感组件，以提高单位面积电感值。此种将电感值增加的作法，系利用数个螺旋状电感互相串联加以实现，故单位面积电感值不致因电感值的增加而滑落；反观现有的作法，系利用增加匝数的方法使电感量增加，故而在电感量增加的同时，亦使得单位面积电感值随之滑落，在匝数愈多的情况下，此等缺失将更加严重；故而在相同的可利用面积下，利用本发明所提出的组合式电感架构可获得更大的电感值，且单位面积电感值不致因电感值的增加而滑落，使空间的利用更具有效率。利用数个螺旋状电感互相串联以实现组合式电感组件系本发明的重要技术特征之一。

综观以上所述，与已知的电感结构相比较，本发明至少具有下列优点：

一、本发明所提供的组合式电感组件，可利用单层结构加以实现，使工艺复杂性降低，以提高可靠度。

二、本发明所提供的组合式电感组件，可大幅提高电感值，并维持原有的单位面积电感值。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1是利用现有技术的一种多层电感组件；

图2是依照本发明的第一实施例，所提供的一种组合式电感组件；

图3是依照本发明的第二实施例，所提供的一种组合式电感组件；

图4是依照本发明的第三实施例，所提供的一种组合式电感组件；

图5是依照本发明的第四实施例，所提供的一种组合式电感组件；

图6是依照本发明的第五实施例，所提供的一种组合式电感组件；

图7是利用两螺旋状电感互相顺向串联，所组成的电感组件；

图8是依照本发明的第一实施例，所制作的一种组合式电感组件；

图9是不同的电感串联方式对电感值所造成的影响；

图10是电感匝数与单位面积电感值二者间的关系；

图11是单一电感与反向串联电感的单位面积电感值比较。

其中，部件与附图标记分别为：

10        电感；

300       电感；

302、304  螺旋状导体；

500       电感；

600       电感；

602、604、606、608螺旋状导体。

实施例一：

请参照图2，其表示依照本发明的第一实施例，所提供的一种组合式电感组件。如图所示，电感300可由螺旋状导体302与螺旋状导体304互相串联而成，而此等串联方式系采反向串联。以此图为例，螺旋状导体302内的电流方向为逆时针方向，而螺旋状导体304内的电流方向为顺时针方向，故将此等连接方式称之为反向串联。根据实验结果显示，反向串联所得到的等效电感值较顺向串联为高，故下文中将针对反向串联的连接方式加以说明。需要注意的是，螺旋状导体302与螺旋状导体304二者的电感值可以相同(几何结构及环境条件相同)，亦可不同(几何结构及环境条件有所差异)；若两螺旋状导体的条件相同，则将两螺旋状导体串联后与单一螺旋状导体相比较，其电感值约为单一螺旋状导体的两倍；但由于其所占用面积亦为单一螺旋状导体的两倍，故单位面积电感值变化不大。

实施例二：

请参照图3，其表示依照本发明的第二实施例，所提供的一种组合式电感组件。如图所示，我们可将数个螺旋状导体依同一方向反向串联，以成为一电感组件，使电感值增加。

实施例三：

请参照图4，其表示依照本发明的第三实施例，所提供的一种组合式电感组件。如图所示，我们可将数个螺旋状导体依同一方向彼此串联，以成为一电感组件。与第二实施例相异之处，在于第二实施例中，每两相邻的螺旋状导体均为反向串联；而第三实施例中，系采用顺、反、反、顺、顺、反、反、顺…的串联方式相互连接，如此，依然可达到使电感值增加的目的。

实施例四：

请参照图5，其表示依照本发明的第四实施例，所提供的一种组合式电感组件。如图所示，我们可将数个螺旋状导体彼此反向串联，以成为电感矩阵500，使电感值增加，并提高其实用性。

实施例五：

请参照图6，其表示依照本发明的第五实施例，所提供的一种组合式电感组件。如图所示，此为另一种电感矩阵的连结方式，我们可将螺旋状导体602、604、606与608彼此间反向串联，以成为电感矩阵600，使电感值增加，并提高其实用性。

接着，为突出本发明的特点及其实用性，下文中将针对一些实验结果及数据加以探讨，以期对此等组合式电感组件有更深刻的认识。

请参照图7，由两螺旋状电感互相顺向串联而成；而图8则是依照本发明的第一实施例，所制作的一种组合式电感组件，由两螺旋状电感互相反向串联而成。下文中，将针对这两个实作成品的特性加以探讨，进而整理出一些组合式电感组件的操作特性，以利实际上的应用。

请参照图9，其表示不同的电感串联方式对电感值所造成的影响。如图所示，若以2匝的单一电感作为比较的基准，则反向串联电感所得到的电感值最大，顺向串联电感所得到的电感值次之，而2匝的单一电感其电感值最低。

请参照图10，其表示电感匝数与单位面积电感值二者间的关系。众所周知，增加电感的匝数可使电感量增加，但另一方面，我们亦可看出，当电感匝数增加后，相对的，其单位面积电感值反而降低。如图所示，2匝电感的单位面积电感值约为单匝电感的70％至76％，亦即单位面积电感值将随电感匝数的增加而降低，因此利用增加匝数使电感量增加的方式，在使用空间有限的情况下是十分不经济的，且电感的整体效能亦随之滑落。

请参照图11，其表示单一电感与反向串联电感的单位面积电感值比较。如图所示，虽反向串联电感的单位面积电感值较单一电感为低，但差异性并不大，且操作频率愈高，两者间的差异性愈低；整体而言，反向串联电感的单位面积电感值，约可维持在单一电感结构的86％至100％，成果相当卓著；因此，此等结构提供了一种新的作法，可大幅缩减电感所占用的面积，使RF电路的尺寸得以尽可能地缩小，增加了实用的价值。

此外，上文中所提及的组合式电感组件，系利用螺旋状导体的串联结构加以实现，故此等电感组件可形成于同一平面上，此亦为本发明的精神所在；但实施例中所表示的螺旋状导体数目仅供参考，并非用以限定本发明，且电感矩阵的名词系定义为数个相互串联的电感所形成的集合，熟悉此技术的人员应用不同数目的类似结构应不脱离本发明的精神。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种改进和更新，因此本发明的保护范围当以权利要求书限定的保护范围为准，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种组合式电感组件，位于一绝缘体的表面处，其特征在于：该组合式电感组件包括：

复数个串联的螺旋状导体，该等复数个螺旋状导体中，有一个螺旋状导体为反向串联。

2.一种组合式电感组件，其特征在于：包括：

一绝缘体；

复数个螺旋状导体，位于该绝缘体上，而该等螺旋状导体系位于同一层，而该等螺旋状导体中的一螺旋状导体，有一相邻的螺旋状导体与之反向串联。

3.根据权利要求1所述的组合式电感组件，其特征在于：该等螺旋状导体是构成一电感矩阵。

4.根据权利要求2所述的组合式电感组件，其特征在于：该等螺旋状导体是构成一电感矩阵。

5.根据权利要求1所述的组合式电感组件，其特征在于：该绝缘体为一半导体基底。

6.根据权利要求2所述的组合式电感组件，其特征在于：该绝缘体为一半导体基底。

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