TW202036606A - 電感裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電感裝置，其包含第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈及八字型電感結構。第一線圈配置於第一區域。第二線圈配置於第二區域。第三線圈配置於第一區域並與第一線圈在垂直方向上至少部分重疊。第三線圈包含至少兩個第三次線圈。至少兩個第三次線圈之間彼此間隔地配置。第四線圈配置於第二區域並與第二線圈在垂直方向上至少部分重疊。第四線圈包含至少兩個第四次線圈。至少兩個第四次線圈之間彼此間隔地配置。

Description

電感裝置
本案係有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種電感裝置。
現有的各種型態之電感器皆有其優勢與劣勢，諸如螺旋狀電感器，其品質因素(Q value)較高且具有較大之互感值(mutual inductance)，然其互感值及耦合均發生在線圈之間。對八字型電感器來說，其具有二組線圈，二組線圈之間的耦合發生的狀況較低，然而，八字型電感器於裝置中佔用之面積較大。再者，雖然傳統的堆疊的八字型電感器對稱性較佳，然其單位面積之電感值較低。因此，上述電感器之應用範圍皆有所限制。
本案內容之一技術態樣係關於一種電感裝置，其包含第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈及八字型電感結構。第一線圈配置於第一區域。第二線圈配置於第二區域。第三線圈配置於第一區域並與第一線圈在垂直方向上至少部分重疊。第三線圈包含至少兩 個第三次線圈。至少兩個第三次線圈之間彼此間隔地配置。第四線圈配置於第二區域並與第二線圈在垂直方向上至少部分重疊。第四線圈包含至少兩個第四次線圈。至少兩個第四次線圈之間彼此間隔地配置。八字型電感結構配置於第三線圈及第四線圈的外圈。
因此，本案實施例所示之電感裝置具有更佳的單位面積電感值。此外，採用本案的電感裝置之堆疊架構，在共模模式(common mode)下使電感值相抵消，並增強差模模式(differential mode)下的電感值。
1000、4000‧‧‧電感裝置
1100、4100‧‧‧電感裝置部分結構
1110、4110‧‧‧第一線圈
1112、1114、4112、4114‧‧‧第一次線圈
1120、4120‧‧‧第二線圈
1122、1124、4122、4124‧‧‧第二次線圈
1130、4132a、4132b、4132c‧‧‧連接件
120、420‧‧‧部分結構
1200、4200‧‧‧八字型電感結構
1210、4210‧‧‧第三線圈
1212、1214、4212、4214‧‧‧第三次線圈
1212a、1214a、1222a、1224a、1230、4235、4236、4237‧‧‧交錯部
1220、4220‧‧‧第四線圈
1222、1224、4222、4224‧‧‧第四次線圈
1242~1248、1252~1526‧‧‧電感線段
1400‧‧‧第一區域
1500‧‧‧第二區域
1600‧‧‧輸入端
1700‧‧‧中央抽頭端
A-H‧‧‧連接點
L、L1、L2‧‧‧曲線
Q‧‧‧曲線
第1圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。
第2圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。
第3圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。
第4圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。
第5圖係繪示依照本案一實施例的一種電感裝置之實驗數據示意圖。
第6圖係繪示依照本案一實施例的一種電感裝置之實驗數據示意圖。
第1圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置1000的示意圖。電感裝置1000包含第一線圈1110、第二線圈1120、第三線圈1210、第四線圈1220及八字型電感結構1200。八字型電感結構1200為電感裝置1000最外圈的電感線圈(如虛線所示的線圈部分)。也就是說，八字型電感結構1200配置於第三線圈1210及第四線圈1220的外圈。第一線圈1110以及第二線圈1120為部分重疊於第三線圈1210以及第四線圈1220而在範圍上涵蓋於八字型電感1200的內部的線圈。
為使本案利於理解，第1圖所示之電感裝置1000分為第2圖所示之電感裝置1000的部分結構1100及第3圖所示之電感裝置1000的部分結構120。部分結構120包含八字型電感結構1200、第三線圈1210以及第四線圈1220。在一些實施例中，八字型電感結構1200包含多個電感線段。舉例而言，八字型電感結構1200包含電感線段1242、1244、1246、1248、1252、1254、1256以及交錯部1230。
請一併參閱第1-3圖，第一線圈1110包含至少兩個第一次線圈1112、1114。第二線圈1120包含至少兩個第二次線圈1122、1124。第三線圈1210包含至少兩個第三次線圈1212、1214。第四線圈1220包含至少兩個第四次線圈1222、1224。第一線圈1110配置於第一區域1400。第二線圈1120配置於第二區域1500。第一區域 1400位於電感裝置1000的上方，第二區域1500位於電感裝置1000的下方。
請參閱第1-3圖，第三線圈1210配置於第一區域1400並與第一線圈1110在垂直方向上至少部分重疊。也就是說，第三線圈1210配置於第一線圈1110的垂直方向的上方或者下方。第四線圈1220配置於第二區域1500並與第二線圈1120在垂直方向上至少部分重疊。也就是說，第四線圈1220配置於第二線圈1120的垂直方向的上方或者下方。
在一實施例中，至少兩個第一次線圈1112、1114之間彼此間隔地配置。如第2圖所示，第一線圈1110的最內圈到最外圈(例如從第一線圈1110的中心往下的配置順序)，間隔地配置的線圈依序為第一次線圈1112、第一次線圈1114、第一次線圈1112、第一次線圈1114等，惟本案不以此順序為限。
在一實施例中，至少兩個第一次線圈1112、1114以第一環繞方向配置。舉例而言，第一次線圈1112、1114以逆時針方向配置。此外，第一次線圈1112的一圈經配置以與第一次線圈1114的一圈間隔地配置(反之亦然)，使得第一線圈1110形成一個較大的電感線圈。
在一實施例中，至少兩個第二次線圈1122、1124之間彼此間隔地配置。如第2圖所示，第二線圈1120的最內圈到最外圈(例如從第二線圈1120的中心往下的配置順序)，間隔地配置的線圈依序為第二次線圈1124、 第二次線圈1122、第二次線圈1124、第二次線圈1122等，惟本案不以此順序為限。
在一實施例中，至少兩個第二次線圈1122、1124以第二環繞方向配置，其中第二環繞方向不同於第一環繞方向。舉例而言，第二次線圈1122、1124以順時針方向配置。此外，第二次線圈1122的一圈經配置以與第二次線圈1124的一圈間隔地配置(反之亦然)，使得第二線圈1120形成一個較大的電感線圈。
在一實施例中，至少兩個第三次線圈1212、1214之間彼此間隔地配置。如第3圖所示，第三線圈1210的最內圈到最外圈(例如從第三線圈1210的中心往下的配置順序)，間隔地配置的線圈依序為第三次線圈1214、第三次線圈1212、第三次線圈1214、第三次線圈1212等，惟本案不以此順序為限。
在一實施例中，至少兩個第三次線圈1212、1214以第一環繞方向配置。舉例而言，第三次線圈1212、1214以逆時針方向配置。此外，第三次線圈1212的一圈經配置以與第三次線圈1214的一圈間隔地配置(反之亦然)，使得第三線圈1210形成一個較大的電感線圈。
在一實施例中，至少兩個第四次線圈1222、1224之間彼此間隔地配置。如第3圖所示，第四線圈1220的最內圈到最外圈(例如從第四線圈1220的中心往下的配置順序)，依序配置的線圈依序為第四次線圈1222、第 四次線圈1224、第四次線圈1222、第四次線圈1224等，惟本案不以此順序為限。
在一實施例中，至少兩個第四次線圈1222、1224以第二環繞方向配置，其中第二環繞方向不同於第一環繞方向。舉例而言，第四次線圈1222、1224以順時針方向配置。此外，第四次線圈1222的一圈經配置以與第四次線圈1224的一圈間隔地配置(反之亦然)，使得第三線圈1210形成一個較大的電感線圈。
在一實施例中，至少兩個第一次線圈1112、1114的其中一者耦接於至少兩個第三次線圈1212、1214的其中一者。舉例而言，第一次線圈1112於連接點A耦接於第三次線圈1212，第一次線圈1114於連接點B耦接於第三次線圈1214。再者，於A連接點處，在俯視電感裝置1000之方向上，可透過垂直連接件(如via)耦接第一次線圈1112與第三次線圈1212。另外，於B連接點處，在俯視電感裝置1000之方向上，可透過垂直連接件耦接第一次線圈1114與第三次線圈1214。然本案不以上述連接方式為限，可視實際需求來設計連接方式。在一實施例中，在與第三線圈1210垂直的方向上，第三線圈1210與第一線圈1110實質重疊。
在一實施例中，至少兩個第二次線圈1122、1124的其中一者耦接於至少兩個第四次線圈1222、1224的其中一者。舉例而言，第二次線圈1122於連接點C耦接於第四次線圈1222，第二次線圈1124於連接點D耦接 於第四次線圈1224。於C連接點處，在俯視電感裝置1000之方向上，可透過垂直連接件耦接第二次線圈1122與第四次線圈1222。於D連接點處，在俯視電感裝置1000之方向上，可透過垂直連接件耦接第二次線圈1124與第四次線圈1224。本案不以上述連接方式為限。在一實施例中，在與第四線圈1220垂直的方向上，第四線圈1220與第二線圈1120實質重疊。
在一實施例中，至少兩個第一次線圈1112、1114、至少兩個第二次線圈1122、1124、至少兩個第三次線圈1212、1214及至少兩個第四次線圈1222、1224的每一者繞設為複數圈。然本案不以圖式的圈數為限，可視實際需求來設計圈數。
在一實施例中，至少兩個第一次線圈1112、1114之間彼此不直接耦接，以及至少兩個第二次線圈1122、1124之間彼此不直接耦接。在一實施例中，至少兩個第三次線圈1212、1214之間彼此不直接耦接，以及至少兩個第四次線圈1222、1224之間彼此不直接耦接。
請參閱第1-3圖，八字型電感結構1200於第一區域1400的第一側與至少兩個第三次線圈1212、1214的其中一者交錯耦接，且八字型電感結構1200於第一區域1400的第二側與至少兩個第三次線圈1212、1214的其中另一者交錯耦接。在一實施例中，第一區域1400的第一側相對於第一區域1400的第二側。舉例而言，八字型電感結構1200於第一區域1400的左側與第三次線圈 1212交錯耦接(例如交錯部1212a)，八字型電感1200於第一區域1400的右側與第三次線圈1214交錯耦接(例如交錯部1214a)。
在一實施例中，在與第三線圈1210垂直的方向上，第三線圈1210與第一線圈1110部分重疊。換言之，在俯視電感裝置1000的方向上，第三線圈1210與第一線圈1110部分重疊。
請參閱第1-3圖，八字型電感結構1200於第二區域1500的第一側與至少兩個第四次線圈1222、1224的其中一者交錯耦接，且八字型電感結構1200於第二區域1500的第二側與至少兩個第四次線圈1222、1224的其中另一者交錯耦接。在一實施例中，第二區域1500的第一側相對於第二區域1500的第二側。舉例而言，八字型電感結構1200於第二區域1500的左側與第四次線圈1222交錯耦接(例如交錯部1222a)，八字型電感結構1200於第二區域1500的右側與第四次線圈1224交錯耦接(例如交錯部1224a)。
在一實施例中，在與第四線圈1220垂直的方向上，第四線圈1220與第二線圈1120部分重疊。換言之，在俯視電感裝置1000的方向上，第四線圈1220與第二線圈1120部分重疊。
在一實施例中，電感裝置1000更包含連接件1130(如第2圖所示)。連接件1130配置於八字型電感結構1200的垂直方向之上或八字型電感結構1200的垂直方 向之下。連接件1130與交錯部1230經配置於第一區域1400與第二區域1500的交界處，以耦接於八字型電感結構1200的上半部及下半部之間，使得八字型電感結構1200形成八字型的迴路。
在一實施例中，第一線圈1110與第二線圈1120位於同一層，第三線圈1210與第四線圈1220位於同一層。第一線圈1110與第三線圈1210位於不同層，第二線圈1120與第四線圈1220位於不同層。
請參閱第1-3圖，電感裝置1000更包含輸入端1600。輸入端1600配置於第二區域1500之一側(例如圖中下側)。電感裝置1000更包含中央抽頭端1700，此中央抽頭端1700配置於第一區域1400之一側(例如圖中上側)。
在一實施例中，當輸入端1600之一端(例如左端)輸入一訊號時，此訊號經由電感線段1244及交錯部1222a被傳送至第四次線圈1222，並沿著第一環繞方向(例如順時針方向)於第四次線圈1222中被傳送。在連接點C處，訊號從第四次線圈1222被傳送至第二次線圈1122，並且在第二次線圈1122中沿著第一方向(例如順時針方向)被傳送。在連接點G處，訊號從第二次線圈1122被傳送至電感線段1242，並透過連接件1130被傳送至電感線段1256。
訊號經由電感線段1256及交錯部1214a被傳送至第三次線圈1214，並在第三次線圈1214中沿著第二 環繞方向(例如逆時針方向)被傳送。在連接點B處，訊號從第三次線圈1214被傳送至第一次線圈1114，並且在第一次線圈1114中沿著第二環繞方向(例如逆時針方向)被傳送。在連接點F處，訊號被傳送至電感線段1252，並且經由交錯部1212a被傳送至第三次線圈1212。訊號在第三次線圈1212中沿著第二環繞方向被傳送。在連接點A處，訊號被傳送至第一次線圈1112，並且在第一次線圈1112中沿著第二環繞方向被傳送。在連接點E處，訊號被傳送至電感線段1254，並透過交錯部1230被傳送至電感線段1248。
訊號經由電感線段1248與交錯部1224a被傳送至第四次線圈1224，並在第四次線圈1224中沿著第一環繞方向被傳送。在連接點D處，訊號被傳送至第二次線圈1124。在連接點H處，訊號被傳送至電感線段1246，並於輸入端1600之另一端(例如右端)被輸出。
第4圖係依照本案一實施例繪示一種電感裝置4000的示意圖。電感裝置4000包含電感裝置部分結構4100以及部分結構420。電感裝置部分結構4100包含第一線圈4110以及第二線圈4120。部分結構420包含八字型電感結構4200、第三線圈4210以及第四線圈4220。
在一實施例中，第一線圈4110包含至少兩個第一次線圈4112、4114。第二線圈4120包含至少兩個第二次線圈4122、4124。第三線圈4210包含至少兩個第三次線圈4212、4214。第四線圈4220包含至少兩個第四次 線圈4222、4224。第4圖中與第1-3圖相似或相同的技術用語與結構關係，其參照於第1-3圖之說明。
在一實施例中，八字型電感結構4200為配置於第三線圈4210及第四線圈4220的外圍兩圈的線圈結構。
在一實施例中，電感裝置4000更包含連接件4132a、4132b。八字型電感結構4200於第一區域1400與第二區域1500的交界處，交錯耦接於連接件4132a與連接件4132b。連接件4132a與連接件4132b配置於八字型電感結構4200的交錯部4235、4236的垂直方向之上或之下。 八字型電感結構4200於第一區域1400之一側(例如圖中上側)，透過連接件4132c在交錯部4237交錯耦接。連接件4132c配置於八字型電感結構4200的交錯部4237的垂直方向之上或之下。類似於第1-3圖之配置，八字型電感結構4200與第三線圈4210及第四線圈4220分別在各自的交錯部交錯耦接，在此不再贅述。
在一實施例中，電感裝置4000包含輸入端1600及中央抽頭端1700。輸入端1600及中央抽頭端1700配置於第二區域1500之相對於交界處的一側(例如圖中下側)。換言之，輸入端1600及中央抽頭端1700設置於電感裝置4000的相同側。
第5圖係繪示依照本案一實施例的一種電感裝置1000之實驗數據示意圖。如圖所示，採用本案之架構配置，於差模模式下，其品質因素之實驗曲線為Q， 其電感值之實驗曲線為L。由圖中可知，採用本案之架構的電感裝置1000具有更佳的單位面積電感值。舉例而言，此電感裝置1000在90um*90um的面積內，於頻率2.5GHz處，電感值可達約6.5nH，而品質因素(Q)約為5.5。
第6圖係繪示依照本案一實施例的電感裝置1000之實驗數據示意圖。如圖所示，採用本案之架構配置，於共模模式下，其電感值之實驗曲線為L1，而未採用本案之架構配置的電感裝置，其電感值之實驗曲線則為L2。由圖中可知，於共模模式下，採用本案之架構的電感裝置1000具有較低的電感值。舉例而言，於頻率約2.4GHz處，未採用本案之架構配置的電感裝置之電感值約1.15nH，而本案之電感裝置1000的電感值僅約0.15nH。此外，採用本案電感裝置的堆疊架構，在輸入端1600以相同交流電流(AC)訊號饋入之下，在共模模式下電流方向相反，使共模模式下電感值相抵消，並進而改善差模電路的特性，例如：二階諧波(second harmonic)。
由上述本案實施方式可知，應用本案具有下列優點。採用本案實施例之架構的電感裝置具有更佳的單位面積電感值。此外，採用本案的電感裝置之堆疊架構，在共模模式下降低電感值，並增強差模模式下的電感值。
1000‧‧‧電感裝置
1100‧‧‧電感裝置部分結構
1110‧‧‧第一線圈
1112、1114‧‧‧第一次線圈
1120‧‧‧第二線圈
1122、1124‧‧‧第二次線圈
1130‧‧‧連接件
120‧‧‧部分結構
1200‧‧‧八字型電感結構
1210‧‧‧第三線圈
1212、1214‧‧‧第三次線圈
1212a、1214a‧‧‧交錯部
1220‧‧‧第四線圈
1222、1224‧‧‧第四次線圈
1222a、1224a‧‧‧交錯部
1230‧‧‧交錯部
1252~1256、1242~1248‧‧‧電感線段
1400‧‧‧第一區域
1500‧‧‧第二區域
1600‧‧‧輸入端
1700‧‧‧中央抽頭端
A-H‧‧‧連接點

Claims (10)

  1. 一種電感裝置，包含：
    一第一線圈，配置於一第一區域，其中該第一線圈包含至少兩個第一次線圈；
    一第二線圈，配置於一第二區域，其中該第二線圈包含至少兩個第二次線圈；
    一第三線圈，配置於該第一區域並與該第一線圈在垂直方向上至少部分重疊，其中該第三線圈包含至少兩個第三次線圈，以及該至少兩個第三次線圈之間彼此間隔地配置；
    一第四線圈，配置於該第二區域並與該第二線圈在垂直方向上至少部分重疊，其中該第四線圈包含至少兩個第四次線圈，以及該至少兩個第四次線圈之間彼此間隔地配置；以及
    一八字型電感結構，配置於該第三線圈及該第四線圈的外圈。
  2. 如請求項1所述之電感裝置，其中該至少兩個第一次線圈之間彼此以一第一環繞方向間隔地配置，以及該至少兩個第二次線圈彼此以一第二環繞方向間隔地配置，其中該第二環繞方向不同於該第一環繞方向。
  3. 如請求項1所述之電感裝置，其中該 至少兩個第一次線圈之間彼此不直接耦接，以及該至少兩個第二次線圈之間彼此不直接耦接。
  4. 如請求項1所述之電感裝置，其中該至少兩個第三次線圈彼此以一第一環繞方向間隔地配置，以及其中該至少兩個第四次線圈彼此以一第二環繞方向間隔地配置，其中該第一環繞方向不同於該第二環繞方向。
  5. 如請求項1所述之電感裝置，其中該至少兩個第三次線圈之間彼此不直接耦接，以及該至少兩個第四次線圈之間彼此不直接耦接。
  6. 如請求項1所述之電感裝置，其中該至少兩個第一次線圈的其中一者耦接於該至少兩個第三次線圈的其中一者，以及該至少兩個第二次線圈的其中一者耦接於該至少兩個第四次線圈的其中一者。
  7. 如請求項1所述之電感裝置，其中該八字型電感結構於該第一區域的一第一側與該至少兩個第三次線圈的其中一者交錯耦接，且該八字型電感結構於該第一區域的一第二側與該至少兩個第三次線圈的其中另一者交錯耦接，其中該第一區域的該第一側相對於該第一區域的該第二側，以及該八字型電感 結構於該第二區域的一第一側與該至少兩個第四次線圈的其中一者交錯耦接，且該八字型電感結構於該第二區域的一第二側與該至少兩個第四次線圈的其中另一者交錯耦接，其中該第二區域的該第一側相對於該第二區域的該第二側。
  8. 如請求項1所述之電感裝置，更包含：
    一輸入端，配置於該第二區域的一第三側；以及
    一中央抽頭端，配置於該第一區域的一第三側，其中該第一區域的該第三側相對於該第二區域的該第三側；
    其中該八字型電感結構於該第一區域與該第二區域的一交界處交錯耦接。
  9. 如請求項1所述之電感裝置，其中該八字型電感結構為配置於該第三線圈及該第四線圈的外圍兩圈的線圈結構。
  10. 如請求項1所述之電感裝置，更包含：
    一輸入端，配置於該第二區域的一第四側；以及
    一中央抽頭端，設置於該第二區域的該第四側；
    其中該八字型電感結構於該第一區域的一第四側交錯耦接於一交錯部，其中該第一區域的該第四側相對於該第二區域的該第四側。
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