TW202036609A - 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。第一線圈配置於第一區域。第二線圈配置於第二區域。輸入端配置於第二區域的第一側。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，其中第三線圈耦接於第一線圈。第四線圈配置於第二區域並第二線圈並與第二線圈在垂直方向上至少部分重疊，其中第四線圈耦接於第二線圈。八字型電感配置於第三線圈及第四線圈的外圈。

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。
發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本案實施例的重要/關鍵元件或界定本案的範圍。
本案內容之一目的是在提供一種電感裝置，藉以解決先前技術存在的問題，解決之手段如後所述。
為達上述目的，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、輸入端以及八字型電感。第一線圈配置於第一區域。第二線圈配置於第二區域。輸入端配置於該第二區域的一第一側。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，其中第三線圈耦接於第一線圈。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，其中第四線圈耦接於第二線圈。以及八字型電感配置於第三線圈及第四線圈的外圈。
因此，根據本案之技術內容，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。
在參閱下文實施方式後，本案所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本案之基本精神及其他發明目的，以及本案所採用之技術手段與實施態樣。
1000、4000‧‧‧電感裝置
1100、4100‧‧‧電感裝置部分結構
1110、4110‧‧‧第一線圈
1120、4120‧‧‧第二線圈
1130‧‧‧連接件
120、420‧‧‧部分結構
1200、4200‧‧‧八字型電感
1210、4210‧‧‧第三線圈
1220、4220‧‧‧第四線圈
1213、1223、1230‧‧‧交錯部
1400‧‧‧第一區域
1500‧‧‧第二區域
1600‧‧‧輸入端
1700‧‧‧中央抽頭端
4131、4133、4140‧‧‧連接件
4213、4223、4231、4233、4240‧‧‧交錯部
A-F‧‧‧連接點
CP‧‧‧點
L1、Q1‧‧‧曲線
SY1‧‧‧對稱軸
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圖係依照本案一實施例繪示一種如第4圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。
第6圖係依照本案一實施例繪示一種如第4圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。
第7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。如第1圖所示，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以及八字型電感1200。八字型電感1200為電感裝置1000最外圈的電感線圈(如虛線所示)。也就是說，八字型電感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。第一線圈1110、第二線圈1120、第三線圈1210以及第四線圈1220可為不同的電感設計。在一實施例中，第一線圈1110、第二線圈1120、第三線圈1210以及第四線圈1220可以是螺旋堆疊電感 (spiral stacked inductor)、對稱式堆疊電感(symmetric stacked inductor)、螺旋電感(spiral inductor)或對稱式電感(symmetric inductor)等，然本案不限於此。
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1200、第三線圈1210以及第四線圈1220。
請一併參閱第1-3圖，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。舉例而言，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。其中，第2圖及第3圖中的第一區域1400和第二區域1500中央堆疊的第一線圈1110、第二線圈1120、第三線圈1210以及第四線圈1220，可互為鏡像對稱(mirrored)或是上下平移複製(duplicated)的關係，此關係可以使其具有對稱性，並有容易設計的好處。詳細的結構及連接關係將於後文中逐一說明。
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的上方或者下方，且第三線圈1210耦接於第一線圈1110。
在一實施例中，第一線圈1110的第一端位於第一線圈1110的內圈。第三線圈1210的第一端位於第三 線圈1210的內圈。第一線圈1110的第一端與第三線圈1210的第一端耦接於連接點A。
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。於連接點A處，在俯視電感裝置1000之方向上，可透過垂直連接件(如via)耦接第一線圈1110與第三線圈1210。在另一實施例中，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，第一線圈1110的第二端(位於第一線圈1110的外圈)與八字型電感1200耦接於連接點B。於連接點B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線圈1110與八字型電感1200。
在一實施例中，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的上方或者下方，且第四線圈1220耦接於第二線圈1120。
在一實施例中，第二線圈1120的第一端位於第二線圈1120的內圈。第四線圈1220的第一端位於第四線圈1220的內圈。第二線圈1120的第一端與第四線圈1220的第一端耦接於連接點C。
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。於連接點C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線圈1120與第四線圈1220。在另一實施例中，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，第二線圈1120的第二端(位於第二線圈1120的外圈)與八字型電感1200耦接於連接點D。於連接點D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線圈1120與八字型電感1200。
在一實施例中，第一線圈1110與第二線圈1120兩者近似對稱。第三線圈1210與第四線圈1220兩者近似對稱。舉例來說，第一線圈1110與第二線圈1120兩者基於對稱軸SY1彼此近似對稱。第三線圈1210與第四線圈1220兩者基於對稱軸SY1彼此近似對稱。
在一實施例中，八字型電感1200包含位於第一區域1400的第二側(例如左側)的交錯部1213以及位於第二區域1500的第二側(例如左側)的交錯部1223。如第1圖及第3圖所示，八字型電感1200透過交錯部1213耦接於第三線圈1210的第二端(位於第三線圈1210的外圈)，以及八字型電感1200透過交錯部1223耦接於第四線圈1220的第二端(位於第四線圈1220的外圈)，使得第三線圈1210及第四線圈1220位於八字型電感1200的內部。
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1200 之上或八字型電感1200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1200的上半部及下半部之間，使得八字型電感1200形成八字型的迴路。
在一實施例中，電感裝置1000更包含輸入端1600，此輸入端1600配置於第二區域1500之第一側(例如第1圖之下側)，亦即相對於交界處的另一側。再者，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之第三側(例如第1圖之上側)，亦即相對於交界處的另一側。在一實施例中，輸入端1600與中央抽頭端170設置於八字型電感1200上。
請參閱第3圖，第三線圈1210與第四線圈1220位於同一層。在一實施例中，第三線圈1210與第四線圈1220可共同配置為八字型電感1200，第三線圈1210與第四線圈1220不限於第3圖所示之結構，第三線圈1210與第四線圈1220之形狀及所繞圈數可依實際需求配置。再者，請參閱第1-3圖，由於第三線圈1210配置於第一線圈1110上，且第一線圈1110與第二線圈1120位於同一層，因此，第三線圈1210與第二線圈1120位於不同層。另外，由於第四線圈1220配置於第二線圈1120上，且第一線圈1110與第二線圈1120位於同一層，因此，第四線圈1220與第一線圈1110位於不同層。
請參閱第1-3圖，當輸入端1600之一端(例如左端)輸入一訊號時，此訊號在八字型電感1200的下半 部、交錯部1223、第四線圈1220中沿著第一方向(例如順時針方向)被傳送。在連接點C處，訊號從第四線圈1220被傳送至第二線圈1120，並且在第二線圈1120中沿著第一方向(例如順時針方向)被傳送。接著，訊號從第二線圈1120透過連接點D被傳送至八字型電感1200。連接件1130的一端(例如連接點E)耦接於八字型電感1200的下半部，以及連接件1130的另一端(例如連接點F)耦接於八字型電感1200的上半部。因此，訊號藉由連接件1130從八字型電感1200的下半部被傳送至上半部。
訊號在八字型電感1200的上半部、交錯部1213、第三線圈1210中沿著第二方向(例如逆時針方向)被傳送。在連接點A處，訊號從第三線圈1210被傳送至第一線圈1110，並且在第一線圈1110中沿著第二方向(例如逆時針方向)被傳送。接著，訊號從第一線圈1110透過連接點B被傳送至八字型電感1200。訊號經由交錯部1230被傳送至八字型電感1200的下半部，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。如第4圖所示，電感裝置4000包含第一線圈4110、第二線圈4120、第三線圈4210、第四線圈4220以及八字型電感4200。八字型電感4200為電感裝置4000最外圈的電感線圈。在一實施例中，八字型電感4200為電感裝置4000最外二圈的電感線圈(如虛線所示)。第一線圈4110、第二線圈4120、第三線圈4210以及 第四線圈4220為位於八字型電感4200的內部和/或不超過八字型電感4200外圍之線圈。
為使本案利於理解，第4圖所示之電感裝置4000分為第5圖所示之電感裝置4000的部分結構4100及第6圖所示之電感裝置4000的部分結構420。部分結構420包含八字型電感4200、第三線圈4210以及第四線圈4220。
請一併參閱第4-6圖，第一線圈4110配置於第一區域1400，第二線圈4120配置於第二區域1500。值得一提的是，第4-6圖中相同於第1-3圖的編號，其連接關係、功能或相關說明相似於前述段落內容。
請參閱第4-6圖，第三線圈4210配置於第一區域1400與第一線圈4110在垂直方向上至少部分重疊。也就是說，第三線圈4210配置於第一線圈4110的上方或者下方，且第三線圈4210耦接於第一線圈4110。相似地，第四線圈4220配置於第二區域1500與第二線圈4120在垂直方向上至少部分重疊。也就是說，第四線圈4220配置於第二線圈4120的上方或者下方，且第四線圈4220耦接於第二線圈4120。
在一實施例中，八字型電感4200包含位於第一區域1400的第四側(例如右側)的交錯部4213以及位於第二區域1500的第二側(例如左側)的交錯部4223，其中第一區域1400的第四側不同於第二區域1500的第二側。如第4圖所示，八字型電感4200透過交錯部4213耦 接於第三線圈4210，以及八字型電感4200透過交錯部4223耦接於第四線圈4220，使得第三線圈4210及第四線圈4220位於八字型電感4200的內部。
在一實施例中，八字型電感4200於第一區域1400的第三側(例如上側)交錯耦接，其中第一區域1400的第三側的延伸方向垂直於第一區域1400的第四側(例如右側)的延伸方向。第三線圈4210在第一區域1400的第三側(例如上側)具有交錯部4240(如第6圖所示)。此外，電感裝置4000更包含連接件4140(如第5圖所示)，以耦接八字型電感4200最外二圈的電感線圈。
在一實施例中，電感裝置4000更包含連接件4131與連接件4133(如第5圖所示)。連接件4131與連接件4133配置於八字型電感4200之上或八字型電感4200之下。連接件4131與連接件4133與交錯部4231與交錯部4233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4200的上半部及下半部之間，使得八字型電感4200形成八字型的迴路。
在一實施例中，電感裝置4000更包含輸入端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之第一側(例如第4圖之下側)，亦即相對於交界處的另一側。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。在一實施例中，輸入端1600與中央抽頭端1700設置於八字型電感4200上。
在一實施例中，第一線圈4110與第二線圈4120位於相同層，以及第三線圈4210與第四線圈4220位於相同層。由於第三線圈4210配置於第一線圈4110之上，以及第四線圈4220配置於第二線圈4120之上，因此第三線圈4210與第二線圈4120位於不同層，並且第四線圈4220與第一線圈4110位於不同層。
在一實施例中，電感裝置4000為具有斜角對稱的結構。如第4圖所示，以點CP為圓心，於電感裝置4000被旋轉180度之後，被旋轉後的第一區域1400的結構會與第二區域1500的結構近似相同。相似地，被旋轉後的第二區域1500的結構與第一區域1400的結構近似相同。
第7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。如圖所示，採用本案之架構配置，其品質因素之實驗曲線為Q1，其電感值之實驗曲線為L1，其中曲線L1的數值(即電感值nH)共用曲線Q1的數值(即品質因素，如第7圖左側的Y軸數值所示)。由第7圖可知，採用本案之架構第1圖的電感裝置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，如曲線L1所示，於頻率2.6GHz處，電感值可達約6.5nH，而如曲線Q1所示，品質因素(Q)約為6.5。另外，採用本案之架構第4圖的電感裝置4000，在95um*95um的面積內，於頻率2.6GHz處，電感值可達約7.0nH，而品質因素(Q)約為6.2。
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對稱性結構，在電感裝置的左右側產生耦合以及上下層產生耦合。採用本案實施例之架構的電感裝置產生差模(differential mode)電感值並可將共模(common mode)電感值降至最低。如此一來，本案之電感裝置可具有更佳的單位面積電感值。
1000‧‧‧電感裝置
1100‧‧‧電感裝置部分結構
1110‧‧‧第一線圈
1120‧‧‧第二線圈
1130‧‧‧連接件
120‧‧‧部分結構
1200‧‧‧八字型電感
1210‧‧‧第三線圈
1213‧‧‧交錯部
1220‧‧‧第四線圈
1223‧‧‧交錯部
1230‧‧‧交錯部
1400‧‧‧第一區域
1500‧‧‧第二區域
1600‧‧‧輸入端
1700‧‧‧中央抽頭端
A-F‧‧‧連接點
SY1‧‧‧對稱軸

Claims (10)

  1. 一種電感裝置，包含：
    一第一線圈，配置於一第一區域；
    一第二線圈，配置於一第二區域；
    一輸入端，配置於該第二區域的一第一側；
    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，其中該第三線圈耦接於該第一線圈；
    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，其中該第四線圈耦接於該第二線圈；以及
    一八字型電感，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，其中該八字型電感與該第三線圈耦接於該第一區域的一第一交錯部，以及該八字型電感與該第四線圈耦接於該第二區域的一第二交錯部。
  3. 如請求項1所述之電感裝置，其中該第一線圈的一第一端位於該第一線圈的內圈以及該第三線圈的一第一端位於該第三線圈的內圈，其中該第三線圈的該第一端與該第一線圈的該第一端耦接於一第一連接點；其中該第一線圈的一第二端位於該第一 線圈的外圈，以及該第一線圈的該第二端與於該八字型電感耦接於一第二連接點。
  4. 如請求項1所述之電感裝置，其中該第二線圈的一第一端位於該第二線圈的內圈，以及該第四線圈的一第一端位於該第四線圈的內圈，其中該第二線圈的該第一端耦與該第四線圈的該第一端耦接於一第三連接點；以及該第二線圈的一第二端位於該第二線圈的外圈，以及該第二線圈的該第二端與於該八字型電感耦接於一第四連接點。
  5. 如請求項1所述之電感裝置，其中該第一線圈與該第二線圈兩者近似對稱，以及該第三線圈與該第四線圈兩者近似對稱。
  6. 如請求項2所述之電感裝置，其中該第一交錯部位於該第一區域的一第二側，以及該第二交錯部位於該第二區域的一第二側，其中該第一區域的該第二側與該第二區域的該第二側位於該八字型電感的相同側。
  7. 如請求項2所述之電感裝置，其中電感裝置，更包含：
    一中央抽頭端，配置於該第一區域的一第三側，其中該第二區域的該第一側與該第一區域的該第三側分 別位於該交界處的兩側；
    其中該八字型電感於該第一區域與該第二區域的一交界處交錯耦接。
  8. 如請求項2所述之電感裝置，其中該第一交錯部位於該第一區域的一第四側，以及該第二交錯部位於該第二區域的一第二側，其中該第一區域的該第四側與該第二區域的該第二側位於該八字型電感的不同側。
  9. 如請求項8所述之電感裝置，其中更包含：
    一中央抽頭端，配置於該第二區域的該第一側；
    其中該八字型電感於該第一區域與該第二區域的一交界處交錯耦接。
  10. 如請求項1所述之電感裝置，其中該八字型電感為電感裝置最外二圈的電感線圈。
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