TW202201439A

TW202201439A - 電感裝置

Info

Publication number: TW202201439A
Application number: TW109120892A
Authority: TW
Inventors: 顏孝璁; 陳家源
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-01-01
Also published as: US20210398727A1; TWI715510B

Abstract

一種電感裝置，其包含第一繞組、第二繞組以及環形線圈。第二繞組與第一繞組在垂直方向上至少部分重疊。環形線圈設置於第一繞組和第二繞組的外側。第一繞組與第二繞組分別於電感裝置的第一側與第二側交錯設置。

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。堆疊的八字形電感器對稱性較佳，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。

為了解決上述問題，本揭露提供一種電感裝置，其包含第一繞組、第二繞組以及環形線圈。第二繞組與第一繞組在垂直方向上至少部分重疊。環形線圈設置於第一繞組和第二繞組的外側。第一繞組與第二繞組分別於電感裝置的第一側與第二側交錯設置。

本文所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本揭露內容之範圍與意涵。同樣地，本揭露亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。

在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述各種元件、組件、區域、層與/或區塊是可以被理解的。但是這些元件、組件、區域、層與/或區塊不應該被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件、組件、區域、層與/或區塊。因此，在下文中的一第一元件、組件、區域、層與/或區塊也可被稱為第二元件、組件、區域、層與/或區塊，而不脫離本案的本意。本文中所使用之『與/或』包含一或多個相關聯的項目中的任一者以及所有組合。

關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請同時參照第1~3圖，第1圖為根據本揭露一些實施例所繪示的電感裝置1000的示意圖。第2圖和第3圖為根據本揭露一實施例所繪示如第1圖所示之電感裝置1000的部分結構示意圖。如第1~3圖所示，電感裝置1000包含第一繞組C1、第二繞組C2以及環形線圈C3。第二繞組C2與第一繞組C1在垂直方向上至少部分重疊。環形線圈C3設置於第一繞組C1和第二繞組C2的外側，在一實施例中，環形線圈C3可設置在電感裝置1000的最外側，如圖中以虛線所示的線圈部分。

在一些實施例中，第一繞組C1與第二繞組C2於電感裝置1000的第一側S1和第二側S2交錯設置。詳細而言，第一繞組C1的上半部1111和第二繞組C2的下半部1212於電感裝置1000的第一側S1交錯設置，第一繞組C1的下半部1112和第二繞組C2的上半部1211於電感裝置1000的第二側S2交錯設置。在一些實施例中，第一側S1和第二側S2位於電感裝置1000中相對應的兩側。在一些實施例中，第一側S1為圖中左側，第二側S2為圖中右側。

在一些實施例中，第二繞組C2可設置於第一繞組C1之上亦可設置於第一繞組C1之下。

在一些實施例中，第一繞組C1設置於第一金屬層，第一金屬層於圖中以點狀網格呈現。第二繞組C2設置於第二金屬層，第二金屬層於圖中以十字星狀網格呈現，且第一金屬層不同於第二金屬層。在一些實施例中，環形線圈C3與第一繞組C1設置於同一金屬層(例如以點狀網格呈現的第一金屬層)。

在一些實施例中，第一繞組C1由電感裝置1000的最內側以順時針方向或逆時針方向向該電感裝置的外側繞設。舉例而言，第一繞組C1的上半部1111自電感裝置1000的第二側S2(例如圖中右側)的最內側以逆時針方向繞設至電感裝置1000的第一側S1(例如圖中左側)，並在電感裝置1000的第一側S1中繞至較外側處。第一繞組C1的下半部1112則自電感裝置1000的第一側S1(例如圖中左側)的最內側以逆時針方向繞設至電感裝置1000的第二側S2(例如圖中右側)，並在電感裝置1000的第二側S2中繞至較外側處。

在一些實施例中，當第一繞組C1如前段所述以逆時針方向繞設時，第二繞組C2由電感裝置1000的最內側以順時針方向向電感裝置1000的外側繞設。詳細而言，第二繞組C2的上半部1211於電感裝置1000的第一側S1(例如圖中左側)透過導通孔(via)耦接第一繞組C1的下半部1112，並由電感裝置1000的第一側S1中的最內側以順時針方向繞設至電感裝置1000的第二側S2(例如圖中右側)，並在電感裝置1000的第二側S2中繞至較外側處。第二繞組C2的下半部1212於電感裝置1000的第二側S2(例如圖中右側)透過導通孔耦接第一繞組C1的上半部1111，並由電感裝置1000的第一側S1中的最內側以順時針方向繞設至電感裝置1000的第一側S1(例如圖中左側)，並在電感裝置1000的第一側S1中繞至較外側處。

在一些實施例中，當第一繞組C1以順時針方向繞設時，第二繞組C2由電感裝置1000的最內側以逆時針方向向電感裝置1000的外側繞設，其設置方式與前述相似，為簡化說明，於此不再贅述。

在一些實施例中，環形線圈C3包含上半部1131以及下半部1132，於電感裝置1000的第一側S1形成開口O1，開口O1的一端(例如環形線圈C3的上半部1131)耦接第二繞組C2(例如第二繞組C2的下半部1212)，開口O1的另一端(例如環形線圈C3的下半部1132)耦接第一繞組C1(例如第一繞組C1的上半部1111)。在一些實施例中，環形線圈C3於電感裝置1000的第二側S2形成開口O2，開口O2的一端(例如環形線圈C3的上半部1131)耦接第一繞組C1(例如第一繞組C1的下半部1112)，開口O2的另一端(例如環形線圈C3的下半部1132)耦接第二繞組C2(例如第二繞組C2的上半部1211)。

在一些實施例中，電感裝置1000包含輸入輸出端1120，輸入輸出端1120設置於電感裝置1000的第三側S3(例如圖中上側)，用於輸入或輸出電流。在此實施例中，輸入輸出端1120設置於環形線圈C3的上半部1131。

在一些實施例中，電感裝置1000包含中央抽頭端1140，中央抽頭端1140設置於電感裝置1000的第四側S4(例如圖中下側)。在一些實施例中，可將中央抽頭端1140耦接於環形線圈C3的下半部1132(如圖中所示)。在一些實施例中，亦可將中央抽頭端1140耦接於第二繞組C2或第一繞組C1(圖中未示)，端視實際需求而定。

在一些實施例中，上述之電感裝置1000的第三側S3和第四側S4位於相對應的兩側。在一些實施例中，第三側S3完全平行或實質上平行於為圖中上側，第四側S4為圖中下側。在一些實施例中，第一側S1和第二側S2位於圖中水平方向，而第三側S3和第四側S4位於圖中垂直方向，因此，第一側S1和第二側S2所處之方位與第三側S3和第四側S4所處之方位完全垂直或實質上垂直。

請參照第4圖。第4圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置1000A的示意圖。第4圖和第1圖中相同的標號即代表相同的元件。第4圖和第1圖的不同之處在於，輸入輸出端1120與中央抽頭端1140設置在同一側，且環形線圈C3設置方式不同。除以下特別說明者外，電感裝置1000A的其餘部分結構皆與電感裝置1000相同或相似，於此不再進行贅述。

在一些實施例中，輸入輸出端1120和中央抽頭端1140皆設置於電感裝置1000A的第四側S4(例如圖中下側)，且輸入輸出端1120用於輸入或輸出電流。在此實施例中，輸入輸出端1120設置於環形線圈C3的下半部。

於上述實施例中，環形線圈C3包含內層線圈的上半部1131、內層線圈的下半部1132以及外層線圈1133，其中外層線圈1133位於電感裝置1000A的最外側。在一些實施例中，環形線圈C3的內層線圈的上半部1131包含第一部分1131a和第二部分1131b，環形線圈C3的外層線圈1133包含第一部分1133a和第二部分1133b。在一些實施例中，內層線圈的上半部1131的第一部分1131a以及外層線圈1133的第二部分1133b位於電感裝置1000A的第一側S1(例如圖中左側)，且內層線圈的上半部1131的第二部分1131b以及外層線圈1133的第一部分1133a位於電感裝置1000A的第二側S2(例如圖中右側)。在一些實施例中，外層線圈1133的第一部分1133a和第二部分1133b耦接輸入輸出端1120。

如第4圖所示，在一些實施例中，位於較內側之內層線圈的上半部1131的第二部分1131b耦接位於最外側之外層線圈1133的第二部分1133b，由於此二者設置於同一金屬層，不需透過連接件即可直接耦接。電感裝置1000A包含連接件CN，連接件CN與環形線圈C3設置於不同金屬層。連接件CN的一端透過導通孔耦接內層線圈的上半部1131的第一部分1131a，連接件CN的另一端透過導通孔耦接外層線圈1133的第一部分1133a，且內層線圈的上半部1131的第二部分1131b和外層線圈1133的第二部分1133b的耦接部分與連接件CN交錯設置。

然本案不以第4圖所示之實施例為限，在其餘實施例中，連接件CN亦可用於透過導通孔耦接內層線圈的上半部1131的第二部分1131b和外層線圈1133的第二部分1133b，此外，內側之內層線圈的上半部1131的第一部分1131a可耦接位於最外側之外層線圈1133的第一部分1133a。如此一來，內層線圈的上半部1131的第一部分1131a和外層線圈1133的第一部分1133a的耦接部分同樣可與連接件CN交錯設置。

請參照第5圖。第5圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置4000的示意圖。第5圖和第1圖中相同的標號即代表相同的元件。第5圖和第1圖的不同之處在於，第5圖中所示之電感裝置4000中的第一繞組C1包含了多個第一線圈4110、4120、4130，且第二繞組C2包含了多個第二線圈4210、4220、4230，第一線圈4110、4120、4130和第二線圈4210、4220、4230中的每一者由上半部和下半部組成(例如第一線圈4110係由上半部4111和下半部4112所組成，以此類推)。除於以下特別說明者外，電感裝置4000的其餘部分結構皆與電感裝置1000相同或相似，於此不再進行贅述。

在一些實施例中，多個第二線圈中的至少一者與多個第一線圈中的至少一者於電感裝置4000的第一側S1完全重疊。舉例而言，第二線圈4220的上半部4221於電感裝置4000的第一側S1完全重疊於第一線圈4110的上半部4111。在一些實施例中，第二線圈4220的下半部4222亦可於電感裝置4000的第一側S1完全重疊於第一線圈4130的下半部4132。

在一些實施例中，多個第二線圈中的至少一者(例如第二線圈4215)與多個第一線圈中的至少一者(例如第一線圈4115)於電感裝置4000的第二側S2完全重疊。舉例而言，第二線圈4220的上半部4221於電感裝置4000的第二側S2完全重疊於第一線圈的上半部4131。在一些實施例中，第二線圈4220的下半部4222亦可於電感裝置4000的第二側S2完全重疊於第一線圈4110的下半部4112。

在一些實施例中，第一線圈4110的下半部4112於電感裝置4000的第一側S1的最內圈處耦接第二線圈4210的上半部4211。在一些實施例中，第一線圈4110的上半部4111於電感裝置4000的第二側S2的最內圈處耦接第二線圈4210的下半部4212。

在一些實施例中，多個第二線圈中的其中一者於電感裝置4000的第五側S5部分重疊於多個第一線圈中的其中二者。舉例而言，第二線圈4220的下半部4222於電感裝置4000的第五側S5部分重疊於第一線圈4120的下半部4122和第一線圈4130的下半部4132。

在一些實施例中，第二線圈中的其中一者(例如第二線圈4210的下半部4212)亦可與第一線圈的其中一者(例如第一線圈4120的下半部4122) 於電感裝置4000的第五側S5完全相鄰且不重疊(圖中未示)。

在一些實施例中，電感裝置4000的第五側S5為介於電感裝置4000的第一側S1和第四側S4之間的一側。在一些實施例中，上述第五側S5可位於電感裝置4000的第二側S2和第三側S3之間、第二側S2和第四側S4之間及/或第一側S1和第二側S2之間，其設置方式請參照第5圖所示，為簡化說明，於此不再贅述。

第6圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置5000的示意圖。第6圖與第1圖和第5圖的不同之處在於，電感裝置5000中的第一繞組C1以及第二繞組C2係由更多的第一線圈以及更多的第二線圈所構成。舉例而言，第6圖中所示之電感裝置5000中的第一繞組C1包含了多個第一線圈5110~5150，且第二繞組C2包含了多個第二線圈5210~5250，第一線圈5110~5150和第二線圈5210~5250中的每一者由上半部和下半部組成(例如第一線圈5110係由上半部5111和下半部5112所組成，以此類推)。除了第一線圈和第二線圈的數量不同之外，電感裝置5000中其餘部分的結構關係與設置方式皆與電感裝置4000相似，於此不再進行贅述。

在一些實施例中，上述第1~6圖所示之電感裝置1000、電感裝置1000A、電感裝置4000以及電感裝置5000為實質上中心對稱(central symmetry)的電感裝置結構。

第7圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置6000的示意圖。電感裝置6000和電感裝置1000的不同之處在於第二側S2的設置方式。除於以下特別說明者外，電感裝置6000的其餘部分結構皆與電感裝置1000相同或相似，於此不再進行贅述。

在一些實施例中，電感裝置6000的第一繞組C1包含上半部6111、下半部6112以及連接件6113，電感裝置6000的第二繞組C2包含上半部6211、下半部6212以及連接件6213。在一些實施例中，第一繞組C1與第二繞組C2於電感裝置6000的第一側S1和第二側S2交錯設置。詳細而言，第一繞組C1的上半部6111和第二繞組C2的下半部6212於電感裝置6000的第一側S1交錯設置，第一繞組C1的連接件6113和第二繞組C2的連接件6213於電感裝置6000的第二側S2交錯設置。

在一些實施例中，第一繞組C1的連接件6113的一端耦接環形線圈C3的下半部1132，另一端耦接第二繞組C2的上半部6211。在一些實施例中，第二繞組C2的連接件6213的一端耦接環形線圈C3的上半部1131，另一端耦接第一繞組C1的下半部6112。

在一些實施例中，第7圖所示之電感裝置6000為實質上鏡面對稱(mirror symmetry)的電感裝置結構。

在一些實施例中，電感裝置1000、電感裝置1000A、電感裝置4000、電感裝置5000以及電感裝置6000為一八邊形結構。應當理解，於其他實施例中，上述電感裝置亦可為其他多邊形結構。此外，應當理解，電感裝置1000、電感裝置1000A、電感裝置4000、電感裝置5000以及電感裝置6000中第一線圈和第二線圈的數量僅為示例性實施例，本揭露不以圖中所示的數量為限。

第8圖為根據本揭露一實施例所繪示的一實施例所繪示的電感裝置1000的實驗數據示意圖。如第8圖所示，採用本案之架構配置，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具有更佳的品質因素以及電感值。舉例而言，此電感裝置1000在150um*150um的面積內，於頻率5GHz處，品質因素(Q)約為14.4、電感值約為1.7nH，於頻率10GHz處，品質因素約為17.5、電感值約為1.85nH。

綜上所述，本揭露提供的電感裝置1000、電感裝置1000A、電感裝置4000、電感裝置5000以及電感裝置6000具有縮小電感面積的優勢，且能提高自共振頻率(self-resonance frequency，F_sr )。此外，藉由本揭露提供的線圈結構，能夠在提升電感值的同時，維持足夠高的品質因素。

雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

為使本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下： 1000,1000A,4000,5000,6000:電感裝置 1100,1200:部分結構 S1:第一側 S2:第二側 S3:第三側 S4:第四側 S5:第五側 C1:第一繞組 C2:第二繞組 C3:環形線圈 1110,4110,4120,4130,5110,5120,5130,5140,5150:第一線圈 1210,4210,4220,4230,5210,5220,5230,5240,5250:第二線圈 1133:外層線圈 1111,1211,1131,4111,4211,4121,4221,4131,4231,5111,5211,5121,5221,5131,5231,5141,5241,5151,5251,6111,6211:上半部 1112,1212,1132,4112,4212,4122,4222,4132,4232,5112,5212,5122,5222,5132,5232,5142,5242,5152,5252,6112,6212:下半部 1131a,1133a:第一部分 1131b,1133b:第二部分 O1,O2:開口 1120:輸入輸出端 1140:中央抽頭端 6113,6213,CN:連接件

為使本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本揭露一實施例所繪示的電感裝置的示意圖。第2圖為根據本揭露一實施例所繪示如第1圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。第3圖為根據本揭露一實施例所繪示如第1圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。第4圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置的示意圖。第5圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置的示意圖。第6圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置的示意圖。第7圖為根據本揭露另一實施例所繪示的電感裝置的示意圖。第8圖為根據本揭露一實施例所繪示的電感裝置的實驗數據示意圖。根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本案相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

1000:電感裝置

S1:第一側

S2:第二側

S3:第三側

S4:第四側

C1:第一繞組

C2:第二繞組

C3:環形線圈

1110:第一線圈

1210:第二線圈

1111,1211,1131:上半部

1112,1212,1132:下半部

O1,O2:開口

1120:輸入輸出端

1140:中央抽頭端

Claims

一種電感裝置，包含：一第一繞組；一第二繞組，其中該第二繞組與該第一繞組在垂直方向上至少部分重疊；以及一環形線圈，設置於該第一繞組和該第二繞組的外側，其中該第一繞組與該第二繞組分別於該電感裝置的一第一側與一第二側交錯設置。
如請求項1所述之電感裝置，其中該第二繞組設置於該第一繞組之上或設置於該第一繞組之下，且該第一繞組與該第二繞組設置於不同金屬層。
如請求項1所述之電感裝置，其中：該第一繞組由該電感裝置的最內側以順時針方向向該電感裝置的外側繞設且該第二繞組由該電感裝置的最內側以逆時針方向向該電感裝置的外側繞設；或該第一繞組由該電感裝置的最內側以逆時針方向向該電感裝置的外側繞設且該第二繞組由該電感裝置的最內側以順時針方向向該電感裝置的外側繞設。
如請求項1所述之電感裝置，其中該環形線圈於該第一側和該第二側各包含一開口，該些開口中每一者的一第一端耦接該第一繞組，該些開口中每一者的一第二端耦接該第二繞組。
如請求項1所述之電感裝置，更包含：一中央抽頭端，設置於該電感裝置的一第三側。
如請求項5所述之電感裝置，更包含：一輸入輸出端，設置於該電感裝置的該第三側，其中該環形線圈包含一內層線圈和一外層線圈，該內層線圈經由一連接件與該外層線圈耦接於該電感裝置的一第四側，其中該第三側和該第四側位於相對應的兩側。
如請求項1所述之電感裝置，其中該第一繞組包含複數個第一線圈，該第二繞組包含複數個第二線圈，其中該些第二線圈中的至少一者於該電感裝置的該第一側或該第二側與該些第一線圈中的至少一者完全重疊。
如請求項1所述之電感裝置，其中該第一繞組包含複數個第一線圈，該第二繞組包含複數個第二線圈，其中該些第一線圈的其中二者分別於該電感裝置的該第一側和該第二側的最內圈處耦接該些第二線圈的其中一者。
如請求項1所述之電感裝置，其中該第一繞組包含複數個第一線圈，該第二繞組包含複數個第二線圈，其中該些第二線圈中的其中一者於該電感裝置的一第三側部分重疊於該些第一線圈中的其中二者。
如請求項1所述之電感裝置，其中該第一繞組更包含一第一連接件，且該第二繞組更包含一第二連接件，其中該第一連接件與該第二連接件於該電感裝置的該第二側交錯設置，其中該第一連接件用於在該電感裝置的該第二側將該環形線圈與該第二繞組耦接，其中該第二連接件用於在該電感裝置的該第二側將該環形線圈與該第一繞組耦接。