TWI321327B - Embedded toroidal inductor - Google Patents

Description

1321327 其中h係該電感高度、a係該電感内徑，及b係該電感之一 外徑。 然而’在小型RF電路中，環形線圈電感器的實施特別困 難。因此’小型RF電路中的電感器通常欲實施為表面安裝 組件或直接形成在一 RF基板表面上的平面螺線。平面螺線 電感器將遭受一嚴重的缺點，相較於一環形線圈電感器， 其無法實質地拘限其所產生b磁場。儘管表面安裝的環形 線圈電感器的工作良好’但這種組件所需電路板的面積係 一構成該RF系統整個尺寸的重要因素。事實上，被動表面 安裝裝置的使用通常需要一大於所需之電路板，以包含電 路元件。 頒與Krone等人的第5,781，091號美國專利揭露一電子電 感裝置及在一堅硬覆銅環氧樹脂疊層中製造該電子電感襄 置的方法。該製程包含在一環氧樹脂疊層中鑽製一系列的 間隔孔，將，該覆銅整個從該板蝕去’將一環形線圈鐵磁鐵 心定位在各間隔孔内，及以一纖維充填的環氧樹脂充填各 孔的剩餘部分。此技術包含許多額外處理步驟，這些步驟 通常不屬於傳統步驟中所包含在形成一傳統環氧樹脂電路 板的一部分。這些額外步驟自然包含其他費用。另外，這 種技術不適用於其他型式的基板，例如下面所說明的陶究 型式基板。 在850〜1000°C所鍛燒的玻璃陶瓷基板通常被稱作低溫共 同烘製陶瓷（LTCC)。這類材料具有許多優點，使其特別適 用於RF系統的基板。例如’來自Dupont®的低溫共同供製 108674.doc 1321327 (LTCC)。這種LTCC材料具有若干優點’使其特別適用於 RF系統的基板。例如，來自Dupont®的低溫951共同洪製的 Green Tape™係與Au及Ag相容，且其具有一熱膨脹係數 (TCE)及適合許多應用的相對強度。其他形式的陶瓷材料 也可使用。該陶瓷膠帶的尺寸可依據該特別應用由多種因 素決定。例如如果該環形線圈電感器形成一大型RF電路， 該陶瓷膠帶的尺寸可加以選擇以容納該RF電路，其中該環 形電感器形成一組件。 第一複數個導電通孔102可在該基板層1〇〇中形成，如步 驟1 5 04所示。此步驟可利用任意適當技術實行。例如，通 孔可以藉由貫穿、雷射切割或蝕刻鑽孔於該基板層1〇〇中 形成。在步驟15 10，該等鑽扣’可以導電性塗膏及或任何其 他適合導電元件充填。 如圖1及2所示，該第一複數個導電通孔102可與一中心 軸線212沿徑向間隔一第一距離a，以便界定一環形線圈電 感器之内圓周。在步驟1506及1510中，一第二複數個導電 通孔104可沿該中心軸線徑向間隔一第二距離b形成，以便 界定一中間圓周。同樣地，在步驟1508及1510中，一第三 複數個導電通孔106可沿該中心轴線徑向間隔一第三距離^ 幵；？成’以便界定一外圓周。如圖2所示，該通孔可實質上 延伸於該基板層1〇〇之相反表面214、216之間。一或多個 通孔108可被提供以界定一組用於該環形線圈電感器的電 接點。 在一配置中，該基板層1〇〇包含複數個例如像陶瓷膠帶 108674.doc -12- 層這類的次層’步驟5 1〇可在個別次層上形成。在 步驟1520’該各別導電通孔可對齊且該等次層可堆疊以形 成該基板層100。再者，另外必須瞭解的是，雖然步驟 15〇4、15〇6及15〇8分別在圖15中，這種步驟可在一單一處 理步驟中實施。同樣地，步驟1512及1514可在一單一處理 步驟以及步驟1516與1518中實施》 現在參考圖3及4’該製程可在步驟1512及1514中繼續， 其係藉由沉積一第一導電軌跡32〇及一第二複數個導電執 跡322在該基板層1〇〇上實行。表面214上的導電軌跡320可 在實質上沿徑向緊鄰之各別第一及第三導電通孔之間形成 電氣連接。同樣地，表面214上的導電軌跡322可在實質上 沿徑向緊鄰之各別第二及第三導電通孔之間形成電氣連 接。 在步驟1516及1518中，第三複數個導電軌跡324及第四 複數個導電軌跡326可提供在一第二基板層430的表面432 上。該第二基板層430也可由任意適當的基板材料形成， 例如LTCC。該第三導電軌跡324可經配置使得當該二基板 層如圖所示對齊及堆疊時，表面432上的軌跡324將在圓周 偏離的第一複數個導電通孔102及第三複數個導電通孔ι〇6 間提供一電連接。同樣地’表面432上的執跡326將在圓周 偏離的第二複數個導電通孔1〇4及第三複數個導電通孔 之間提供一電連接。此外’與該通孔1〇8接觸的軌跡328可 被提供以界定該組環形線圈電感器的電接點。 該導電軌跡320、322、324、326、328可由任意適當的 108674.doc •13- 1321327 導電塗膏或與該共同烘製製程所選擇基板材料相容的墨水 形成。這種材料可從多種來源購得。再者，必須注意的 是’雖然二基板層100及430，如圖4所示，具有導電軌跡 配置在各膠帶的一側上，本發明不限於此。習於此技者將 要瞭解’導電執跡320、322、324、326、328也可配置在 一單層基板層100的相反側上，且這種可替代配置也符合 本發明範圍。 同樣必須注意的是，額外基板層（未顯示）也可堆疊在該 基板層100的表面214上及/或該第二基板層430的表面438 上。例如，該基板層100及430可插在複數個額外基板層之 間’以便該導電通孔102、104、106及導電軌跡320、 322、324、3 26嵌入一最終基板結構内。在步驟152〇中， 多種基板層可利用傳統處理技術使彼此堆疊及對齊。 該等導電通孔102、104 ' 1〇6及導電軌跡32〇、322、 324、326共同界定一三維導電環形線圈54〇，如圖5所示。 該環形線圈係由該等通孔102、1〇4、1〇6及導電軌跡32〇、 322、3 24、326的三維組合形成，且用於瞭解從圖1-4所說 明配置所產生的環形線圈結構。關於這點，必須瞭解的 疋’本發明在此不限於圖1-4所說明之通孔1〇2、1〇4、106 及導電軌跡320、322、324、326的精確配置或圖案。相反 地，該基板層中所形成通孔及軌跡的任何圖案均可被使 用，只要其大致上產生與圖5所示這種實質上的環形線圈 配置’由此瞭解許多微小變化係可行的。 例如，如上述，表面214上的導電軌跡32〇在實質上徑向 108674.doc •14· 磁或順磁性的材料，藉 擇性地修改，使得此㈣I鐵心區域之至少一部分選 式⑺明顯得知，提供具：：導磁率大於卜從方程 可使W 1之相對導磁率的區域434 了使传該環形線圈電感器相對於琢 心區域434產生- /、有導磁率等於1的鐵 度玍增加的電感。 任意適當構件皆可用以 心區妯,, 办攻具有一大於1之導磁率的鐵 μ 歹如，該基板層100可提供為具有一所相要導 磁率的材料。在一可替冲眘尬… ’所要導 替代實施例中，該基板100可被形成 使得該高導磁率區域特別包括該環形鐵心區域434。可用 以修正該區域434電氣特徵的材料範例包括間、次材料及 LTCC材料’這些材料具有一大於μ導磁率。再者，具有 導磁率大於1的許多其他材料係為習於此技者所熟知，且 本發明不限於此。 在RF電路板中，it常想要包括一或多個接地平面。例 如，至少一導電層436可配置在該基板層43〇下方。然而， 本發明不受此限制。例如，一導電層（未顯示）可配置在該 基板100上方。一或多個基板層（未顯示）可將該導電層與該 導電軌跡 320、322、324、326、328 隔離。 圖8說明一整合在一基板内之環形線圈電感器的另一實 施例，其用於瞭解本發明。圖9係沿線9-9所取的圖8之基 板截面圖’且圖10係沿線10-10所取的圖8之基板截面圖。 參考圖8-10的各圖，導電通孔可利用任意適當技術形成於 該基板800中。特別地，一第一複數個導電通孔802可與一 中心軸線8 10徑向間隔一第一距離a，以便界定一環形線圈 108674.doc -17· 1321327 一複數個導電通孔802及第四複數個導電通孔808間提供一 電連接。同樣地’表面1202上的軌跡1112可在圓周偏離的 第三複數個導電通孔806及第四複數個導電通孔808間提供 一電連接。表面1202上的軌跡1114可在圓周偏離的第二複 數個導電通孔804及第四複數個導電通孔8〇8間提供一電連 接。 圖14中的示意圖也用於瞭解由圖8-13所說明之配置產生 的環形線圈結構1400 »關於這點，必須瞭解的是，本發明 在此不限於圖8-13所示通孔及導電軌跡的精密配置或圖 案。相反地’該基板層中所形成之任何通孔及軌跡的圖案 可被使用’只要其大致上在與圖14所示類似型式之一實質 的環形線圈配置中產生，由此瞭解許多微小變化係可行 的。 在圖8-13所示實施例中，由包含通孔802與808以及導電 軌跡11 02與1110的線匝所界定之截面積丨2〇4大於由包含通 孔804與808以及導電軌跡11〇4與1114的線匝所界定之截面 積1306。同樣地’該戴面積1306大於由包含通孔806與808 以及導電轨跡1106與1112的線匝所界定之截面積1308。此 實施例的電感可表示為： (3) L = ^t Ny2 + +JVz)2 ln7 + (^. +^3)2 In- 其中μ係該基板800的導磁率，仏係由通孔802與808以及 導電執跡1102與1110所界定的線匝數且乂係由通孔8〇4與 808以及導電執跡1104與1114所界定的線匝數，ν3係由通 108674.doc 19- 1321327 圖1係具有通孔形成其中之陶瓷基板的俯視圖，其用於 瞭解本發明之環形線圈電感器的形成方法。 圖2係圖1之基板沿線2-2所取的截面圖。 圖3係圖1在導電軌跡及一第二層被加上以形成—環形線 圈電感器後之基板的俯視圖。 圖4係沿線4-4所取的圖3之基板截面圖。 圖5係用於瞭解圖1-4之環形線圈電感器結構之示意圖。 圖ό係在導電軌跡及一第二層被加上以形成一環形線圈 電感器後之基板的俯視圖，其用於瞭解本發明。 圖7係沿線7-7所取的圖6之基板截面圖。 圖8係用於瞭解本發明之一可替代實施例之陶竞基板的 俯視圖。 圖9係沿線9-9所取的圖8之基板截面圖 圖10係沿線10-10所取的圖8之基板截面圖。 圖11係圖8在導電軌跡及一第二層被加上以形成一環形 電感器後之基板的俯視圖。 圖12係沿線12-12所取的圖11之基板截面圖。 圖13係沿線13 -13所取的圖11之基板截面圖。 圖14係用於瞭解圖8-12之環形線圈電感器結構的示意 圖。 圖15係用於瞭解本發明製造方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 100, 800, 1200 基板層 102, 104, 106, 108, 802, 導電通孔 108674.doc -21 - 1321327

804, 806, 808 212 214, 216, 432, 438, 1108, 1202 320, 322, 324, 326, 328, 336, 620, 624, 1102, 1104, 1106, 1110, 1112, 1114, 1116 430 434 436 440, 442, 706, 1204, 1306, 1308 540 702 704 810 1400 1502, 1504, 1506, 1508, 1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520, 1522 b c d h 中心軸線 表面 導電執跡 第二基板層 環形線圈鐵心區域 導電層 截面積 環形線圈 内通孔 外通孔 中心軸線 環形線圈結構 步驟 第一徑向距離 第二徑向距離 第三徑向距離 第四徑向距離 電感器局度 108674.doc -22-

Claims (1)

1321327 '第095104656號專利申請案 (岑正 中文申請專利範圍替換本(98年8月） 十、申請專利範圍： 1. 一種形成一電感器之方法，其包含： 在一基板中形成第一複數個導電通孔，該等導電通孔 與一令心軸線徑向間隔一第一距離，以便界定一内圓 周， 在該基板中形成第二複數個導電通孔，該等導電通孔 與該中心軸線徑向間隔一第二距離，以便界定一中間圓 周；該第二距離大於該第一距離； 在該基板中形成第三複數個導電通孔，該等導電通孔 與該中心軸線徑向間隔-第三距離，以便界定-外圓 周；該第三距離大於該第二距離； 形成配置於-第一平面中之第—複數個導電執跡，該 第-平：係與該中心軸線垂直界定，該第一複數個導電 軌跡在只質上沿徑向緊鄰之該第—及第三複數個導電通 孔間形成一電連接； —形成配置於該第—平面中之第二複數個導電執跡，該 第二複數個導電軌跡在實f上沿徑向緊鄰之該第二及第 三複數個導電通孔間形成一電連接； 形成配置於一第二平面中之第三複數個導電軌跡，該 第二平面與該第一-Φ- Λ：. it- . 十面間隔且與該中心軸線垂直界定， 以便在沿圓周偏離之該第一及第三複數個導電通孔間界 定一電連接；及 形成配置於該第二平面中之第四複數個導電軌跡，以 便在沿圓周偏離之該第二及第三複數個導電通孔間界定 108674-980817.doc 丄 JZz 丄 JZ/ / 一二維環形線圈 2.如請求項1之太土 圈，以）、一法，尚包含共同烘製該基板及該環形線 、形成具有該環形線圈至少部分地嵌入其中的一 整合基板結構。 宁的 3 · 如S月求項1之oj- | 、、。、尚包含形成該基板之至少一環形鐵 :區域’該區域界定於該環形線圈内，該基板環形鐵心 品、之材料具有與該基板至少-其他部分不同之至少一 電氣特徵。 4.如請求項3之方法，尚包含共同烘製該基板及該材料以 形成一整合基板結構。 5. 種電感器，其包含： 複數個導電通孔，其形成於一基板中且與—中心 間隔—第—距離’以便界^ -内圓周； 第-複數個導電通孔，其形成於該基板中且與該中心 軸線沿徑向宵隔一第二距離，以便界定一中間圓周，該 第二距離大於該第一距離； 第二複數個導電通孔，其形成於該基板令且與該中心 軸線沿徑向間隔—第三距離，以便界定一外圓周，該第 三距離大於該第二距離； 第一複數個導電軌跡配置於一與該中心轴線垂直界定 的第一平面中，該第一複數個導電軌跡在實質上沿徑向 緊鄰之該第一及第三複數導電通孔間形成一電連接； 第二複數個導電軌跡配置於該第一平面中，該第二複 數個導電軌跡在實質上沿徑向緊鄰之該第二及第三複數 l08674-9S0817.doc -2- 導電通孔間形成一電連接； 轉你月/?日修(東)正替換P 第三複數個導電執跡配置於一第二平面中，該第二平 面與該第一平面間隔且與該中心轴線垂直界定，以便在 圓周偏離之該第一及第三複數導電通孔間界定一 接；及 第四複數個導電執跡配置於該第二平面中，以便在圓 周偏離之該第二及第三複數導電通孔間界定一電連捿， 以及界定一三維環形線圈。 6·如睛求項5之電感器，其中該基板、該導電通孔及該導 電軌跡包含一具有該環形線圈至少部分地嵌入其中之一 整合基板結構。 如》月求項5之電感器，其中界定於該環形線圈内之該基 板之至少一環形鐵心區域包含一材料，該材料具有與該 基板至少一其他部分不同之至少一電氣特徵。 月长項7之電感器，其中該材料與該基板一體成型。 9. 一種環形線圈電感器，其包含： 一基板； 一環形線圈鐵心區域，其界定於該基板内；及 7 一單—連續環形線圈，其包含沿該環形線圈鐵心區域 形成之第一複數個線匝及沿該環形線圈鐵心區域所形成 的第二複數個線匝，該第二複數個線匝界定一截面積， i戴面積大於由該第一複數個線匝所界定之截面積。 如叫求項9之環形線圈電感器，其中該基板及該單一連 續環形線圈包含一具有該單一連續環形線圈至少部分地 嵌入其中之一整合基板結構。 1086-74-980817.doc 1321327 第095104656號專利申請案 ' "' 中文圖式替換頁(98年5月） fΆ '

圖15 108674-fig-980506.doc