TWI619129B - 電感結構 - Google Patents

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Abstract

一種電感結構，包含第一彎形金屬部、第二彎形金屬部及連接部。第一彎形金屬部配置於層狀物上，此層狀物位於第一平面。第一彎形金屬部位於第二平面，且第一平面垂直於第二平面。第二彎形金屬部配置於層狀物上，且第二彎形金屬部位於第二平面。連接部耦接於第一彎形金屬部與第二彎形金屬部。

Description

電感結構
本案係有關於一種基本電子電路，且特別是有關於一種電感結構。
於先進製程中，螺旋狀電感或八字形電感之設計常受限於晶片面積，而且螺旋狀電感或八字形電感之成本較高。此外，上述電感與基板距離較近，兩者間容易產生耦合現象，而嚴重影響電感的品質因素。
為解決上述問題，本案之一技術態樣係關於一種電感結構，其包含第一彎形金屬部、第二彎形金屬部及連接部。第一彎形金屬部配置於層狀物上，此層狀物位於第一平面。第一彎形金屬部位於第二平面，且第一平面垂直於第二平面。第二彎形金屬部配置於層狀物上，且第二彎形金屬部位於第二平面。連接部耦接於第一彎形金屬部與第二彎形金屬部。
因此，根據本案之技術內容，本案實施例藉由提供一種電感結構，藉以改善螺旋狀電感或八字形電感之設計 常受限於晶片面積且成本較高的問題，並改善電感與基板距離較近而產生耦合現象，嚴重影響電感品質因素的問題。
100、100A~100G‧‧‧電感結構
110‧‧‧第一彎形金屬部
112‧‧‧第一端、第一墊片
113‧‧‧第一條狀部
114‧‧‧第二條狀部
116‧‧‧第二端、第二墊片
120‧‧‧第二彎形金屬部
122‧‧‧第一端、第一墊片
123‧‧‧第一條狀部
124‧‧‧第二條狀部
126‧‧‧第二端、第二墊片
130‧‧‧連接部
131‧‧‧第一連接單元
132‧‧‧螺旋狀電感
133‧‧‧第二連接單元
134‧‧‧第一端
136‧‧‧第二端
138‧‧‧中央抽頭端
139‧‧‧連接部
140‧‧‧第一開關
142‧‧‧第一端
144‧‧‧第二端
150‧‧‧第二開關
152‧‧‧第一端
154‧‧‧第二端
160‧‧‧螺旋狀電感
162‧‧‧第一端
164‧‧‧第二端
170‧‧‧電容
180‧‧‧第三彎形金屬部
182‧‧‧第一端、第一墊片
183‧‧‧第一條狀部
184‧‧‧第二條狀部
186‧‧‧第二端、第二墊片
190‧‧‧第四彎形金屬部
192‧‧‧第一端、第一墊片
193‧‧‧第一條狀部
194‧‧‧第二條狀部
196‧‧‧第二端、第二墊片
第1圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第2圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第3圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第4圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第5圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第6圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第7圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第8圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。
第9圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的應用示意圖。
第10圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的實驗數據圖。
關於本文中所使用之「耦接」，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。
第1圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。如圖所示，電感結構100包含第一彎形金屬部110、第二彎形金屬部120及連接部130。第一彎形金屬部110配置於層狀物(圖中未示)上，此層狀物位於第一平面(如XV平面)，此 層狀物可以是CMOS氧化層或是其類似構造。第一彎形金屬部110位於第二平面(如XZ平面)，且第一平面垂直於第二平面。第二彎形金屬部120配置於層狀物上，且第二彎形金屬部120位於第二平面。連接部130耦接於第一彎形金屬部110與第二彎形金屬部120，因此，透過連接部130耦接彎形金屬部110、120，可使彎形金屬部110、120及連接部130形成一電感結構，此電感結構100係將原本平躺於第一平面(如XY平面)之環形電感進行結構重整，使環形電感分為彎形金屬部110、120，並將環形電感(包含彎形金屬部110、120)由配置於第一平面(如XY平面)改為豎立起來配置於第二平面(如XZ平面)，據此，本案之電感結構100相較於平躺於平面之螺旋狀電感或八字形電感不佔據面積，且其品質因素(Q value)較高。
在一實施例中，第一彎形金屬部110及第二彎形金屬部120分別包含相互耦接的第一條狀部113、123與第二條狀部114、124。第一條狀部113、123與第二條狀部114、124分別配置於第一方向及第二方向，例如第一條狀部113、123配置於第一方向D1，第二條狀部114、124配置於第二方向D2。如圖所示，第一方向D1不同於第二方向D2，諸如第一方向D1約與XY平面之間具有45度夾角，第二方向D2約垂直於XY平面。此外，第一條狀部113、123位於電感結構100之一側，第二條狀部114、124位於電感結構100之另一側。在另一實施例中，連接部130耦接於第一彎形金屬部110之第一條狀部113與第二彎形金屬部120之第一條狀部123。
第2圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第1圖之電感結構100，第2圖之電感結構100A的第一彎形金屬部110與第二彎形金屬部120之配置略有不同，說明如後。第一彎形金屬部110之第一條狀部113與第二彎形金屬部120之第二條狀部124位於電感結構100A之一側，第一彎形金屬部110之第二條狀部114與第二彎形金屬部120之第一條狀部123位於電感結構100A之另一側。在一實施例中，連接部130耦接於第一彎形金屬部110之第一條狀部113與第二彎形金屬部120之第二條狀部124。需說明的是，第2圖之彎形金屬部110、120之基本結構類似於第1圖之彎形金屬部110、120的基本結構，於此不作贅述。
第3圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第1圖之電感結構100，第3圖之電感結構100B的連接部130包含螺旋狀電感132，第一彎形金屬部110之第一端112耦接於螺旋狀電感132之第一端134，第二彎形金屬部120之第一端122耦接於螺旋狀電感132之第二端136。在一實施例中，電感結構100B更包含第一開關140及第二開關150。第一開關140耦接於第一彎形金屬部110之第一端112與第二端116之間，第二開關150耦接於第二彎形金屬部120之第一端122與第二端126之間。由於電感結構100B更包含開關140、150，因此，藉由控制開關140、150而能進一步調整電感結構100B之電感值，以拓展電感結構100B之應用範圍。需說明的是，第3圖之彎形金屬部110、120之基本結構類似於第1圖之彎形金屬部110、120的基本結構，於此不作贅述。
第4圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第3圖之電感結構100B，第4圖之電感結構100C更包含螺旋狀電感160，第一彎形金屬部110之第二端116耦接於螺旋狀電感160之第一端162，第二彎形金屬部120之第二端126耦接於螺旋狀電感160之第二端164。需說明的是，除上述差異外，第4圖之電感結構100C之基本結構類似於第3圖之電感結構100B的基本結構，於此不作贅述。此外，電感結構100C可依據實際需求而選擇性地配置如第3圖所示之開關140、150於第一彎形金屬部110的兩端點間及/或第二彎形金屬部120的兩端點間。
第5圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第3圖之電感結構100B，第5圖之電感結構100D的配置略有不同，說明如後。電感結構100D之第一開關140的第一端142耦接於第一彎形金屬部110之一端116，第一開關140的第二端144耦接於螺旋狀電感132之第一端134。電感結構100D的第二開關150的第一端152耦接於第二彎形金屬部120之一端126，第二開關150的第二端154耦接於螺旋狀電感132之第二端136。連接部130耦接於螺旋狀電感132之中央抽頭端138。由於電感結構100D更包含開關140、150，因此，藉由控制開關140、150而能進一步調整電感結構100D之電感值，以拓展電感結構100D之應用範圍。需說明的是，第5圖之彎形金屬部110、120之基本結構類似於第1圖之彎形金屬部110、120的基本結構，於此不作贅述。
第6圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第1圖所示之電感結構100，第6圖之電感結構100E更包含第三彎形金屬部180及第四彎形金屬部190。第6圖的結構為一般平面的電感，凹折其線圈(Folded inductor)，從XY平面至YZ平面或XZ平面。需說明的是，第6圖之彎形金屬部110、120、180、190之基本結構類似於第1圖之彎形金屬部110、120的基本結構，於此不作贅述。第三彎形金屬部180配置於層狀物(圖中未示)上，此外，第三彎形金屬部180位於第二平面(如XZ平面)。第四彎形金屬部190配置於層狀物上，此外，第四彎形金屬部190位於第二平面(如XZ平面)，第四彎形金屬部190之一端192耦接於第三彎形金屬部180之一端182。
在一實施例中，連接部130包含第一連接單元131及第二連接單元133。第一連接單元131的第一端耦接於第一彎形金屬部110之一端112，第一連接單元131的第二端耦接於第二彎形金屬部120之一端122。第二連接單元133的第一端耦接於第三彎形金屬部180之一端182，第二連接單元133的第二端耦接於第四彎形金屬部190之一端192。在另一實施例中，第一彎形金屬部110相鄰於第三彎形金屬部180，第二彎形金屬部120相鄰於第四彎形金屬部190。在又一實施例中，第一彎形金屬部110、第三彎形金屬部180、第二彎形金屬部120及第四彎形金屬部190依序排列。於再一實施例中，第二彎形金屬部120之另一端126透過連接部139耦接於第三彎形金屬 部180之另一端186，且連接部139用以接收電源供應電壓VDD。
第7圖係依照本案再一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第1圖所示之電感結構100，第7圖之電感結構100F更包含第三彎形金屬部180及第四彎形金屬部190。需說明的是，第7圖之彎形金屬部110、120、180、190之基本結構類似於第1圖之彎形金屬部110、120的基本結構，於此不作贅述。第三彎形金屬部180配置於層狀物(圖中未示)上，此外，第三彎形金屬部180位於第二平面(如XZ平面)。第四彎形金屬部190配置於層狀物上，此外，第四彎形金屬部190位於第二平面(如XZ平面)，第四彎形金屬部190之一端192耦接於第三彎形金屬部180之一端182。再者，第三彎形金屬部180與第四彎形金屬部190配置於第一彎形金屬部110與第二彎形金屬部120之外側。
在一實施例中，第一彎形金屬部110相鄰於第三彎形金屬部180，第二彎形金屬部120相鄰於第四彎形金屬部190。在另一實施例中，第三彎形金屬部180、第一彎形金屬部110、第二彎形金屬部120及第四彎形金屬部190依序排列。於再一實施例中，第一彎形金屬部110之一端116透過連接部139耦接於第二彎形金屬部120之一端126，且連接部139用以接收電源供應電壓VDD。
第8圖係依照本案又一實施例繪示一種電感結構的示意圖。相較於第1圖所示之電感結構100，第8圖之電感結構100G更包含電容170。於結構上，連接部130之第一端134 耦接於第一彎形金屬部110之第一端112，連接部130之第二端136耦接於第二彎形金屬部120之第一端122。此外，電容170的第一端耦接於第一彎形金屬部110之第二端116，電容170的第二端耦接於第二彎形金屬部120之第二端126。
在一實施例中，第一彎形金屬部110包含第一墊片112、第二墊片116及第一條狀部(包含標號113及114之結構)。第一條狀部之第一端耦接於第一墊片112，第一條狀部之第二端耦接於第二墊片116。第二彎形金屬部120包含第三墊片122、第四墊片126及第二條狀部(包含標號123及124之結構)。第二條狀部之第一端耦接於第三墊片122，第二條狀部之第二端耦接於第四墊片126。在另一實施例中，連接部130用以接收電源供應電壓VDD。
在另一實施例中，第一墊片112至第二墊片116之距離D3約為200微米(um)至300微米(um)，第三墊片122至第四墊片126之距離D4約為200微米(um)至300微米(um)。第一條狀部(包含標號113及114之結構)與第二條狀部(包含標號123及124之結構)皆包含高度H，高度由墊片116、126向上延伸至第一條狀部或第二條狀部之頂端，高度H約為150微米(um)至250微米(um)。此外，第一條狀部與第二條狀部之直徑約為15微米(um)至35微米(um)。
第9圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的應用示意圖。如圖所示，於電路佈局上，會有將電感900之中央抽頭(center tap)910連接到外側墊片之需求，本案實施例之電感結構即可用以連接上述兩者，說明如後。繼續參閱第9圖， 電感結構100包含彎形金屬部110及墊片112、116，墊片116耦接於中央抽頭910，彎形金屬部110可透過墊片116將中央抽頭910連接到外側墊片(如墊片112)。由於電感結構100為彎形金屬結構，且彎形金屬結構朝中央抽頭910之反方向弓起，是以距離中央抽頭910較遠，因此，兩者間之寄生電容較小，而得以提升整體電路之效能。再者，由於電感結構100之彎形金屬結構具有較大的電流承載特性，使得整體電路之應用層面更廣。然本案不以第9圖所示之結構為限，墊片112除如第9圖所示位於電感900之上方外，亦可位於電感900之右側、左側、下方或者其餘適當之位置，端視實際需求而定。
第10圖係依照本案一實施例繪示一種電感結構的實驗數據圖。此實驗數據圖在於說明於不同頻率下，電感結構的相應品質因素Q。如圖所示，本案之電感結構的品質因素Q可達37.5，因此，得以證明本案實施例之電感結構確實可提升品質因素，進而提升電感結構的效能。
由上述本案實施方式可知，應用本案具有下列優點。本案實施例藉由提供一種電感結構，藉以改善螺旋狀電感或八字形電感之設計常受限於晶片面積且成本較高的問題，並改善電感與基板距離較近而產生耦合現象，嚴重影響電感品質因素的問題。

Claims (10)

  1. 一種電感結構，包含：一第一彎形金屬部，配置於一層狀物上，其中該層狀物位於一第一平面，該第一彎形金屬部位於一第二平面，該第一平面垂直於該第二平面；一第二彎形金屬部，配置於該層狀物上，其中該第二彎形金屬部平行於該第二平面；以及一連接部，耦接於該第一彎形金屬部與該第二彎形金屬部。
  2. 如請求項1所述之電感結構，其中該第一彎形金屬部及該第二彎形金屬部分別包含相互耦接的一第一條狀部與一第二條狀部，其中該些第一條狀部與該些第二條狀部分別配置於一第一方向及一第二方向，該第一方向不同於該第二方向，其中該些第一條狀部位於該電感結構之一側，該些第二條狀部位於該電感結構之另一側。
  3. 如請求項1所述之電感結構，其中該第一彎形金屬部及該第二彎形金屬部分別包含相互耦接的一第一條狀部與一第二條狀部，其中該些第一條狀部與該些第二條狀部分別配置於一第一方向及一第二方向，該第一方向不同於該第二方向，其中該第一彎形金屬部之該第一條狀部與該第二彎形金屬部之該第二條狀部位於該電感結構之一側，該第 一彎形金屬部之該第二條狀部與該第二彎形金屬部之該第一條狀部位於該電感結構之另一側。
  4. 如請求項1所述之電感結構，其中該連接部包含一第一螺旋狀電感，其中該第一彎形金屬部之一第一端耦接於該第一螺旋狀電感之一第一端，該第二彎形金屬部之一第一端耦接於該第一螺旋狀電感之一第二端。
  5. 如請求項4所述之電感結構，更包含：一第一開關，耦接於該第一彎形金屬部之該第一端與一第二端之間；以及一第二開關，耦接於該第二彎形金屬部之該第一端與一第二端之間。
  6. 如請求項1所述之電感結構，更包含：一第一開關，其第一端耦接於該第一彎形金屬部之一第一端，其第二端耦接於一螺旋狀電感之一第一端；以及一第二開關，其第一端耦接於該第二彎形金屬部之一第一端，其第二端耦接於該螺旋狀電感之一第二端；其中該連接部耦接於該螺旋狀電感之中央抽頭端。
  7. 如請求項1所述之電感結構，更包含：一第三彎形金屬部，配置於該層狀物上，其中該第三彎形金屬部位於該第二平面；以及 一第四彎形金屬部，配置於該層狀物上，其中該第四彎形金屬部位於該第二平面，該第四彎形金屬部之一端耦接於該第三彎形金屬部之一端。
  8. 如請求項7所述之電感結構，其中該連接部包含：一第一連接單元，其第一端耦接於該第一彎形金屬部之一端，其第二端耦接於該第二彎形金屬部之一端；以及一第二連接單元，其第一端耦接於該第三彎形金屬部之一端，其第二端耦接於該第四彎形金屬部之一端。
  9. 如請求項1所述之電感結構，更包含：一第三彎形金屬部，配置於該層狀物上，其中該第三彎形金屬部位於該第二平面；以及一第四彎形金屬部，配置於該層狀物上，其中該第四彎形金屬部位於該第二平面，該第四彎形金屬部位之一端耦接於該第三彎形金屬部之一端，其中該第三彎形金屬部與該第四彎形金屬部配置於該第一彎形金屬部與該第二彎形金屬部之外側。
  10. 如請求項1所述之電感結構，其中該連接部之一第一端耦接於該第一彎形金屬部之一第一端，該連接部之一第二端耦接於該第二彎形金屬部之一第一端，其中該電感結構更包含： 一電容，其第一端耦接於該第一彎形金屬部之一第二端，其第二端耦接於該第二彎形金屬部之一第二端。
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