TWI769112B - 電感裝置 - Google Patents

Abstract

本揭示提供一種電感裝置，包括一第一繞組、一第二繞組、一第一連接結構以及一第二連接結構。該第一繞組包括一第一線圈以及一第二線圈。該第二繞組包括一第三線圈以及一第四線圈，該第三線圈與該第一線圈重疊，該第四線圈與該第二線圈重疊。該第一連接結構包括一第一交錯結構以及一第二交錯結構。該第一交錯結構具有一第一交錯點，並用以耦接該第一線圈與該第二線圈。該第二交錯結構具有一第二交錯點，並用以耦接該第三線圈與該第四線圈，其中該第一交錯點與該第二交錯點不重疊。該第二連接結構用以耦接該第二線圈與該第三線圈。

Description

電感裝置

本揭示內容係有關於一種電子裝置，特別是指一種電感裝置。

現有的各種型態之電感器皆有其優勢與劣勢。以對稱型差動式電感器而言，其寄生電容較大，導致其具有較低的自共振頻率（self-resonance frequency）且品質因素（quality factor）較低。因此，上述電感器之應用範圍皆有所限制。

本揭示內容的一態樣為一電感裝置。該電感裝置包括一第一繞組、一第二繞組、一第一連接結構以及一第二連接結構。該第一繞組位於一第一金屬層，其中該第一繞組包括一第一線圈以及一第二線圈。該第二繞組位於一第二金屬層，其中該第二繞組包括一第三線圈以及一第四線圈，該第三線圈在垂直於該第一線圈的方向上與該第一線圈重疊，該第四線圈在垂直於該第二線圈的方向上與該第二線圈重疊。該第一連接結構包括一第一交錯結構以及一第二交錯結構。該第一交錯結構具有一第一交錯點，並用以耦接該第一線圈與該第二線圈。該第二交錯結構具有一第二交錯點，並用以耦接該第三線圈與該第四線圈，其中該第一交錯點與該第二交錯點不重疊。該第二連接結構用以耦接該第二線圈與該第三線圈。

綜上，本揭示之電感裝置藉由堆疊式結構，具有降低等效寄生電容值的優勢。此外，藉由本揭示之架構，電感裝置還能夠提高自共振頻率與品質因素。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭示之內容中與特殊內容中的平常意義。

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。

請參閱第1圖，第1圖描述根據本揭示的一些實施例所繪示的一種電感裝置100。電感裝置100包括一第一繞組C1、一第二繞組C2、一第一連接結構CN1、一第二連接結構CN2以及一輸入輸出端IOE。於一些實施例中，第一繞組C1與第二繞組C2經由第一連接結構CN1與第二連接結構CN2之配置以和彼此重疊。應可理解的是，本揭示所述重疊是指大致上重疊或實質上重疊。

具體而言，第二連接結構CN2與輸入輸出端IOE位於電感裝置100的一第一側S1，第一連接結構CN1位於電感裝置100的一第二側S2。如第1圖所示，第一側S1（例如：下側）與第二側S2（例如：上側）為相對之兩側。

為易於理解，電感裝置100之結構將在後述段落中參照第2A及2B圖進行描述。請同時參閱第2A及2B圖，第2A圖描述根據本揭示的一些實施例所繪示的電感裝置100於一第一金屬層之結構，第2B圖描述根據本揭示的一些實施例所繪示的電感裝置100於一第二金屬層之結構。於一些實施例中，第一金屬層為下層，且第二金屬層為上層，但本揭示並不限於此。

可以理解的是，電感裝置100中於第一金屬層之結構在第1及2A圖中以斜線網格呈現，而電感裝置100中於第二金屬層之結構在第1及2B圖中以點狀網格呈現。

如第2A圖所示，第一繞組C1位於第一金屬層，且第一繞組C1由外向內配置有多個線圈FC1~FC4。線圈FC1包括一半線圈DP1以及一半線圈DP2，半線圈DP1與半線圈DP2係對稱地配置於第一金屬層，以大致呈現一正方形。具體而言，半線圈DP1位於電感裝置100的一第三側S3，半線圈DP2位於電感裝置100的一第四側S4。第三側S3（例如：左側）與第四側S4（例如：右側）為相對之兩側。其餘線圈FC2~FC4之結構可依此類推，故不再重複贅述。

如第2B圖所示，第二繞組C2位於不同於第一金屬層的第二金屬層，且第二繞組C2亦由外向內配置有多個線圈SC1~SC4。線圈SC1包括一半線圈UP1以及一半線圈UP2，半線圈UP1與半線圈UP2係對稱地配置於第二金屬層，以大致呈現一正方形。具體而言，半線圈UP1位於電感裝置100的第三側S3，且在垂直於半線圈DP1的方向上與半線圈DP1重疊。半線圈UP2位於電感裝置100的第四側S4，且在垂直於半線圈DP2的方向上與半線圈DP2重疊。換句話說，第二繞組C2之線圈SC1在垂直於第一繞組C1之線圈FC1的方向上與第一繞組C1之線圈FC1重疊。其餘線圈SC2~SC4之結構可依此類推，故不再重複贅述。

如第2A及2B圖所示，第一連接結構CN1包括位於第一金屬層的多個連接件101、103、105及107以及位於第二金屬層的多個連接件102、104、106及108。第二連接結構CN2包括位於第一金屬層的多個連接件201、203及205以及位於第二金屬層的多個連接件202、204、206及207。

詳細而言，第一繞組C1之半線圈DP2於第一側S1直接耦接於輸入輸出端IOE，且於第二側S2透過導通孔（via）耦接於連接件102的一端。連接件102的另一端則透過導通孔耦接於第一繞組C1之半線圈DP3。即，位於第一金屬層之半線圈DP2透過位於第二金屬層之連接件102耦接於位於第一金屬層之半線圈DP3。

半線圈DP3於第一側S1透過導通孔耦接於連接件202的一端。連接件202的另一端則直接耦接於第二繞組C2之半線圈UP2。即，位於第一金屬層之半線圈DP3透過位於第二金屬層之連接件202耦接於位於第二金屬層之半線圈UP2。

半線圈UP2於第二側S2直接耦接於連接件104的一端。連接件104的另一端則直接耦接於第二繞組C2之半線圈UP3。即，位於第二金屬層之半線圈UP2透過位於第二金屬層之連接件104耦接於位於第二金屬層之半線圈UP3。

半線圈UP3於第一側S1透過導通孔耦接於連接件203的一端。連接件203的另一端則直接耦接於第一繞組C1之半線圈DP6。即，位於第二金屬層之半線圈UP3透過位於第一金屬層之連接件203耦接於位於第一金屬層之半線圈DP6。

半線圈DP6於第二側S2透過導通孔耦接於連接件106的一端。連接件106的另一端則透過導通孔耦接於第一繞組C1之半線圈DP7。即，位於第一金屬層之半線圈DP6透過位於第二金屬層之連接件106耦接於位於第一金屬層之半線圈DP7。

半線圈DP7於第一側S1透過導通孔耦接於連接件206的一端。連接件206的另一端則直接耦接於第二繞組C2之半線圈UP6。即，位於第一金屬層之半線圈DP7透過位於第二金屬層之連接件206耦接於位於第二金屬層之半線圈UP6。

半線圈UP6於第二側S2直接耦接於連接件108的一端。連接件108的另一端則直接耦接於第二繞組C2之半線圈UP7。即，位於第二金屬層之半線圈UP6透過位於第二金屬層之連接件108耦接於位於第二金屬層之半線圈UP7。

半線圈UP7於第一側S1直接耦接於連接件207的一端。連接件207的另一端則直接耦接於第二繞組C2之半線圈UP8。即，位於第二金屬層之半線圈UP7透過位於第二金屬層之連接件207耦接於位於第二金屬層之半線圈UP8。於一些實施例中，一中央抽頭端（圖中未示）可設置於連接件207。

半線圈UP8於第二側S2透過導通孔耦接於連接件107的一端。連接件107的另一端則透過導通孔耦接於第二繞組C2之半線圈UP5。即，位於第二金屬層之半線圈UP8透過位於第一金屬層之連接件107耦接於位於第二金屬層之半線圈UP5。

半線圈UP5於第一側S1透過導通孔耦接於連接件205的一端。連接件205的另一端則直接耦接於第一繞組C1之半線圈DP8。即，位於第二金屬層之半線圈UP5透過位於第一金屬層之連接件205耦接於位於第一金屬層之半線圈DP8。

半線圈DP8於第二側S2直接耦接於連接件105的一端。連接件105的另一端則直接耦接於第一繞組C1之半線圈DP5。即，位於第一金屬層之半線圈DP8透過位於第一金屬層之連接件105耦接於位於第一金屬層之半線圈DP5。

半線圈DP5於第一側S1透過導通孔耦接於連接件204的一端。連接件204的另一端則直接耦接於第二繞組C2之半線圈UP4。即，位於第一金屬層之半線圈DP5透過位於第二金屬層之連接件204耦接於位於第二金屬層之半線圈UP4。

半線圈UP4於第二側S2透過導通孔耦接於連接件103的一端。連接件103的另一端則透過導通孔耦接於第二繞組C2之半線圈UP1。即，位於第二金屬層之半線圈UP4透過位於第一金屬層之連接件103耦接於位於第二金屬層之半線圈UP1。

半線圈UP1於第一側S1透過導通孔耦接於連接件201的一端。連接件201的另一端則直接耦接於第一繞組C1之半線圈DP4。即，位於第二金屬層之半線圈UP1透過位於第一金屬層之連接件201耦接於位於第一金屬層之半線圈DP4。

半線圈DP4於第二側S2直接耦接於連接件101的一端。連接件101的另一端則直接耦接於第一繞組C1之半線圈DP1。即，位於第一金屬層之半線圈DP4透過位於第一金屬層之連接件101耦接於位於第一金屬層之半線圈DP1。此外，半線圈DP1於第一側S1直接耦接於輸入輸出端IOE。

由上述說明可知，第一連接結構CN1可用以耦接位於同一金屬層之線圈，而第二連接結構CN2可用以耦接位於不同金屬層之線圈。

於一些實施例中，輸入輸出端IOE用以輸入或輸出訊號。由前述電感裝置100之結構可知，兩個彼此重疊的半線圈將可傳輸相同極性的訊號（例如，同為正極性訊號或同為負極性訊號）。舉例來說，第一繞組C1之半線圈DP1傳輸之訊號與第二繞組C2之半線圈UP1傳輸之訊號的極性相同。其餘半線圈DP2~DP8及UP2~UP8之設置可依此類推，故不再重複贅述。

位於同一側且中間隔著一半線圈的兩個半線圈可傳輸相同極性的訊號（例如，同為正極性訊號或同為負極性訊號），而位於同一側且相鄰的兩個半線圈則可傳輸不同極性的訊號（例如，一者為正極性訊號且另一者為負極性訊號）。舉例來說，第一繞組C1之半線圈DP1傳輸之訊號與第一繞組C1之半線圈DP5傳輸之訊號的極性相同，但與第一繞組C1之半線圈DP3傳輸之訊號的極性則不同。其餘半線圈DP2、DP4及DP6~ DP8及UP1~UP8之設置可依此類推，故不再重複贅述。

還可以理解的是，同一線圈中的兩個半線圈將傳輸不同極性的訊號（例如，一者為正極性訊號且另一者為負極性訊號）。舉例來說，線圈FC1之半線圈DP1傳輸之訊號與線圈FC1之半線圈DP2傳輸之訊號的極性不同。其餘半線圈DP3~DP8及UP1~UP8之設置可依此類推，故不再重複贅述。

據此，於第2A及2B圖的實施例中，多個半線圈DP2、DP3、UP2、UP3、DP6、DP7、UP6及UP7用以傳輸一第一極性訊號（圖中未示），而多個半線圈DP1、DP4、UP1、UP4、DP5、DP8、UP5及UP8則用以傳輸不同於第一極性訊號的一第二極性訊號（圖中未示）。為方便理解，以下將搭配第3圖來說明第一極性訊號與第二極性訊號於電感裝置100的傳輸。

請參閱第3圖，第3圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示電感裝置100沿第1圖中之一虛擬線A-A的橫截面示意圖。於第3圖的實施例中，傳輸於多個半線圈DP2、DP3、UP2、UP3、DP6、DP7、UP6及UP7中之第一極性訊號為負極性訊號，而傳輸於多個半線圈DP1、DP4、UP1、UP4、DP5、DP8、UP5及UP8中之第二極性訊號為正極性訊號。由第3圖所示之正負極性分佈可知，多個寄生電容Cp大多形成於同一層中相鄰的兩個半線圈（例如：半線圈DP1與半線圈DP3）之間。可以理解的是，多個寄生電容Cp之數量及位置並不以第3圖所示的為限。舉例來說，位於不同層的半線圈DP1與半線圈UP3之間也有可能形成寄生電容，只是其電容值可能遠小於半線圈DP1與半線圈DP3之間的寄生電容Cp的電容值。由於電感裝置100中負責傳輸不同極性訊號的多個線圈（例如：半線圈DP1與半線圈DP3）之間的距離增加，每個寄生電容Cp的電容值降低，使得電感裝置100的等效寄生電容值可大幅降低。於一些實施例中，電感裝置100的等效寄生電容值為125飛法拉（fF），相較於已知技術降低了大約83%。

請參閱第4圖，第4圖描述根據本揭示內容的一些實施例所繪示的第一連接結構CN1之部分結構。第4圖中與第1、2A或2B圖中相同的符號表示相同或類似的部件，故不再重複贅述。於第一連接結構CN1中，位於第一金屬層的連接件101和位於第二金屬層的連接件102交錯設置，以構成一第一交錯結構。位於第一金屬層的連接件103和位於第二金屬層的連接件104交錯設置，以構成一第二交錯結構。如第4圖所示，第一交錯結構具有一第一交錯點CP1，第二交錯結構具有一第二交錯點CP2，且第一交錯點CP1與第二交錯點CP2不重疊。換言之，第一交錯結構與第二交錯結構不重疊。

值得注意的是，藉由互不重疊的第一交錯結構與第二交錯結構，線圈FC1及FC2之耦接以及線圈SC1及SC2之耦接可在沒有位於第三金屬層（不同於第一及第二金屬層）之連接件的情況下實現。

又如第4圖所示，位於第一金屬層的連接件103和位於第二金屬層的連接件102交錯設置，且與位於第一金屬層的連接件101不重疊。此外，位於第二金屬層的連接件104和位於第一金屬層的連接件101交錯設置，且與位於第二金屬層的連接件102不重疊。

請參閱第5圖，第5圖描述根據本揭示內容的一些實施例所繪示的第二連接結構CN2之部分結構。於第二連接結構CN2中，連接件201與連接件202交錯設置，連接件203與連接件204交錯設置，連接件205與連接件206交錯設置，而連接件207則與連接件201~206不重疊。

於一些實施例中，第一金屬層為超厚金屬（ultra-thick metal，UTM）層，第二金屬層為鋁重布層（AL-RDL），且第二金屬層之厚度小於第一金屬層之厚度。應當理解，本揭示並不以此為限。

於前述實施例中，電感裝置100為一正方形結構（即，四邊形結構）。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，第一繞組C1中線圈的數量和第二繞組C2中線圈的數量僅用於示例，本揭示並不以圖中所示的數量為限。

請參閱第6圖，第6圖描述根據本揭示內容的一些實施例所繪示的電感裝置100的實驗數據。如第6圖所示，採用本揭示之架構配置，其品質因素之實驗曲線為Q，其電感值之實驗曲線為L。相較於已知技術，採用本揭示之架構的電感裝置100具有更佳的品質因素以及電感值。舉例來說，在工作頻率2GHz處，電感裝置100的品質因素（Q）約為10.97，相較於已知技術增加了大約5%。此外，電感裝置100的自共振頻率（self-resonance frequency，Fsr）約為4.9GHz，相較於已知技術提高了大約88%。由於電感裝置100的工作頻率2GHz遠離電感裝置100的自共振頻率4.9GHz，使得電感裝置100的電感值（inductance）在工作頻率2GHz處更為穩定（即，在以工作頻率2GHz處為中心的範圍內，電感裝置100的電感值變化較不明顯）。

由上述本揭示之實施方式可知，本揭示之電感裝置100藉由堆疊式結構（即，第一繞組C1與第二繞組C2大致上彼此重疊），具有降低等效寄生電容值的優勢。此外，藉由本揭示之架構，電感裝置100還能夠提高自共振頻率與品質因素。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:電感裝置 101,102,103,104,105,106,107,108:連接件 201,202,203,204,205,206,207:連接件 C1:第一繞組 C2:第二繞組 FC1~FC4,SC1~SC4:線圈 DP1~DP8,UP1~UP8:半線圈 CN1:第一連接結構 CN2:第二連接結構 CP1:第一交錯點 CP2:第二交錯點 Cp:寄生電容 S1:第一側 S2:第二側 S3:第三側 S4:第四側 IOE:輸入輸出端 A:虛擬線 L,Q:曲線

第1圖係根據本揭示的一些實施例所繪示的一種電感裝置的示意圖。 第2A圖係根據本揭示的一些實施例所繪示如第1圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。 第2B圖係根據本揭示的一些實施例所繪示如第1圖所示之電感裝置的部分結構示意圖。 第3圖係根據本揭示的一些實施例所繪示電感裝置沿第1圖中之虛擬線A-A的橫截面示意圖。 第4圖係根據本揭示的一些實施例所繪示的第一連接結構的部分結構示意圖。 第5圖係根據本揭示的一些實施例所繪示的第二連接結構的部分結構示意圖。 第6圖係根據本揭示的一些實施例所繪示的電感裝置的實驗數據示意圖。

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

100:電感裝置

C1:第一繞組

C2:第二繞組

FC1~FC4,SC1~SC4:線圈

CN1:第一連接結構

CN2:第二連接結構

S1:第一側

S2:第二側

A:虛擬線

IOE:輸入輸出端

Claims (10)

1. 一種電感裝置，包括： 一第一繞組，位於一第一金屬層，其中該第一繞組包括一第一線圈以及一第二線圈； 一第二繞組，位於一第二金屬層，其中該第二繞組包括一第三線圈以及一第四線圈，該第三線圈在垂直於該第一線圈的方向上與該第一線圈重疊，該第四線圈在垂直於該第二線圈的方向上與該第二線圈重疊； 一第一連接結構，包括： 一第一交錯結構，具有一第一交錯點，並用以耦接該第一線圈與該第二線圈；以及 一第二交錯結構，具有一第二交錯點，並用以耦接該第三線圈與該第四線圈，其中該第一交錯點與該第二交錯點不重疊；以及 一第二連接結構，用以耦接該第二線圈與該第三線圈。
2. 如請求項1所述之電感裝置，其中該第一交錯結構包括位於該第一金屬層的一第一連接件，且該第一連接件用以耦接該第一線圈與該第二線圈。
3. 如請求項2所述之電感裝置，其中該第一交錯結構還包括位於該第二金屬層的一第二連接件，且該第二連接件用以耦接該第一線圈與該第二線圈， 其中該第一連接件與該第二連接件交錯設置，以形成該第一交錯點。
4. 如請求項3所述之電感裝置，其中該第二交錯結構包括位於該第一金屬層的一第三連接件，且該第三連接件用以耦接該第三線圈與該第四線圈， 其中該第三連接件與該第二連接件交錯設置，且該第三連接件與該第一連接件不重疊。
5. 如請求項4所述之電感裝置，其中該第二交錯結構還包括位於該第二金屬層的一第四連接件，且該第四連接件用以耦接該第三線圈與該第四線圈， 其中該第四連接件與該第三連接件交錯設置，以形成該第二交錯點， 其中該第四連接件與該第一連接件交錯設置，且該第四連接件與該第二連接件不重疊。
6. 如請求項1所述之電感裝置，其中該第一繞組還包括複數個線圈，且該電感裝置還包括： 一輸入輸出端，用以耦接於該第一繞組中位於最外圈之線圈，其中該輸入輸出端與該第二連接結構位於該電感裝置之一第一側； 其中該第一連接結構位於該電感裝置之一第二側，且該第一側不同於該第二側。
7. 如請求項6所述之電感裝置，其中該第一線圈包括一第一半線圈以及一第二半線圈，該第二線圈包括一第三半線圈以及一第四半線圈，該第一半線圈與該第三半線圈位於該電感裝置之一第三側，該第二半線圈與該第四半線圈位於該電感裝置之一第四側，且該第三側不同於該第四側。
8. 如請求項7所述之電感裝置，其中該第三線圈包括一第五半線圈以及一第六半線圈，該第四線圈包括一第七半線圈以及一第八半線圈，該第五半線圈與該第七半線圈位於該電感裝置之該第三側，且該第六半線圈與該第八半線圈位於該電感裝置之該第四側。
9. 如請求項8所述之電感裝置，其中該第一半線圈與該第五半線圈用以傳輸相同極性的訊號。
10. 如請求項8所述之電感裝置，其中該第二半線圈與該第六半線圈用以傳輸相同極性的訊號。

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