专利名称：电感结构的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种电感结构，且特别是有关于一种具有立体螺旋结构的电感结构。
背景技术：
一般而言，由于电感经由电磁的互相转换，拥有储存和释放能量的功能，因此电感可作为稳定电流的元件。在集成电路中，电感为十分重要但是却极具挑战性的无源元件。此外，电感的应用范围相当地广泛，例如电感常被应用于无线射频(radio frequency，RF)电路中。就电感的效能而言，电感的品质越高，即代表电感具有较高的品质因子(quality factor)，以Q值表示。Q值的定义如下Q＝ω×L/R其中，ω为角频率(angular frequency)，L为线圈的电感值(inductance)，而R为在特定频率下将电感损失列入考虑的电阻(resistance)。由上式可知，Q值和电阻成反比，亦即Q值会随着电阻下降而提升，其中电阻又和电流密度的平方成正比。提升Q值的方法之一为增加金属绕线的截面积来降低电流密度，也就是降低金属绕线的电阻，以减少导体损耗(conductor loss)，来达成提升电感Q值的目的。
就现今发展来说，将电感与集成电路工艺相结合，已有各种方法及技术。然而，在集成电路中，电感金属厚度的限制以及硅基底对电感的干扰都会导致电感的品质不佳。已有技术通过将较厚的金属配置在电感结构的最上层，增加电感的金属截面积，来降低导体损耗(conductor loss)，以提高电感的Q值。然而，当金属厚度增加到一定的程度之后，导体损耗与Q值改善的情况就变得不明显。所以，如何解决上述工艺中会遭遇的种种问题，并提升电感的Q值及降低导体损耗，是目前业界积极发展的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电感结构，其能够降低电感的导体损耗，并改善电感的Q值及其品质。
本发明提出一种电感结构，其包括第一绕线以及第二绕线。第一绕线配置于基底上。第二绕线配置于第一绕线与基底之间。第二绕线的一端接地，而第二绕线的另一端与第一绕线电性串联。第一绕线及第二绕线于基底上形成立体螺旋结构。第二绕线的宽度大于第一绕线的宽度，且第一绕线的投影落在第二绕线上。
本发明另提出一种电感结构，包括第一绕线、第二绕线以及第三绕线。第一绕线配置于基底上。第二绕线配置于第一绕线与基底之间。第二绕线的一端接地。第二绕线的宽度大于第一绕线的宽度，且第一绕线的投影落在第二绕线上。第三绕线配置于第一绕线以及第二绕线之间。第三绕线于基底上形成至少一圈的立体绕线结构，且第三绕线的投影落在第二绕线上。第一绕线与第二绕线通过第三绕线进行串联，且第一绕线、第二绕线与第三绕线于基底上形成立体螺旋结构。
由于本发明的电感结构为立体螺旋结构，且配置于立体螺旋结构最下层的绕线的宽度较大，因此通过金属截面积的增加可以有效地降低导体损耗。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1A为本发明一实施例的电感结构示意图。
图1B为本发明一实施例的绕线106俯视图。
图1C为图1A的I-I’剖面线的剖面示意图。
图2A为本发明另一实施例的电感结构示意图。
图2B为本发明另一实施例的绕线106俯视图。
图2C为图2A的I-I’剖面线的剖面示意图。
图3A为本发明又一实施例的电感结构示意图。
图3B为本发明又一实施例的绕线106俯视图。
图3C为图3A的I-I’剖面线的剖面示意图。
图4A为本发明再一实施例的电感结构俯视示意图。
图4B为图4A的I-I’剖面线的剖面示意图。
图5A为本发明另一实施例的电感结构俯视示意图。
图5B为图5A的I-I’剖面线的剖面示意图。
图6为本发明电感结构与已有电感结构的Q值的比较曲线图。
主要元件符号说明100、200、300、400、500电感102基底103介电层104、106、110绕线104a、104b、106a、106b、110a、110b、112a、112b端点108a、108b、108c介层窗112增益导线具体实施方式
图1A为本发明一实施例的电感结构示意图。图1B为本发明一实施例的绕线106俯视图。图1C为图1A的I-I’剖面线的剖面示意图。
首先，请同时参照图1A、图1B与图1C，电感100至少包括绕线104以及106。绕线104配置于基底102上的介电层103中，其中电感100可通过半导体工艺实现，因此基底102可以是硅基底，而介电层103的材料例如是氧化硅或其他介电材料，各绕线104以及106的材质可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。绕线104具有第一端104a以及第二端104b，其中第一端104a例如是与操作电压(未绘示)耦接。绕线106配置于绕线104与基底102之间的介电层103中。绕线106具有第三端106a以及第四端106b，其中第四端106b接地，而绕线106的第三端106a与绕线104电性串联，其例如是透过介层窗108a将绕线104的第二端104b与绕线106的第三端106a串联耦接。此外，绕线104及106于基底102上形成立体螺旋结构，其中绕线106的宽度例如是大于绕线104的宽度。绕线104的投影会落在绕线106上。
值得一提的是，电感100是通过最接近基底102的绕线106的第四端106b接地，由于该处电场较小，故可以降低在基底102与电感100之间所产生的杂散电容，达到提升电感100品质的功效。
请继续参照图1C，在本实施例中，电感100还可包括至少一条增益导线112。增益导线112具有第五端112a及第六端112b，且配置于立体螺旋结构的内侧。增益导线112的投影例如是落在绕线106上。增益导线112例如是与绕线106的内侧耦接，其耦接的方式例如是通过至少二个介层窗，将增益导线112的第五端112a及第六端112b并联耦接至绕线106第三端106a以及第四端106b。在本实施例中，增益导线112与绕线106则是透过多数个介层窗108b电性耦接。此外，在具有多条增益导线112(本实施例绘示四条)的情况下，上下层的增益导线112彼此之间例如是通过多个介层窗108b进行并联。增益导线112的材料可以是金属，其例如是铜、铝铜合金等材料。
此外，在本实施例中，电感100的配置为八边形的绕线所构成，然而本发明的电感并不局限于实施例中所绘示的配置方式，于此技术领域普通技术人员可视其需求进行调整。
图2A为本发明另一实施例的电感结构示意图。图2B为本发明另一实施例的绕线106俯视图。图2C为图2A的I-I’剖面线的剖面示意图。于图2A至图2C中，与图1A至图1C相同的构件则使用相同的标号并省略其说明。
本发明另提出一种电感结构，请同时参照图2A、图2B与图2C，电感200例如是配置于基底102上方的介电层103中。在另一实施例中，组成电感200的构件与组成电感100的构件相同，其中主要的差异在于电感200中，具有第五端112a及第六端112b的增益导线112是配置于立体螺旋结构的外侧。增益导线112的投影例如是落在绕线106上。此外，增益导线112例如是与绕线106的外侧耦接，且其耦接的方式例如是通过多数个介层窗108b进行并联。
图3A为本发明又一实施例的电感结构示意图。图3B为本发明又一实施例的106绕线俯视图。图3C为图3A的I-I’剖面线的剖面示意图。于图3A至图3C中，与图1A至图1C相同的构件则使用相同的标号并省略其说明。
本发明又提出一种电感结构，请同时参照图3A、图3B与图3C，电感300例如是配置于基底102上方的介电层103中。在又一实施例中，组成电感300的构件与组成电感100的构件相同。然而，在电感300中，具有第五端112a及第六端112b的增益导线112是同时配置于立体螺旋结构的内侧及外侧。位于立体螺旋结构内、外两侧的增益导线112的投影例如是皆落在绕线106上。再者，增益导线112例如是分别与绕线106的内侧及外侧耦接，且其耦接的方式例如是通过多数个介层窗108b进行并联。
特别要说明的是，电感100、200及300由于具有宽度较大的绕线106，并在绕线106的至少一侧并联增益导线112，因此可以增加电感100、200及300中的金属截面积，而能显著地改善导体损耗的问题。此外，虽然电感100、200及300中的金属截面积增加，但电感100、200及300是通过第四端106b接地，亦即最靠近基底102的绕线106具有较低的电场，而能降低基底102与金属之间所产生的杂散电容，因此，电感100、200及300可具有优选的品质。
图4A为本发明另一实施例的电感结构俯视示意图。图4B为图4A的I-I’剖面线的剖面示意图。于图4A至4B中，与图1A至图1C相同的构件则使用相同的标号并省略其说明。
本发明另提出一种电感结构，请同时参照图4A与图4B，电感400例如是配置于基底102上方的介电层103中。在另一实施例中，组成电感400的构件与组成电感100的构件大致相同，其中主要的差异在于电感400中还包括绕线110。绕线110例如是配置于绕线104及106之间的介电层103中，且绕线110的投影会落在绕线106上。绕线110具有第七端110a以及第八端110b，其中第七端110a通过介层窗108a耦接至绕线104的第二端104b，而第八端110b通过介层窗108c耦接至绕线106的第三端106a。因此，绕线104与106是通过绕线110进行电性串联，且绕线104、110、106于基底102上形成立体螺旋结构。另外，绕线110的材料可以是金属，例如是铜、铝铜合金等材料。
值得一提的是，在本实施例中，绕线110的宽度约与绕线104的宽度一致。然而，在其他实施例中，绕线110的宽度大于绕线104的宽度，且绕线106的宽度大于绕线110的宽度(如图5A与5B所示)。亦即，电感500具有多圈的立体螺旋结构，且每一圈的绕线宽度往基底102逐渐增加。如此，可以更有效地改善电感的品质。
在上述二个实施例中(图4A、4B、5A与5B)，是以形成一圈的立体绕线结构的绕线110为例进行说明，但并不用以限制本发明。于此技术领域的普通技术人员可视其需求对绕线110所环绕的圈数进行调整，以形成具有多圈的立体绕线结构的绕线110，且绕线110的宽度可大于或等于绕线104的宽度。此外，在上述二个实施例中(图4A、4B、5A与5B)，是以增益导线112配置在立体螺旋结构的内侧为例进行说明，但并不用以限制本发明。于此技术领域具有通常知识者可视其需求将增益导线112配置在立体螺旋结构的外侧、或是同时配置于内侧与外侧。
图6为本发明电感结构与已有电感结构的Q值的比较曲线图。
请参照图6，由实际测试的结果可知在频率0～25GHz范围内，本发明的电感100、200及300都比已有的电感具有较高的Q值。因此，无论在低频或者高频的频率范围中，本发明确实能够显著地提升电感的品质。此外，由于电感300同时在立体螺旋结构的内侧及外侧配置增益导线112，亦即电感300比电感100及200具有较大的金属截面积，所以电感300的Q值会较电感100及200的Q值略高。
综上所述，本发明的电感结构为立体螺旋结构，由于配置于立体螺旋结构最下层的绕线的宽度较大，因此通过金属截面积的增加可以有效地降低导体损耗。
此外，若是在立体螺旋结构中的绕线104与106之间串联绕线110，亦可以增加金属截面积来进一步降低导体损耗，并减少金属与金属之间所产生的杂散电容，使得电感的效能增加。
再者，虽然金属截面积的增加容易造成基底与金属之间的杂散电容跟着增加，但由于本发明的电感结构通过最靠近基底的绕线接地，使得宽度较大的绕线的电场最低，因此可以降低基底与金属之间所产生的杂散电容，进而提升电感的Q值。
另一方面，若于立体螺旋结构的至少一侧(内侧、外侧)配置增益导线与绕线106并联，可以使电感结构的金属截面积更进一步增加，以减少导体损耗，使得电感具有较高的品质。
另外，本发明的电感可应用的频率范围可以保持在无线射频电路所使用的范围内，并可以将电感的制造过程整合于现行的工艺中，可有助于降低工艺所需的成本。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种电感结构，包括第一绕线，配置于基底上；以及第二绕线，配置于该第一绕线与该基底之间，该第二绕线的一端接地，而该第二绕线的另一端与该第一绕线电性串联，且该第一绕线及该第二绕线于该基底上形成立体螺旋结构，其中该第二绕线的宽度大于该第一绕线的宽度，该第一绕线的投影落在该第二绕线上。
2.如权利要求1的电感结构，还包括至少一个第一增益导线，配置于该立体螺旋结构的内侧，该第一增益导线与该第二绕线并联，且该第一增益导线的投影落在该第二绕线上。
3.如权利要求2的电感结构，还包括至少一个第二增益导线，配置于该立体螺旋结构的外侧，该第二增益导线与该第二绕线并联，且该第二增益导线的投影落在该第二绕线上。
4.如权利要求1的电感结构，还包括至少一个增益导线，配置于该立体螺旋结构的外侧，该增益导线与该第二绕线并联，且该增益导线的投影落在该第二绕线上。
5.一种电感结构，包括第一绕线，配置于基底上；第二绕线，配置于该第一绕线与该基底之间，该第二绕线的一端接地，且该第二绕线的宽度大于该第一绕线的宽度，该第一绕线的投影落在该第二绕线上；以及第三绕线，配置于该第一绕线及该第二绕线之间，该第三绕线于该基底上形成至少一圈的立体绕线结构，且该第三绕线的投影落在该第二绕线上，该第一绕线与该第二绕线通过该第三绕线进行串联，且该第一绕线、该第二绕线与该第三绕线于该基底上形成立体螺旋结构。
6.如权利要求5的电感结构，其中该第三绕线的宽度大于该第一绕线的宽度，且该第二绕线的宽度大于该第三绕线的宽度。
7.如权利要求6的电感结构，其中该第三绕线于该基底上形成多圈的立体绕线结构，且每一圈的绕线宽度往该基底逐渐增加，而且最远离该基底的该圈立体绕线结构的绕线宽度大于该第一绕线的宽度，而该第二绕线的宽度大于最靠近该基底的该圈立体绕线结构的绕线宽度。
8.如权利要求5的电感结构，还包括至少一个第一增益导线，配置于该立体螺旋结构的内侧，该第一增益导线与该第二绕线并联，且该第一增益导线的投影落在该第二绕线上。
9.如权利要求8的电感结构，还包括至少一个第二增益导线，配置于该立体螺旋结构的外侧，该第二增益导线与该第二绕线并联，且该第二增益导线的投影落在该第二绕线上。
10.如权利要求5的电感结构，还包括至少一个增益导线，配置于该立体螺旋结构的外侧，该增益导线与该第二绕线并联，且该增益导线的投影落在该第二绕线上。
全文摘要
本发明公开了一种电感结构，其包括第一绕线以及第二绕线。第一绕线配置于基底上。第二绕线配置于第一绕线与基底之间。第二绕线的一端接地，而第二绕线的另一端与第一绕线电性串联。第一绕线与第二绕线于基底上形成立体螺旋结构。第二绕线的宽度大于第一绕线的宽度，且第一绕线的投影落在第二绕线上。
文档编号H01F27/28GK101051548SQ20071008497
公开日2007年10月10日 申请日期2007年2月26日 优先权日2007年2月26日
发明者李胜源 申请人:威盛电子股份有限公司