專利名稱：電感結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電感結(jié)構(gòu)，且特別是有關(guān)于一種具有立體螺旋結(jié)構(gòu)的電感結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
一般而言，由于電感經(jīng)由電磁的互相轉(zhuǎn)換，擁有儲存和釋放能量的功能，因此電感可作為穩(wěn)定電流的元件。在集成電路中，電感為十分重要但是卻極具挑戰(zhàn)性的無源元件。此外，電感的應(yīng)用范圍相當?shù)貜V泛，例如電感常被應(yīng)用于無線射頻(radio frequency，RF)電路中。就電感的效能而言，電感的品質(zhì)越高，即代表電感具有較高的品質(zhì)因子(quality factor)，以Q值表示。Q值的定義如下Q＝ω×L/R其中，ω為角頻率(angular frequency)，L為線圈的電感值(inductance)，而R為在特定頻率下將電感損失列入考慮的電阻(resistance)。由上式可知，Q值和電阻成反比，亦即Q值會隨著電阻下降而提升，其中電阻又和電流密度的平方成正比。提升Q值的方法之一為增加金屬繞線的截面積來降低電流密度，也就是降低金屬繞線的電阻，以減少導(dǎo)體損耗(conductor loss)，來達成提升電感Q值的目的。
就現(xiàn)今發(fā)展來說，將電感與集成電路工藝相結(jié)合，已有各種方法及技術(shù)。然而，在集成電路中，電感金屬厚度的限制以及硅基底對電感的干擾都會導(dǎo)致電感的品質(zhì)不佳。已有技術(shù)通過將較厚的金屬配置在電感結(jié)構(gòu)的最上層，增加電感的金屬截面積，來降低導(dǎo)體損耗(conductor loss)，以提高電感的Q值。然而，當金屬厚度增加到一定的程度之后，導(dǎo)體損耗與Q值改善的情況就變得不明顯。所以，如何解決上述工藝中會遭遇的種種問題，并提升電感的Q值及降低導(dǎo)體損耗，是目前業(yè)界積極發(fā)展的重點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電感結(jié)構(gòu)，其能夠降低電感的導(dǎo)體損耗，并改善電感的Q值及其品質(zhì)。
本發(fā)明提出一種電感結(jié)構(gòu)，其包括第一繞線以及第二繞線。第一繞線配置于基底上。第二繞線配置于第一繞線與基底之間。第二繞線的一端接地，而第二繞線的另一端與第一繞線電性串聯(lián)。第一繞線及第二繞線于基底上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)。第二繞線的寬度大于第一繞線的寬度，且第一繞線的投影落在第二繞線上。
本發(fā)明另提出一種電感結(jié)構(gòu)，包括第一繞線、第二繞線以及第三繞線。第一繞線配置于基底上。第二繞線配置于第一繞線與基底之間。第二繞線的一端接地。第二繞線的寬度大于第一繞線的寬度，且第一繞線的投影落在第二繞線上。第三繞線配置于第一繞線以及第二繞線之間。第三繞線于基底上形成至少一圈的立體繞線結(jié)構(gòu)，且第三繞線的投影落在第二繞線上。第一繞線與第二繞線通過第三繞線進行串聯(lián)，且第一繞線、第二繞線與第三繞線于基底上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)。
由于本發(fā)明的電感結(jié)構(gòu)為立體螺旋結(jié)構(gòu)，且配置于立體螺旋結(jié)構(gòu)最下層的繞線的寬度較大，因此通過金屬截面積的增加可以有效地降低導(dǎo)體損耗。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。


圖1A為本發(fā)明一實施例的電感結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1B為本發(fā)明一實施例的繞線106俯視圖。
圖1C為圖1A的I-I’剖面線的剖面示意圖。
圖2A為本發(fā)明另一實施例的電感結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2B為本發(fā)明另一實施例的繞線106俯視圖。
圖2C為圖2A的I-I’剖面線的剖面示意圖。
圖3A為本發(fā)明又一實施例的電感結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3B為本發(fā)明又一實施例的繞線106俯視圖。
圖3C為圖3A的I-I’剖面線的剖面示意圖。
圖4A為本發(fā)明再一實施例的電感結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
圖4B為圖4A的I-I’剖面線的剖面示意圖。
圖5A為本發(fā)明另一實施例的電感結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
圖5B為圖5A的I-I’剖面線的剖面示意圖。
圖6為本發(fā)明電感結(jié)構(gòu)與已有電感結(jié)構(gòu)的Q值的比較曲線圖。
主要元件符號說明100、200、300、400、500電感102基底103介電層104、106、110繞線104a、104b、106a、106b、110a、110b、112a、112b端點108a、108b、108c介層窗112增益導(dǎo)線具體實施方式
圖1A為本發(fā)明一實施例的電感結(jié)構(gòu)示意圖。圖1B為本發(fā)明一實施例的繞線106俯視圖。圖1C為圖1A的I-I’剖面線的剖面示意圖。
首先，請同時參照圖1A、圖1B與圖1C，電感100至少包括繞線104以及106。繞線104配置于基底102上的介電層103中，其中電感100可通過半導(dǎo)體工藝實現(xiàn)，因此基底102可以是硅基底，而介電層103的材料例如是氧化硅或其他介電材料，各繞線104以及106的材質(zhì)可以是金屬，其例如是銅、鋁銅合金等材料。繞線104具有第一端104a以及第二端104b，其中第一端104a例如是與操作電壓(未繪示)耦接。繞線106配置于繞線104與基底102之間的介電層103中。繞線106具有第三端106a以及第四端106b，其中第四端106b接地，而繞線106的第三端106a與繞線104電性串聯(lián)，其例如是透過介層窗108a將繞線104的第二端104b與繞線106的第三端106a串聯(lián)耦接。此外，繞線104及106于基底102上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)，其中繞線106的寬度例如是大于繞線104的寬度。繞線104的投影會落在繞線106上。
值得一提的是，電感100是通過最接近基底102的繞線106的第四端106b接地，由于該處電場較小，故可以降低在基底102與電感100之間所產(chǎn)生的雜散電容，達到提升電感100品質(zhì)的功效。
請繼續(xù)參照圖1C，在本實施例中，電感100還可包括至少一條增益導(dǎo)線112。增益導(dǎo)線112具有第五端112a及第六端112b，且配置于立體螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。增益導(dǎo)線112的投影例如是落在繞線106上。增益導(dǎo)線112例如是與繞線106的內(nèi)側(cè)耦接，其耦接的方式例如是通過至少二個介層窗，將增益導(dǎo)線112的第五端112a及第六端112b并聯(lián)耦接至繞線106第三端106a以及第四端106b。在本實施例中，增益導(dǎo)線112與繞線106則是透過多數(shù)個介層窗108b電性耦接。此外，在具有多條增益導(dǎo)線112(本實施例繪示四條)的情況下，上下層的增益導(dǎo)線112彼此之間例如是通過多個介層窗108b進行并聯(lián)。增益導(dǎo)線112的材料可以是金屬，其例如是銅、鋁銅合金等材料。
此外，在本實施例中，電感100的配置為八邊形的繞線所構(gòu)成，然而本發(fā)明的電感并不局限于實施例中所繪示的配置方式，于此技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可視其需求進行調(diào)整。
圖2A為本發(fā)明另一實施例的電感結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為本發(fā)明另一實施例的繞線106俯視圖。圖2C為圖2A的I-I’剖面線的剖面示意圖。于圖2A至圖2C中，與圖1A至圖1C相同的構(gòu)件則使用相同的標號并省略其說明。
本發(fā)明另提出一種電感結(jié)構(gòu)，請同時參照圖2A、圖2B與圖2C，電感200例如是配置于基底102上方的介電層103中。在另一實施例中，組成電感200的構(gòu)件與組成電感100的構(gòu)件相同，其中主要的差異在于電感200中，具有第五端112a及第六端112b的增益導(dǎo)線112是配置于立體螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)。增益導(dǎo)線112的投影例如是落在繞線106上。此外，增益導(dǎo)線112例如是與繞線106的外側(cè)耦接，且其耦接的方式例如是通過多數(shù)個介層窗108b進行并聯(lián)。
圖3A為本發(fā)明又一實施例的電感結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B為本發(fā)明又一實施例的106繞線俯視圖。圖3C為圖3A的I-I’剖面線的剖面示意圖。于圖3A至圖3C中，與圖1A至圖1C相同的構(gòu)件則使用相同的標號并省略其說明。
本發(fā)明又提出一種電感結(jié)構(gòu)，請同時參照圖3A、圖3B與圖3C，電感300例如是配置于基底102上方的介電層103中。在又一實施例中，組成電感300的構(gòu)件與組成電感100的構(gòu)件相同。然而，在電感300中，具有第五端112a及第六端112b的增益導(dǎo)線112是同時配置于立體螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)及外側(cè)。位于立體螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)、外兩側(cè)的增益導(dǎo)線112的投影例如是皆落在繞線106上。再者，增益導(dǎo)線112例如是分別與繞線106的內(nèi)側(cè)及外側(cè)耦接，且其耦接的方式例如是通過多數(shù)個介層窗108b進行并聯(lián)。
特別要說明的是，電感100、200及300由于具有寬度較大的繞線106，并在繞線106的至少一側(cè)并聯(lián)增益導(dǎo)線112，因此可以增加電感100、200及300中的金屬截面積，而能顯著地改善導(dǎo)體損耗的問題。此外，雖然電感100、200及300中的金屬截面積增加，但電感100、200及300是通過第四端106b接地，亦即最靠近基底102的繞線106具有較低的電場，而能降低基底102與金屬之間所產(chǎn)生的雜散電容，因此，電感100、200及300可具有優(yōu)選的品質(zhì)。
圖4A為本發(fā)明另一實施例的電感結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖4B為圖4A的I-I’剖面線的剖面示意圖。于圖4A至4B中，與圖1A至圖1C相同的構(gòu)件則使用相同的標號并省略其說明。
本發(fā)明另提出一種電感結(jié)構(gòu)，請同時參照圖4A與圖4B，電感400例如是配置于基底102上方的介電層103中。在另一實施例中，組成電感400的構(gòu)件與組成電感100的構(gòu)件大致相同，其中主要的差異在于電感400中還包括繞線110。繞線110例如是配置于繞線104及106之間的介電層103中，且繞線110的投影會落在繞線106上。繞線110具有第七端110a以及第八端110b，其中第七端110a通過介層窗108a耦接至繞線104的第二端104b，而第八端110b通過介層窗108c耦接至繞線106的第三端106a。因此，繞線104與106是通過繞線110進行電性串聯(lián)，且繞線104、110、106于基底102上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)。另外，繞線110的材料可以是金屬，例如是銅、鋁銅合金等材料。
值得一提的是，在本實施例中，繞線110的寬度約與繞線104的寬度一致。然而，在其他實施例中，繞線110的寬度大于繞線104的寬度，且繞線106的寬度大于繞線110的寬度(如圖5A與5B所示)。亦即，電感500具有多圈的立體螺旋結(jié)構(gòu)，且每一圈的繞線寬度往基底102逐漸增加。如此，可以更有效地改善電感的品質(zhì)。
在上述二個實施例中(圖4A、4B、5A與5B)，是以形成一圈的立體繞線結(jié)構(gòu)的繞線110為例進行說明，但并不用以限制本發(fā)明。于此技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可視其需求對繞線110所環(huán)繞的圈數(shù)進行調(diào)整，以形成具有多圈的立體繞線結(jié)構(gòu)的繞線110，且繞線110的寬度可大于或等于繞線104的寬度。此外，在上述二個實施例中(圖4A、4B、5A與5B)，是以增益導(dǎo)線112配置在立體螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)為例進行說明，但并不用以限制本發(fā)明。于此技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識者可視其需求將增益導(dǎo)線112配置在立體螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)、或是同時配置于內(nèi)側(cè)與外側(cè)。
圖6為本發(fā)明電感結(jié)構(gòu)與已有電感結(jié)構(gòu)的Q值的比較曲線圖。
請參照圖6，由實際測試的結(jié)果可知在頻率0～25GHz范圍內(nèi)，本發(fā)明的電感100、200及300都比已有的電感具有較高的Q值。因此，無論在低頻或者高頻的頻率范圍中，本發(fā)明確實能夠顯著地提升電感的品質(zhì)。此外，由于電感300同時在立體螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)及外側(cè)配置增益導(dǎo)線112，亦即電感300比電感100及200具有較大的金屬截面積，所以電感300的Q值會較電感100及200的Q值略高。
綜上所述，本發(fā)明的電感結(jié)構(gòu)為立體螺旋結(jié)構(gòu)，由于配置于立體螺旋結(jié)構(gòu)最下層的繞線的寬度較大，因此通過金屬截面積的增加可以有效地降低導(dǎo)體損耗。
此外，若是在立體螺旋結(jié)構(gòu)中的繞線104與106之間串聯(lián)繞線110，亦可以增加金屬截面積來進一步降低導(dǎo)體損耗，并減少金屬與金屬之間所產(chǎn)生的雜散電容，使得電感的效能增加。
再者，雖然金屬截面積的增加容易造成基底與金屬之間的雜散電容跟著增加，但由于本發(fā)明的電感結(jié)構(gòu)通過最靠近基底的繞線接地，使得寬度較大的繞線的電場最低，因此可以降低基底與金屬之間所產(chǎn)生的雜散電容，進而提升電感的Q值。
另一方面，若于立體螺旋結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)(內(nèi)側(cè)、外側(cè))配置增益導(dǎo)線與繞線106并聯(lián)，可以使電感結(jié)構(gòu)的金屬截面積更進一步增加，以減少導(dǎo)體損耗，使得電感具有較高的品質(zhì)。
另外，本發(fā)明的電感可應(yīng)用的頻率范圍可以保持在無線射頻電路所使用的范圍內(nèi)，并可以將電感的制造過程整合于現(xiàn)行的工藝中，可有助于降低工藝所需的成本。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種電感結(jié)構(gòu)，包括第一繞線，配置于基底上；以及第二繞線，配置于該第一繞線與該基底之間，該第二繞線的一端接地，而該第二繞線的另一端與該第一繞線電性串聯(lián)，且該第一繞線及該第二繞線于該基底上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)，其中該第二繞線的寬度大于該第一繞線的寬度，該第一繞線的投影落在該第二繞線上。
2.如權(quán)利要求1的電感結(jié)構(gòu)，還包括至少一個第一增益導(dǎo)線，配置于該立體螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，該第一增益導(dǎo)線與該第二繞線并聯(lián)，且該第一增益導(dǎo)線的投影落在該第二繞線上。
3.如權(quán)利要求2的電感結(jié)構(gòu)，還包括至少一個第二增益導(dǎo)線，配置于該立體螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，該第二增益導(dǎo)線與該第二繞線并聯(lián)，且該第二增益導(dǎo)線的投影落在該第二繞線上。
4.如權(quán)利要求1的電感結(jié)構(gòu)，還包括至少一個增益導(dǎo)線，配置于該立體螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，該增益導(dǎo)線與該第二繞線并聯(lián)，且該增益導(dǎo)線的投影落在該第二繞線上。
5.一種電感結(jié)構(gòu)，包括第一繞線，配置于基底上；第二繞線，配置于該第一繞線與該基底之間，該第二繞線的一端接地，且該第二繞線的寬度大于該第一繞線的寬度，該第一繞線的投影落在該第二繞線上；以及第三繞線，配置于該第一繞線及該第二繞線之間，該第三繞線于該基底上形成至少一圈的立體繞線結(jié)構(gòu)，且該第三繞線的投影落在該第二繞線上，該第一繞線與該第二繞線通過該第三繞線進行串聯(lián)，且該第一繞線、該第二繞線與該第三繞線于該基底上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5的電感結(jié)構(gòu)，其中該第三繞線的寬度大于該第一繞線的寬度，且該第二繞線的寬度大于該第三繞線的寬度。
7.如權(quán)利要求6的電感結(jié)構(gòu)，其中該第三繞線于該基底上形成多圈的立體繞線結(jié)構(gòu)，且每一圈的繞線寬度往該基底逐漸增加，而且最遠離該基底的該圈立體繞線結(jié)構(gòu)的繞線寬度大于該第一繞線的寬度，而該第二繞線的寬度大于最靠近該基底的該圈立體繞線結(jié)構(gòu)的繞線寬度。
8.如權(quán)利要求5的電感結(jié)構(gòu)，還包括至少一個第一增益導(dǎo)線，配置于該立體螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，該第一增益導(dǎo)線與該第二繞線并聯(lián)，且該第一增益導(dǎo)線的投影落在該第二繞線上。
9.如權(quán)利要求8的電感結(jié)構(gòu)，還包括至少一個第二增益導(dǎo)線，配置于該立體螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，該第二增益導(dǎo)線與該第二繞線并聯(lián)，且該第二增益導(dǎo)線的投影落在該第二繞線上。
10.如權(quán)利要求5的電感結(jié)構(gòu)，還包括至少一個增益導(dǎo)線，配置于該立體螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，該增益導(dǎo)線與該第二繞線并聯(lián)，且該增益導(dǎo)線的投影落在該第二繞線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電感結(jié)構(gòu)，其包括第一繞線以及第二繞線。第一繞線配置于基底上。第二繞線配置于第一繞線與基底之間。第二繞線的一端接地，而第二繞線的另一端與第一繞線電性串聯(lián)。第一繞線與第二繞線于基底上形成立體螺旋結(jié)構(gòu)。第二繞線的寬度大于第一繞線的寬度，且第一繞線的投影落在第二繞線上。
文檔編號H01F27/28GK101051548SQ20071008497
公開日2007年10月10日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者李勝源 申請人:威盛電子股份有限公司