TWI462126B - 螺旋電感結構 - Google Patents

Description

螺旋電感結構

本發明有關於電感結構，且特別是有關於螺旋電感結構。

電感器是射頻電路(RF circuit)中一個重要的組成元件。目前，許多的手持式無線設備(例如：智慧型手機、平板電腦等)均大量使用電感元件，品質因子(quality factor；Q值)是電感器的一個重要參數。以無線充電技術為例，Q值的高低對於傳輸的效率與傳輸距離皆有很大的影響。另外，當將電感器應用在阻抗匹配時，就必須確保電感器有一定的Q值，以減少路徑上的損失。因此，如何改善電感器的Q值是目前亟待解決的課題。

本發明一實施例提供一種螺旋電感結構，包括：一線圈，由一線段所組成，線段具有彼此間隔排列的多個擴大部以及多個連接部，其中各擴大部的線寬大於各連接部的線寬，線圈包括：一外圈；以及一第一內圈，第一內圈與外圈共平面，外圈與第一內圈相連並圍繞第一內圈，其中位於外圈的擴大部相鄰於位於第一內圈的連接部，且位於外圈的連接部相鄰於位於第一內圈的擴大部。

以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。在圖式中，實施例之形狀或是厚度可能擴大，以簡化或是突顯其特徵。再者，圖中未繪示或描述之元件，可為所屬技術領域中具有通常知識者所知的任意形式。

第1圖繪示本發明一實施例之螺旋電感結構的上視圖。請參照第1圖，本實施例之螺旋電感結構10包括一線圈100，線圈100係由一線段所組成，線段具有彼此間隔排列的多個擴大部110a、110b、110c以及多個連接部120a、120b、120c。詳細而言，各連接部120a、120b、120c連接於兩相鄰的擴大部110a、110b、110c之間，以串連彼此間隔排列的擴大部110a、110b、110c。

各擴大部110a、110b、110c的線寬W1大於各連接部120a、120b、120c的線寬W2。在一實施例中，各擴大部110a、110b、110c的線寬W1與各連接部120a、120b、120c的線寬W2的比值大於1且小於5。在一實施例中，各擴大部110a、110b、110c的線寬W1與各連接部120a、120b、120c的線寬W2的比值大於1且小於1.5。

線圈100包括一外圈130以及一第一內圈140，外圈130與第一內圈140共平面，其中外圈130與第一內圈140相連並圍繞第一內圈140。位於外圈130的擴大部110a相鄰於位於第一內圈140的連接部120b，且位於外圈130的連接部120a相鄰於位於第一內圈140的擴大部110b。

在一實施例中，線圈100可更包括一第二內圈150，第二內圈150與第一內圈140共平面，第一內圈140與第二內圈150相連並圍繞第二內圈150。位於第一內圈140的連接部120b係夾在(或介於)位於外圈130的擴大部110a以及位於第二內圈150的擴大部110c之間，且位於第一內圈140的擴大部110b係夾在位於外圈130的連接部120a以及位於第二內圈150的連接部120c之間。值得注意的是，線圈100的形狀除了如圖1所示，為具有四邊的矩形外，也可為任意的多邊形、圓形、或是橢圓形等，本領域具通常知識者可依據需求自行變換。

擴大部110a的長度L1例如約為外圈130之周長的1/32至1/8。以圖1所示的具有四邊的矩形為例，擴大部110a的長度L1例如為外圈130的寬度W3的1/8至1/2，擴大部110b的長度L2例如約為第一內圈140的寬度W4的1/8至1/2。

在一實施例中，位於同一圈的多個擴大部的長度大體上相等，且位於不同圈的擴大部的長度彼此不同。舉例來說，如第1圖所示，位於外圈130的多個擴大部110a的長度L1大體上相等，但不同於位於第一內圈140的擴大部110b的長度L2、以及位於第二內圈150的擴大部110c的 長度L3。又或者是，位於第一內圈140的多個擴大部110b的長度L2大體上相等，但不同於擴大部110a、110c的長度L1、L3。在一實施例中，位於第一內圈140的擴大部110b的長度L2小於位於外圈130的擴大部110a的長度L1。在本實施例中，位於愈內圈的擴大部的長度愈小，位於愈外圈的擴大部的長度愈大。

在一實施例中，位於同一圈的多個連接部的長度大體上相等，且位於不同圈的連接部的長度彼此不同。舉例來說，如第1圖所示，位於外圈130的多個連接部120a的長度A1大體上相等，但不同於位於第一內圈140的連接部120b的長度A2。又或者是，位於第一內圈140的多個連接部120b的長度A2大體上相等，但不同於位於第二內圈150的連接部120c的長度A3。在一實施例中，位於第一內圈140的連接部120b的長度A2小於位於外圈130的多個連接部120a的長度A1。在本實施例中，位於愈內圈的連接部的長度愈小，位於愈外圈的連接部的長度愈大。

擴大部110a(或110b、110c)的長度L1(或L2、L3)與連接部120a(或120b、120c)的長度A1(或A2、A3)的比值約為0.1至2。在一實施例中，擴大部110a(或110b、110c)的長度L1(或L2、L3)與連接部120a(或120b、120c)的長度A1(或A2、A3)的比值約為0.1至1。

值得注意的是，雖然本實施例的螺旋電感結構10只包括三圈(外圈130、第一內圈140、第二內圈150)，但不限於此，可將本實施例之概念應用到更多圈的螺旋電感結構中。

此外，在另一實施例中(如第2圖所示)，擴大部110a、110b、110c的長度L1、L2、L3可選擇性地大抵相等。

請再次參照第1圖，位於外圈130的擴大部110a以及與其相鄰且位於第一內圈140的連接部120b之間的最小間距D1例如約為大於0且小於擴大部110a(或110b、110c)的線寬W1與連接部120a(或120b、120c)的線寬W2的差值。在一實施例中，最小間距D1係大於0且小於線寬W1、W2差值的二分之一，亦即。

值得注意的是，由於本實施例的線圈100具有多個線寬較大的擴大部110a、110b、110c，因此，可增加部分線圈100的線寬，進而降低線圈100的整體電阻以及歐姆損耗。此外，本實施例使線寬較大的擴大部(例如：110a)橫向相鄰於(位於一相鄰圈且)線寬較小的連接部(例如：120b)。如此一來，可使不同圈之間保持適當的間距，以有效降低線圈100的鄰近效應，進而提昇線圈100的Q值。

位於外圈130的擴大部110a與位於第一內圈140的擴大部110b之間的最小間距D2例如大於0且小於擴大部110a(或110b、110c)的線寬W1與連接部120a(或120b、120c)的線寬W2的差值。在一實施例中，間距D2係大於0且小於線寬W1、W2之差值的二分之一。

在一實施例中，擴大部110a、110b、110c以及連接部120a、120b、120c係為一體成形的結構。線圈100的材質係為導電材料，包括非磁性金屬、非磁性金屬合金、磁性金屬、磁性金屬合金、摻雜的多晶矽、複晶矽化物導電材料、以及前述材料之疊層。在一實施例中，擴大部110a、 110b、110c的形狀例如為正方形、長方形、八角形、圓形、或是其他適合的形狀。

在一實施例中，螺旋電感結構10更包括一基板200，且線圈100配置於基板200上。基板200例如為一絕緣基板或是一半導體基板。詳細而言，基板200可包括一基底與一位於基板上的絕緣層(未繪示)，線圈100係位於絕緣層上，且線圈100的一端部E係貫穿絕緣層而延伸至絕緣層與基板之間。

綜上所述，由於本發明的線圈具有多個線寬較大的擴大部，故可有效降低線圈的整體電阻以及歐姆損耗。此外，由於本發明使線寬較大的擴大部橫向相鄰於(位於一相鄰圈且)線寬較小的連接部，故可使不同圈之間保持適當的間距，而有效降低線圈的鄰近效應，進而提昇線圈的Q值。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧螺旋電感結構

100‧‧‧線圈

110a、110b、110c‧‧‧擴大部

120a、120b、120c‧‧‧連接部

130‧‧‧外圈

140‧‧‧第一內圈

150‧‧‧第二內圈

200‧‧‧基板

A1、A2、A3、L1、L2、L3‧‧‧長度

D1、D2‧‧‧最小間距

E‧‧‧端部

W1、W2‧‧‧線寬

W3、W4‧‧‧寬度

第1圖繪示本發明一實施例之螺旋電感結構的上視圖。

第2圖繪示本發明另一實施例之螺旋電感結構的上視圖。

10‧‧‧螺旋電感結構

100‧‧‧線圈

110a、110b、110c‧‧‧擴大部

120a、120b、120c‧‧‧連接部

130‧‧‧外圈

140‧‧‧第一內圈

150‧‧‧第二內圈

200‧‧‧基板

A1、A2、A3、L1、L2、L3‧‧‧長度

D1、D2‧‧‧最小間距

E‧‧‧端部

W1、W2‧‧‧線寬

W3、W4‧‧‧寬度

Claims (13)

1. 一種螺旋電感結構，包括：一線圈，由一線段所組成，該線段具有彼此間隔排列的多個擴大部以及多個連接部，其中每一該些擴大部的線寬大於每一該些連接部的線寬，該線圈包括：一外圈；以及一第一內圈，與該外圈共平面；其中該外圈與該第一內圈相連並圍繞該第一內圈，其中該外圈的每一該些擴大部分別相鄰於該第一內圈的每一該些連接部，且該外圈的每一該些連接部分別相鄰於該第一內圈的每一該些擴大部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中該線圈更包括：一第二內圈，該第一內圈與該第二內圈相連並圍繞該第二內圈，其中該第一內圈的每一該些連接部係分別介於該外圈的每一該些擴大部以及該第二內圈的每一該些擴大部之間，且該第一內圈的每一該些擴大部係分別介於該外圈的每一該些連接部以及位於該第二內圈的每一該些連接部之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中每一該些擴大部的線寬與每一該些連接部的線寬的比值係大於1且小於5。
4. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中該外圈的每一該些擴大部以及與其相鄰的該第一內圈的每一該些連接部之間的間距小於每一該些擴大部的線寬與每 一該些連接部的線寬的差值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中每一該些擴大部的長度與每一該些連接部的長度的比值範圍約為0.1至2。
6. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中該外圈的每一該些擴大部的長度介於該外圈之周長的1/32至1/8。
7. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中該第一內圈的每一該些擴大部的長度介於該第一內圈之周長的1/32至1/8。
8. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中位於同一圈的每一該些擴大部的長度大抵相等。
9. 如申請專利範圍第8項所述之螺旋電感結構，其中該第一內圈的每一該些擴大部的長度小於該外圈的每一該些擴大部的長度。
10. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，其中位於同一圈的每一該些連接部的長度大抵相等。
11. 如申請專利範圍第10項所述之螺旋電感結構，其中該第一內圈的每一該些連接部的長度小於該外圈的每一該些連接部的長度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋電感結構，更包括：一基板，該線圈配置於該基板上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之螺旋電感結構，其中該基板包括一絕緣基板或是一半導體基板。