TWI699791B

TWI699791B - 電感裝置

Info

Publication number: TWI699791B
Application number: TW108147688A
Authority: TW
Inventors: 顏孝璁; 施冠宇; 陳家源
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-07-21
Also published as: TW202125547A; US20210202156A1; US11901111B2

Abstract

一種電感裝置，包含第一線圈、第二線圈、至少一第一連接件、至少一第二連接件及第一中央抽頭端。第一線圈包含複數個第一次線圈。第二線圈包含複數個第二次線圈。該些第一次線圈與該些第二次線圈交互設置。至少一第一連接件耦接該些第一次線圈中設置於外側的第一次線圈與設置於內側的第一次線圈。至少一第二連接件耦接該些第二次線圈中設置於外側的第二次線圈與設置於內側的第二次線圈。第一中央抽頭端耦接於該些第一次線圈中設置於外側的第一次線圈。

Description

電感裝置

本揭露係有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種電感裝置。

現有的各種型態之電感器皆有其優勢與劣勢，諸如螺旋狀電感器(spiral inductor)，其品質因素(Q value)較高且具有較大之互感值(mutual inductance)。對螺旋狀並置電感器(twin inductor)來說，難以將其設計成對稱結構，且螺旋狀並置電感器的應用頻段較窄。因此，上述電感器之應用範圍皆有所限制。

為解決上述問題，本揭露內容之一技術態樣係關於一種電感裝置，其包含第一線圈、第二線圈、至少一第一連接件、至少一第二連接件及第一中央抽頭端。第一線圈包含複數個第一次線圈。第二線圈包含複數個第二次線圈。該些第一次線圈與該些第二次線圈交互設置。至少一第一連接件耦接該些第一次線圈中設置於外側的第一次線圈與設置於內側的第一次線圈。至少一第二連接件耦接該些第二次線圈中設置於外側的第二次線圈與設置於內側的第二次線圈。第一中央抽頭端耦接於該些第一次線圈中設置於外側的第一次線圈。

因此，根據本揭露之技術內容，採用本揭露實施例之架構的電感裝置具有更佳的結構對稱性及品質因素(Q)。此外，基於本揭露實施例之電感裝置的結構設計，中央抽頭端可由電感裝置的外側直接拉出，不需採用跳線等佔用其它層狀結構的方式拉出，因此，更便於結構設計，且中央抽頭端之結構配置方式使其可採用電流耐受性更高的材料來設計，而能承受更大的電流。

100、100A‧‧‧電感裝置

111~116、1111、1112、111A~116A、1111A、1112A‧‧‧第一次線圈

121~126、1211、1212、121A~127A、1211A、1212A‧‧‧第二次線圈

131~134、131A~1341A‧‧‧第一連接件

141~144、141A~144A‧‧‧第二連接件

151、151A‧‧‧第一中央抽頭端

161、162、161A、162A‧‧‧第三連接件

171、171A‧‧‧第四連接件

181、181A‧‧‧第二中央抽頭端

191、191A‧‧‧第一輸入輸出端

192、192A‧‧‧第二輸入輸出端

211A‧‧‧第三線圈

221A‧‧‧第四線圈

231A‧‧‧第五線圈

C‧‧‧中心點

C1~C4‧‧‧實驗曲線

L1、L2‧‧‧實驗曲線

P1~P8‧‧‧點

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係本揭露一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。

第2圖係依照本揭露一實施例繪示一種電感裝置的示意圖。

第3圖係繪示依照本揭露一實施例的一種電感裝置之實驗數據示意圖。

第4圖係繪示依照本揭露一實施例的一種電感裝置之實驗數據示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本揭露相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

第1圖係依照本揭露一實施例繪示一種電感裝置100的示意圖。如圖所示，電感裝置100包含第一線圈、第二線圈、至少一第一連接件、至少一第二連接件及第一中央抽頭端151。第一線圈包含複數個第一次線圈111~116。第二線圈包含複數個第二次線圈121~126。至少一第一連接件包含第一連接件131~134的其中至少一者。至少一第二連接件包含第二連接件141~144的其中至少一者。

於結構配置上，第一次線圈111~116與第二次線圈121~126交互設置。在一實施例中，每兩個第一次線圈與每兩個第二次線圈交互設置。舉例而言，電感裝置100的配置方式可為：「第一次線圈111、112、第二次線圈121、122、第一次線圈113、114、第二次線圈123、124、第一次線圈115、116及第二次線圈125、126。」然而，本揭露不以上述實施例為限，第一次線圈111~116與第二次線圈121~126亦可依照實際需求採用每一圈皆交互設置的方式，或採用第一次線圈之一圈與第二次線圈之多圈的交互設置方式，或者採用第一次線圈之多圈與第二次線圈之一圈的交互設置方式，抑或採用其餘交互設置方式，端視實際需求而定。

請參閱第1圖，至少一第一連接件耦接第一次線圈111~116中設置於外側的第一次線圈與設置於內側的第一次線圈。舉例而言，第一連接件131耦接設置於外側的第一次線圈113與設置於內側的第一次線圈115，再者，第一連接件 132耦接設置於外側的第一次線圈114與設置於內側的第一次線圈116。在一實施例中，第一連接件133耦接設置於外側的第一次線圈111與設置於內側的第一次線圈113，再者，第一連接件134耦接設置於外側的第一次線圈112與設置於內側的第一次線圈114。

此外，至少一第二連接件耦接第二次線圈121~126中設置於外側的第二次線圈與設置於內側的第二次線圈。舉例而言，第二連接件141耦接設置於外側的第二次線圈121與設置於內側的第二次線圈123，再者，第二連接件142耦接設置於外側的第二次線圈122與設置於內側的第二次線圈124。在一實施例中，第二連接件143耦接設置於外側的第二次線圈123與設置於內側的第二次線圈125，再者，第二連接件144耦接設置於外側的第二次線圈124與設置於內側的第二次線圈126。

在一實施例中，第一中央抽頭端151耦接於第一次線圈111~116中設置於外側的第一次線圈。舉例而言，在第一次線圈111~116中，第一次線圈112係屬設置於電感裝置100的整體結構之外側部分，第一中央抽頭端151於配置上可耦接於外側之第一次線圈112。在另一實施例中，請參閱第1圖之上側，電感裝置100更包含第一輸入輸出端191，此第一輸入輸出端191係設置於第一次線圈111~116中位於最外側的第一次線圈111，並設置於電感裝置100的上側。基於上述結構配置，第一中央抽頭端151得以耦接於外側之第一次線圈112，並直接經由第一輸入輸出端191拉到電感裝置100之最外側，不需採用跳線等佔用其它層狀結構的方式拉出，因此，更便於結構設計，且第一中央抽頭端151係經由第一輸入輸出端191直接拉出，使其得以與第一次線圈112採用相同之材料結構，而能承受更大的電流。諸如第一中央抽頭端151可採用較厚的金屬層來設計，藉以承受更大的電流。舉例而言，第一中央抽頭端151與第一次線圈112可設於線路重佈層(Redistribution Layer,RDL)，以厚金屬層作為RDL之材料，如此，將使第一中央抽頭端151得以承受較高的電流，而能適用於大電流的應用中。

請參閱第1圖，第一次線圈111~116與第二次線圈121~126設置於同一層。在一實施例中，至少一第一連接件與至少一第二連接件設置於同一層。然而，本揭露不以上述實施例為限，至少一第一連接件與至少一第二連接件亦可依照實際需求而設置於不同層。在另一實施例中，至少一第一連接件與第一次線圈111~116設置於不同層，至少一第二連接件與第二次線圈121~126設置於不同層。舉例而言，第一連接件131~134可設置於第一次線圈111~116之上層，或者設置於第一次線圈111~116之下層。此外，第二連接件141~144可設置於第二次線圈121~126之上層，或者設置於第二次線圈121~126之下層，端視實際需求而定。

在一實施例中，第一線圈更包含第一次線圈1111、1112，第一次線圈1111耦接第一次線圈113、115，而第一次線圈1112耦接第二次線圈114、116。此外，第二線圈更包含第二次線圈1211、1212，第二次線圈1211耦接第二次線圈121、123，而第二次線圈1212耦接第二次線圈122、124。在另一實施例中，第一次線圈111~116的其中至少一者透過至少一第一連接件與第二線圈之第二次線圈121~126、1211、1212的其中至少一者交錯配置。舉例而言，第一次線圈113透過第一連接件131與第二次線圈1211、1212交錯配置，並耦接於第一次線圈115。此外，第一次線圈114透過連接件132與第二次線圈1211、1212交錯配置，並耦接於第一次線圈116。在另一實施例中，第二次線圈121~126的其中至少一者透過至少一第二連接件與第一線圈之第一次線圈111~116、1111、1112的其中至少一者交錯配置。舉例而言，第二次線圈121透過連接件141與第一次線圈1111、1112交錯配置，並耦接於第二次線圈123。此外，第二次線圈122透過連接件142與第一次線圈1111、1112交錯配置，並耦接於第二次線圈124。

在另一實施例中，至少一第一連接件跨越第一線圈之第一次線圈111~116、1111、1112的其中至少一者與第二線圈之第二次線圈121~126、1211、1212的其中至少一者以耦接第一次線圈中設置於外側的第一次線圈與設置於內側的第一次線圈。舉例而言，第一連接件131跨越第一次線圈1111、1112與第二次線圈1211、1212以耦接設置於外側的第一次線圈113與設置於內側的第一次線圈115。第一連接件132跨越第一次線圈1111、1112與第二次線圈1211、1212以耦接設置於外側的第一次線圈114與設置於內側的第一次線圈116。在另一實施例中，至少一第二連接件跨越第一線圈之第一次線圈111~116、1111、1112的其中至少一者與第二線圈之第二次線圈121~126、1211、1212的其中至少一者以耦接第二次線圈中設置於外側的第二次線圈與設置於內側的第二次線圈。舉例而言，第二連接件141跨越第一次線圈1111、1112與第二次線圈1211、1212以耦接設置於外側的第二次線圈121與設置於內側的第二次線圈123。第二連接件142跨越第一次線圈1111、1112與第二次線圈1211、1212以耦接設置於外側的第二次線圈122與設置於內側的第二次線圈124。

在一實施例中，電感裝置100更包含至少一第三連接件，至少一第三連接件包含第三連接件161、162的其中至少一者。第一次線圈111~116的其中一者係朝電感裝置100的中心點繞設至內側，並透過至少一第三連接件耦接於第一次線圈111~116的其中另一者。舉例而言，第一次線圈116以逆時針方向繞到下側，並於P1點處朝電感裝置100的中心點C之方向繞設至內側之P2點，並透過連接件161將第一次線圈116之P2點耦接至第一次線圈115。另外，第一次線圈115以逆時針方向繞到下側，並於P3點處朝電感裝置100的中心點C之方向繞設至內側之P4點，並透過連接件162將第一次線圈115之P4點耦接至第一次線圈116。

在另一實施例中，電感裝置100更包含第四連接件171。第二次線圈121~126的其中一者係朝電感裝置100的中心點繞設至內側，並透過第四連接件171耦接於第二次線圈121~126的同一第二次線圈。舉例而言，第二次線圈122以順時針方向繞到下側，並於P5點處朝電感裝置100的中心點C方向繞設至內側之P6點，並透過第四連接件171將第二次線圈122之P6點耦接回第二次線圈122。

在一實施例中，至少一第三連接件及第四連接件171設置於電感裝置100的同一側。舉例而言，第三連接件161、162及第四連接件171設置於電感裝置100的下側。在另一實施例中，第三連接件161、162及第四連接件171設置於同一層。然而，本揭露不以上述實施例為限，第三連接件161、162及第四連接件171亦可依照實際需求而設置於不同層。舉例而言，第三連接件161、162可設置於次線圈111~116、121~126之上層，而第四連接件171可設置於次線圈111~116、121~126之下層，或者第三連接件161、162可設置於次線圈111~116、121~126之下層，而第四連接件171可設置於次線圈111~116、121~126之上層，端視實際需求而定。

請參閱第1圖，電感裝置100更包含第二中央抽頭端181，此第二中央抽頭端181耦接於第二次線圈121~126中位於外側的第二次線圈。舉例而言，第二中央抽頭端181耦接設置於外側的第二次線圈122之P6點。在一實施例中，第一中央抽頭端151設置於電感裝置100的第一側(如上側)，第二中央抽頭端181設置於電感裝置100的第二側(如下側)。在另一實施例中，第二中央抽頭端181與次線圈111~116、121~126設置不同層，並與第四連接件171設置於不同層。在一些實施例中，第二中央抽頭端181可設置於次線圈111~116、121~126與第四連接件171之上，或者設置於次線圈111~116、121~126與第四連接件171之下，抑或設置於次線圈111~116、121~126與第四連接件171之間，端視實際需求而定。在其餘實施例中，第二中央抽頭端181亦可視實際需求來決定是否要設置於電感裝置100裡，換言之，在部分實施例中，電感裝置100可不包含第二中央抽頭端181。

在一實施例中，電感裝置100更包含第二輸入輸出端192。第二輸入輸出端192設置於第二次線圈121~126中位於最外側的第二次線圈121，並設置於電感裝置100的第二側(如下側)。

在另一實施例中，電感裝置100的第一側(如上側)與第二側(如下側)係設置於第一方向(如垂直方向)上，電感裝置100的第三側(如左側)與第四側(如右側)係設置於垂直第一方向的第二方向(如水平方向)上。請參閱第1圖，於結構配置上，第一次線圈111~116中設置於第一側(如上側)與第二側(如下側)的第一次線圈之線寬大於設置於第三側(如左側)與第四側(如右側)的第一次線圈之線寬。此外，第二次線圈121~126中設置於第一側(如上側)與第二側(如下側)的第二次線圈之線寬大於設置於第三側(如左側)與第四側(如右側)的第二次線圈之線寬。本案採用第1圖之結構配置方式，可將交錯結構(如第一次線圈113透過第一連接件131與第二次線圈1211、1212交錯配置之整體交錯結構...等)均配置於電感裝置100的第一側(如上側)與第二側(如下側)，如此一來，於電感裝置100的第三側(如左側)與第四側(如右側)部分之線圈即可使用最小線寬與線距，以使電感裝置100達到最小面積之設計需求，並同時具備高互感值。

第2圖係依照本揭露一實施例繪示一種電感裝置100A的示意圖。相較於第1圖所示之電感裝置100，電感裝置100A更包含第二次線圈127A、第三線圈211A、第四線圈221A及第五線圈231A。

如圖所示，第二次線圈127A係設置於第二次線圈121A~127A中的最內側。第三線圈211A於P7點耦接設置於內側的第二次線圈125A，並逆時針繞設一圈後於P8點耦接設置於最內側的第二次線圈127A。在一實施例中，第三線圈211A設置於第二次線圈127A之上層，或者設置於第二次線圈127A之下層，端視實際需求而定。

電感裝置100A中的第三線圈211A可用以調整第一線圈與第二線圈的電感值，使得第一線圈之電感值與第二線圈之電感值成約一比一之比例。第3圖係繪示依照本揭露一實施例的一種電感裝置100A之實驗數據示意圖。如圖所示，實驗曲線L1、L2分別為第一線圈與第二線圈的電感值於不同頻率下的曲線，由圖中可知，本揭露藉由在電感裝置100A中新增第三線圈211A，而得以將第一線圈之電感值與第二線圈之電感值調整為約一比一之比例。

請參閱第2圖，第四線圈221A耦接於第一次線圈111A~116A中設置於內側的第一次線圈。舉例而言，第四線圈221A耦接設置於內側的第一次線圈113A。此外，第四線圈221A於電感裝置100A的左側與右側各包含其部分結構，並以電感裝置100A的中心點C為基準，相互對稱。在一實施例中，第四線圈221A設置於第一次線圈113A之上層，或者設置於第一次線圈113A之下層，端視實際需求而定。

第五線圈231A耦接於第一次線圈111A~116A中設置於最外側的第一次線圈。舉例而言，第五線圈231A耦接設置於最外側的第一次線圈111A。此外，第五線圈231A於電感裝置100A的左側與右側各包含其部分結構，並以電感裝置100A的中心點C為基準，相互對稱。在一實施例中，第五線圈231A設置於第一次線圈111A之上層，或者設置於第一次線圈111A之下層，端視實際需求而定。

需說明的是，第2圖之電感裝置100A的元件中，其標號與第1圖之電感裝置100的元件類似者(諸如第一次線圈111及第一次線圈111A兩者的標號類似)，具有相同的結構配置，為使本揭露之說明書簡潔，於第2圖之相關說明中不再贅述。

第4圖係繪示依照本揭露一實施例的一種如第1圖所示之電感裝置100的實驗數據示意圖。如圖所示，未採用本揭露之結構配置的電感裝置之兩線圈的品質因素(Q)實驗曲線為C1、C2。此外，採用本揭露之結構配置的電感裝置之兩線圈的品質因素實驗曲線為C3、C4。相較之下，採用本揭露之結構配置的電感裝置100，其兩線圈的品質因素平均值高出約6%~10%，由此可知，採用本揭露之結構配置的電感裝置100確實具有更佳的品質因素。

由上述本揭露實施方式可知，應用本揭露具有下列優點。採用本揭露實施例之架構的電感裝置具有更佳的結構對稱性及品質因素(Q)。此外，基於本揭露實施例之電感裝置的結構設計，中央抽頭端可由電感裝置的外側直接拉出，不需採用跳線等佔用其它層狀結構的方式拉出，因此，更便於結構設計，且中央抽頭端之結構配置方式使其可採用電流耐受性更高的材料來設計，而能承受更大的電流。

雖然上文實施方式中揭露了本揭露的具體實施例，然其並非用以限定本揭露，本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本揭露之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本揭露之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電感裝置

111~116、1111、1112‧‧‧第一次線圈

121~126、1211、1212‧‧‧第二次線圈

131~134‧‧‧第一連接件

141~144‧‧‧第二連接件

151‧‧‧第一中央抽頭端

161、162‧‧‧第三連接件

171‧‧‧第四連接件

181‧‧‧第二中央抽頭端

191‧‧‧第一輸入輸出端

192‧‧‧第二輸入輸出端

C‧‧‧中心點

P1~P6‧‧‧點

Claims

一種電感裝置，包含：

一第一線圈，包含複數個第一次線圈；

一第二線圈，包含複數個第二次線圈，其中該些第一次線圈與該些第二次線圈交互設置；

至少一第一連接件，耦接該些第一次線圈中設置於外側的該第一次線圈與設置於內側的該第一次線圈；

至少一第二連接件，耦接該些第二次線圈中設置於外側的該第二次線圈與設置於內側的該第二次線圈；以及

一第一中央抽頭端，耦接於該些第一次線圈中設置於外側的該第一次線圈。
如請求項1所述之電感裝置，其中該些第一次線圈與該些第二次線圈設置於同一層，其中該至少一第一連接件與該至少一第二連接件設置於同一層，其中該至少一第一連接件與該些第一次線圈設置於不同層，該至少一第二連接件與該些第二次線圈設置於不同層。
如請求項1所述之電感裝置，其中該些第一次線圈的其中至少一者透過該至少一第一連接件與該些第二次線圈的其中至少一者交錯配置，其中該些第二次線圈的其中至少一者透過該至少一第二連接件與該些第一次線圈的其中至少一者交錯配置。
如請求項1所述之電感裝置，其中該至少一第一連接件跨越該些第一次線圈的其中至少一者與該些第二次線圈的其中至少一者以耦接該些第一次線圈中設置於外側的該第一次線圈與設置於內側的該第一次線圈，其中該至少一第二連接件跨越該些第一次線圈的其中一者與該些第二次線圈的其中一者以耦接該些第二次線圈中設置於外側的該第二次線圈與設置於內側的該第二次線圈。
如請求項1所述之電感裝置，更包含：

一至少一第三連接件，其中該些第一次線圈的其中一者係朝該電感裝置的中心點繞設至內側，並透過該至少一第三連接件耦接於該些第一次線圈的其中另一者；以及

一第四連接件，其中該些第二次線圈的其中一者係朝該電感裝置的中心點繞設至內側，並透過該第四連接件耦接於該些第二次線圈的其中該者；

其中該至少一第三連接件及該第四連接件設置於該電感裝置的同一側。
如請求項1所述之電感裝置，更包含：

一第二中央抽頭端，耦接於該些第二次線圈中設置於外側的該第二次線圈；

其中該第一中央抽頭端設置於該電感裝置的一第一側，該第二中央抽頭端設置於該電感裝置的一第二側。
如請求項6所述之電感裝置，更包含：

一第一輸入輸出端，設置於該些第一次線圈中位於最外側的該第一次線圈，並設置於該電感裝置的該第一側；以及

一第二輸入輸出端，設置於該些第二次線圈中位於最外側的該第二次線圈，並設置於該電感裝置的該第二側。
如請求項7所述之電感裝置，其中該電感裝置的該第一側與該第二側係設置於一第一方向上，該電感裝置的一第三側與一第四側係設置於垂直該第一方向的一第二方向上，其中該些第一次線圈中設置於該第一側與該第二側的該些第一次線圈之線寬大於設置於該第三側與該第四側的該些第一次線圈之線寬，其中該些第二次線圈中設置於該第一側與該第二側的該些第二次線圈之線寬大於設置於該第三側與該第四側的該些第二次線圈之線寬。
如請求項1所述之電感裝置，更包含：

一第三線圈，耦接於該些第二次線圈中設置於內側的其中兩個該第二次線圈。
如請求項9所述之電感裝置，更包含：

一第四線圈，耦接於該些第一次線圈中設置於內側的該第一次線圈；以及

一第五線圈，耦接於該些第一次線圈中設置於最外側的該第一次線圈。