組合式電感組件的製作方法
2023-07-02 04:37:16 1
專利名稱：組合式電感組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電感組件，特別是一種以半導體工藝製成的組合式電感組件。
隨著科技不斷地進步，半導體技術日益成熟，使得電信技術的發展一日千裡，發展日漸蓬勃。一般而言，在半導體組件中製作高頻電感組件是十分困難的，而特性良好的半導體電感組件，至少需要具備高電感密度、高品質因子與高穩定性等特點。故使其製作難度也相對地提高。在電感的製作過程中，可用增加電感的匝數的方法使電感量增加，但電感匝數增加後，基底的寄生電容亦隨之增加，使自振頻率(self-resonant frequency)逐漸降低。通常，我們可利用多層(multi-level)電感結構解決此等問題，其具體作法將於下文中加以說明。
請參照
圖1，是現有技術的一種多層電感組件，公開於美國專利案第5,610,433號。如圖所示，電感10可由線圈M1、M2和M3所組成，而架構出三層式電感結構；其中，每一線圈均可由數個不同口徑的金屬線圈所構成，如圖式中的內外層金屬線圈即其中一例。金屬線圈的直徑介於數十微米至數千微米之間，金屬材質可以是鋁或其它具高導電係數的材料。每一層金屬線圈彼此間的連線(interconnections)關係如圖所示，在半導體實務中，此等連線系利用各絕緣層(isolating layers)彼此間的介層窗(via)予以實現的。由圖中可看出，電流得自導線11饋入電感10內，每一線圈內的電流方向如圖式中矢號所示，並自導線48向外流出。
雖然利用多層式電感結構可達到增加高單位面積電感值的目的，但相對的，此種方法使工藝複雜性提高，因而使可靠度降低。再者，一般的微波電路並非多層式結構，若單只為了電感的製作而增加多道金屬工藝及光罩，相當不符合經濟效益，且耗費相當的人力及時間成本。
另一現有技術系利用增加線圈匝數的作法，達到增加電感值的目的。但線圈匝數提高後，相對使得所佔用的面積增加，整體而言，反而使單位面積電感值降低，徒然浪費電路的可用面積，使電感自振頻率下降，無法達到預期的目標。
綜觀以上所述，現有技術中所採用的電感結構至少具有下列缺點一、多層式電感結構使工藝複雜性提高，並使可靠度降低。
二、多層式電感結構需增加多道金屬工藝及光罩，不符合經濟效益，且耗費人力及時間成本。
三、線圈匝數增加除大幅降低單位面積電感值外，更使電感自振頻率下降，徒然浪費電路的可用面積。
因此本發明的目的就是在於提供一種組合式電感組件，可利用單層結構加以實現，使工藝複雜性降低，以提高可靠度。
本發明的另一目的是在於提供一種組合式電感組件，可大幅提高電感值，並維持原有的單位面積電感值。
為達到上述及其它目的，本發明提供一種組合式電感組件，可形成於半導體基底或絕緣體的表面處，包括有數個螺旋狀電感，並以一串聯方式相互耦接。由於此等螺旋狀電感可利用同一金屬工藝予以實現，故每一螺旋狀導體均可位於同一平面上，以形成組合式電感結構。另一方面，每一螺旋狀導體彼此間的串聯方式，可採取順向串聯或反向串聯，其中任一螺旋狀導體，最少有一相鄰螺旋狀導體與之反向串聯。
需要注意的是，本發明提出了一種組合式電感組件，以提高單位面積電感值。此種將電感值增加的作法，系利用數個螺旋狀電感互相串聯加以實現，故單位面積電感值不致因電感值的增加而滑落；反觀現有的作法，系利用增加匝數的方法使電感量增加，故而在電感量增加的同時，亦使得單位面積電感值隨之滑落，在匝數愈多的情況下，此等缺失將更加嚴重；故而在相同的可利用面積下，利用本發明所提出的組合式電感架構可獲得更大的電感值，且單位面積電感值不致因電感值的增加而滑落，使空間的利用更具有效率。利用數個螺旋狀電感互相串聯以實現組合式電感組件系本發明的重要技術特徵之一。
綜觀以上所述，與已知的電感結構相比較，本發明至少具有下列優點一、本發明所提供的組合式電感組件，可利用單層結構加以實現，使工藝複雜性降低，以提高可靠度。
二、本發明所提供的組合式電感組件，可大幅提高電感值，並維持原有的單位面積電感值。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，特舉一較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下圖1是利用現有技術的一種多層電感組件；圖2是依照本發明的第一實施例，所提供的一種組合式電感組件；圖3是依照本發明的第二實施例，所提供的一種組合式電感組件；圖4是依照本發明的第三實施例，所提供的一種組合式電感組件；圖5是依照本發明的第四實施例，所提供的一種組合式電感組件；
圖6是依照本發明的第五實施例，所提供的一種組合式電感組件；圖7是利用兩螺旋狀電感互相順向串聯，所組成的電感組件；圖8是依照本發明的第一實施例，所製作的一種組合式電感組件；圖9是不同的電感串聯方式對電感值所造成的影響；圖10是電感匝數與單位面積電感值二者間的關係；圖11是單一電感與反向串聯電感的單位面積電感值比較。
其中，部件與附圖標記分別為10電感；300 電感；302、304 螺旋狀導體；500 電感；600 電感；602、604、606、608螺旋狀導體。
接著，為突出本發明的特點及其實用性，下文中將針對一些實驗結果及數據加以探討，以期對此等組合式電感組件有更深刻的認識。
請參照圖7，由兩螺旋狀電感互相順向串聯而成；而圖8則是依照本發明的第一實施例，所製作的一種組合式電感組件，由兩螺旋狀電感互相反向串聯而成。下文中，將針對這兩個實作成品的特性加以探討，進而整理出一些組合式電感組件的操作特性，以利實際上的應用。
請參照圖9，其表示不同的電感串聯方式對電感值所造成的影響。如圖所示，若以2匝的單一電感作為比較的基準，則反向串聯電感所得到的電感值最大，順向串聯電感所得到的電感值次之，而2匝的單一電感其電感值最低。
請參照圖10，其表示電感匝數與單位面積電感值二者間的關係。眾所周知，增加電感的匝數可使電感量增加，但另一方面，我們亦可看出，當電感匝數增加後，相對的，其單位面積電感值反而降低。如圖所示，2匝電感的單位面積電感值約為單匝電感的70％至76％，亦即單位面積電感值將隨電感匝數的增加而降低，因此利用增加匝數使電感量增加的方式，在使用空間有限的情況下是十分不經濟的，且電感的整體效能亦隨之滑落。
請參照圖11，其表示單一電感與反向串聯電感的單位面積電感值比較。如圖所示，雖反向串聯電感的單位面積電感值較單一電感為低，但差異性並不大，且操作頻率愈高，兩者間的差異性愈低；整體而言，反向串聯電感的單位面積電感值，約可維持在單一電感結構的86％至100％，成果相當卓著；因此，此等結構提供了一種新的作法，可大幅縮減電感所佔用的面積，使RF電路的尺寸得以儘可能地縮小，增加了實用的價值。
此外，上文中所提及的組合式電感組件，系利用螺旋狀導體的串聯結構加以實現，故此等電感組件可形成於同一平面上，此亦為本發明的精神所在；但實施例中所表示的螺旋狀導體數目僅供參考，並非用以限定本發明，且電感矩陣的名詞系定義為數個相互串聯的電感所形成的集合，熟悉此技術的人員應用不同數目的類似結構應不脫離本發明的精神。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，然而其並非用以限定本發明，任何熟習此技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種改進和更新，因此本發明的保護範圍當以權利要求書限定的保護範圍為準，凡依本發明權利要求範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種組合式電感組件，位於一絕緣體的表面處，其特徵在於該組合式電感組件包括複數個串聯的螺旋狀導體，該等複數個螺旋狀導體中，有一個螺旋狀導體為反向串聯。
2.一種組合式電感組件，其特徵在於包括一絕緣體；複數個螺旋狀導體，位於該絕緣體上，而該等螺旋狀導體系位於同一層，而該等螺旋狀導體中的一螺旋狀導體，有一相鄰的螺旋狀導體與之反向串聯。
3.根據權利要求1所述的組合式電感組件，其特徵在於該等螺旋狀導體是構成一電感矩陣。
4.根據權利要求2所述的組合式電感組件，其特徵在於該等螺旋狀導體是構成一電感矩陣。
5.根據權利要求1所述的組合式電感組件，其特徵在於該絕緣體為一半導體基底。
6.根據權利要求2所述的組合式電感組件，其特徵在於該絕緣體為一半導體基底。
全文摘要
本發明公開了一種組合式電感組件,可形成於半導體基底或絕緣體的表面處,包括有數個彼此串聯的螺旋狀導體。由於此等螺旋狀導體可利用同一金屬工藝予以實現,故每一螺旋狀導體均可位於同一平面上,以形成組合式電感結構。相鄰螺旋狀電感間的串聯方式,可採用順向或反向,其中任一螺旋狀導體,最少有一相鄰螺旋狀導體與之反向串聯,經由相鄰螺旋電感的順向或反向交替串接,可明顯提升串聯電感的單位面積電感值。
文檔編號H01F17/00GK1378219SQ01109528
公開日2002年11月6日 申請日期2001年3月30日 優先權日2001年3月30日
發明者周國煜, 蘇翔, 郭仁財 申請人:華邦電子股份有限公司