具体实施方式

第一实施例

参阅图1，本发明的第一实施例的电感器50包含第一层金属2(底部)、第二层金属3(顶部)，及层间连接部。连接所述第一层金属2和所述第二层金属3的层间连接部包括第一层间连接部4a与第二层间连接部4b，且所述第二层金属3与所述第一层金属2在该层间连接部接触。图2是所述第一层金属2和所述第一层间连接部4a与第二层间连接部4b重叠的示意图，图3是所述第二层金属3和所述第一层间连接部4a与所述第二层间连接部4b重叠的示意图，图4是把所述第一层金属2、所述第二层金属3、所述第一层间连接部4a，及所述第二层间连接部4b重叠的示意图。第一外部连接部2b和第二外部连接部3b具有为90度的倍数的夹角θ1，所述第一层金属2和所述第二层金属3沿外周的方向分别设有断开的切口2a和切口3a。需再说明的是，图2～4除了绘示本第一实施例所揭露的匝数X为1.5匝、1.25匝和1.75匝的电感器50(对应标示为有气桥支点盒)以外，还绘示根据本第一实施例所衍生的变化态样(对应标示为无气桥支点盒)。

如图5～8所示，所述第一外部连接部2b与所述第二外部连接部3b以线圈中心O为圆心相夹角度θ1。在所述第一实施例中，θ1为270度。图9为说明所述第一层金属2与所述第二层金属3的连接关系与匝数X的展开图。所述电感器50的匝数X是由所述第一外部连接部2b到所述第二外部连接部3b间的角度θ1大小而决定。也就是说，所述电感器50的匝数X如公式(1)所示。

X＝x1+x2+x1＝2x1+x2 (1)

在此，x1是所述第一外部连接部2b与所述第二层间连接部4b间、也就是单独只有第一层金属2的匝数。所述第二外部连接部3b与所述第一层间连接部4a间、也就是单独只有第二层金属3的匝数同样为x1。x2是所述第一层间连接部4a与所述第二层间连接部4b间、也就是所述第一层金属2与所述第二层金属3并联部分的匝数。并且，在所述第一实施例中，θ1＝270度，X≈1.75。

假设所述第一层间连接部4a连接于所述第二外部连接部3b、所述第二层间连接部4b连接于所述第一外部连接部2b，则X＝x2，X会几乎等于1。另一方面，当所述第一层间连接部4a与第二层间连接部4b重合时，X＝2x1，X会几乎等于2。换言之

1<X<2 (2)

基板1的材料可以是绝缘体或半导体。较佳地，使用阻抗值为1kΩ·cm以上的材料作为基板1。所述基板1例如但不限于高阻抗的硅、砷化镓、蓝宝石、多晶氧化铝，或玻璃。但在本发明中，并未限定所述基板1的材料。

并且，所述第一层金属2并非直接形成于所述基板1，所述基板1与所述第一层金属2间也可以设置其他的材料。例如，在所述基板1使用介电常数较高的材料时，可以在所述基板1与所述第一层金属2间设置作为绝缘层的二氧化硅。所述第一层金属2与所述第二层金属3的材料可以是以金、铜或铝为主成分的金属或是合金，也可以是其他金属的合金。

如图10～11显示电感器51为了形成第一层金属2与第二层金属3间的气隙5而具有空桥结构的一个例子。在这个例子中，所述第二层金属3的外周侧设有多个支撑柱3c，使得所述第二层金属3能被所述基板1支撑，因此能在所述第一层金属2与所述第二层金属3间形成气隙5。所述支撑柱3c从所述第二层金属3的外周侧沿径向往外延伸而形成，并沿轴向以其前端固定在所述基板1上。所述支撑柱3c沿所述第二层金属3的外周间隔地设置，所述支撑柱3c与所述第二层金属3间无法供电流流通。虽然所述支撑柱3c也可以设置在所述第二层金属3的内周侧，但是如果像图11所示地将所述支撑柱3c设置在所述第二层金属3的外周侧，可以安定地支撑所述第二层金属3。并且，一旦高频率的电流流经圆环状的线圈时，圆环状的线圈中内周的电流会大于外周侧的电流。因此，将用于机械支撑所述第二层金属3的位置设置在所述第二层金属3的外周侧，比起设置在内周侧可减少对高频率电流的影响，而获得较高的Q值。再者，当电流流经电感器时会在线圈的内周侧产生磁场，一旦在线圈的内周设置所述支撑柱3c，将会减少内周侧的面积，也会减少电感值，因此，最好将所述支撑柱3c设置在所述第二层金属3的外周侧。然而，以确保机械强度的观点而言，也可以将少量支撑的位置设置在内周侧。

借由三维电磁场模拟比较研究了该具有空桥结构的电感器的特性。在所述第一实施例的电感器50中，所述第一层金属2的厚度为0.3～3.5μm、所述第二层金属3的厚度为3～12μm、第一层金属2的厚度小于第二层金属3的厚度、其间的气隙5高度ΔH为2～7.5μm、圆环的外周直径为400μm、金属宽度A为70μm，且匝数X为1.75匝，此时电感值为1.8nH，最大Q值为70，获得最大Q值的频率为6.5GHz，截止频率在15GHz以上，第一层金属2和第二层金属3在基板1的垂直方司上可位于相同位置，但也可不同，第一层金属2的内边缘和第二层金属3的内边缘之间的径向偏差为10μm以下，所述切口2a、3a的宽度为5μm以上和50μm以下。此外，外侧的金属环匝数和内侧的金属环匝数可以相同，也可以为不同。

图12～14显示所述空桥结构的制造流程的一个例子。首先，为了形成所述第一层金属2与所述支撑柱3c，如图12(a)所示地，在由绝缘体或半导体制成的基板1上，以无电解电镀法形成第一种子层40。接着如图12(b)所示地，在所述第一种子层40上涂布第一阻挡层41。

接着如图12(c)所示地，通过图未示的光罩进行曝光42，如图12(d)所示地，蚀刻掉曝光的部分而形成阻挡层的去除区域41a与阻挡层的去除区域41b。在所述第一阻挡层41与对应的蚀刻过程中，也可以选用将未曝光的部分蚀刻去除的制程与材料。所述阻挡层的去除区域41a是为了形成第一层金属2而产生，以形成图10中具有所述切口2a的圆环状。所述阻挡层的去除区域41b是为了形成支撑柱3c的下部3c1而产生，以形成位于所述阻挡层去除区域41a外周的岛状区域。

如图12(e)所示，通过电解电镀法，在所述阻挡层的去除区域41a形成所述第一层金属2，并在所述阻挡层的去除区域41b形成所述支撑柱3c的下部3c1。接着如图12(f)所示地，去除残留的第一阻挡层41。接着如图13(a)所示地，通过蚀刻将所述第一层金属2下方与所述支撑柱3c的下部3c1下方以外区域的第一种子层40去除。

如图13(b)所示地，在所述第一层金属2上、所述第一层金属2与所述支撑柱的下部3c1间，形成作为牺牲层的第二阻挡层44。但是，针对图10所示的第一层间连接部4a及第二层间连接部4b，要在所述第一层金属2上设置所述第二阻挡层44的去除部。涂布所述第二阻挡层44后，如图13(c)所示地，通过无电解电镀法在所述基板1上，形成覆盖所述支撑柱3c的下部3c1与所述第二阻挡层44的第二种子层45。

接着如图13(d)所示地，在所述第二种子层45上涂布第三阻挡层46。如图13(e)所示地，通过图未示的光罩对在所述第二层金属3的形成区域与所述支撑柱3c的形成区域进行曝光47。之后，通过蚀刻曝光的部分并进行显影，而如图13(f)所示地，形成所述第三阻挡层46的阻挡层去除区域46a。在所述第三阻挡层46与对应的蚀刻过程中，也可以选用将未曝光的部分蚀刻去除的制程与材料。

接着如图14(a)所示地，通过电解电镀在所述阻挡层去除区域46a形成第二层金属3与所述支撑柱3c的上部3c2。接着如图14(b)所示地去除第三阻挡层46。之后，如图14(c)所示地，通过蚀刻将所述第二种子层45去除。通过这种方式形成所述支撑柱3c的下部3c1与上部3c2。之后，借由将作为牺牲层的所述第二阻挡层44蚀刻去除，形成所述第一层金属2、所述第二层金属3，及所述支撑柱3c间的气隙5。换言之，得以实现在所述第一层金属2与所述第二层金属3间具有所述气隙5的空桥构造。

所述第一实施例的电感器50，从垂直于所述基板1的方向看，是所述第一层金属2与所述第二层金属3重叠的构造，并且，在所述第一层间连接部4a与所述第二层间连接部4b间，所述第一层金属2与所述第二层金属3并联。因此能降低集肤效应造成的损失。

再者，从垂直于所述基板1的方向看，所述第一层金属2与所述第二层金属3具有相间隔的重叠位置，线圈的内周侧与外周侧没有分割的螺旋线圈结构。因此，可避免螺旋线圈结构导致的邻近效应。也就是螺旋电感器因为邻近效应，通过外周侧的线圈的电流产生的磁场，导致在内周侧产生涡电流的现象。因此，在线圈的内周侧因为涡电流而让电流通路内周侧的截面积缩小导致损失增加，这种损失的增加会降低Q值。然而，在本发明的线圈构造中，因为没有螺旋线圈构造，得以回避邻近效应产生的损失。进一步地，因为所述第一层金属2与所述第二层金属3在特定的区域内并联，得以降低邻近效应并获得较高的Q值。

再者，在IPD电路图案中设置电感器时，一旦决定第一外部连接部2b与第二外部连接部3b的关系，不仅会限制配置的自由度，必要的额外配线也会导致电路特性的恶化。然而，在本发明中，所述第一层金属2与所述第二层金属3在垂直于所述基板1的方向上相间隔地并联，因此能获得较高的Q值。

为了确认能获得较高的Q值，设置了如图15中比较例一的电感器60，和图16中比较例二的电感器61。所述比较例一与所述比较例二皆具有螺旋线圈的结构。如图15与图16所示地，第一层金属10具有第一外部连接部14，第二层金属11具有第二外部连接部19。

在图15所示的比较例一中，外周侧的线圈具有所述第一层金属10与所述第二层金属11间设有气隙12的空桥结构。内周侧的线圈同样地，具有第一层金属15与第二层金属16间设有气隙17的空桥结构。通过在外周侧的所述第一层金属10与所述第二层金属11分别设置切口10a与切口11a，能让匝数几乎为1。外周侧的所述第一层金属10与所述第二层金属11通过层间连接部13a、13b、13c及13d而并联。所述第一层金属15与所述第一层金属10串联，所述第二层金属16与所述第二层金属11串联。内周侧的第一层金属15与第二层金属16，通过层间连接部18a与层间连接部18b并联。

外周侧的第一层金属10的其中一端设有第一外部连接部14，内周侧的第二层金属16的其中一端设有第二外部连接部19，与所述第一实施例相同地，沿外周的方向具有夹角θ1，也就是相隔270度的配置。因此，内周侧的第一层金属15与第二层金属16的匝数几乎为0.75。因此，比较例一的总匝数和第一实施例一样几乎为1.75。

图16所示的比较例二，与比较例一相比，并不具备位于外周侧的所述第一层金属10与第二层金属11间的气隙12，所述第一层金属10与第二层金属11互相叠置且电性连接，也不具备位于内周侧的所述第一层金属15与第二层金属16间的气隙17，所述第一层金属15与第二层金属16互相叠置且电性连接。因此，比较例二的总匝数和第一实施例一样几乎为1.75。

所述第一实施例、比较例一，及比较例二使用的基板为砷化镓(GaAs)，且厚度为20μm。所述第一实施例、比较例一，及比较例二的线圈材料皆为金(Au)，所述第一层金属的厚度为3μm，所述第二层金属的厚度为4μm。所述比较例一和比较例二皆为圆环形，且外周直径同样是400μm，且与所述第一实施例在频率为5GHz时同样具有1.8nH的电感值。

为了让所述第一实施例、比较例一，及比较例二的电感值能相同，针对比较例一与比较例二的外周侧的第一层金属和第二层金属10、11的宽度A，与内周侧的第一层金属和第二层金属15、16的宽度B，及外周侧层金属与内周侧层金属的间隔S进行调整。在这里，于调整层金属的宽度A与层金属的宽度B的过程中，为了降低邻近效应造成的损失，，所以内周侧的层金属15、16的宽度B约为外周侧层金属10、11的宽度A的一半。具体地，所述第一实施例的第一层金属2与第二层金属3沿其径向的宽度为70μm。相对地，所述比较例一外周侧的第一层金属和第二层金属10、11的宽度A为40μm，所述比较例二外周侧的第一层金属和第二层金属10、11的宽度A为45μm。并且，所述比较例一与比较例二的内周侧的第一层金属和第二层金属15、16的宽度B皆为20μm。并且，所述比较例一与比较例二的内外周侧的第一层金属和第二层金属的间隔S皆为20μm。

图17描述了第一实施例(W1)、比较例一(C1)，及比较例二(C2)的电感值与频率的对应关系，可以看出具有几乎相同的电感值。

图18是重复写入了上述三种情况下的品质因数Q值与频率的对应关系，也就是对比第一实施例(W1)、比较例一(C1)、比较例二(C2)，不同环状宽度(环宽)，设置不同匝数，形成相同电感值，会产生不同的Q-频率曲线，在本发明的第一实施例(W1)中，70被实现为最大Q值，而在比较例一(C1)中为64，在比较例二(C2)中为59，与本发明第一实施例相比变小，因此，可以看出本发明对于提高Q值是有效的。

第二实施例

图19显示本发明的第二实施例的电感器40。是以更小的面积制作电感值更大的电感器结构，参见平面图结构示意图，由外侧的金属环和内侧的金属环构成，除了抽屉部的交叉增加之外，外侧金属环的结构与第一实施例相同。

内侧的结构是第一层金属和第二层金属在垂直方向上由气桥隔开并且并联连接的金属环，但是，由于外部连接部通过外侧金属环的切口向外周伸出，所以匝数比一匝稍多。

使用该结构，与相同外周尺寸的第一实施例的电感器相比，其电感值大约为第一实施例的电感器的电感值的1.8倍，具体而言，在第二实施例的电感器的外周直径400μm的情况下，电感器的电感值为3.8nH左右。

第三实施例

图20显示本发明的第三实施例的电感器52。图20中显示出与图1相同的部分组成。所述电感器52的第一外部连接部2b与第二外部连接部3b，以线圈中心O为圆心相夹角度θ2。所述第三实施例的所述角度θ2约为90度。所述电感器52的总匝数几乎为1.25。

图21显示比较例三的电感器62。所述电感器62与所述第三实施例的所述第一层金属2与所述第二层金属3的内径、外径，及厚度相同。并且，所述比较例三与所述第三实施例的电感器52相同：所述第一外部连接部2b与所述第二外部连接部3b，以线圈中心O为圆心相夹角度θ2(＝90度)。在所述比较例三中，所述第一外部连接部2b与所述第二层金属3的切口3a间的区域20，形成有位于所述第一层金属2与所述第二层金属3间的气隙5。另一方面，在所述比较例三中，在所述区域20形成所述气隙5以外的区域21，所述第一层金属2直接叠置在所述第二层金属3上，而形成电性连接。所述比较例三的总匝数与所述第三实施例相同，几乎为1.25。

图22为所述第三实施例(W3)与所述比较例三(C3)的电感值(L)对频率(GHz)的比对图。如图22所示地，在频率为0GHz～15GHz的高频范围中，所述第三实施例(W3)与所述比较例三(C3)的电感值(L)几乎相同，在0.9nH～1.2nH的范围之间移动。

图23为所述第三实施例(W3)与所述比较例三(C3)的Q值对频率(GHz)的比对图。如图23所示地，在频率为1.3GHz～15GHz的高频范围中，所述第三实施例(W3)的Q值比比较例3(C3)的Q值还高。

所述第三实施例(W3)的Q值比比较例3(C3)的Q值还高的理由如下。在所述第三实施例中，由于所述第一层间连接部4a与所述第二层间连接部4b间形成有所述气隙5，所述形成有所述气隙5的区域形成并联而能降低集肤效应。另一方面，在比较例三的区域21中，所述第一层金属2与所述第二层金属3间没有所述气隙5而直接地相叠，因此无法降低集肤效应。因此，造成图23中所述第三实施例与所述比较例三之间Q值的差异。

第四实施例

图24与图25显示出本发明的第四实施例的电感器53。在所述第四实施例的电感器53中，设有介电常数较低的绝缘材料23来取代图20所示第三实施例的电感器52中的所述气隙5。所述绝缘材料23例如介电常数较低的聚酰亚胺树脂。所述绝缘材料23也可以使用介电常数较低的其他材料。所述绝缘材料23并不需要设置在线圈的整个圆周上，可以沿圆周方向分散地设置。

在所述第四实施例的电感器53中，虽然因为所述第一层金属2与所述第二层金属3间的寄生电容增加而导致截止频率下降，但在某些情况下截止频率的下降是可以被接受的。在所述第四实施例中，因为所述第一层金属2与所述第二层金属3间设有所述绝缘材料23，得以维持所述第一层金属2与所述第二层金属3的机械强度。因此，根据所述第四实施例，并不需要如图10所示的支撑柱3c。

第五实施例

图26显示螺旋状地形成四角形的本发明第五实施例的电感器54。所述第五实施例的电感器54在图未示的基板上设有具备切口24a的第一层金属24。第二层金属25在垂直于基板的方向上，与所述第一层金属24以气隙26相隔地设置。所述第一层金属24与所述第二层金属25为具有相同尺寸的四角形，所述第二层金属25形成有将线圈沿外周方向隔断的切口25a。也就是说，所述第一层金属24与所述第二层金属25各自的匝数都不到1。

在所述第一层金属24的其中一端，设有用于连接电感器54以外的配线或组件的第一外部连接部24b。所述第一层金属24的另一端通过第一层间连接部27a与所述第二层金属25电连接。所述第二层金属25的其中一端，和所述第一层金属24的第一外部连接部24b的位置错开。所述第二层金属25的其中一端，设有用于连接电感器54以外的配线或组件的第二外部连接部25b。所述第二层金属25的另一端通过所述第二层间连接部27b与所述第一层金属24电连接。

如第五实施例这样，即使将线圈的形状设计为四角形，与四角形的螺旋线圈电感器相比也能获得较高的Q值。在所述第五实施例的情况下，通过改变所述第一外部连接部24b与所述第二外部连接部25b间沿外周方向的间隔，能将匝数在1到2之间任意地变换。在线圈形状为多角形的情况下，线圈形状并不限于四角形，也可以是五角形以上的多角形，较佳地，例如为八角形以上的话，可以获得近似于圆形的特性。

综上所述，即使将第一层金属2和第二层金属3更换，本发明的本质也不会改变；此外，也可以在第一层金属2和第二层金属3之间使用比介电常数小且厚度厚的绝缘材料23，而不是使用气桥，这种材料例如有聚酰亚胺树脂，与气桥相比，由于第一层金属2和第二层金属3之间的寄生电容增加，截断频率降低，但也有能够容许的情况，在这种情况下，因为能保持机械强度，不需要配置在金属层外周的支撑柱3c，故确实达成本发明的创作目的。

需要说明的是，本发明电感器可以如第一实施例的上下层金属层构成的电感器，也可以由第二实施例的外侧的金属环和内侧的金属环构成电感器，其中内侧的金属环可以由上下两层金属层构成，也可以由单层的金属层构成。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。