CN101647156B - 从折叠柔性电路制造多匝线圈的方法 - Google Patents

Abstract

一种多匝线圈器件，包括柔性电路板，以及与该柔性电路板的两面相连的以串联方式电连接起来的多个线圈。线圈形成为在按照Z形模式折叠电路板时，线圈是基本对准的并且具有相同的电流方向。线圈是按照先从前到后再从后到前的顺序以串联方式连接起来的，其中线圈是经由该柔性电路板中的电镀通孔连接的。

Description

从折叠柔性电路制造多匝线圈的方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求申请日期为2007年3月29日，题目为“PRIMARY ONLY CONSTANT VOLTAGE/CONSTANT CURRENT(CVCC)CONTROL IN QUASI RESONANT CONVERTOR”的共同未决美国临时专利申请号No.60/921,220在35 U.S.C.119(e)下的优先权，通过参考并入该申请。

技术领域

本发明涉及用于生产多匝线圈的设备和方法。更具体地，本发明涉及使用折叠柔性电路形成多匝线圈。

背景技术

始终存在多匝线圈的需求。此类多匝线圈用作传感器、致动器、天线、变压器中的电子组件，并用作电机或交流发电机中的电子组件。用于制造多匝线圈的当前工艺是在电路板上形成线圈迹线。通常，线圈由印刷、蚀刻或以别的方式形成到电路板上的导电材料的螺旋线组成。通过在电路板一面上形成与电路板的另一面上的线圈相连的线圈，可以形成双层线圈。所需要的是简单的低成本多匝线圈，以及生产两层以上的且具有更多线圈匝数的线圈的高成本效益方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，公开了一种多匝线圈器件。该器件包括柔性电路板以及与该电路板相连的多个线圈。该多个线圈是以串联方式连接在一起的，并且每个线圈具有顺时针或逆时针电流方向。另外，该线圈具有向内或向外螺旋方向。该线圈是这样形成在该电路板上的，从而在折叠该柔性电路板时，该线圈彼此基本重叠并形成一个多匝线圈。优选地，这样形成该线圈，从而在沿折叠线折叠该柔性电路板时，该重叠线圈具有基本相同的电流方向。

可以把该线圈连接到、形成到或附着到该柔性电路板的一面或两面上。优选地，该柔性电路板的两面上都有线圈，并且该柔性电路板的每一面上都有相同数目的线圈。另外，该电路板的相对面上的线圈最好是基本对准的。该线圈可以是按任意串联顺序连接在一起的。然而，最好把前后相对线圈顺序串联在一起。这可以提供线圈之间的连接不会跨越任何线圈环路的拓扑。正面环路朝中心方向螺旋前进，并穿过在其中与该背面线圈相连的该电路板。背面线圈朝远离中心的方向螺旋前进，并且在其中可与相邻的背面线圈相连的外边缘结束。该线圈的这种布局消除了该线圈通路跨越线圈迹线之间的连接器或线圈迹线的必要性。串联连接该线圈的优选顺序是从前到后再从后到前的重复顺序。优选地，该电路板相对面上的线圈的连接是通过该电路板的导电通路，但是其他导电通路也是可设想的。该导电通路可以是连接器，或优选地，可以是电镀通孔。该柔性电路板可以是单层电路板，或可选地，可以使用多层电路板。

在折叠该柔性电路板并对准该线圈之前，应在与折叠处理后与其他线圈紧邻的线圈上方放置绝缘材料，以防止该线圈短路。该绝缘材料可以是涂敷到该线圈上的涂层。可选地，该绝缘材料可以是连接到折叠时与另一个线圈接触的线圈上的一块或几块隔膜。

在本发明的另一实施例中，该柔性电路板包括在折叠该电路板时对准该线圈的装置。优选地，该对准装置是一条折叠线，但是其他对准装置也是可设想的。这些装置可以包括但不限于对准孔、该电路板上的标记以及在该柔性电路板上形成的图案。优选地，该折叠线为该柔性电路板上的划线，但是可以包括其他装置，包括但不限于穿孔、切口和缺口。该折叠线不应切断或破坏横切该折叠线的任何导电迹线。该划线可以是在该电路板上、与该电路板相连的绝缘材料上形成，或是在二者之上形成。

可以使用不同的折叠模式来形成多匝线圈。优选地，使用Z形模式，但是其他折叠模式也是本发明可设想的。可以使用对折模式。该折叠模式是按以下方式形成的，将该柔性电路板对折，接着再次对该电路板进行对折。可选地，可以使用双幅折叠来折叠该电路板。在该模式中，把该柔性电路板的两端折叠到中部。接着，对该折叠结构进行对折。同样，可以考虑滚动折叠模式。该折叠模式是按以下方式形成的，把第一个线圈或相对线圈对折叠到相邻线圈或线圈对上。把折叠后的结构重复折叠到相邻线圈或线圈对上，直至所有线圈形成为形成多匝线圈的多层堆叠。

根据本发明的第二方面，公开了用于生产多匝线圈器件的方法。在一个步骤中，形成柔性电路板。该电路板可以是任何非导电柔性材料，最好是聚合物材料，其中该电路板是从一大张聚合物材料上切割下来的。可选地，可以把柔性非导电材料注入到铸模中或对其进行压平，以提供所需的柔性电路板形状。

在另一步骤中，形成多个线圈并将其连接到该柔性电路板上。该线圈可以是用包括但不限于蚀刻、电镀方法形成的，或者以粘附方式把预先形成的线圈连接到该柔性电路板上。可选地，该线圈可以是用导电墨水印刷形成的。优选地，对该线圈进行定位以便在折叠该柔性电路板时基本重叠。另外，每个线圈的电流方向，或者为基本顺时针方向或者为基本逆时针方向，最好都在相同方向上。

作为生产多匝线圈的一部分，可以把对准装置形成到、连接到或附着到该电路板上。该对准装置包括但不限于，机械器件通过其提供对准的孔，形成通过互锁提供对准的电路板结构，应用有助于外部对准机制的标记，或优选地，形成折叠线。通过穿孔、切口、留标记，或优选地，通过划线，可以形成折叠线。该折叠线不应干扰横切该折叠线的任何导线。此类干扰包括切割、破坏或明显增加横切该折叠线的导线的电阻。

对于该柔性电路板的两面上均有线圈的多匝线圈，需要以串联方式把该柔性电路板正面上的线圈和该柔性电路板背面上的线圈连接起来的装置。优选地，该连接是通过穿过该电路板的导电通路实现的。用于此种连接的一个方法是利用电镀通孔，然而，其他方法也是可设想的。这些方法包括但不限于连接器或电线。

在折叠具有连接的线圈的柔性电路板之前，需要对折叠时与另一个线圈接触进而引起短路的线圈涂敷绝缘材料。该绝缘材料可以是形成到该线圈上的涂层。可选地，该绝缘材料可以是与折叠时彼此接触的线圈或其他导体相连的绝缘薄膜。可以使用一片或几片绝缘材料。绝缘材料的位置取决于所用的折叠模式。

在一个实施例中，优选的折叠方法是Z形模式。然而，其他折叠模式也是可设想的。这些折叠模式包括但不限于对折模式，双幅折叠模式或滚动折叠模式。

附图说明

通过结合附图阅读典型实施例的下述详细说明，将更好地理解本发明，其中：

图1A是柔性电路板的顶视图，该柔性电路板两面上具有用串联方式连接在一起的线圈，其中线圈经由电镀通孔从一面连接到另一面；

图1B是柔性电路板的顶视图，该柔性电路板某一面上具有用串联方式连接的线圈；

图1C表示柔性电路板的侧视图，在该电路板的两面上具有用串联方式连接的线圈，并且在电路板的顶部和底部具有绝缘涂层；

图2表示一个多匝线圈，其中柔性电路板是按照Z形模式部分折叠的并且带有绝缘隔膜；

图3表示一个多匝线圈，其中柔性电路板和绝缘隔膜是用对折模式折叠的；

图4A表示可选的圆形线圈几何形状；

图4B表示可选的椭圆线圈几何形状；以及

图5表示用于形成多匝线圈的发明步骤的流程图。

具体实施方式

本发明的以下说明是以能够以最佳方式(当前称为实施例)讲授本发明的形式提供的。本领域的熟练技术人员可以理解，可以对所述实施例进行许多修改，而仍能获得本发明的有益结果。在不使用其他特征的情况下，通过选择本发明的某些特征可以获得本发明的某些益处也是显而易见的。因此，本领域的技术人员可以理解，对本发明的许多变更和修改都是可行的，并且在某些情况下可能是所期望的，这些变更和修改均是本发明的一部分。因此，提供以下说明是为了说明本发明的原理而不是对其进行限制，原因在于本发明的范围是由权利要求书定义的。

图1A表示从具有一连串内旋线圈120和外旋线圈125的柔性电路板110形成的未折叠的多匝线圈100。折叠后，多匝线圈100可以用作传感器(未示出)的一部分。

在所示实施例中，在柔性电路板110的正面和背面上示出许多内旋线圈120和外旋线圈125。电路板110的背面上的线圈120和125是用虚线表示的。线圈120和125是用串联方式连接的。利用电镀通孔130提供电路板110的正面上的线圈120和电路板110的背面上的相对线圈125之间的连接。然而，也可以设想提供连通性的其他方法，包括但不限于直接焊接、连接器和电线。

为了产生对磁通量敏感的器件，折叠时线圈120和125的电路通路的电流方向需要在基本相同的方向上。电流方向系指线圈120和125中的顺时针或逆时针电流方向。因此，必须形成并耦合电路板110正面上的线圈120和电路板110的背面上的相对线圈125的电流方向，以便保持与穿过线圈120和125中心的磁场相关的基本相同的电流方向。

按照图1A所示的电路通路，电路从触点150开始，经由导电通路122连接到柔性电路板正面上的线圈120。线圈120和电路通路遵循基本顺时针方向，并且在电镀通孔130处结束。电镀通孔130位于线圈通路的内部。借助于电镀通孔130，电路通路穿过柔性电路板110到达电路板110的背面。在该电路板的背面，电镀通孔130与线圈125相连。从电路板110的顶部看，电路板110的背面上的线圈125的流通路遵循基本顺时针外旋方向。背面线圈125在线圈125的外边缘结束，在该位置上，利用导线124将其连接到相邻线圈120。

优选地，线圈120和125是按照先从前到后、再从后到前的重复模式连接起来的。这种连接安排的优点是，无需跨越线圈导线就能连接到相邻线圈。如图所示，从顶部看时，背面线圈125沿顺时针方向朝外面螺旋前进到导线124，后者连接电路板110背面上的相邻线圈120。

优选地，柔性电路板110被设计成采用Z形模式进行折叠。相邻折叠区域内的线圈对120和125是按照相邻线圈120和125的镜像形成的。另外，这样把线圈形成到或放置到柔性电路板110上，从而在采用Z形模式折叠柔性电路板110时，相邻线圈120和125是基本对准的，并且每个线圈120和125都具有相同的电流方向。

电路通路在连接点152结束。该图示出连接点152在柔性电路板110的顶面，但是其他位置也是可以设想的。可以添加电镀通孔(未示出)，并且可以把位于该位置的触点152形成到柔性电路板110的另一面上。触点152可以位于不干扰线圈120和125操作的电路板110的任意位置上。优选地，触点150和152是针对焊接连接设置的。其他电路连接方法也是可以设想的，包括但不限于共晶键合或连接器。

通过形成折叠线140帮助线圈120和125的对准。优选地，折叠线140是柔性电路板110上或者是绝缘层上或是二者上的一系列划线。优选地，划线不会破坏或增加相邻线圈对120和125之间的导线122和124或横切折叠线140的任何其他导线的电阻。另外，对折叠线140进行定位，以致一旦按Z形模式折叠时线圈对120和125是对准的。创建折叠线140的其他方法也是可以设想的。这些方法包括但不限于，对柔性电路板110进行穿孔或部分切割。

为说明起见，稍微偏移地示出了电路板110背面上的线圈120和125。优选地，顶层和底层上的线圈120是基本对准的。对准能够增加对通过线圈120和125的中心的磁通量的敏感性。

图1B表示从在电路板110′的单面上有一系列线圈120和125的柔性电路板110′形成未折叠的多匝线圈的100′的另一个实施例。单面多匝线圈100′的优点是易于生产。与图1A中的线圈120类似，相邻线圈是以彼此镜像的方式形成的，以致在按照Z形模式折叠电路板时，每个线圈均具有相同的电路流方向。另外，线圈120和125是利用连接器122和124串联连接起来的，从而在折叠电路板110′时，每个线圈120和125均具有相同的流方向。线圈的连接可能需要一个桥接组件160，以跨越线圈120的内部到达线圈125的外部。桥接组件160不应造成线圈120和125之间短路。短路会严重降低线圈120和125对磁通量的敏感性。桥接组件160可以是具有配置防止线圈短路的绝缘材料165的导电导线或迹线。可选地，桥接组件可以是电路板110′的背面上的迹线(未示出)，或者是利用通孔(未示出)与线圈120和125相连的多层柔性电路板内的迹线。

折叠线140和连接点150与图1A中描述的对应部件相同。连接点150和152可以位于电路板110′的任意一面上，或者位于不干扰线圈120和125的操作的该电路板的任意位置上。

图1C表示柔性电路板110的两面上都有线圈120和125的未折叠多匝线圈100″的侧视图。另外，电路板110的顶部和底部有绝缘层170和180。在折叠柔性电路板110时，绝缘层170和180防止线圈120和125以及连接器122和124短路。该图将绝缘层170和180表示成电路板的顶部和底部上的涂层。然而，用于提供绝缘的其他方法也是可以设想的。这些方法包括但不限于，为防止短路而覆盖未折叠的多匝线圈100的两面的单一隔膜(未示出)，或者是覆盖线圈120和125的充足区域的各块隔膜(未示出)。可以使用粘合剂或机械器件(未示出)来使器件100″保持在折叠和对准配置形态。

图2表示用Z形模式折叠的双面多匝线圈200。该器件结构与图1A中的100类似，只是增加了绝缘隔膜280以防止相邻折叠部分上的线圈120和125短接。优选地，隔膜280尽可能的薄。如图所示，多匝线圈200尚未完全配置。在最终配置中，多匝线圈200在绝缘材料280以及线圈120和125之间没有留下缝隙。线圈120和125以及绝缘材料之间可以有某些连接材料，如粘合剂，以使器件200保持折叠和对准配置形态。可选地，可以使用机械器件来使器件200保持折叠配置形态。

图3表示用于形成多匝线圈300的另一种方法。如图所示，使用对折技术形成多匝线圈300。在对折技术中，对图1中的未折叠多匝组件100进行对折，然后再次对折，直至所有线圈基本重叠。器件结构与图1A中的100类似，只是添加绝缘隔膜380和382以防止相邻层上的线圈120和125短接。优选地，最终得到的多匝线圈300中线圈120和125的电流方向面向相同方向。

尽管图2和图3示出两种折叠技术，其他折叠技术也是可以设想的。这些技术包括双幅折叠，该技术是把两端折叠到中部，然后进行对折。重复该模式直至所有线圈基本重叠。同样，滚动折叠也是可以设想的，该技术是对图1中的柔性电路110和图3中的绝缘隔膜380重复地进行折叠。为了形成其线圈方向具有相同电流方向的多匝线圈，这些折叠技术可能需要按不同方式排列线圈120和125以及线圈之间的连接。

图4A和4B示出了线圈的另外实施例。在图4A中，线圈是圆形的。线圈导线410被表示成向内螺旋前进，但是也可以是向外螺旋前进的线圈。线圈在连接点420结束，连接点可以是但不限于电镀通孔420。线圈可以是用任何导体或半导体制成的，最好是用铜制成的。

在图4B中，线圈是椭圆或跑道形状，目的是对电磁场提供具有某种形状的响应模式。线圈导线410′被表示成向内螺旋前进，但是也可以是向外螺旋前进的线圈。线圈在连接点420结束，连接点可以是但不限于电镀通孔420。线圈可以是用任何导体或半导体制成的，最好是用铜制成的。为了封装或者为了对多匝线圈的响应或传送模式进行定型，可以改变线圈形状。

图5表示用于制造多匝线圈500的发明步骤的框图。该方法以形成柔性电路板510开始。电路板可以是用形成柔性电路板的任何常用材料制成的，包括但不限于聚合物。柔性电路板可以是具有电路迹线的多层板，电路迹线用于支持不同于多匝线圈的功能。其中在使用通孔来保持线圈的电气连接，可以在该步骤中形成所需的通孔。

在步骤520中，形成线圈并将其连接到在步骤510中形成的柔性电路板上。优选地，线圈是通过在柔性电路板上电镀铜基底后蚀刻迹线形成的。然而，其他技术也是可以设想的，包括但不限于，把预先形成的线圈附着到柔性电路板上，或者利用导电墨水印刷出线圈。可以把线圈形成到或连接到柔性电路板的一面或两面上，或者包含在柔性电路板的某些层内。形成线圈时也可以形成通过柔性电路板的电连接(电镀通孔)以及线圈之间的连接。另外，如果导线或迹线横穿另一个导线，则该步骤包括形成绝缘膜以防止导线之间短接。

在可选步骤530中，形成对准结构。对准结构有助于连接线圈的对准，以致线圈基本重叠并且全部具有相同的电流方向。优选地，对准结构是折叠线，折叠线是在不破坏横切折叠线的迹线的情况下对柔性电路板进行划线形成的。形成折叠线的其他方法也是可以设想的。这些方法包括但不限于，穿孔或柔性电路板上的切口。其他对准结构也是可以设想的，包括但不限于，对准孔、缺口以及供外部机器或操作员用来进行对准操作的对准标记。

在步骤540中，把绝缘层至少连接到折叠时与其他线圈或电迹线接触的线圈上。优选地，涂层为折叠柔性电路板之前粘到线圈上的隔膜。可选地，利用折叠后的电路板的压力使隔膜就位。绝缘隔膜可以是需要绝缘的每个线圈一块隔膜，每面一块隔膜，或者是把具有连接线圈的整个柔性电路板基本封装起来的单块隔膜。可以在该隔膜上为多匝线圈上的接触点形成小孔。同样，在电路板的两面上涂敷绝缘涂层亦在本发明的设想内。涂敷绝缘层的方法包括但不限于，喷射绝缘材料或把多匝组件浸在绝缘材料内。涂敷后，绝缘材料可能需要干燥或晒制。优选地，绝缘材料为柔性材料，不妨碍柔性电路板和线圈的折叠。

在步骤550中，对具有连接线圈的柔性电路板进行折叠，以形成多匝线圈。优选地，使用Z形模式折叠，但是其他折叠模式也是可以设想的。这些模式包括但不限于，对折模式、双幅折叠和滚动折。对折模式使电路板对折，然后再次对折。双幅折叠模式将两端折叠到中部，然后对该结构进行对折。对于滚动折叠，将位于一端的线圈折叠到相邻线圈上。重复上述折叠模式，直至所有线圈基本对准，并由此形成多匝线圈。

其他折叠模式也是可以设想的。另外，不同于线性的几何形状的线圈也是可以设想的。可以使用折叠模式来创建环形形状的线圈。

Claims (17)

1.一种多匝线圈器件，包括：

柔性电路板，所述柔性电路板具有第一面和当柔性电路板没有折叠时，位于柔性电路板的第一面的相对面的第二面；

与所述柔性电路板相连的以串联方式电连接起来的多个线圈，每个线圈都有一个线圈方向，并且所述线圈定位为在折叠所述柔性电路板时每个线圈都与其他各线圈基本重叠；以及

从第一面穿过所述柔性电路板到第二面的一个或多个导电通路；其中一个或多个线圈连接到所述第二面上，以及当柔性电路板没有折叠时，通过一个或多个导电通路，在第一面上的至少一个线圈电连接到第二面上的相对线圈，以及当所述柔性电路板没有折叠时，所有多个线圈串联电连接。

2.根据权利要求1的器件，其中线圈配置为在折叠所述柔性电路板时每个重叠线圈都处在基本相同方向上。

3.根据权利要求2的器件，其中所述柔性电路板是多层柔性电路板。

4.根据权利要求2的器件，还包括配置用来防止折叠时线圈短接的绝缘层。

5.根据权利要求2的器件，还包括一个或多个对准装置。

6.根据权利要求5的器件，其中所述对准装置为折叠线。

7.根据权利要求2的器件，其中如果按照Z形折叠、对折折叠、双幅折叠或滚动折叠折叠所述柔性电路板，则形成多匝线圈。

8.一种制造多匝线圈器件的方法，包括以下步骤：

形成柔性电路板，所述柔性电路板具有第一面和当柔性电路板没有折叠时，位于柔性电路板的第一面的相对面的第二面；

形成连接到所述柔性电路板的以串联方式电连接起来的多个线圈，每个线圈都有一个线圈方向，其中线圈定位为在折叠所述柔性电路板时每个线圈都与其他各线圈基本重叠；以及

从第一面穿过所述柔性电路板到第二面形成一个或多个导电通路；其中一个或多个线圈连接到所述第二面上，以及当柔性电路板没有折叠时，通过一个或多个导电通路，在第一面上的至少一个线圈电连接到第二面上的相对线圈，以及当柔性电路板没有折叠时，所有多个线圈串联电连接。

9.根据权利要求8的方法，其中以串联方式电连接起来的多个线

圈形成为当折叠时所述线圈方向基本相同，由此形成多匝线圈。

10.根据权利要求9的方法，还包括形成对准结构的步骤。

11.根据权利要求10的方法，其中所述对准结构为折叠线。

12.根据权利要求8的方法，其中所述一个或多个导电通路为电镀通孔。

13.根据权利要求9的方法，其中线圈是通过用导电墨水进行印刷、化学蚀刻或粘附涂敷形成的。

14.根据权利要求9的方法，还包括涂敷绝缘材料的步骤，其中所述绝缘材料被配置用来在折叠所述柔性电路板时防止线圈之间短接。

15.根据权利要求14的方法，其中所述绝缘材料为与所述第一面和所述第二面相连的绝缘隔膜。

16.根据权利要求14的方法，还包括按照模式折叠所述柔性电路板，由此形成多匝线圈的步骤。

17.根据权利要求16的方法，其中所述折叠模式为Z形折叠模式、对折模式、双幅折叠模式或滚动折叠模式。

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