CN1028582C - 激励线圈装置及其制造方法以及装有该装置的微电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的激励线圈装置包含由半导体基片构成的平面支撑元件(30)和该基片一面(F1)附近的第一层(CI)上形成的至少一个平面线圈(BI)。该激励线圈装置的特征在于还包含叠加在第一层(CI)上的第二层(CS)的基片的所述一面(F1)附近形成的至少一个第二平面线圈(BS)，这些线圈层(CI，CS)在基片上形成若干分别为上、下部相邻层的单一、集成的布局。该装置主要打算用于可用作步进电机、连续旋转电机或双向电机的多相电磁微电机中。

Description

本发明涉及励磁线圈装置，该线圈装置最好为电磁型微电机所使用，本发明还涉及制造这种励磁线圈装置的方法。

本发明也涉及装有该线圈装置的微电机，这种微电机可在多种需将电磁控制的功率换能器高度微型化的应用场合使用。这些应用包括例如：钟表制造技术、机器人技术、信息科学、用于重放声音和图象的电子设备、航空、航天和生物医学工程等。

这类电动机称为微电机是因为其中某些元件具有微米（10^-6米）量级的细微尺寸，通过下文将更为清楚。

类似于任何电磁电机，这种微电机包含第一定子形成部分和可相对于第一定子形成部分活动的第二转子形成部分。该转子通常包括永久磁铁。此外，这些电动机一般装有多个励磁线圈，每个线圈由导线绕组构成。这些线圈磁耦合到转子并且电连接到电子控制电路，该电路将称为驱动脉冲的电流脉冲提供给线圈使转子处于运动状态。

从改进这种电磁电机从而使其微型化的观点来看，已经提出用螺旋绕组将线圈制作在一个平面上，这种线圈由于共面布局并且不太厚，因而被称为“扁平线圈”。在这种情况下，将转子制作成薄的、轴向磁化的圆盘形式，所述圆盘在磁路气隙中产生通过线圈延展的轴向场，而线圈布局在平行于转子的平面上。

这种类型的第一线圈由很细的铜导线制成。这些线圈的制造、互连以及连接到控制电路都比较困难，由于制造成本很高所以难以被采用。

最近，已提出例如在美国专利说明书4733115号中所描述的在印刷电路上制造线圈。这种技术尽管对制造小型电机是令人满意的，但由于它无法将线圈做成具有足够精细的线匝以便提高电动机效率，因而不能用于微电机生产。

为解决该问题，欧洲专利申请EP0287945号中已提出按照集成电路技术将励磁线圈制造在硅片（也可称为半导体基片）上。

该技术大大优越于印刷电路上制造线圈的技术，因为用该技术生产的线圈的线匝是由具有2·10^-6米（2μm）量级的极小的高度及宽度的铝导线制成并具有2000欧姆范围的内阻。由于这非常高的电阻，可将电池电流值限制在1毫安以下从而使驱动装置（尤其在钟表制造应用中）可和1.5伏特范围常规电压的电源相连。

并且，用该技术有可能制造这样的线圈装置，即包含基片和在基片上以扁平状形成的若干线圈、其厚度K（图1）约为280·10^-6米（280μm）的模块。

这样便可体会到，用这种尺寸才可谈及微型化和特别适用于诸如钟表制造或生物医学工程的应用的“微”电机。

然而，业已发现这种带集成线圈的微电机明显地效率很低，结果无法考虑将之投入生产和投入市场。

此外，从开辟这些电动机应用场合的多样性来看，最好是可任意地将这些电动机既可作为单向或双向步进电机又可作为单向或双向连续旋转电机运转。

如果期望上述瑞士专利申请中的电动机能很好地用作步 进电机，但必须承认它不能满意地用作连续旋转电机或用作双向电动机。

这是因为这种电机是单相的，所以若要求按双向电机运转，则需非常复杂、昂贵的电子线路。另一原因是，如果要求该电机作连续旋转，则转子位置的控制必须借助于同样复杂而麻烦的反馈回路。

因此，本发明的一个目的是通过提出高度微型化的励磁线圈装置来克服这些缺点，所述微型化线圈装置具有足够有效益的商业利润，并且其结构可将装有这种装置的微电机任意用作单向或双向步进电机或单向或双向连续旋转电动，而无须增加生产成本。

所以本发明提供了电磁微电机的励磁线圈装置，它包含：

基本上呈平面的支撑件，它由半导体基片组成，以便例如用以机械的方法连接到相对固定件上;至少一个通过在所述基片的一个表面附近的第一层上金属化而产生的第一平面线圈;

该励磁线圈装置的特征在于：它包括至少一个在半导体基片的所述一表面附近的叠在第一层上的第二层上制成的第二平面线圈，所述线圈层在公共基片上形成单块和集成的相邻上、下层的布局。

结果，可显著改进微电机效率，尤其是通过叠置的线圈的组合作用，并且基本上不增加电动机厚度。

本发明还涉及励磁线圈装置的制造方法，该方法包括通过称为表面微加工的光刻技术在半导体基片的一面上形成：

线圈的第一层，以及一些同时将线圈与控制电路和（或）其它线圈相连接的导线;

可能为一个或多个的“平面间”连结;以及

叠加在线圈第一层上的线圈第二层，及随同这种线圈一起的导线。

这使生产的多相型电机具有比单相电机更好的效率，并能结合结构简单的电子控制电路而应用于a）步进电机、b）连续旋转电机、或c）双向电机。

本发明其它特点和优点通过以下结合附图（只作为例子给出）的详细描述会变得很清楚，附图中：

图1是本发明的微电机的断面视图;

图2是本发明励磁线圈装置第一实施例的简略平面视图，该励磁线圈装置为图1微电机所用;

图2a为沿图2线Ⅱa-Ⅱa的截面图;

图2b为沿图2线Ⅱb-Ⅱb的截面图;

图2c是图2装置线圈之一以及其控制元件的更详细视图;

图3和图4分别是本发明励磁线圈装置第二和第三实施例的简略平面视图;

图5也是简略地示出本发明励磁线圈装置第四实施例，但为更好地理解该图，其中虚线示出的下层线圈实际上已偏离于上层线圈;以及

图6为本发明励磁线圈装置的第五实施例的平面视图。

参考图1，示出本发明可装有图2到图5示出的任一个的励磁线圈组件的微电机。

图1微电机包含转子形成的可移动元件1，它能够在定子形成的固定元件2上、并相对于其而绕旋转几何轴A旋转。

转子1包含环形轴承形成套4，该轴承套并排固定安装有高导磁率的软磁材料圆片6和其周边附近排列有多个交变磁性磁极的磁片8。

轴承形成套4可绕轴旋转地安装在一个具有底板12的柱形螺栓10上，该底板12在本实施例中固定地安装在激磁线圈装置14上。

除了装置14、柱形螺栓和底板元件10-12，定子2包括有安装在装置14后面、位处在装置14与支撑件18之间的具有高导磁率的软磁材料圆片16。

圆片6和16之间的空间提供了可将磁片8和线圈装置14彼此相对地安装的空气间隙E。

可以是由铁氧体或铁钴合金制成的磁片8确定了在空气间隙E（尤其是装置14的线圈BS和BI所在位置）建立磁场H的磁极，这将在下文加以说明。

磁场H基本上都具有平行于转子1旋转轴的相同的方向，但这些磁场的方向是交变的。在空气间隙外面，磁场H从一个磁极通过圆片6和16到相邻磁极。

这种微电机的运转和常规电磁电机相同，因此下文不再详细说明。

参考图2、2a和2b，示出本发明励磁线圈装置14的第1实施例。

装置14包含由通称为半导体基片的硅片做成的基本平面支撑件30。在该实施例中，半导体基片30成形为平行四边形，但也可是圆形的。在半导体基片30的一表面F1（图1）上，最好面向转子1的圆片8装有以虚线示出的几个线圈BIn和以实线示出的线圈BSn，这些线圈在平面视图中以三角形非常简略地加以示出。

图2中如同在后面的图中一样，虚线示出的线圈构成第一组线圈BI1到BI4（标号BI1-4），称为下部线圈。

线圈BI1-4（共为4个）以彼此基本共面方式排列，这些 线圈的各个绕组最好为准等腰三角形状。该第一组线圈BI1-4这样便在半导体基片30上形成第一下部层CI部分，如图2b所示。

装置14还有利地包含设置于半导体基片30的表面F1上的第二组线圈BS5到BS8（标为BS5-8）。

该第二组线圈BS5-8类似上述第一组，最好是在面对转子1的半导体基片30的表面上如此进行制造。该第二组线圈BS5-8形成在第一层CI上的第二上部层CS。第二组的线圈BS5-8具有和第一组的下部线圈BI1-4非常相同的形状，并在该实施例中也是4个。它们彼此基本处在同一平面上，将会注意到，线圈BS5-8的上层CS叠在下层CI之一上。

所有线圈都具有将其外部端子e和内部端子i连接到控制元件C1至C8（标记C1-8）上去的导线。

在下文，“外部”导线Cen将指定出一连接到线圈外部端的供电路径，而“内部”导线Cin将指定出一连接到内部端的供电路径。

在图2示出的实施例中，8个控制元件C1到C8使得第一或第二组线圈的每个线圈与其它线圈无关地受到控制。

在图2C中更详细地示出作为这种控制元件之一的C4和作为线圈之一的BS6。虽然在本发明各种示出的实施例中假定控制元件和线圈在同一基片上，但它们也可装在独立基片上。

控制元件C4由两个反相器32和34构成，它们形成未示出的控制电路的一部分。这种控制电路在钟表制造应用中通常包含由石英谐振器稳频的时基、分频器和用于对驱动反相器32和34的信号成形的电路。反相器32和34将极化的驱动脉冲提供给线圈，在该具体场合下是提供给线圈BS6。由反相器32和34形成控制电路的一部分，该控制电路由比如装在手表 中的电池提供能量。这些基本已知元件的工作和结构不再说明。

反相器32和34具有相同结构。每个反相器由一对互补CMOS晶体管Ta和Tb构成，每个晶体管分别具有源极、栅极和漏极。在第一晶体管Ta中称为Sa、Ga和Da，在第二晶体管Tb中称为Sb、Gb和Db。

漏极Da和Db彼此相连并构成反相器32的输出。该输出通过外部导线Ceb连接到线圈BS6的外部端e6，而反相器34的输出通过内部导线Ci6连接到线圈BS6的内部端i6。

如图2c所示，各励磁线圈由基本上为矩形横截面的导体5形成的同轴的平面绕组构成。如下面所明确说明的，该导体5以及所连接的导线Cen和Cin由借助于光刻过程构造的迹线或金属化膜构成。

参考图2，可注意到下部线圈组BI1-4的外部端e1、e2、e3和e4分别通过“平面间”接头60连接到相邻上部线圈组BS5-8的内部端i5、i6、i7和i8。在图2实施例中，下层平面CI上的线圈的外部端分别连接到上层平面CS上相邻线圈的内部端，但也可采用相反布局，即将上部线圈组的外部端连接到下层线圈组中的一线圈的相关内部端。借助于“平面间”接头，如图2b中60的断面和平面视图所示，图2中的中等厚度的点链线意指由上平面CS和下平面CI之间垂直的金属化膜形成的、从而按垂直这些平面的方向延伸的电联接区。

下部线圈BI1到BI4的外部端e1到e4通过外部导线Ce1到Ce4连接到相连的“平面内”接头60，所述外部导线Ce1至Ce4提供下部线圈BI1-4和相应上部线圈BS5-8之间的电连接。

又，每个“平面间”接头60连接到从线圈组外向延出的导 线。在这种情形下，导线Ci5到Ci8将上部线圈组BS5到BS8的内部端i5到i8连接到相关连控制元件。

每对分叉部分70的导线Ci5-8的每一端连接到一控制元件C1-8。这样在重叠平面的任何相邻线圈对中，将一线圈的外部端和另一线圈的内部端通过形成公共电源的导线（导线Ci5到Ci8）连接到分立的控制元件，从而大大降低了安装在半导体基片30上导线的总长度。

这样便有了每一对包含下部线圈和上部线圈的成对线圈。

在本实施例中，采用和与制造这种实际线圈相同的技术将所有外部导线Ce1-8、内部导线Ci1-8、“平面间”接头60和分叉部分70加工在半导体基片30上，该技术和制造MOS集成电路所用的技术相同，首先用汽相方法化学积淀多个最好为金属材料（例如铝）的导电薄膜层。其次利用掩膜和蚀刻操作（例如化学蚀刻操作）对积淀层进行构造以便只把确定的突出部分留给这些成形部分，尤其是线迹5（图2c）和“平面间”接头60。外部和内部导线以及这些导线的分叉部分和“平面间”接头在这里以较为简略方式示出，它们的断面实际上是很小的。该断面大致和上部及下部平面线圈的各线匝（由线迹5形成）的断面相同，后者具有大约2·10^-6米（2微米）的高度和宽度。每个线圈约为150匝，每个线圈及每匝约有2000欧姆电阻。因此，以小于1微安的极小电流提供给该励磁线圈装置14。按照本发明的微电机可由1.5伏量级的非常低电压的电池供电。

在图2实施例中，还应注意到，向不同平面内线圈提供公共电源的各个内部导线Ci5-8被设置于其外部端连接到该导线的线圈的同一平面上。这是因为内部导线Ci5-8是在和下部平面线圈Bi1-4同样的平面上形成的。因此，下部线圈 Bi1-4的外部导线Ce1-4安置于和导线Ci5-8的同一平面上。也可注意到，下部线圈BI1-4位于和上部线圈组BS5-8相同平面中，而上部线圈组BS5-8的内部接线Ci5-8位于和下部线圈组BI1-4的同一平面中。这种布局的具体好处是在对置于同一平面的导线和线圈进行金属化时可使用同一掩膜，因此简化了掩膜并减少了制造时间和成本。

上述布局中，第一和第二层CI和CS具有同样个数n的线圈，在该例中n为4，第一层即底层CI的线圈BI1-4在基片上与第二层即上层CS的角度偏离大约为180/n度，即45°。

装有上述励磁线圈装置14的本发明的微电机可作为同步进电机、双向电机或连续旋转电机，其运转无需增加复杂电子控制电路，因为该励磁线圈装置可由构成双相电源的的两个不同相电流供电，而且，由于该微电机可作为双相电机运转，其效率比单相电机要高得多，尤其工作在步进电机方式时。

当然本发明并不局限在双相电机的构造，因为也可能在半导体基片30上积淀多层相互适当偏离的叠加线圈。

这样，在有N相的多相电机情形下，该基底具有N层，而相邻层线圈之间角度偏离（分别对应于一个相）是360°/nxN。

线圈BI1-4和BS5-8相对正交于基片30的几何轴AP角度互相偏离，这使得它和微电机旋转轴A一致。

通过给各线圈定向使形成彼此相聚的各三角形的顶点朝向中央几何轴AP。

在该实施例中，外部电源端e1-8和内部电源端i1-8可互换地形成电流输入端或输出端。但最好这样选择线圈的这些端和绕组方向，使线圈中流动的电流彼此部分覆盖，即在相邻或成对的上、下线圈中，电流以相反方向在这些线圈中流动。

参考图3，它示出本发明励磁线圈装置14的第二实施例，其中将上、下层线圈彼此串联连接。在该实施例中，以和图2的BI1-4和BS5-8两组线圈同样方式布局BI11-14和BS15-18两组线圈。以和第一实施例相同的方式对第二实施例中两组线圈进行定向以及彼此相对几何轴AP作角度偏移。下部平面CI和上部平面CS之间的金属化膜60也可用中等粗细的点连线表示。

一组线圈的外部端分别连接到另一组相邻线圈的内部端，不同的是，线圈BI12（其内部端i12和线圈BS15的外部端e15连接到单个控制元件C9）和已在图2c更详细示出的控制元件C4相同。可以理解，一层即上部层CS的n-1（此例中为3）个线圈的外部端分别连接到另一层即下部层CI的n-1个线圈内部端。在此彼此相连的外部和内部端也可由从下部端垂直向下突出的“平面间”接头60所连接，所述接头通过分别连接到相连外部端e11-e14和e16-e18的外部导线Ce11到Ce14及Ce16到Ce18垂直延伸。而且，下层CI的n个线圈BI11-14的外部端e11-e14分别连接到上部层CS的n个（4）线圈BS15-18的内部端。

应注意到，在该实施例中，除了其中两条之外，所有导线都极短，从而节省金属化膜。这是因为n个上部线圈和n-1个下部线圈的内部端未涉及任何具体导线，因为这些端只通过各金属化膜60电连接到另一平面中相邻线圈的外部导线。

而在图2实施例中，由于各线圈可独立于其它线圈进行供电，因此，线圈匝缠绕方向是不重要的，在该第二实施例中，叠加和覆盖的不同层的相邻线圈最好以相反方向缠绕。图3中，箭头F11、F15和F18分别示出线圈BI11、BS15和BS18线匝缠绕方向。

在图4所示本发明励磁线圈装置14的第三实施例中，其布局方式和前面两个实施例相同的所有线圈BI21-24及BS25-28都是并联连接。此处，所有该装置的线圈（即每组线圈）的内部端i21-28通过朝装置14的中心聚集的内部导线彼此相连接，并在此通过基本上位于几何轴线AP）该轴线与转子旋转轴A相一致）上的半导体基片30中心的“平面间”接头80所形成的中央接头相互连接。

所有线圈的内部端i21到i28分别连接到“平面间”接头60，后者，再分别连接到导线Ci21到Ci28。

又，下部平面CI的线圈BI21到BI24连接到设置于上部平面的内部导线Ci21到Ci24，这与上部平面的线圈BS25到BS28的情况相反。

这样，每个具有两层的线圈安置于与之相连的内部导线以外的另一平面上。

一个线圈（在此为BI22）的内部端具有一个与该线圈内部导线Ci22共同延伸的附加导线82。该附加导线82从励磁圈装置14向外延展并连接到单个控制元件C10。再，所有外部端e21到e28（即下部线圈BI21-24和上部端BS25-28的外部端）通过外围导线84彼此相连，该外围导线部分包围该线圈并通过外部导线之一（即导线Ce25及其延长部分83）连接到控制元件C10。

在该实施例中，上部线圈BS25到BS28的外部端分别连接到设置在上部平面的外部导线Ce25-28，下部线圈BI21到BI24的外部端分别连接到设置在下部平面的外部导线Ce21-24。这样，在和与其相连的外部导线的同一平面上制造各个线圈。

在该实施例中，外围导线84设置在下部平面CI上。这样 该导线直接连接着下部线圈的外部导线Ce21到Ce24，而通过分别设置在导线Ce25-28端点的“平面间”接头60连接到上部线圈的外部导线Ce25到Ce28。

也应注意到，附加导线82设置于外围导线84上面的平面上。

在该实施例中，外部和内部端等效用作电流输入或输出端。但这时覆盖位于不同层上以相反方向绕制的线圈最为有利（绕组的初始方向通常在线圈中心即内部端）。

图5示出本发明励磁线圈装置14的第四实施例。在该实施例中，一组线圈（例如上面一组线圈）与另一组线圈同轴安置，从而将上面一组线圈BS35-38正好布局在下面一组线圈BI31-34之上。这样，在一个平面内的线圈的外部和内部端设置成与另一个平面内线圈的外部和内部端相对。于是，下部平面的每个外部端便通过“平面间”接头60连接到直接位于其上面的和上部平面一致的相应外部端，而下部平面每个内部端以同样方式连接到上部平面的叠置的内部端。

图5中，为使该图便于理解，下部层CI的线圈BI31-34相对于上部层CS线圈BS35-38有所偏移。这些线圈都并联连接，其内部端i31-38例如通过（P）型扩散传导沟道90彼此连接，该沟道90通过下部线圈BI331-34下方。

传导沟道90可由金属化膜或线迹的结构形式而设置，以形成直接在两线圈层之下的层。

而且，下层线圈之一（例如线圈BI31）的内部端通过也是由扩散传导沟道或下层的金属化膜形成的导线92连接到控制元件C1。如同前一实施例，外部端e31-38通过置于上部平面CS的部分外围导线93彼此相连接。外部和内部端可等效地用作电流输入或输出。但是，叠置的线圈的线匝必须以同样方向 （相对于由这些线圈内部端形成的原点）进行绕制。在该实施例中，通过每组叠置线圈的配合能得到很高效率。当然这样在一个硅片30上的线圈堆积并不局限为两层而可用于多层。

参考图6，在示出的第五实施例中，一层线圈（构成一组）相互并联连接，而若干线圈组则彼此串联连接。

如图4实施例，下层CI的线圈BI41-44的内部端i41到i44通过由金属化膜或线迹形成的内部导线Ci41到Ci44彼此相连接以朝装置14的中心（更具体地说是朝向基片30的轴AP）聚拢。

导线Ci41-44交叉于轴AP附近，并在交叉点与中央“平面间”接头80相连接。

类似地，线圈BS45-48的内部端i45到i48通过会聚的导线Ci45-48彼此连接，这些导线在其交叉点也与“平面间”接头80相连接。

这样，所有线圈内部端彼此电连接。

而且，下部线圈的外部端e41到e44通过外部导线Ce41-44连接到部分外围导线87。导线87最好置于下部层CI上。

上部线圈的外部端e45到e48通过这些线圈的外部导线Ce45-48连接到另一外围导线85。导线85最好置于上部层。这样线圈装置14包含两个部分外围导线85和87，每一个连接到一线圈组并置于不同平面（上部或下部）。这些外围导线分别备有将它们连接到单个控制元件C12的导线86和83。在该实施例中，内部和外部端也构成电流的输入或输出端。

但最好以同样方向（相对于内部端）缠绕重叠线圈的线匝。该实施例由于有助于降低线圈构成电路的总电阻，所以尤为重要。

重新参考图2a和图2b，已说明的线圈装置由于提高了微电机效率，并有可能将该微电机等效地用作步进电机、双向电机或连续旋转电机而无须增加其厚度，因此相当引人注意。

如从图2a和图2b所理解，在半导体基片30的后部表面F2挖空以产生一凹口100，从而可用于至少容纳构成定子部分的软磁材料的第二圆盘16的一部分（用虚线示出），从而有效地将空气隙的高度从值E降为值Er。凹口100也称为“槽”，是通过在形成基片30的单晶片上进行蚀刻产生的，一种情形是进行一段有限时间的蚀刻，第二种情形是通过事先扩散进半导体基片30的硼原子来终止蚀刻作用。

这样，挖空的基片30（即在线圈下面）便从500·10^-6米（500微米）的厚度k降到60到180·10^-6米（60-80微米）的厚度kr。这样半导体基片30形成两个特征部分30a和30b。部分30b设有圆盘16，将该圆盘设在为用以配合凹口100的截头圆锥形的隆起物16a的一端。部分30b具有加固线圈装置14的环形从而防止线圈装置在处理和安装时发生断裂。

就这点而论还在线圈下增加基片30的部分30a，该部分形成如此精细的“膜片”，因而该膜片必须由部分30b作机械支撑。

在需要形成硼原子层以限制蚀刻作用深度时，部分30b构成一个基面，硼层95扩散进入该基面的上部，在该基面上生长外延层，从而形成半导体基片30的另一部分30a。连续线圈层以迭加方式加工在该外延层30a上，从而可形成控制元件C1到C11。

制造上述实施例的方法包含这些步骤：在半导体基片30的表面F1加工线圈BI的第一层CI，最好同时形成多个外部导线Ce和（或）内部导线Ci，对这样产生的线圈BI进行电绝 缘，形成“平面间”接头60，然后在线圈BI的第一层CI上形成线圈BS的第二层CS和这些线圈的多个导线。

更具体地说，在设置下部层CI的第一线圈BI之前，通过高温氧化使电绝缘（或钝化）层200形成在基片30上。在厚度为n个埃（10^-6米）的层200的顶部，通过光刻法（即通过表面微加工）构造下部层CI的线圈BI的一些导线。线圈BI涂有由诸如已知的缩写为“PSG”（磷硅酸盐玻璃）即渗磷玻璃制成的绝缘层210，在绝缘层210上将配置“平面间”接头的那些位置上进行蚀刻。然后产生这些“平面间”接头，并接着通过同样的光刻处理构造线圈BS的第二层和若干导线。

线圈BS的第二层涂覆有例如由和层210同样材料构成的绝缘保护层220。该层在线圈上形成其厚度为1·10^-6米（微米）的薄膜，每个由线圈层和绝缘层形成的“层压结构”厚度大约为3·10^-6米（3微米）。

再参考图2和2a，可见通过按所提出方式布局线圈和各层，则有可能在产生线圈BI1-4的第一层CI的同时产生第二层CS的导线Ci5-8，相反地，有可能在产生第二层CS线圈BS5-8的同时，产生第一层CI的导线Ci1-4。更一般地说，可有能同时产生置于一个平面即同一层的线圈和导线。所以，使用该方法，有可能用最少掩膜和最少时间在基片上以迭置方式产生至少两层线圈而基本不增加微电机厚度。

此外，形成的线圈叠层通过以下方式提高微电机效率，即，要么通过增加传导材料体积（特别是当将线圈直接重叠时），要么通过以多相方式来运转微电机（在各线圈组之间按一定角度偏置时）。当然这两个特点可结合起来从而成为优点。由于这种叠层是在一个基片（图2a和2b）上产生的，几层的叠层对线圈装置总厚度仅增加非常小（每个线圈“夹层”几微米）， 因此，并没有使微电机厚度增加到可觉出程度。

除所有这些优点以外，在一个基片上制造这些叠层将有助于实现通过将基片后部挖空以便减小空气气隙的方案（从而，进一步提高微电机效率）。

在所有上述实施例中，已说明上部层CS和下部层CI具有若干线圈。但本发明并不局限于这特定情况，还可包含每层仅一个线圈的情况。

在本发明中，提供大大超出两层和每层有4个线圈以上的方案都是可能的。

Claims (11)

1、一种励磁线圈装置，包含：

由半导体基片构成的基本平面的支撑元件(30)，

由金属化产生的至少一个第一平面电磁线圈(BI)以在基片(30)的一个表面(F1)附近形成第一层(CI)，其特征在于还包括：

形成叠在半导体基片(30)的所述表面(F1)附近的第一层(CI)上的第二层(CS)的至少一个第二平面线圈(BS)，所述线圈层(CI，CS)在公共基片上形成上部和下部邻接的、单一并集成的布局。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：第一和第二层（CI，CS）各包含n个线圈，n为正整数，所述第一线圈（BI）在基片（30）上与所述第二线圈（BS）之间的偏离角度为α，α约为180/n度。

3、如权利要求2所述装置，其特征在于：一层的所述线圈（BI1-4）具有相应的外部端（e1-4），另一层的所述线圈（BS5-8）具有相应的内部端（i5-8），并且所述各外部端通过在所述的一层和另一层之间延伸的各横向接头（60）电连接到各相应的内部端。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：

各横向接头（60）由从线圈向外伸出并由一对分叉部分（70）端接的各导线（Ci5-8）电连接到各控制元件（C1-8）。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述导线（Ci5-8）置于该导线电连接其外部端的所述线圈（BI1-4）的同一平面上。

6、如权利要求2所述的装置，其特征在于：一层（CS）的n-1个线圈（BS16-18）的外部端电连接到另一层（CI）的n-1个相应线圈（BI11-14）中各线圈中最近内部端，所述另一层（CI）的n个线圈（BI11-14）的外部端电连接到所述一层（CS）的n个线圈（BS15-18）中各线圈中最近内部端，而所述一层（CS）的一个线圈（BS15）的外部端和所述另一层（CI）的一个线圈（BI12）的内部端连接到串联连接所述各层线圈的控制元件（C9）。

7、如权利要求2所述的装置，其特征在于：每层线圈（BI21-24，BS25-28）的内部端通过聚向基片中央点的导线连接在一起，并由横向接头（80）连接，将其导线（82）从线圈向外伸出的内部端（i22）之一连接到控制元件（C10），所有线圈（BI21-24，BS25-28）的外部端通过至少部分地包围所述线圈的外围导线（84）彼此连接并与并联连接两线圈层的所述控制元件（10）相连接。

8、如权利要求2所述的装置，其特征在于：一层的每个线圈（BS35-38）与另一层相应各线圈（BI31-34）同轴设置，一层的线圈（BS35-38）直接叠在另一层的线圈（BI31-34）上。

9、一种如权利要求1所述励磁线圈装置的制造方法，包含以下步骤：用光刻处理在半导体基片（30）的一个表面（F1）上形成第一层线圈（BI1-4）以及同时形成将线圈电连接到控制电路和（或）其它线圈的若干导线，形成一个或多个横向接头（60），然后，形成叠在第一层上的第二层线圈（BS）以及这些线圈的一些导线。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于：在形成线圈（BI1-4）的第一层（CI）的同时，形成第二层的导线（Ci5-8），以及在形成第二层（CS）同时，形成第一线圈层（CI）的导线（Ci1-4）。

11、一种电磁型微电机，包括：定子（2）和转子（1），该转子（1）可绕旋转几何轴线（A）相对于定子（2）旋转，所述转子（1）和定子（2）设有形成气隙的空间（3），在其中设置磁化装置（8）和励磁线圈装置;所述励磁线圈装置包括：

由半导体基片构成的基本平面的支撑元件（30）;

由金属化产生的至少一个第一平面电磁线圈（IB）以在基片（30）的一个表面（F1）附近形成第一层（CI）;其特征在于还包括：

形成叠在半导体基片（30）的所述表面（F1）附近的第一层（CI）上的第二层（CS）的至少一个第二平面电磁线圈（BS），所述第一和第二线圈层（CI，CS）在公共基片上形成上部和下部邻接的、单一并集成的布局。

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