CN105914015A - 电磁器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁器件，包含有一多层的线圈结构，嵌入在一成型体中；其中线圈结构的各层包含有一较宽的中段、两端的细长终线段彼此卷绕重叠在一起，其间具有一间隙、以及渐缩的颈部段分别连接较宽的中段至两端的细长终线段。

Description

电磁器件
本发明是申请日为2013年4月24日，申请号为201310145128.2，发明名称为“电磁器件及其线圈结构”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电磁器件及其线圈结构。
背景技术
如本领域技术人员所知的，过去如电感(inductor)或扼流线圈(chokecoil)等电磁器件通常是将导体或导线，如受绝缘包覆的铜线，缠绕一圆柱核心而成，且一般将此电磁器件设计成适合表面贴装工艺使用的表面贴装器件(SMD)结构。
近年来，随着电子元件朝向更小体积及更高效能发展，因此对于更小尺寸及高效能的线圈器件的需求日益增加。又上述线圈器件的效能高低可以从其饱和电流(saturation current,Isat)及直流电阻(DC resistance,DCR)来衡量。然而，以目前的线圈器件结构，要进一步微缩其尺寸及体积已十分困难。
因此，目前本技术领域仍需要一种改进的电磁器件，除了具备较佳的效能，如较大的饱和电流、较低的直流电阻以及较佳的效率以外，其体积及尺寸还能够进一步被微缩。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种改进的电磁器件及其线圈结构，其体积可以更小，且在工艺上可获得更高的合格率。
为了达到上述目的，本发明一实施例中提供了一种电磁器件，其包含有一多层的线圈结构嵌入在一成型体中；其中所述线圈结构的各层包含有一较宽的中段，两端的细长终线段彼此卷绕重叠在一起，其间具有一间隙，以及渐缩的颈部段分别连接所述较宽的中段至所述两端的细长终线段。
根据本发明另一实施例，其中提出了一种电磁器件，包含有一基板；一多层的线圈结构，位于所述基板上；以及一成型体，密封包覆所述基板及所述线圈结构，其中所述成型体填入一中央穿孔，构成一被所述线圈结构环绕的中央磁柱；其中所述线圈结构的线圈绕线螺旋的缠绕着所述中央磁柱多圈。其中所述线圈结构的线圈绕线包含两个细长终线段、均宽的中段，以及渐缩段等多段结构。其中至少一所述渐缩段其轮廓会配合所述线圈结构的线圈绕线的一内端点的轮廓。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更为浅显易懂，下文中特列举出多个优选实施方式并配合附图作详细说明如下。然而所述的优选实施方式与附图是仅供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为依据本发明一实施例所绘示的电磁器件的线圈结构透视图。
图1A例示出具有正方体形的成型体的电磁器件。
图1B为图1中电磁器件沿切线I-I’所作的横断面示意图。
图2至图10为依据本发明实施例所绘示的制作电磁器件的线圈结构的方法的横断面示意图。
图11A为依据本发明另一实施例所绘示的电磁器件的螺旋线圈结构的透视图。
图11B为图11A中的螺旋线圈结构的上视图。
图12例示出电磁器件的环形线圈图案具有圆形的外圈轮廓，而中央磁柱轮廓则是卵形。
附图标记说明：1、1a、1b、1c-电磁器件；10a、10b、10c、10d-线圈结构；12-成型体；20-基板；102-中段；103a、103b-颈部段；104a、104b-细长终线段；106、108-终端接点；200-中央穿孔；200a-中央磁柱；202-锯齿突出部；206、208-表面贴装电极；300-基板；301-绝缘核心层；302-铜层；302a、302b、302c-中段；303-介层导通孔；303a、303b-渐缩段；304a、304b-细长终段；306-端点；310-图案化光刻胶层；310a-开口；320-第一导线图案；330、430、530-介电层；330a、430a-介层洞；330b-开口；340、440-铜层；340a、440a-介层导通孔；350、450-图案化光刻胶层；360、460-第二导线图案；410-环形线圈图案；410a-外圈轮廓；A-内端点。
具体实施方式
下文中将参照附图来说明本发明细节，该些附图中的内容构成说明书细节描述的一部分，并且以可实行的实施例特例描述方式来加以绘示。下文的实施例已描述出足够的细节使得本领域的一般技术人员得以具以实施。当然，也可实行其它的实施例，或是在不悖离文中所述实施例的前提下作出任何结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述不应被视为是种限制，反而，其中所包含的实施例将由随附的权利要求书来加以界定。
图1为依据本发明一实施例所绘示的电磁器件的线圈结构透视图。如图1所示，电磁器件1，如扼流线圈或电感，其包含有一线圈结构10a设于基板20的一侧面上。其中基板20可以是一绝缘基板，但不限于此。线圈结构10a可以是由单层导体或多层导体堆叠而成，若为多层导体堆叠，则各层导体之间还可以有绝缘膜。在基板20的另一侧面可以有另一线圈结构10b，其结构可以同线圈结构10a，如同为多层导体堆叠而成。
基板20的外型轮廓类似设在基板20各侧面上的线圈结构10a或10b，均为环形轮廓，中间是由基板20的侧壁及线圈结构10a、10b的侧壁所界定出来的中央穿孔200。中央穿孔200可以利用激光或机械钻孔技术形成，通常在线圈结构10a、10b完成后才形成中央穿孔200。根据本发明实施例，基板20在沿着中央穿孔200的边缘上可以有不规则侧边结构，如锯齿状结构。为了使中央穿孔200可以容纳更多的磁性材料，发明中通常会希望中央穿孔200的边缘上从基板20突出的锯齿突出部202可以尽量减少，使得电磁器件1的效能能够提升。
电磁器件1可另包含有一成型体(molded body)12，其外型可以为长方体或其它形状，无一特定限制。成型体12将线圈结构10a、10b以及基板20密封包覆。本领域技术人员应能理解，成型体12的外型可以为其它形状，不限图中所示，如图1A中所例示的电磁器件1a即具有正方体形的成型体12，在此例中，从上往下看时线圈结构10a、10b可以是圆形，但不限于此。
根据本发明实施例，上述成型体12可以由树脂，如热固性树脂，及磁性粉末经过加压成型而形成在线圈结构10a、10b周围。此外，磁性粉末，包含铁粉、铁氧体粉末、含铁合金粉末或任何适合的磁性材料。成型体12填入中央穿孔200构成一被线圈结构10a、10b环绕的中央磁柱200a，其中从上往下看时，中央穿孔200及中央磁柱200a也可以有不同的外型或轮廓，例如，圆形、卵形、多边形或椭圆形。
根据本发明实施例，电磁器件1可以被制作成一表面贴装组件(SMD)结构，从而可以被直接安装在电路板或导线架的表面。例如，电磁器件1可以包含有两个表面贴装电极206、208电性连接至线圈结构10a、10b相应的终端接点106、108。举例来说，表面贴装电极206、208可以包含有锡焊或电镀金属。
根据本发明实施例，线圈结构10a、10b可以是多层结构的绕线，其中线圈结构的各层至少绕成一圈以上，例如，从上往下看时，线圈结构的各层可缠绕成一又四分之一圈的螺旋状图案。举例来说，如图1所示，线圈结构10a的各层可包括一较宽的中段102，其具有大致均等的线宽w1，如约210微米，两端为细长终线段(或尾段)104a及104b彼此卷绕重叠在一起，其间具有约5-30微米的间隙S，以5-10微米为佳，渐缩的颈部段103a及103b则分别连接较宽的中段102至两端的细长终线段104a及104b。
根据本发明实施例，上述的细长终线段104a及104b具有较细的线宽w2及w3，举例来说，线宽w2及w3均小于或等于100微米。此外，线宽w2可以不等于线宽w3。本领域技术人员应能理解，上述的线宽w1、w2及w3可以根据设计需求进行调整。图1B为图1中沿切线I-I’所作的横断面示意图，中间的绝缘层并显示于图中。如图1B所示，线宽w1约略等于线宽w2及w3、以及重叠的细长终线段104a及104b之间的间隙S的总和。
值得注意的是，上述较宽的中段102、渐缩的颈部段103a及103b，以及两端的细长终线段104a及104b均处于同一水平面，并且可以在相同的工艺中形成。从上往下看时，线圈结构10a、10b的各层可以是环状、卵形的线条图案，且线圈结构10a、10b的各层可彼此借由夹设其间的绝缘层(未示于图中)隔离开。线圈结构10a、10b的相邻两层可通过形成在各绝缘层中的介层导通孔连接并串接在一起，如此而能充分有效率的运用空间，使得电磁器件1的效能可以被提升，且电磁器件1的尺寸可以做得更小。
根据本发明实施例，线圈结构10a、10b可以利用下文所描述的制作方法进行制作，其包括但不限于，刻蚀、电镀等步骤。本领域技术人员应能理解，以下所描述的工艺步骤仅为例示，其它的方法及工艺技术，如印刷等，也可以被应用在其它实施例中。
图2至图10为依据本发明实施例所绘示的制作电磁器件的线圈结构的方法的横断面示意图。如图2所示，首先提供一基板300，如一铜箔基板(copper clad laminate,CCL)。基板300上可以具有至少一铜层302，其层叠于一绝缘核心层301上，绝缘核心层301如介电层或环氧树脂玻璃等，以及至少一介层导通孔303，穿过基板300全部厚度。上述介层导通孔303可以是电镀通孔，其可以是利用机械穿孔或激光穿孔，配合电镀工艺制作而成。为简化说明，图中仅例示出形成在基板300单面上的各层结构，然而，本领域技术人员应能理解，同样的堆叠结构可以形成在基板300的另一面上，并利用揭露于实施例中的相同步骤来完成。
接着于基板300的表面形成一图案化光刻胶层310。其中图案化光刻胶层310包含有开口310a，其显露出部分的铜层302。举例来说，各开口310a的宽度约为210微米，以及深度约为50微米。
如图3所示，接着进行一电镀工艺，将开口310a填满铜金属，如此形成线宽为210微米，厚度约为46微米的第一导线图案320。然后，去除图案化光刻胶层310。上述第一导线图案320的形状如图1中的各层形状。另外值得注意的是，上述第一导线图案320可以具有一垂直侧壁轮廓，但不限于此。
如图4所示，在形成第一导线图案320后，接着去除第一导线图案320之间的铜层302。接下来于第一导线图案320表面上共形地覆盖一介电层330。在介电层330中形成有一介层洞330a，其显露出第一导线图案320的部分上表面。在第一导线图案320之间的介电层330中可以形成有开口330b。
如图5所示，可以进行另一电镀工艺以于基板300上全面地形成一铜层340。在形成铜层340之前可以先以溅射方式形成一铜晶种层(未示于图中)。上述铜层340可以填入介层洞330a形成一介层导通孔340a，其以虚线表示出介层导通孔340a与目前图中横断面结构处于不同切面。此外，上述铜层340可以填入开口330b。然后，于铜层340上形成一图案化光刻胶层350，其界定出电磁器件的线圈单元的第二层图案。
如图6所示，接着蚀除未被图案化光刻胶层350覆盖的铜层340，如利用湿刻蚀方法，如此形成一第二导线图案360堆叠在第一导线图案320上。上述第二导线图案360的形状如图1中的各层形状，且经由介层导通孔340a与下方的第一导线图案320电连接。上述第二导线图案360可以具有一倾斜侧壁轮廓，但不限于此。
如图7至图9所示，重复如图4至图6的步骤，于第二导线图案360上形成具有一介层洞430a的介电层430(图7)。接着在基板300上全面地电镀铜层440，于介层洞430a中形成介层导通孔440a，于铜层440上形成图案化光刻胶层450(图8)，以及形成第三导线图案460(图9)。同样的，上述第三导线图案460的形状如图1中的各层形状，且经由介层导通孔440a与下方的第二导线图案360电连接。另外，上述第三导线图案460可以具有一倾斜侧壁轮廓，但不限于此。
如图10所示，于第三导线图案460上共形地覆盖介电层530，如此即形成基板300单侧的线圈堆栈结构100。如前文所述，可以利用上述相同步骤在基板300的另一侧形成相同的线圈堆叠结构。
图11A为依据本发明另一实施例所绘示的电磁器件的螺旋线圈结构透视图，图11B为图11A中的螺旋线圈结构的上视图。如图11A所示，电磁器件1b包含有一螺旋缠绕的线圈结构10c设于基板20的一侧面上。其中基板20可以是一绝缘基板，但不限于此。线圈结构10c可以是多层导体堆叠而成，各层导体之间还可以有绝缘膜。在基板20的另一侧面可以有另一线圈结构10d，其结构可以同线圈结构10c，如同为多层导体堆叠而成。电磁器件1b可另包含有一成型体12，由热固性树脂及磁性金属粉末，例如由铁氧体粉末经过加压成型而形成。成型体12将线圈结构10c、10d以及基板20密封包覆。其中成型体12填入中央穿孔200构成一中央磁柱200a。
根据本发明实施例，线圈结构10c、10d各线圈绕线可以螺旋放射状在同一水平面上环绕着中央磁柱200a缠绕数圈。如图11B所示，举例来说，线圈结构10c的三圈单绕螺旋线圈可以从内圈的内端点A开始，其中内端点A位于细长终线段304a的最顶端处，而结束于端点306。另可提供表面贴装电极(未示于图中)电连接至端点306。而从内端点A，线圈结构10c可以借由一介层导通孔电连结至下方的线圈结构。
线圈结构10c的螺旋线圈绕线各层可包括多段，其包括但不限于两端的细长终线段(或尾段)304a及304b、均宽的中段302a～302c、及渐缩段303a及303b。为充分利用有限空间，渐缩段303a具有陡峭、直角般的边缘，其轮廓配合内端点A的边缘轮廓，使得渐缩段303a至少部分环绕包围着内端点A的相邻两边缘。相较于渐缩段303a，渐缩段303b则没有这样陡峭、直角般的边缘，而是较为平滑。如图11B所示，渐缩段303a连接均宽的中段302a及均宽的中段302b，渐缩段303b连接均宽的中段302b及均宽的中段302c。两端的细长终线段304a及304b、均宽的中段302、渐缩段303a及303b以及其间的间隙共同构成一环绕着中央磁柱200a的且就整体来说均宽的环形线圈图案，其宽度为W。
然而，本领域技术人员应能理解，上述环绕着中央磁柱200a的环形线圈图案也可以有不同的厚(宽)度或尺寸。举例来说，如图12所示，图中所例示的电磁器件1c的上视图显示出环形线圈图案410具有圆形的外圈轮廓410a，而紧围绕着的中央磁柱200a其轮廓则是卵形或椭圆形，反之亦可。如此，环形线圈图案410即具有较宽的相对部，其宽度为w4，以及较窄的相对部，其宽度为w5。此外，宽度w4以及宽度w5之间的关系可随不同设计需求来改变。环形线圈图案410可以有如图1、图1A或图11A-11B的线圈绕线，在图12中并未明示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电磁器件，其特征在于，包含至少一导电层以形成一线圈结构，其中，导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排，其中，所述中间片段延伸至所述第一细长片段并于其连接部位形成一内侧开口，所述第二细长片段的一终端部分放置于所述内侧开口中。
2.根据权利要求1所述的电磁器件，其特征在于，所述中间片段的宽度等于所述第一细长片段的宽度、所述第二细长片段的宽度以及所述第一细长片段和所述第二细长片段之间的一间距的总和。
3.根据权利要求1所述的电磁器件，其特征在于，所述中间片段的宽度为210微米，所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度均小于或等于100微米，以及第一细长片段和第二细长片段之间的该间距为5-30微米。
4.一种电磁器件，其特征在于，包含至少一导电层以形成一线圈，其中，导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排，其中，所述中间片段延伸至所述第一细长片段并于其连接部位形成一内侧直角开口，所述第二细长片段的一终端部分放置于所述内侧直角开口中。
5.一种电磁器件，其特征在于，包含多个导电层以形成一线圈结构，其中，线圈结构的相邻两个导电层通过介层导通孔连接，所述多个导电层的每一层导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排。
6.一种电磁器件，其特征在于，包含:
一基底，至少一导电层设置于所述基底上以形成一线圈，其中，一导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排；
一磁性封装体包覆所述至少一导电层及所述基底，其中，所述磁性封装体延伸至所述基底的一穿孔以形成一磁性柱子，所述线圈围绕所述磁性柱子。
7.一种电磁器件，其特征在于，包含:
一基底，至少一导电层设置于所述基底上以形成一线圈，其中，一导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排；
一磁性封装体包覆所述至少一导电层及所述基底，其中，所述磁性封装体延伸至所述基底的一穿孔以形成一磁性柱子，所述线圈围绕所述磁性柱子，该基底于该穿孔的边缘上具有锯齿突出部。
8.一种电磁器件，其特征在于，包含:
一基底，至少一导电层设置于所述基底上以形成一线圈，其中，一导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排；
一磁性封装体包覆所述至少一导电层及所述基底，其中，所述磁性封装体延伸至所述基底的一穿孔以形成一磁性柱子，所述线圈围绕所述磁性柱子，其中，一第一表面贴装电极电性连接至所述第一细长片段的第二端点，以及一第二表面贴装电极电性连接至所述第二细长片段的第二端点。
9.一种电磁器件，其特征在于，包含至少一导电层以形成一线圈，其中，导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排，其中，所述导电层还包括一第一过渡片段，其中，所述第一过渡片段的宽度仅在其内侧逐渐减小，以连接所述中间片段的第一端点至所述第一细长片段的第一端点。
10.一种电磁器件，其特征在于，包含:
一基底，至少一导电层设置于所述基底上以形成一线圈，其中，导电层包括一中间片段、一第一细长片段以及一第二细长片段，其中，所述中间片段的宽度分别大于所述第一细长片段的宽度和所述第二细长片段的宽度，其中，所述第一细长片段的内侧表面的一部分和所述第二细长片段的外侧表面的一部分并排；
一磁性封装体包覆所述至少一导电层及所述基底，其中，所述磁性封装体延伸至所述基底的一穿孔以形成一磁性柱子，所述线圈围绕所述磁性柱子，其中，所述穿孔内的磁性封装体的一部分与所述至少一导电层上的线圈的一部分相接触。
11.一种电磁器件，其特征在于，包含:
一基底，多个线图图案堆栈于所述基底上以形成一线圈结构，其中，线圈结构的相邻两个线图图案通过介层导通孔连接，所述线圈结构具有一第一导线图案与堆栈于所述第一导线图案上方的一第二导线图案，其中，所述第一导线图案具有一垂直侧壁轮廓，所述第二导线图案具有一倾斜侧壁轮廓以缩小第二导线图案的线宽。
12.一种电磁器件，其特征在于，包含:
一基底，多个线图图案堆栈于所述基底上以形成一线圈结构，其中，线圈结构的相邻两个线图图案通过介层导通孔连接，所述线圈结构具有一第一导线图案、一第二导线图案堆栈于所述第一导线图案上方以及一第三导线图案堆栈于所述第二导线图案上方，其中，所述第一导线图案具有一垂直侧壁轮廓，所述第二导线图具有一第一倾斜侧壁轮廓以缩小其线宽，所述第三导线图案具有一第二倾斜侧壁轮廓以更加缩小其线宽。
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