CN107275058B - 充电线圈及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电线圈及其制造方法，充电线圈包含：一基板，具有至少一组导接孔；至少一线圈结构，形成于基板上，每个线圈结构之两端点连接至一组导接孔；支撑层，形成于线圈结构之间隙及周边，以支撑线圈结构。本发明运用微影技术来制作，达到单一平面，匝数最多、厚度最薄的高密度充电线圈，并且，制程简单，良率高的特殊技术功效。
Description
技术领域
本发明关于一种基板，特别关于一种充电线圈及其制造方法。
背景技术
目前，无线充电技术正逐渐深入到各个领域，例如，行动装置、计算机等电子产品，其他电子产品、电动车，甚至行动穿戴装置如电子鞋、电子衣等。未来，若能解决无线充电技术的充电效率问题，无线充电技术将可能成为未来充电的主流。
目前主要有四类无线充电技术，磁感应式(Inductive Coupling)、磁共振式(Resonant Coupling)、微波传输(Microwave Power Transfer)与激光传输(Laser PowerTransfer)。现阶段，磁感应式与磁共振式是相对成熟的无线充电技术，这两种无线充电技术，都要在充电座与设备端都配置充电线圈。其中，短距离的无线充电，现阶段为磁感应式为主流，只要能确认对位的问题即可，例如行动装置、小型电子产品、行动穿戴装置等；较长距离的无线充电，采用磁感应式较佳，主要为电动车无线充电技术所采用。
无线充电线圈运用到不同产品时，可能整合到的位置不同，例如，在手机或者平板计算机的应用上，充电线圈就可能整合到背盖或者是电路板上。例如，充电座运用到如桌子、鞋架的产品时，就要整合到桌面、鞋架中。
现阶段的充电线圈制作方式，主要采用绕线式结构，也就是，通过预先制作的漆包线(线径依据充电线圈的规格制作)，将其绕线至预定的匝数与面积，再贴合到基板上。其限制在于厚度较大，并且，质量取决于漆包线的质量，较不稳定。
因此，如何能开发出同时具有单一平面，匝数最多、厚度最薄的高密度充电线圈，并且，制程简单，良率高等的充电线圈，成为未来充电线圈发展的方向。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种充电线圈及其制造方法。
本发明提供的充电线圈，包含：
一基板，具有至少一组导接孔；
至少一线圈结构，形成于该基板上，每个该线圈结构的两端点连接至一组该导接孔，该线圈结构以一金属材质构成，厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间；及
一支撑层，形成于该线圈结构的间隙及周边，以支撑该线圈结构。
优选地，上述的充电线圈，还包含：
一种子金属层，配置于该线圈结构下方与该导接孔，使该线圈结构与该基板隔离。
优选地，该支撑层还包覆该线圈结构顶面而构成保护层。
优选地，该至少一组线圈结构是两组以上，且彼此并联。
优选地，该线圈结构是由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
优选地，上述的充电线圈，还包含：
一导磁材料层，形成于该支撑层上。
优选地，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
本发明提供一种充电线圈的制造方法，包含：
提供具有一种子金属层的一基板，该基板具有至少两组导接孔，每组导接孔有两个；
形成一光阻层于该基板上；
以微影制程于该光阻层制作出至少一线圈结构凹槽，每个该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；
电镀该种子金属层，使每个该线圈结构凹槽与该组导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构；
移除该光阻层；
蚀刻非该线圈结构范围的该种子金属层，使该线圈结构的线与线彼此隔离；及
的间隙，以构成一支撑层结构。
优选地，上述的充电线圈的制造方法，还包含：形成一导磁材料层于该支撑层上。
优选地，每个该线圈结构由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
优选地，该至少一线圈结构为两组以上，且彼此并联。
优选地，该线圈结构：厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
优选地，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
优选地，上述充电线圈的制造方法，包含：
提供具有至少一组导接孔的一基板，每组导接孔有两个；
依序形成一负型光阻层与一掀离光阻层于该基板上；
以微影制程于该负型光阻层、该掀离光阻层制作出至少一线圈结构凹槽，该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；
形成一金属薄膜于具有该掀离光阻层的该基板上；
移除该掀离光阻层，使该线圈结构凹槽中具有该金属薄膜；
电镀该金属薄膜，使该线圈结构凹槽与该组导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构；及
形成一保护层以覆盖该线圈结构。
优选地，上述的充电线圈的制造方法，还包含：形成一导磁材料层于该保护层上。
优选地，该线圈结构是由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
优选地，该线圈结构：厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
优选地，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
本充电线圈的制造方法，其特征在于，包含：
提供具有至少一组导接孔的一基板，每组导接孔有两个；
依序形成一光阻层与一掀离光阻层于该基板上；
以微影制程于该光阻层、该掀离光阻层制作出至少一线圈结构凹槽，每个该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；
形成一金属薄膜于具有该掀离光阻层的该基板上；
移除该掀离光阻层，使该线圈结构凹槽中具有该金属薄膜；
电镀该金属薄膜，使该线圈结构凹槽与该两组导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构；
移除该光阻层；及
以一负型光阻层覆盖该线圈结构并填满该线圈结构的间隙，以构成一支撑层结构。
优选地，上述的充电线圈的制造方法，还包含：
形成一导磁材料层于该支撑层上。
优选地，该线圈结构由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
优选地，该线圈结构：厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
优选地，该至少一线圈结构为两组以上，且彼此并联。
本发明提供的充电线圈及其制造方法，运用微影技术来制作，达到单一平面，匝数最多、厚度最薄的高密度充电线圈，并且，制程简单，良率高的特殊技术功效。
附图说明
图1A是本发明的充电线圈的上视示意图。
图1B是本发明的充电线圈的局部2放大示意图。
图2A-2B是本发明将具有导接孔的基板形成线圈结构凹槽与线圈结构的主要步骤的上视示意图。
图3A是本发明运用种子金属层来制作本发明的充电线圈的一实施例流程图。
图3B-3H是本发明图2A的局部2，沿A-A剖面的放大制作流程示意图。
图4A是本发明运用无种子金属层的基板来制作本发明的充电线圈的一实施例流程图。
图4B-4H是本发明图2A的局部2，沿A-A剖面的放大制作流程示意图。
图5A是本发明运用无种子金属层的基板来制作本发明的充电线圈的一实施例流程图。
图5B-5I是本发明图2A的局部2，沿A-A剖面的放大制作流程示意图。
图6是本发明线圈结构60同时具有三条距离接近的线圈并联而成的实施例。
图7是本发明的多组线圈结构同时形成于单一基板上的实施例。
【符号说明】
2、3 局部；
10 基板；
20、21 种子金属层；
22 金属薄膜；
30A、30B 导接孔；
40 光阻层；
41 部分光阻层；
50 线圈结构凹槽；
60 线圈结构；
70 负型光阻层；
71 保护层；
80 负型光阻层；
81a 光阻层；
90 掀离光阻层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
根据本发明的实施例，本发明运用微影制程来制作高厚度与线宽的比例的线圈结构凹槽，并运用电镀技术来进行线圈结构的制作，进而完成充电线圈。本发明的充电线圈与方法，具有工法简单、良率高、可直接制作于目标基板、低成本等特殊技术功效，可充分满足未来电子产品对于无线充电线圈的大量需求的目的。
请先参考图1A，本发明的充电线圈的上视示意图，包含：基板10与线圈结构60； 图1B，本发明的充电线圈的局部2放大示意图，线圈结构60的两端点连接至一组导接孔30A、30B。导接孔30A、30B会穿孔到基板10的背面，以与后续形成的导接垫连接。导接垫会与外部的软板等进行焊接或连接，而连接到外部的控制电路板。
线圈结构60以金属材质构成，厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。此外，在线圈结构60之间，配置有支撑层，形成于线圈结构60之间隙及周边，以支撑线圈结构60。
接下来，请参考图2A-2B，其说明了本发明将具有导接孔的基板形成线圈结构凹槽与线圈结构的主要步骤的上视示意图。图2A说明了具有导接孔，也就是导接孔30A、30B的基板10上，可以预先形成一种子金属层20(请参考图3B)，或者，不具有种子金属层(请参考图4B、5B)。图2B说明了运用微影制程，制作出线圈结构凹槽50，线圈结构凹槽50是由光阻层40(参考图3C、3D)构成。图1A说明了在线圈结构凹槽50当中形成了线圈结构60。
以下，将列举数个实施例来说明本发明的具体做法， 图3A-3H说明了本发明运用种子金属层来制作本发明的充电线圈的一实施例； 图4A-4H说明了本发明未运用种子金属层来制作本发明的充电线圈的一实施例； 图5A-5H说明了本发明未运用种子金属层来制作本发明的充电线圈的另一实施例。
请参考图3A，本发明运用种子金属层来制作本发明的充电线圈的一实施例流程图，以下，搭配图3B-3G，其为图2A的局部2，沿A-A剖面的放大制作流程示意图，来说明图3A的步骤：
步骤101：提供具有一种子金属层的一基板，该基板具有至少两组导接孔，每组导接孔有两个。此步骤即为图2A的状态。此外，在图3B中，显示了第2A图的局部2的状态，导接孔30B的内部，以及基板10的表面，都布有种子金属层20。
步骤102：形成一光阻层于该基板上。此步骤即为图3C所示，光阻层40布满于基板10上，也就是种子金属层20之上，同时，导接孔30B上方也被填满。
步骤103：以微影制程于该光阻层制作出一线圈结构凹槽，该线圈结构凹槽之两端点配置于相对应的该组导接孔。此步骤即为图3D所示，通过微影制程，光阻层40被显影剂去除后，只剩下部分光阻层41，而篓空的部分，则构成线圈结构凹槽50。
步骤104：电镀该种子金属层，使每个该线圈结构凹槽与该组导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构。此步骤即为图3E，由于基板10上方有种子金属层20，而于步骤103制作出线圈结构凹槽50后，其下的种子金属层20将裸露。执行电镀制程，即可将裸露的种子金属层20上方填满电镀金属而构成线圈结构60。不过，此时由于种子金属层20布满了基板10上方，所以，线圈结构60目前是短路的，因此，接下来必须多于的种子金属层20移除。
步骤105：移除该光阻层。此步骤即为图3F，移除剩余的光阻层41后，会仅剩下线圈结构60及其下方的种子金属层20，而未被线圈结构60覆盖的种子金属层20将会裸露。
步骤106：蚀刻非该线圈结构范围的种子金属层，使该线圈结构的线与线彼此隔离。运用蚀刻液将裸露的种子金属层20蚀刻，即可使线圈结构60的线与线之间隔离，如图3G所示。可以发现，局部3的部分包含了线圈结构60及其下方未被蚀刻的种子金属层21。
步骤107：以一负型光阻覆盖该线圈结构并填满该线圈结构的间隙，以构成支撑层结构。最后，再以负型光阻层70覆盖住整个线圈结构60，包含其间隙。如此，负型光阻层70即可构成支撑层结构，以支撑线圈结构60并使其绝缘，如图3H所示。
此外，更可形成一导磁材料层于支撑层70上，让线圈结构60的充电效果更佳。
此外，另可形成一保护层于支撑层70上。
接着，请参考图4A，本发明运用无种子金属层的基板来制作本发明的充电线圈的一实施例流程图，以下，搭配图4B-4H，其为图2A的局部2，沿A-A剖面的放大制作流程示意图，来说明图4A的步骤：
步骤111：提供具有至少一组导接孔的一基板，每组导接孔有两个。此步骤即为图2A的另一种实施例的状态，亦即，局部2的放大剖面示意图，可以看到导接孔30B穿透基板10，如图4B所示。
步骤112：依序形成一负型光阻层与一掀离光阻层于该基板上；负型光阻层80及掀离光阻层90分别用来当作永久层及暂时层，如图4C。
步骤113：以微影制程于该负型光阻层、该掀离光阻层制作出一线圈结构凹槽，该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；通过微影制程进行一次性的曝光，同时以显影剂将负型光阻层80、掀离光阻层90进行显影，即可制作出线圈结构凹槽50，而留下部分负型光阻层81、掀离光阻层91，如图4D所示。
步骤114：形成一金属薄膜于具有该掀离光阻层的该基板上；以溅镀或喷涂的方式将金属薄膜22形成于基板10上。由于基板10已经是具有线圈结构凹槽50的基板10，因此，线圈结构凹槽50、剩余的掀离光阻层91上方以及导接孔30B等，将会布有金属薄膜22，如图4E所示。
步骤115：移除该掀离光阻层，使该线圈结构凹槽中具有该金属薄膜；在此步骤中，将掀离光阻层91移除后，其上方的金属薄膜22将一并被移除，于是，只剩下线圈结构凹槽50当中的金属薄膜22，此及本发明欲保留的部分，如图4F所示。
步骤116：电镀该金属薄膜，使该线圈结构与该两穿孔充满电镀金属；有金属薄膜22当基底，可进行电镀制程，进而构成线圈结构60，如图4G所示。
步骤117：形成一保护层以覆盖该线圈结构。剩余的负型光阻层81将形成支撑结构，而另外形成一保护层71，可使线圈结构60绝缘，如图4H所示。
同样地，可形成一导磁材料层于保护层71上，让线圈结构60的充电效果更佳。
请参考图5A，本发明运用无种子金属层的基板来制作本发明的充电线圈的一实施例流程图，以下，搭配图5B-5I，其为图2A的局部2，沿A-A剖面的放大制作流程示意图，来说明图5A的步骤：
步骤121：提供具有至少一组导接孔的一基板，每组导接孔有两个；此步骤即为第2A图的另一种实施例的状态，亦即，局部2的放大剖面示意图，可以看到导接孔30B穿透基板10，如图5B所示。
步骤122：依序形成一光阻层与一掀离光阻层于该基板上；光阻层80a及掀离光阻层90分别用来当作暂时层，如图5C所示。
步骤123：以微影制程于该光阻层、该掀离光阻层制作出至少一线圈结构，每个该线圈结构的两端点配置于相对应的该组导接孔；通过微影制程进行一次性的曝光，同时以显影剂将光阻层80a、掀离光阻层90进行显影，即可制作出线圈结构凹槽50，而留下部分光阻层81a、掀离光阻层91，如图5D所示。
步骤124：形成一金属薄膜于具有该掀离光阻层的该基板上；由于基板10已经是具有线圈结构凹槽50的基板10，因此，线圈结构凹槽50、剩余的掀离光阻层91上方以及导接孔30B等，将会布有金属薄膜22，如图5E所示。
步骤125：移除该掀离光阻层，使该线圈结构中具有该金属薄膜；在此步骤中，将掀离光阻层91移除后，其上方的金属薄膜22将一并被移除，于是，只剩下线圈结构凹槽50当中的金属薄膜22，此及本发明欲保留的部分，如图5F所示。
步骤126：电镀该金属薄膜，使该线圈结构与该两穿孔充满电镀金属；有金属薄膜22当基底，可进行电镀制程，进而构成线圈结构60，如图5G所示。
步骤127：移除该光阻层；移除剩余的光阻层81a，线圈结构60即裸露出来，如图5H所示。
步骤128：以一负型光阻层覆盖该线圈结构并填满该线圈结构的间隙，以构成支撑层结构。最后，再以负型光阻层70覆盖住整个线圈结构60，包含其间隙。如此，负型光阻层70即可构成支撑层结构，以支撑线圈结构60并使其绝缘，如第5I图所示。
此外，更可形成一导磁材料层于支撑层上。
通过本发明的制程，可制作出单一平面，匝数最多、厚度最薄的高密度充电线圈，并且，制程简单，良率高。
同时，本发明也可任意制作出多组并联的于同一个导接孔的多匝数线圈。请参考图6，其为线圈结构60同时具有三条距离接近的线圈并联而成的实施例。换言之，本发明的线圈结构可以是两组以上且彼此并联，且共同连接至同一组导接孔。
此外，本发明亦可在同一基板上，同时制作出多组线圈结构，且让其彼此并联，以解决对位的问题。请参考图7，其为本发明的线圈结构60A、60B、60C、60D、60E、60F、60G、60H、60I九组线圈结构，同时形成于单一基板10上的实施例，并且，线圈结构彼此并联。如此，即可避免对位不准而无法有效充电的问题。
此外，基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (25)
1.一种充电线圈，其特征在于，包含：
一基板，具有至少一组导接孔；
至少一线圈结构，形成于该基板上，每个该线圈结构的两端点连接至一组该导接孔，该导接孔会穿孔到该基板的背面，该线圈结构以一金属材质构成，厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间；及
一支撑层，形成于该线圈结构的间隙及周边，以支撑该线圈结构，该支撑层还包覆该线圈结构顶面而构成保护层。
2.如权利要求1所述的充电线圈，其特征在于，还包含：
一种子金属层，配置于该线圈结构下方与该导接孔，使该线圈结构与该基板隔离。
3.如权利要求1或2所述的充电线圈，其特征在于，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
4.如权利要求1所述的充电线圈，其特征在于，该至少一组线圈结构是两组以上，且彼此并联。
5.如权利要求1所述的充电线圈，其特征在于，该线圈结构是由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
6.如权利要求1或2所述的充电线圈，其特征在于，还包含：
一导磁材料层，形成于该支撑层上。
7.如权利要求1或2所述的充电线圈，其特征在于，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
8.一种充电线圈的制造方法，其特征在于，包含：
提供具有一种子金属层的一基板，该基板具有至少两组导接孔，每组导接孔有两个，该导接孔会穿孔到该基板的背面；
形成一光阻层于该基板上；
以微影制程于该光阻层制作出至少一线圈结构凹槽，每个该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；
电镀该种子金属层，使每个该线圈结构凹槽与该组导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构；
移除该光阻层；
蚀刻非该线圈结构范围的该种子金属层，使该线圈结构的线与线彼此隔离；及
以一负型光阻覆盖该线圈结构并填满该线圈结构的间隙，以构成一支撑层结构，该支撑层还包覆该线圈结构顶面而构成保护层。
9.如权利要求8所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，还包含：
形成一导磁材料层于该支撑层上。
10.如权利要求8所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，每个该线圈结构由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
11.如权利要求8所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该至少一线圈结构为两组以上，且彼此并联。
12.如权利要求8所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该线圈结构：厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
13.如权利要求8所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
14.一种充电线圈的制造方法，其特征在于，包含：
提供具有至少一组导接孔的一基板，每组导接孔有两个，该导接孔会穿孔到该基板的背面；
依序形成一负型光阻层与一掀离光阻层于该基板上；
以微影制程于该负型光阻层、该掀离光阻层制作出至少一线圈结构凹槽，该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；
形成一金属薄膜于具有该掀离光阻层的该基板上；
移除该掀离光阻层，使该线圈结构凹槽中具有该金属薄膜；
电镀该金属薄膜，使该线圈结构凹槽与该组导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构；及
形成一保护层以覆盖该线圈结构。
15.如权利要求14所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，还包含：
形成一导磁材料层于该保护层上。
16.如权利要求14所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该线圈结构是由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
17.如权利要求14所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该线圈结构：厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
18.如权利要求14所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该至少一线圈结构为两组以上，且彼此并联。
19.如权利要求14所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
20.一种充电线圈的制造方法，其特征在于，包含：
提供具有至少一组导接孔的一基板，每组导接孔有两个，该导接孔会穿孔到该基板的背面；
依序形成一光阻层与一掀离光阻层于该基板上；
以微影制程于该光阻层、该掀离光阻层制作出至少一线圈结构凹槽，每个该线圈结构凹槽的两端点配置于相对应的该组导接孔；
形成一金属薄膜于具有该掀离光阻层的该基板上；
移除该掀离光阻层，使该线圈结构凹槽中具有该金属薄膜；
电镀该金属薄膜，使该线圈结构凹槽与两组该导接孔充满电镀金属而构成一线圈结构；
移除该光阻层；及
以一负型光阻层覆盖该线圈结构并填满该线圈结构的间隙，以构成一支撑层结构，该支撑层还包覆该线圈结构顶面而构成保护层。
21.如权利要求20所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，还包含：
形成一导磁材料层于该支撑层上。
22.如权利要求20所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该线圈结构由至少两组线圈并联且共同连接至该组导接孔。
23.如权利要求20所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该线圈结构：厚度与线宽的比例介于10:1至1:10之间，线宽介于1微米至300微米之间，厚度介于10微米至150微米之间。
24.如权利要求20所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该至少一线圈结构为两组以上，且彼此并联。
25.如权利要求20所述的充电线圈的制造方法，其特征在于，该基板的材料选自：玻璃、蓝宝石或陶瓷材料。
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