CN115775672A - 一种微型电感线圈及其制备方法 - Google Patents
一种微型电感线圈及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115775672A CN115775672A CN202211406882.2A CN202211406882A CN115775672A CN 115775672 A CN115775672 A CN 115775672A CN 202211406882 A CN202211406882 A CN 202211406882A CN 115775672 A CN115775672 A CN 115775672A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- conductor
- coil
- annular
- conductors
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 11
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 2
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 claims 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
- H01F41/12—Insulating of windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
本发明涉及电感线圈技术领域，具体涉及H01F27/30，更具体地，本发明涉及一种微型电感线圈及其制备方法。微型电感线圈，包括：N层未闭合环形平面导体和线圈引脚。本发明微型电感线圈的制备方法，通过蚀刻手段形成的环形导体，各层导体之间通过埋于绝缘层电镀导通孔相连，这样避免了传统线圈绕制工艺所出现的层层跨越问题，同时避免了现有工艺中对于线径或截面积很小的导体而言，绕线方式很大程度上会使导体在绕制的时候因为张力过大而出现漆包层被破坏、导体断裂等不良现象。
Description
技术领域
本发明涉及电感线圈技术领域，具体涉及H01F27/30，更具体地，本发明涉及一种微型电感线圈及其制备方法。
背景技术
在通信和计算基础架构的电源管理系统中，电源模块方案被越来越多的设备制造商所青睐。电源模块方案是基于分立式开关电源的技术，它将设备电源总线通过DC/DC的方式转换为基础架构系统中的各个负载点(POL)，这极大程度降低了线路的电力损耗。然而这项技术对于电源模块的高密度、高集成度提出了很严苛的要求，设计者在选择器件时必须兼顾高性能和小尺寸。
电感作为电源模块重要的元器件之一，其结构尺寸微型化受制于线圈的设计以及制造工艺。目前的电感线圈制作主要通过牵引力拉住导体配合主轴轨迹运动，将导体绕制在骨架或者磁芯上形成多匝绕组。对于线径或截面积很小的导体而言，这种绕线方式很大程度上会使导体在绕制的时候因为张力过大而出现漆包层被破坏、导体断裂等不良现象。此外，导体在上述的线圈绕制过程中，不可避免的出现由于匝与匝之间跨越造成的绕线间隙而造成绕层缺陷，同时匝与匝之间的跨越也是线圈设计无法达到理想单匝线圈的主要原因。例如中国专利CN202122097482提供了一种电感线圈机构，通过利用套环的设置，将多个线圈进行组装，该种方法会存在单个线圈导体在绕制的时候因为张力过大而出现漆包层被破坏、导体断裂等不良现象。
发明内容
针对现有技术中存在的一些问题，本发明第一个方面提供了一种微型电感线圈，包括：
N层未闭合环形平面导体，N层未闭合环形平面导体垂直分布，且通过导孔连接，导孔之外相邻未闭合环形平面导体之间形成物理隔离层；N≥2；
线圈引脚，包括线圈第一引脚和线圈第二引脚，分别设置于底层未闭合环形平面导体和顶层未闭合环形平面导体上。
相比于现有技术中使用导体线圈缠绕的方式，本申请微型电感线圈由N层未闭合环形平面导体构成，并通过导孔将N层未闭合环形平面导体进行连接，避免了现有技术中对于线径或截面积很小的导体而言，绕线方式使导体在绕制的时候因为张力过大而出现漆包层被破坏、导体断裂等不良现象，同时避免了绕层缺陷。
在一种实施方式中，所述物理隔离层的材料为绝缘材料。
在一种实施方式中，所述环形平面导体的厚度不超过集肤深度的6倍，优选的，不超过集肤深度的4倍；更优选不超过集肤深度的2倍。
其中，集肤深度计算公式如下：
其中，f为频率，单位Hz；
Δ为集肤深度，单位mm。
更具体地，当本发明的线圈应用于300000Hz以上频率，环形平面导体的厚度不超过0.56mm；优选的，环形导体厚度不超过0.28mm。当本发明的线圈应用于2000000Hz以上频率，环形平面导体的厚度不超过0.1mm；优选的，环形导体厚度不超过0.053mm。
申请人意外的发现，当环形平面导体的厚度不超过集肤深度的4倍，尤其是不超过集肤深度的2倍时，此时本发明微型电感线圈受集肤效应影响较小，电阻和电感的损耗降低。
本申请中环形平面导体的宽度不作特别限定，本领域技术人员可根据需要进行常规选择，可以列举的有250μm，300μm等。
在一种实施方式中，在N层环形平面导体内环截面积A1不超过环形平面导体外围截面积A2。具体见图5，A1为中间灰色区域，A2为外围灰色区域。
申请人意外的发现，环形平面导体内环尺寸控制在本申请中范围内，电感感值优。
在一种实施方式中，导孔设置在物理隔离层上，每层物理隔离层上的导孔个数大于等于1，优选大于等于2，具体个数本领域技术人员可作常规选择，此外，导孔孔径大小不作特别限定，本领域技术人员可作常规选择。
本发明中导孔为具有导电性能的通孔。
本发明第二个方面提供了一种所述微型电感线圈的制备方法，包括如下步骤：
(1)在绝缘材料表面覆盖一层导体材料，蚀刻得到未闭合的环形平面导体和线圈第一引脚，然后于蚀刻部分填充并在环形平面导体上部覆盖一层绝缘材料，并钻孔、电镀得到含有导孔的物理隔离层，重复以上操作，得到N层未闭合环形平面导体，并在最后一层环形平面导体蚀刻得到线圈第二引脚，并在蚀刻、填充好的导体的上表面覆盖绝缘材料；
(2)保留一定绝缘膜厚，通过激光切割退去环形平面导体内侧和外侧的多余的绝缘材料。
在一种实施方式中，所述微型电感线圈的制备方法包括下面步骤：
(1)在绝缘材料表面覆盖一层导体材料，将导体材料蚀刻形成未闭合的环形平面导体，并蚀刻得到线圈第一引脚，将蚀刻掉的导体部分进行绝缘材料填充，并在该导体表面覆盖一层绝缘材料，然后在该绝缘材料上钻孔、电镀形成贯穿绝缘层的导孔；
(2)在上述包埋导孔的绝缘材料表面覆盖一层导体材料，将导体材料蚀刻形成未闭合的环形平面导体，被蚀刻掉的导体部分通过绝缘材料进行填充；在蚀刻、填充好的导体的上表面覆盖绝缘材料，该绝缘材料通过钻孔、电镀形成贯穿绝缘层的导孔；重复步骤(2)，可得到N层覆盖绝缘材料的未闭合环形平面导体；
(3)在步骤(2)最上层的绝缘材料表面表面覆盖一层导体材料，将导体材料蚀刻形成未闭合的环形平面导体以及线圈第二引出脚，被蚀刻掉的导体部分通过绝缘材料进行填充；在蚀刻、填充好的导体的上表面覆盖绝缘材料。
(4)保留一定绝缘膜厚，通过激光切割退去环形平面导体内侧和外侧的多余的绝缘材料。
在一种实施方式中，绝缘材料选自聚酰亚胺、聚酰胺、环氧树脂的任意一种或多种。
本申请中导体材料为金属材料，优选为铜。
本申请中绝缘膜的厚度不作特别限定，可以列举的有20μm，25μm，30μm等。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明微型电感线圈的制备方法，通过蚀刻手段形成的环形导体，各层导体之间通过埋于绝缘层电镀导通孔相连，这样避免了传统线圈绕制工艺所出现的层层跨越问题，同时避免了现有工艺中对于线径或截面积很小的导体而言，绕线方式很大程度上会使导体在绕制的时候因为张力过大而出现漆包层被破坏、导体断裂等不良现象。
附图说明
图1为微型电感线圈的制备流程图；
图2为微型电感线圈的结构示意图；其中1-线圈第一引脚；2-线圈第二引脚；3-环形平面导体；
图3为实施例1和对比实施例1交流电阻测试图；
图4为实施例1微型电感线圈的俯视透视图；
图5为微型电感线圈的内环面积示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。
实施例1
一种微型电感线圈，如图2，包括：6层未闭合环形平面导体3，6层未闭合环形平面导体3垂直分布，且通过导孔连接，导孔之外相邻未闭合环形平面导体之间通过一层环氧树脂层形成物理隔离层；其中，环形平面导体的厚度为48.5μm，宽度为250μm。
线圈引脚，包括线圈第一引脚1和线圈第二引脚2，分别设置于底层未闭合环形平面导体和顶层未闭合环形平面导体上。得到的微型电感线圈的俯视透视图见图4。
该微型电感线圈的制备方法如下：
通过蚀刻在尺寸为1400μm*1200μm*25μm的聚酰亚胺材料表面覆盖的铜片得到6层被环氧树脂包覆的未闭合的环形平面导体。相邻导体通过两个孔径为100μm的电镀导通孔连接；其中，环形导体的厚度为48.5μm，宽度为250μm；环形导体内环尺寸为450μm*650μm。线圈第一引脚与底层环形平面导体未闭合一端相连，线圈第二引脚与顶层底层环形平面导体未闭合一端相连。通过激光切合褪去导体表面多余的聚酰亚胺材料，保留25μm的绝缘厚度。具体流程图见图1。
上述线圈封装于1400*1200*1000尺寸的磁性材料中，磁性材料的相对导磁率为30，电感的磁芯截面积Ae为0.2925mm2。
实施例2
一种微型电感线圈同实施例1，不同之处在于，环形平面导体的厚度为60μm。
该微型电感线圈的制备方法同实施例1。
上述线圈封装于1400*1200*1000尺寸的磁性材料中，磁性材料的相对导磁率为30，电感的磁芯截面积Ae为0.2925mm2。
实施例3
一种微型电感线圈同实施例1，不同之处在于，环形平面导体的厚度为25μm。
该微型电感线圈的制备方法同实施例1。
上述线圈封装于1400*1200*1000尺寸的磁性材料中，磁性材料的相对导磁率为30,电感的磁芯截面积Ae为0.2925mm2。
实施例4
一种微型电感线圈、制备方法同实施例1。
上述线圈封装于1400*1200*1000尺寸的磁性材料中，磁性材料的相对导磁率为30,,电感的磁芯截面积Ae为0.5525mm2。
实施例5
一种微型电感线圈、制备方法同实施例1。
上述线圈封装于1400*1200*1000尺寸的磁性材料中，磁性材料的相对导磁率为30,,电感的磁芯截面积Ae为0.6825mm2。
对实施例1-5进行电感特性测试，结果见表1。
表1
由实施例1-实施例3的结果可知，环形导体的厚度越高，电感的感值和电阻值越低。同时由实施例1-实施例5的测试结果可知，一定范围内，增加环形导体内环尺寸，即磁芯截面积Ae，电感感值增加。当形导体内环尺寸增加到一定数值后，电感感值会有所下降。
对比实施例1
将铜线绕制在尺寸为450μm*650μm的矩形骨架上，绕线匝数为6，分为内层3匝和外层3匝。铜线的直径为120μm，漆膜厚度为25μm，线圈第一引脚由内层线圈绕进反方向形成，线圈第二引脚由外层线圈绕出方向形成。
对实施例1和对比实施例1进行交流电阻测试，测试结果见图3，从图3可知，本发明的实施例1导体的电阻随电流的变化幅度较小，这是由于根据本发明制备的导体尺寸较小，因此受肌肤深度的影响要低于通过传统绕线制备的线圈。这有利于电感在高频时能保证有较低的交流损耗。
Claims (9)
1.一种微型电感线圈，其特征在于，包括：
N层未闭合环形平面导体，N层未闭合环形平面导体垂直分布，且通过导孔连接，导孔之外相邻未闭合环形平面导体之间形成物理隔离层；N≥2；
线圈引脚，包括线圈第一引脚和线圈第二引脚，分别设置于底层未闭合环形平面导体和顶层未闭合环形平面导体上。
2.根据权利要求1所述微型电感线圈，其特征在于，所述物理隔离层的材料为绝缘材料。
3.根据权利要求2所述微型电感线圈，其特征在于，所述绝缘材料选自聚酰亚胺、聚酰胺、环氧树脂中一种或多种。
4.根据权利要求1-3任一项所述微型电感线圈，其特征在于，所述环形平面导体的厚度不超过集肤深度的6倍。
5.根据权利要求4所述微型电感线圈，其特征在于，所述环形平面导体的厚度不超过集肤深度的4倍，优选不超过集肤深度的2倍。
6.根据权利要求4所述微型电感线圈，其特征在于，集肤深度的计算需要满足下式：
其中，f为频率，单位Hz；Δ为集肤深度，单位mm。
7.根据权利要求6所述微型电感线圈，其特征在于，在N层环形平面导体内环截面积A1不超过环形平面导体外围截面积A2。
8.根据权利要求7所述微型电感线圈，其特征在于，导孔设置在物理隔离层上，每层物理隔离层上的导孔个数大于等于1，优选大于等于2。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述微型电感线圈的制备方法，其特征在于，包括下面步骤：
(1)在绝缘材料表面覆盖一层导体材料，蚀刻得到未闭合的环形平面导体和线圈第一引脚，然后于蚀刻部分填充并在环形平面导体上部覆盖一层绝缘材料，并钻孔、电镀得到含有导孔的物理隔离层，重复以上操作，得到N层未闭合环形平面导体，并在最后一层环形平面导体蚀刻得到线圈第二引脚，并在蚀刻、填充好的导体的上表面覆盖绝缘材料；
(2)保留一定绝缘膜厚，通过激光切割退去环形平面导体内侧和外侧的多余的绝缘材料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211406882.2A CN115775672A (zh) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | 一种微型电感线圈及其制备方法 |
| PCT/CN2023/079910 WO2024098596A1 (zh) | 2022-11-10 | 2023-03-06 | 一种微型电感线圈及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211406882.2A CN115775672A (zh) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | 一种微型电感线圈及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115775672A true CN115775672A (zh) | 2023-03-10 |
Family
ID=85388909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211406882.2A Pending CN115775672A (zh) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | 一种微型电感线圈及其制备方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115775672A (zh) |
| WO (1) | WO2024098596A1 (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001250723A (ja) * | 2000-03-07 | 2001-09-14 | Tdk Corp | 高ｑ高周波コイル及びその製造方法 |
| JP2002110425A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Tdk Corp | 高周波コイル |
| JP2002324962A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-11-08 | Toppan Printing Co Ltd | インダクタ内蔵のプリント配線板及びその製造方法 |
| JP2004221331A (ja) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Sony Corp | コイルとその製造方法 |
| KR100688858B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2007-03-02 | 삼성전기주식회사 | 스파이럴 3차원 인덕터를 내장한 인쇄회로기판 및 그 제조방법 |
| CN113192721A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-07-30 | 龙腾 | 基于印制电路板的电感结构、包含该结构的柔性多层印制电路板及包含该结构的变压器结构 |
-
2022
- 2022-11-10 CN CN202211406882.2A patent/CN115775672A/zh active Pending
-
2023
- 2023-03-06 WO PCT/CN2023/079910 patent/WO2024098596A1/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024098596A1 (zh) | 2024-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6071945B2 (ja) | インダクタ及びその製造方法 | |
| CN102569249B (zh) | 立体式电感 | |
| JP4504426B2 (ja) | 平面高電圧変圧器デバイス | |
| US7107666B2 (en) | Method of manufacturing an ultra-miniature magnetic device | |
| US11139108B2 (en) | Coil electronic component | |
| CN108615598B (zh) | 电感器 | |
| JP2009512183A (ja) | 集積回路用の多層の誘導素子 | |
| CN105244344B (zh) | 用在集成电路的电感组件，形成部分集成电路的变压器和电感器 | |
| CN109036798B (zh) | 用于磁芯的通孔以及相关系统和方法 | |
| US7423509B2 (en) | Coil comprising several coil branches and micro-inductor comprising one of the coils | |
| KR102064041B1 (ko) | 코일 부품 | |
| CN109686549B (zh) | 一种具有多个绕组线圈通过微纳加工制作的集成变压器 | |
| KR102053745B1 (ko) | 코일 부품 | |
| WO2021064542A1 (en) | Nanomagnetic inductor cores, inductors and devices incorporating such cores, and associated manufacturing methods | |
| CN115775672A (zh) | 一种微型电感线圈及其制备方法 | |
| JP7378166B2 (ja) | Ｍｅｍｓソレノイドトランス及びその製造方法 | |
| JP2004047731A (ja) | コイル部品およびその製造方法、並びに、電源装置 | |
| US20190180927A1 (en) | Coil component | |
| US20220005640A1 (en) | A vertical magnetic structure for integrated power conversion | |
| US20230071379A1 (en) | Coil component and manufacturing method therefor | |
| WO2000005734A1 (en) | Ultra-miniature magnetic device | |
| TW202420344A (zh) | 微型電感線圈及其製備方法 | |
| US20230395305A1 (en) | Inductors Embedded in Package Substrate and Board and Method and System for Manufacturing the Same | |
| KR20190046590A (ko) | 인덕터 | |
| US20210287841A1 (en) | Layered process-constructed double-winding embedded solenoid inductor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |