TW200938017A - Printed circuit board coil - Google Patents

Description

2009%017 兒明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關電磁線圈’及更加具體地係冑關多層印刷電路板電 磁線圈。 【先前技術】 電磁線圈係使職S種翻巾，連接感應式電能傳輸器。例 如，不同形式的電線圈係用於變壓器、感應式電能轉合器及馬達。 在歷史上，電線圈已藉由纏結金屬絲股線成為一或更多之迴路而 形成。典型地’線圈之直徑、金屬絲之種類及直徑、迴路之數量(或 匝數，turns)，及其他金屬絲及線圈的特性係加以選擇，以 要的電磁能量傳輸特性。 ^ 已知的是，交流電具有一在導體内自我分佈之傾向，以致其靠 近導體表面上的電流密度係大於其在核芯上者。該現象通常係指” 趨膚效應’(skin effect)。趨膚效應造成導體之有效電阻隨著AC電 流之頻率漸增。在克服趨膚效應之一努力中，高頻應用中的電磁 線圈通常係由李茲線(litz Wire)加以纏結。李茲線通常能以螺旋型 式金屬線加以特徵化，其包含許多細線，各別地以絕緣膜加以塗 覆並缠結在一起。個體金屬線係依循仔細地預定的式樣加以結合 D 及缠結’通常牵涉數個纏結層次（已纏金屬絲族群係纏結在一起 等）。典型地’金屬絲係加以纏結，以致每一個體股線花費實質相 等的時間接近成對的線圈。因此，每一股線自成對的線圈截斷實 質等量的磁通線並實質相等地貢獻自身或線圈之相互電感特性。 由於分離之較小金屬線的結合，已結合之導體，相較於使用總橫 斷面積之固態導體，具有較大的表面積，因而有下降的趨膚效應。 依此結果及獨特的纏結構形，在高頻應用中，與李茲線線圈相伴 隨的能量損失能實質地低於習用的固態金屬絲線圈。即使擁有這 2009380Π ϋ，㈣線錢數個缺點m魏線目的電阻係 個體股__並以絕緣體塗覆，以处 =橫=包含-實質數量的非導體元件，例如，空氣及絕緣體。 、二’成。。結構係相對地較複雜的，及每—股線係加以打破。為 保護股線，ϋ常併入一外勒。外稍增加全部成本，及在相較於理 值時，提供甚至更多的電阻。第三，導體係熱絕緣的及 具有非攜_捏，遠離導體本身。如此’基於熱考量，能量處理 能加以降低。第四，李兹線及李兹線線圈的製造過程，相對地係 較為昂貝的’及需要制的、昂貴的設備^第五，李紐可能較 大於所要的-些朗，此起因於金屬關金屬_包裝密度及股 〇 線間絶緣所佔據的空間。 金屬絲線圈在製造上係相對地較為昂貴的(尤其是李兹線線 圈），佔據相對較大量的空間，及通常需要機械安裝線圈至一印刷 電路板。為了解決這些問題，已知直接地在印刷電路板上整合一 線圈，例如，藉由在電路板上使用螺旋形狀的軌跡，形成軌跡。 在某些應用中，印刷電路板包含多數層的螺旋軌跡，其藉由通道 加以結合在一起，形成所要匝數的線圈（例如，2005年七月五曰 頒給Ferencz等人的美國專利第69145〇8號）。雖然印刷電路板線 圈能提供某些優點超越金屬線圈，但習用的印刷電路板線圈遭受 某些習用固態金屬絲面對的問題，例如，在pCB線圈内所伴隨的 感應電流不均句分佈及電感的不均勻分佈。進一步地，已堆疊的 PCB線圈能引入不想要的寄生電容capacitance)，此起因 於某些線圈相較於其他線圈，接收較多的磁場。最後，這造成較 尚的電阻及損失。 【發明内容】 本發明提供一種多層印刷電路板(PCB)線圈，其模擬李茲線 4 C:\g€i/iia 20W 识納 200938017 e)所形成之線圈。該1>(^包含多數個交流導體及絕緣層。 導體層交互連結，以致共同形成線圈。每一導體層包含一軌跡， 其遵循所要的線圈形狀並加以分割成為多數個各別的導體片段。 在一實施例中，每一 PCB導體層包含一通常為螺旋形的轨跡，其 具有多數個電分別的片段。該片段係橫跨層體加以電連接，提供 夕數個電流通道(或長絲）’在層體間以規則重複的式樣起伏。在一 實施例中，線圈可加以構形以致每一長絲花費實質相等的時間接 近成對線圈。因此，每一長絲提供實質相等於自身或線圈的交互 電感。 在一實施例中，PCB的層體包含實質共延伸的螺旋軌跡，其 〇 以重疊關係彼此重疊在一起。在這實施例中，軌跡可包含實質相 同的片段’因而k供對齊的立體交叉道(interchange)，有助於不同 層之片段的電耦合。 在一實施例中，不同層的片段係藉由在層體間延伸的通道(vias) 在立體交叉道加以電叙合。每一立體交叉道可特別的塑形，以降 低靠近通道的阻礙。在一實施例中，每一立體交叉道包含一分離 的通道，用於每一導體層。例如，一四層的PCB線圈可包含四個 通道。在其他實施例中，某些或全部的導體層可包含多數個通道。 Q 如前所述，長絲在多數個導體間加以向上及向下地起伏。此 外，在一實施例中，長絲可向内及向外地起伏，提供額外的移動 程度。在一實施例中，每一層的線圈可包含兩個相鄰的、分段的、 實質地平行螺旋形式的軌跡，其以成對關係加以延伸。在這個實 施例中’線圈可包含層間及/或層内的連接器，其連接不同層的及 成對軌跡的片段’其連接的式樣界定多數個向上/向下及向内/向外 地起伏的長絲，以致每一股線花費實質相等的時間接近成對的線 圈。每一長絲向上/向下及向内/向外地起伏，模仿李茲金屬絲線圈 200938017 $曲本質 β 本發明提供-簡單及，其克服習知聊線圈 的數個重要缺點，同時維持許多PCB線圈的優點。多重的、起伏 的電流通道之存在，相較於習知PCB線圈，降低趙膚效應及有較 低的損失。使用片段及層間連接器，提供一可信賴的起伏式樣。 此外，長絲的起伏式樣提供一線圈，其中每一長絲花費實質相等 的時間接近成對的線圈n步地改良線圈的鱗，因為每一 長絲提供實質相等於自身或線_交互電I本發明也能以向内/ 向外起伏加以製造，進-步地髓⑽線線圈股線的電流通道。 使用片段及層間導體能降低寄生電容，其藉由υ降低線圈表面積 〇 至片段表面積；及2)引入邊緣效應(fringe effects)，其取消每一其 他的流出。較低的電容允許在線圈内的電感加以放大，其造成較 低的電阻及較小的損失。這些優點係全部加以提供於一 pcB線圈， 其線圈較薄，並且相較於較大的李兹線線圈，允許較緊密的耦合。 本發明這些及其他目標、優點及特徵，在參考本實施例之詳細 描述及附圖之下，將更易於瞭解。 【實施方式】 依照本發明一實施例的印刷電路板(PCB)線圈20，係顯示於第 〇 — A圖、第一 B圖及第一 C圖。PCB線圈20通常包含多數個交 飢導體層14a-d，及絕緣層I6a-c’其共同合作地形成一多層線圈(見 第一 A圖）。每一導體層14a_d包含一軌跡52a d，其由多數個各別 的片段18(見第-B圖)加以界定。在不同導體層14以之不同軌跡 仏-d之片段18 ’由連接器如加以交連，界定，，長絲，，54以(各別 的電流通道），其以預定式樣在層間加以起伏(見第一 c圖、第六及 七圖）。預定的式樣係加以設計，以致在pcB線圈與一第二感應性 線圈加以成對時，在長絲54a_d之間，實質地均勻地分佈所感應的 〇

200938017 t所示的實施例中’pcb線圈2〇模仿一李茲線線圈，其中 該長絲54a-d雖然偏移，但遵循實質地平行的起伏穿透導體層 14a-d。在所示的實施例中，長絲54a-d依照實質地規則的、重複 的起伏，連同每一長絲54a-d花費實質地相同的總時間於PCB線 圈20的每一層14a-d。起伏通常充足地發生，以致所有長絲54a-d 從成對的線圈(未示)截斷一實質相等的磁通線，因而，感應式地產 生實質等量的電能及呈現實質等量的電感。在所示的實施例中， 每一長絲54a-d通過每一層約4次，但起伏的數量係在各應用之間 可加以改變。 雖然顯示與四層PCB線圈相關，本發明係非常適合且易於改 編而用於不同層數的PCB線圈。例如，一較大或較小數量的層係 可加以使用，提供一具有所要特性的線圈。在較大數量層體之應 用中，揭示於此的片段連接式樣，能加以攜帶至額外的層中，或 能開發可替換的連接計劃圖。每一層體中，軌跡及片段的尺寸、 形狀及構形，係可加以改變，以提供所要特性的pCB線圈。例如， 本發明係以相關於一般橢圓形的線圈加以圖解。線圈的形狀在各 應用間可紐需要加以改變。例如，本發雖加以顧於一圓形 的、矩形的、方形的、及不規則形的線圈。 本發明係細於-無核PCB賴加⑽示。本發明能併入成 對的線敝’其包含核芯，如磁核。例如，pCB線圈可在線圈中 心界定-尺寸充足崎孔’轉收—姑(未示）。該減可分離地 製造’並在總成時安裝在穿孔中。如果需要，一層磁性材料，例 如鐵磁材料或鐵氧磁材料，可加以併入pcB基材中，以致p⑶ 基材有效地作為-隔離體，以迁迴電磁t如果需要的話，本發 入撓性的電路板設t卜在一撓性的電路板設計中，撓性的 導體層及絕緣體層可純安置於—撓性基材h撓性的電路設計 200938017含一撓性的非晶磁核材料。 雖然未示，與pCB線圈共同使用的電/電子元件，可安置在載 有pcb線圈之相同的PCB總成之上。本發明可加以使用於基本上 任何應用中，取代金屬絲線圈或—f用的PCB線圈。在某二應用 中，pcb線圈在一耦合的成對線圈中，可取代兩線圈。在其他應 用中’ PCB線圈可與習知線圈加以使用，如習知的金屬絲線或習 知的PCB線圈。 … 基於本發明的緣故，指示性的詞包，如，，頂，，、，，底，，、，，上，，、” 下”’係用於指稱相關於圖式中所示之pCB線圈定位的方向。相似 地’ ”向内”及”向外”係用於指稱朝向或遠離線圈中心的方向。這些 〇 詞句係權宜使用，描述所示之實施例，並不打算限制本發明實施 於任何具體之定位。 如可能最佳地示於第一 B圖中者，pcb線圈20係併入一多層 電路板12中。多層電路板12可依照任何適當的技術及用於製造 多層電路板之技術而加以製造，包含剛性及撓性電路板結構。第 一 B圖之PCB線圈20係由多數個導體層14a_d加以界定，其由絕 緣層16a_c加以彼此隔離。導體層14a_d及絕緣層i6a-c可為基本 上任何材料，其適合用於製造多層電路板者。在所示的實施例中， q 每一導體層14a—d係藉由薄銅層沉積在電路板基材材料層(如纖維 玻璃)之主要表面上而形成《導體層能加以沉積在電路板基材材料 層之兩個主要表面上，以致兩個軌跡能施加到單一的電路板基材 材料層上。在需要兩個以上導體層之應用中，額外的軌跡能加以 安置在額外的電路板基材材料層上。電路板基材材料層能加以堆 疊在一起以形成多層的PCB。當包含有多數個電路板基材材料層 時’鄰近層可由額外的絕緣層加以分離，如薄的纖維玻璃層。若 想要的話，多種PCB線圈的傳導及絕緣層能加熱並加壓在一起， 200938017 一的多層PCB。例如，多層PCB可使用習知的積層技術及 設備加以製造《可更換地，PCB線圈可使用分離的印刷電路板基 材堆疊加以製造，其已由絶緣層加以分隔，並且機械式地交連， 例如，藉由螺絲(未示）。 在所示的實施例中，導體層14a-d包含通常相同的軌跡52a_d。 第一A〜一 B圖顯不該軌跡52a-d，用於依照本發明之一實施例製 造四層的PCB線圈20。第二A圖顯示PCB線圈20之第一及最上 層的一螺旋軌跡52a。第二B圖顯示第二層用的螺旋軌跡52b。第 二C圖顯示第三層用的螺旋軌跡。最後，第二D圖顯示第四及最

下層之軌跡52d。雖然通常係相同的，在軌跡52a_d之間有些許差 異。例如，片段18可在層體間加以偏移，有助於不同層之片段18 間的交連。假使螺旋軌跡52a_d係通常相同的，則只有最上的螺旋 軌跡52a加以詳細描述《其餘的軌跡52b_d可分離地敍述至必須的 範圍，以敍述最上軌跡52a之變型，有益於具體討論。如所示者， 最上螺旋軌跡52a包含多數個導體片段18，其排列成一

圓、職之式樣。在軌跡52a巾的片段18係電導材料之細長的片 段，其彼此地分隔’以致全部均電絶緣(見，例如第2a〜2d圖）。 每-其餘的軌跡52b〜d包含實f相同的片段18排列。當導體層 14a-d及絶緣層16a-c係結合時，軌跡52a d係實質地共存的。 如前文所述’不同導體層Ha_d之片段18係由連接器4〇加以 電交連，其則段⑽在-起耐定魏⑽(在下文中更詳細 地描述）。在所示f施财’層間連姑⑼係安置在立體交又道 22上’其位在每-片段18的相對端上。如可能最佳地顯示於第七 圖者，軌跡漏係在立體交又道22上加以_，紐肢Μ重 叠而允許使用基本上習知之通道24，交連不 示實施例的最下層包含-立體红道，其有較複雜的形狀。最= 、.Spe~Cha~〇9〇324.〇〇c 9 200938017交叉道包含分流部60及62，有助於連接最下層片段18的 外端至最上片段的内端。通道24係加以排列，依照一如下文所述 之式樣，從層14a-d之間垂直地(從一層延伸至一層。每一通道24 通常包含一穿孔26，其穿過絶緣材料而界定，及導體28 ,延伸經 過穿孔26，提供一電流通道經過該絶緣材料。通道24之形成，可 由打洞穿過電路板堆疊形成穿孔26，然後以銅電鍍穿孔26而形成 導體28。例如，可使用電鍍、無電鍍或其他電鍍技術。雖然每一 通道24可垂直地延伸經過所有的層14a d，但通道24係只連接至 那些需要電連接以產生所要電流式樣的片段18。關於想要的電連 ❹ 接的片段18，通道穿孔打洞方法將在通道穿孔26内暴露出片段 18的#伤。因此，當導體28係添加到通道24時(例如，錯出的 孔以銅加以電鍍），在片段18及通道24之間將形成一電連接。關 於不想要的電連接的片段18，片段18可界定一絶緣穿孔42，其 將片段18及通道24加以隔離。如第七圖所示，絶緣穿孔42係與 通道穿孔24連接，並具有-紐大於相職之通道穿孔％。因為 絶緣穿孔42她於通道穿孔26，具有—較大的錄，所以導體 28將不與片段18形成電連接。雖然所示通道24中的導體Μ係由 電鍵的鋼加以形成，導體28可由其他傳導材料加以形成。例如， ❹ 導體材料’如金屬絲的片段，可加壓貼合經過pCB 示）中的通道穿孔24。 沐 形成絶緣穿孔42轉除導體材料所造成的電阻增加， 該潛在問題，立體交又道22可有一特別形狀。例如，如可能最佳 地顯不於第三及第四圖中者，每一軌跡的放大部44，可加以提供 至絶緣孔42及通道24之，鱗供變的導體區所 ^的實施射，財在.鹏之軌射提«贿低之部份46 時’軌_在_孔42觸加以放大至-程度。在第五圖中圖示 200938017 _立體交又l在這個可_結構中，每一軌跡 係加以放大於每-絶緣穿孔42的周圍，但並非每一通道24。放大 的區域係不嚴格地必賴，若想要時可加以除去。例如，在某些 應用中，鄰近迴路間的空間可足夠地大，避免降低鄰近迴路之^ 跡寬度的需要。在其他應用中，為絶緣穿孔42而移除導體材料所 造成的電阻之影響’可為不充足的而確保放大區在軌跡52以中。 如刖文所述，片段18係由連接器4〇加以交連，以界定一多數 的長絲54a-d，或各別的電流通道經過線圈。第—^ _示軌跡 52a_d ’連同單-長絲、的片段18a(如長絲54a)係加陰影。加陰影的 片段18係順序地編號，從S1至S78，以顯示片段電連的次序。例 如，軌跡52a的片段S1係電連至軌跡52b的片段S2，片段幻係 電連至軌跡52〇之片段S3等等，一直到片段S7S。第六圖係本發 明所示實關之f賴計的代表㈣意圖，顯稍有四個長絲 54a-ci的部份，每一長絲54a_d具有不同的陰影。圖式係線圈2〇之 七個長區的侧視圖，並顯示由層間連接器4〇加以交連的不同層之 片段18。所示的連接設計係打算提供一線圈，其中長絲花費實質 相等時間接近成對的線圈(例如，電感地耦合至pCB線圈之分離的 線圈），因而相似於李茲線金屬絲線圈内的股線，每一長絲54a_d 截斷一實質等量的磁通線，進而電感地產生一實質地相等量的電 训·，並貝獻實質相等於自身或線圈之交互電感。這樣在不同長絲 間提供實質均勻的電流分佈，進而降低損失並改良pCB線圈2〇 的全體效率。這些優點係部份地藉由降低線圈中的電容而加以提 供。並未因為堆疊的線圈之表面積係由一距離加以分離而產生相 對較大之寄生電容，一相對較小的寄生電容藉由以一距離相隔之 較小的表面積加以產生。進一步地，因為片段排列，某些由片段 k成的電容邊緣效應，可彼此取消。較小的電容允許電感加以放 200 起造成較低的電阻及較小的損失。依此方式，PCB線圈20 模仿一李兹線線圈，但PCB、線圈係較薄的，及相對於因為包裝密 度而較厚的李茲線線圈，可允許較緊密的齡。連接設計在各應 用間係可改變，取祕PCB軸及麟細之設計及獅◎在所 示的設計中，PCB線圈20包含片段18，其加以交連以界定四個長 絲(或分離的電流通道），從層體經由螺旋執跡到層體14a d間加以 起伏，並具有實質相等量的片段18於每一層體I4a_d上。不同的 長絲54a-d係呈現在第六圖，並加不同的陰影。所有界定長絲5如 的片段18及連接器40係在第六圖加以編號。為避免雜斑，每一 其餘的長絲54c-d只有一片段18加以編號。相似於長絲5如，其 © 餘長絲54b-d係由相同陰影的所有片段i8及所有交連相同陰影片 段18之連接器40加以界定。當使用所示的連接設計時，長絲的 編號將等於導體層14a-d的編號，然而，本發明並不限於依循此規 則的連接没计。為了幫助揭示用於所示實施例之連接設計，每一 片段18係界定為具有内端18a及一外端18b。内端18a係為最接 近螺旋中心的端點，及外端18b係為最遠離螺旋中心的的端點。 只有一例外為，每一片段的内端18a係電連接至最近下層内片段 之外端18b。最低層14d上片段18之内端i8a係電連接至最上層 Q 14a上片段的外端18b。依照這個連接設計，每一長絲54a-d，在 移動一片段18接近線圈之最内端時，下降一層14a_d。當長絲54a_d 到達底層14d時，其跳回頂層i4a，同時移動一片段18接近線圈 的最内端’然後重複該單層下降式樣。此式樣重複_旋線圈長 度内之每一長絲54a-d。結果，在所示的實施例中，每一長絲54a d 在頂層14a及底層14d之間重複地起伏，在移動時，依次地通過 中間層14b及14c。如此見到者，不同的長絲54a_d在起伏穿透pcb 線圈20時，依照實質地平行(但偏移)之路徑。具體的片段及連接 12 200938017知所要的在各應用間加以改變，其目的在於提供一線圈， 其中每一長絲54a-d從成對的線圈電感式地接收實質地相等的電 月匕’並貝獻充足地相等於自身或感應耦合之交互電感特徵。例如， 式樣可加以改變，在每一長絲通過各層體到達最上層，然後返回 到底層。 如所能見到者，PCB線圈20包含多數個長絲，其在螺旋地向 内經過線圈20時’向上/向下地經過層體加以起伏。在一可替換的 實施例中，PCB線圈20可加以構形而額外地提供每一層内的向内 /向外的長絲起伏。第八A_八B及第九圖顯示一可替換的本發明實 施例’其提供向上/向下及向内/向外的起伏。在這個實施例中，PCB > 線圈20包含兩個導體層2〇2a_b，由絶緣層(未示)加以隔離。現在 參照第八A-八B圖，每一導體層202a-b可包含兩個相鄰的、片段 的軌跡206a及206b，其形式為實質平行的線加以螺旋為成對關 係。PCB線圈220包含層間連接器210(見第九圖)及層内連接器 212 ’其共同地連接不同層2〇2a-b及不同軌跡206a及206b的片段 214 ’界定四個分離的長絲2〇8a_d。 如可能最佳地示於第九圖者，層間連接器210連接成對的層 202a-b的片段214，以提供向上/向下的長絲208a_d之起伏。第九 _ 圖顯示PCB線圈210之層202a_b及軌跡206a-b。層間連接器210 係在第九圖中以線加以顯示，但要瞭解，層間連接器21〇可為習 知的通道或其他導體，能提供在不同層202a-b的片段214間電連 接。例如’層間連接器210可實質地相同於上述的層間連接器， 且每一者可包含一立體交又道216及一或更多的通道218。本實施 例的層内連接器212連接相同層2〇2a-b内的片段214。如所示者， 層内連接212可整合至軌跡2〇6a-b。例如，在不同軌跡206a-b的 片段214，可由基本上同於形成片段214的導體材料加以整體的結 13 200938017個實施例的層内連 一 J 迓接器212連接相同層202a_b内的片段 2H如所不者，層内連接 212可整合至軌跡如㈣。例如，不 b _段214可由同於形成片段214的導體材料整 體地結合。 、在k個實施例中，pcb線圈片段214係以一個錄加以連接， 以界疋錄個長絲2G8a.d，其紅/肖下向外地起伏。式樣 可加以選擇，以致每一長絲2〇8a d花費實質相同時間接近成對的 線圈(未示）。這可藉由(例如)每一長絲Id以規則的、重複的式 樣加以起伏加以取得，進而每—長絲花費實質相同的時間於每一 層及每-軌跡中。起伏的頻率可加以選擇，以提供所要程度的單 ® —性介於長絲2G8a_d之間。向上/向下起伏與向N/向外起伏的結 合，相較於只有向上/向下起伏的PCB線圈，可允許每一長絲更接 近地模仿李茲線線圈股線之扭曲本質。第八A及第八B圖使用參 考數子以代表層間連接器21〇。在本發明中，兩個相似的參考數字 係代表層間連接器210的相對端。例如，參考數字A及A，代表層 間連接器210之相對端，其電連接至兩個相對應的片段214，而B 及B’代表另一層間連接器21〇的相對端。 向上/向下及向内/向外地起伏之長絲的概念，能經由額外層及 額外成對軌跡加以實現。例如，第十、-j — A〜*|— C及十二圖， 顯示一第二可替換的線圈320,具有三層302a-c及三倍的轨跡 304a-c(如三個螺旋在一起的軌跡）。第十圖顯示一代表性的橫斷面 視圖，顯示連接306可連同三層及三倍軌跡包含於pcb線圈。每 一第十圖中的箭號代表一連接’從一片段314之外端到下個片段 314的内端。結果，所示的橫斷面視圖顯示一九片段長的長絲部。 第九個片段的外端係連接到第十片段的内端，其係相同於第—片 段之層體及軌跡-只有第九片段進一步地朝向PCB線圈的内端。每 14 80^ 316“將依照一規則的、重複的方式，依猶基本上相同的 机動路徑。第十- A〜十- C醜示-PCB線圈32〇之三層體 3〇2a-c的軌跡。第十一 A〜十一 C圖使用同於上述第八μ圖之 方法’顯示PCB線圈320之層間連接器31〇。例如，參考數字a 及A，代表層間連接$ 310之減端，其電連接至兩 段3H ’而B及B’代表另-層間連接器31〇的 段 係進-步細示於第十二圖。第忙圖顯示部份之pCB線圈 320之所有的三個層體及所有的三個軌跡。第十二圖 接器310及層内連接器312。 第十三圖顯示其他可替換的線圈構形，使用基本上同於第十圖 中用於連接的所示方法(如上文所述）。在這個可替換的實施例中， 線圈520包含三個導體層502a-c，其由絕緣層(未示)加以隔離。最 上層502a包含三倍的軌跡5〇4a-c，第二層5〇2b包含四倍的軌跡 506a-d ’及最低層502c包含三倍的軌跡508a-c。如所示者，第二 層502b係連同軌跡5〇6a-d加以構形’其係垂直地對齊最上層5〇2a 及最下層502c之軌跡504a-c及508a-c之間的空隙。結果，軌跡 504a-c、506a-d及508a-c加以重疊，以致並無開放的垂直路徑通 過PCB線圈520。使用重疊的執跡橫跨層體，可藉由降低或減去 〇 磁通可能垂直地通過而不被導體層截斷之任何潜在空隙，而改良 PCB線圈520的效率。 第十四圖係另一可替換之印刷電路板線圈62〇的代表示意 圖。本實施例之線圈620包含一可替換的立體交叉道構形，其提 供降低的電阻及電容。該圖顯示線圈620的層體620a-d係彼此在 頂部上安置，而片段618係由盒子代表及通道由交連盒子的線加 以代表。在第十四圖的實施例中，線圈620包含四個層體602a-d , 每一層602a-d具有單一片段的軌跡6〇4a-d。立體交叉道設計提供

15 200938017 8α . 8a-d給予線圈620，其以向内/向外之螺旋沿著軌跡604a-d 時’在層體間向上/向下地起伏。在第十四圖中，每一長絲6〇8a-d 係由多數個連接的盒子加以代表，其分享相同的陰影。如所示者， 線圈620包含四個長絲6〇8a_d，其每一次向上/向下地移動不超過 單一層。例如，跟隨著長絲608&經過一單一循環，我們見到，其 開始於層體602a，向下轉移至第一立體交叉道622a上的層體 6〇2b，向下至第二立體交叉道622b上的層體602c，及最後向下到 第二立體交叉道622c上的層體602d。在到達底層602d之後，長 絲608a保留在底層602d經由第四立體交叉道622d。在第五立體 父叉道622e上時，長絲6083從其轉移開始向後朝向第一層6〇2a。 〇 較為具體地’長絲608a轉移直到第五立體交叉道622e上的層體 602c，直到第六立體交又道622f上的層體6〇21?，最後回到直到第 七立體交又道622f上的層體6〇2a。回到層體602a之後，長絲6〇8a 經由下-個立體交叉道(在本财為第人立體交叉道)㈣在頂層 6〇2a上’然後重複該循環，並再加以重複直到抵達線圈之相對 端為止。在第十四圖的實施例巾，其餘的長絲6__d係依循相質 相同的及平行的路徑通過線圈，其彼此加以偏移，因為它們係起 始於線圈620内的不同層體6〇2b_d。 φ 第十五A-D圖顯示線圈620的四軌跡604a-d。四軌跡6〇4a-d 係相同之定位加以顯示，峨圖式可加以重疊，以顯示其在總成 的線圈620中的對齊。第一個兩錄跡⑽七可加以安置在單一 電路板基板的相對側上，同時第二個兩個軌跡6〇4c_d可安置於第 亡電路，基板的相對侧h攜帶四個軌跡的兩個電路板基板，、可 交互固著’形成具有四層體嶋妨四軌跡6Q4a_d _成。兩個 電路板基板可由膠黏劑加以結合在一起，例如，一層環氧樹脂浸 潰的纖維玻璃，或由任何其他的合適製造法。 200938017 本實施例的立體交又道構形現在係相闕於第十六圖來描述。第 十六圖係部份之線圈620的代表性圖式，顯示以側對側加以排列 的四個層體a-d的線圈之相對應片段。應加以瞭解，四個層體係在 已總成之線圈620内的另一者頂部上堆疊。它們解開堆疊並側對 側地安置，只為了有助本發明解說。一般而言，線圈620包含兩 個不同型式的立體交叉道，其在線圈62〇的長度上彼此更迭。第 一型的立體交又道，如立體交叉道622&及622c，包含在層體6〇2a 及602b之間的，’盲”道’及層體6〇2c及6〇2d之間者。盲道交連層 體602a内的第一片段至層體6〇2b内的第二片段，及交連層體6〇2b 内的第一片段至層體602a内的第二片段。相似地，盲道連層體6〇2c 内的第一片段至層體602d内的第二片段，及交連層體6〇2b内的 第一片段至層體602c内的第二片段。如所能見到者，第一型的立 體交叉道電連接第一個兩個層體602a及6〇2b，及電連接第二個兩 個層體602c及602d。盲道可藉由各自地在兩個電路板基板上加以 打洞626而形成，例如，在兩個基板總成成為線圈62〇之前。打 洞626可用銅電鍍，在頂部兩個層體6〇2a及6〇2b之間、及底部 兩個層體602c及602d之間’提供電連接。銅電鑛可施加到兩個 電路板基板上的盲道，同時它們係彼此分離的。 在-實施例中，也許最佳地顯示於第十八圖，每一層體6〇2以 包含多重通道。亦即’多重的洞626係鑽過每一電路板基板。在 其他實施例中，打洞626可以銅電鍍，提供不同層體間的電連接。 立體交叉道的第二型，如立體交又道622b，包含在整個總延 伸的通道及電連接的層體602b及602c。再次參昭第+六圖，签-型的立趙交又道交麵娜之第二片丄第:二二 段，及層體602c之第二片段至層體嶋之第三片段。如能見到 者，第二型的立體交叉道只有電連接中間的兩個層體嶋及 17 200938017 Τ。第一型的立體交又道，可藉由打洞626穿透總成線圈(例如， 兩個基板及分隔兩基板之材料），然後施加銅電鏡至打洞626，而 加以形成。如所示者，在頂及底層嶋及祕内的執跡购及 心有放大的二隙644，其分隔打洞626内的銅電鑛及軌跡 Ρ及趣。然而應予注意，層體6〇2C包含指狀物(fHn㈣645， 接偏移空隙644之間的距冑。指狀物645具有降低的橫斷面積， 2較於具有完整橫斷面積之軌跡的部份，可避免某些對電流之限 :。結果’吾人想要的是，平衡空隙644之偏移的程度，在指狀 龜 ^45長度上相對應的漸增。如可見到者，中間兩個層體602b及 祿之内的軌跡604a及6〇4c，並未包含這些空隙糾，而是直接 地電it接至峨層。結果’峨層交連第二及第三層祕及紙 之片段藉由更換第一型立體交又道(如立體交叉道6瓜)及第二型 立體交又道(如立體交叉道咖），線圈62〇提供上述的長絲起伏。 第十七圖為另-可替換實施例的代表，其中第十四圖之立體交 又道構形係以六層加以實施。這個圖式依猶相同於第六圖及第十 二圖所用之方法。如所示者，_⑽包含三個不同型式的立體 交叉道。第-型的立體交又道，如立體交叉道722a、7细及项， ❿ 提供三組盲道。第一組的盲道交連層體施及纖，第二組交連 層體702c及702d，第三組交連層體7〇2e及7〇2f。盲道可依基本 上相同於前述線圈620盲道的方法，加以製造。第二型的立^交 ^道，如立體交又道722b、722e及722h，只連接層體娜及施。 =此f的立體交又道而言，層體娜可包含完全的端點，相似於 t十六圖之立體交叉道622b上的層體602b，及層體702e可包含 指狀物相似於第十六圖立體交又道622b上的層體602c。為了幫助 f要電連接賴7G2b及她㈣道，㈣廳及職f可包含 工隙’相似於線圈62〇的空隙644。第三型的立體交又道，如立體 200938017

交又道722c、722f及722i，只交連層體7〇2d及702e。就此型的 立體交又道㈣’層體7G2d可包含指狀物，相似於第十六圖立體 交叉道622b上的層體602c，層體7〇2a_c及7〇2f可包含空隙，相 似於線圈620的空隙644 〇藉由重複這些型的立體交叉道之循環， 長絲708a-f在層體702a-f間上及下地起伏，每一次不超過一層。 在所示的實施例巾，單-魏雇轉在層體她上_相等於約 二個片段的雜’向下轉糊段之層體7Q2b，向下轉移到層 體702c上-相等於約兩個#段的距離，向下轉移到層體7咖上 / -相等於約兩個片段的距離，向下轉移到—片段之層體 702e，然 後轉移到層體7G2f上-相等於約三剌段的距離。織長絲7〇8a 依循相同的式樣(軸是小量），其—次轉移-層再回到頂層。 上述描述的是本發明目前的實施例。許多更換及改變能加以製 ，而不離開本發明之精神及較寬廣的觀點，其如_之中請專利 圍所界者’其係依照專利法原則，包括均等論而加以轉。任 何所聲請之讀的單數參考符號，如冠詞a、如、⑽ < 娜並 不解釋為限制元件為單數。 【圖式簡單說明】 a第A圖係本發明-實施例之印刷電路板(pCB)的側平面視 第一 B 第 圖係PCB線圈細^之代表性分解立體視圖》

第二A 第二B 第二C 第二D 圖係PCB^_第—層(或頂)的軌_頂平面視圖。 圖係PCB線圈的第二層的軌跡的頂平面視圖。 圖係PCB麵的第三層的軌_頂平面視圖。 圖係PCB線圈的第四層(或底)的軌跡的頂平面視圖。 200938017 第三圖係單一螺旋軌跡之角落區的頂平面視圖β 第四圖係單一螺旋軌跡之直線區的頂平面視圖。 第五圖係一可替換之PCB線圈之一部份的立體圖顯示一^ 替換的結構’用於降低界面上的限制。 第六圖係多層之片段間連接設計的代表性示意圖。 第七圖係立體交叉道之立體視圖，顯示片段之重叠的排列。 第八八_第-可替換PCB賴之頂導體層_平面視圖， 其具有向上/向下及向内/向外的長絲起伏。

Ο 第八B圖係第-可替換PCB線圈之底導體層的頂平面視圖。 第九圖係第-可替換PCB線圈之代表性分解立體視圖。 第十圖係第二可替換PCB線圈之代表性示意 及”三倍的，，軌跡。 m 第十:A圖係第二可替換pCB線圈之頂導體層的頂平面視圖, =十二3_第二可雜PCB線圈之中導體層的頂平面視圖< 十一 c圖係第二可替換PCB線圈之底導體層的頂平面視圖< 第十=囷係第二可替換PCB線圈之代表性分解立體視圖。 十圖係第二可替換PCB線圈之代表性示意圖，其具有= 層向上/向下及向内/向外起伏的線圈。 、、一 第十四囷係第四可替換pCB線圈之代表性示意圖。 項 、第十五八囷係第十四圖之第四可替換PCB線圈的第一屠之 平面視圖。 第十五B圖 平面見圖 係第十四圖之第四可替換PCB線圈的第二層之項 平面^^五（：圖係第十四®之第四可替換PCB線圈的第三層之項 第十五D _第十四圖之第四可替換pCB線圈的第四層之頂 20 200938017 平面視圖。 第十六圖係第十四圖之第四可替換PCB線圈的代表性連接示 意圖。 第十七圖係第五可替換PCB線圈的代表性示意圖。 第十八圖係第六可替換PCB線圈的代表性示意圖。

21 C:\Sfunlce 2009<^SlPu €〇ίβ&^ΡιΗ>65^υ·065Ό038\Ρυ^)65·0ία8'5ρβ^·Ο90324.0<κ ❹

200938017 【主要元件符號說明】 12多層電路板 16a-c絕緣層 18a内端 20印刷電路板(PCB)線圈 206a及206b執跡 210層間連接器 214片段 218通道 220 PCB線圈 28導體 310層間連接器 314片段 320線圈 42絶緣穿孔 46寬度降低之部份 504a-c軌跡 508a-c軌跡 52a-d軌跡 60及62分流部 604a-d軌跡 618片段 622a立體交叉道 626打洞 645指狀物 702c及702d層體 722a、722d及722j立體交叉道 722b、722e及722h立體交叉道 14a-d交流導體層 18片段 18b外端 202a-b導體層 208a-d長絲 212層内連接器 216立體交叉道 22立體交叉道 24通道 306連接 312層内連接器 316a-i長絲 40連接器 44放大部 502a-c導體層 506a-d軌跡 520線圈 54a-d長絲 602a-d層體 608a-d長絲 620印刷電路板線圈 622b立體交叉道 644空隙 702a及702b層體 720線圈 22 C:\SCwfce 2009^^Pv <^sc€U^-0eS\Pu-<MS-003«\Pu-0<5-00J« Spe-CAe 090i24.0oc

Claims (1)

1. 200938017 七、申請專利範圍： 1. -種印刷電路板線圈，係連同麟線圈純使用，包括： 一基材； 多數個導體層’每-導體層包含多數個各別線圈片段；及多數 個層體間連接H ’在不同層體的線則段間加以電連接，界定多數 個各別的長絲，每-該長絲_實質相同但偏移的起伏穿透該多數 層體。 2. 如申請專利範圍第1項所述的印刷電路板線圈，其中每一長絲 遵循實質相同但偏移的、規則的、重複的起伏穿透該多數層體。 Ο 3·如申請專利範圍第1項所述的印刷電路板線圈，其中該線圈係 與一第二線圈成對的；且 其中該片段及該層間連接器係加以構形，以致每一長絲花費實 質相等的時間接近該成對線圈，進而該印刷電路板模仿一李茲線的 線圈。 4. 如申請專利範圍第1項所述的印刷電路板線圈，其中進一步包 含一絕緣層，其位置介於相鄰之成對的該導艎層之間。 5. 如申請專利範圍第1項所述的印刷電路板線圈，其中每一該多 數個導體層包含一螺旋軌跡。 6. 如申請專利範圍第5項所述的印刷電路板線圈，其中每一該軌 跡包含一立體交叉道(interchange)，該層間連接器包含多數個通道， 選擇性地經由該立體交又道加以佈排。 7. 如申請專利範圍第1項所述的印刷電路板線圈，其中每一螺旋 軌跡包含一最内端及一最外端，每一該片段包含一内端朝向該螺旋 軌跡最内端及一外端朝向該螺旋軌跡最外端；且 其中每一該長絲係由片段一者之内端，從該軌跡最外端至該軌 跡最内端之成一連續鏈的方式，進行電連接該片段另一者之外端’ 而加以形成。 20W(flH(SIPu Cam0^Pu^S\Pu^3^e\nHf99-〇〇M-5pt-Cha~〇9im4.t»c 23 200938017 ^界定如-申^專利範圍第1項所述的印刷電路板線圈，其中該多數片 段界定-第-螺旋軌跡及一第二螺旋執跡於每一導體層上；且 該來η含多數個層内連接器’用於在單-導體層内:電連接 =!:之片段至第二螺旋軌跡之片段，該内層連接 =及該層⑽接ϋ共同合作界定該魏，在每―層… = 同但偏移的起伏並穿透每一該多數個層體。 質相 1項所述的印刷電路板線圈，其中該導體層 乐者包含螺旋軌跡，其具有多數個 輯-導一^ 其中者包含螺旋軌跡，其具有多數個迴路，及 空間。層之軌跡的片段係安置重疊該第一導體層的該 ίο.— 種印刷電路板總成，包括 一絕緣基材； 一第-導體層，安置在該基材上，該第一導體層包含 、’其具有多數個各自的導體片段； 讀第-導趙層， 仏3第-軌跡，其具有多數個各自的導體片 多數_層連接器’以預定之式樣連接該第—層之片段至該 〜層之片段，其中該交互連接的片段界定 " 1體屠及該第二導體之間以預定之式樣加以起伏長、糸’其在該第 」步=請專利範圍第10項所述的印刷電路板線圈總成，其中進 -第二絕緣歸，雜近該第—基材加 -第三導體層，安置在該第二基材上’該第三導體層具有一第 24 C•晚⑽《*20W( 200938017 三軌跡包含多數個各自的導體片段； ，層該第四導體層具有-第四軌跡，其具有多數個各自的導體片

   多數個内層連接器’以-預定的式樣，交互電連接該第 片段丄該第二層的；ί段，該第三層的¥段，及該第四層的片段 中該交互連接的#段界定至少兩個長絲，其在該第—導體層、第丄 導體層、第三導體層、及第四導體層之心以預定的式樣加以起伏: 12.如申凊專利範圍帛1〇項所述的印刷板線圈總成，其中該 第一導體層包含n跡’具衫數個各自的導體片段；^ " 進一步包含多數個層内連接器，用於電連接該第一旋螺軌跡之 片段至第三螺旋執跡之片段，進而該長絲在該第一導體層及該第二 導體層之間’以及在該第—軌跡及該第三軌跡之間，以預定式樣加 以起伏。 14. 如申請專利範圍第13項所述的印刷電路板線圈總成，其中該 第二導體層包含第四獅，其具有錄個導體片段；且

   進—步包含多數個層内連接器，用於電連接該第二旋螺轨跡之 片段至第四螺旋軌跡之片段，進而該長絲在該第一導體層及該第二 導體層之間，以及在該第一軌跡及該第三軌跡之間，以及在該第二 轨跡及該第四轨跡之間，以預定式樣加以起伏。 15. 如申請專利範圍第1〇項所述的印刷電路板線圈總成，其中該 長絲遵德實質平行的但偏移的路徑，以規則的、重複的式樣在線圈 周遭加以起伏。 16’如申請專利範圍第10項所述的印刷電路板線圈總成，其中該 線圈具有一最内端及一最外端； 每一該第一軌跡的片段具有一内端及一外端，每一該第二軌跡 25 200938017 的片，具有-内端及一外端’每一該長絲係由多數個交連的片段加 以界定’其係該片段一者的内端與該片段另一者的外端，以該線圈 之外端到該線圈之内端的連續鏈，加以電連接。 17. 一種多層電磁線圈，用於無線電能連接，包括·· 一第一導體層，具有多數個各自的導體片段； 一第二導體層，加以安置鄰近該第一導體層，該第 含多數個各別的導體片段；及 # & 多數個連接器，以預定的式樣交互連接該第一層的片段至該第 二層的#段，其中数互連制丨段界定至少_·，其在該第 β -導體層及該第二導體層之間㈣定之式樣加以起伏。 18. 如申請專利範圍第17項所述的多層電磁線圈，其中該片段及 該f接器係加以安排’以致每一該長絲係實質地均勻地在整個線圈 内分佈’進而每-該長絲係實質相等地貢獻線圈的電感。 19. 如申請專利範圍_ n項所述的多層電磁線圈其中進一步地 包含-第三導體層’加以安置鄰近該二導體層， 多數個各別的導體片段；及 多數個連接器，以預定的式樣交互連接該第一導體層、該第二 Q 導體層及鮮三導體層的#段，其巾該交互連接的段狀至少三 個，絲，其在該第一導體層、該第二導體層及該第三導體層之間以 預定之式樣加以起伏，進而每—該鶴係實f相等地錄線圈的電 感。 2〇’如申請專利範圍第17項所述的多層電磁線圈，其中結合一第 —感應線圈，該第二感應線圈係感應耦合至該線圈，其中該片段及 該連接器係加以安排，以致每一該長絲係實質地均勻地在整個線圈 内分佈’進而每一該長絲係實質相等地從該第二線圈接收磁通量。 21.如申請專利範圍第17項所述的多層電磁線圈，其中結合一第 26 200938017 二感應線圈’該第二感應線圈佩減合至該線圈；且 一進一步地包含一第三導體層，加以安置鄰近該二導體層，該第 二導體層包含多數個各別的導體片段，該多數個連接^，以預 式樣交互連接該第-導體層、該第二導體層及該第三導體層 段:其中該交互連接的片段界定至少三個長絲，其在該第一導體 該第-導體層及郷三導體層之咖預定之式樣加崎伏，進而 一該長絲係實質鱗地從該第二線圈狐顧量。 22.如申請專利範圍帛17項所述的多層電磁線圈，其中該第一廢 的導體片段界定一第一螺旋軌跡及-第二職執跡，及第層 及該第其二1Timm定式縣互連獅第—軌跡之片段 定至第二層的片段，其中該交互連接的片段界 該第二導體2第其導體層之第一軌跡及該第-導體層與 增H跡之間，以預定之式樣加以交連。 第專利朗第17項所述的多層電磁顧，其中該第一及 第-導體層與成對的線麟距離相等。 i4第二如範圍第17項所述的印刷電路板，其中每一該第一 導體層傳輪或接收同量的磁通。 ❹ 25· 一種電磁軸，用於無線魏連接，包括： 導體層，具有—第一導體片段及―第二導體片段； 當-莫拼μ—導體層，安置鄰近該第"'導體層，該第二導體層包含一 第^片段、—第二導體片段及一第三導體片段； 當道牌r導體層，安置鄰近該第二導縣，該第三導體層包含一 第一導一體片段、―第二導體片段及—第三導體片段； 第-導=四，體層’安置鄰近該第四導體層，該第四導體層包含一 片段及一第二導體片段； 一第一立體交又道，交連該第一導體層之第一片段至該第二導 27 200938017 交又道，交連該第一導體層之第二片段至該第二導 體層之第二片段； 體層之第第，交賴第三導體層之第二片段至該第四導

   體層之一第第三五交又道，交連該第二導體層之第 體層之第第r片立交又道’交連該第二導體層之第三片段至該第三導 :廢專利範圍第25項所述的多層電磁線圈，其中該第-導 體層之第—片段及該第' 其保持該第四立體交又之第別包含多數個空隙， 第-片段及竹❻道及該第六立體交又道不與該第-導體層之 導體層之第二片段進行交互連接。 轉層、兮圍第25項所述的多層電磁線圈，其中該第一導 ^ 一 層、該第三導體層、及該第四導體層係彼此堆疊 於另一者之頂部。

   體層之第二片段 一第二立體 體層之第一片段； 一第二立體交又道， 交連該第二導體層之第一片段至該第四導 二片段至該第三導 28.如申清專利範圍第25項所述的多層電磁線圈 ，其中每一該導 體層係與成對的線圈距離均等。 29· b中請專繼圍第25項所述的多層電磁線圈，其中每一該導 體層係傳輸或接收同量的磁通。