TWI231941B - Stacked coil device and fabrication method thereof - Google Patents

Description

1231941 五、發明說明（1) "" ' ---— 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關一種堆疊式線圈裝置，特別是有關一種 可作為變壓器及一般形式抗流線圈的線圈裝置。 【先前技術】 如抗流線圈及變壓器等線圈裝置為了要增加其電子特 性，通常須藉由加強其第一線圈及第二線圈之間的電磁耦 合。而要加強第一線圈及第二線圈之間的電磁耦合，第一 及第二線圈之間的距離就必須要小，或是磁力線中不能有 漏磁束（Leakage flux)的產生。 立請參考第1 A圖所示為傳統一般抗流線圈的線圈裝置示 意圖，而第1B圖所示為第1A圖抗流線圈的結構分解示意 圖。 、 、 丨：如第1A圖所示，此抗流線圈i係於一第一磁性板3上設 置^堆疊本體7，再於堆疊本體7上設置一第二磁性板1〇。 堆®本體7與第二磁性板1 〇之間設有一黏合層8，第一磁性 板3、堆疊本體7、黏合層8及第二磁性板1〇的外表面上設 有一外接電極11。 如第1 B圖所示，堆疊本體7利用薄膜成形技術（如蒸 鍛或濺鑛）設有複數層。如第一磁性板3上以磁性絕緣材 料（如聚亞醯胺（po 1 y i m i de )或環氧基樹脂）蒸鍍有一絕 緣層6a，絕緣層6a上設有導引電極i2a、12b，導引電極 1 2 a、1 2 b上設有另一個絕緣層6 b，絕緣層6 b上設有一線圈 圖形4以及一自線圈圖形4延伸出之導引電極1 2 c，線圈圖 形4及導引電極1 2c上則再設有一絕緣層6c，此絕緣層6c上

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五、發明說明（2) 再設有一線圈圖形5及一自線圈圖形5延伸出之導引電極 1 2d 〇 *線圈圖形4的一端透過一設在絕緣層❿上的穿孔13&電 、接至導引電極12a，導引電極丨2a則電性連接至外接電 f 11a，而線圈圖形4的另一端則透過導引電極η。電性連 接至外接電極1 1 c。 同時，、線圈圖形5的-端透過一設在絕緣層6c上的穿 c電性連接至導引電極12b ’導引電極⑴則電性連接 外接電極lib，而線圈圖形5的另一端則透過導引電極 1 2d電性連接至外接電極丨i d。 此線圈裝置應用到電路時，利用各外接電極π與 的連接部電性連接，即可將線圈圖形4、5連接至 一 1述的線圈裝置透過蒸鍍或濺鍍等薄膜成形技術可將 圈及第二線圈的間隔縮小至數微米，從而縮小線圈 ^夫甘f寸並增強其電磁耦合，但是此種線圈裝置的製造 成本甚南且產品良率甚低。 ，外，第1A、1B圖所示的線圈裝置，由於其絕緣㈣ 兩：線圈圖形4、5之間’常常會因漏磁現象而影響 ，、電磁耦合並造成阻抗。 【發明内容】 供一 t疋在現有技術的架構下，本發明的主要目的在於提 ? 具有較佳電磁耦合及阻抗特性的堆疊式線圈裝置 受明的另一目的在於不使用如蒸鍍或濺鍍等薄膜成形技

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五、發明說明（3) 術的刖提下，以低成本的製造方法製 及絕緣特性的線圈裝置。 出具有高耦合係數 因此，為達上述目的，本發明命 置係包括有一内電極層由至少兩層所組^之堆疊式線圈裝 電極層及一内磁性層作為一單位，其中、，並以一非磁性 中心設有一容置區，並於上表面及;表非磁性電極層係於 設有一電極圖形，而内磁性層係位於^ 至）一表面處 層之側面；一保護層與内電極層的上、^及非磁丨生電極 及-外接電極係電性連接至電極圖形的部二：：接觸，·以 内電極層係由複數層所組成，藉以1 :二盛 層上的電極圖形具有多層的、線圈形式。性電極 設有電極圖形處係設有穿孔，且穿：内上未 藉以使設有穿孔之非磁性電極層的電極圖形有 :電，妾至與非磁性電極層的上表面及下表面相。： ”他非磁性電極層的電極圖形。保護層係由一磁性層 成，而緩衝層係由一非磁性層或一磁性層所組成，^呈有 與内電極層相同的形狀，且於保護層及内電極層之=^ # 有電極圖形。 + & 本發明的磁性物質係由Ni基材質、Ni—Zn基材質或Ni_ Zn-Cu基材質等正鐵酸鹽（ferrite )材質所組成，'而非1磁 性材質則由B20 3-Si 02基玻璃、A 1 2 03-Si 〇2基玻璃或具有 與正鐵酸鹽（ferrite )相似熱膨脹係數的陶瓷材料^組 成。 、、 本發明線圈裝置的各層厚度均甚薄。

1231941 五、發明說明（4) :而本發明 分別在一承載 在磁性膜胚片 胚片的切割線 穿孔處，形成 片的非必要區 形成有非磁性 疊；將堆疊本 面形成有一外 有關本發 詳細說明如下 【實施方式】 以下所述 制本發明之技 第2A至2D 結構示意圖。 請參考「 上T表面分別 圍則設有一外 磁性層2 2及— 如第2 B圖 不其磁場走向 核心部位的中 25之間所形成 方法， 膜胚片 上形成 在非磁 將磁性 有磁性 孔及電 及在加 兹配合圖示作最佳實施例 限 部 線圈裝置的製造 膜上形成一磁性 及非磁性膜胚片 上形成有穿孔； 有一電極圖形； 域去除；將形成 膜、切割線、穿 體進行加熱；以 接電極。 明的特徵與實作 者，僅為本發明之較佳 術範疇及應用範圍。 圖所示者，為本發明線 第2A圖」所不：一個六 設有一保護層2 1，而一 接電極2 4，此外在二保 非磁性層2 8。 所示則僅為線圈裝置的 。如圖可見在第2A圖中 央磁性層2 6，而中央磁 的内部空間2 9則容置有 係包括有下列步驟： 及一非磁性膜胚片； 切割線，在非磁性膜 性膜胚片上表面設置 膜胚片及非磁性膜胚 膜及切割線的胚片及 極圖形的胚片進行堆 熱後的堆疊本體外表 實施例，並非用以 圈裝置的外觀及内 面體的線圈裝置，甘 堆疊本體20的表面周 護層2 1之間係設有_ 内部磁性層，藉以顯 位於非磁性電極層内 性層2 6與側邊磁性層 非磁性電磁層。中

第10頁 五、發卩月說明（5) 磁性層26與側邊磁性層25可藉由仏 等本式建立。 盾4無堆疊或一體成形 如第2 C圖所示，非磁性雷搞 圈，形式設於各電極層，而其内部;心區=電極圖形27以線 28 t!:則用以容置中央磁性層26，各線°° 5所形成的空間 透過非非磁性電極層28在上下之門彳垃乂工的電極圖形可 配置在内部中心區域及各側表面二磁性使 行電磁感應。電極圖形的形式可萨:=轉電極圖形進 層的電極圖形亦可互相電性連曰^夕方法來改變，各 可延伸至外部以與外接電；J;圖形的-部份亦 第2D圖為第2 A圖的局部剖視圖 疊而成的非磁性電極層28係位於中央磁層堆 層2:5之間。 曰2 6及側邊磁性 所-第為本發明另—實施例的結構示意圖，如θ 在以磁性基板所形成的保護層21上Ξ -以2磁性基板所形成的保護層60，而此額外的保： 層作用即在於0磁性層與非磁性層之間熱膨脹 的^ 同，藉以穩固線圈裝置的結構。 的不 :而此堆豐式線圈裝置係由一磁性層26、二側邊電 25 ρ及-非磁性電極層28所組成。非磁性電極層28 ^ 極圖形的適當配置以防止漏磁現象的產生並增強其 性，同時藉由利用如玻璃等具有高電阻率的材質作為 性層以有效並穩定的提供各電極圖形間的絕緣特性。 是故，藉由簡單且低廉的製造方法即可製作出各層並 1231941 五、發明說明（6) 進行堆疊，從而完 的詳細製造方法則 第3A圖所示為 發明利用厚膜堆疊 tape casting )在 膜胚片31。 卩此承載膜32係 製作並堆疊完成後 利用承載膜上 以作為保護層或進 :接著，在胚片 割線包括有一内切 割線3 3 a、3 3 b。切 雷射切割或機械式 應用到磁性膜胚片 帶有切割線的 層，或藉由多層堆 如第3C圖所示 33a 、 33b 、 34 外， 穿孔3 5。 如第3D圖所示 外，更設置有一電 極層的配置而有不 二胚片的電極圖形 薄膜或 將承載 性膜或 堆疊。 切割線 以定義 不損傷 達成， 性膜胚 胚片或 為緩衝 磁性膜 雷射打 以聚酉旨 ，即可 形成磁 行多層 上形成 割線34 告J線在 切割來 及非磁 磁性膜 疊來作 ，此非 更利用 成本發明的堆疊式線圈裝置。而本發明 請參考第3A至3F圖所示。 $ 胚片（green sheet)的準備步驟，本 的技術，以刮刀成型法（d〇ct〇r Made 一承載膜32上形成磁性膜胚片或非磁性 其他材質所製成，當各層 膜3 2取出。 非磁性膜的胚片，係可用 (如弟3 B圖所示），此切 出一空間，以及二側邊切 承載膜的前提下，可利用 且第3 B圖所示的切割線可 片° 非磁性膜胚片可作為緩衝 層。 胚片除了原本的切割線 洞或機械打洞技術設置有 此非磁〖生膜胚片除了切割線及穿孔 極圖形36。此電極圖形可依據非磁性電 同的圖形（如第-胚片白勺電極圖形與第 相對稱）’且可依據使用目的的不同而

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五、發明說明（7) 36，以同電的電極圖形的一端亦延伸至胚片的侧端 印在非磁性胚片的上Λ 利技術將導電漿料網 材料注入穿孔35a、、35h即可形成電極圖形，並將導電 連接至一穿孔wh而去在第3D圖中，電極圖形的一端僅 性遠接式未連接至另一穿孔35a，藉以使各層電 ^連接至非磁性電極層的電極圖形。 磁柹ί ΒΓ::性胚片的切割線所形成的非必要區域以及非 磁h Η電極圖形所形成的非必要區域予以去除，由於 Γ生性胚片的非必要區域係相互補，使得礙 胚片可相結合而成一單一層。第3E、3F圖 戶:不即為去除掉非必要區域後的磁性胚片及非磁性胚片。 3E圖的磁性胚片僅保留了中心區域38a及週邊區域， 而第3F圖的非磁性胚片上的非磁性層39則保留了與磁 片相互補的區域。 當各層製作完成後即可進行堆疊，第u圖所示為將 層堆疊為-體的堆#程序，其巾A代表保護層、B代表 層、而C則代表電極層。保護層A係由一磁性層42所組成， 或是由一磁性層搭配一非磁性層所組成，緩衝層β係由一 磁性層43以及一非磁性層44所組成，用以避免非磁性層 4 5a、4 5d的電極圖形與上下的保護層A直接接觸。在第 3A、3B圖中形成有切割線的胚片在去除掉承載膜後即可 為讲護層及緩衝層。 户 將第巧圖中的磁性膜38a、38b與第3F圖中的非磁性膜 3 9父互堆豎即可形成電極層，如第4 a、4 B圖的電極層即由

第13頁 1231941 五、發明說明（8) 四層堆疊而成，此外，電極 第4 B圖所示為由複數層 實施例中磁性層4 6與非磁性 疊而形成一電極層，並藉由 的電極圖形相亙電性連接。 端透過穿孔48a、48b電性連 的一端’而電極圖形49的另 側邊以與外部的外接電極電 完成後的狀態。 堆疊完成後，將内部的 性物質等堆疊本體同時加熱 形、非磁性物質的絕緣區域 加熱過程後，堆疊本體再於 式形成一外接電極。 本發明的堆疊式線圈裝 且低廉的製作完成。 第Μ、5B圖分別顯示僅 2圖以及由磁性物質及非磁 圖㈣；第5A圖所示，當線圈 =!51所組成的第-線 去禮仏 也就是說會有部 1。& f —線圈54，而在 象 付旒5 5代矣楚 八時的女代表苐一線圈53 口守的有效兹 兹％，而符號5 6 層亦可由更多層堆疊而成。 所組成的電極層實施例，在此 層 45a、45b、45c、45d 交互堆 此堆疊方式使各非磁性電極層 據此’電極圖形47a、47c的一 接至其他層電極圖形47b、47d 一端則向外延伸至非磁性層的 性連接。第4C圖所示即為堆疊 電極圖形、非磁性物質以及磁 ’即可完成線圈形式的電極圖 以及磁性物質的磁場配置。 其側表面利用浸潰或滾壓的方 置俾經上述步驟後，即可快速 由磁性物質組成的線圈裝置磁 性物質組成的線圈裝置磁場 裝置僅由磁性物質組成時，由 圈53以及第二線圈54具有極高 分由第一線圈53所形成的磁場 第一線圈5 3的周緣產生漏磁現 以及弟二線圈5 4在進行電極耦 則代表漏磁磁場。當線圈裝置 1231941 五、發明說明（9) 作為濾波器或變壓器時，由於漏磁磁場的關係，使得線圈 裝置的搞合係數降低從而造成其功能效益的降低。反之， 本發明的線圈裝置由於第一線圈53及第二線圈54係由非磁 性物質52所組成，故具有甚低的透磁率，從而不致在線圈 之間產生漏磁磁場，也就是說，第一線圈所產生的磁場可 在毫不損失的情況下傳輸到第二線圈，亦即其耦合係數 的極大。 夂 表一所不者，即為本發明的線圈裝置與習知技藝 圈裝置在耦合係數的比較表。 " 表一 耦合係數（％) 磁性/非磁性混合型 98.82 磁性型 85.89 ~ 翼型 96.02 ^

所謂的翼型線圈係將傳導線纏繞在磁性物質上，磁 性/非磁性混合型線圈係本發明的線圈裝置，而磁性型 圈則為第5 A圖所不的線圈裝置。吾人可從表—清楚察知7 發明線圈裝置的耦合係數要高於其他線圈裝置的耦合係 數。 ’、 綜上所述，本發明的堆疊式線圈裝置具有較佳的電磁

第· 15頁 ^231941 五 、發明說明（10) 一 2合及阻抗特性，且各線圈間的絕緣特性亦極佳。此外本 ς明的線圈裝置可以較低成本的製程製作以取代如蒸鍍或 α鍍等薄膜成形技術，並從而增加其 雖然本發明以前述之知 — 用以限定本發明，任何s t仏貫施例揭露如上，然其並非 之精神和範圍内，去 “、、4相像技藝者，在不脫離本發明 之專利保護範圍項二:，些許之更動與潤飾，因此本發明 者為準。 、 °兒明書所附之申請專利範圍所界定 第16頁 1231941 圖式簡單說明 第1A圖， 第1B圖， 第2A圖， 第2 B圖， 第2C圖， 第2D圖， 第2E圖， 第3A圖， 第3B圖， 第3C圖， 第3D圖， 第3E圖， 第3 F圖， 第4A圖， 第ίΒ圖， 第4C圖， 第5Α圖， 第5Β圖， 【圖式符 1 3 4 '5 6a、6b、 7 ^ 20 係為傳統 係為第1 A 係為本發 係為第2A 係為第2A 係為第2A 係為本發 係為胚片 係為切割 係為穿孔 係為電極 係為去除 係為去除 係為堆疊 係為第4A 係為堆疊 係為僅由 係為本發 號說明】 6c 線圈裝置之外觀結構圖； 圖之立體分解示意圖； 明線圈裝置之外觀結構圖； 圖線圈裝置的内部磁場配置示意圖； 圖線圈裝置的内部電極圖形示意圖； 圖線圈裝置的局部剖視圖； 明線圈裝置的另一實施例示意圖； 準備步驟示意圖； 線形成步驟示意圖； 形成步驟示意圖； 圖形形成步驟示意圖； 非必要區域後的磁性層不意圖， 非必要區域後的非磁性層示意圖； 步驟流程圖； 圖的電極層堆疊流程放大圖； 後的線圈裝置外觀示意圖； 磁性物質組成的線圈裝置磁場圖；以及 明線圈裝置的磁場圖。 抗流線圈 第一磁性板 線圈圖形 馬達 堆疊本體 < 麝

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8 r 黏合層 10 第二磁性板 11、11a、lib、11c、lid、24 外接電極 12a、12b、12c、12d 導引電極 13a 、 13c 、 35 、 35a 、 35b 、 48a 、 48b 穿孔 21 ^ 60 保護層 2 2、4 2、4 3、4 6 磁性層 25 侧邊磁性層 26 中央磁性層 27 、36 、47a 、47b 、47c 、47d 、49 電極圖形 28、39、44、45a、45b、45c、45d 非磁性層 2 8" 空間 2 9 ； 内部空間 31 胚片 32 33a 、 33b 34 36, 承載膜 側邊切割線 内切割線 側端 38a 、 38b 39 51 52 53 54 磁性膜 非磁性膜 磁性物質 非磁性物質 第一線圈 第二線圈

第18頁 1231941 圖式簡單說明 55 ^ 56 磁場 iiii 第19頁

Claims (1)

1231941 六、申請專利範圍 1 · 一種堆疊式線圈裝置，其包括有： * 士u M f &層’係由至少兩層所組成’並以—非磁性 電極層及一内磁性層作為一單饭·， 、該非磁性電極層，係於其中心設有一容置區， 並於其上表面及下表面之至少一表面處設有一電極圖形； 以及 該内磁性層，係位於該容置區及該非磁性電極 層之侧面； 一保護層，係與該内電極層的上、下表面相接觸· 以及 ’ 一外接電極，係電性連接至該電極圖形的部分 域。 U〇 非磁性電極層未設有該電極圖形處係設有一第一穿孔， 该電極圖形處則設有一第二穿孔，該等穿孔係注入有 材質。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之堆疊式線圈裝置，其中今 設有穿孔之非磁性電極層的電極圖形，係透過該等穿孔〜、 電性連接至與該非磁性電極層的上表面及下表面相接觸白Χ 其他非磁性電極層的電極圖形。 的 4·如申請專利範圍第1項所述之堆疊式線圈裝置，其中士 保護層更包括有一非磁性層。 ^ 5 ·如申請專利範圍第1項所述之堆疊式線圈裝置，其中 包括有一緩衝層，該緩衝層係由/非磁性層或一礙性層 2 ·如申請專利範圍第1項所述之堆疊式線圈裝置，其 此4α b μ加丄 姑 .Ν τ ^ 而 電

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六、申請專利範圍 組成’並具有與該内電極層相同的形狀，且於該保護層及 該内電極層之間不設有電極圖形。 曰 6·如申請專利範圍第丨項所述之堆疊式線圈裝置，其中該 非磁性電極層係由B2〇3-Si〇2基玻璃、A1203~Si〇2基玻璃 或具有與正鐵酸鹽（f erri te )相似熱膨脹係數的陶竟材 7 ·如申請專利範圍第1項所述之堆疊式線圈裴置，其中該 内磁性層係由Ni基材質、Ni-Zn基材質或Ni—Zn —Cu基材= 等正鐵酸鹽（f e r r i t e )材質所組成。 、

8. —種堆疊式線圈裝置之製造方法，其包括有下列步驟： 分別在一承載膜上形成一磁性膜胚片及一= 胚片； ^ 在該磁性膜胚片及該非磁性膜胚片上形成切割線·, 在該非磁性膜胚片的該切割線上形成有穿孔\， 在該非磁性膜胚片上表面設置穿孔處，形成有一電 除 將該磁性膜胚片及該非磁性膜胚片的非必要區域去 將該形成有磁性膜及切割線的胚片及該形 切割線、穿孔及電極圖形的胚片進行堆疊； 將堆疊本體進行加熱；以及 在該加熱後的堆疊本體外表面形成有_ 9·如申請專利範圍第8項所述之堆疊式線制、°。 法，其中係透過刮刀成型法（doct〇r bUde =二衣&方

HH11 第21頁 1231941 六、申請專利範圍 ------ )在該承載膜上形成該磁性膜胚片或該非磁性膜 ιο·如申請專利範圍第8項所述之堆疊式線圈裝置之製造方 法，其令該磁性膜胚片及該#磁性膜胚片所去除的=域係 相互補’使得該磁性膜胚片及該非磁性膜胚片可相結合而 成一單一層。 11 ·如申請專利範圍第8項所述之堆疊式線圈裝置之製造方 法，其中該電極圖形係藉由網印技術形成在該非磁性膜胚 片的上表面。