TWI529758B - A stacked coil, and a method of manufacturing the stacked coil - Google Patents

Description

堆疊式線圈以及製造該堆疊式線圈的方法

一種堆疊式線圈以及製造該堆疊式線圈的方法，特別是指一種利用至少一片狀基板鋪設線路而形成的線圈，以及一種形成該線圈的製造方法。

各種電氣用品中大量的使用各類的線圈，纏繞的線圈可應用於電感器、濾波器、變壓器等等利用電磁感應原理之元件。而習知的電感如中華民國專利公告第460027號「具多空氣隙之電感」，該案所揭示的電感由一線架、一鐵芯組以及繞線於該線架上的線圈所構成，該先前專利為常見的習知電感，故其原理就不再贅述。但由於鐵芯組與線架需佔用一定的體積，不便使用於薄型、小型化的產品。

為了適用於小型化產品，另一型態的電感亦不斷發展，如中華民國專利證書第M312757號「大電流電感結構改良」，透過一多邊形磁棒纏繞一螺旋線圈，兩者由一中空的磁框覆蓋後由一接著劑將該多邊形磁棒固定於該磁框中。此型的電感結構可大幅縮小電感之體積與高度，因此可設置於小型化產品中。為了要進一步降低電感的高度，後來更將線圈改為扁平狀，如中華民國專利證書第M277093號的「扁平式線圈之電感器」，其中該電感器是由一導磁座以及一線圈組所構成，其中線圈組是由扁平圈繞式導電線材形成，在該先前創作的圖中可見該創作利用扁平圈繞式導電線材可令整體的高度更低，更適於薄型化的產品。

然而為了更進一步達到薄型化的效果，更從扁平式線圈發展為利用電路板上鋪導電銅箔視為繞線組的技術，如中華民國專利公告第436822號「平面電路板式電感、變壓器及其製造方法」，該前案揭示了電感或變壓器是由多層 印刷電路板所構成，該印刷電路板於至少一表面上形成有銅線路可視為繞線，各層印刷電路板相互壓合，並使銅線路電性連接，構成一次繞組與二次繞組。在其圖示中可見，每一印刷電路板只在一表面上鋪設銅線路，為了使上下相對壓合的銅線路得以電性連接，因此每一印刷電路板上的銅線路形態都略有些微的差異，一個電感或變壓器就必須使用多種相異銅線路圖案的印刷電路板堆疊而成，造成設計時間與製造成本的浪費，且不便於隨意變更電感或變壓器的繞圈數。

雖利用印刷電路板堆疊形成線圈已為公開之技術，但習知堆疊式線圈的多個印刷電路板鋪設多個相異銅線路線路造成成本上升。再者，由於印刷電路板的銅線路圖樣是預先設計用於搭配對應的銅線路，因此不利用變更繞圈數，因此仍有待改善。

有鑑於前述習知技術，本案之目的在於提供一種線圈結構，以求達到善用印刷電路板面積且降低大量生產的時間與成本，再更進一步具有便於改變繞圈數的優點。

本案為一種堆疊式線圈以及製造該堆疊式線圈的方法，其中該堆疊式線圈係由複數鋪設導線圖案的基板堆疊而成，該堆疊式線圈包括至少一內層基板、一上層基板以及一下層基板，其中該內層基板分別在一第一表面以及一第二表面鋪設電性連接的一第一導線圖案與一第二導線圖案，且相異內層基板之間電性連接。該上層基板與下層基板分別設一第三導線圖案與一第四導線圖案，並且該上、下層基板分別覆蓋於該內層基板的外緣，該第三、第四導線圖案與該內層基板電性連接，藉此可相互電性連接而等效形成導通的線圈，該第三、第四導線圖案再各自設有一外部連接端點與其他元件連接。藉此該堆疊式線圈可善用印刷電路板的面積，並且由於複數內層基板的兩表面均鋪設相同的 第一導線圖案或第二導線圖案，使得製備該內層基板的成本降低、速度加快，並且得依據需求而增減內層基板堆疊之數量而改變繞圈數。

綜上所述，本案至少具有以下之優點：

1.善用內層基板的兩表面鋪設銅線，在相同繞圈數下可減少厚度、減少印刷電路板的成本。

2.複數基板的同側採用相同的導線圖案，利於大量生產並改善了生產速度。

3.可依據需求而增減內層基板堆疊之數量而改變繞圈數。

1‧‧‧上層基板

11‧‧‧開口

12‧‧‧第三導線圖案

121‧‧‧外部連接端點

122‧‧‧電接點

20‧‧‧基板組

2‧‧‧內層基板

21‧‧‧開口

22‧‧‧第一導線圖案

221‧‧‧第二端點

222‧‧‧電接點

23‧‧‧第二導線圖案

231‧‧‧第二端點

232‧‧‧電接點

24‧‧‧貫孔

25‧‧‧導電填充物

3‧‧‧下層基板

31‧‧‧開口

32‧‧‧第四導線圖案

321‧‧‧外部連接端點

322‧‧‧電接點

4‧‧‧絕緣層

50‧‧‧錫珠

51‧‧‧導電層

6‧‧‧治具

60‧‧‧導電夾片

601‧‧‧接點

圖1為本案第一實施例分解圖(一)。

圖2為本案第一實施例分解圖(二)。

圖3-1為兩內層基板連接之示意圖(一)。

圖3-2為兩內層基板連接之示意圖(二)。

圖4為本案另一實施例之電性連接示意圖。

圖5為本案另一實施例剖面示意圖。

圖6為多個基板組堆疊的示意圖。

本案為一種堆疊式線圈以及製造該堆疊式線圈的方法，以下先行揭示該堆疊式線圈的結構，本案之第一個實施例請先行參閱圖1與圖2，圖1與圖2為所示為第一個實施例於不同視角的分解圖。該堆疊式線圈包含至少一內層基板2，以及分別覆蓋於該內層基板2上、下外緣的一上層基板1與一下層基板3。該 內層基板2具有相對的一第一表面以及一第二表面，而每一內層基板2的第一表面上鋪設相同的第一導線圖案22，第二表面鋪設相同的第二導線圖案23，該第一導線圖案22與第二導線圖案23各別具有一電接點222、232以及一第二端點221、231，其中第一導線圖案22與第二導線圖案23的第二端點221、231電性連接，當該堆疊式線圈只包含一片內層基板2時，該片內層基板2的電接點222、232與該上層基板1、下層基板3電性連接，其中該內層基板2與該上、下層基板1、3電性連接之方式稍後再詳述。當該堆疊式線圈包含複數內層基板2時，該電接點222、232則電性連接相鄰的內層基板2或上、下層基板1、3(最外層的內層基板2各有一面與該上、下層基板1、3相鄰)。

同樣請參閱圖1與圖2，同一內層基板2上第一、第二導線圖案22、23電性連接的方式可見於圖1、圖2，該內層基板2設一貫孔24，利用一導電填充物25裝設於該貫孔24中以電性連接該第一、第二導線圖案22、23的第二端點221、231，且如圖1、2中所示，該導電填充物25可為一金屬端子。而相鄰內層基板2之間的連接關係請參閱圖3-1與圖3-2，其中為確保該內層基板2表面的第一、第二導線圖案22、23不會與另一導線圖案接觸而短路，該內層基板2會在表面上塗佈一絕緣層4，令兩內層基板2之間由該絕緣層4區隔，而該絕緣層4具有一缺口對齊該電接點222，該缺口中先行置放一錫珠50，當另一內層基板2疊上並一起送進迴焊爐後，該錫珠50則熔融填滿該缺口而形成一導電層51並令該第一導線圖案22之電接點222與另一內層基板2的電接點232電性連接，使相鄰內層基板2之第一、第二導線圖案22、23等效形成一串聯的繞線。在堆疊多個內層基板2後，多個內層基板2的上端設置該上層基板1，該上層基板1的下表面鋪設一第三導線圖案12，多個內層基板2的下端設置該下層基板3，該下層基板3具有一上表面鋪設一第四導線圖案32，該第三導線圖案12以及該第四導線圖案32皆具有一電接 點122、322，該第三導線圖案12的電接點122與相鄰內層基板2的第一導線圖案22的電接點222電性連接；該第四導線圖案32的電接點322與相鄰內層基板2的第二導線圖案23的電接點232電性連接，使該第三、第四導線圖案12、32與該第一、第二導線圖案22、23等效形成一串聯的線圈。至此，上述之上層基板1、內層基板2、下層基板3層疊形成一線圈組，該上、下層基板1、3的第三、第四導電圖案12、32可為相同或不相同，該上層基板1與下層基板3各具有一外部連接端點321作為該線圈組輸入或輸出的端點，該外部連接端點121、321可依客戶需求而延伸出一金屬接腳，或者該外部連接端點121、321可延伸其接觸面至側緣或外緣，形成一表面黏貼式(SMD)態樣。再者，該上層基板1、內層基板2、下層基板3可各開設一開口11、21、31預留給一鐵芯穿過。

該堆疊式線圈的另一實施例請參閱圖4與圖5，該實施例揭示內層基板2的第一導線圖案22與第二導線圖案23可透過一導電夾片60接觸而導通，如圖4所示，該導電夾片60具有兩接點601，且彎折而適於夾持該內層基板2，夾持該內層基板2兩接點601分別接觸兩第二端點221、231，進而形成導通路徑。而實際形成多個內層基板2堆疊可借助一治具6，請參閱圖5，圖5中可見一治具6設有複數個夾槽，每一夾槽內容置一導電夾片60(如圖4所示的導電夾片60)，當內層基板2插入該導電夾片60兩臂之間後，該內層基板2可受導電夾片60固定，且該內層基板2的第一導線圖案22、第二導線圖案23藉由該導電夾片60而電性連接，並藉該治具6使相鄰的內層基板2具有區隔之空間。

上述結構可透過以下的製造方法來形成：(a)製備一個以上的基板組，其中該基板組包含複數一片內層基板2。(b)依選定的繞圈數而決定所需堆疊的基板組數量，並由一基板組重覆堆疊且電性連接另一基板組直到符合決定之基板組數量。(c)在前一步驟得到的複數基板組外緣分別連接一上層基板1以 及一下層基板3，並且該上層基板1與下層基板3電性連接該複數基板組。其中製備該內層基板2是在一印刷電路板之一表面佈線設置複數個間隔的第一導線圖案22，在另一表面的對應位置佈線設置複數個間隔的第二導線圖案23，其中設置該第一導線圖案22與第二導線圖案23時，各在該第一導線圖案22與第二導線圖案23上設一電接點222、232與一第二端點221、231。並依導線圖案為單位切割為具有一第一導線圖案22與第二導線圖案23的複數內層基板2，並令複數內層基板2電性連接形成該基板組。而該上、下層基板1、3亦是以相似的程序產生，與內層基板2的差別在於該上、下層基板1、3僅在一表面上鋪設該第三導電圖案12與第四導電圖案32，而非內層基板2的雙面佈線。上述的過程中，設置導線圖案之前或之後皆可預先在複數成形的內層基板2與上、下層基板1、3上設一開口21、11、31，以預留鐵芯穿過之空間。

上述方法的實施示意圖請參閱圖6，在製備複數內層基板2後，設定三片內層基板2相互電性連接而形成一基板組20(此處為一舉例，該基板組20可包含一片，或者多片內層基板2)，假設客戶訂製的線圈繞圈數經估算後使用兩基板組20堆疊，並配合上、下層基板1、3即足夠。而兩基板組20與上、下層基板1、3可視焊接器材或熱度而決定是否要一起送入迴焊爐內；或者可分次進行，先將相鄰的兩基板組20送入迴焊爐中焊接，再重複焊接其他基板組20或上、下層基板1、3。在圖6中之基板組20與上、下層基板1、3一次或多次焊接後即形成整體之堆疊式線圈，該堆疊式線圈可再依客戶需求而延伸出接腳或裝設鐵芯。

上述之堆疊式線圈以及所揭示製造該堆疊式線圈的方法至少具有以下優點：

1.內層基板2兩個表面上都鋪設了導電線路，不僅善用了該內層基板2的面積，在同樣的繞圈數下該堆疊式線圈之厚度較薄，在相同的厚度下可提供近兩倍的繞圈數。

2.由於複數內層基板2的同一側都印刷相同的導電線路，因此可如前述製造方法所述，以較少的成本大量且快速的生產該內層基板2。

3.再如前述製造方法，基板組20的數量可隨客戶需求而不斷堆疊內層基板2且一次或分為多次的焊接成形，由於導電圖案是被設計為可以不斷堆疊且電性連接的，故內層基板2可隨時增加或減少。

雖然本發明以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，而所作之些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明中，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本發明較習知之創作增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

1‧‧‧上層基板

11‧‧‧開口

12‧‧‧第三導線圖案

121‧‧‧外部連接端點

122‧‧‧電接點

20‧‧‧基板組

2‧‧‧內層基板

21‧‧‧開口

22‧‧‧第一導線圖案

221‧‧‧第二端點

222‧‧‧電接點

23‧‧‧第二導線圖案

231‧‧‧第二端點

232‧‧‧電接點

25‧‧‧導電填充物

3‧‧‧下層基板

31‧‧‧開口

32‧‧‧第四導線圖案

321‧‧‧外部連接端點

322‧‧‧電接點

Claims (19)

1. 一種堆疊式線圈，係用複數鋪設導線圖案的基板堆疊而成，其中該堆疊式線圈包括：至少一內層基板，該內層基板分別在一第一表面以及一第二表面設置相互電性連接的一第一導線圖案與一第二導線圖案，且該第一導線圖案與第二導線圖案分別具有一電接點及一第二端點，該第一導線圖案的第二端點與該第二導線圖案的第二端點電性連接；一設置於該內層基板上之上層基板，具有一下表面鋪設一第三導線圖案，該第三導線圖案設有一電接點，該第三導線圖案的電接點與相鄰內層基板上該第一導線圖案的該電接點電性連接，且該第三導線圖案具有一外部連接端點；一設置於該內層基板下之下層基板，具有一上表面鋪設一第四導線圖案，該第四導線圖案設有一電接點，該第四導線圖案的電接點與相鄰內層基板上該第二導線圖案的電接點電性連接，且該第四導線圖案具有一外部連接端點，該第一導線圖案與第二導線圖案及該第三導線圖案與該第四導線圖案等效形成一串聯的線圈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式線圈，其中，當複數內層基板堆疊時每一該內層基板的該電接點與相鄰內層基板的電接點電性連接，且其中最上層的該內層基板的該第一導線圖案的該電接點與該第三導線圖案的該電接點電性連接，而最下層的該內層基板的第二導線圖案的電接點與該第四導線圖案的電接點電性連接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式線圈，其中該內層基板設有一貫孔，且該貫孔中具有一導電填充物以電性連接該第一、第二導線圖案的第二端點。
4. 如申請專利範圍第3項所述之堆疊式線圈，其中該導電填充物為一金屬端子。
5. 如申請專利範圍第2項所述之堆疊式線圈，其中複數內層基板由一治具固定，其中該治具設有複數個夾槽，每一夾槽內具有一導電夾片夾住一片內層基板，且該導電夾片電性連接該第一、第二導線圖案的第二端點。
6. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈，其中兩內層基板之間具有一絕緣層，而該絕緣層具有一缺口設一導電層以電性連接兩內層基板之電接點。
7. 如申請專利範圍第6項所述的堆疊式線圈，其中該導電層為經過熱處理而填充於該絕緣層缺口之錫珠。
8. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈，其中該第三導線圖案與該第四導線圖案相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈，其中該第三導線圖案與該第四導線圖案相異。
10. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈，其中該上層基板、內層基板以及下層基板各設有一開口預留給一鐵芯穿過。
11. 一種堆疊式線圈的製造方法，係包括：(a)製備一個以上的基板組，其中該基板組包含複數片內層基板，並在一印刷電路板之一表面佈線設置複數個間隔的第一導線圖案，在另一表面的對應位置鋪設複數個間隔的第二導線圖案，並依導線圖案為單位切割為具有一第一導線 圖案與第二導線圖案的各該內層基板，並令複數內層基板電性連接形成該基板組，且鋪設該第一導線圖案與第二導線圖案時，各在該第一導線圖案與第二導線圖案上設一第二端點與一電接點，其中該第一導線圖案與該第二導線圖案的第二端點電性連接，該電接點與相鄰內層基板的電接點電性連接；(b)依選定的繞圈數而決定所需堆疊的基板組數量，並由一基板組重覆堆疊且電性連接另一基板組直到符合決定之基板組數量；(c)在前一步驟得到的複數基板組外緣分別連接一上層基板以及一下層基板，並且該上層基板與下層基板電性連接相鄰的複數基板組，該上層基板的下表面鋪設一第三導線圖案，該下層基板具有一上表面鋪設一第四導線圖案，該第三導線圖案以及該第四導線圖案皆具有一電接點，該第三導線圖案的電接點與相鄰內層基板的第一導線圖案的電接點電性連接；該第四導線圖案的電接點與相鄰內層基板的第二導線圖案的電接點電性連接，使該第三與第四導線圖案與該第一與第二導線圖案等效形成一串聯的線圈。
12. 如申請專利範圍第11項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中每一該內層基板設有一貫孔，且該貫孔中具有一導電填充物以電性連接該第一、第二導線圖案的第二端點。
13. 如申請專利範圍第12項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中該導電填充物為一金屬端子。
14. 如申請專利範圍第11項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中複數內層基板由一治具固定，其中該治具設有複數個夾槽，每一夾槽內具有一導電夾片夾住一內層基板，且該導電夾片電性連接該第一、第二導線圖案的第二端點。
15. 如申請專利範圍第11項、第12項或第14項中任一項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中兩內層基板之間具有一絕緣層，而該絕緣層具有一缺口填充一導電層以電性連接兩內層基板之電接點。
16. 如申請專利範圍第15項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中該導電層為一錫珠經過熱處理而填充於該絕緣層缺口。
17. 如申請專利範圍第11項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中該上層基板具有一下表面鋪設一第三導線圖案，該下層基板具有一上表面鋪設一第四導線圖案，該第三導線圖案與第四導線圖案分別與複數基板組外緣的第一、第二導線圖案的電接點電性連接。
18. 如申請專利範圍第17項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中該第三導線圖案與第四導線圖案各別設一外部連接端點。
19. 如申請專利範圍第11項所述的堆疊式線圈的製造方法，其中該上層基板、內層基板以及下層基板各設有一開口預留給一鐵芯穿過。