TWI701688B - 嵌合式薄膜電感元件 - Google Patents
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Abstract
一種嵌合式薄膜電感元件，包含一基板、一第一線路結構、一第二線路結構，及一包覆該基板與該二線路結構的電性增強結構，該第一線路結構包括成渦狀環繞且分別形成於該基板相反兩面的一第一上線路、一第一下線路，及二第一電極，該第二線路結構包括一嵌合於該第一上線路間隙中的第二上線路、一嵌合於該第一上線路間隙中的第二下線路，及二第二電極，當該等電極對外電連接時，該第一、第二線路結構分別形成第一電感與第二電感，並同步與該電性增強結構相配合形成元件需求電感，本發明提供一種整體平面面積更微縮的電感元件。
Description
本發明是有關於一種被動元件，特別是指一種電感元件。
隨著科技的進步下，電子產品愈加微型化、輕量化，因此設置於電子產品中的被動元件勢必也需往縮小尺寸的方向發展。
以電感元件來說，最早的結構是以導線纏繞現成的磁性體組成，隨後發展出體積較小的微型電感，該微型電感包含一內部線路結構、一由磁性材料構成的封裝結構，及一用於對外電連接的電極組，該內部線路結構由數層以渦狀圍繞形成的線路層組成，並埋設於該封裝結構內部，該電極組包括數個設置在該封裝結構側面，且分別對應該其中一線路層的外部電極，每一該外部電極與所對應的該線路層電連接，當自該外部電極輸入電流時，該等相鄰的線路層因相互受電磁感應影響而形成耦合電感。由於該微型電感的內部線路結構包覆於該封裝結構之中，並可隨著半導體製程技術的演進而不斷微縮尺寸、線寬，因此，相較於傳統的電感元件，其體積可以更往小型化發展，而符合電子產品微型化、輕量化發展的需求。
但，在微型電感的微型化發展上，若要針對該等線路層在尺寸方面繼續縮小，例如以減少線寬的方式縮減內部線路結構的平面面積，當導線寬度縮減到一定程度時，即會因電阻值過大而在運作時出現例如元件過熱的情形，或是在製程中因導線太細而斷裂，進而影響生產良率、乃至元件本身的品質，因此，如何透過改變線路結構的設計，使微型電感整體更進一步縮小，為本領域的發展重點之一。
因此，本發明的目的，即在提供一種藉由內部線路結構相互套嵌以縮減線路結構平面面積的嵌合式薄膜電感。
於是，本發明嵌合式薄膜電感元件，包含一薄型基板、一第一線路結構、一第二線路結構，及一電性增強結構。
該薄型基板包括一頂面，及一反向於該頂面的底面，並由絕緣材料構成。
該第一線路結構由導電材料構成，並包括一形成在該頂面且成連續渦狀環繞的第一上線路、一形成在該底面且成連續渦狀環繞的第一下線路，及二用以對外電連接的第一電極，該二第一電極分別通過該薄型基板一側部連接該第一上線路和該第一下線路，當該二第一電極對外電連接時，該第一線路結構形成一第一電感。
該第二線路結構由導電材料構成，並包括一形成在該頂面且成連續渦狀環繞的第二上線路、一形成在該底面且成連續渦狀環繞的第二下線路，及二第二電極，該第二上線路不接觸地嵌合於該第一上線路形成的渦形間隙中，該第二下線路不接觸地嵌合於該第一下線路形成的渦形間隙中，該二第二電極用以對外電連接並分別通過該薄型基板另一側部連接該第二上線路和該第二下線路，當該二第二電極對外電連接時，該第二線路結構形成一第二電感。
該電性增強結構包覆該薄型基板、該第一線路結構，及該第二線路結構，且與該第一電感、該第二電感相配合地形成一元件需求電感。
本發明的功效在於：透過該第二上線路及該第二下線路各自不接觸地嵌合於該第一上線路與該第一下線路所形成的間隙中，能有效減少該第一線路結構與該第二線路結構的平面面積，使電感元件整體進一步微型化。
參閱圖1及圖2，本發明嵌合式薄膜電感元件的一實施例，包含一薄型基板1、一第一線路結構2、一第二線路結構3，及一包覆該薄型基板1、該第一線路結構2，及該第二線路結構3的電性增強結構4。
該薄型基板1包括一頂面11，及一反向於該頂面11的底面12，並以絕緣材料為構成材料。本實施例中，為了整體電感特性考量，該薄型基板1還於中央處形成一狹長形通孔13，及二自側邊向內形成的凹口，該薄型基板1的構成材料是選自玻璃纖維版(FR4)或聚醯亞胺(Polyimide，PI)二者之一，且厚度介於15~25μm。
該第一線路結構2由導電材料構成，並包括一成連續渦狀環繞且形成在該頂面11的第一上線路21、一成連續渦狀環繞且形成在該底面12的第一下線路22，及二用以對外電連接的第一電極23，當該二第一電極23對外電連接時，該第一上線路21和該第一下線路22基於電磁效應與電感耦合原理彼此之間產生互感應而形成第一電感。
詳細而言，該第一上線路21具有一外端部211、一自該外端部211且平行於該薄型基板1短邊延伸的第一短段、一自該第一短段的另一端延伸且平行於該薄型基板1長邊的第一長段，及一自該第一長段的另一端延伸的內端部212，類似地，該第一下線路22具有一外端部221、一自該外端部221平行於該薄型基板1的短邊延伸的第一短段、一自該第一短段反向於該外端部221的另一端並平行於該薄型基板1長邊延伸的第一長段，及一自該第一長段的另一端延伸的內端部222，其中，該第一上線路21與該第一下線路22的線寬，也就是該第一短段、該第一長段的寬度介於5~150μm，該第一上線路21與該第一下線路22的線路間距，亦即，形成於同一平面的該第一短段、該第一長段的間距介於5~30μm，且該第一上線路21與該第一下線路22的線寬的線路厚度10~200μm；每一該第一電極23包括一穿設該薄型基板1其中一側部的第一柱體231，及二分別設置於該電性增強結構4相反二面並連接該第一柱體231的第一連接埠232，該二第一柱體231分別連接該第一上線路21的外端部211及該第一下線路22的外端部221。
該第二線路結構3由導電材料構成，並包括一成連續渦狀環繞且形成在該頂面11的第二上線路31、一成連續渦狀環繞且形成在該底面12的第二下線路32，及二用以對外電連接的第二電極33，該第二上線路31不接觸地嵌合在該第一上線路21所形成的渦型間隙中，該第二下線路32不接觸地嵌合在該第一下線路22所形成的渦型間隙中，當該二第二電極33對外電連接時，電流分別導入該第二上線路31和該第二下線路32，基於耦合電感原理，帶有電流的該第二上線路31和該第二下線路32之間基於電磁效應與電感耦合原理而產生互感應，此時，該第二線路結構3形成第二電感。
更具體地說，該第二上線路31具有一外端部311、一自該外端部311平行於該薄型基板1的短邊延伸的第二短段、一自該第二短段相對於該外端部311的另一端延伸且平行於該薄型基板1長邊的第二長段，及一自該第二長段的另一端延伸的內端部312，相同地，該第二下線路32具有一外端部321、一自該外端部321平行於該薄型基板1的短邊延伸的第二短段、一自該第二短段反向於該外端部321的另一端延伸且平行於該薄型基板1長邊的第二長段，及一自該第一長段的另一端延伸的內端部322，該第二上線路31與該第二下線路32的線寬，即，該第二短段、該第二長段的寬度介於5~150μm，該第二上線路31與該第二下線路32的線路間距，也就是形成於同一面的該第二短段、該第二長段的間距介於5~30μm，且該該第二上線路31與該第二下線路32的線路厚度介於10~200μm；每一該第二電極33包括一穿設該薄型基板1其中另一側部的第二柱體331，及二分別位於該電性增強結構4相反二面並連接該第二柱體331的第二連接埠332，且該二第二柱體331分別連接該第二上線路31的外端部311與該第二下線路32的外端部321。
較佳地，該第一上線路21與該第二下線路32的正投影呈鏡象對稱且彼此重疊，該第二上線路31與該第一下線路22的正投影呈鏡象對稱且彼此重疊，因此，當分別導入該第一線路結構2與該第二線路結構3的電流參數相同時，會形成電感值相近且反向的第一電感與第二電感。
該電性增強結構4包覆該薄型基板1、該第一線路結構2，及該第二線路結構3，並與該第一電感、該第二電感相配合地形成一元件需求電感，其中，該等第一連接埠232及第二連接埠332分別在該電性增強結構4相反兩表面露出並用以對外電連接；在本例中，該電性增強結構4由磁性材料構成，例如選自環氧樹酯(Epoxy)作為主材料，並在其中參雜鎳鉻矽、羰基鐵及其中至少一種磁性金屬粉末，並透過冷壓或熱壓的方式成型，用以提高該第一線路結構2與該第二線路結構3的電感特性。
上述本發明嵌合式薄膜電感元件的實施例運作時，該第一線路結構2和該第二線路結構3分別透過該等第一電極23、第二電極33對外電連接，該第一上線路21及該第一下線路22分別因電流導入而產生自感應，基於電感的耦合效應，該第一上線路21與第一下線路22因互感應而形成第一電感，同時，當電流自該等第二電極33導入該第二線路結構3時，該第二上線路31與該第二下線路32因互感應而產生電感耦合，形成第二電感，且同步地，包覆該第一線路結構2與第二線路結構3的該電性增強結構4用於提升其電感特性，該第一電感、第二電感與該電性增強結構4互相配合而形成元件需求電感。
相較於習知的微型電感，當元件需求電感相同規格時，習知的微型電感的平面面積約為1.6mm
2，而本實施例的平面面積約為1.2 mm
2，即，本實施例透過該第一線路結構2與該第二線路結構3的彼此嵌合，有效縮減整體元件的平面面積達四分之一以上，換言之，若元件所佔的平面面積相同的情況下，與習知的微型電感相比，本發明具有更大的元件需求電感設計空間而供設計人員運用。
本發明嵌合式薄膜電感元件的另一實施例，是與前例相似，其差異在於該第一線路結構2還包括至少一第一導通塊24，該等第一導通塊24排列地穿設在該薄型基板1靠近渦形線路中心的位置，並連接該第一上線路21的內端部212與該第一下線路22的內端部222，使該第一上線路21和第一下線路22可視為一連通的線圈，類似地，該第二線路還包括至少一穿設該薄型基板1的第二導通塊34，並連接該第二上線路31的內端部312與該第二下線路32的內端部322，使該第二上線路31與該第二下線路32可視為一連通的線圈。
當該第一電極23與該第二電極33對外電連接，並自該等第一連接埠232與第二連接埠332分別導入電流，由於該第一上線路21與該第一下線路22透過該等第一導通塊24電連接，使該第一線路結構2成為穿設該薄型基板1的感應線圈，進而使該第一線路結構2本身基於電磁感應的原理產生自感應而形成第一電感，相同地，該第二上線路31與該第二下線路32藉由該等第二導通塊34電連接而形成穿設該薄型基板1的感應線圈，對外電連接時，該第二線路結構3產生自感應並形成第二電感，亦即，該第一線路結構2與該第二線路結構3為彼此嵌合的兩感應線圈，進而同步地，該第一電感、第二電感與該電性增強結構4相互配合地形成元件需求電感。
綜上所述，本發明嵌合式薄膜電感元件，透過形成於同一平面的該第二上線路31嵌合於該第一上線路21的線路間隙中，該第二下線路32嵌合於該第一下線路22的線路間隙中，當對外電連接時，該第一上線路21與該第一下線路22間因互感應而形成第一電感、該第二上線路31與該第二下線路32間互感應而產生第二電感，且第一電感、第二電感與由磁性材料所構成的該電性增強結構4相互配合而形成最終元件需求電感，相較於利用習知的微型電感，使用相同數量的線圈數或產生相近的電感值，本發明中由第一線路結構2與該第二線路結構3所構成的平面面積更小，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:薄型基板
11:頂面
12:底面
13:通孔
2:第一線路結構
21:第一上線路
22:第一下線路
211、221:外端部
212、222:內端部
23:第一電極
231:第一柱體
232:第一連接埠
24:第一導通塊
3:第二線路結構
31:第二上線路
32:第二下線路
311、321:外端部
312、322:內端部
33:第二電極
331:第二柱體
332:第二連接埠
34:第二導通塊
4:電性增強結構
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一立體圖，說明本發明嵌合式薄膜電感元件的一實施例；及
圖2是一立體分解圖，輔助圖1說明該實施例。
1:薄型基板
11:頂面
12:底面
13:通孔
21:第一上線路
22:第一下線路
211、221:外端部
212、222:內端部
23:第一電極
24:第一導通塊
231:第一柱體
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31:第二上線路
32:第二下線路
311、321:外端部
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33:第二電極
331:第二柱體
332:第二連接埠
34:第二導通塊
4:電性增強結構
Claims (8)
- 一種嵌合式薄膜電感元件，包含： 一薄型基板，選自絕緣材料構成並包括一頂面，及一相反於該頂面的底面； 一第一線路結構，選自導電材料構成並包括一成連續渦狀環繞且形成在該頂面的第一上線路、一成連續渦狀環繞且形成在該底面的第一下線路，及二分別通過該薄型基板一側部並連接該第一上線路及該第一下線路的第一電極，當該二第一電極用以對外電連接時，該第一線路結構形成一第一電感； 一第二線路結構，選自導電材料構成並包括一成連續渦狀環繞且形成在該頂面的第二上線路、一成連續渦狀環繞且形成在該底面的第二下線路，及二分別通過該薄型基板另一側部並連接該第二上線路和第二下線路的第二電極，該第二上線路不接觸該第一上線路地嵌合於該第一上線路形成的渦形間隙中，該第二下線路不接觸該第一下線路地嵌合於該第一下線路形成的渦形間隙中，當該二第二電極用以對外電連接時，該第二線路結構形成一第二電感；及 一電性增強結構，包覆該薄型基板、該第一線路結構，及該第二線路結構，並與該第一電感、該第二電感相配合地形成一元件需求電感。
- 如請求項1所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該每一第一電極包括一穿設該薄型基板的第一柱體，及二分別位於該電性增強結構相反二面並連接該第一柱體的第一連接埠，該每一第二電極包括一穿設該薄型基板的第二柱體，及二分別位於該電性增強結構相反二面並連接該第二柱體的第二連接埠。
- 如請求項2所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該其中一第一柱體連接該第一上線路的外端部，該另一第一柱體連接該第一下線路的外端部，該其中一第二柱體連接該第二上線路的外端部，該另一第二柱體連接該第二下線路的外端部。
- 如請求項1所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該第一線路結構還包括至少一穿設該薄型基板並電連接該第一上線路的內端部和該第一下線路的內端部的第一導通塊，該第二線路結構還包括至少一穿設該薄型基板並電連接該第二上線路的內端部與該第二下線路的內端部的第二導通塊。
- 如請求項1所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該薄型基板還包括至少一通孔。
- 如請求項1所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該電性增強結構由熱固性高分子摻雜具磁性的金屬粉末所構成。
- 如請求項1所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該第一上線路和該第一下線路的線寬範圍是5~150μm，線路間距介於5~30μm，線路厚度介於10~200μm。
- 如請求項1所述的嵌合式薄膜電感元件，其中，該第二上線路和該第二下線路的線寬範圍是5~150μm，線路間距介於5~30μm，線路厚度介於10~200μm。
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