TWM559498U

TWM559498U - 薄型化扼流器

Info

Publication number: TWM559498U
Application number: TW106217993U
Authority: TW
Inventors: yan-hao Zeng; Shi-Ying Huang; You-Xuan Peng; Wei-Zhi Xu; Wei-Lin Wang; Wen-Guan Huang
Original assignee: Siward Crystal Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2018-05-01
Also published as: CN207909876U

Abstract

本新型提供一種薄型化扼流器，是能與一電路電性連接，其包含一薄片、一磁性體，及至少一線圈。該薄片包括兩相反設置的平面、一定義出一填置空間的內環面，與至少一自該兩平面其中一者朝該兩平面其中另一者凹陷並圍繞該填置空間的螺旋狀溝渠。該磁性體填置於該填置空間。該線圈填置於該螺旋狀溝渠並與該電路電性連接。在本新型中，該磁性體具有一第一高度(H1)，該線圈具有一第二高度(H2)，且H1＞H2。

Description

薄型化扼流器

本新型是有關於一種扼流器(choke)，特別是指一種薄型化扼流器。

扼流器是一種用來減弱電路裡高頻電流的低阻抗線圈。基於其具備有低阻抗與耐大電流等特性，因而常被應用在電子設備的電源供應器。

美國第2013/0106562 A1早期公開號發明專利案(以下稱前案)公開一種可被安裝(mounted)在一電路板10上的磁芯電感器1及其製法。參閱圖1，該磁芯電感器1包括一對彼此間隔設置的引腳(leads)11、一線圈12，及一電感體(inductor body)13。該線圈12具有一內端121、依序彼此銜接的複數彎曲段123，及一外端122。該線圈12的內端121與外端122是分別被焊接(weld)於該對引腳11，且該等彎曲段123的第一個彎曲段123與最後一個彎曲段123是分別銜接於該內端121與該外端122。該電感體13是封裝該線圈12，與部分該對引腳11以令該對引腳11局部裸露出可供安裝於該電路板10上的部位。

參閱圖2，該磁芯電感器1的製法是先將一長條狀空白導片(圖未示)的一端焊接於一導線架110的兩個懸臂部111的其中一者的一自由端112。後續，將該長條狀空白導片捲繞(wind)成如圖2所示的線圈12，以令焊接於該導線架110之該其中一懸臂部111的自由端112的該長條狀空白導片的該端成為該線圈12的該內端121。接著，令該長條狀空白導片的另一端焊接於該導線架110之該兩懸臂部111的其中另一者的一自由端112，以使焊接於該導線架110之該其中另一懸臂部111的自由端112的該長條狀空白導片的該另一端成為該線圈12的該外端122。進一步透過加熱的手段使該線圈12的該等彎曲段123束縛在一起。於完成焊接、捲繞與束縛等步驟後，將焊接有該線圈12的導線架110放置於一壓製機構(圖未示)的一矩形模具(圖未示)內，並於該矩形模具內填充一含有樹脂(resin)、潤滑劑(lubricant)、填充劑(filler)、鐵(Fe)粉之粉末化磁性材料，以透過該壓製機構對該粉末化磁性材料加壓成型。在完成壓製程序後，加熱硬化該粉末化磁性材料內的樹脂，以使經加熱後的該粉末化磁性材料成為該電感器1的電感體13。最後，令該導線架110之該兩懸臂部111的自由端112朝上彎折(bend)，並裁切經彎折後的該兩自由端112以成為該磁芯電感器1的該對引腳11，從而製得如圖1所示的磁芯電感器1。

該磁芯電感器(即，扼流器)1的製法只能在實施完一整套的製作流程後產製出單一顆電感器1，無法同時產出多顆電感器1。此外，所製得的電感器1尺寸仍達毫米(mm)等級，甚難輕薄短小化以符合智慧型手機等可攜式電子裝置的需求。

經上述說明可知，改善扼流器的製法以提升其產能，並縮減扼流器的尺寸以滿足可攜式電子裝置的需求，是本新型所屬技術領域的相關技術人員所待突破的課題。

因此，本新型的目的，即在提供一種能滿足可攜式電子裝置之需求的薄型化扼流器。

於是，本新型薄型化扼流器，是能與一電路電性連接，其包含一薄片、一磁性體，及至少一線圈。該薄片包括兩相反設置的平面、一定義出一填置空間的內環面，與至少一自該兩平面其中一者朝該兩平面其中另一者凹陷並圍繞該填置空間的螺旋狀溝渠。該磁性體填置於該填置空間。該線圈填置於該螺旋狀溝渠並與該電路電性連接。在本新型中，該磁性體具有一第一高度(H1)，該線圈具有一第二高度(H2)，且H1＞H2。

本新型的功效在於：將該線圈與該磁性體整合在單一個薄片內，令薄型化扼流器能滿足可攜式行動電子裝置的需求。

在本新型被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本新型薄型化扼流器之一第一實施例的量產方法，是透過微機電系統(micro-electro-mechanical system；簡稱MEMS)製程來實施，其經量產的各薄型化扼流器是能與一電路(圖未示)電性連接。本新型該第一實施例之量產方法依序包含一步驟(a)、一步驟(b)、一步驟(c)、一步驟(d’)、一步驟(c11)、一步驟(c12)、一步驟(d”)，及一步驟(d)。

參閱圖3與圖4，該步驟(a)是於一基板200的兩相反平面201之其中一者上覆蓋一遮罩層9。該遮罩層9包括一圖案91陣列，該等圖案91彼此間隔設置，且各圖案91具有一裸露出由該遮罩層9所覆蓋之平面201的第一穿孔911，及一圍繞各自所對應之第一穿孔911的螺旋狀穿孔912。在本新型該第一實施例中，該基板200是由一以矽(Si)為主的材料所製成，如一厚度約250 μm的石英(quartz)板；該遮罩層9是覆蓋在位於該基板200上側的平面201上，且是一經圖案化(patterned)的光阻層(photoresist layer)。

參閱圖5，該步驟(b)是自覆蓋有該遮罩層9的該平面201移除裸露於該圖案91陣列外的該基板200，以於該基板200形成一凹陷20陣列。各凹陷20包括一定義出一填置空間220的內環面22，及一圍繞各自所對應之填置空間220的螺旋狀溝渠23。在本新型該第一實施例中，該步驟(b)所形成之凹陷20陣列的各內環面22是貫穿該基板200的該兩平面201，且該凹陷20陣列是透過氫氟酸(HF)實施濕蝕刻(wet etching)所完成。如圖5所示，各螺旋狀溝渠23的寬度是相對小於各容置空間220的寬度。

參閱圖6，該步驟(c)是於各填置空間220與各螺旋狀溝渠23內分別填置一磁性體3與一線圈4，各線圈4是能與各自所對應的該電路電性連接。較佳地，該步驟(c)是先完成各磁性體3後，再完成各線圈4的製作。具體地來說，該步驟(c)是將一含有磁性陶瓷粉末、有機溶劑與黏結劑之組成混煉(compounding)成一膏狀的陶瓷生坯(green)後，再透過擠壓程序(extruding)於各填置空間220內填充該陶瓷生坯，並使陶瓷生坯中的有機溶劑揮發且令其黏結劑固化後以先行完成各磁性體3的製作後；再進一步地於各螺旋狀溝渠23內形成一前驅物層或一晶種層，以透過化學鍍法(electroless plating)或電鍍法(electroplating)自各前驅物層或各晶種層沉積出各線圈4。在本新型該第一實施例中，磁性陶瓷粉末是由鐵氧磁體(ferrite；Fe ₃O ₄)所製成，各線圈是由銅(Cu)所製成。該步驟(d’)是移除該基板200之平面201上的遮罩層9。

參閱圖7與圖8，該步驟(c11)是於各線圈4上覆蓋一裸露出各線圈4之一內端41的絕緣層5。參閱圖9與圖10，該步驟(c12)是在各絕緣層5上覆蓋一連接各線圈4之內端41的導線層61，以使各導線層61能與各自所對應的該電路電性連接。

參閱圖11，該步驟(d”)是於該基板200的各平面201上結合一磁性封裝層體80。本新型該第一實施例之各磁性封裝層體80是可透過冷壓法(lamination)、塗佈法(coating)或印刷法(printing)等技術結合至該基板200的各平面201上。在本新型該第一實施例中，各磁性封裝層體80是透過冷壓法結合至該基板200上，且各磁性封裝層體80是一厚度約5 μm~100 μm間的鐵氧磁體。

參閱圖12、圖13與圖14，該步驟(d)是縱向切割該基板200以令經切割後的基板200定義出一薄片2陣列，以及令該等磁性封裝層體80被切割成一磁性封裝層8陣列，並橫向分離填置有該等磁性體3與該等線圈4以及結合有該等磁性封裝層8的該等薄片2，以使各線圈4的一外端42及各導線層61是分別裸露於各薄片2及位處於上方的各磁性封裝層8外，從而量產出複數如圖13及圖14所示之薄型化扼流器C。如圖13所示，在本新型該第一實施例之量產方法中，各磁性體3具有一第一高度(H1)，各線圈4具有一第二高度(H2)。

此處需補充說明的是，為使得各薄型化扼流器C具有足夠的磁導率(permeability)，是需要藉由該磁性體3的體積來貢獻各薄型化扼流器C之磁導率。因此，H1＞H2。此處值得一提的是，當各線圈4的一截面積≤100 μm ²時，各線圈4所占截面積不足，此將導致直流阻抗過大。相反地，當各線圈4的截面積≥15×10 ⁴μm ²時，各線圈4所占截面積過大，此將造成材料的浪費。因此，較佳地，各線圈4的截面積是介於100 μm ²至15×10 ⁴μm ²間。在本新型該第一實施例中，H1等於100 μm，H2等於250 μm，且各線圈4的截面積為5000 μm ²。

再參閱圖13與圖14，經本新型該第一實施例之量產方法所製得的各薄化型扼流器C是能與各自所對應的電路電性連接，其包含該薄片2、該磁性體3、該線圈4、該絕緣層5、該導線層61，及該兩磁性封裝層8。

該薄片2包括兩相反設置的平面21、貫穿該兩平面21並定義出該填置空間220的該內環面22，與自該兩平面21其中一者朝該兩平面21其中另一者凹陷並圍繞該填置空間220的螺旋狀溝渠23。該磁性體3填置於該填置空間220。該線圈4填置於該螺旋狀溝渠23並與該電路電性連接。該絕緣層5是局部覆蓋該線圈4並裸露出該線圈4的該內端41。該導線層61是覆蓋該絕緣層5並連接該線圈4的內端41。各磁性封裝層8是結合在該薄片2之各平面21上，以令該等磁性封裝層8覆蓋住該磁性體3，且令位處於上側的磁性封裝層8覆蓋該線圈4與該導線層61。由圖13與圖14顯示可知，該線圈4的外端42是裸露於該薄片2的一端面外，該導線層61則是裸露於該磁性封裝層8的一端面外，以使該線圈4的外端42及該導線層61能與該電路電性連接，令該電路的一電流能自該線圈4的外端42輸入至線圈4並自該線圈4的內端41流經該導線層61輸出。

根據上述第一實施例的詳細說明可知，本新型透過MEMS製程將該等磁性體3與該等線圈4整合至厚度約250 μm的基板200內部，可在執行完各步驟後同時製作出該等薄型化扼流器C，不僅達到量產的目的，其所製得的薄型化扼流器C的厚度也趨近260~650 μm，能滿足輕薄短小化之可攜式電子裝置的需求。除此之外，本新型該第一實施例將各線圈4埋入各螺旋狀溝渠23內，可令各線圈4於各自所對應的薄型化扼流器C內因具有充分的截面積而佔有足夠量的體積，以耐受較高的電流值，其於實際使用時所產生的直流阻抗較低，因而元件於實際使用狀態下不易有過熱的問題產生。

本新型薄型化扼流器之一第二實施例的量產方法大致上是相同於該第一實施例，其不同處是在於，該第二實施例未實施該步驟(c11)與該步驟(c12)，且該步驟(a)、該步驟(b)與該步驟(c)的細部做法略有別於該第一實施例。此外，在本發該第二實施例之量產方法中，該步驟(c)後還包含一步驟(c21)。

參閱圖15與圖16，在本新型該第二實施例之量產方法中，該步驟(a)之遮罩層9的各圖案91還具有一第二穿孔913，各第二穿孔913是受各自所對應之螺旋狀穿孔912所圍繞並銜接於各自所對應之螺旋狀穿孔912的一內端9121。

參閱圖17，該步驟(b)之各凹陷20還包括一貫穿該基板200之該兩平面201並與各自所對應之螺旋狀溝渠23之一內端231相通的內連通孔24。各內連通孔24是自覆蓋有該遮罩層9的平面201經移除裸露於各第二穿孔913外之該基板200後所形成。

參閱圖18與圖21，該步驟(c)還於各內連通孔24填置一連接各自所對應之線圈24之內端241的內連接線7。

參閱圖19，該步驟(c21)是於該基板200之該兩平面201的其中另一者上(即，位於該基板200之下側處的平面201)覆蓋一連接各自所對應之內連接線24的導線層62，以不與各自所對應之線圈4共平面，並使各導線層62能與各自所對應的該電路電性連接。

參閱圖20與圖21，根據上述第二實施例之量產方法所製得的各薄型化扼流器C，還包含該導線層62及該內連接線7。在本新型該第二實施例中，各薄片2還包括貫穿該兩平面21並與該螺旋狀溝渠23之內端231相通的該內連通孔24，且各內連接線7是填置於各自所對應的內連通孔24並連接各自所對應之線圈4的內端41。各導線層62是局部覆蓋該兩平面21之該其中另一者(即，位於該薄片2之下側處的平面21)以不與該線圈4共平面，並連接各自所對應之內連接線7以能與各自所對應的電路電性連接。由圖20與圖21顯示可知，該線圈4的外端42是裸露於該薄片2的端面外，該導線層62則是裸露於位在下方的該磁性封裝層8的端面外，以使該線圈4的外端42及該導線層62能與該電路電性連接，令該電路的電流能自該線圈4的外端42輸入至線圈4，並依序流經該線圈4的內端41、該內連接線7與該導線層62，以自該導線層62輸出。

本新型薄型化扼流器之一第三實施例的量產方法大致上是相同於該第二實施例，其不同處是在於，該第三實施例未實施該步驟(c21)，且該步驟(a)、該步驟(b)與該步驟(c)的細部做法亦略有別於該第二實施例。

在本新型該第三實施例之量產方法中，該步驟(a)之遮罩層9的數量是兩個，且各遮罩層9是對應覆蓋該基板200的各平面201。詳細地來說，位在該基板200上側之該平面201上的該遮罩層9的圖案91陣列，是如圖15所示，而位在該基板200下側的該平面201上的該遮罩層9的圖案91陣列，則是如圖22與圖23所示。各遮罩層9的各圖案91的第二穿孔913是受各自所對應之螺旋狀穿孔912所圍繞，並銜接於各自所對應之螺旋狀穿孔912的內端9121。

參閱圖24，該步驟(b)之各凹陷20的內連通孔24是貫穿該基板200之該兩平面201，並與各自所對應之螺旋狀溝渠23之內端相通231。具體地來說，各內連通孔24是自各平面201經移除裸露於各第二穿孔913外之該基板200後所形成。

參閱圖25與圖27，該步驟(c)於各內連通孔24所填置的各內連接線7是連接各自所對應之線圈4之內端41。

參閱圖26與圖27，根據上述第三實施例之量產方法所製得的各薄型化扼流器C，該線圈4與該薄片2之螺旋狀溝渠23的數量各為兩個。各螺旋狀溝渠23是自各自所對應的平面21凹陷，各內連通孔24是貫穿該薄片2之該兩平面21，並與各螺旋狀溝渠23之內端231相通，且各內連接線7是填置於各內連通孔24並連接各線圈4的內端41。具體地來說，由圖26與圖27顯示可知，各線圈4的外端42是裸露於該薄片2的端面外，以使各線圈4的外端42能與該電路電性連接，令該電路的電流能自位處於上側的線圈4的外端42輸入，並依序流經位處於上側之線圈4的內端41、內連接線7、位處於下側之線圈4的內端41，以自位處於下側之導線4的外端42輸出。

根據上述各實施例的具體說明可知，本新型透過MEMS製程將該等磁性體3與該等線圈4整合至厚度僅約250 μm的基板200內部，可在執行完各步驟後同時製作出該等薄型化扼流器C，不僅達到量產的目的以提升產能，其所製得的薄型化扼流器C的厚度也趨近260~650 μm，能滿足輕薄短小化之可攜式電子裝置的需求。除此之外，本新型該等實施例將各線圈4埋入各自所對應的螺旋狀溝渠23內，可令各線圈4於各自所對應之薄型化扼流器C內因具有充分的截面積而佔有足夠量的體積，以耐受較高的電流值，且於實際使用時所產生的直流阻抗較低，因而元件於實際使用狀態下不易有過熱的問題產生。

綜上所述，本新型薄型化扼流器使該等磁性體3與該等線圈4整合至單一個基板200內部，可在實施完一整套的步驟後同時產製該等薄型化扼流器C，且經量產製得的該薄型化扼流器C亦能滿足可攜式電子裝置的需求；再者，於各薄片2之螺旋狀溝渠23內所埋入的線圈4能在各自所對應之薄型化扼流器C內因具有充分的截面積而佔有足夠量的體積，足以承受較高的電流值因而直流阻抗較低，不易導致元件過熱，故確實能達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型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，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。

2‧‧‧薄片
61‧‧‧導線層
20‧‧‧凹陷
62‧‧‧導線層
200‧‧‧基板
7‧‧‧內連接線
201‧‧‧平面
8‧‧‧磁性封裝層
21‧‧‧平面
80‧‧‧磁性封裝層體
22‧‧‧內環面
9‧‧‧遮罩層
220‧‧‧填置空間
91‧‧‧圖案
23‧‧‧螺旋狀溝渠
911‧‧‧第一穿孔
231‧‧‧內端
912‧‧‧螺旋狀穿孔
24‧‧‧內連通孔
9121‧‧‧內端
3‧‧‧磁性體
913‧‧‧第二穿孔
4‧‧‧線圈
C‧‧‧薄型化扼流器
41‧‧‧內端
H1‧‧‧第一高度
42‧‧‧外端
H2‧‧‧第二高度
5‧‧‧絕緣層

本新型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是一立體示意圖，說明美國第2013/0106562 A1早期公開號發明專利案所公開的一種安裝在一電路板上的電感器；　圖2是一立體示意圖，說明圖1之電感器自一導線架裁切前的態樣；　圖3是一俯視示意圖，說明本新型薄型化扼流器之一第一實施例的量產方法的一步驟(a)；　圖4是沿圖1之直線IV-IV所取得的一截面圖；　圖5是一截面圖，說明本新型該第一實施例之量產方法的一步驟(b)；　圖6是一截面圖，說明本新型該第一實施例之量產方法的一步驟(c)；　圖7是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例之量產方法的一步驟(c11)；　圖8是一沿圖7之直線VIII-VIII所取得的截面圖；　圖9是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例之量產方法的一步驟(c12)；　圖10是一沿圖9之直線X-X所取得的截面圖；　圖11是一截面圖，說明本新型該第一實施例之量產方法的一步驟(d”)；　圖12是一截面圖，說明本新型該第一實施例之量產方法的一步驟(d)；　圖13是一截面圖，說明由本新型該第一實施例之量產方法所製得的薄型化扼流器；　圖14是圖13之一俯視示意圖；　圖15是一俯視示意圖，說明本新型薄型化扼流器之一第二實施例的量產方法的一步驟(a)；　圖16是沿圖15之直線XVI-XVI所取得的一截面圖；　圖17是一截面圖，說明本新型該第二實施例之量產方法的一步驟(b)；　圖18是一截面圖，說明本新型該第二實施例之量產方法的一步驟(c)；　圖19是一俯視示意圖，說明本新型該第二實施例之量產方法的一步驟(c21)；　圖20是一截面圖，說明由本新型該第二實施例之量產方法所製得的薄型化扼流器；　圖21是圖20之一俯視示意圖；　圖22是一仰視示意圖，說明本新型薄型化扼流器之一第三實施例的量產方法的一步驟(a)；　圖23是沿圖22之直線XXIII-XXIII所取得的一截面圖；　圖24是一截面圖，說明本新型該第三實施例之量產方法的一步驟(b)；　圖25是一截面圖，說明本新型該第三實施例之量產方法的一步驟(c)；　圖26是一截面圖，說明由本新型該第三實施例之量產方法所製得的薄型化扼流器；及　圖27是圖26之一俯視示意圖。

Claims

一種薄型化扼流器，是能與一電路電性連接，其包含：一薄片，包括兩相反設置的平面、一定義出一填置空間的內環面，與至少一自該兩平面其中一者朝該兩平面其中另一者凹陷並圍繞該填置空間的螺旋狀溝渠；一磁性體，填置於該填置空間；及至少一線圈，填置於該螺旋狀溝渠並與該電路電性連接；其中，該磁性體具有一第一高度(H1)，該線圈具有一第二高度(H2)，且H1＞H2。
如請求項1所述的薄型化扼流器，其中，該薄片的內環面是貫穿該兩平面。
如請求項2所述的薄型化扼流器，還包含一絕緣層及一導線層，該絕緣層是局部覆蓋該線圈並裸露出該線圈的一內端，該導線層是覆蓋該絕緣層並連接該線圈的內端以能與該電路電性連接。
如請求項2所述的薄型化扼流器，還包含一導線層及一內連接線，該薄片還包括一貫穿該兩平面並與該螺旋狀溝渠之一內端相通的內連通孔，該內連接線是填置於該內連通孔並連接該線圈的一內端，該導線層是局部覆蓋該兩平面之該其中另一者以不與該線圈共平面，並連接該內連接線以能與該電路電性連接。
如請求項2所述的薄型化扼流器，還包含一內連接線，該線圈與該薄片之螺旋狀溝渠的數量各為兩個，各螺旋狀溝渠是自各自所對應的平面凹陷，該薄片還包括一貫穿該兩平面並與各螺旋狀溝渠之一內端相通的內連通孔，該內連接線是填置於該內連通孔並連接各線圈的一內端。
如請求項1至5任一請求項所述的薄型化扼流器，還包含兩磁性封裝層，各磁性封裝層是結合在該薄片之各平面上。