多層線圈的制造方法及磁性裝置制造方法

多層線圈的制造方法及磁性裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種多層線圈的制造方法及磁性裝置，多層線圈的制造方法包括：提供基板；于基板上形成種子層；以及根據N個閾值范圍以N個電流密度于種子層上電鍍N個線圈層，以于基板上形成多層線圈，其中N個電流密度中的第i個電流密度小于第i+1個電流密度，N是大于1的正整數，且i是小于或等于N的正整數。N個線圈層中的第1個線圈層是以N個電流密度中的第1個電流密度電鍍于種子層上。當N個線圈層中的第i個線圈層的縱橫比介于N個閾值范圍中的第i個閾值范圍之間時，以第i+1個電流密度于第i個線圈層上電鍍第i+1個線圈層。本發明是以變動電流密度于基板上電鍍形成多層線圈，可有效提高磁性裝置的電性。
【專利說明】多層線圈的制造方法及磁性裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多層線圈的制造方法及磁性裝置，特別是涉及一種以變動電流密 度電鍍形成多層線圈的方法及應用此多層線圈的磁性裝置。

【背景技術】
[0002] 扼流器（choke)是磁性裝置的一種，其功用在于穩定電路中的電流并達到濾除噪 聲的效果，作用與電容器類似，同樣是以存儲、釋放電路中的電能來調節電流的穩定性，而 且相較于電容是以電場（電荷）的形式來存儲電能，扼流器則是以磁場的形式來達成。
[0003] 扼流器早期通常都使用在直流變壓器（DC/DCconverter)或電池充電器（battery charger)等電子裝置內，并應用于調制解調器（modem)、異步數字用戶專線（asymmetric digitalsubscriberlines,ADSL)或局部局域網絡（localareanetworks,LAN)等傳輸裝 置中。然而，近幾年來，扼流器被更廣泛地應用于諸如筆記型計算機、手機、液晶屏幕以及數 字相機等信息科技產品中。由于信息科技產品逐漸朝向薄型化與輕量化的趨勢發展，扼流 器的高度與尺寸便成為一個重要的設計課題。
[0004] 如圖1所示，美國專利公告第7, 209, 022號所揭露的扼流器1包括磁芯10、導線 12、外裝樹脂14以及一對電極16,其中導線12纏繞于磁芯10的中柱100上。一般而言，中 柱100的截面面積越大，扼流器1的特性就越好。然而，由于必須保留用來纏繞導線12的 繞線空間S，中柱100的截面面積便因此而被限制住了，使得飽和電流無法被有效提升且直 流電阻無法被有效降低。此外，相較于現有繞線式線圈結構，因包括環繞中柱纏繞導線的機 械操作，這樣的作法在組件的小型化與厚度減小上有一定限制（例如，漆包線尺寸縮小；若 機械動作精度不夠，會造成良率上的損失）。


【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是：為了彌補現有技術的不足，提供一種以變動電流 密度電鍍形成多層線圈的方法及應用此多層線圈的磁性裝置。
[0006] 本發明的多層線圈的制造方法采用以下技術方案：
[0007] 所述多層線圈的制造方法包括：提供基板；于所述基板上形成種子層；以及根據N 個閾值范圍以N個電流密度于所述種子層上電鍍N個線圈層，以于所述基板上形成多層線 圈，所述N個電流密度中的第i個電流密度小于第i+Ι個電流密度，N是大于1的正整數， i是小于或等于N的正整數；其中，所述N個線圈層中的第1個線圈層是以所述N個電流密 度中的第1個電流密度電鍍于所述種子層上；當所述N個線圈層中的第i個線圈層的縱橫 比介于所述N個閾值范圍中的第i個閾值范圍之間時，以第i+Ι個電流密度于所述第i個 線圈層上電鍍第i+Ι個線圈層。
[0008] 優選地，所述多層線圈呈螺旋形而形成多個圈環，且每兩個圈環之間的間隙小于 30微米。
[0009] 優選地，每兩個圈環之間的間隙小于10微米。
[0010] 優選地，所述多層線圈的縱橫比大于I. 5,且所述多層線圈的高度大于70微米。
[0011] 本發明的磁性裝置采用以下技術方案：
[0012] 所述磁性裝置包括基板；多層線圈，形成于所述基板上，所述多層線圈由N個線圈 層堆棧而成，所述N個線圈層中的第i個線圈層的縱橫比小于第i+Ι個線圈層的縱橫比，N是大于1的正整數，i是小于或等于N的正整數；以及磁性體，完全包覆所述基板與所述多 層線圈。
[0013] 優選地，所述多層線圈呈螺旋形而形成多個圈環，且每兩個圈環之間的間隙小于 30微米。
[0014] 優選地，每兩個圈環之間的間隙小于10微米。
[0015] 優選地，所述多層線圈的縱橫比大于1. 5,且所述多層線圈的高度大于70微米。
[0016] 優選地，所述磁性裝置還包括絕緣保護層，形成于所述多層線圈上及所述多層線 圈之間。
[0017] 優選地，所述磁性裝置還包括導電柱以及電極，所述電極形成于所述磁性體上，所 述導電柱電性連接所述多層線圈與所述電極。
[0018] 因此，根據上述技術方案，本發明的多層線圈的制造方法及磁性裝置至少具有下 列優點及有益效果：本發明是以變動電流密度于基板上電鍍形成多層線圈，并且以此電鍍 形成的多層線圈取代現有的繞線線圈。電鍍形成的多層線圈可比現有的繞線線圈具備較高 的空間利用率，不僅有利于磁性裝置微型化，且可有效提高磁性裝置的電性（例如，加大中 柱面積、降低直流電阻、增加飽和電流等）。此外，本發明在電鍍形成多層線圈時不需于基板 上形成光阻圖案層，制程較現有技術簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是現有扼流器的剖視圖。
[0020] 圖2是本發明一實施例的磁性裝置的俯視圖。
[0021] 圖3是圖2中的磁性裝置沿A-A線的剖視圖。
[0022] 圖4是圖3中的多層線圈的局部放大圖。
[0023] 圖5是圖2中的磁性裝置與圖3中的多層線圈的制造方法的流程圖。
[0024] 圖6是多層線圈蝕刻前后的顯微結構圖。
[0025] 其中，附圖標記說明如下：
[0026] 1 扼流器 3 磁性裝置
[0027] 10 磁芯 12 導線
[0028] 14 外裝樹脂 16、36 電極
[0029] 30 基板 31 種子層
[0030] 32、32' 多層線圈 33 導電層
[0031] 34 磁性體 35 導電柱
[0032] 37 導通孔 38 絕緣保護層
[0033] 100,300 中柱 320a_320d線圈層
[0034]G0-G3 間隙 H0-H3 高度
[0035]W0-W3 寬度 L1-L3 分界線
[0036]S 繞線空間 A-A 剖面線
[0037]S10-S20 步驟

【具體實施方式】
[0038] 請參考圖2至圖5,圖2是本發明一實施例的磁性裝置3的俯視圖，圖3是圖2中 的磁性裝置3沿A-A線的剖視圖，圖4是圖3中的多層線圈32的局部放大圖，圖5是圖2 中的磁性裝置3與圖3中的多層線圈32的制造方法的流程圖。本發明的磁性裝置3可以 是扼流器（choke)或其它磁性組件。磁性裝置3包括基板30、多層線圈32、磁性體34以及 一對電極36。多層線圈32是以變動電流密度電鍍形成于基板30上。磁性體34完全包覆 基板30與多層線圈32。電極36則形成于磁性體34上。
[0039] 于制造多層線圈32時，首先，執行圖5中的步驟S10,提供基板30。于實際應 用中，基板30可包括高分子聚合物，例如環氧樹脂、改質的環氧樹脂、聚脂（Polyester)、 丙烯酸酯、氟素聚合物（Fluoro-polymer)、聚亞苯基氧化物（PolyphenyleneOxide)、 聚酰亞胺（Polyimide)、酚醒樹脂（Phenolicresin)、聚砜（Polysulfone)、娃素聚合物 (Siliconepolymer)、BT樹月旨（BismaleimideTriazineModifiedEpoxy(BTResin))、氰 酸聚酯（CyanateEster)、聚乙烯（Polyethylene)、聚碳酸酯樹脂（polycarbonate,PC)、 丙烯臆 _ 丁二烯 _ 苯乙烯共聚合物（acrylonitrile-butadiene-styrenecopolymer, ABScopolymer)、聚對苯二甲酸乙二酯（polyethyleneterephthalate，PET)樹脂、聚對苯 二甲酸丁二酯（polybutyleneterephthalate，PBT)樹脂、液晶高分子（liquidcrystal polymers,LCP)、聚酰胺（polyamide,PA)、尼龍（Nylon)、共聚聚甲醒（polyoxymethylene, POM)、聚苯硫醚（polyphenylenesulfide，PPS)或是環狀烯經共聚高分子（cyclicolefin copolymer，C0C)，但不以此為限。
[0040] 接著，執行圖5中的步驟S12,于基板30上形成種子層（seedlayer)31。于實際 應用中，可利用銅箔蝕刻或電鍍形成種子層31，但不以此為限。在本實施例中，種子層31呈 螺旋形而形成多個圈環。接著，執行圖5中的步驟S14,將基板30放置于電鍍液中。在本實 施例中，電鍍液主要可由硫酸銅、硫酸、氯離子以及其它添加劑（例如，光澤劑、平整劑、抑 制劑等）組成，但不以此為限。換句話說，電鍍液可視實際需求而調整其組成成分。接著， 執行圖5中的步驟S16,根據N個閾值范圍以N個電流密度于種子層31上電鍍N個線圈層 320a、320b、320c，以于基板30上形成多層線圈32,其中N個電流密度中的第i個電流密度 小于第i+Ι個電流密度，N是大于1的正整數，且i是小于或等于N的正整數。在本實施例 中，N=3,但不以此為限。
[0041] 如圖4所示，三個線圈層320a、320b、320c中的第1個線圈層320a是以三個電流 密度中的第1個電流密度電鍍于種子層31上。當第1個線圈層320a的縱橫比介于第 1個閾值范圍之間時，以第2個電流密度于第1個線圈層320a上電鍍第2個線圈層320b， 其中ΛYl=Hl-HO,ΛXl=(Wl-WO) /2，H0表示種子層31的高度，WO表示種子層31的寬度，Hl 表示第1個線圈層320a與種子層31的總高度，且Wl表示第1個線圈層320a與種子層31 的總寬度。當第2個線圈層320b的縱橫比^介于第2個閾值范圍之間時，以第3個電流 ΔΖ2 密度于第2個線圈層320b上電鍍第3個線圈層320c，其中ΛΥ2=Η2-Η1，ΛX2=(W2-Wl)/2，H2表示第2個線圈層320b、第1個線圈層320a與種子層31的總高度，且W2表示第2個線 圈層320b、第1個線圈層320a與種子層31的總寬度。
[0042] 在本實施例中，第1個電流密度可設定成5. 39ASD，第2個電流密度可設定成 8. 98ASD，第3個電流密度可設定成10. 78ASD，第1個閾值范圍可設定成1?1.8,第2個 閾值范圍可設定成2?2. 8,且第3個閾值范圍可設定成2. 8?4。此外，種子層31的高 度HO可以是30微米，種子層31的寬度WO可以是35微米，且種子層31的每兩個圈環之 間的間隙GO可以是55微米。首先，本發明可先以第1個電流密度5. 39ASD將第1個線圈 AY] 層320a電鍍于種子層31上，并且在電鍍過程中測量第1個線圈層320a的縱橫比h·。當 測量到的第1個線圈層320a的縱橫比介于第1個閾值范圍1?1. 8之間時（例如， ΔΑ? Λ Vl 厶￥1=17.1微米，且厶父1=15微米，則777 = 1.14)，即可將第1個電流密度5.39450切換成 第2個電流密度8. 98ASD，以于第1個線圈層320a上電鍍第2個線圈層320b，并且在電鍍 AY2 過程中測量第2個線圈層320b的縱橫比^。此時，每兩個第1個線圈層320a之間的 AX2 A 72 間隙Gl=G0-2ΛXl=55-2*15=25微米。當測量到的第2個線圈層320b的縱橫比介于 AX2 第2個閾值范圍2?2. 8之間時（例如，ΛΥ2=13. 2微米，且ΛΧ2=5. 5微米，則7^=2.4 AX2 )，即可將第2個電流密度8. 98ASD切換成第3個電流密度10. 78ASD，以于第2個線圈層 AY 3 320b上電鍍第3個線圈層320c，并且在電鍍過程中測量第3個線圈層320c的縱橫比^ ΔΧ3 ，其中ΛΥ3=Η3-Η2，ΛX3=(W3-W2)/2,H3表示第3個線圈層320c、第2個線圈層320b、第1 個線圈層320a與種子層31的總高度，且W3表示第3個線圈層320c、第2個線圈層320b、 第1個線圈層320a與種子層31的總寬度。此時，每兩個第2個線圈層320b之間的間隙 Ay-; G2=Gl-2ΛX2=25-2*5. 5=14微米。當測量到的第3個線圈層320c的縱橫比一^介于第3 Δα3 Λ yi 個閾值范圍2. 8?4之間時（例如，ΛΥ3=13. 5微米，且ΛX3=4. 5微米，則^ =3 )，每兩個 J\y\ 〇 第3個線圈層320c之間的間隙G3=G2-2ΛX3=14-2*4. 5=5微米。當測量到的第3個線圈層AY3 320c的縱橫比^介于第3個閾值范圍2. 8?4之間時，即可將第3個電流密度10. 78ASD ΔαJ 切換成第4個電流密度，以于第3個線圈層320c上電鍍第4個線圈層。然而，由于在電鍍 過程中，多層線圈32的尺寸變化會造成質傳分布狀況改變，進而影響電鍍效應。所以當多 層線圈32的每兩個圈環之間的間隙過小時，橫向尺寸的電鍍成長效率也會下降，因此可利 用此特性達到異方向成長的目的。因此，在本實施例中，可以第3個電流密度10. 78ASD繼 續進行電鍍，直到第3個線圈層320c成長至所需的高度為止。
[0043] 需說明的是，本發明也可根據實際需求以三個以上由小至大的電流密度于種子層 31上電鍍三層以上的線圈層。
[0044] 在本實施例中，由于種子層31呈螺旋形而形成多個圈環，因此電鍍完成的多層線 圈32也呈螺旋形而形成多個圈環，且每兩個圈環之間的間隙小于30微米。優選地，每兩個 圈環之間的間隙小于10微米。如上述的實施例，電鍍完成的多層線圈32的每兩個圈環之 間的間隙G3可以是5微米。此外，多層線圈32的縱橫比可大于1. 5,且多層線圈32的高度 可大于70微米，進而有效提高磁性裝置3的電性（例如，降低直流電阻、增加飽和電流等）。
[0045] 需說明的是，在電鍍形成多層線圈32的過程中，可同時在多層線圈32的兩側電鍍 形成導電層33以及導電柱35。此外，位于圖3中右側的導電層33可經由導通孔37與導電 柱35形成電性連接。
[0046] 接著，執行圖5中的步驟S18,于多層線圈32上及多層線圈32之間形成絕緣保 護層38。絕緣保護層38的材料可以是環氧樹脂（印oxyresin)、壓克力樹脂、聚酰亞氨 (polyimide,PI)、防焊油墨、介電材料等。
[0047] 最后，執行圖5中的步驟S20,形成完全包覆基板30與多層線圈32的磁性體34， 且于磁性體34上形成電極36,以完成磁性裝置3。電極36經由導電柱35與導電層33電 性連接多層線圈32。因此，磁性裝置3的多層線圈32是由三個線圈層320a、320b、320c堆 ΔΚ1 棧而成，其中第1個線圈層320a的縱橫比^ (例如，1. 14)小于第2個線圈層320b的縱 ΔΑ? AV7 AY7 橫比^ (例如，2. 4)，且第2個線圈層320b的縱橫比^ (例如，2. 4)小于第3個線圈ΔΖ2 AX2 層320c的縱橫比^ (例如，3)。 AX3
[0048] 在本實施例中，磁性體34包括貫穿基板30的中柱300。舉例而言，磁性體34可利 用磁性粉末混合黏合劑，經過模塑加壓成型及固化等步驟而形成。此外，磁性粉末可包括鐵 粉（ironpowder)、鐵氧體粉末（ferritepowder)、含鐵合金粉末（metallicpowder)、非 晶質（Amorous)合金或任何適合的磁性材料。其中，鐵氧體粉末可包括鎳鋅鐵氧體（Ni-Zn ferrite)粉末或猛鋅鐵氧體（Mn-Znferrite)粉末，含鐵合金粉末可包括鐵娃錯合金 (Sendust)、鐵鎳鑰合金（MPP)或鐵鎳合金（HighFlux)等。
[0049] 需說明的是，多層線圈32在電鍍完成后并無法由肉眼直接看出每一個線圈層的 分界線。必須將多層線圈32以蝕刻處理（例如使用過酸微蝕）或借由熱處理改變晶界結 構后，才能借由電子顯微鏡觀察到每一個線圈層的分界線。
[0050] 請參考圖6,圖6是多層線圈32'蝕刻前后的顯微結構圖。如圖6所示，多層線圈 32'在蝕刻后有三條分界線L1-L3,其中分界線Ll介于第1個線圈層320a與第2個線圈層 320b之間，分界線L2介于第2個線圈層320b與第3個線圈層320c之間，且分界線L3介于 第3個線圈層320c與第4個線圈層320d之間。換句話說，由此三條分界線L1-L3可以得知， 多層線圈32'是由四個由小至大的電流密度于種子層31上電鍍四層的線圈層320a-320d 而形成。
[0051] 因此，根據上述技術方案，本發明的多層線圈的制造方法及磁性裝置至少具有下 列優點及有益效果：本發明是以變動電流密度于基板上電鍍形成多層線圈，并且以此電鍍 形成的多層線圈取代現有的繞線線圈。電鍍形成的多層線圈可比現有的繞線線圈具備較高 的空間利用率，不僅有利于磁性裝置微型化，且可有效提高磁性裝置的電性（例如，加大中 柱面積、降低直流電阻、增加飽和電流等）。此外，本發明在電鍍形成多層線圈時不需于基板 上形成光阻圖案層，制程較現有技術簡單。
[0052] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種多層線圈的制造方法，其特征在于，包括： 提供基板； 于所述基板上形成種子層；W及 根據N個闊值范圍W N個電流密度于所述種子層上電鍛N個線圈層，W于所述基板上 形成多層線圈，所述N個電流密度中的第i個電流密度小于第i+1個電流密度，N是大于1 的正整數，i是小于或等于N的正整數； 其中，所述N個線圈層中的第1個線圈層是W所述N個電流密度中的第1個電流密度 電鍛于所述種子層上；當所述N個線圈層中的第i個線圈層的縱橫比介于所述N個闊值范 圍中的第i個闊值范圍之間時，W第i+1個電流密度于所述第i個線圈層上電鍛第i+1個 線圈層。
2. 如權利要求1所述的多層線圈的制造方法，其特征在于，所述多層線圈呈螺旋形而 形成多個圈環，且每兩個圈環之間的間隙小于30微米。
3. 如權利要求2所述的多層線圈的制造方法，其特征在于，每兩個圈環之間的間隙小 于10微米。
4. 如權利要求1所述的多層線圈的制造方法，其特征在于，所述多層線圈的縱橫比大 于1. 5,且所述多層線圈的高度大于70微米。
5. -種磁性裝置，其特征在于，包括： 基板； 多層線圈，形成于所述基板上，所述多層線圈由N個線圈層堆找而成，所述N個線圈層 中的第i個線圈層的縱橫比小于第i+1個線圈層的縱橫比，N是大于1的正整數，i是小于 或等于N的正整數；W及 磁性體，完全包覆所述基板與所述多層線圈。
6. 如權利要求5所述的磁性裝置，其特征在于，所述多層線圈呈螺旋形而形成多個圈 環，且每兩個圈環之間的間隙小于30微米。
7. 如權利要求6所述的磁性裝置，其特征在于，每兩個圈環之間的間隙小于10微米。
8. 如權利要求5所述的磁性裝置，其特征在于，所述多層線圈的縱橫比大于1. 5,且所 述多層線圈的高度大于70微米。
9. 如權利要求5所述的磁性裝置，其特征在于，所述磁性裝置還包括絕緣保護層，形成 于所述多層線圈上及所述多層線圈之間。
10. 如權利要求5所述的磁性裝置，其特征在于，所述磁性裝置還包括導電柱W及電 極，所述電極形成于所述磁性體上，所述導電柱電性連接所述多層線圈與所述電極。
【文檔編號】H01F17/04GK104347262SQ201310412807
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】王鐘雄, 江朗一, 張煒謙, 林雨欣 申請人:乾坤科技股份有限公司