HU XIAOPING (CN)
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US8013709B2 | 2011-09-06 |
权利要求书 [权利要求 1] 一种电磁感应器件, 其特征在于, 包括, 磁衣, 由两个以上的磁单元组成, 每个磁单元内能够形成闭合的磁通 回路, 全部磁单元拼合在一起形成为内部具有至少一个腔体的整体, 磁单元彼此之间的磁体分割面基本沿着所述磁通回路设置而不切断所 述磁通回路; 至少一组线圈, 所述线圈置于由所述磁衣形成的腔体中, 所述线圈的 电极引出至所述磁衣之外, 所述磁衣中的磁通回路由所述线圈通电后 形成; 其中, 所述磁体分割面由气隙或绝缘材料形成; 所述磁衣的整体结构 包括基本平行的至少两个导磁层, 所述导磁层基本平行于所述磁体分 割面或基本垂直于所述磁体分割面; 在所述导磁层基本垂直于所述磁 体分割面的情况下, 一个磁单元分别位于不同导磁层的部分通过跨层 的磁性材料被无缝连接为一体。 [权利要求 2] 如权利要求 1所述的电磁感应器件, 其特征在于, 所述线圈的整体结构包括至少一个导电层, 所述导电层基本平行于所 述磁衣的导磁层; 分布在同一导电层内的导电线路之间彼此绝缘; 在 包括两个以上导电层的情况下, 一组线圈分别位于不同导电层的部分 通过跨层的导电线路被连接为一体。 [权利要求 3] 如权利要求 2所述的电磁感应器件, 其特征在于, 所述导磁层与相邻的导电层之间, 或者两个相邻的导磁层之间, 或者 两个相邻的导电层之间, 还设置有由绝缘材料形成的绝缘层。 [权利要求 4] 如权利要求 1至 3任意一项所述的电磁感应器件, 其特征在于, 所述磁体分割面包括, 将磁通回路分割为两个以上彼此平行的部分的 平面磁体分割面, 或者, 将磁通回路分割为两个以上彼此嵌套的部分 的筒状磁体分割面。 [权利要求 5] 如权利要求 1至 3任意一项所述的电磁感应器件, 其特征在于, 所述磁衣内部的腔体为一个环状腔体, 所述磁衣由基本平行于所述环 状腔体的环面的磁体分割面被分割为两个以上的磁单元, 所述线圈由导线环绕其轴线而形成, 所述线圈的轴线的伸展方向与所 述环状腔体的伸展方向基本一致。 如权利要求 5所述的电磁感应器件, 其特征在于, 还包括 环状的磁芯, 包覆于所述线圈内; 所述磁芯的整体结构包括至少一个 基本平行于所述环状腔体的环面的导磁层; 在所述磁芯包括两个以上 导磁层的情况下, 磁芯的两个相邻的导磁层之间通过气隙或绝缘材料 被隔离。 如权利要求 6所述的电磁感应器件, 其特征在于, 所述磁芯位于一个导磁层内的环状结构由与其同轴的环面分割为两个 以上嵌套的部分。 如权利要求 5至 7任一项所述的电磁感应器件, 其特征在于, 还包括 所述磁衣还由与所述环状腔体的环面同轴的筒状磁体分割面分割为嵌 套的磁单元。 如权利要求 1所述的电磁感应器件, 其特征在于, 还包括如下特征中 的一种或多种: 制成所述磁单元的材料选自: 四氧化三铁及其混合物, 二氧化铬, 三 氧化二铁及其混合物, 碳基铁磁粉, 树脂碳基铁磁粉, 坡莫合金粉 (p ermalloy) , 铁硅铝粉, 铁镍粉, 软磁铁氧体 (Ferrites) , 硅钢, 非晶 及纳米晶软磁合金 (Amorphous and Nanocrystalline alloys) , 铁基非 晶合金 (Fe-based amorphous alloys) , 铁镍基、 钴基非晶合金 (Fe-Ni based-amorphous alloy) , 铁基纳米晶合金 (Nanocrystalline alloy) , 镍铁钼超导磁合金 (Supermalloy) 。 如权利要求 1至 9任一项所述的电磁感应器件, 其特征在于, 所述线圈为一组, 使得所述电磁感应器件形成为电感, 或者, 所述线圈为两组或三组以上, 使得所述电磁感应器件形成为多值电感 、 单电压输出或多电压输出的交采用流变压器。 一种电磁感应器件的制作方法, 其特征在于, 包括: 确定如权利要求 1至 10任一项所述的电磁感应器件的结构, 将所确定的结构分解为基本平行的重叠布置的多个功能层, 所述功能 层包括导磁层和导电层, 确定每个功能层的平面布局, 所述导磁层包 括磁性材料布局和绝缘材料布局, 所述导电层包括导电材料布局和绝 缘材料布局, 生成基层, 所述基层为磁衣的一个导磁层, 在所述基层上, 按照所确定的每个功能层的平面布局至少生成一个导 电层和磁衣的另一个导磁层。 [权利要求 12] 如权利要求 11所述的制作方法, 其特征在于, 还包括, 在两个导电层之间, 生成充当为磁芯的至少一个导磁层, 或者, 在两个功能层之间, 生成一个绝缘层。 [权利要求 13] 如权利要求 11或 12所述的制作方法, 其特征在于, 还包括, 在需要跨层形成磁单元的情况下, 通过跨层的磁性材料将分别位于不 同导磁层的属于同一磁单元的部分无缝连接为一体, 或者, 在需要跨层形成绕组的情况下, 通过跨层的导电线路将分别位于不同 导电层的属于同一组线圈的部分连接为一体。 |
技术领域
[0001] 本发明涉及电子器件或电气器件技术领域, 具体涉及一种电磁感应器件及其制 作方法。
[0002] 背景技术
[0003] 通常人们将弱电 (电压和电流较低的)器件称为电子器件, 而将强电 (电压和电流 较高的)器件称为电气器件。 很多电子器件和电气器件基于电磁感应效应来 工作 , 例如电感以及变压器等。
[0004] 电磁感应器件通常包括磁芯和线圈。 变压器是一种常见的电磁感应器件。 传统 的变压器所采用的线圈包裹磁芯的结构, 使得器件会有很大的漏磁, 不仅造成 能量损耗也产生了辐射的危害。 为减小漏磁, 也有采用壳式变压器的结构, 利 用磁芯未被线圈覆盖的部分 (磁轭) 将线圈包裹起来。 这种结构由于在磁通回 路上存在气隙而使得磁阻增大。
[0005] 此外, 传统的电磁感应器件中, 一般是在磁芯整体制作完成后再将导线缠绕在 磁芯上以形成线圈, 这使得制作难度较大且器件整体难以小型化。 因此, 仍需 要改进现有的电磁感应器件。
[0006] 发明内容
[0007] 依据本发明的一方面提供一种电磁感应器件, 包括磁衣和至少一组线圈。 磁衣 由两个以上的磁单元组成, 每个磁单元内能够形成闭合的磁通回路, 全部磁单 元拼合在一起形成为内部具有至少一个腔体的 整体, 磁单元彼此之间的磁体分 割面基本沿着磁通回路设置而不切断磁通回路 。 线圈置于由磁衣形成的腔体中
, 线圈的电极引出至磁衣之外, 磁衣中的磁通回路由线圈通电后形成。 其中, 磁体分割面由气隙或绝缘材料形成; 磁衣的整体结构包括基本平行的至少两个 导磁层, 导磁层基本平行于磁体分割面或基本垂直于磁 体分割面; 在导磁层基 本垂直于磁体分割面的情况下, 一个磁单元分别位于不同导磁层的部分通过跨 层的磁性材料无缝连接为一体。 [0008] 依据本发明的另一方面提供一种电磁感应器件 的制作方法, 包括如下步骤: 确 定依据本发明的电磁感应器件的结构; 将所确定的结构分解为基本平行的重叠 布置的多个功能层, 所称功能层包括导磁层和导电层, 确定每个功能层的平面 布局, 导磁层可包括磁性材料布局和绝缘材料布局, 导电层可包括导电材料布 局和绝缘材料布局; 生成基层, 该基层为磁衣的一个导磁层; 在基层上, 按照 所确定的每个功能层的平面布局至少生成一个 导电层和磁衣的另一个导磁层。
[0009] 依据本发明的电磁感应器件采用由多个磁单元 组合成的磁衣来包裹线圈, 一方 面能够基本封闭线圈, 以减少漏磁, 另一方面由于磁单元之间的磁体分割面沿 着磁通回路, 因此在磁通回路上不会产生气隙, 有效减小了磁阻; 并且磁衣采 用层状结构, 使得电磁感应器件能够以逐层叠加的方式进行 制作, 不仅降低了 制作难度, 也有助于获得形状扁平的高性能电磁感应器件 。 依据本发明的制作 方法则提供了类似于半导体集成电路加工方式 的分层制作方法, 使得能够大规 模自动化制作依据本发明的电磁感应器件, 提高制作的效率并降低成本。
[0010] 以下结合附图, 对依据本发明的具体示例进行详细说明。
[0011] 附图说明
[0012] 图 1是实施例 1的电磁感应器件的结构示意图;
[0013] 图 2是实施例 1中的两种磁单元结构示意图;
[0014] 图 3是实施例 1中的两种线圈结构示意图;
[0015] 图 4是实施例 1中 5个功能层的平面化示意图;
[0016] 图 5是实施例 2的电磁感应器件的分解结构示意图;
[0017] 图 6是实施例 2中线圈缠绕磁芯的结构示意图;
[0018] 图 7是实施例 3的电磁感应器件的分解结构示意图。
[0019] 具体实施方式
[0020] 依据本发明的电磁感应器件包括磁衣和至少一 组线圈。
[0021] 所称磁衣是指包裹在器件外部的磁性材料壳体 , 其由两个以上的磁单元拼合组 成。 全部磁单元拼合在一起形成为内部具有至少一 个腔体的整体。 优选地, 磁 衣可以是基本封闭的结构, 以尽可能地避免漏磁。 所称基本封闭是指除了必需 的连通腔体内外的通路 (例如线圈的电极) , 以及设计或加工工艺上需要的孔 隙 (例如磁单元之间的气隙) 以外, 腔体相对于外部是封闭的。 此外, 若磁衣 整体具有扁平的形状, 使得腔体端部的尺寸相对较小 (即, 线圈外露的部分与 线圈整体相比, 所占比例较小) , 则磁衣在腔体端部区域不完全封闭也是可以 的, 这使得能够在不明显影响器件的性能的前提下 , 进一步降低制作难度。
[0022] 线圈置于由磁衣形成的腔体中, 线圈的电极引出至磁衣之外, 磁衣中的磁通回 路由线圈通电后形成。 线圈可以为一组, 使得该电磁感应器件形成为电感, 或 者, 线圈可以为两组或三组以上, 使得该电磁感应器件形成为多值电感、 单电 压输出或多电压输出的交流变压器。
[0023] 单个磁单元可以是块状, 片状, 条状或薄膜状等, 每个磁单元内能够形成闭合 的磁通回路, 换言之, 线圈在每个磁单元上均形成磁通回路, 且基本没有气隙 。 所称基本没有气隙是指磁单元上占主要部分的 磁通能够形成没有气隙的回路 。 若因为理论设计与实际产品之间的精度差异、 工艺限制等原因导致少部分磁 通不能在一个磁单元内闭合, 也不应认为超出本发明的范围。
[0024] 磁单元彼此之间的磁体分割面基本沿着磁通回 路设置而不切断磁通回路。 磁体 分割面具体可由气隙或绝缘材料形成, 一般而言, 磁体分割面的法线与线圈中 电流的方向基本平行。 依据本发明, 磁单元或磁体分割面的设计可采用这样的 方式: 首先确定完整的磁衣的结构; 然后根据线圈的布置方式, 例如绕线方式 、 在磁衣的腔体中的放置方式等确定出线圈在磁 衣中形成的磁通回路的结构; 接着沿着磁通回路设置磁体分割面, 将磁衣分为多个磁单元, 换言之, 将全部 磁通回路分割为多个互不相通的部分。 所称"互不相通"既包括彼此平行 (具有相 同的路径曲率) , 也包括彼此嵌套 (曲率大的路径嵌套在曲率小的路径中) 。
[0025] 因此, 作为一种优选的实施方式, 磁体分割面可包括将磁通回路分割为两个以 上彼此平行的部分的平面磁体分割面, 或者, 将磁通回路分割为两个以上彼此 嵌套的部分的筒状磁体分割面, 或者, 以上二者皆有。 例如, 可以先用平面磁 体分割面将磁衣分割成块或片, 再用筒状磁体分割面将块或片继续分割成多层 , 形成多块并列且多层嵌套的磁衣结构。 所称筒状磁体分割面的形状可以是诸 如圆形、 椭圆形, 多边形等, 具体可根据磁通回路的路径曲率和形状来确定 。 将磁衣分割为多个磁单元能够有效地减少涡流 , 从而降低能耗, 也降低了器件 的工作温度。
[0026] 依据本发明的电磁感应器件可以不包含磁芯, 即线圈内部并不设置磁性材料, 这种类型以下称为 I类器件; 也可以包含磁芯, 这种类型以下称为 II类器件。 对 于 II类器件, 作为优选的实施方式, 磁芯同样可采用与磁衣类似的分割方式被分 割为两个以上的部分, 以减少涡流。 根据具体的器件结构, 磁芯既可以是与磁 衣分离的独立元件, 也可以与磁衣形成为一体。
[0027] 以上按照磁通回路以及电流回路的结构对本发 明中的磁衣、 磁芯、 线圈进行了 说明。 以下按照各功能部件的整体结构进行说明。
[0028] 依据本发明的电磁感应器件中, 至少磁衣的整体结构是层状的, 换言之, 磁衣 的整体结构可包括基本平行的至少两个导磁层 , 导磁层可基本平行于磁体分割 面或基本垂直于磁体分割面。 在导磁层基本平行于磁体分割面的情况下, 一个 磁单元完整地位于一个导磁层中, 因此相邻导磁层之间的气隙或由绝缘材料形 成的绝缘层可被视为磁体分割面。 在导磁层基本垂直于磁体分割面的情况下, 一个磁单元分别位于不同导磁层的部分可通过 跨层的磁性材料被无缝连接为一 体, 从而形成基本无气隙的磁单元。 对于 II类器件, 磁芯也可类似地具有层状的 整体结构, 例如形成为一个或多个导磁层。
[0029] 作为一种优选的实施方式, 线圈的整体结构也可以是层状的, 换言之, 线圈的 整体结构可包括至少一个导电层, 导电层基本平行于磁衣的导磁层; 分布在同 一导电层内的导电线路之间彼此绝缘。 对于 I类器件, 由于不含磁芯, 线圈可以 由一个或多个层叠的导电层来实现。 对于 II类器件, 为避免绕线的困难, 线圈可 以由至少上下两个导电层来实现, 而磁芯位于这两个导电层之间。 在包括两个 以上导电层的情况下, 一组线圈分别位于不同导电层的部分可通过跨 层的导电 线路被连接为一体。 在两个相邻的导电层之间, 需要设置由绝缘材料形成的绝 缘层予以分隔; 在导磁层与相邻的导电层之间, 或者两个相邻的导磁层之间可 以直接叠加, 也可以仅以气隙分隔, 也可以设置相应的绝缘层, 具体可根据所 采用的磁性材料的绝缘性以及对线间电压的安 全性要求来确定。
[0030] 当采用绝缘材料来形成磁体分割面或者绝缘层 吋, 优选采用具有良好导热性能 的绝缘材料, 使得绝缘结构还能充当为散热结构, 有效降低器件的温度。 [0031] 依据本发明的电磁感应器件中的导磁层、 导电层、 绝缘层等的厚度容易被制作 为远小于其平面尺寸, 例如长度或宽度, 使得依据本发明的电磁感应器件具有 扁平的外形, 例如器件的整体厚度小于其长度或宽度的 10%。 在这种情况下, 腔 体端部处露出的线圈体积很小, 产生的漏磁也很少, 因此在制作工艺不便的情 况下, 也可以不在腔体露出的端部处形成封闭的磁衣 。
[0032] 磁衣或磁单元由磁性材料制成, 可以导电, 优选为不导电的。 例如, 材料可选 自: 四氧化三铁及其混合物 (例如惨钴四氧化三铁) , 二氧化铬, 三氧化二铁 及其混合物, 碳基铁磁粉, 树脂碳基铁磁粉, 坡莫合金粉 (permalloy;), 铁硅铝粉 , 铁镍粉, 软磁铁氧体 (Ferrites) , 硅钢, 非晶及纳米晶软磁合金 (Amorphous and Nanocrystalline alloys) , 铁基非晶合金 (Fe-based amorphous alloys) , 铁操基 、 钴基非晶合金 (Fe-Ni based-amorphous alloy) , 铁基纳米晶合金 (Nanocrystalline alloy) , 镍铁钼超导磁合金 (Supermalloy) 等。
[0033] 线圈可由包覆有绝缘层的导线环绕制成, 制作导线所采用的导电材料例如可选 自: 铜, 铝, 镁, 金, 银, 以及用于导电的合金材料等。
[0034] 作为一种优选的实施方式, 可以在磁体分割面处设置由绝缘材料制成的分 隔件 , 例如隔片、 隔膜、 或绝缘漆层, 以保持磁单元的分隔, 减小涡流。
[0035] 以下对依据本发明的电磁感应器件的具体应用 形式进行举例说明, 上述对总体 内容的描述均可应用于下述示例中。
[0036] 实施例 1
[0037] 依据本发明的电磁感应器件的一种实施方式可 参考图 1至图 4, 是一种 II类器件 , 包括磁衣 110、 线圈 120和磁芯 130。
[0038] 本实施例器件的整体结构包括 5个功能层, 从下至上依次为: 充当磁衣的底部 的第一导磁层 110', 充当线圈的下半部分的第一导电层 120', 充当磁芯的第二导 磁层 130', 充当线圈的上半部分的第二导电层 120", 充当磁衣的顶部的第三导磁 层 110"。 本实施例中的磁芯可视为磁衣的一部分。
[0039] 在设置磁体分割面 AA吋可采用两种结构: 一种如图 2(a)所示, 一个磁单元包括 位于三个导磁层的部分, 并通过导磁层边缘的磁性材料 111被无缝连接为一体, 这种情况下, 磁体分割面与导磁层基本垂直; 一种如图 2(b)所示, 这种情况与图 2(a)的差别在于, 除了垂直于导磁层的磁体分割面, 还具有一个平行于导磁层的 磁体分割面, 将图 2(a)中的磁单元进一步分为上下两部分; 这种情况下, 可视为 磁芯由两个重叠的导磁层组成, 该平行于导磁层的磁体分割面也可视为磁芯的 两个导磁层之间的气隙或绝缘层, 磁芯的每个导磁层分别与相应的顶部或底部 导磁层在边缘位置无缝连接为一体。
[0040] 线圈由分别位于磁芯上下两侧的两个导电层来 形成, 这两个导电层通过端部的 导电线路 121连接为一体以形成线圈。 本实施例中有两组线圈, 一组通过一对电 极引线 122引出至磁衣外部, 另一组通过一对电极引线 122'引出至磁衣外部。 线 圈的两个导电层可采用两种结构来生成: 一种如图 3(a)所示, 采用一片柔性印刷 电路板 (FPCB) 环绕磁芯形成, 并在端部焊接成环状; 一种如图 3(b)所示, 采 用两片印刷电路板 (PCB) 各自充当一个导电层, 并在导电层的两个端部分别进 行线路的连接以形成线圈。 当然, 可以根据需要在导电层中设置更多的电极引 线, 例如图 3(a)中的 122", 通过对这些引线进行外部的串联或并联可根据 需要获 得所期望的电路结构。 需要说明的是, 所使用的一片 FPCB或 PCB本身可以是多 层的, 即一片之中包含多层电路结构。 一个导电层可以包括多片 FPCB或 PCB。
[0041] 众所周知, 电子主要在导体的表面上流动。 因此, 采用薄层结构的导电层来形 成线圈, 不仅可以使得线圈与磁衣或磁芯之间的间隙极 小, 也最大化地利用了 导电材料, 有利于降低铜损、 降低成本、 减小体积。 本实施例中还采用 FPCB或 PCB来制作电磁感应器件的线圈, 同吋避免了绕线、 安装、 线路对接方面的困难 , 线圈的品质 (例如绝缘性和一致性) 也得到了保障。
[0042] 磁衣内部的腔体为环状腔体 112, 其整体形状可以是圆环形、 椭圆环型、 矩形 或多边形等。 腔体中空部分的法向截面可以是矩形或圆形, 也可以具有较为随 意的形状, 只要能够将线圈包裹其中即可。 优选地, 腔体应尽可能紧密地包裹 线圈, 因此其形状可基本与线圈截面的形状一致。
[0043] 优选地, 形成磁体分割面的绝缘材料可采用导热材料, 由于磁体分割面垂直于 导电层并与其接触, 因此这些绝缘材料还能够作为线圈的散热片。 这不仅有助 于提高电磁感应器件的功率密度, 还可用于监测内部线圈的温度, 提供安全保 障。 [0044] 为更好地理解本实施例电磁感应器件的分层结 构, 将其所包含的 5个功能层进 一步以平面化的形式展示在图 4中。 图 4中, 导磁层 110', 130', 110"中的白色条 带表示磁性材料区域, 白色条带中间隔的黑色条带表示绝缘材料区域 ; 导电层 1 20', 120"中的白色条带表示导电材料区域, 白色条带中间隔的黑色条带表示绝 缘材料区域。 5个功能层可以自下而上依次形成, 其中 3个导磁层的条带结构可 以是完全相同的, 两个导电层的条带结构则可能不同, 需要注意能够在彼此的 端部连接后形成所需要的线圈。 在采用这种平面制作方式吋, 各个导磁层的边 缘应当按照所划分的磁单元被对齐并使用导磁 材料无缝连接, 导电层的导电线 路也应当在端部对准并连接成线圈。
[0045] 显然, 图 4中每一层的结构都能够很容易地在同一平面 沿横向或纵向被复制 , 从而使得大规模集成化制作电磁感应器件成为 可能, 这与半导体芯片的集成 加工方法类似。 在大规模平面制作完成后, 通过切割即可获得大量具有相似结 构的器件, 此吋再进行边缘部分的连接工作即可。 另一方面, 也可以通过这种 平面制作方式, 将电磁感应器件与其他可以分层制作的电子器 件或电路结构布 置在一起, 提高整个电路的集成程度和可靠性。
[0046] 此外, 还可以在一个层叠结构的电磁感应器件上继续 叠加生成另一个电磁感应 器件, 两个重叠的电磁感应器件之间可以由绝缘层 (尤其是导热的绝缘层) 进 行分隔。 这样不仅能提高生产效率, 还便于通过外部线路的简单串联或并联来 实现大功率的电磁感应器件。
[0047] 可以看出, 在这种非常紧凑的层叠结构下, 底层和顶层的导磁层形成了几乎封 闭且被紧密填充的腔体, 即使两个导电层在进行跨层导电连接的端部没 有被磁 衣覆盖, 也仅仅是很窄小的区域, 几乎不会对器件的整体性能产生影响。
[0048] 实施例 2
[0049] 依据本发明的电磁感应器件的另一种实施方式 可参考图 5至图 6, 是一种 II类器 件, 包括磁衣 210、 线圈 220和磁芯 230。
[0050] 本实施例与实施例 1类似, 整体结构包括 5个功能层, 从下至上依次为: 充当磁 衣的底部的第一导磁层 210', 充当线圈的下半部分的第一导电层 220' (导电线路 以点状线表示) , 充当磁芯的第二导磁层 230', 充当线圈的上半部分的第二导电 层 220" (导电线路以实线表示) , 充当磁衣的顶部的第三导磁层 210"。 本实施例 中的磁芯与磁衣各自具有独立的磁通回路。 图中, 以虚线框示出了导电层所在 的平面, 简明起见, 仅示出了一组线圈, 其通过一对电极 222被引出。 如需多组 线圈, 在两个导电层中增加相应的线路以及电极引线 即可, 不再赘述。 本实施 例中相邻的不同类型的功能层之间还设置有绝 缘层 (尤其是导热的绝缘层) 240 , 以增强器件的耐压能力和散热能力。
[0051] 本实施例与实施例 1的主要区别在于线圈缠绕磁芯的方式不同。 本实施例中, 磁衣内部的腔体为一个环状腔体, 线圈由导线环绕其轴线而形成, 线圈的轴线 的伸展方向与环状腔体的伸展方向基本一致, 环状的磁芯包覆于线圈内。 因此 , 本实施例中的磁体分割面 AA可以是基本平行于环状腔体的环面的平面磁 分 割面, 也可以是与环状腔体的环面同轴的筒状磁体分 割面。
[0052] 与实施例 1相比, 在线圈体积相同的情况下, 本实施例中的线圈匝数远大于实 施例 1中的线圈匝数, 因此更适于制作高电压电磁感应器件或具有高 电感值的电 感。
[0053] 值得注意的是, 由于磁芯中的磁通量较大, 优选地, 可增加一个 (或多个) 导 磁层 230", 与导磁层 230'重叠来共同作为磁芯。
[0054] 本发明中所有的单个功能层均可以由同种类的 两个或更多功能层重叠来充当; 对于导磁层而言, 这意味着磁通回路的结构允许存在平行于导磁 层的磁体分割 面, 从而将单个导磁层分为两个或多个重叠的导磁 层; 对于导电层而言, 则可 根据设计的需要使用单个导电层或重叠的多个 导电层, 只要能够将导电线路按 照需要进行连接即可。 有鉴于此, 本发明中通常仅使用单个功能层进行结构描 述, 但实际上均应理解为包含了两个或多个重叠的 同种类功能层的情况。
[0055] 实施例 3
[0056] 依据本发明的电磁感应器件的另一种实施方式 可参考图 7, 是一种 I类器件, 包 括磁衣 310和线圈 320。
[0057] 本实施例是本发明的一种简洁的实现方式, 不具有磁芯, 因此线圈可以采用单 个导电层来实现, 其整体结构包括 3个功能层, 从下至上依次为: 充当磁衣的底 部的第一导磁层 310', 充当线圈的第一导电层 320', 充当磁衣的顶部的第二导磁 层 310"。
[0058] 为便于设置多组线圈或者增加线圈的匝数, 优选地, 可增加一个导电层 320"与 第一导电层 320'重叠, 当然, 还可进一步重叠更多的导电层, 不再赘述。 相邻的 导电层之间需要设置绝缘层 (尤其是导热的绝缘层) 240。 可选地, 相邻的不同 类型的功能层之间也可进一步设置绝缘层 240, 以提升器件的性能以及增强可靠 性。
[0059] 本实施例中线圈环绕在磁衣形成的环状腔体中 , 导线的伸展方向与环状腔体的 伸展方向基本一致。 因此, 本实施例中的磁体分割面 AA可采用基本垂直于导线 的伸展方向的平面磁体分割面。 每个磁单元被分为两部分, 分别位于第一导磁 层 310'和第二导磁层 310", 因此两个导磁层需要上下对准, 并在环状腔体的内侧 和外侧使用磁性材料进行无缝连接, 例如在制作过程中采用粉状或黏性磁性材 料对上下层需要连接的部分进行填充或粘合, 以形成完整的磁单元。
[0060]
[0061] 以下介绍依据本发明的电磁感应器件的一种分 层制作方法, 或者, 也可称为平 面制作方法。 其采用类似于半导体集成电路的加工方式来制 作依据本发明的电 磁感应器件。 具体包括如下步骤:
[0062] S1.确定所需要制作的依据本发明的电磁感应器 件的结构。 例如前述各种实施 方式或类似的实施方式中所描述的具有 5个功能层或 3个功能层的结构。 功能层 包括导磁层和导电层。 可以根据实际应用的需要来设计器件的整体形 状、 线圈 组数、 每组线圈匝数、 线圈缠绕方式, 进而确定磁单元分割方式等。
[0063] S2.确定每个功能层的平面布局, 包括单个的功能层是否需要由重叠的两个或 多个同类的功能层来充当。 导磁层的布局包括磁性材料布局和绝缘材料 (或气 隙) 布局, 导电层的布局包括导电材料布局和绝缘材料布 局。
[0064] 根据确定的每层布局即可为后续的加工过程制 作各种模板, 例如光蚀刻模板以 及磁路加工、 电路加工和绝缘线 /层加工所需要的模板。 此步骤类似于对整个电 磁感应器件进行切片。 为便于制作, 在分层吋, 最好使得每层的平面布局可以 通过一致的操作过程来完成, 例如涂覆、 蚀刻等。
[0065] S3.可选地, 为实现大规模的生产, 可以将制作各层所需要的设计结构和模板 , 在一个更大的面积上进行横向或纵向复制, 使得每制作一层都能对应于多个 电磁感应器件的相应层。
[0066] S4.生成基层, 其为磁衣的一个导磁层。 由于整个器件均由磁衣包裹, 因此应 当先制作作为磁衣的一部分的导磁层。
[0067] S5.在基层上, 按照所确定的每个功能层的平面布局至少生成 一个导电层和磁 衣的另一个导磁层。 例如, 在制作 3层的器件吋, 在基层上交替生成导电层和导 磁层, 在制作 5层的器件吋, 在基层上交替生成导电层、 导磁层 (充当为磁芯) 、 导电层、 导磁层。 可选地, 可在两个功能层之间, 生成一个绝缘层。
[0068] 具体生成方式可根据需要以及工艺的能力来确 定, 例如, 可包括喷射、 溅射、 涂覆、 化学沉淀等, 可参考半导体集成电路的加工过程。
[0069] S6.可选地, 在进行平面制作的过程中或者完成平面制作后 还进行跨层连接, 包括:
[0070] 在需要跨层形成磁单元的情况下, 通过跨层的磁性材料将分别位于不同导磁层 的属于同一磁单元的部分无缝连接为一体, 例如在导磁层的边缘进行连接, 或 者,
[0071] 在需要跨层形成绕组的情况下, 通过跨层的导电线路将分别位于不同导电层的 属于同一组线圈的部分连接为一体, 例如在导电层的端部进行连接。
[0072] S7.可选地, 还可以在已经完成平面制作的电磁感应器件上 , 重复进行以上步 骤继续制作新的电磁感应器件, 以获得重叠的电磁感应器件。 在制作新的电磁 感应器件之前, 可在已制作的电磁感应器件顶部的功能层 (导磁层) 上设置一 个绝缘层 (尤其是导热的绝缘层) 进行分隔。
[0073] 作为示例, 上述制作过程的一个例子为:
[0074] 1.先根据作为磁衣底部的导磁层的平面结构, 喷射生成磁单元位于这个平面上 的部分, 即, 以绝缘分隔线隔幵的一个个由导磁材料形成的 平面区域, 以此作 为基层;
[0075] 2.在当前层上喷射生成一个绝缘层;
[0076] (步骤 1至 2可以重复, 以生成多个重叠的导磁层)
[0077] 3.按照接下来的导电层上设计的线圈布局, 喷射生成一个个由导电材料形成的 平面区域 (每个区域充当为一条导线) , 制作一个导电层;
[0078] (步骤 2至 3可以重复, 以生成多个重叠的导电层)
[0079] 4.在当前层上喷射生成一个绝缘层;
[0080] 5.按照接下来的导磁层上设计的平面结构, 喷射生成磁单元位于这个平面上的 部分; 对于 3层结构的器件而言, 此层作为磁衣顶部的导磁层; 对于 5层结构的 器件而言, 此层作为磁芯的导磁层;
[0081] (步骤 4至 5可以重复, 以生成多个重叠的导磁层)
[0082] (对于 5层结构的器件而言, 若当前已制作了 3层, 则还将步骤 2至 5再重复一遍 , 在第二次执行步骤 5吋, 即相当于制作磁衣顶部的导磁层了)
[0083] 6.若需要重叠制作新的电磁感应器件, 继续重复步骤 1至 5, 直至形成所需要数 目的重叠的电磁感应器件。
[0084] 依据本发明的制作方法具有与半导体集成电路 加工同样的优势, 通过对所需加 工的电磁感应器件的每一层进行复制, 可同吋加工多个器件, 从而大幅提高制 作效率, 降低制作成本。 并且, 本发明的电磁感应器件的制作方法还可以集成 到半导体芯片制作的过程中去, 从而产生内置电磁感应器件的半导体芯片, 为 半导体芯片设计幵启新的思路。
[0085] 依据本发明的电磁感应器件, 由于具有损耗低, 能量密度高, 电磁干扰低等优 点, 不仅可与小功率的半导体器件集成, 也可与大功率的半导体器件集成。
[0086]
[0087] 以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式 进行了阐述, 应该理解, 以上实 施方式只是用于帮助理解本发明, 而不应理解为对本发明的限制。 对于本领域 的一般技术人员, 依据本发明的思想, 可以对上述具体实施方式进行变化。 技术问题
问题的解决方案
发明的有益效果