微线圈元件、阵列式微线圈元件与装置

摘要

本发明涉及一种微线圈元件、阵列式微线圈元件与装置，其中，微线圈元件包括至少一布线层，所述布线层上设有多个微线圈单元，所述微线圈单元包括多段由一起始点开始并环绕该起始点形成多圈连续布线的金属线段，每个金属线段的两端为一第一电极端与一第二电极端；以及一电极层，其中设有分别汇集多段金属线段中各金属线段的第一电极端与第二电极端的第一电极区与第二电极区。本发明能增加电流密度，同时又以并联的方式来降低整体电阻，使得微线圈元件能够实现小尺寸时能具备更强大的磁场功能。

说明书

技术领域

本发明涉及电学元器件技术领域，具体涉及一种微线圈元件、阵列式微线圈元件与装置。

背景技术

常见可以形成磁场的磁性元件如磁铁或金属绕线形成的线圈等都具有一定的体积与重量，若应用于电子装置中，常会使得电子装置变重，或是需要有一定安装这些磁性元件的容置空间。

若应用在需要微型化的电子装置中，如耳机、助听器或小型扬声器，这类磁性元件需要特殊材料或设计才能安装在装置中，或是有形成特定磁场强度的需求以及相关物理限制而限制微型化的效果，或是在微型化的需求下而要刻意减少磁性元件的体积与重量，也因此减损了磁性元件的效果。

虽然有现有技术在能产生磁场的磁性元件的材料上有显著的进步，但仍有物理上的限制，以及成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够兼具强磁场强度和小尺寸的微线圈元件、阵列式微线圈元件与装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种微线圈元件，其包括：

至少一布线层，设有多段由一起始点开始并环绕该起始点形成多圈连续布线的金属线段，每个金属线段的两端为一第一电极端与一第二电极端，其中起始点该微线圈元件的一第一电极，多段连续布线的金属线段的末端为微线圈元件的一第二电极；以及

一电极层，设有至少一第一电极区与至少一第二电极区，至少一第一电极区用以汇集该多段金属线段中各金属线段的该第一电极端，以及至少一第二电极区用以汇集该多段金属线段中各金属线段的该第二电极端。

所述电极层中设有多条金属线，用于将布线层上各金属线段的第一电极端导向该至少一第一电极区，以及将布线层各金属线段的该第二电极端导向该至少一第二电极区。

还包括至少一电连接层，于该电连接层中设有多条金属线，用于将布线层上各金属线段的第一电极端导向在电极层的至少一第一电极区，以及将各金属线段的第二电极端导向在电极层的至少一第二电极区。

所述布线层上各金属线段的第一电极端为一负极，第二电极端为一正极，多段金属线段的正极通过导孔并联、负极通过导孔并联。

所述起始点形成该微线圈元件的该第一电极，多段连续布线的金属线段形成环绕该起始点的一同心圆或一同心多边形。

所述微线圈元件包括两个以上布线层时，两个以上布线层进行层叠设置，且相邻两布线层之间设有一绝缘层。

所述微线圈元件还包括至少一导磁层，所述导磁层采用导磁性物质制备得到，所述导磁层与布线层之间设有绝缘层。

一种阵列式微线圈元件，其包括：

至少一布线层，所述布线层上设有多个微线圈单元，所述微线圈单元包括多段由一起始点开始并环绕该起始点形成多圈连续布线的金属线段，每个金属线段的两端为一第一电极端与一第二电极端，其中起始点为微线圈单元的一第一电极，多段连续布线的金属线段的末端为微线圈单元的一第二电极；以及

一电极层，设有至少一第一电极区与至少一第二电极区，至少一第一电极区用以汇集多段金属线段中各金属线段的第一电极端，以及至少一第二电极区用以汇集多段金属线段中各金属线段的第二电极端。

所述电极层中设有多条金属线，用于将布线层上各金属线段的第一电极端导向该至少一第一电极区，以及将各金属线段的第二电极端导向该至少一第二电极区。

所述阵列式微线圈元件还包括至少一电连接层，所述电连接层设有多条金属线，用于将布线层上各金属线段的第一电极端导向在电极层的该至少一第一电极区，以及将各金属线段的第二电极端导向在电极层的该至少一第二电极区。

所述布线层上各金属线段的第一电极端为一负极，第二电极端为一正极，多段金属线段的正极通过导孔并联、负极通过导孔并联。

每一布线层对应有一总负极接点区和一总正极接点区，每一布线层上的各微线圈单元通过导孔将电极层的至少一第一电极区和至少一第二电极区分别连接到总负极接点区以及总正极接点区，以并联该多个微线圈元件。

所述阵列式微线圈元件包括两个以上布线层时，两个以上布线层进行层叠设置，且相邻两布线层之间设有一绝缘层。

所述微线圈元件还包括至少一导磁层，所述导磁层采用导磁性物质制备得到，所述导磁层与布线层之间设有绝缘层。

所述阵列式微线圈元件中设有形状或尺寸相同或不同的微线圈单元。

所述阵列式微线圈元件的布线层还设有围绕一或多个微线圈单元的一外线圈单元。

一种微线圈装置，其包括：

至少一磁性元件，该磁性元件由微线圈元件组成；以及

一电路板，连接一电源，供应该至少一磁性元件的电力；

其中，微线圈元件包括：

至少一布线层，所述布线层包括一个及两个以上线圈单元，所述线圈单元设有多段由一起始点开始并环绕该起始点形成多圈连续布线的金属线段，每个金属线段的两端为一第一电极端与一第二电极端，其中起始点为该微线圈元件的一第一电极，多段连续布线的金属线段的末端为微线圈元件的一第二电极；以及

一电极层，设有至少一第一电极区与至少一第二电极区，至少一第一电极区用以汇集多段金属线段中各金属线段的第一电极端，以及至少一第二电极区用以汇集多段金属线段中各金属线段的第二电极端。

所述磁性元件为单一微线圈元件或一阵列式微线圈元件。

所述布线层设有两个以上微线圈单元，两个以上微线圈单元的形状或尺寸相同或不同。

所述布线层还设有围绕一或多个微线圈单元的一外线圈单元。

所述磁性元件还包括一晶圆，所述磁性元件设置在晶圆上，所述晶圆为磁性晶圆。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

单一微线圈元件实现电子装置中磁性元件的模式，或是以多个微线圈元件组成阵列式微线圈元件实现磁性元件的模式，特别的是，因为各微线圈元件由多段金属线段组成，相较于现有技术的线圈设计，本发明所提出的微线圈设计的概念在于可通过多段不相连接的线路以绕圈的方式进行磁场的堆栈，其一目的是能增加电流密度，同时又以并联的方式来降低整体电阻，使得微线圈元件能够实现小尺寸时能具备更强大的磁场功能。如此，在电性设计上，可以各微线圈元件的多个线段的负极连线到一负极接点区、多个微线圈元件的多个线段的正极连接到一正极接点区，不仅多段金属线段可彼此并联，还可分别再并联到总负极接点区与总正极接点区，也达成多个微线圈元件彼此并联的布线设计。在设计上，还能依照阻抗值、磁场或尺寸等实际的需求决定微线圈元件中金属线段的各种布线参数，提供多样化的应用。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

图1为微线圈元件的实施例图；

图2为微线圈元件的布线层的示意图；

图3为微线圈元件上另一接点面的实施例之一示意图；

图4A至图4D为以微线圈元件形成阵列式微线圈元件的多个实施例示意图；

图5A与图5B为微线圈元件上布线的实施例示意图；

图6为微线圈元件的电极层中汇集各金属线段电极端的电极区实施例示意图之一；

图7为微线圈元件的电极层中汇集各金属线段电极端的电极区实施例示意图之二；

图8为微线圈元件中电极汇集层的实施例示意图之三；

图9为微线圈元件中接点单元与电极单元的混合层的实施例示意图；

图10为阵列式微线圈元件的磁场示意图；以及

图11为应用微线圈元件的耳机结构示意图。

标号说明：

10:金属线；

11:第一电极；

12:第二电极；

20:微线圈单元；

21:第一电极；

22:第二电极；

201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210:金属线段；

30:接点单元；

21’:第一电极接点；

22’:第二电极接点；

31:接点；

40, 41, 42, 43:阵列式微线圈元件；

411, 421:微线圈单元；

431:外线圈单元；

50, 52:微线圈单元；

60:负极汇集层；

61:电极区；

63:金属线；

70:正极汇集层；

71:电极区；

73:金属线；

80:电极层；

81:第一电极区；

82:第二电极区；

90:电极层；

91, 92, 93, 94, 95: 电极单元；

100:阵列式微线圈的磁场示意图；

11:喇叭装置；

111:外壳体；

112:振膜；

113:垫圈；

114:磁性元件；

115:导磁体；

116:电路板。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件或者信号，但这些元件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

本实施例揭示了一种微线圈元件、以多个微线圈元件形成的阵列式微线圈元件，以及通过单一微线圈元件或阵列式微线圈元件实现其中磁性元件的装置。

微线圈元件的基本结构如图1显示的实施例图，所示微线圈元件可以印刷制程、光罩与蚀刻制程在一基材（如一种绝缘体）上形成一连续金属线10，并在金属线10两端形成电接点，一端第一电极11可以是微线圈元件的负极，另一端第二电极12可以是微线圈元件的正极。

微线圈元件经连接电源通电后，流经其中的稳定电流可以在微线圈元件上形成一个均匀磁场，当中的金属线10的材料、线宽、长度、圈数等都是决定整个微线圈元件阻抗值的参数，因此在设计此微线圈元件，需要知道阻抗以及想要形成的磁场条件。

本实施例所提出微线圈元件的主要实施方式，将微线圈元件上的金属线根据需求形成多个断点，如图2所示微线圈元件上布线的实施例之一示意图。

本实施例的微线圈元件包括至少一布线层以及一电极层，当设置两个以上布线层时，两个以上布线层进行层叠设置，且相邻两布线层之间设有一绝缘层。每一布线层上设置有一个以上微线圈单元。

图2为本实施例微线圈元件的布线层仅包含一微线圈单元的结构示意图，该微线圈单元设有多段由一起始点开始并环绕此起始点形成多圈连续布线的金属线段（201,202, …, 210），起始点可设于微线圈元件的任一位置，较佳可如微线圈元件中靠近中央区域的位置，但并不以此为限，可根据实际需求决定起始点位置。此起始点形成第一电极21，例如是微线圈元件的负极，而金属线段的末端，也就是多段连续布线的金属线段的末端为微线圈元件的第二电极22，可为微线圈元件的正极。

多段金属线段（201, 202, …, 210）中每个金属线段都有两个端点，其中之一为第一电极端，如较靠近起始点形成的第一电极21的一端；另一端为第二电极端，则为较靠近金属线段末端的端点。

接着如图3所示，此图显示为微线圈元件的电极层30，该电极层30上设有对应布线层上多个金属线段两端点的接点31，以及对应第一电极21与第二电极22的另一侧电极，如第一电极接点21’与第二电极接点22’。

根据图2与图3显示的微线圈元件中布线层的结构特征，可知，所提出的微线圈元件的设计可以根据实际需求（如阻抗值、磁场或尺寸）决定其中多段金属线段的一总长、一线宽、邻近金属线段之间的一线距、各金属线段的一长度、一圈数、一圈距以及/或金属线段的材料等。所述实际需求主要是所应用的微线圈装置的需求，根据此需求还可决定使用单一微线圈元件，或是如图4A至图4D所示的在每一布线层上设置多个以阵列式排布的微线圈单元的实施例。

根据图4A显示由多个以阵列排列的微线圈单元20组成的阵列式微线圈元件40，图示的阵列式微线圈元件40形状与其中微线圈元件的数量都不是用来限制其实施范围。

同样地，图中每一微线圈单元仍然设有多段由一起始点开始并环绕此起始点形成多圈连续布线的金属线段，以及电极层，其中设有分别汇集各金属线段的第一电极端与第二电极端的至少一第一电极区与至少一第二电极区，依照实际需求与设计可以为一个或一个以上的第一电极区与第二电极区。值得一提的是，汇集各金属线段的第一电极端与第二电极端的第一电极区与第二电极区可以通过另一元件中的电连接层实现汇集各电极端的功能，例如，在此电连接层中，可以多条金属线将布线层上各金属线段的第一电极端通过其基材上的导孔（via）或导线导向在所述电极层的第一电极区，亦将各金属线段的第二电极端导向在电极层的第二电极区。

图4A所示的阵列式微线圈元件中的各线圈元件形状和尺寸相同。除以上实施例，阵列式微线圈元件中可根据实际需求（如磁场的需求）设有形状或尺寸不一的多个微线圈元件，可参考图4B与图4C。

图4B显示由多个以阵列排列的微线圈单元20组成的另一阵列式微线圈元件41实施例，在涵盖多个微线圈单元20的电路布局中，根据一磁场的需求，其中还可设计一个可涵盖较大面积（但尺度仍可小至几毫米）的另一微线圈单元411，位置并不限于此图例，其周围或一侧的微线圈单元20可以与此微线圈单元411产生交互作用（如磁场放大或抵销的效果），使得整个阵列式微线圈元件41可以符合特定磁场设计的需求。

图4C显示再一阵列式微线圈元件42实施例，此例显示在一磁力元件的磁场设计中可以阵列布局方式在多个微线圈单元20中设有另一较大的微线圈单元421，且此微线圈单元421可以为不同于其他微线圈单元20的形状，同样地，微线圈单元421与其附近的微线圈单元20也产生程度不一的磁场放大或抵销的效应，得出符合需求的等效磁场。

依照等效磁场的需求，阵列式微线圈元件中还可设有围绕一或多个微线圈元件的外线圈单元，实施例如图4D所示的阵列式微线圈元件43，在多个微线圈单元20形成的阵列布局的外圈形成一外线圈单元431，此外线圈单元431围绕着内圈多个微线圈单元20，同理，在特定磁性元件的需求下，可以根据微线圈单元20的数量、面积、各线段长短、粗细与材料的条件，配合外线圈单元431的设计，得出图示的阵列式微线圈元件43。

在此一提的是，除了可以在特定用途有特别考量的设计外，根据主要的实施例，每个如图2、图4A至图4D显示的单一微线圈单元经通电后可让多个金属线段中形成方向一致的电流，即可形成一个等效一多匝线圈形成的磁场，若以多个微线圈元件20组成的阵列式微线圈元件40、41、42、43，整体上还能产生一个可以消除个别微线圈元件边缘较弱的不均匀磁场的等效磁场。

在此一提的是，以上图例显示的微线圈单元20或是各种阵列式微线圈元件（40,41, 42, 43）等不同设计可以搭配使用，并不限于所示图例，而其中各微线圈单元中多个金属线段的起始点（如图2显示的第一电极21）除了可以为靠近中央区域的电极端，起始点还可依照实际设计设于偏离中央的任一位置。

除了图2、图3或图4A至4D所示各微线圈元件的形式，微线圈元件仍如图5A所示由单一微线圈元件形成一个微线圈单元50的实施例示意图，图示微线圈单元50中有一起始点，例如位于靠近中央区域的电极端，形成单一微线圈元件的第一电极，可以是整个元件的负极，这是多段金属线段的起始点，图中显示多段连续布线的金属线段环绕起始点形成同心多边形，多段金属线段的末端形成第二电极，如整个元件的正极。

图5B显示由单一微线圈元件形成另一微线圈单元52的实施例示意图，微线圈单元52中多金属线段环绕起始点，此例显示为一同心圆，其中多段金属线段的起始点形成第一电极，末端则形成第二电极。

图6接着显示微线圈元件中电极层汇集各金属线段中电极端的的实施例示意图，其中显示为汇集上述布线层上多段金属线段中各线段的第一电极端（如负极）的负极汇集层60，显示如一个电垫（pad），即电极区61，可以有足够的面积可以连接多条金属线63，金属线63在此负极汇集层60中用于导引布线层中各金属线段中负极的连线。

图7为微线圈元件中电极层汇集各金属线段中另一电极端（如正极）的实施例示意图，此图显示为正极汇集层70，其中有一电极区71，其设计使得有足够面积可以连接多条金属线73，同理，这些金属线73在此正极汇集层70中用于导引布线层中各金属线段中正极的连线。

根据实施例中，图6与图7显示的电极设计可以为相同电极层的印刷电路，也可以分别在不同电极层的两个印刷电路，或是如图8所示微线圈元件中电极汇集层的实施例示意图，所示电极层80即设有第一电极区81与第二电极区82，让布线层上的各金属线段的电极经导孔或导线依照正负极导引到第一电极区81与第二电极区82。

整体上，于各微线圈元件的一个电极层中，或是另一额外的电连接层，以多条金属线将布线层上各金属线段的第一电极端导向第一电极区81，亦将各金属线段的第二电极端导向第二电极区82。

在电性设计上，布线层上各金属线段的第一电极端为负极，第二电极端为正极，多段金属线段的正极通过导孔并联、负极通过导孔并联。或者，如图4A至图4D显示的各种阵列式微线圈元件，多个微线圈元件中各微线圈元件通过导孔将各元件中电极层的第一电极区与第二电极区分别连结到如图6、图7或图8所实现的总负极接点区（如电极区61、第一电极区81）以及总正极接点区（如电极区71、第二电极区82），以并联阵列式微线圈元件上的多个微线圈元件。

图9显示另一实施例，显示为阵列式微线圈元件中对应单一微线圈元件的接点单元（如图3接点单元30）与电极单元（如图8的第一电极区81与第二电极区82）的混合层实施例示意图。

根据为阵列式微线圈元件的设计，其中关于导引各个单一微线圈元件的电极的布线设计中，并不限于特定实施例，还可以设有一层如图9显示的布线设计，一部分空间设有具有各个电极接点的多个接点单元30，可以通过导孔或导线将布线层上各金属线段的电极端导引到图示另一部份的电极单元91, 92, 93, 94, 95。

在设计所述微线圈元件或是阵列式微线圈元件时，由于各个微线圈元件的尺寸与形状都可依照产品而进行客制化，且因为微型且多线段的设计，更有弹性可以依照阻抗值、磁场、产品尺寸与形状等需求决定各微线圈元件的多段金属线段的一总长、一线宽、邻近金属线段之间的一线距、各金属线段的一长度、一圈数、一圈距以及/或甚至是金属线段的材料，还可以考虑相邻微线圈单元的间距以及/或全部微线圈元件的数量。

在另一实施例，亦可根据需求设计多层结构，多层结构涵盖布线层、电极层或加上用于汇集各电极线路的电极（正极、负极）汇集层，彼此可通过导孔（via）或导线并联其中的微线圈元件，各微线圈元件再考量以上所列举的各种设计参数，还包括各个连续多线段金属绕线的形状，其中还考量了各线段的宽度、长度，以及整体的圈数、圈距与总长等。

在决定参数时，整体微线圈元件产生的等效磁场为主要考量之一，进一步地，可以设计出如图10所示阵列式微线圈元件，其中还表示磁场分布的示意图。

由于每个如图2、图5A与图5B（但不限于此）显示的单一微线圈元件经通电后会形成一个等效多匝线圈形成的磁场，其中磁场强度可以根据通过的电流决定，但单一微线圈元件的边缘可能有较大的磁场变化，一般显示是中间的强度最大，边缘处较弱，如果要产生一个较大而均匀的磁场，可参考图10中以多个微线圈元件组成的阵列式微线圈元件形成的磁场示意图，由于是多个微线圈元件，因此整体产生的均匀磁场可以消除个别微线圈元件边缘较弱的不均匀磁场，多个微线圈元件经通电后整体上经均匀化会形成一涵盖范围较广的等效磁场。

在另一实施例中，为了进一步提高微线圈的磁场强度，微线圈元件还包括至少一导磁层，该导磁层采用导磁性物质制备得到，所述导磁层与布线层之间设有绝缘层。

以上实施例所描述的微线圈元件主要是可以应用在电子装置中的磁性元件的需求上，由于微线圈元件的尺度（例如目前制程是采用65纳米制程，产生的线径（线宽）与线距皆可达微米或奈米等级）够小，应用在如图11显示的耳机装置中，不仅可以减少其中空间的需求，还能提供多单体而涵盖多频段的优势。

如图11所示的喇叭装置11，在此仅举一般案例，其中结构主要包括外壳体111、振膜112、垫圈113、磁性元件114、导磁体115与电路板116，所述一或多个微线圈元件至少实现喇叭装置11中的磁性元件114，能以电路板116连接一电源后，供应装置中磁性元件114的电力。更者，所述磁性元件114可为上述实施例所提出的单一微线圈元件或一阵列式微线圈元件，设计上，还能依照阻抗值、磁场或尺寸需求，使得磁性元件114设有多层的微线圈元件或多层的阵列式微线圈元件。

常见的喇叭装置11或耳机内的单体是由图示中一个圆锥体的振膜112、磁性元件114，以及导磁体115形成的音圈组成。当电流通过磁性元件114时，会产生磁场，与导磁体115交互作用，使得音圈移动；继续改变磁性元件114的电流的方向，也就产生极性相反的磁场，如此也就改变其中音圈的移动方向，因此产生带动振模112的效果。根据实施例，可以单一或阵列式微线圈元件实现磁性元件114，微线圈元件经通电后可以产生磁场，因为阻抗的控制更好，带动音圈运动可更为细致与输出更好的声音。

磁性元件的线圈元件一般是设置在晶圆上的，为了进一步提高磁性元件的磁场强度，晶圆可以设置为磁性晶圆。该磁性晶圆可以是在晶圆内部掺杂导磁性物质得到，也可以是在磁性元件制作之前或者制作完成之后，在晶圆背面涂覆导磁性物质层得到。

综上所述，通过以上实施例所描述的微线圈元件所形成的各种实施态样，显示可以单一微线圈元件实现电子装置中磁性元件的模式，或是以多个微线圈元件组成阵列式微线圈元件实现磁性元件的模式，特别的是，因为各微线圈元件由多段金属线段组成，相较于现有技术的线圈设计，揭露书所提出的微线圈设计的概念在于可通过多段不相连接的线路以绕圈的方式进行磁场的堆栈，其一目的是能增加电流密度，同时又以并联的方式来降低整体电阻。如此，在电性设计上，可以各微线圈元件的多个线段的负极连线到一负极接点区、多个微线圈元件的多个线段的正极连接到一正极接点区，不仅多段金属线段可彼此并联，还可分别再并联到总负极接点区与总正极接点区，也达成多个微线圈元件彼此并联的布线设计。在设计上，还能依照阻抗值、磁场或尺寸等实际的需求决定微线圈元件中金属线段的各种布线参数，提供多样化的应用。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此侷限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的申请专利范围内。