嵌合式薄膜电感元件
阅读说明：本技术 嵌合式薄膜电感元件 (Embedded thin film inductance element ) 是由 王廷钧 林弘彬 于 2021-02-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种嵌合式薄膜电感元件,包含一基板、一第一线路结构、一第二线路结构、及一包覆该基板与该二线路结构的电性增强结构,该第一线路结构包括成涡状环绕且分别形成于该基板相反两面的一第一上线路、一第一下线路、及二第一电极,该第二线路结构包括一嵌合于该第一上线路间隙中的第二上线路、一嵌合于该第一上线路间隙中的第二下线路、及二第二电极,当所述电极对外电连接时,该第一、第二线路结构分别形成第一电感与第二电感,并同步与该电性增强结构相配合形成元件需求电感,本发明提供一种整体平面面积更微缩的电感元件。(The invention provides a mosaic type thin film inductance element, which comprises a substrate, a first circuit structure, a second circuit structure and an electrical property enhancing structure for coating the substrate and the two circuit structures, wherein the first circuit structure comprises a first upper circuit, a first lower circuit and two first electrodes which are spirally surrounded and respectively formed on two opposite sides of the substrate, the second circuit structure comprises a second upper circuit which is mosaic in a gap of the first upper circuit, a second lower circuit which is mosaic in a gap of the first upper circuit and two second electrodes, when the electrodes are electrically connected to the outside, the first and second circuit structures respectively form a first inductance and a second inductance and synchronously cooperate with the electrical property enhancing structure to form an inductance required by the element.)
技术领域
本发明涉及一种被动元件，特别是涉及一种电感元件。
背景技术
随着科技的进步下，电子产品愈加微型化、轻量化，因此设置于电子产品中的被动元件势必也需往缩小尺寸的方向发展。
以电感元件来说，最早的结构是以导线缠绕现成的磁性体组成，随后发展出体积较小的微型电感，该微型电感包含一内部线路结构、一由磁性材料构成的封装结构、及一用于对外电连接的电极组，该内部线路结构由数层以涡状围绕形成的线路层组成，并埋设于该封装结构内部，该电极组包括数个设置在该封装结构侧面，且分别对应该其中一线路层的外部电极，每一该外部电极与所对应的该线路层电连接，当自该外部电极输入电流时，所述相邻的线路层因相互受电磁感应影响而形成耦合电感。由于该微型电感的内部线路结构包覆于该封装结构之中，并可随着半导体制程技术的演进而不断微缩尺寸、线宽，因此，相较于传统的电感元件，其体积可以更往小型化发展，而符合电子产品微型化、轻量化发展的需求。
但，在微型电感的微型化发展上，若要针对所述线路层在尺寸方面继续缩小，例如以减少线宽的方式缩减内部线路结构的平面面积，当导线宽度缩减到一定程度时，即会因电阻值过大而在运作时出现例如元件过热的情形，或是在制程中因导线太细而断裂，进而影响生产良率、乃至元件本身的质量，因此，如何透过改变线路结构的设计，使微型电感整体更进一步缩小，为本领域的发展重点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种藉由内部线路结构相互套嵌以缩减线路结构平面面积的嵌合式薄膜电感。
本发明嵌合式薄膜电感元件，包含薄型基板、第一线路结构、第二线路结构、及电性增强结构。
该薄型基板包括顶面、及反向于该顶面的底面，并由绝缘材料构成。
该第一线路结构由导电材料构成，并包括形成在该顶面且成连续涡状环绕的第一上线路、形成在该底面且成连续涡状环绕的第一下线路、及二用以对外电连接的第一电极，该二第一电极分别通过该薄型基板一侧部连接该第一上线路和该第一下线路，当该二第一电极对外电连接时，该第一线路结构形成一第一电感。
该第二线路结构由导电材料构成，并包括形成在该顶面且成连续涡状环绕的第二上线路、形成在该底面且成连续涡状环绕的第二下线路、及二第二电极，该第二上线路不接触地嵌合于该第一上线路形成的涡形间隙中，该第二下线路不接触地嵌合于该第一下线路形成的涡形间隙中，该二第二电极用以对外电连接并分别通过该薄型基板另一侧部连接该第二上线路和该第二下线路，当该二第二电极对外电连接时，该第二线路结构形成一第二电感。
该电性增强结构包覆该薄型基板、该第一线路结构、及该第二线路结构，且与该第一电感、该第二电感相配合地形成一元件需求电感。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该每一第一电极包括穿设该薄型基板的第一柱体、及二分别位于该电性增强结构相反二面并连接该第一柱体的第一端口，该每一第二电极包括穿设该薄型基板的第二柱体、及二分别位于该电性增强结构相反二面并连接该第二柱体的第二端口。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该其中一第一柱体连接该第一上线路的外端部，该另一第一柱体连接该第一下线路的外端部，该其中一第二柱体连接该第二上线路的外端部，该另一第二柱体连接该第二下线路的外端部。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该第一线路结构还包括至少一穿设该薄型基板并电连接该第一上线路的内端部和该第一下线路的内端部的第一导通块，该第二线路结构还包括至少一穿设该薄型基板并电连接该第二上线路的内端部与该第二下线路的内端部的第二导通块。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该薄型基板还包括至少一通孔。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该电性增强结构由热固性高分子掺杂具磁性的金属粉末所构成。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该第一上线路和该第一下线路的线宽范围是5μm至150μm，线路间距介于5μm至30μm，线路厚度介于10μm至200μm。
较佳地，本发明所述的嵌合式薄膜电感元件，其中，该第二上线路和该第二下线路的线宽范围是5μm至150μm，线路间距介于5μm至30μm，线路厚度介于10μm至200μm。
本发明的有益的效果在于：透过该第二上线路及该第二下线路各自不接触地嵌合于该第一上线路与该第一下线路所形成的间隙中，能有效减少该第一线路结构与该第二线路结构的平面面积，使电感元件整体进一步微型化。
附图说明
图1是一立体图，说明本发明嵌合式薄膜电感元件的一实施例；及
图2是一立体分解图，辅助图1说明该实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的组件。在本发明被详细描述前，应当注意的是附图仅为说明目的，并未依比例绘制，且非意图表示下叙组件的实际尺寸或实际相对尺寸。
参阅图1及图2，本发明嵌合式薄膜电感元件的一实施例，包含一薄型基板1、一第一线路结构2、一第二线路结构3、及一包覆该薄型基板1、该第一线路结构2、及该第二线路结构3的电性增强结构4。
该薄型基板1包括一顶面11、及一反向于该顶面11的底面12，并以绝缘材料为构成材料。本实施例中，为了整体电感特性考虑，该薄型基板1还于中央处形成一狭长形通孔13、及二自侧边向内形成的凹口，该薄型基板1的构成材料是选自玻璃纤维版(FR4)或聚酰亚胺(Polyimide，PI)二者之一，且厚度介于15μm至25μm。
该第一线路结构2由导电材料构成，并包括一成连续涡状环绕且形成在该顶面11的第一上线路21、一成连续涡状环绕且形成在该底面12的第一下线路22、及二用以对外电连接的第一电极23，当该二第一电极23对外电连接时，该第一上线路21和该第一下线路22基于电磁效应与电感耦合原理彼此之间产生互感应而形成第一电感。
详细而言，该第一上线路21具有一外端部211、一自该外端部211且平行于该薄型基板1短边延伸的第一短段、一自该第一短段的另一端延伸且平行于该薄型基板1长边的第一长段、及一自该第一长段的另一端延伸的内端部212，类似地，该第一下线路22具有一外端部221、一自该外端部221平行于该薄型基板1的短边延伸的第一短段、一自该第一短段反向于该外端部221的另一端并平行于该薄型基板1长边延伸的第一长段、及一自该第一长段的另一端延伸的内端部222，其中，该第一上线路21与该第一下线路22的线宽，也就是该第一短段、该第一长段的宽度介于5μm至150μm，该第一上线路21与该第一下线路22的线路间距，亦即，形成于同一平面的该第一短段、该第一长段的间距介于5μm至30μm，且该第一上线路21与该第一下线路22的线宽的线路厚度10μm至200μm；每一该第一电极23包括一穿设该薄型基板1其中一侧部的第一柱体231、及二分别设置于该电性增强结构4相反二面并连接该第一柱体231的第一端口232，该二第一柱体231分别连接该第一上线路21的外端部211及该第一下线路22的外端部221。
该第二线路结构3由导电材料构成，并包括一成连续涡状环绕且形成在该顶面11的第二上线路31、一成连续涡状环绕且形成在该底面12的第二下线路32、及二用以对外电连接的第二电极33，该第二上线路31不接触地嵌合在该第一上线路21所形成的涡型间隙中，该第二下线路32不接触地嵌合在该第一下线路22所形成的涡型间隙中，当该二第二电极33对外电连接时，电流分别导入该第二上线路31和该第二下线路32，基于耦合电感原理，带有电流的该第二上线路31和该第二下线路32之间基于电磁效应与电感耦合原理而产生互感应，此时，该第二线路结构3形成第二电感。
更具体地说，该第二上线路31具有一外端部311、一自该外端部311平行于该薄型基板1的短边延伸的第二短段、一自该第二短段相对于该外端部311的另一端延伸且平行于该薄型基板1长边的第二长段、及一自该第二长段的另一端延伸的内端部312，相同地，该第二下线路32具有一外端部321、一自该外端部321平行于该薄型基板1的短边延伸的第二短段、一自该第二短段反向于该外端部321的另一端延伸且平行于该薄型基板1长边的第二长段、及一自该第一长段的另一端延伸的内端部322，该第二上线路31与该第二下线路32的线宽，即，该第二短段、该第二长段的宽度介于5μm至150μm，该第二上线路31与该第二下线路32的线路间距，也就是形成于同一面的该第二短段、该第二长段的间距介于5μm至30μm，且该该第二上线路31与该第二下线路32的线路厚度介于10μm至200μm；每一该第二电极33包括一穿设该薄型基板1其中另一侧部的第二柱体331、及二分别位于该电性增强结构4相反二面并连接该第二柱体331的第二端口332，且该二第二柱体331分别连接该第二上线路31的外端部311与该第二下线路32的外端部321。
较佳地，该第一上线路21与该第二下线路32的正投影呈镜象对称且彼此重迭，该第二上线路31与该第一下线路22的正投影呈镜象对称且彼此重迭，因此，当分别导入该第一线路结构2与该第二线路结构3的电流参数相同时，会形成电感值相近且反向的第一电感与第二电感。
该电性增强结构4包覆该薄型基板1、该第一线路结构2、及该第二线路结构3，并与该第一电感、该第二电感相配合地形成一元件需求电感，其中，所述第一端口232及第二端口332分别在该电性增强结构4相反两表面露出并用以对外电连接；在本例中，该电性增强结构4由磁性材料构成，例如选自环氧树酯(Epoxy)作为主材料，并在其中参杂镍铬硅、羰基铁及其中至少一种磁性金属粉末，并透过冷压或热压的方式成型，用以提高该第一线路结构2与该第二线路结构3的电感特性。
上述本发明嵌合式薄膜电感元件的实施例运作时，该第一线路结构2和该第二线路结构3分别透过所述第一电极23、第二电极33对外电连接，该第一上线路21及该第一下线路22分别因电流导入而产生自感应，基于电感的耦合效应，该第一上线路21与第一下线路22因互感应而形成第一电感，同时，当电流自所述第二电极33导入该第二线路结构3时，该第二上线路31与该第二下线路32因互感应而产生电感耦合，形成第二电感，且同步地，包覆该第一线路结构2与第二线路结构3的该电性增强结构4用于提升其电感特性，该第一电感、第二电感与该电性增强结构4互相配合而形成元件需求电感。
相较于习知的微型电感，当元件需求电感相同规格时，习知的微型电感的平面面积约为1.6mm2，而本实施例的平面面积约为1.2mm2，即，本实施例透过该第一线路结构2与该第二线路结构3的彼此嵌合，有效缩减整体元件的平面面积达四分之一以上，换言之，若元件所占的平面面积相同的情况下，与习知的微型电感相比，本发明具有更大的元件需求电感设计空间而供设计人员运用。
本发明嵌合式薄膜电感元件的另一实施例，是与前例相似，其差异在于该第一线路结构2还包括至少一第一导通块24，所述第一导通块24排列地穿设在该薄型基板1靠近涡形线路中心的位置，并连接该第一上线路21的内端部212与该第一下线路22的内端部222，使该第一上线路21和第一下线路22可视为一连通的线圈，类似地，该第二线路还包括至少一穿设该薄型基板1的第二导通块34，并连接该第二上线路31的内端部312与该第二下线路32的内端部322，使该第二上线路31与该第二下线路32可视为一连通的线圈。
当该第一电极23与该第二电极33对外电连接，并自所述第一端口232与第二端口332分别导入电流，由于该第一上线路21与该第一下线路22透过所述第一导通块24电连接，使该第一线路结构2成为穿设该薄型基板1的感应线圈，进而使该第一线路结构2本身基于电磁感应的原理产生自感应而形成第一电感，相同地，该第二上线路31与该第二下线路32藉由所述第二导通块34电连接而形成穿设该薄型基板1的感应线圈，对外电连接时，该第二线路结构3产生自感应并形成第二电感，亦即，该第一线路结构2与该第二线路结构3为彼此嵌合的两感应线圈，进而同步地，该第一电感、第二电感与该电性增强结构4相互配合地形成元件需求电感。
综上所述，本发明嵌合式薄膜电感元件，透过形成于同一平面的该第二上线路31嵌合于该第一上线路21的线路间隙中，该第二下线路32嵌合于该第一下线路22的线路间隙中，当对外电连接时，该第一上线路21与该第一下线路22间因互感应而形成第一电感、该第二上线路31与该第二下线路32间互感应而产生第二电感，且第一电感、第二电感与由磁性材料所构成的该电性增强结构4相互配合而形成最终元件需求电感，相较于利用习知的微型电感，使用相同数量的线圈数或产生相近的电感值，本发明中由第一线路结构2与该第二线路结构3所构成的平面面积更小，故确实可达成本发明的目的。
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