一种嵌入式电感线圈及其制作方法与流程

本发明属于无线充电技术领域，特别是涉及一种嵌入式电感线圈及其制作方法。

背景技术：

电磁感应式、磁场共振式、电波辐射式是应用最广泛的三种无线充电技术。其中，使用非接触式电磁感应式无线充电技术中，关键在于发射线圈及接收线圈的形状、安装形式及具体内部参数的设计。由电磁感应式可知，电感系数l与线圈大小、形状以及周围介质的磁导率呈正相关，可通过提高其磁芯的相对磁导率，单位面积内增加其有效线圈匝数以及增大其面积等参数设计来实现电感系数的提升，同时可通过改变感应线圈截面形状以及线圈的制作形式来改善无线充电技术中的不足。

现有技术中的无线充电线圈在制作时，是以胶水或胶纸等方式直接将铜线绕制的线圈粘接于硬磁片上，来制作发射及接收端互感线圈。然而这种在硬磁片和线圈使用粘合的方式，还存在诸多劣势：长时间使用会出现胶水老化，粘合不稳，导致产品使用寿命不长且不稳定，且线圈和磁片叠加会增加其产品厚度及其体积，不利于其轻薄化发展，这跟现代智能手机及其他可穿戴电子设备等追求小型化、系统化发展的方向不吻合，硬质磁片容易破碎，碎片对线路板会造成潜在风险，线圈与磁片间存在的间距不宜做的过小，往往间距较大，会降低其能量的传输效率。此外，还有在发射及接收端壳体上直接成型方式，但其依赖特殊的复合金属塑胶件材料，这种材料本身在制作上就足够复杂，将会使得最终制作的线圈成本大幅提高，不利于该线圈的产业化。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种嵌入式电感线圈及其制作方法，能够在低成本的基础上消除易破碎的问题，提高使用寿命，增强能量传输效率。

本发明提供的一种嵌入式电感线圈，包括介电材料薄板，所述介电材料薄板正面和背面中至少一面开设有一圈线路槽和一个贯通孔，所述线圈槽和所述贯通孔中均填充有金属构成线圈及其连接通路，所述介电材料薄板正面和背面均具有介电层，位于正面和背面的所述介电层的表面分别设置有重布金属线路和外部金属线路，所述线圈通过所述重布金属线路导出至外部，在所述重布金属线路和所述外部金属线路的外层还设置油墨保护层，并在所述油墨保护层中开设有外部连接口。

优选的，在上述嵌入式电感线圈中，所述介电材料薄板为pet薄板、pi薄板、lcp薄板、fr-4薄板或bt薄板，所述线圈的线宽和线距范围为1微米至10毫米。

优选的，在上述嵌入式电感线圈中，所述重布金属线路和所述外部金属线路为铜线、银线或金线。

优选的，在上述嵌入式电感线圈中，所述介电材料薄板为掺杂有0.1％至99％的磁性材料的介电材料薄板。

优选的，在上述嵌入式电感线圈中，所述磁性材料为铁磁金属微纳米材料、铁基非晶合金材料、铁镍基非晶合金、铁钴基非晶合金、铁基纳米晶合金以及同时含有铁钴镍的稀土材料中的至少一种。

本发明提供的一种嵌入式电感线圈的制作方法，包括：

在介电材料薄板的正面和背面中的至少一面开设一圈线路槽和一个贯通孔；

在所述线圈槽和所述贯通孔中填充金属，构成线圈及其连接通路；

在所述介电材料薄板正面和背面覆盖介电层，并在所述介电层正面和背面分别设置有重布金属线路和外部金属线路，所述线圈通过所述重布金属线路导出至外部；

在所述重布金属线路和所述外部金属线路的外层还设置油墨保护层，并在所述油墨保护层中开设外部连接口。

优选的，在上述嵌入式电感线圈的制作方法中，所述线路槽的形状为螺旋矩形、螺旋圆形或螺旋椭圆形。

优选的，在上述嵌入式电感线圈的制作方法中，所述线圈的线宽和线距范围为0.1微米至10毫米。

优选的，在上述嵌入式电感线圈的制作方法中，所述在介电材料薄板的正面和背面中的至少一面开设一圈线路槽和一个贯通孔为：

利用激光挖槽方式或刻蚀方式在所述介电材料薄板的正面和背面中的至少一面开设一圈线路槽和一个贯通孔。

优选的，在上述嵌入式电感线圈的制作方法中，所述介电材料薄板为掺杂有0.1％至99％的磁性材料的介电材料薄板。

通过上述描述可知，本发明提供的上述嵌入式电感线圈及其制作方法，由于该嵌入式电感线圈包括介电材料薄板，所述介电材料薄板正面和背面中至少一面开设有一圈线路槽和一个贯通孔，所述线圈槽和所述贯通孔中均填充有金属构成线圈及其连接通路，所述介电材料薄板正面和背面均具有介电层，位于正面和背面的所述介电层的表面分别设置有重布金属线路和外部金属线路，所述线圈通过所述重布金属线路导出至外部，在所述重布金属线路和所述外部金属线路的外层还设置油墨保护层，并在所述油墨保护层中开设有外部连接口，因此能够在低成本的基础上消除易破碎的问题，提高使用寿命，增强能量传输效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的第一种形式示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的第二种形式示意图；

图3为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的俯视图；

图4为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的仰视图；

图5为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的示意图；

图6为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的第一步示意图；

图7为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的第二步示意图；

图8为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的第三步示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是提供一种嵌入式电感线圈及其制作方法，能够在低成本的基础上消除易破碎的问题，提高使用寿命，增强能量传输效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈如图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的第一种形式示意图，图2为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的第二种形式示意图，包括介电材料薄板1，所述介电材料薄板1正面和背面中至少一面开设有一圈线路槽和一个贯通孔，所述线圈槽和所述贯通孔中均填充有金属构成线圈2及其连接通路3，这里分为两种形式，第一种形式如图1，可以看出在上部和下部均具有线圈2，而第二种形式如图2，只是在其中一面开设线路槽和贯通孔即可，因为这种情况下只形成一个线圈，所述介电材料薄板1正面和背面均具有介电层4，这种介电层4所利用的材料可以与所述介电材料薄板1相同，也可以不同，此处并不做限制，位于正面和背面的所述介电层4的表面分别设置有重布金属线路5和外部金属线路6，所述线圈2通过所述重布金属线路5导出至外部，在所述重布金属线路5和所述外部金属线路6的外层还设置油墨保护层7，并在所述油墨保护层7中开设有外部连接口8，另外，为了进一步明确线圈形状，上述嵌入式电感线圈的俯视图如图3所示，仰视图如图4所示，图3为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的俯视图，图4为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的仰视图，从这两个图中可以看出该线圈为矩形结构，但这仅仅是一个示例，实际上还可以采用其他线圈结构，此处并不限制。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈，由于包括介电材料薄板，所述介电材料薄板正面和背面中至少一面开设有一圈线路槽和一个贯通孔，所述线圈槽和所述贯通孔中均填充有金属构成线圈及其连接通路，所述介电材料薄板正面和背面均具有介电层，位于正面和背面的所述介电层的表面分别设置有重布金属线路和外部金属线路，所述线圈通过所述重布金属线路导出至外部，在所述重布金属线路和所述外部金属线路的外层还设置油墨保护层，并在所述油墨保护层中开设有外部连接口，因此能够在低成本的基础上消除易破碎的问题，提高使用寿命，增强能量传输效率。

本申请实施例提供的第二种嵌入式电感线圈，是在上述第一种嵌入式电感线圈的基础上，还包括如下技术特征：

所述介电材料薄板为pet薄板、pi薄板、lcp薄板、fr-4薄板或bt薄板，所述线圈的线宽和线距范围为1微米至10毫米。

实际上，这里提供的线宽和线距仅是优选方案，还可以根据实际需要制作具有其他线宽和线距的线圈，而且所述介电材料薄板的尺寸大小视所应用的电子充电设备的尺寸大小而定，这些材质和尺寸的介电材料薄板不仅避免了现有技术采用的材质的易碎的缺点，还具有良好的可加工性，保证做出的线圈的相邻圈间距更小，从而保证发射端及接收端的能量传输效率更高。

本申请实施例提供的第三种嵌入式电感线圈，是在上述第一种嵌入式电感线圈的基础上，还包括如下技术特征：

所述重布金属线路和所述外部金属线路为铜线、银线或金线。

这些材质的金属线路导电性能更好，当然这些是优选方案，还可以根据实际需要采用其他材质的重布金属线路，此处并不限制。

本申请实施例提供的第四种嵌入式电感线圈，是在上述第一种至第三种嵌入式电感线圈中任一种的基础上，还包括如下技术特征：

所述介电材料薄板为掺杂有0.1％至99％的磁性材料的介电材料薄板。

在所述介电材料薄板中当中掺杂磁性材料作为中间布置线圈的框架层，就能够增加其磁导率，增加感应线圈的电感量，可提高通电过程中的传输效率，加快充电过程。

本申请实施例提供的第五种嵌入式电感线圈，是在上述第四种嵌入式电感线圈的基础上，还包括如下技术特征：

所述磁性材料为铁磁金属微纳米材料、铁基非晶合金材料、铁镍基非晶合金、铁钴基非晶合金、铁基纳米晶合金以及同时含有铁钴镍的稀土材料中的至少一种。

具体的，所述磁性材料可为铁、钴、镍三种铁磁性元素为基本组元的材料，可以但不限于为铁磁金属微纳米材料、铁基非晶合金材料fe2o3、铁镍基非晶合金即nife2o4、铁钴基非晶合金即cofe2o4、铁基纳米晶合金等，也可为含有三种基本组元掺杂有稀土材料制成的磁性材料等，该方案中提到的“至少一种”就意味着该磁性材料可以是上述各种具体材料中的一种，也可以是同时具有这些材料中的两种。三种或者更多，这些情况都在该方案的保护范围之内。

本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法如图5所示，图5为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的示意图，该方法包括如下步骤：

s1：在介电材料薄板的正面和背面中的至少一面开设一圈线路槽和一个贯通孔；

以第一种形式为例，参考图6，图6为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的第一步示意图，可见，在介电材料薄板的正面和背面同时开设了线路槽9和贯通孔10。

s2：在所述线圈槽和所述贯通孔中填充金属，构成线圈及其连接通路；

具体的，可以在两面开好的线路槽及线路起点和终点的连接通路中进行表面金属化处理，形成金属种子层，然后进行电沉积铜线圈，这是为了使线圈槽中的铜生长速度具有一致性，可采用三元镀铜等方法进行，再对表面覆盖的沉积铜层进行蚀刻，蚀刻后保持铜线圈与介电材料薄板表面相持平，填充金属之后形成如图7所示的结构，图7为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的第二步示意图，填充金属之后，形成了线圈2和连接通路3。

s3：在所述介电材料薄板正面和背面覆盖介电层，并在所述介电层正面和背面分别设置有重布金属线路和外部金属线路，所述线圈通过所述重布金属线路导出至外部；

具体的，可以在正面和背面均覆盖介电层，用激光在起点和终点通孔位置的上表面打孔，使铜线路露出，在需要进行重布线的部分布设金属种子层，通过电沉积铜线路将线圈接口引出，并可在介电层表面设置外部金属线路，如图8所示，图8为本申请实施例提供的第一种嵌入式电感线圈的制作方法的第三步示意图，可见经过第三步之后，形成了介电层4、重布金属线路5和外部金属线路6。

s4：在所述重布金属线路和所述外部金属线路的外层还设置油墨保护层，并在所述油墨保护层中开设外部连接口。

具体的，该外部连接口通过重布线层将线圈中的产生的能量输入或者引出，可实现在发送端和接收端的应用，这种保护层除了油墨之外，还可以是阻燃性好且能起到机械保护作用的材料，如pet聚酯薄膜、fr-4或环氧树脂等。通过该步骤之后，就形成了如图1所示的最终结构，此处不再赘述，另外这里仅仅是以第一种形式的嵌入式电感线圈的形成过程进行了说明，而第二种形式的线圈的形成过程与此类似，此处不再赘述。

本申请实施例提供的第二种嵌入式电感线圈的制作方法，是在上述第一种嵌入式电感线圈的制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述线路槽的形状为螺旋矩形、螺旋圆形或螺旋椭圆形。

需要说明的是，这里仅仅列举了三种优选的线路槽形状，实际上并不仅限于这些，还可以根据实际需要设定为其他的线路槽形状，此处并不限制。

本申请实施例提供的第三种嵌入式电感线圈的制作方法，是在上述第一种嵌入式电感线圈的制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述线圈的线宽和线距范围为0.1微米至10毫米。

进一步的，可以将线圈的线宽和线距设置为10微米以下，这样对于能量的传输效率更高，毕竟相同面积下制作的线圈匝数越多，就越能提高诸如手机等面积较为紧张的电子产品无线充电的效率，当然这也并不能无限制的减小间距，毕竟要考虑到材质因素和成本因素，在所有因素中进行权衡之后得到该方案的优选间隔。

本申请实施例提供的第四种嵌入式电感线圈的制作方法，是在上述第一种嵌入式电感线圈的制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述在介电材料薄板的正面和背面中的至少一面开设一圈线路槽和一个贯通孔为：

利用激光挖槽方式或刻蚀方式在所述介电材料薄板的正面和背面中的至少一面开设一圈线路槽和一个贯通孔。

其中，用于挖槽的激光器类形，按波的连续性分可分为连续波激光器和脉冲激光器，按组成激光器的工作物质可分为气体激光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器和化学激光器等。具体而言，又可为光纤激光、氪/疝灯泵浦yag激光器、he-ne激光器、co2激光器、氩离子激光器、krf激光器等，此处并不限制。

当采用刻蚀方式开设线路槽和贯通孔时，可以但不限于如下方案：先在薄板上下表面镀铜，对线圈槽进行曝光显影，再用刻蚀法将多余材料去除并用激光挖槽，挖槽的图形即为线圈的分布图形，中间线圈部分均为不打穿板的线槽，起点及终点处打穿使上下铜线圈连接，增大其总线圈匝数。

本申请实施例提供的第五种嵌入式电感线圈的制作方法，是在上述第一种至第四种嵌入式电感线圈中任一种制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述介电材料薄板为掺杂有0.1％至99％的磁性材料的介电材料薄板。

在所述介电材料薄板中当中掺杂磁性材料作为中间布置线圈的框架层，就能够增加其磁导率，增加感应线圈的的电感量，可提高通电过程中的传输效率，加快充电过程。所述磁性材料可以为铁、钴、镍三种铁磁性元素为基本组元的材料，可以但不限于为铁磁金属微纳米材料、铁基非晶合金材料fe2o3、铁镍基非晶合金即nife2o4、铁钴基非晶合金即cofe2o4、铁基纳米晶合金等，也可为含有三种基本组元掺杂有稀土材料制成的磁性材料等，该方案中提到的“至少一种”就意味着该磁性材料可以是上述各种具体材料中的一种，也可以是同时具有这些材料中的两种。三种或者更多，这些情况都在该方案的保护范围之内。

综上所述，本申请提供的上述嵌入式电感线圈的相邻圈距离控制得越小，同样的面积内能够达到的线圈匝数越多，单位面积内产生的电感强度越高，可通过加入磁性材料增加其磁导率，且厚度可控，整体可以做的很轻薄；该嵌入式电感线圈制作较为简单，且封装成本可控，具备很高的实际投产可行性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。