TWI879028B - 微電磁元件、電磁換能器及電子裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種微電磁元件、電磁換能器及電子裝置，微電磁元件包括至少一層元件層，元件層包括一基片以及設置於基片正面的多個導電段，相鄰導電段之間具有間隙。當所述元件層的數量為至少兩層以上時，各元件層相互疊合，且各元件層的導電段無交叉。相比較現有的線圈元件，本發明的微電磁元件與磁性元件之間的相互作用力更強，使得本發明的微電磁元件的體積可以做得更小。

Description

微電磁元件、電磁換能器及電子裝置

本發明涉及換能器件領域，特別是指一種微電磁元件、電磁換能器及電子裝置。

電磁換能器是利用通電導體產生的磁場與磁性元件產生的磁場相互作用，以驅動通電導體動作的器件。電磁換能器應用廣泛，例如電磁換能器可以應用到揚聲器中驅動振膜振動以驅動揚聲器發聲，電磁換能器還可以應用到電磁閥中驅動閥芯動作以驅動電磁閥啟閉。

在現有的電磁換能器中，通電導體一般採用的線圈元件，線圈元件由金屬絲纏繞而成，線圈元件呈環狀，而磁性元件(如磁鐵)則是穿過線圈元件或者套置線圈元件，線圈元件與磁性元件之間的磁力線呈放射狀；由於線圈元件呈環狀，那麼就需要考慮磁性元件與線圈元件之間360°方向上的間隙設置以避免磁性元件與線圈元件發生碰撞；因此磁性元件與線圈元件之間的間隙會設置的較大(如耳機中的磁性元件與線圈元件之間的間隙需要至少為1.2mm)，而磁性元件與線圈元件之間的間隙越大，則會使得線圈元件與磁性元件之間的磁阻大，使得線圈元件與磁性元件之間的相互作用力減小；另外磁性元件和線圈元件相互套置，這樣磁性元件和線圈元件的尺寸相互制約，導致磁性元件和線圈元件的其中之一的尺寸不能做的很大，這也影響了 線圈元件與磁性元件之間的相互作用力。

本發明的目的在於提供一種微電磁元件、電磁換能器及電子裝置，該微電磁元件與磁性元件之間的相互作用力大。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：一種微電磁元件，其包括至少一層元件層；所述元件層包括一基片以及設置於基片正面的多個導電段，相鄰導電段之間具有間隙；當所述元件層的數量為至少兩層以上時，各元件層相互疊合，且各元件層的導電段無交叉。

所述元件層還包括設置於基片正面上的正導電端和負導電端，元件層的部分或全部的導電段的第一端與元件層的正導電端連接，元件層的部分或全部的導電段的第二端與元件層的負導電端連接。

所述元件層的導電段劃分為至少兩個微線段區域，每個微線段區域具有多個導電段，且相鄰微線段區域之間形成間隔；所述元件層還包括數量與微線段區域相同的正導電端和負導電端，元件層的各個正導電端和負導電端設置於該元件層的基片正面，元件層的每個微線段區域與元件層的一個正導電端和一個負導電端對應設置；每個微線段區域的部分或全部的導電段的第一端與該微線段區域對應的正導電端連接，每個微線段區域的部分或全部的導電段的第二端與該微線段區域對應的負導電端連接。

當所述元件層的數量為至少兩層以上時，某個元件層的部分或全部的導電段的第一端與該元件層相鄰的元件層的基片上設置的正導電端連接，且該元件層的部分或全部的導電段的第二端與該元件層相鄰的元件層的基片上設置的負導電端連接。

所述正導電端和負導電端分別設有正導電孔和負導電孔。

當所述元件層的數量為至少兩層以上時，相鄰元件層的正導電端和負導電端相互連接而使得相鄰元件層實現串聯或並聯。

至少一層元件層的基片設置有導磁體。

所述元件層的基片的材質為矽、陶瓷、玻璃、藍寶石、雷射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)塑膠、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化矽、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯(BT)、味之素建構膜(ABF)、電木板、玻璃纖維、塑膠或硒化鋅中的一種。

所述元件層的各個導電段呈直線段結構，且元件層的各個導電段相互平行。

一種電磁換能器，其包括至少一個用於產生一個驅動磁場的磁性元件以及如上所述的微電磁元件；所述微電磁元件活動設置於驅動磁場中；當微電磁元件的各導電段通入電流時，微電磁元件會與磁性元件產生的驅動磁場相互作用而使得微電磁元件運動。

所述磁性元件的數量為兩個，兩個磁性元件分為第一磁性元件和第二磁性元件；第一磁性元件和第二磁性元件相對設置，使得第一磁性元件和第二磁性元件之間產生的驅動磁場為平行磁場。

所述微電磁元件的部分或全部導電段的通電電流方向與驅動磁場的磁場方向相交設置。

所述微電磁元件的各導電段的通電電流方向相同，且所述微電磁元件的各導電段的通電電流方向與驅動磁場的磁場方向垂直設置。

所述的電磁換能器還包括殼體；所述磁性元件設置於殼體內側；所述微電磁元件活動設置於殼體中。

所述殼體的材質為導磁材質。

一種電子裝置，其包括如上所述的電磁換能器。

採用上述方案後，本發明的微電磁元件可以代替現有的線圈元件使用，而本發明的微電磁元件呈片狀結構，這樣本發明的微電磁元件與磁性元件相互配合時，磁性元件是處於微電磁元件側方，這樣在微電磁元件和磁性元件相互作用時只需考慮在一個方向的間隙設置，從而有助於將微電磁元件和磁性元件之間的間隙做小，進而有助於使得微電磁元件與磁性元件之間的相互作用力大，同時也有助於將微電磁元件的體積做小；另外本發明的微電磁元件與磁性元件相互配合時磁性元件是處於微電磁元件側方，這樣微電磁元件和磁性元件之間的安裝制約小，使得微電磁元件和磁性元件各自的尺寸都可獨立做大，進而有助於使得微電磁元件與磁性元件之間的相互作用力大。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

S:微型揚聲器

S1:振膜

T:電磁換能器

T1:第一磁性元件

T2:第二磁性元件

T3:殼體

C:微電磁元件

1:元件層

11:基片

12:導電段

120:微線段區域

13:正導電端

131:正導電孔

14:負導電端

141:負導電孔

15:導磁體

圖1為本發明的微電磁元件的實施例一的結構示意圖；圖2為本發明的微電磁元件的實施例二的結構示意圖；圖3為本發明的微電磁元件的實施例三的結構示意圖；圖4為本發明的微電磁元件的實施例四的結構示意圖；圖5為本發明的微電磁元件的實施例五的結構示意圖；圖6為本發明的微電磁元件的實施例六的結構分解圖；圖7為本發明的微電磁元件的實施例七的結構示意圖；圖8為本發明的電磁換能器的原理圖；以及 圖9為本發明的電子裝置的結構示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

為了進一步解釋本發明的技術方案，下面通過具體實施例來對本發明進行詳細闡述。

如圖1至圖7所示，本發明揭示了一種微電磁元件C，其包括至少一層元件層1；所述元件層1包括一基片11以及設置於基片11正面的多個導電段12，相鄰導電段12之間具有間隙；其中當微電磁元件C的元件層1的數量為至少兩層以上時，各元件層1相互疊合，且各元件層1的導電段12無交叉。本發明的元件層1的導電段12可以採用鍍層、金屬化制程、以及顯影和蝕刻等半導體工藝來進行製造，使得導電段12的製造精度高，導電段12的線寬和相互之間的間隙可以做得很小，從而可以在更小的基片11上設置更多的導電段 12，使得微電磁元件C的尺寸小；本發明的元件層1的導電段12也可以採用印刷電路板(PCB)製造工藝製成；而元件層1的基片11的材質可為矽、陶瓷、玻璃、藍寶石、雷射直接成型(LDS)塑膠、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化矽、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯(Bismaleimide Triazine，BT)、味之素建構膜(Ajinomoto Build-up film，ABF)、電木板、玻璃纖維、塑膠或硒化鋅中的一種。當本發明以矽晶圓、鍺晶圓、氮化鎵、第二代半導體、第三代半導體為主結構、或者以化學氣象沉積製程來加工元件層1時，元件層1厚度要求為0.0001~20微米，且導電段12的線寬比線距的比值大於0.3。而當本發明以印刷電路板、IC載板、玻璃載板為主結構或以修改版半加成法(Modified Semi-Additive Processes，MSAP)、半加成法(Semi-Additive Processes，SAP)、厚銅製程或減法(tenting)製程來加工元件層1時，元件層1厚度要求為0.1~80微米，且導電段12的線寬比線距的比值大於0.3。

配合圖1所示，在本發明的微電磁元件C的實施例一中，所述元件層1的各個導電段12呈直線段結構，且元件層1的各個導電段12相互平行，這樣設置可以使得元件層1的各個導電段12的通電電流方向相同，使得微電磁元件C受到磁場的作用力大，減少不必要的能量損耗；所述元件層1的各導電段12可以等間距設置，其中導電段12的線寬和相鄰導電段12之間的間距為微米級，導電段12的線長則可為毫米級別，這樣微電磁元件C的尺寸小；配合圖1所示，在本發明的微電磁元件C的實施例一中，其中所述元件層1還包括設置於基片11正面上的正導電端13和負導電端14，元件層1的全部導電段12的第一端與元件層1的正導電端13連接，元件層1的全部導電段12的第二端與元件層1的負導電端14連接；該正導電端13和負導電端14用於接入外部電源的正、負極以及用於將各元件層1的導電段12進行電性連接，這樣通過設置正導電端13和負導電端14以便於將元件層1的各導電段12同時接入電流；正導電端13和負 導電端14可分別設有正導電孔131和負導電孔141以用於接入外部電流。需要說明的是，本發明也可以是元件層1的部分導電段12的第一端與元件層1的正導電端13連接，元件層1的部分導電段12的第二端與元件層1的負導電端14連接，這樣也能便於導電段12通過正導電端13和負導電端14接入外部電流。

配合圖2所示，在本發明的微電磁元件C的實施例二中，所述元件層1的各個導電段12也呈直線段結構，所述元件層1的導電段12劃分為至少兩個微線段區域120，每個微線段區域120具有多個導電段12，且相鄰微線段區域120之間形成間隔；其中導電段12的線寬為微米級，導電段12的線長為毫米級，每個微線段區域120的各導電段12之間的間距為微米級，這樣微電磁元件C的尺寸小；配合圖2所示，在本發明的微電磁元件C的實施例二中，所述元件層1還包括數量與微線段區域120相同的正導電端13和負導電端14，元件層1的各個正導電端13和負導電端14設置於該元件層1的基片11正面，元件層1的每個微線段區域120與元件層1的一個正導電端13和一個負導電端14對應設置；其中，每個微線段區域120的全部導電段12的第一端與該微線段區域120對應的正導電端13連接，每個微線段區域120的全部導電段12的第二端與該微線段區域120對應的負導電端14連接；這樣在本發明的微電磁元件C的實施例二中，通過正導電端13和負導電端14能便於微線段區域120的各導電段12同時接入電流；同樣的，所述正導電端13和負導電端14分別設有正導電孔131和負導電孔141以用於接入外部電流。需要說明的是，本發明也可以是每個微線段區域120的部分導電段12的第一端與該微線段區域120對應的正導電端13連接，每個微線段區域120的部分導電段12的第二端與該微線段區域120對應的負導電端14連接，這樣也能便於微線段區域120的部分導電段12通過正導電端13和負導電端14接入外部電流。

配合圖3至圖5所示，在本發明的微電磁元件C的實施例三、實 施例四和實施例五中，所述元件層1的各個導電段12的形狀可不盡相同，導電段12可呈直線段結構、斜線段結構、折線段結構、曲線段結構等結構，各個導電段12不要求相互平行。需要說明的是，本發明的微電磁元件C的形狀和佈局可多種多樣，只要微電磁元件C的導電段12通入電流時，各導電段12在外加磁場作用下能受到相同方向的作用力即可，這樣微電磁元件C便能在外加磁場作用下運動。

配合圖6所示，在本發明的微電磁元件C的實施例六中，所述元件層1的各個導電段12呈直線段結構，且元件層1的各個導電段12相互平行，這樣設置可以使得元件層1的各個導電段12的通電電流方向相同，使得微電磁元件C受到磁場的作用力大，減少不必要的能量損耗；所述元件層1的各導電段12可以等間距設置，其中導電段12的線寬和相鄰導電段12之間的間距為微米級，導電段12的線長則可為毫米級別，這樣微電磁元件C的尺寸小。配合圖6所示，在本發明的微電磁元件C的實施例六中，當所述元件層1的數量為至少兩層以上時，某個元件層1的部分或全部的導電段12的第一端與該元件層相鄰的元件層1的基片11上設置的正導電端13連接，且該元件層1的部分或全部的導電段12的第二端與該元件層1相鄰的元件層的基片上設置的負導電端14連接；本發明如此設置，可以便於將某個元件層1的各個導電段12進行串聯和/或並聯的連接，使得元件層1的各個導電段12可以同時接入電流。

配合圖7所示，在本發明的微電磁元件C的實施例七中，所述微電磁元件C的至少一層元件層1的基片11設置有導磁體15，在微電磁元件C通電時，導磁體15可減少微電磁元件C的磁阻和強化微電磁元件C產生的磁場的磁力線，從而提高微電磁元件C產生的磁場的強度。

在本發明中，當所述微電磁元件C的元件層1的數量為至少兩層以上時，相鄰元件層1的正導電端13和負導電端14可相互連接，進而相鄰元件 層1實現並聯或串聯，使得各元件層1的導電段12可同時接入電流。本發明當微電磁元件C的各元件層1的導電段12接入電流時，微電磁元件C可與外加磁場產生作用，使得微電磁元件C受到安培力而使得微電磁元件C運動。

在本發明中，本發明的微電磁元件C包括至少一層元件層1而使得微電磁元件C整體呈片狀結構，這樣本發明的微電磁元件C與磁性元件相互配合時，磁性元件是處於微電磁元件C側方，這樣在避免微電磁元件C和磁性元件相互作用時只需考慮在一個方向的間隙設置，從而有助於將微電磁元件C和磁性元件之間的間隙做小，進而有助於使得微電磁元件C與磁性元件之間的相互作用力大，同時也有助於將微電磁元件C的體積做小；另外本發明的微電磁元件C與磁性元件相互配合時磁性元件是處於微電磁元件側方，這樣微電磁元件C和磁性元件之間的安裝制約小，使得微電磁元件C和磁性元件各自的尺寸都可獨立做大，進而有助於使得微電磁元件C與磁性元件之間的相互作用力大。

配合圖8所示，本發明還揭示了一種電磁換能器T，其包括至少一個用於產生驅動磁場的磁性元件以及上述的微電磁元件C；其中磁性元件的數量可為兩個，兩個磁性元件分為第一磁性元件T1和第二磁性元件T2，第一磁性元件T1和第二磁性元件T2之間產生一個驅動磁場；所述微電磁元件C則活動設置於第一磁性元件T1和第二磁性元件T2之間，以使得微電磁元件C活動設置於驅動磁場中。

配合圖8所示，本發明當微電磁元件C的各導電段12通入電流時，微電磁元件C會與驅動磁場相互作用而使得微電磁元件C運動。其中當微電磁元件C的各導電段12通入正向電流或反向電流時，驅動磁場對微電磁元件C進行作用，使得微電磁元件C受到垂直於電流方向和驅動磁場的磁場方向的安培力，該安培力便驅動微電磁元件C動作，該安培力滿足公式：F=ΣB˙I˙L； 其中F為安培力，B為驅動磁場的磁場強度，I為導電段12的電流，L為導電段12的線長；其中當導電段12的電流方向改變時，安培力的方向也隨之相應改變，這樣導電段12的電流方向反復以相反方向改變(如導電段12的電流為交流電)時，微電磁元件C便進行往復運動。在本發明中，所述導電段12的通電電流方向與驅動磁場的磁場方向相交設置，這樣微電磁元件C收到驅動磁場的作用而運動；作為優選，所述微電磁元件C的各導電段12的通電電流方向相同，且所述微電磁元件C的各導電段12的通電電流方向與驅動磁場的磁場方向垂直設置，這樣設置能使得微電磁元件C受到的安培力最大，使得微電磁元件C與磁性元件之間的相互作用力大。所述第一磁性元件T1和第二磁性元件T2可相對設置而使得驅動磁場為平行磁場，這樣也有助於使得微電磁元件C與磁性元件之間的相互作用力大。

配合圖8所示，本發明的電磁換能器T還可包括殼體T3，殼體T3用於承載第一磁性元件T1、第二磁性元件T2和微電磁元件C；其中第一磁性元件T1和第二磁性元件T2分別設置於殼體T3內相對的兩側，即本發明的電磁換能器T的磁性元件設置於殼體T3內側，而微電磁元件C活動設置於殼體T3中。所述殼體T3的材質可以為導磁材質，這樣通過選用不同磁導率的導磁材料可以調整殼體T3內的磁化程度，進而使得有助於使得微電磁元件C與磁性元件之間的相互作用力大。

本發明還揭示了一種電子裝置，該電子裝置包括上述的電磁換能器T；配合圖9所示，所述電子裝置可為微型揚聲器S，微型揚聲器S具體包括振膜S1以及上述的電磁換能器T，其中所述振膜S1與電磁換能器T的微電磁元件C結合，微電磁元件C運動時會帶動振膜S1運動，從而進而發聲；其中可以通過控制微電磁元件C的導電段12的通電電流大小和方向來控制振膜S1振動的大小和方向，從而改變聲音的頻率高低、音量的大小。需要說明的是， 所述電子裝置還可以是微型馬達，即本發明的電磁換能器T還能應用到微型馬達中，該微型馬達可以為線性馬達或轉子馬達。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

C:微電磁元件

1:元件層

11:基片

12:導電段

13:正導電端

131:正導電孔

14:負導電端

141:負導電孔

Claims (13)

1. 一種微電磁元件，包括： 多個元件層； 其中，各該元件層包括一基片以及設置於該基片正面的多個導電段，其中相鄰的該多個導電段之間具有間隙，以及所述多個導電段分別是由該基片的一端往另一端的單方向延伸； 其中，當所述多個元件層的數量為至少兩層以上時，多層的該元件層相互疊合，且各該元件層中的導電段的一通電電流方向相同，且該通電電流方向與位於該微電磁元件一側的一驅動磁場的一磁場方向垂直設置； 其中當所述元件層的數量為至少兩層以上時，任一個該元件層的部分或全部的導電段的一第一端與該元件層相鄰的其他該元件層的一基片上設置的一正導電端連接，且該元件層的部分或全部的導電段的一第二端與該元件層相鄰的其他該元件層的基片上設置的一負導電端連接。
2. 如請求項1所述的微電磁元件，其中，所述元件層還包括設置於該基片正面上的一正導電端和一負導電端，該元件層的部分或全部的導電段的一第一端與該元件層的該正導電端連接，該元件層的部分或全部的導電段的一第二端與該元件層的該負導電端連接。
3. 如請求項1所述的微電磁元件，其中，所述元件層的導電段劃分為至少兩個微線段區域，每個微線段區域具有多個導電段，且相鄰微線段區域之間形成間隔； 其中，所述元件層還包括數量與該至少兩個微線段區域相同的一正導電端和一負導電端，該元件層的各個正導電端和負導電端設置於該元件層的該基片正面，該元件層的每個微線段區域與該元件層的該正導電端和該負導電端對應設置； 其中，每個微線段區域的部分或全部的導電段的一第一端與該微線段區域對應的該正導電端連接，每個微線段區域的部分或全部的導電段的一第二端與該微線段區域對應的該負導電端連接。
4. 如請求項2至3中之任一項所述的微電磁元件，其中該正導電端和該負導電端分別設有一正導電孔和一負導電孔。
5. 如請求項2至3中之任一項所述的微電磁元件，其中，當所述元件層的數量為至少兩層以上時，相鄰元件層的該正導電端和該負導電端相互連接而使得相鄰元件層實現串聯或並聯。
6. 如請求項1所述的微電磁元件，其中該至少一層元件層的基片設置有導磁體。
7. 如請求項1或6所述的微電磁元件，其中所述元件層的該基片的材質為矽、陶瓷、玻璃、藍寶石、雷射直接成型塑膠、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化矽、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯（BT）、味之素建構膜（ABF）、電木板、玻璃纖維、塑膠或硒化鋅中的一種。
8. 如請求項1或6所述的微電磁元件，其中所述元件層的各個導電段呈直線段結構，且各元件層的該多個導電段相互平行。
9. 一種電磁換能器，包括至少一個用於產生一驅動磁場的磁性元件以及如請求項1所述的微電磁元件；所述微電磁元件活動設置於該驅動磁場中；當該微電磁元件的各導電段通入電流時，該微電磁元件會與該磁性元件產生的該驅動磁場相互作用而使得該微電磁元件運動。
10. 如請求項9所述的電磁換能器，其中所述磁性元件的數量為兩個，該兩個磁性元件分為一第一磁性元件和一第二磁性元件；其中該第一磁性元件和該第二磁性元件相對設置，使得該第一磁性元件和該第二磁性元件之間產生的該驅動磁場為一平行磁場。
11. 如請求項9所述的電磁換能器，其中，還包括一殼體；所述磁性元件設置於該殼體內側；所述微電磁元件活動設置於該殼體中。
12. 如請求項11所述的電磁換能器，其中，所述殼體的材質為導磁材質。
13. 一種電子裝置，其中包括如請求項9所述的電磁換能器。