CN112888515B - 喷墨印刷的电子组件 - Google Patents

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Abstract

在实例中，一种装置包含：磁性层(202、206、214、222)，其包含磁性油墨残留物；及金属层(203、204、210、212、218、220、226、228)，其包含金属油墨残留物且耦合到所述磁性层(202、206、214、222)。所述金属层(203、204、210、212、218、220、226、228)彼此耦合以形成线圈。

Description

喷墨印刷的电子组件
背景技术
本发明涉及电子组件的制作。
发明内容
在实例中，一种装置包含：磁性层，其包含磁性油墨残留物；及金属层，其包含金属油墨残留物且耦合到所述磁性层，所述金属层彼此耦合以形成线圈。
在实例中，一种制作装置的方法包含：使用磁性油墨，喷墨印刷第一磁性层；使用金属油墨，喷墨印刷第一金属层，所述第一磁性层与所述第一金属层彼此邻接；使用所述磁性油墨，喷墨印刷第二磁性层，所述第一磁性层与所述第二磁性层彼此邻接；及使用所述金属油墨，喷墨印刷第二金属层，所述第一金属层与所述第二金属层彼此邻接，且所述第二磁性层与所述第二金属层彼此邻接。所述第一金属层及所述第二金属层形成线圈的至少一部分。
在实例中，一种装置包含：磁性油墨残留物的集合体；及线圈，其包封在磁性油墨残留物的所述集合体内且包含金属油墨残留物，所述线圈的第一端子暴露在磁性油墨残留物的所述集合体的第一表面上，且所述线圈的第二端子暴露在磁性油墨残留物的所述集合体的第二表面上。
附图说明
图1描绘喷墨印刷***的实例。
图2A-2L在俯视图中且根据各种实例描绘喷墨印刷的线圈装置的制造。
图3A-3L在经修改侧视图中且根据各种实例描绘喷墨印刷的线圈装置的制造。
图4A-4B描绘根据各种实例的喷墨印刷的线圈装置的多个透视图。
图5描绘根据各种实例的制造喷墨印刷的线圈装置的方法。
图6描绘安装在封装中的集成电路上的喷墨印刷的线圈装置。
具体实施方式
使用涉及多种制作材料的使用的多步骤过程来制作各种类型的电子组件，例如电感器线圈。举例来说，使用一系列专用掩模来制作电感器线圈。此类制作材料的使用是繁琐、费时、低效且昂贵的。
在本说明书的实例中，一种喷墨印刷的线圈装置包含：多个磁性层，其包括磁性油墨残留物；及多个金属层，其包括金属油墨残留物且耦合到所述多个磁性层。所述多个金属层彼此耦合以形成线圈——举例来说，可用于电感器应用中的线圈。磁性层及金属层是使用加性制造工艺——具体来说，喷墨印刷——来形成的。此类喷墨印刷的装置克服了上文所描述的挑战，因为所述喷墨印刷的装置消除了对使用各种制作材料(例如，掩模)的需要。而且，如下文所描述，可定制磁性油墨及金属油墨的性质以产生具有特定质量及操作参数的电感器/变压器。举例来说，磁性油墨可具有不同颗粒大小及形状以如所期望地修整电感器或变压器的磁性性质。
本说明书及图式主要图解说明使用喷墨印刷来制作变压器(或电感器)线圈。然而，本说明书的范围并不限于线圈的制作或喷墨印刷的使用。在本说明书的范围内，请考虑适合于使用喷墨印刷或除喷墨印刷以外的任何其它合适的加性制造技术来制作的其它电子组件且将所述技术包含在本说明书的范围内。另外，术语“磁性油墨”在本文中在特定上下文中可与术语“磁性层”互换使用。类似地，术语“金属油墨”在本文中在特定上下文中可与术语“金属层”互换使用。术语“磁性油墨残留物”指代已进行沉积及干燥(或后处理，举例来说，通过共烧)的磁性油墨。类似地，术语“金属油墨残留物”指代已进行沉积及干燥(或后处理，举例来说，通过共烧)的金属油墨。对于“磁性油墨残留物”及“金属油墨残留物”，共烧需要将喷墨印刷的电子组件放置在炉中。然后将炉的温度升高到适合于进行烧结的水平，举例来说，升高到几百摄氏度。在一些实例中，温度具有大约960摄氏度的最大值。可将喷墨印刷的电子组件烧结几个小时(例如，介于一个小时与五个小时之间)，且在特定实例中，烧结两个小时。特定的烧结时间量可取决于多种因素，例如烧结温度、要烧结的组件数目、炉的体积等。后抛光及/或等离子清洁也可作为后处理的一部分执行。举例来说，如果电子组件的表面在进行烧结之后没有令人满意地得到平滑，或者如果电子组件的表面含有有机残留物，那么可使用抛光或等离子清洁技术来使表面平滑及清洁。在实例中，尽管此类抛光或清洁是由人手动执行的，但是请考虑自动机器抛光及清洁且将其包含在本说明书的范围内。“线圈部分”是金属层。
图1描绘喷墨印刷***100的实例。喷墨印刷***100包含：处理器102；存储装置104(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM))，其耦合到处理器102；计算机可执行代码106，其存储在存储装置104中；及电机108，其耦合到处理器102且由处理器102控制，举例来说，由于处理器102执行计算机可执行代码106。另外，***100包括印刷头组合件110。印刷头组合件110包含耦合到电机108的多个储槽112.1、112.2、…、112.N。所述储槽可被统称为储槽112，且所述储槽存储磁性油墨、金属油墨及/或聚合物油墨中的一或多者，如下文所描述。储槽112中的一或多者被耦合到相应印刷头114(例如，储槽112.1、112.2、…、112.N可分别耦合到印刷头114.1、114.2、…、114.N)。在实例中，处理器102在执行计算机可执行代码106之后即刻控制电机108，电机108继而控制储槽112及印刷头114以使用喷墨印刷技术来制造装置(例如，变压器/电感器线圈)。本说明书的范围并不限于具有图1中所展示的特定配置的喷墨印刷***。请考虑其它配置及加性制造***且将其包含在本说明书的范围中。
图2A-2L在俯视图中描绘根据各种实例的喷墨印刷的线圈装置的制造。图3A-3L在经修改侧视图中描绘根据各种实例的喷墨印刷的线圈装置的制造。为了清晰起见，图3A-3L的经修改侧视图描绘每一制造阶段处的线圈的所有经沉积部分且因此并非传统的侧视图。图5描绘根据各种实例的制造喷墨印刷的线圈装置的实例性方法500。相应地，现并行描述图2A-2L、3A-3L及5。如图5中所描绘并且如由图2A-2L及3A-3L的实例性结构所图解说明，方法500的性能至少部分地通过图1的实例性喷墨印刷***100。
方法500通过沉积聚合物层200——举例来说，由聚酰胺构成的层(步骤502)来开始。在实例中，使用装纳在储槽112中的一者内的油墨来对聚合物层200进行沉积(喷墨印刷)。为了完成聚合物层200的此类印刷，聚合物油墨可具有特定特性，包含在室温下大约30mPa·s的粘度及在室温下小于大约29mN/m的表面张力。粘度影响油墨的喷射能力，且表面张力影响油墨的润湿能力。在另一实例中，使用除***100以外的加性制造***来沉积聚合物层200。在另一实例中，聚合物层200是从另一源形成并获得的，且不使用加性制造技术来进行沉积。图2A描绘聚合物层200的俯视图，且图3A描绘聚合物层200的侧视图。
方法500通过使用磁性油墨，喷墨印刷磁性层且使用金属油墨，喷墨印刷线圈的端子(步骤504)来继续。在实例中，磁性层——与下文所描述的其余磁性层一样——使用装纳在储槽112中的一者内的磁性油墨来进行沉积(喷墨印刷)。为了完成磁性层及下文所描述的后续磁性层中的一或多者的此类印刷，磁性油墨可具有特定特性，包含在大约几十纳米到几百纳米范围中的颗粒大小，以获得在室温下大约30mPa·s的粘度及小于大约29mN/m的表面张力。在实例中，磁性油墨颗粒包含NiZn铁氧体颗粒、MnZn铁氧体颗粒及NiCuZn铁氧体颗粒中的一或多者，以调整油墨的磁性性质。图2B描绘聚合物层200的俯视图，其中磁性层202邻接聚合物层200且由聚合物层200支撑。在实例中，磁性层202的长宽面积小于聚合物层200的长宽面积。在实例中，形成磁性层202使得其包含通孔(例如，完全穿过磁性层202的厚度延伸到聚合物层200的空白空间)。可在印刷磁性层202的同时或者在印刷磁性层202之后用金属油墨填充通孔以形成金属层203。在其它实例中，在沉积磁性层202之前沉积金属层203中的金属油墨，使得根本不形成通孔。请考虑其它沉积技术，且一般来说可以任何适合方式沉积金属油墨及磁性油墨，以产生图2B中所描绘的结构。在形成通孔的情况下，所述通孔可以是任何适合形状及大小。图3B描绘填充通孔且穿过磁性层202的厚度而延伸的金属层203的侧视图。
为了完成金属层203及下文所描述的后续金属层中的一或多者的印刷，金属油墨可具有特定特性，包含在大约几十纳米到几百纳米范围中的颗粒大小，以获得在室温下大约30mPa·s的粘度及小于大约29mN/m的表面张力。在实例中，金属油墨颗粒包含银(Ag)、铜(Cu)及钯(Pd)颗粒中的一或多者，以调整油墨的导电性。
方法500通过使用金属油墨，喷墨印刷线圈的下一部分(步骤506)来继续。如图2C所描绘，使用金属油墨，喷墨印刷线圈的一部分204。如上文所描述，线圈部分204像本文中所有线圈部分一样可被称为金属层。尽管线圈部分204具有任何适合形状及大小，但是在实例中，所述形状是曲线形的以便于卷曲结构的产生。线圈部分204邻接金属层203且因此与金属层203进行电接触。因为金属层203穿过磁性层202而延伸以到达聚合物层200，所以当聚合物层200随后在共烧过程中被移除时，金属层203暴露在磁性层202的外部表面上且因此形成端子以在线圈与其它电路***之间建立电接触。如图3C所展示，线圈部分204邻接金属层203；线圈部分204邻接磁性层202；金属层203邻接磁性层202及聚合物层200；且磁性层202邻接聚合物层200。
方法500通过使用磁性油墨，喷墨印刷下一磁性层来继续，其中所述磁性层包含通孔(步骤508)。图2D描绘具有通孔208的磁性层206的沉积。如图3D所展示，磁性层206邻接磁性层202及线圈部分204。通孔208位于线圈部分204上方，使得当金属油墨随后进行沉积以填充通孔208时，此类金属油墨邻接线圈部分204且与线圈部分204进行电接触。接下来，方法500包括使用金属油墨来填充通孔208(步骤510)。图2E及3E展示形成填充图2D及3D的通孔208的金属层210的金属油墨。金属层210邻接磁性层206及线圈部分204。金属层210通过线圈部分204与金属层203进行电接触。
图2D、2E、3D及3E连同步骤508及510一起描绘其中形成通孔且随后用金属油墨填充通孔的两步骤过程。然而，如上文关于图2B、3B及步骤504所描述，也可能同时印刷磁性层并进行金属填充，且还可能在形成磁性层之前沉积金属油墨。图式及本说明书的其余部分假设通孔的形成通孔并对其进行后续填充，但是说明书的范围并不限于此，且任何适合沉积技术或顺序均可用于形成图式中所描绘的特征中的一或多者。
方法500然后确定印刷过程是否完成，即是否已完全形成线圈(步骤512)。假设印刷过程没有完成，则步骤506、508及510以迭代循环的方式重复，直到印刷过程完成为止(步骤512)。图2F-2L及3F-3L描绘由此类迭代产生的实例性结构并且现对其进行简要描述。
图2F描绘使用金属油墨来沉积另一线圈部分212(步骤506)。线圈部分212被描绘为是矩形的，但是如同本文中所描述的大多数或所有其它特征一样，可取决于应用而形成不同形状及大小。类似地，尽管所形成的实例性线圈是椭圆形的，但是请考虑其它形状(例如，传统的圆形线圈)并且将其归属于本说明书的范围内。如图3F所展示，线圈部分212邻接金属层210及磁性层206。因此，线圈部分212与金属层203进行电接触。
图2G描绘使用磁性油墨来沉积另一磁性层214(步骤508)。磁性层214包含穿过磁性层214的厚度而延伸的通孔216。图3G展示邻接线圈部分212及磁性层206的磁性层214。图3G还展示穿过磁性层214而延伸的通孔216。
图2H展示填充有金属油墨以形成金属层218的通孔216(步骤510)。图3H展示邻接磁性层214及线圈部分212的金属层218的侧视图。因此，通过介入的金属层及线圈部分在金属层218与金属层203之间形成电连接。
图2I描绘另一线圈部分220的沉积(步骤506)，另一线圈部分220可在形状及大小上类似于线圈部分204。图3I展示邻接金属层218及磁性层214的线圈部分220。
图2J描绘具有通孔224的另一磁性层222的沉积(步骤508)。图3J展示邻接磁性层214及线圈部分220的磁性层222。
图2K描绘将金属油墨沉积在通孔224中以形成金属层226(步骤510)。图3K展示邻接线圈部分220及磁性层222的金属层226。
图2L描绘线圈部分228的沉积(步骤506)，线圈部分228可在形状及大小上类似于线圈部分212。图3L展示邻接磁性层222及金属层226的线圈部分228。
步骤506、508及510的迭代过程以这种方式继续，直到完全形成线圈为止(例如，直到迭代过程已根据将计算机可执行代码106编程的方式被执行预定次数为止)。当用金属油墨填充最终通孔以形成金属层时，那个金属层类似于金属层203，这是因为所述金属层暴露在磁性层的外部表面上且因此充当可将线圈电耦合到外部电路***的端子通孔。当印刷完成(步骤512)时，方法500包括共烧喷墨印刷的结构(步骤514)，在所述步骤中，聚合物层200分解。方法500还包含用例如银的适当材料涂覆端子(步骤516)。
图4A-4B描绘根据各种实例的喷墨印刷的线圈装置400的多个透视图。可如上文关于图2A-2L、3A-3L及5所描述地形成装置400。图4A展示具有邻接磁性层404的集合体的完全形成的三维线圈402(例如，由各种金属层构成，包含上文所阐述的线圈部分)的装置400。以另一方式描述，线圈装置400包括磁性油墨残余物的集合体。线圈装置400还包含由金属油墨残留物构成且被包封在磁性油墨残余物的集合体内的线圈。图4A提供线圈装置400的内部视图，这是因为通常线圈402隐藏在磁性层404内。沿着线圈402的纵向轴线的芯填充有磁性油墨，例如，如图2B-2L及4B所描绘。图4B展示端子406、408，端子406、408是暴露在线圈装置400的相对外部表面(例如，线圈装置400内的磁性层的外部表面)上的金属层。端子406、408提供到线圈装置400内的线圈402的外部电通路。
仍参考图3L，如所展示，磁性层202与金属层203共面；线圈部分204及金属层210与磁性层206共面；线圈部分212及金属层218与磁性层214共面；且线圈部分220及金属层226与磁性层222共面。
图6描绘安装在封装中的集成电路上的喷墨印刷的线圈装置。具体来说，图6描绘包括将引线框架604包封的模制化合物602的封装600。引线框架604包含其上安装有裸片608的裸片垫606。裸片608具有形成在其上的集成电路，且所述集成电路可包含喷墨印刷的线圈装置600。喷墨印刷的线圈装置600可使用本文中所描述的任何技术或所有技术来制作。喷墨印刷的线圈装置600可用使用本文中所描述的任何技术或所有技术制造的任何类型的喷墨印刷的电子组件替换。裸片608通过线接合614耦合到引线612。因此，电连接形成于引线612中的一或多者与装置610之间。
在本说明书中，术语“耦合(couple或couples)”意指间接或直接连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置及连接的间接连接。类似地，在第一组件或位置与第二组件或位置之间耦合的装置可通过直接连接或者通过经由其它装置及连接的间接连接。“经配置以”执行任务或功能的元件或特征可由制造者在制造时配置(例如，经编程或经结构设计)以执行所述功能，及/或可由用户在制造之后配置(或重新配置)以执行所述功能及/或其它额外或替代功能。配置可通过装置的固件及/或软件编程、通过装置的硬件组件及互连的构造及/或布局、或者其组合来进行。而且，在本说明书中，术语“接地”或类似术语包含底盘接地、大地接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、公共接地及/或适用于或适合于本文教示的任何其它形式的接地连接。除非另有陈述，否则值前面的“约”、“大约”或“大致”意指所陈述值的+/-10％。
在权利要求书的范围内，所描述实施例的修改是可能的，且其它实施例是可能的。

Claims (19)

1.一种电子装置，其包括：
多个磁性层，其包括磁性油墨残留物，其中所述多个磁性层至少包含第一磁性层，且所述第一磁性层具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；及
多个金属层，其包括金属油墨残留物且耦合到所述多个磁性层，所述多个金属层彼此耦合以形成线圈，其中所述多个金属层包含完全穿过所述第一表面和所述第二表面的第一单个金属层，且其中所述第一单个金属层包括从所述第一表面暴露于所述电子装置的外部的第一端子。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述电子装置包括电感器。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述端子涂覆有银。
4.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述线圈的端部包括暴露在所述多个磁性层中的两者的外部表面上的端子。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述线圈是三维结构。
6.一种制作电子装置的方法，其包括：
使用磁性油墨，喷墨印刷第一磁性层，其中所述第一磁性层具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；
使用金属油墨，喷墨印刷第一单个金属层，所述第一磁性层与所述第一单个金属层彼此邻接，其中所述第一单个金属层完全穿过所述第一表面和所述第二表面并且包含从所述第一表面暴露于所述电子装置的外部的第一端子；
使用所述磁性油墨，喷墨印刷第二磁性层，所述第一磁性层与所述第二磁性层彼此邻接；及
使用所述金属油墨，喷墨印刷第二金属层，所述第一单个金属层与所述第二金属层彼此邻接，且所述第二磁性层与所述第二金属层彼此邻接，
其中所述第一单个金属层及所述第二金属层形成线圈的至少一部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一磁性层与所述第一单个金属层至少部分地共面。
8.根据权利要求6所述的方法，其中同时印刷所述第一磁性层及所述第一单个金属层。
9.根据权利要求6所述的方法，其中依序印刷所述第一磁性层及所述第一单个金属层。
10.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括提供聚合物层且在所述聚合物层上喷墨印刷所述第一磁性层。
11.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括共烧所述第一及第二磁性层以及所述第一及第二金属层。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述共烧之后，使用银来涂覆所述线圈的端子。
13.根据权利要求6所述的方法，其中所述线圈是三维结构。
14.一种电子装置，其具有顶表面以及与所述顶表面相对的底表面，所述电子装置包括：
磁性油墨残留物的集合体，其至少包含第一磁性层和第二磁性层，其中所述第一磁性层具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面与所述底表面共面，所述第二磁性层具有第三表面以及与所述第三表面相对的第四表面，且所述第四表面与所述顶表面共面；及
线圈，其包封在磁性油墨残留物的所述集合体内且包括金属油墨残留物，其中所述线圈包括第一单个金属层和第二单个金属层，所述第一单个金属层完全穿过所述第一表面和所述第二表面且包括从所述第一表面暴露于所述电子装置的外部的第一端子，且所述第二单个金属层完全穿过所述第三表面和所述第四表面且包括从所述第四表面暴露于所述电子装置的所述外部的第二端子。
15.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述第一及第二端子涂覆有银。
16.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述电子装置包括邻接磁性油墨残留物的所述集合体的聚合物层。
17.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述电子装置是电感器。
18.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述线圈是三维结构。
19.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述磁性油墨残留物的所述集合体中的至少一些磁性油墨残留物沿着穿过所述线圈的长度的轴线定位。
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