由柔性电路制成的电磁线圈的制作方法

1.本公开涉及磁性线圈，且更明确来说，本公开涉及使用柔性印刷电路板(pcb)制成的电磁线圈。


背景技术：

2.电磁体传统上通过将导线手动绕组成具有指定匝数的规定形状而因此形成磁性线圈来形成。此手动绕组导致不精确且不可重复导线放置。此不精确性及不可重复性复杂化其中使用磁性线圈的系统的校准。手动绕组还将其能力限制于将线圈塑形成指定几何形状。例如，无法实现尖角，因为转弯半径是有限的。此外，手动绕组及将所得磁性线圈连接到电源(例如电流供应器)的过程容易出现人为错误。
3.电磁体还已使用单层柔性印刷电路板(pcb)来制造，其中线圈由pcb上的导电迹线形成。然而，可在单层中实现的线圈的匝数是有限的，因此限制电磁体的强度。将额外层添加到pcb是不实际的，因为其提高pcb的刚性，这妨碍pcb弯曲成电磁体所要的形状(即，指定几何形状)。
4.此类电磁体的应用的实例是维恩(wien)滤波器，其使用垂直电场及磁场来对带电粒子(例如电子)执行速度滤波。维恩滤波器用于电子显微镜中。


技术实现要素：

5.通过使用多个柔性pcb形成电磁体来解决上述问题。
6.在一些实施例中，一种方法包含获得包含一或多个第一导电线圈迹线的第一柔性pcb及获得包含一或多个第二导电线圈迹线的第二柔性pcb。将所述第一柔性pcb弯曲成具有至少一个曲线或转角的形状。在将所述第一柔性pcb弯曲成所述形状之后，将所述第二柔性pcb弯曲成所述形状：将所述第二柔性pcb定位成相邻于所述第一柔性pcb以与所述第一柔性pcb等形。
7.在一些实施例中，一种电磁体包含具有一或多个第一导电线圈迹线的第一柔性pcb。将所述第一柔性pcb弯曲成具有至少一个曲线或转角的形状。所述电磁体进一步包含弯曲成所述形状且具有一或多个第二导电线圈迹线的第二柔性pcb。所述第二柔性pcb相邻于所述第一柔性pcb且与所述第一柔性pcb等形。
附图说明
8.为更好理解各种描述实施方案，应结合以下附图参考以下具体实施方式。
9.图1展示根据一些实施例的包含弯曲成指定形状的多个柔性印刷电路板(pcb)的电磁体。
10.图2展示根据一些实施例的柔性pcb及相关联连接器。
11.图3a展示根据一些实施例的两个柔性pcb上的导电线圈迹线及导电线圈迹线之间的电连接。
12.图3b展示根据一些实施例的图3a中的柔性pcb的一部分的横截面。
13.图4展示根据一些实施例的包含以等形、同心方式弯曲成指定形状的一对柔性pcb且还包含用于静电偏转器的连接环的系统。
14.图5展示根据一些实施例的具有同心布置的电磁体及静电偏转器的组合件的横截面及部分透视图。
15.图6a是展示根据一些实施例的使用多个柔性pcb制造电磁体的方法的流程图。
16.图6b是展示根据一些实施例的图6a的方法的选用接续的流程图。
17.在附图及说明书中，相同元件符号指对应部分。
具体实施方式
18.现将详细参考各种实施例，其实例在附图中说明。在以下详细描述中，阐述许多特定细节以提供各种描述实施例的透彻理解。然而，所属领域的一般技术人员应明白，可在无这些特定细节的情况下实践各种描述实施例。在其它例子中，未详细描述众所周知的方法、过程、组件、电路及网络以免不必要混淆实施例的方面。
19.图1展示根据一些实施例的包含弯曲成指定形状的多个柔性印刷电路板(pcb)102的电磁体100。柔性pcb 102包含第一柔性pcb 102-1及第二柔性pcb 102-2。每一pcb102包含一或多个导电线圈迹线104：第一柔性pcb 102-1包含一或多个导电线圈迹线104-1且第二柔性pcb 102-2包含一或多个导电线圈迹线104-2。根据一些实施例，除由第一及第二柔性pcb 102-1及102-2是相同大小的事实导致的小间隙106之外，第二柔性pcb 102-2与第一柔性pcb 102-1等形且大体上包围第一柔性pcb 102-1。在一些实施例中，一或多个额外柔性pcb 102(每一者具有一或多个相应导电线圈迹线104)位于第一柔性pcb 102-1与第二柔性pcb 102-2之间。相邻柔性pcb 102可机械连接(例如粘合连接)。
20.在图1的实例中，柔性pcb 102已弯曲成的指定形状是截头圆锥形，其中第一柔性pcb 102-1及第二柔性pcb 102-2围绕径向轴线同心布置。其它形状是可行的。例如，柔性pcb 102可弯曲成具有圆柱形、椭圆形、矩形或多边形横截面的形状。
21.流动通过导电线圈迹线104的电流在由柔性pcb 102包围的空间中产生磁场。电磁体100包含连接器108-1及108-2以将电流提供到导电线圈迹线104。连接器108-1机械连接到第一柔性pcb 102-1且包含电连接到一或多个导电线圈迹线104-1的一或多个导体(例如导电迹线)。连接器108-2机械连接到第二柔性pcb 102-2且包含电连接到一或多个导电线圈迹线104-2的一或多个导体(例如导电迹线)。在一些实施例中，连接器108-1是与柔性pcb 102-1一体形成的柔性pcb，且连接器108-2是与柔性pcb 102-2一体形成的柔性pcb。连接器108-1及108-2耦合到电源供应器，例如电流源(未展示)。在一些实施例中，相邻柔性pcb 102上的一或多个导电线圈迹线104通过柔性pcb 102的表面上的触点电连接。例如，假定柔性pcb 102-1及102-2相邻，那么一或多个导电线圈迹线104-1可通过柔性pcb 102-1及102-2上的一或多个触点(例如触点202，图2)电连接到一或多个导电线圈迹线104-2。
22.图2展示根据一些实施例的柔性pcb 200及相关联连接器206。如图2中所展示，柔性pcb 200尚未弯曲成指定形状。柔性pcb 200(其可为柔性pcb 102(图1)的实例)包含第一柔性pcb 200-1、第二柔性pcb 200-2、第三柔性pcb 200-3及第四柔性pcb200-4。柔性pcb 200中的每一者包含一或多个导电线圈迹线(未展示)(例如导电线圈迹线302-1、302-2、
2中的每一者在第一侧308上具有一对导电线圈迹线302-1及302-2且在第二侧310上具有一对导电线圈迹线304-1及304-2。第一侧308与第二侧310由绝缘(例如聚酰亚胺)层(例如绝缘层322，图3b)分离。第一侧308上的导电线圈迹线302-1及302-2由第一绝缘(例如聚酰亚胺)覆盖层(例如覆盖层320，图3b)覆盖。同样地，第二侧310上的导电线圈迹线304-1及304-2由第二绝缘(例如聚酰亚胺)覆盖层(例如覆盖层324，图3b)覆盖。
28.导电线圈迹线302及304是每一者具有指定匝数的矩形螺旋。因此，矩形螺旋的连续段彼此垂直且以大体上直角交接(但在一些实施例中，转角可存在一定程度的弯曲)。图3a中所展示的匝数是4，但匝数一般可变动。例如，匝数可为5、6或更多。此外，柔性pcb 300-1及300-2中的每一者可在第一侧308上仅具有单个导电线圈迹线302且在第二侧310上仅具有单个导电线圈迹线304，或可在第一侧308上具有多于两个导电线圈迹线302且在第二侧310上具有多于两个导电线圈迹线304。在一些实施例中，导电线圈迹线302及304是铜。
29.导电线圈迹线302-1电连接到导电线圈迹线302-2：两者由单个长迹线形成，如所展示。导电线圈迹线302-1的内端通过通路306-1电连接到导电线圈迹线304-1的内端。类似地，导电线圈迹线302-2的内端通过通路306-2电连接到导电线圈迹线304-2的内端。在一些实施例中，通路306-1及306-2是铜。柔性pcb 300-1的导电线圈迹线304-1的外端通过触点307(例如触点202，图2)电连接到柔性pcb 300-2的导电线圈迹线304-2的外端。柔性pcb 300-2的导电线圈迹线304-1的外端电连接到导体312(例如：连接器206(图2)及/或连接器108(图1)中的导电迹线；导电迹线406，图4)。柔性pcb 300-1的导电线圈迹线304-2的外端电连接到导体314(例如连接器206(图2)及/或连接器108(图1)中的导电迹线)。导体312及314将电流提供到导电线圈迹线302及304，导电线圈迹线302及304串联连接于导体312与314之间。图3a展示导电线圈迹线302及304的串联连接的一个实例；其它实例是可行的。
30.图3b展示根据一些实施例的柔性pcb 300(例如柔性pcb 300-1或300-2，图3a)的一部分的横截面。导电线圈迹线302(例如导电线圈迹线302-1或302-2，图3a)位于pcb 300的第一侧上。导电线圈迹线304(例如导电线圈迹线304-1或304-2，图3a)位于pcb 300的第二侧上。柔性pcb 300中间的绝缘(例如聚酰亚胺)层322分离导电线圈迹线302与导电线圈迹线304。通路306电连接导电线圈迹线302与导电线圈迹线304。在一些实施例中，导电线圈迹线302及304及通路306是铜。绝缘(例如聚酰亚胺)覆盖层320覆盖第一侧上的导电线圈迹线302，且绝缘(例如聚酰亚胺)覆盖层324覆盖第一侧上的导电线圈迹线304。柔性pcb 300具有一或多个触点(不可见)(例如触点202，图2)用于电连接导电线圈迹线302及304与其它柔性pcb上的导电线圈迹线(例如，到柔性pcb 300的另一例子)。柔性pcb 300还具有一或多个触点(不可见)用于电连接导电线圈迹线302及304与连接器(例如：连接器206，图2；连接器108，图1；连接器404，图4)中的导体。
31.图4展示根据一些实施例的系统，其中一对柔性pcb 400-1及400-2以等形、同心方式弯曲成指定形状使得柔性pcb 400-2大体上包围柔性pcb 400-1。柔性pcb 400-1及400-2每一者包含一或多个导电线圈迹线(未展示)。例如，柔性pcb 400-1及400-2可为柔性pcb 102-1及102-2(图1)、202-1及202-2(图2)、202-3及202-4(图2)及/或300-1及300-2(图3a)的实施方案。柔性pcb 400-1及400-2的一或多个导电线圈迹线通过连接器404的第一臂402-1电连接到接触垫408(例如接触垫208，图2)。包含迹线406-1(例如及第一臂402-1的不可见侧上的另一迹线)的导电迹线可完成接触垫408与柔性pcb 400-1及400-2的导电线圈
迹线之间的电路。连接器包含第二臂402-2(例如臂204-2，图2)，其具有包含迹线406-2(例如及第二臂402-2的不可见侧上的另一迹线)的一或多个导电迹线用于电连接到第二对柔性pcb(未展示)上的导电线圈迹线(例如相对于图2所描述)或替代地用于电连接到柔性pcb 400-2上的一或多个导电线圈迹线。
32.根据一些实施例，图4的系统还包含用于静电偏转器(例如图5中所展示)的连接环412。连接环412包含提供到静电连接器的相应极(例如极504，图5)的电连接的触点414。连接环412通过连接器410(例如，通过连接器410中的导电迹线)电连接到接触垫408。接触垫408可耦合到用于加偏压于静电偏转器的极的电源(例如电压供应器)。
33.图5展示根据一些实施例的具有同心布置的电磁体502及静电偏转器的组合件500的横截面及部分透视图。组合件500可为维恩滤波器(例如用于电子显微镜)。电磁体502包含具有导电线圈迹线的多个柔性pcb(例如：柔性pcb 102-1及102-2(图1)；200-1、200-2、200-3及/或200-4(图2)；300-1及300-2(图3a)；400-1及400-2(图4))。多个柔性pcb与彼此相邻的相应柔性pcb以等形、同心方式布置。静电偏转器包含多个极504(例如8个极504，使得静电偏转器具有八极配置)，其每一者具有导电表面。极504径向安置于由电磁体502包围的开口内。通过加偏压于极504，在由电磁体502包围的开口中产生电场。在将电流提供到多个柔性pcb的同时加偏压于极504，导致开口中的同时电场及磁场。同时电场及磁场可垂直。连接环506(例如连接环412，图4)提供极504的电触点(不可见)(例如触点414，图4)。螺钉508或另一适合连接机构使连接环506保持于适当位置中且迫使相应电触点与极504接触。
34.图6a是展示根据一些实施例的使用多个柔性pcb制造电磁体(例如：电磁体100，图1；电磁体502，图5)(或在一些实施例中，具有零磁场的装置)的方法600的流程图。在方法600中，获得(602)包含一或多个第一导电线圈迹线(例如：导电线圈迹线104-1，图1；导电线圈迹线302-1、302-2、304-1及304-2，图3a)的第一柔性pcb(例如柔性pcb 102-1(图1)、200-1或200-3(图2)、300-1(图3a)、400-1(图4))。在一些实施例中，一或多个第一导电迹线是(604)矩形螺旋迹线。还获得(606)包含一或多个第二导电线圈迹线(例如：导电线圈迹线104-2，图1；导电线圈迹线302-1、302-2、304-1及304-2，图3a)的第二柔性pcb(例如柔性pcb 102-2(图1)、200-2或200-4(图2)、300-2(图3a)、400-2(图4))。在一些实施例中，一或多个第二导电迹线是(608)矩形螺旋迹线。
35.将第一柔性pcb弯曲(610)成具有至少一个曲线或转角的形状。在一些实施例中，形状是(612)截头圆锥形。形状的其它实例包含(但不限于)具有圆柱形、椭圆形、矩形或多边形横截面的形状。在一些实施例中，通过使第一柔性pcb包裹(614)具有所述形状的固定装置来弯曲第一柔性pcb。随后移除固定装置(例如，在将所有柔性pcb弯曲成所述形状之后)。
36.在将第一柔性pcb已弯曲成所述形状之后，将第二柔性pcb弯曲(616)成所述形状：第二柔性pcb定位成相邻于第一柔性pcb以与第一柔性pcb等形(例如以同心方式)。在一些实施例中，将弯曲成所述形状的第二柔性pcb机械连接(618)到第一柔性pcb。例如，使用(620)粘合剂将第二柔性pcb附接到第一第二柔性pcb。
37.在一些实施例中，串联电连接(622)一或多个第一导电线圈迹线与一或多个第二导电线圈迹线(例如通过触点202(图2)、通过触点307(图3a))。因此，根据方法600布置的第一及第二柔性pcb形成电磁体。
38.在一些其它实施例中，将一或多个第二导电线圈迹线配置(624)成以与一或多个第一导电线圈迹线相反的极性传导电流(即，一或多个第一导电线圈迹线以第一极性传导电流且一或多个第二导电线圈迹线以与第一极性相反的第二极性传导电流)。因此，由第一柔性pcb产生的磁场抵消由第二柔性pcb产生的磁场，从而导致用作加热器的零磁场装置。
39.图6b是展示根据一些实施例的方法600的选用接续的流程图。在方法600的此接续中，获得(632)包含一或多个第三导电线圈迹线(例如导电线圈迹线302-1、302-2、304-1及304-2，图3a)的第三柔性pcb(例如：柔性pcb 200-3，图2；pcb 300-1的例子，图3a)。在一些实施例中，一或多个第三导电线圈迹线是(634)矩形螺旋迹线。还获得(636)包含一或多个第四导电线圈迹线(例如导电线圈迹线302-1、302-2、304-1及304-2，图3a)的第四柔性pcb(例如：柔性pcb 200-4，图2；pcb 300-2的例子，图3a)。在一些实施例中，一或多个第四导电线圈迹线是(638)矩形螺旋迹线。
40.在将第一及第二柔性pcb弯曲成所述形状之后，将第三柔性pcb弯曲(640)成所述形状：第三柔性pcb定位成相邻于第二柔性pcb以与第二柔性pcb等形(例如以同心方式)。在一些实施例中，将弯曲成所述形状的第三柔性pcb机械连接(642)到第二柔性pcb。例如，使用(644)粘合剂将第三柔性pcb附接到第二柔性pcb。
41.在将第一、第二柔及第三柔性pcb弯曲成所述形状之后，将第四柔性pcb弯曲(646)成所述形状：第四柔性pcb定位成相邻于第三柔性pcb以与第三柔性pcb等形(例如以同心方式)。在一些实施例中，将弯曲成所述形状的第四柔性pcb机械连接(648)到第三柔性pcb。例如，使用(650)粘合剂将第四柔性pcb附接到第三柔性pcb。
42.在一些实施例中，电连接(652)一或多个第三导电线圈迹线与一或多个第四导电线圈迹线(例如通过触点202(图2)、通过触点307(图3a))。例如，将一或多个第三及第四导电线圈迹线配置(654)成以相同于一或多个第一及第二导电线圈迹线的极性传导电流(例如，一或多个第一、第二、第三及第四导电线圈串联连接)。因此，根据方法600布置的四个柔性pcb形成电磁体。在另一实例中，将一或多个第三及第四导电线圈迹线配置(656)以与一或多个第一及第二导电线圈迹线相反的极性传导电流(即，一或多个第一及第二导电线圈迹线以第一极性传导电流且一或多个第三及第四导电线圈迹线以与第一极性相反的第二极性传导电流)。因此，由第一及第二柔性pcb产生的磁场抵消由第三及第四柔性pcb产生的磁场，从而导致用作加热器的零磁场装置。
43.在一些其它实施例中，将一或多个第一及第二导电线圈迹线配置(658)成以相同极性传导电流(例如，串联连接)，使得根据方法600布置的第一及第二柔性pcb形成电磁体。然而，将一或多个第三导电线圈迹线配置(658)成以与一或多个第四导电线圈迹线相反的极性传导电流(即，一或多个第三导电线圈迹线以第一极性传导电流且一或多个第四导电线圈迹线以与第一极性相反的第二极性传导电流)。因此，根据方法600布置的第三及第四柔性pcb形成用作加热器的零磁场装置。此加热器可抵消由第一及第二柔性pcb形成的电磁体的加热变化。
44.方法600可包含更多或更少操作。可改变非顺序相依操作的顺序及/或可将两个或更多个操作组合成单个操作。例如，在执行任何其它步骤之前，可同时执行步骤632及636与步骤602及606。在另一实例中，其中弯曲相应柔性pcb、将相应柔性pcb机械连接到另一pcb及/或将相应柔性pcb电连接到另一pcb的步骤可组合成单个步骤。
45.如本文中所公开的方法600及布置的柔性pcb允许将多个导电线圈层堆叠于电磁体中，从而导致强磁场，同时仍实现所要电磁形状。磁性线圈(即，导电线圈迹线)可具有尖角或紧转弯半径。可以很小误差可重复地制造此类电磁体。
46.为了解释，已参考特定实施例描述以上描述。然而，以上说明性论述不旨在具穷举性或使权利要求书的范围受限于所公开的精确形式。可鉴于以上教示来进行许多修改及变动。实施例经选择以最好地解释权利要求书的基本原理及其实际应用，以借此使所属领域的技术人员能够最好地使用实施例及适合于预期特定用途的各种修改。