无线充电线圈 无线充电线圈、磁板的知识及制作工艺流程

01

数字标题

1.无线充电系统的总体结构和功能

图1无线充电系统结构

图片来自“应用于便携式电子设备的低功耗无线充电系统的研发”

整流滤波:将220V/50Hz交流电转换为高压直流电；

DC-DC:降压高压直流电输出低压直流电(功率5 W，电压一般5 V，10 W电压一般9 V，15 W电压一般12 V，小米9最新20W电压15 V，无线充电电流一般不超过1.5a)；

高频逆变:通过高频逆变电路将低压直流电转换成低压高频交流电(频率约100-200 kHz)，使发射端线圈产生强感应磁场；

整流滤波:由于电磁感应原理，接收端在强感应磁场中产生低压高频感应电流，经过交流-DC电路后转化为直流电，此时可以直接供给负载。

2.无线充电系统的调节过程

图2无线充电系统的调节过程

检测阶段:检测到物体放置的位置后，发射端发射一个小的测量信号，监测物体的放置和运动，判断是否进入下一阶段，这个信号不会唤醒接收端；

判断阶段:发射端将发射功率信号，检测接收端可能的响应，从而判断响应是接收端还是未知物体。如果发射机接收到正确的信号，它将继续进入识别和配置阶段，并保持功率信号输出；

识别和配置阶段:接收端将所需的能量信号传回发射端。发射端需要对接收到的信号进行解码，并根据接收端需要的能量调整输出功率。无法解码时，默认发射功率为5w；；

送电阶段:“识别配置”阶段完成后，发射端开始送电模式。接收端控制电路向发射端发送误差包，将整流后的电压调整到线性调节器效率最大化所需的电平，并将实际接收到的功率包发送到发射端进行异物检测(FOD)，可以保证安全高效的功率传输。

结束阶段:接收端发出EPT(结束？权力？转移，结束送电)信号，接收端收到EPT信号时终止送电。

3.为什么无线充电Qi标准选择100~205 kHz

Qi标准基于电磁感应充电技术，频率为100-205kHz。无线充电传输的是能量而不是信号，因为100-205kHz是对人体无害的低频非电离频率，会大大降低对人体的伤害。另一方面，该频率与大多数无线设备不在同一信道上，不会影响其他无线设备。

4.无线充电线圈测试要求100 kHz/1V，1V是什么意思？

测试频率为100 kHz，1 V为激励电压。电源电压:为测试设备提供能量，使其处于稳定的工作状态。普通电源电压220V；；激励电压:作为信号输入，它使电路具有一定的响应(输出)，从而获得响应(输出)和激励(输入)之间特定的函数关系。无线充电线圈常用的LCR测试仪是安捷伦E4980A，采用自动平衡电桥法原理，在220 V的电源电压下正常工作，信号源产生频率为100 kHz、电压为1V的信号，经过无线充电系统后得到输出信号。通过对比分析，计算出电感、Q值和交流电阻。

02

无线充电线圈

无线充电常见的发射器线圈包括绕线线圈和绞线线圈，接收器线圈包括柔性印刷电路(柔性印刷电路板)线圈和绞线线圈。

1.绕线线圈和多股绞合线圈

图片3

图片4

这两种线圈一般用于无线充电发射器。整个产品的厚度没有那么高(公差可以给0.5 mm)。制造成本低，工艺简单。一般都是常规产品(比如A11线圈)。

包丝线:在漆包绞线表面涂上一层或两层天然纤维或化学纤维形成的线，包括聚酯包丝线、尼龙包丝线、自粘包丝线(丙酮粘合、热风粘合)，其中最常用的是丙酮自粘包丝线；

多股导线:多股铜线按照一定的规则和方向螺旋缠绕在一起，形成多芯电源线，多股导线通过热风粘合缠绕成线圈。计算钢绞线最大外径的经验公式；

D=1.155*d*√n

其中:1.155——系数；d——单根铜线的最大外径；N—绞合线的股数

为什么要用多股而不是同样线径的铜线缠绕线圈？

第一，方便加工。多股导线柔软有弹性，而相同线径的铜线比较硬，加工难度大；

第二，减少皮肤效应。无线充电的工作频率为100-200 kHz，高频电流通过导体。随着离导体表面的距离逐渐增大，导体中的电流密度呈指数下降，即导体中的电流会集中在导体表面，这就是趋肤效应。单线径铜线的趋肤效应严重，导致发热，效率降低；多股中单根漆包线相互绝缘，线径小，可有效降低趋肤效应的影响。

2.FPC线圈

(1)普通FPC结构

单面板:不能作为FPC线圈使用(一侧有铜，布线时不能交叉，线圈内引线不能导出)，适用于一侧有焊盘的FPC端子；

双面板:适用于各种FPC线圈和FPC端子；

华丽空板:适用于双面带焊盘的FPC端子，不能像单板一样作为FPC线圈使用。

单板和装饰空板结构的不同用途也不同。单层板由铜箔基板(铜箔+PI)+PI保护膜组成，焊盘只出现在有PI保护膜的一侧，另一侧不能开窗形成焊盘；路由器空板由PI保护膜+铜箔+PI保护膜组成，但焊盘可以出现在两侧(由PI膜开窗控制)，更适用。

(2)工艺流程(双面板)

切割:将整卷双面板原材料(铜箔基材)切割成设计的面板尺寸；

钻孔:在基板表面钻所需的通孔，为连接电路两侧导电铺平道路(双层板上上下两层铜之间有PI，钻孔镀铜前不导电)，或用于后期的识别定位；

镀铜:在基底的通孔壁上吸附一层离子钯，通过催化氧化还原反应在离子钯基底上沉积一层金属铜层(沉积在上、下铜箔通孔处的金属铜层会使两个铜箔导电)；

清洗:去除铜表面的氧化物，增加铜表面的粗糙度，以增强后续产品的附着力(附干膜/丝印油墨)；

贴干膜:干膜是一种高分子化合物，经紫外线照射后能产生聚合反应，形成稳定的物质附着在板面上，从而达到阻挡蚀刻的作用。在镀铜板表面粘贴一层干膜，作为图形转印用膜；

准曝光:将胶片(银盐摄影胶片)对准在干膜板上，用紫外光(紫外线)照射。胶片上成像的地方会阻止UV光通过，防止曝光，防止干膜聚合，防止此处板后蚀刻；UV在膜上非成像处渗透照射干膜，聚合附着在板面，阻挡后续蚀刻，形成留铜区(即线)；

图6对位曝光示意图

显影:用Na2CO3或K2CO3冲洗电路图案未曝光区域的干膜，溶解干膜，不发生聚合反应，曝光铜材料，在曝光区域留下干膜图案；

蚀刻:显影后暴露在铜表面的区域被蚀刻液(氯化铜)蚀刻掉，留下被干膜覆盖的图形部分；

Cu+CuCl2=2CuCl

氯化亚铜+盐酸+过氧化氢→氯化亚铜+H2O

剥膜、脱脂、微刻蚀和钝化:用剥离液(NaOH)剥离被刻蚀电路图形上的干膜，然后脱脂去除板表面的氧化物，通过微刻蚀增强铜表面的附着力，在电路表面钝化一层铜表面保护层，避免表面在镀膜前容易氧化；

镀膜:在铜箔电路上涂一层保护膜，避免电路氧化或短路，同时起到绝缘和产品弯曲的作用；

覆膜:覆膜后的产品经高温高压压机压制，平整度强；因此，覆盖膜的粘合剂熔化、流动并充分填充到电路的间隙中，使电路铜箔和覆盖膜紧密结合，起到保护作用。

3.超薄多股并联绕组线圈

图7超薄多股平行缠绕线圈和铜线分布图

超薄多股线圈不同于多股线圈。多股绞线线圈是将一股漆包线绞成一股，然后卷绕而成的粗线圈。超薄多股并联绕组线圈是多根铜线并排缠绕而成，所有铜线并排在同一平面内，可以减少趋肤效应，使线圈非常细(铜芯直径为0.11 mm的铜线可以缠绕成厚度为0.15 mm的线圈)，适合在接收端使用。

与FPC线圈相比，超薄多股并联绕组线圈成本低得多，性能基本相当。当内部引线被引出时，总厚度将增加。整体厚度可以通过线圈+FPC端子+开槽磁板(开槽形状与FPC端子形状一致，间距0.15 mm)来减小。

03

无线充电磁性板

1.纳米晶磁性板

制备非晶带材:通过快速凝固工艺将熔融金属浆料制备成非晶带材；

热处理:对非晶带材进行热处理，非晶带材析出细小晶粒成为纳米晶带材；

覆膜:用双面胶带将纳米晶带叠放在一起，在叠放好的磁性板的上下表面贴上一层胶带，既满足粘接要求，又能防止磁性板掉粉(热处理后的胶带易碎，容易掉粉)；

劈裂:纳米晶磁性板的初始磁导率可以达到几万，不能满足使用。分裂后磁导率大幅下降，普通磁导率为650，与线圈配合使用符合电气要求；

模切:将轧制的纳米晶磁性板模切成所需形状。

2.铁氧体磁性板

图8铁氧体磁性板的制备过程

图来自顺洛

配料:按原料比例配料，混合均匀；

流延:将制备好的浆料涂布在基带上；

排列:成型后切片，在同一坩埚中排列多片(烧结效率低，单片成本高)；

烧结:高温烧结得到铁氧体磁片；

碎裂:将堆叠在一起的磁片分开；

粘贴:单片涂胶+镀膜，类似纳米晶磁性板；

劈裂:原理和纳米晶磁性板一样，铁氧体磁性板的初始磁导率比较低(几千)；

模切:模切成所需形状，以满足生产要求。

04

无线充电环产品

图9圆形无线充电线圈

图来自顺洛

图10方形无线充电线圈

图来自顺洛

图11 FPC线圈(左)和多股平行缠绕超薄线圈(中间由FPC端子引出)

图来自顺洛

声明:本文内容来自顺罗电子(http://www.sunlordinc.com)，由这个小系列编辑整理。如果涉及版权问题，请及时联系我们，我们将删除内容，以确保您的权益。※.