CN104882265A - 一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，包括以下步骤：1)清洗玻璃表面后，在350～500℃的温度下淬火处理所述玻璃；制备涂料；2)在所述玻璃的表面涂覆一层所述涂料，涂覆后将玻璃放置于温度在80～120℃的恒温箱中保温50～90分钟；3)使用功率在3～5W的激光镭射所述玻璃表面的涂料，在所述玻璃表面形成线圈形状；4)超声清洗所述玻璃表面后，将所述玻璃放置在含有金属成分的置换液体中进行金属置换，在所述玻璃表面形成可产生电感进行充电的线圈；5)清洗步骤4)处理后的玻璃；6)对所述玻璃表面的线圈进行电镀处理，在所述玻璃上成型出无线充电线圈。本发明的方法，实现了在玻璃上直接成型无线充电线圈，且线圈与玻璃牢固结合。

Description

一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法

【技术领域】

本发明涉及一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法。

【背景技术】

电磁感应式(利用电流通过线圈产生磁场实现近场无线供电)、磁场共振式(利用磁耦合共振效应实现近场无线供电)、电波辐射式(电能转换为电波通过辐射传输供电)是应用最广泛的三种无线充电技术。其中，电磁感应式无线充电技术中关键点在于发射线圈、接收线圈的形状，安装位置和参数的设计。目前，多数的接收线圈由铜导线制成，或是采用FPC柔性印制板的方式制成。制成的铜线圈作为单独的一个实体模块，再安装到其它设备壳体表面，例如，当形成无线充电电源时，可粘贴于电池壳内侧或是电池表面。这样形成的充电线圈，一方面整机厚度较厚，且长时间使用后会出现无线充电线圈从壳体上脱落或是部分脱胶问题，可靠性差，最主要的是充电效率较低。目前，有提出直接成型在壳体上的方案，例如直接成型在电子设备的塑胶件上，但目前并未有直接成型于玻璃上的无线充电线圈。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，可直接将无线充电线圈成型于玻璃上，且线圈与玻璃牢固结合。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，包括以下步骤：1)清洗玻璃表面后，在350～500℃的温度下淬火处理所述玻璃；制备涂料：所述涂料包括纳米金属颗粒和有机溶剂，所述纳米金属颗粒在所述涂料中的质量分数为10％～30％，所述有机溶剂为酯类有机溶剂或者酮类有机溶剂；2)在所述玻璃的表面涂覆一层所述涂料，涂覆后将玻璃放置于温度在80～120℃的恒温箱中保温50～90分钟；3)使用功率在3～5W的激光镭射所述玻璃表面的涂料，在所述玻璃表面形成线圈形状；4)超声清洗所述玻璃表面后，将所述玻璃放置在含有金属成分的置换液体中进行金属置换，在所述玻璃表面形成可产生电感进行充电的线圈；其中，所述置换液体中的金属成分比所述涂料中的金属成分活泼；5)清洗步骤4)处理后的玻璃；6)对所述玻璃表面的线圈进行电镀处理，在所述玻璃上成型出无线充电线圈。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，先在一定温度下淬火处理玻璃增强玻璃的刚度和耐腐蚀性，再在其上涂覆一层含相对不活泼金属的涂料层并恒温保温一段时间，通过激光镭射破坏涂层表层，裸露出内部金属颗粒层，形成线圈形状，之后通过化学置换采用相对活泼的金属置换出涂料中的不活泼金属，置换的活泼金属在涂层上生长粘结在一起形成可产生电感的导体，从而最终在玻璃表面形成线圈。且采用上述办法，先通过涂料层与玻璃实现紧密结合，然后镭射仅破坏表层，不击穿整个涂料层，便于后续置换上的金属附着在涂料层上从而与玻璃紧密结合。本发明的方法，不仅实现了将无线充电线圈直接成型于玻璃上，而且成型后的线圈与玻璃紧密结合。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法流程图；

图2a是本发明具体实施方式的方法中步骤P1)处理后的玻璃的结构示意图；

图2b是本发明具体实施方式的方法中步骤P2)处理后的玻璃的结构示意图；

图2c是本发明具体实施方式的方法中步骤P4)处理后的玻璃的结构示意图；

图2d是本发明具体实施方式的方法中线圈上贴上屏蔽层后的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的构思是，将无线充电线圈直接成型于玻璃上。成型过程中需要考虑如何将线圈形成到玻璃上，且如何牢固结合。本发明通过淬火、激光镭射、化学置换等工艺处理，并配合相应的材料，最终在玻璃上成型出牢固结合的线圈。

如图1所示，为本具体实施方式的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法流程图，包括以下步骤：

P1)处理玻璃以及制备涂料。

准备好玻璃，将玻璃表面进行超声波清洗，然后在350～500℃的温度下淬火处理所述玻璃。在350～500℃的高温下淬火处理玻璃，从而改善玻璃表层分子的结构，改善应力，增强玻璃的钢化强度、耐腐蚀、耐抗性等性能，确保后续化学置换工艺与电镀工艺不会使玻璃破损或腐蚀。此处需保证温度在350～500℃，如果温度低于350℃，处理后的钢化强度仍然不高；如果温度高于500℃，玻璃在淬火处理过程中易发生脆裂。如图2a所示，为本步骤淬火处理后的玻璃。

制备涂料：所述涂料包括纳米金属颗粒和有机溶剂。在所述涂料中，所述纳米金属颗粒的质量分数为10％～30％，所述有机溶剂为酯类有机溶剂或者酮类有机溶剂。将纳米金属颗粒和粘稠状的有机溶剂混合后制成涂料，便于后续涂覆到玻璃表面。

P2)涂覆涂料及保温处理。具体为：在所述玻璃的表面涂覆一层所述涂料，涂覆后将玻璃放置于温度在80～120℃的恒温箱中保温50～90分钟。

上述钢化处理玻璃后，超声清洗玻璃，然后涂覆涂料。涂覆涂料后在80～120℃的恒温箱中保持一段时间，使得涂料层能够充分与玻璃紧密结合，且改善涂料层中水分子的含量，使后续置换工艺中形成的金属导体能够充分长在上面。涂覆时厚度控制在5～10μm，如果厚度太薄，将不利于后续置换后的金属的附着；如果厚度太厚，将难以确保涂覆后涂料层各处均较均匀。如图2b所示，为涂覆涂料后的玻璃结构示意图。本具体实施方式中，为便于操作，在整个表面均涂覆有涂料。在其它实施方式中，也可仅在玻璃表面待形成无线充电线圈的区域喷涂材料，而无需涂覆整个表面。

此步骤中涂覆的涂料仅为后续置换生长金属导体做准备，虽然涂料中含有金属颗粒，但金属颗粒之间存在较大空隙，并不连接在一起，不是可导电的导体，不能直接作为充电线圈。

P3)激光镭射：使用功率在3～5W的激光镭射所述玻璃表面的涂料，在所述玻璃表面形成线圈形状。

该步骤中，通过激光镭射出初始的线圈图形在涂料层上。线圈图形可为环形螺旋形状或者矩形螺旋形状。涂料层中溶剂材料包覆纳米金属颗粒，使得沿垂直于玻璃的方向观察涂料层，依次为上层表层、中间纳米金属颗粒层，底层。底层材料与玻璃紧密结合。控制镭雕激光的功率在3W～5W的范围内，从而镭射仅破坏涂料层中保护纳米金属颗粒的上表层，裸露出内部的纳米金属颗粒，形成初始的线圈形状。该功率范围下，并不击穿整个涂料层，这样使后续线圈导体附着在涂层的底层上，使线圈导体与玻璃之间的结合力相对较强。上述3W～5W的功率范围能实现上述效果，如果功率低于3W，将无法有效破坏涂料层的表层材料；而如果功率高于5W，将使整个涂料层被击穿，后续将无法发挥涂料层粘附结合线圈导体和玻璃的作用。

P4)金属置换：超声清洗所述玻璃表面后，将所述玻璃放置在含有金属成分的置换液体中进行金属置换，在所述玻璃表面形成可产生电感进行充电的线圈；其中，所述置换液体中的金属成分比所述涂料中的金属成分活泼。

该步骤中，通过活泼金属置换出涂料中的金属成分，从而使金属附着在涂料层的底层部分。而置换后的金属在底层上附着后是粘结在一起的可导电的导体，从而形成线圈主体。优选地，涂料中的金属颗粒为氧化铁金属颗粒；此处置换时，置换液体中的金属成分为铜。上述两种金属使用广泛，成本较低，便于成型方法应用于实际生产中。具体地，超声波清洗玻璃表面杂质后，放入到含铜的置换液体里，使铜置换出涂料层中已经裸露出的金属纳米颗粒，这样铜导体就生长在镭射出线圈形状内。通过置换时间能控制铜的置换厚度，例如厚度在10～15μm。

P5)清洗经过上述处理后的玻璃。清洗时可采用超声波清洗方法。

P6)对所述玻璃表面的线圈进行电镀处理，例如电学镀铜处理，在所述玻璃上成型出无线充电线圈。

前述置换步骤置换出的金属导体并不能很好满足线圈功能，因此在电镀池里面，继续电镀一层铜，增加线圈的厚度，从而增加线圈电感量和Q值，改善了无线充电效率。通过电镀处理可以很好地控制镀铜的厚度，优选地，控制厚度达到20～30μm。如图2c所示，为电镀处理后形成无线充电线圈后的玻璃结构示意图。该成型于玻璃上的线圈使用时，可制作相应的金属触点以分别对应线圈内部的馈点和外部的馈点所在的位置，也可直接通过导线分别连接线圈内部的馈点和外部的馈点，在此不再详细说明。

通过上述处理，即实现了在玻璃上直接成型出无线充电线圈，而且处理过程中，先使用涂料涂覆，再激光镭射后进行金属置换，置换后的金属微观上粘结在一起，成为可导电的线圈主体，且置换后的金属通过涂料层的底层材料与玻璃紧密结合，从而克服了玻璃上直接成型线圈时线圈与玻璃之间的结合问题。当玻璃选用智能电子设备中的玻璃组件时，即可直接在智能电子设备的玻璃组件上直接成型无线充电线圈。

对比目前传统的常用线圈设计方案；铜线绕制法，此方法公差比较大，一致性比较差，需要贴合，由于充电过程产生温度容易使贴合过程中使用的双面胶失效，而起翘或脱落；铜线圈制作过程中容易使表皮保护层破坏，这样线圈容易短路和氧化失效。本具体实施方式的方法，直接成型在玻璃上，无需贴合，线圈性能稳定，一致性好，精度高，故障率低。另外，目前手机、IPAD等智能电子产品都考虑到轻薄时尚性，而铜线绕制法得到的铜线圈厚度方向比本具体实施方式得到的线圈要厚0.3mm以上。

优选地，上述在玻璃上直接成型出无线充电线圈的方法，步骤6)中，电学镀铜处理之后还包括电学镀镍或锌的处理过程。例如，将玻璃放入电镀池内，在线圈表面电镀一层镍合金，厚度约在5μm。通过电镀镍或者锌，可以保护线圈导体，使其不易被氧化。

进一步优选地，在电镀成型出无线充电线圈后，还包括步骤P7)(图1中未示出)在玻璃表面的线圈的表层贴一层铁氧体屏蔽层。如图2d所示，在线圈表层贴附一层铁氧体屏蔽层。通过增设该屏蔽层，可增加充电过程中磁导率的闭环，增加线圈的电感量，进而增加充电效率，从而在玻璃上形成性能比较好充电的线圈。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)清洗玻璃表面后，在350～500℃的温度下淬火处理所述玻璃；制备涂料：所述涂料包括纳米金属颗粒和有机溶剂，所述纳米金属颗粒在所述涂料中的质量分数为10％～30％，所述有机溶剂为酯类有机溶剂或者酮类有机溶剂；2)在所述玻璃的表面涂覆一层所述涂料，涂覆后将玻璃放置于温度在80～120℃的恒温箱中保温50～90分钟；3)使用功率在3～5W的激光镭射所述玻璃表面的涂料，在所述玻璃表面形成线圈形状；4)超声清洗所述玻璃表面后，将所述玻璃放置在含有金属成分的置换液体中进行金属置换，在所述玻璃表面形成可产生电感进行充电的线圈；其中，所述置换液体中的金属成分比所述涂料中的金属成分活泼；5)清洗步骤4)处理后的玻璃；6)对所述玻璃表面的线圈进行电镀处理，在所述玻璃上成型出无线充电线圈。

2.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：所述步骤6)中，电学镀铜处理之后还包括电学镀镍或锌的处理过程。

3.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：还包括步骤7)，在所述玻璃表面的线圈的表层贴一层铁氧体屏蔽层。

4.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：所述步骤4)中，进行金属置换使所述线圈的厚度达到10～15μm；所述步骤6)中，所述电学镀铜处理使所述线圈的厚度达到20～30μm。

5.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：所述步骤2)中，涂覆的所述涂料的厚度在5～10μm。

6.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述线圈形状为环形螺旋形状或者矩形螺旋形状。

7.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述涂料中的金属颗粒为氧化铁金属颗粒；所述步骤4)中，所述置换液体中的金属成分为铜。

8.根据权利要求1所述的将无线充电线圈成型于玻璃上的方法，其特征在于：所述玻璃为智能电子设备中的玻璃。