CN105336465B - 一种无线充电和近场通讯用复合导磁片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线充电和近场抗干扰用复合导磁片及其制备方法，复合导磁片包括最上层材料、中间层材料和最下层材料，其中，所述最上层材料及最下层材料均为软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片；所述中间层材料至少是一层磁性金属薄片或由磁性金属薄片和软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片的组合体，所述磁性金属薄片其中一面或两面粘附有双面胶；所述最上层材料、所述中间层材料和所述最下层材料经过热压后一次成型。本发明在进行NFC通讯功能时，提供足够的磁导率，从而保证足够的通讯距离，满足近场通讯的要求；同时，防止NFC通讯功能对其他处理器造成干扰，相应地，防止其他处理器对NFC天线自身的干扰。

Description

一种无线充电和近场通讯用复合导磁片及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，特别涉及一种用于无线充电和近场抗电磁干扰用的复合导磁片材料以及涉及制备该材料的方法，其中复合导磁片材料可以作为无线充电(Wireless Power Charging，缩写WPC)领域发射端和接收端感应线圈导磁用磁性材料，也可以作为近场抗电磁干扰和近场通讯(Near Field Communication，缩写为NFC)用磁性材料，特别是可用于便携式终端等设备，同时满足无线充电和NFC天线导磁的双重功能，另外，还具有抗电磁干扰的功能。

背景技术

随着移动数码电子产品的发展，特别是手机产品中集成的功能越来越多，包括无线充电技术、近场通讯NFC技术、手机支付MST技术等，越来越被人们接受并广泛使用。但是，在多功能集成化的同时，势必带来相互之间的干扰和冲突。解决冲突的方法有很多，但是，最直接的方法就是应用不同的磁性材料，进行有效的隔离和导通。针对不同频率下使用的不同功能，对磁性材料的要求越来越高。很难有一种材料同时满足不同频段应用的需求，同时满足无线充电、近场通讯(NFC)和抗近场抗电磁干扰(EMI)等功能。

无线充电技术，是指利用电磁波感应原理进行充电，原理类似于变压器。在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。便携式终端、手机数码、摄像机等电子设备中的锂离子电池的充电，都是一个逆变器把交流电变换为直流电进行充电，而无线充电技术，是把交流电变换成高频100kHz及以上，然后利用电磁感应的原理，通过供电端线圈耦合到受电端线圈，然后经过交流变换到直流给二次电池充电。

目前，越来越多的便携式电子设备的充电技术逐步向无尾化(非接触式充电)迈进，无线充电技术飞速发展，以电磁感应方式充电为最普遍。但是，无线充电线圈背面多使用铁氧体软磁材料作为导磁材料，铁氧体材料如果加工成薄片，非常容易断裂，成品率低，同时，铁氧体材料的饱和磁感应强度低，大电流充电时需要很大的厚度才能防止饱和，存在致命弱点。随着电子设备小型化的要求，铁氧体材料不能满足超轻超薄的要求。充电线圈的结构不像电磁炉那样要求宽泛，甚至需要绕制平面线圈，从而降低厚度。在这些结构设计中，将磁性材料用作加强发射端线圈和接收端线圈的耦合磁芯。

当快速充电或大电流充电的场合，势必带来充电线圈和磁性材料的发热，甚至是带给其他周边部件感应加热，带来致命的影响。为了解决上述问题，需要用磁性屏蔽材料对线圈带来的磁通量进行屏蔽。对于屏蔽材料，要求磁导率高，饱和磁感高，厚度大和面积大都是有利的因素。但是，便携式终端不允许预留足够的空间，需要提供一种柔性超薄和高磁导率低损耗的材料，实现屏蔽效果。

发明专利(申请号：201510205464.0)中发明了一种导磁材料，提出的非晶带材和纳米晶带材都是优良的软磁材料，非晶材料和纳米晶材料可以制备到30μm以下的数量级，其他材料很难与之媲美。高磁导率和高饱和磁感也是其优势之一。

在无线充电模块中，磁性材料的功能包括两方面，一方面是为电磁感应的线圈耦合提供高磁导率的通道，提高充电效率；另一方面是保证感应线圈的交变磁场带来的磁力线，对其他电子部件不产生干扰，起到屏蔽作用。但是，第一方面的功能为主要功能，屏蔽功能由后续复合的铁氧体材料弥补。

作为无线充电导磁片用的非晶材料和纳米晶材料，薄带状态下的磁导率和饱和磁感都满足要求，但是，在高频下的损耗主要来自于涡流损耗，导致充电线圈的耦合效率低，品质因数Q低，涡流损耗较大。作为屏蔽功能使用满足要求。需要采用处理工艺降低涡流损耗，减小磁性材料的面积可以降低涡流损耗，也就是把非晶纳米晶磁性薄片整体片材进行小单元分割，单体小单元下的磁通小，面积小，涡流小，同时，断开了整个导磁片面积内的大循环涡流，使得耦合后的损耗降低，发热减少。将磁性薄片进行分割成小面积的单元的方法有很多，也有专利公开其中的技术，在以往公开的专利中，例如专利号为201280062847.1中的专利显示，磁场屏蔽片及其制造方法和无线充电器用接收装置，专利中提到了采用层压的方法使得细片间绝缘，提高充电效率，通过单片磁性薄片上下两面施加保护膜或胶带的方式，然后进行压碎的方式，存在不能连续生产和工序繁杂的缺点。上述专利中采用层压的方式，使得磁性薄片两面的胶挤入碎片之间，保证碎片之间的绝缘。加工碎片的方式采用两层胶夹持非晶或纳米晶薄片的方式，然后压碎。

近场通讯功能要求的磁性材料在13.56MHz频率附近，具有高的磁导率，同时，导磁材料的损耗尽可能的小，也就是保证了通讯读卡距离。软磁粉末与高分子树脂材料的复合薄片材料，能够满足损耗的要求，但是，磁导率实部偏小，读卡距离不够理想。

目前，对于近场通讯功能提供的磁性材料主要是铁氧体材料，但是，铁氧体材料的厚度很难低于60μm，对于复合无线充电功能的磁性材料，厚度大于0.2mm是非常普遍。另外，还有采用软磁粉末球磨扁平化，与高分子树脂复合制备的导磁材料，磁导率很难达到60以上，无法保证NFC的读卡距离在50-100mm，磁导率是主要的制约因素。因此，制备具有多种功能的复合材料，提供不同频段特性应用，是目前材料领域比较迫切的研究任务。

国内其他专利公开信息显示，目前，对具有多重功能的无线充电和近场通讯用磁性材料的研究，还局限在单一材料的性能提升方面，对复合磁性材料的研究较少。采用单一软磁材料，无疑是对便携式电子终端的薄型化发展不利，也影响可穿戴电子终端的小型化发展。

综上所述，现有的复合导磁材料存在作为无线充电和近场通讯用的导磁片的使用和制备问题，作为无线充电用的导磁片材料，非晶薄带和纳米晶薄带具有热处理后脆化，不容易连续制备的缺点，同时作为近场通讯NFC用复合柔性薄片，具有磁导率低、读卡距离不足等缺点。并且采用单一材料无法同时满足无线充电和近场通讯双重功能的兼容要求，简单贴装复合无法保证整体材料厚度的要求。因此，如何将上述现有技术加以解决，而研究一种无线充电和近场通讯用复合导磁片及其制备方法，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的缺陷，本发明的主要目的是提供一种无线充电和近场通讯用复合导磁片，借助非晶薄带或纳米晶薄带裂纹化处理来减少涡流损耗带来的充电效率的损失，以及与高分子树脂复合材料热压后解决非晶薄带或纳米晶薄带表面裂纹绝缘处理的问题，大大降低磁性薄带的涡流损耗。同时，扁平状软磁粉末与树脂材料复合后的柔性薄片，用于解决NFC近场通讯天线导磁问题，一方面解决了高频下界面阻抗问题，另一方面，借助非晶或纳米晶薄带的高磁导率，解决NFC天线读卡距离短的问题。

本发明的另一目的在于，提供一种上述无线充电和近场通讯用复合导磁片的制备方法，该方法在金属薄片(包含非晶带材或纳米晶薄带)裂纹化处理后，通过与涂布好的粉末树脂薄片复合层压，在一定热压温度下，树脂重融进入金属薄片的裂纹中，保证裂纹被完整填充，同时，包覆所有的非晶或纳米晶薄片的细小单元的各个裸露面积，使得相互之间绝缘，最大限度的减少涡流损耗，同时，最外层是粉末树脂薄片材料，解决了表面防护和耐蚀等问题。该方法一次成型，直接压制成相应的厚度，然后经过模切工序即可得到最终产品的形态。

为了达到上述目的，本发明提供一种无线充电和近场抗干扰用复合导磁片，包括最上层材料、中间层材料和最下层材料，其中，

所述最上层材料及最下层材料均为软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片；

所述中间层材料是至少一层磁性金属薄片和/或至少一层由所述磁性金属薄片和所述软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片复合而成的组合体，所述磁性金属薄片其中一面或两面粘附有双面胶；所述磁性金属薄片的表面具有均匀的裂纹；

所述最上层材料、所述中间层材料和所述最下层材料经过热压后一次成型。

在上述无线充电和近场抗干扰用复合导磁片中，作为一种优选实施方式，所述软磁粉末是铁硅铝、铁硅或铁镍，所述软磁粉末的形状是薄片状，厚度小于2μm，长度大于30μm。

在上述无线充电和近场抗干扰用复合导磁片中，作为一种优选实施方式，所述树脂材料是环氧树脂、聚氨酯、改性橡胶、丙烯酸类树脂；所述软磁粉末与所述树脂材料合成的复合薄片厚度在50-300μm之间。

在上述无线充电和近场抗干扰用复合导磁片中，作为一种优选实施方式，所述的磁性金属薄片为非晶薄片或纳米晶薄片，更优选地，所述非晶薄片的厚度范围是18-28μm，所述纳米晶薄片的厚度范围是15-28μm。

在上述无线充电和近场抗干扰用复合导磁片中，作为一种优选实施方式，所述的中间层为磁性金属薄片/双面胶、磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片、磁性金属薄片/双面胶/复合薄片/双面胶/磁性金属薄片、磁性金属薄片/双面胶/复合薄片/磁性金属薄片/双面胶、或双面胶/磁性金属薄片/复合薄片/磁性金属薄片/双面胶。

为了达到上述目的，本发明还提供一种上述无线充电和近场抗干扰用复合导磁片的制备方法，其包括如下步骤:

软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片的制作步骤；

磁性金属薄片的制作步骤；

压制步骤，根据结构要求将所述软磁粉末与所述树脂材料合成的复合薄片及所述磁性金属薄片叠放在一起，然后进行层压处理，形成多层复合导磁片。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片的制作步骤中，将所述软磁粉末依次进行扁平化处理、筛分和热处理，之后将热处理后的所述软磁粉末与所述树脂材料混合制作浆料，再将所述浆料涂布、烘干，并裁切成需要尺寸，从而得到所述软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片；更优选地，所述扁平化处理为球磨扁平化处理；所述软磁粉末的热处理温度为500-680℃，保温时间为50-100min；所述浆料的具体制作方法如下：将所述软磁粉末与所述树脂材料加入溶剂中进行搅拌混合，其中，所述软磁粉末、所述树脂材料与所述溶剂的质量比为(5-15):(1-3):(5-15)，所述搅拌混合时间优选为30-200min，所述溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮或丙酮。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述磁性金属薄片的制作步骤中，将非晶薄片或纳米晶带材分卷成卷材，并对所述卷材进行热处理，再将热处理后的卷材与双面胶单面贴合，贴合后卷材进行裂纹化处理，并裁切需要尺寸，从而得到所述磁性金属薄片。所述非晶薄片的热处理温度范围优选是380-520℃，所述纳米晶薄片的热处理温度范围优选是450-650℃。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述压制步骤之后还包括贴膜步骤，将所述多层复合导磁片的外层贴保护膜，并模切成所需的大小形状，所述保护膜优选是PET保护膜。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述压制步骤中，层压的温度在120℃-240℃之间，使所述树脂材料重新融化后填充到表面裂纹化的磁性金属薄片的裂纹中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

在本发明中，分别制备两种软磁薄片即软磁粉末与所述树脂材料合成的复合薄片和磁性金属薄片，一种是树脂与软磁粉末复合的柔性树脂薄片，借助制浆涂布的方法，制备成半成品薄片即复合薄片，另一种是借助在非晶带材或纳米晶带材单面覆膜，增加裂纹化处理的效果，控制裂纹化的程度，制备得到不同磁导率的金属软磁薄片即磁性金属薄片，然后，两种薄片经过不同的组合进行复合压制，控制压制的温度和压力，从而得到复合导磁片材料。在热压过程中，树脂材料重融增加了金属薄片的裂纹绝缘性，从而可以控制导磁片的磁导率，通过控制裂纹的间距，改变细小碎片的尺寸，从而控制涡流损耗的大小，降低充电过程中的发热，提高充电效率；也是在细小的碎片表面进行了防护，避免了在使用过程中的水分或腐蚀的影响。反之，裂纹化的金属薄片提供了足够的磁导率，在近场通讯频率范围内，大大提高了NFC天线的读写距离，弥补了柔性粉末树脂材料的高频磁导率不足的缺点。总之，本发明提供了一种同时满足无线充电磁导率要求和近场通讯导磁材料磁导率要求的复合导磁片材料。

附图说明

图1为本发明一种无线充电和近场通讯用复合导磁片的简单三层复合结构剖视图；

图2为本发明的复合导磁片的制造工序流程图；

图3为本发明的柔性粉末树脂薄片的剖视图；

图4为本发明的单面覆双面胶的薄片状态的剖视图；

图5为本发明覆双面胶的薄片裂纹化处理工序的剖视图；

图6为本发明覆双面胶的薄片裂纹化处理后状态的剖视图；

图7为本发明裂纹化处理后非晶或纳米晶带材表面状态的示意图；

图8为本发明一种复合导磁片组合结构的剖视图；

图9为本发明另一种复合导磁片组合结构的剖视图；

图10为本发明再一种复合导磁片组合结构的剖视图；

图11为本发明又一种复合导磁片组合结构的剖视图；

图12为本发明又一种复合导磁片组合结构的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的一种无线充电和近场通讯用复合导磁片包括三层结构，最上和最下两层是同种软磁材料，中间层是另外一种软磁材料层或两种以上的软磁材料复合层，具体地，最上层材料及最下层材料均为软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片；中间层材料是至少一层磁性金属薄片和/或至少一层由磁性金属薄片和粉末与树脂合成的复合薄片复合而成的组合体，所述的磁性金属薄片的其中一面或两面粘附有双面胶，所述磁性金属薄片的表面具有均匀的裂纹；最上层材料、中间层材料和最下层材料经过热压后一次成型。

上述的软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片材料，其中软磁粉末可以是铁硅铝、铁硅或铁镍材料，其可以是常规铁硅铝、铁硅或铁镍软磁粉末，也可以是非晶或纳米晶形态的铁硅铝、铁硅或铁镍软磁粉末，粉末形状是薄片状，是经过球磨加工而成的，具有扁平状结构，厚度小于2μm(比如0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.9μm、1.0μm、1.2μm、11.4μm、1.6μm、1.8μm)，扁平状粉末长度大于30μm(比如31μm、33μm、35μm、38μm、40μm、42μm、44μm、48μm、50μm)，粉末的厚度和长度对磁导率性能有影响，厚度越大，磁导率u”越高，损耗高；粉末长度越大，磁导率u'越大，有利于导磁；长度/厚度的数值越大越好；树脂材料可以是环氧树脂、聚氨酯、改性橡胶(比如硫化橡胶)、丙烯酸类树脂等本领域常用的吸波树脂材料；软磁粉末与树脂材料混合制备浆料，经过涂布工艺制成复合薄片，复合薄片的厚度在50-300μm之间(比如52μm、60μm、90μm、120μm、180μm、200μm、220μm、250μm、280μm)。

上述的磁性金属薄片使用非晶薄片或纳米晶薄片，非晶薄片的厚度范围是18-28μm(比如20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm)，纳米晶薄片的厚度范围是15-28μm；(比如16μm、18μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm)非晶薄片的热处理温度范围是380-520℃(比如385℃、405℃、420℃、450℃、480℃、500℃、510℃)，纳米晶薄片的热处理温度范围是450-650℃(比如455℃、470℃、500℃、550℃、580℃、600℃、610℃、640℃)；磁性金属薄片与双面胶粘合后，经过压印辊和平面辊夹持和压印，使得磁性薄片的表面发生无规则的裂纹化。

在上述无线充电和近场通讯用复合导磁片中，当中间层材料是多层磁性金属薄片时，各层磁性金属薄片既可以是非晶薄片也可以是纳米晶薄片，非晶薄片和纳米晶薄片在同一复合导磁片中可以同时存在。

本发明的复合导磁片的层数叠放方式可以有多种，可以是复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/复合薄片；也可以是复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片/复合薄片；也可以是复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/复合薄片/双面胶/磁性金属薄片/复合薄片；也可以是复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/复合薄片；或复合薄片/双面胶/磁性金属薄片/复合薄片/磁性金属薄片/双面胶复合薄片/，以此类推，可以由上述方式继续组合结构，从而复合出所需的导磁片。

上述复合导磁片材料是由复合薄片材料和磁性金属薄片叠放在一起，然后层压工艺制备得到，层压的温度在120-240℃之间(比如121℃、125℃、150℃、180℃、200℃、210℃、220℃、230℃)，复合薄片中的树脂材料重新融化后可以填充到表面裂纹化的金属薄片的裂纹中，形成进一步的复合结构。经过层压后的复合材料，层间具有很好的绝缘效果，同时，粉末树脂复合薄片包裹金属磁性薄片，在内部裂纹填充树脂绝缘，同时，外表面实现绝缘保护和耐蚀保护，具有双重保护功能。高导磁的金属材料和低导磁的粉末树脂材料复合，得到了从低频段到高频段同时具有高导磁和低损耗的复合材料，解决了无线充电和近场通讯不同频段磁导率的要求，降低了这两种功能同时实现的磁性材料的厚度和加工成本。

上述的复合导磁片的制备方法包括如下步骤：

软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片制作步骤，其具体是：将软磁粉末进行扁平化球磨处理，对扁平化粉末进行筛分和热处理，热处理后与树脂混合制备浆料，然后通过水平涂布的方式均匀涂布在离型膜表面，连续烘干后得到扁平粉末取向一致，平行于基体离型膜的膜面方向排布，保证获得最高的磁导率实部，和最低磁导率虚部，损耗最小，最后按照需要尺寸裁切，得到软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片。

在上述复合薄片制作步骤中，未扁平化的软磁粉末可以是从市场上直接购买的，也可以采用本领域常规方法进行制备，比如机械合金化法、球磨法或双流雾化法等。所述扁平化球磨处理采用本领域常规的高能球磨处理工艺，优选采用行星式球磨机进行球磨。在此不再一一赘述。按照扁平化软磁粉末的大小要求将厚度小于2μm，长度大于30μm的软磁粉末筛分出来并进行热处理，优选地，所述软磁粉末的热处理温度为500-680℃(比如520℃、550℃、580℃、600℃、620℃、650℃、670℃)，热处理时间为50-100分钟(比如60min、70min、80min、90min)，所述浆料的具体制作方法为：在常温下将软磁粉末、树脂以及溶剂以质量比为(5-15):(1-3):(5-15)进行搅拌混合，搅拌时间为30-200min(比如40min、60min、80min、120min、150min、180min、190min)，溶剂为有机高分子类材料，如N-甲基吡络烷酮，丙酮等类似溶剂。

磁性金属薄片制作步骤，具体是由非晶或者纳米晶带材分卷成卷材，并对卷材进行热处理，将热处理后的卷材与双面胶单面贴合，贴合后卷材通过平面辊和压印辊进行裂纹化处理，即得到表面裂纹化的磁性金属薄片，并裁切需要尺寸；

在上述磁性金属薄片制作步骤中，所述非晶薄片的热处理温度范围优选是380-520℃，所述纳米晶薄片的热处理温度范围优选是450-650℃。所述裂纹化处理是通过压印设备来完成的，所述压印设备包括压印辊和与所述压印辊配合使用的平面辊，所述压印辊和所述平面辊夹持粘贴有双面胶的带材并通过所述压印辊的压印实现所述带材裸露面的裂纹化处理，其中所述压印辊的辊面与所述带材的裸露面接触，所述平面辊的辊面与所述带材上粘附的双面胶的自由面接触，从而通过压印辊的压印使得带材的表面发生规则的裂纹化，裂纹之间的细小碎片单元尺寸范围是0.2mm-10mm(比如0.3mm、0.5mm、2mm、4mm、5mm、8mm、9mm)。压印辊的表面形貌可以是半圆型、菱形或尖角型，平面辊和压印辊之间的压力范围是0.1-1Mpa(比如0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa)，平面辊和压印辊之间的缝隙小于0.2mm(比如0.001mm、0.005mm、0.01mm、0.04mm、0.08mm、0.1mm)。碎片和裂纹的尺寸均对金属薄片的磁导率有影响，裂纹尺寸大，磁导率低，碎片尺寸大了磁导率高，根据所需磁导率要求来控制裂纹尺寸和碎片尺寸。

压制步骤，将制好的软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片和表面裂纹化的磁性金属薄片按照需要的结构要求码放并进行层压，层压的温度在120-240℃之间，层压的时间为3-40min，层压的压力为10-20MPa。复合薄片中的树脂材料重新融化后可以填充到表面裂纹化的金属薄片的裂纹中，形成进一步的复合结构，得到复合导磁材料。经过层压后的复合导磁材料，层间具有很好的绝缘效果，同时，粉末树脂复合薄片包裹金属磁性薄片，在内部裂纹填充树脂绝缘，同时，外表面实现绝缘保护和耐蚀保护，具有双重保护功能。高导磁的金属材料和低导磁的粉末树脂材料复合，得到了从低频段到高频段同时具有高导磁和低损耗的复合材料，解决了无线充电和近场通讯不同频段磁导率的要求，降低了这两种功能同时实现的磁性材料的厚度和加工成本。

本发明还包括贴膜步骤，将所述多层复合导磁片的外层贴保护膜，保护膜可为黑色PET保护膜。

上述的方法是分别制备两种软磁薄片，一种是树脂材料与软磁粉末复合的柔性树脂薄片，借助制浆涂布的方法，制备成半成品薄片，同时，借助在非晶带材或纳米晶带材单面覆膜，增加裂纹化处理的效果，控制裂纹化的程度，制备得到不同磁导率的金属软磁薄片，然后，两种薄片经过不同的组合进行复合压制，控制压制的温度和压力，从而得到复合导磁片材料。在热压过程中，树脂材料重融增加了金属薄片的裂纹绝缘性，从而可以控制导磁片的磁导率，通过控制裂纹的间距，改变细小碎片的尺寸，从而控制涡流损耗的大小，降低充电过程中的发热，提高充电效率；也是在细小的碎片表面进行了防护，避免了再使用过程中的水分或腐蚀的影响。反之，裂纹化的金属薄片提供了足够的磁导率，在近场通讯频率范围内，大大提高了NFC天线的读写距离，弥补了柔性粉末树脂材料的高频磁导率不足的缺点。总之，通过上述的方法制备了一种同时满足无线充电磁导率要求和近场通讯导磁材料磁导率要求的复合导磁片材料。

下面通过附图及后述的详细说明，能够使本发明一种复合导磁片的制备方法的特征及优点更加明确。

如图1所示，为本发明一种无线充电和近场通讯用复合导磁片的简单三层复合结构剖视图；该复合导磁片的上下层材料均为软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片，中间层材料为磁性金属薄片，双面胶的一面粘附或粘合于所述磁性金属薄片其中一面，此种简单三层结构是通过图2所示的工艺流程制备得到的。复合导磁片的制备工艺流程如图2所示，S11到S16为软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片制备流程，从S21到S26为单层非晶或纳米晶导磁片制备流程，S31到S32步骤为通过复合工艺贴合成三层或多层，然后经过一定温度的热压成型，得到性能良好的复合导磁片材料，然后在多层复合导磁片的外侧贴合黑色PET保护膜。金属软磁粉末扁平化后与树脂混合制备浆料，然后通过水平涂布的方式均匀涂布在离型膜表面，连续烘干后得到扁平粉末取向一致，平行于基体离型膜的膜面方向排布，保证获得最高的磁导率实部，和最低磁导率虚部，损耗最小，粉末树脂复合薄片的截面形貌如图3所示，粉末树脂复合薄片中包含扁平粉末31和树脂基材32，扁平状粉末平行于膜面方向排列均匀，粉末颗粒之间有树脂32隔离绝缘，降低损耗的同时，确保薄片材料的强度和柔韧性。磁性金属薄片主要是由非晶或纳米晶带材单面贴合双面胶，如图4所示，其中非晶或纳米晶带材43上面贴合粘结胶42，然后是离型膜41。经过平面辊2和压印辊3之间裂纹化处理，如图5所示。从而得到图6所示结构，其中离型膜61，粘结胶62，以及裂纹化的非晶或纳米晶带材碎片63，可以看到均匀的裂纹64。裂纹化的非晶或纳米晶带材表面如图7所示，其中，带材碎片71和裂纹72均匀分布，碎片的尺寸形状可以通过压印辊3来控制，通过改变压印辊3的表面形貌，以及平面辊2和压印辊3之间的压力和缝隙大小，从而控制裂纹72的密度和碎片71的大小，碎片71的尺寸在0.2-10mm之间，裂纹72的宽度小于0.2mm，制备不同磁导率的金属薄片，待与图3所示的粉末树脂柔性复合薄片复合成型。

如图8至12所示，分别为本发明复合导磁片材料不同组合结构的剖视图，即将软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片(简称粉末树脂复合薄片)与表面裂纹化的磁性金属薄片按照所需的结构和层数压制而得到的复合导磁片材料。如图8所示，为三层复合结构，该三层复合结构为粉末树脂复合薄片/金属薄片/双面胶/粉末树脂复合薄片，也就是81/82/83/81的结构，其中金属薄片裂纹化处理得到的裂纹84，经过热压后内部充满树脂实现电绝缘，降低了金属薄片在无线充电应用时的涡流损耗。根据无线充电的实际电流要求，采用单层的非晶或纳米晶导磁片材料复合制备双层或多层的导磁片，然后获得如图9所示的结构，外侧是粉末树脂复合薄片91，中间是双层金属薄片92，在双层金属薄片之间是双面胶93，同样的裂纹94中充满树脂绝缘，结构为91/92/93/92/91。也可以做成图10的5层结构，粉末树脂复合薄片101，金属磁性薄片102，双面胶103，裂纹104，叠层结构为101/102/103/101/103/102/101。图11和图12是类似图10结果的变换，只是叠放方向不同，图11是同样是五层结构，粉末树脂复合薄片111，金属磁性薄片112，双面胶113，裂纹114，叠层结构为111/112/123/121/112/113/111。图12同样是五层结构，与图10及图11的叠放顺序不同，粉末树脂复合薄片121，金属磁性薄片122，双面胶123，裂纹124，叠层结构为121/123/122/121/122/123/121，可见，上述复合导磁片的层数叠放方式，可以是复合薄片/金属薄片/复合薄片三层结构；也可以是复合薄片/金属薄片/胶/金属薄片/复合薄片；也可以是复合薄片/金属薄片/复合薄片/金属薄片/复合薄片五层结构；以此类推，可以由上述方式继续组合结构。

本发明实施例所制备的复合导磁片样品与对比例样品中，柔性粉末树脂复合薄片的成分为铁硅铝(Fe₈₅Si_9.5Al_5.5(wt.％))和聚氨酯(分子量为1000-2000)，其具体制备方法如下：将铁硅铝粉末进行扁平化处理，之后筛选出粉末长径比为50，粉末厚度1.1μm，长度尺寸为55μm的铁硅铝粉末在600℃条件下进行热处理60min，热处理后将其与聚氨酯和丙酮以11：2:10的质量比混合制备浆料，然后通过水平涂布的方式均匀涂布在离型膜表面，连续烘干后得到扁平粉末取向一致，平行于基体离型膜的膜面方向排布的软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片。

本发明实施例所制备的复合导磁片样品与对比例样品中，磁性金属薄片为非晶或纳米晶材料，具体的非晶材料成分为Fe₇₈Si₉B₁₃(at.％)，纳米晶成分为Fe₇₅Cu₁Nb₃Si₁₄B₇(at.％)，具体制备工艺中的热处理温度如表1，热处理时间为60分钟，裂纹化处理后金属薄片的裂纹宽度为0.2mm，碎片大小为4-6mm。层压步骤中的层压时间均为30min，层压压力为15MPa，分别采用本发明技术和现有公开技术，在相同的工艺条件下对比实验，制备无线充电和近场通讯用复合导磁片材料，具体的对比例工艺参数列于表1，实施例的工艺参数列于表2。制备的导磁片材料采用相同的测量仪器和方法，测试频率为100kHz和13.56MHz，所用测试设备为安捷伦4980ALCR表。

如本发明表1所示，对比例1-5的具体结构及工艺参数如下：

对比例1的结构为单层粉末树脂复合薄片，粉末成分为铁硅铝，金属粉末的处理温度为600℃，粉末长径比为50，扁平化方式为球磨；

对比例2的结构为磁性金属薄片/双面胶，磁性金属薄片为非晶带材，磁性金属薄片的处理温度为480℃，裂纹化方式为辊压；

对比例3的结构为磁性金属薄片/双面胶，磁性金属薄片为纳米晶带材，磁性金属薄片的处理温度为560℃，裂纹化方式为辊压；

对比例4的结构为磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片，磁性金属薄片为非晶带材，磁性金属薄片的处理温度为480℃，裂纹化方式为辊压；

对比例5的结构为磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片，磁性金属薄片为纳米晶带材，磁性金属薄片的处理温度为560℃，裂纹化方式为辊压。

表1本发明对比例工艺参数表

备注：1——粉末树脂复合薄片；2——磁性金属薄片；3——双面胶

如本发明表2所示，根据实施例1-6制成的复合导磁片的具体结构及工艺参数如下：

在实施例1中，复合导磁片的结构为图1中的三层复合结构，粉末树脂复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/粉末树脂复合薄片，即1/2/3/1，其中，磁性金属薄片为非晶带材，粉末树脂复合薄片粉末成分为铁硅铝，金属薄片的处理温度为480℃，粉末长径比为50，层压温度为180℃。

在实施例2中，复合导磁片的结构为图9中的结构，粉末树脂复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片/粉末树脂复合薄片的结构，即1/2/3/2/1，其中，磁性金属薄片为非晶带材，粉末成分为铁硅铝，磁性金属薄片的处理温度为480℃，粉末长径比为50，层压温度为180℃。

在实施例3中，复合导磁片的结构为图10中的五层结构，粉末树脂复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/粉末树脂复合薄片/双面胶/磁性金属薄片/粉末树脂复合薄片的结构，1/2/3/1/3/2/1，其中，磁性金属薄片为非晶带材，粉末成分为铁硅铝，磁性金属薄片的处理温度为480℃，粉末长径比为50，层压温度为180℃。

在实施例4中，复合导磁片的结构为图1中的三层复合结构，粉末树脂复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/粉末树脂复合薄片，即1/2/3/1，其中，磁性金属薄片为纳米晶带材，粉末成分为铁硅铝，磁性金属薄片的处理温度为560℃，粉末长径比为50，层压温度为180℃。

在实施例5中，复合导磁片的结构为图9中的结构，粉末树脂复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片/粉末树脂复合薄片的结构，即1/2/3/2/1，其中，磁性金属薄片为纳米晶带材，粉末成分为铁硅铝，磁性金属薄片的处理温度为560℃，粉末长径比为50，层压温度为180℃。

在实施例6中，复合导磁片的结构为图10中的五层结构，粉末树脂复合薄片/磁性金属薄片/双面胶/粉末树脂复合薄片/双面胶/磁性金属薄片/粉末树脂复合薄片的结构，1/2/3/1/3/2/1，其中，磁性金属薄片为纳米晶带材，粉末成分为铁硅铝，磁性金属薄片的处理温度为560℃，粉末长径比为50，层压温度为180℃。

表2本发明实施例工艺参数表

备注：1——粉末树脂复合薄片；2——金属薄片；3——双面胶

对比例和实施例的实验结果测试数据列于表3中，实验结果表明，在相同的材料成分条件下，组合方式不同，叠层数量不同，对于无线充电频率段和近场通讯频率段的磁导率实部虚部都随之变化。

表3本发明导磁片产品性能对比表

备注：1——粉末树脂复合薄片；2——金属薄片；3——双面胶

综上所述，本发明提出的复合软磁材料，主要是采用软磁粉末和高分子材料混合的抗干扰吸波材料，与非晶纳米晶超薄带材加工而成的无线充电导磁材料复合而成。其中，抗干扰的吸波材料是通过鳞片状软磁合金粉末与高分子树脂混合，制成浆料后涂布成膜，然后等待与表面裂纹化的非晶纳米晶超薄带材复合压制，在热压过程中高分子材料与表面裂纹化的非晶纳米晶材料充分融合，使得裂纹之间有高分子树脂进入，增加绝缘电阻，降低材料涡流损耗，提高充电效率。本发明的优点是复合材料的层数不受限制，可以是但至少是3层复合，即双层吸波材料中间夹一层导磁片材料。本发明提出的复合软磁材料具有磁导率可控、使用方便、柔性易加工和耐蚀耐老化等特点。

并且本发明的复合导磁材料可以用于便携式终端等设备，同时满足无线充电和NFC天线导磁的双重功能，另外，还具有抗电磁干扰的功能。进行无线充电方式充电时，提高充电线圈的耦合效率，防止发射端和接收端对其他电路的电磁场干扰，为发射端和接收端线圈的交变磁场提供磁通路，保证绝大部分磁力线闭合，提高充电效率；在进行NFC通讯功能时，提供足够的磁导率，从而保证足够的通讯距离，满足近场通讯的要求；同时，防止NFC通讯功能对其他处理器造成干扰，相应地，防止其他处理器对NFC天线自身的干扰。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种无线充电和近场抗干扰用复合导磁片，其特征在于，包括最上层材料、中间层材料和最下层材料，其中，

所述最上层材料及最下层材料均为软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片；

所述中间层材料是至少一层磁性金属薄片和/或至少一层由所述磁性金属薄片和所述软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片复合而成的组合体，所述磁性金属薄片其中一面或两面粘附有双面胶；所述磁性金属薄片的表面具有均匀的裂纹；

所述最上层材料、所述中间层材料和所述最下层材料经过热压后一次成型；

所述软磁粉末是铁硅铝、铁硅或铁镍，所述软磁粉末的形状是薄片状，厚度小于2μm，长度大于30μm。

2.根据权利要求1所述的无线充电和近场抗干扰用复合导磁片，其特征在于，所述树脂材料是环氧树脂、聚氨酯、改性橡胶、丙烯酸类树脂；所述软磁粉末与所述树脂材料合成的复合薄片厚度在50-300μm之间。

3.根据权利要求1所述的无线充电和近场抗干扰用复合导磁片，其特征在于，所述的磁性金属薄片为非晶薄片或纳米晶薄片。

4.根据权利要求3所述的无线充电和近场抗干扰用复合导磁片，其特征在于，所述非晶薄片的厚度范围是18-28μm，所述纳米晶薄片的厚度范围是15-28μm。

5.根据权利要求1所述的无线充电和近场抗干扰用复合导磁片，其特征在于，所述的中间层为磁性金属薄片/双面胶、磁性金属薄片/双面胶/磁性金属薄片、磁性金属薄片/双面胶/复合薄片/双面胶/磁性金属薄片、磁性金属薄片/双面胶/复合薄片/磁性金属薄片/双面胶、或双面胶/磁性金属薄片/复合薄片/磁性金属薄片/双面胶。

6.权利要求1至5任一所述的无线充电和近场抗干扰用复合导磁片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片的制作步骤；

磁性金属薄片的制作步骤；

压制步骤，根据结构要求将所述软磁粉末与所述树脂材料合成的复合薄片及所述磁性金属薄片叠放在一起，然后进行层压处理，形成多层复合导磁片。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片的制作步骤中，将所述软磁粉末依次进行扁平化处理、筛分和热处理，之后将热处理后的所述软磁粉末与所述树脂材料混合制作浆料，再将所述浆料涂布、烘干，并裁切成需要尺寸，从而得到所述软磁粉末与树脂材料合成的复合薄片；所述软磁粉末的热处理温度为500-680℃，保温时间为50-100min；所述浆料的具体制作方法如下：将所述软磁粉末与所述树脂材料加入溶剂中进行搅拌混合，其中，所述软磁粉末、所述树脂材料与所述溶剂的质量比为(5-15):(1-3):(5-15)；

所述磁性金属薄片的制作步骤中，将非晶薄片或纳米晶带材分卷成卷材，并对所述卷材进行热处理，再将热处理后的卷材与双面胶单面贴合，贴合后卷材进行裂纹化处理，并裁切需要尺寸，从而得到所述磁性金属薄片。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述压制步骤之后还包括贴膜步骤，将所述多层复合导磁片的外层贴保护膜，并模切成所需的大小形状。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述磁性金属薄片制作步骤中，所述非晶薄片的热处理温度范围是380-520℃，所述纳米晶薄片的热处理温度范围是450-650℃。

10.根据权利要求7所述的制备方法，在所述压制步骤中，层压的温度在120℃-240℃之间，使所述树脂材料重新融化后填充到表面裂纹化的磁性金属薄片的裂纹中。

11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述扁平化处理为球磨扁平化处理。

12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述软磁粉末与所述树脂材料加入溶剂中进行搅拌混合的时间为30-200min。

13.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或丙酮。

14.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述保护膜是PET保护膜。