CN109728409A - 感应充电天线结构及其制造方法，无线充电模块 - Google Patents

感应充电天线结构及其制造方法，无线充电模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天线结构及其制造方法，该天线结构包括：印刷电路板，其设置有控制感应充电天线操作的电气部件；感应充电天线组件；以及屏蔽层；其中，基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧，所述天线组件设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧，并且其中，所述屏蔽层接地并且位于所述天线组件与所述印刷电路板之间。本发明还提供具有该天线结构的无线充电模块。

Description

感应充电天线结构及其制造方法，无线充电模块
技术领域
本发明涉及一种天线结构，特别涉及一种用于无线能量传输的天线结构。
背景技术
无线能量传输是指在发送器和接收器之间的非接触的能量传输。基于无线能量传输的无线充电器在电子消费产品中的应用中具有良好的前景。
如图1a和图1b所示，在现有技术中公开了一种用于无线充电器的感应充电天线结构100，其包括印刷电路板110(PCB)、多个电气部件120、天线组件以及用于支撑天线组件的支架130(chassis)。该多个电气部件 120用于控制感应充电天线的操作，且位于PCB 110的两侧(图中只示出了部分电气部件)。该天线组件包括铁氧体片140和三个叠放的线圈150。该支架130接地，并且用作PCB 110与天线组件之间的屏蔽层。由于PCB 110两侧均设置有电气部件120，因此，需要将支架130支撑到特定高度以给电气部件120提供接收空间。此外，需要使用连接件160将线圈150电连接到PCB 110。
上述根据现有技术的天线结构100体积较大。此外，由于连接件160 通常是被人工地安装到天线结构100中，因此，不能实现全自动化生产，成本较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种感应充电天线结构及其制造方法，其体积小、成本低、有助于全自动生产。此外，本发明还提供一种包括该感应充电天线结构的无线充电模块。
根据本公开的一方面，一种感应充电天线结构，包括：印刷电路板 (PCB)，所述印刷电路板设置有控制感应充电天线操作的电气部件；感应充电天线组件；以及屏蔽层；其中，基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；所述天线组件设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧；以及，所述屏蔽层接地并且位于所述天线组件与所述印刷电路板之间。
优选地，所述屏蔽层为覆盖所述印刷电路板的大致全部表面的所述印刷电路板的接地层。
优选地，所述屏蔽层为支撑所述天线组件的接地的支架。
优选地，所述支架为冲压的金属板。
优选地，所述支架具有至少一个接触部分，所述支架通过所述至少一个接触部分电连接到所述印刷电路板的接地焊盘上。
优选地，所述支架通过所述至少一个接触部分表面贴装或通孔插装到所述印刷电路板的接地焊盘上。
优选地，所述天线组件包括：柔性的或刚性的隔磁片，其附接到所述屏蔽层；以及至少一个线圈，其设置在所述隔磁片上，其中，所述隔磁片位于所述至少一个线圈和所述屏蔽层之间。
优选地，所述柔性的或刚性的隔磁片由铁氧体制成。
优选地，每个线圈具有电连接端子，所述线圈通过所述电连接端子电连接到所述印刷电路板。
优选地，所述线圈的电连接端子通过分别形成在所述隔磁片中和所述屏蔽层中的孔或凹口电连接到所述印刷电路板。
优选地，所述电连接端子表面贴装或通孔插装到所述印刷电路板上。
优选地，所述天线组件还包括至少一个温度感测元件，其中，每个温度感测元件表面组装在所述印刷电路板的第二侧上并且位于相应的线圈的中央。
优选地，所述温度感测元件为负温度系数元件。
优选地，所述印刷电路板为多层印刷电路板。
根据本公开的另一方面，一种无线充电模块，包括根据如前所述的天线结构。
根据本公开的另一方面，一种用于制造感应充电天线结构的方法，包括：提供印刷电路板；将用于控制感应充电天线操作的基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧的大致全部的表面上覆盖所述印刷电路板的接地层；将隔磁片设置在所述接地层上；以及将至少一个线圈设置在所述隔磁片上，并且通过钎焊将其直接连接到所述印刷电路板。
根据本公开的另一方面，一种用于制造感应充电天线结构的方法，包括：提供印刷电路板；将用于控制感应充电天线操作的基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；将支架设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧，所述支架在以至少一个点钎焊到所述印刷电路板；将隔磁片设置在所述支架上；以及将至少一个线圈设置在所述隔磁片上，并且通过钎焊将其直接连接到所述印刷电路板；其中，所述支架设置在所述印刷电路板和所述隔磁片之间。
根据本公开的另一方面，一种用于制造感应充电天线结构的方法，包括：提供印刷电路板；将用于控制感应充电天线操作的基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；以及通过回流焊技术将预组装件设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧；其中，预组装件包括：接地的支架；设置在所述支架上的隔磁片；以及设置在所述隔磁片上的至少一个线圈；其中，所述支架设置在所述印刷电路板和所述隔磁片之间，并且所述至少一个线圈通过钎焊直接连接到所述印刷电路板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1a和图1b示出了根据现有技术的感应充电天线结构的透视图；
图2a示出了根据本发明的一实施例的感应充电天线结构的透视图；
图2b示出了根据本发明的图2a的感应充电天线结构的透视图，其中，未描绘部分的隔磁片和部分的支架，以清楚地示出感应充电天线结构；
图2c示出了根据本发明的图2a的感应充电天线结构的透视图，其中，未描绘隔磁片和部分的线圈，以清楚地示出支架和温度感测元件；
图3a示出了根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构的透视图；
图3b至图3d示出了根据本发明的图3a的感应充电天线结构的分解透视图；
图4a示出了根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构的透视图；
图4b至图4d示出了根据本发明的图4a的感应充电天线结构的分解透视图；
图5示出了根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构的透视图。
具体实施方式
下面，参照附图详细描述根据本发明的实施例的感应充电天线结构、该感应充电天线结构的制造方法以及包括该感应充电天线结构的无线充电模块。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对结合附图提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2a至2c示出了根据本发明的一实施例的感应充电天线结构200的透视图。感应充电天线结构200包括PCB 210、电气部件220、天线组件以及屏蔽层。
基本全部的电气部件220设置在PCB 210的第一侧，该第一侧在图2a 至2c中示出为PCB 210的下侧，其与PCB 210构成控制感应充电天线的操作的印刷电路板组件(PCBA)。天线组件设置在PCB 210的第二侧，该第二侧在图2a至2c中示出为PCB 210的上侧。
在本实施例中，屏蔽层为用于支撑天线组件的支架230。该支架230 接地，且设置在PCB 210和天线组件之间，以避免PCB 210和电气部件 220构成的PCBA与天线组件之间的干扰。也就是说，支架230设置在 PCB 210的第二侧。支架230可以为大致平坦的金属板。
从图2b和图2c可以看出，支架230具有接触部分231、232，从而通过该接触部分231、232表面贴装到位于PCB 210的表面的接地焊盘上。这里，支架230可以为冲压的金属板。
电气部件220设置在PCB 210的第一侧，从而其可以被很好地屏蔽。由于支架230直接电连接到PCB 210上，而不使用诸如连接件160的连接件，因此，减小了感应充电天线结构200的体积、成本和重量。此外，上述表面贴装的安装方式允许支架230的自动化装配，例如，通过回流焊，从而提高了天线结构的自动化程度和产率。
在本实施例中，天线组件包括隔磁片240和三个线圈250，其中，隔磁片240位于线圈250和支架230之间。
隔磁片240可以由铁氧体制成，其粘贴到支架230上。此外，隔磁片 240可以是刚性的或者柔性的。隔磁片240可以是刚性的。大多数当前的发射器应用使用刚性的铁氧体板(其厚度为大约2mm，从而是刚性的)，作为隔磁部件。为了减小感应充电天线结构200的厚度和重量，从而减小所需空间和成本，隔磁片240的厚度可以被降低，从而变成柔性的。但应该注意，隔磁片240的性能随厚度的减少而降低。这里，柔性的隔磁片 240的厚度优选为小于0.5mm，具体地，优选为0.2mm、0.3mm或0.5 mm。为了防止破损，隔磁片240可以被封装到PET膜之间。
应当理解，线圈250的数量不限于三个，可以为一个、两个或多于三个。这里，三个线圈250设置在隔磁片240上，其中，一个线圈250堆叠在另外两个线圈250上。线圈250可以平的冲压线圈(例如， WO2015/077782A1中所描述的线圈)，以便减小天线结构的体积，也可以是其他形式，例如，利兹线的形式。
在本实施例中，线圈250可以包括线圈本体251和电连接端子252。在本实施例中，线圈本体251可以粘贴到隔磁片240上。线圈250通过电连接端子252电连接到PCB 210，以被PCBA控制。具体地，电连接端子 252可以表面贴装到PCB 210上。支架230中和隔磁片240中可以分别设置有孔(或凹口)233和孔(或凹口)241。电连接端子252通过孔233和孔241表面贴装到PCB 210上。
此外，如图2c所示，天线组件还可以包括用于测量线圈250的温度的 3个温度感测元件270，温度感测元件270可以是负温度系数(NTC)元件。每个温度感测元件270电连接(优选地，表面组装)到PCB 210并且被设置在相应的线圈250的中央附近。温度感测元件270通过支架230中的孔(或凹口)234连接到PCB 210。
应该理解的是，基本全部的电气部件220设置在PCB 210的第一侧，但可以允许具有较小尺寸的电气部件位于PCB 210的第二侧，例如通过穿过支架230中的孔或凹口，只要其对支架230的屏蔽效果的影响满足设计要求即可。
此外，印刷电路板210可以为多层印刷电路板。
不同的无线充电原理将导致不同的天线组件的结构，因此，天线组件的配置不限于根据本发明实施例的天线组件的配置。此外，本公开的感应充电天线结构可以根据无线充电联盟(WPC)的QI标准设计，也可以根据其他标准设计。
图3a至图3d示出了根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构300 的透视图。在参考图3a至图3d说明天线结构的另一实施例中，为了便于描述，将部分地省略与图2a至图2c所示的实施例相同或可以容易地从该实施例理解的天线结构的该另一实施例的描述。
在本实施例中，感应充电天线结构300包括PCB 310、电气部件320、天线组件以及屏蔽层，其中屏蔽层为支架330。天线组件包括隔磁片340 和三个线圈350，其中，隔磁片340位于线圈350和支架330之间。
与图2a至图2c所示的感应充电天线结构200不同的是，线圈350包括线圈本体351和电连接端子252，该线圈350通过电连接端子352通孔插装到PCB 310，以与PCB 310电连接。具体地，线圈350的电连接端子 352被构造为垂直于线圈本体351的平面延伸的叉状结构，每个叉状的电连接端子352具有两个针状的分支353。每个分支353通过分别形成在隔磁片340和支架330中的孔，插入到形成在PCB 310中的通孔311，并且被钎焊到PCB 310。
图4a至图4d示出了根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构400 的透视图。在参考图4a至图4d说明天线结构的另一实施例中，为了便于描述，将部分地省略与图4a至图4c所示的实施例相同或可以容易地从该实施例理解的天线结构的该另一实施例的描述。
在本实施例中，感应充电天线结构400包括PCB 410、电气部件420、天线组件以及屏蔽层，其中屏蔽层为支架430。天线组件包括隔磁片440 和三个线圈450，其中，隔磁片440位于线圈450和支架430之间。
与图2a至图2c所示的感应充电天线结构不同的是，线圈450包括线圈本体451和电连接端子452，该线圈450通过电连接端子452表面贴装到PCB 410，以与PCB 410电连接。具体地，线圈450的电连接端子452 被构造为钩状结构。在该实施例中，钩状的电连接端子452的数量为两个，该两个电连接端子452的开口的方向相反，并且一个电连接端子452 的开口方向与另一个电连接端子452相对于该一个电连接端子452的位置的方向相反。每个电连接端子452通过分别形成在隔磁片440和支架430 和PCB 420中的孔，钩住形成在PCB 210中的孔的边缘的一部分，并且被钎焊到PCB 210。
应该理解的是，线圈250、350、450的电连接端子252、352、452还可以具有其他的形式。此外，支架230、330、430的接触部分231、232可以位于其他位置或者具有其他形式。此外，支架230、330、430也可以通过接触部分231、232通孔插装到PCB 210、310、410的接地焊盘，并且可以具有其他形式。本发明不限于此。此外，支架230、330、430的一部分也可以粘贴到PCB 210、310、410上。
图5示出了根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构500的透视图。在参考图5说明感应充电天线结构的另一实施例中，为了便于描述，将部分地省略与图2a至图2c所示的实施例相同或可以容易地从该实施例理解的感应充电天线结构的该另一实施例的描述。
在该实施例中，感应充电天线结构500包括PCB 510、电气部件520、天线组件以及屏蔽层(图中未示出)。
屏蔽层为覆盖PCB 510的大致全部表面的PCB 510的接地层。该PCB 510的接地层可以为镀覆或涂覆在PCB 510上的平坦的铜层。接地层用于避免由PCB 510和电气部件520构成的PCBA与天线组件之间的干扰。在这种情况下，可以不设置支架。应该理解的是，屏蔽层为覆盖PCB 310的大致全部表面的PCB 310的接地层，但是可以允许PCB 310的接地层中存在孔或凹口，只要其对接地层的屏蔽效果的影响满足设计要求即可。
天线组件包括隔磁片540和线圈550。线圈550的电连接端子552穿过形成在隔磁片540上的孔(或凹口)541和接地层中的孔(或凹口)连接到PCB 510。为了尽可能不损害接地层的屏蔽效果，电连接端子552可以通过埋孔(buried via)电连接到位于PCB 510的第一侧的电气部件520。此外，天线组件还可以包括温度感测元件(图中未示出)。
下面将说明根据本发明的感应充电天线结构的制造方法，其不以在下面所述的顺序为限制。
参照图2a-2c、图3a-3d以及图4a-4d，根据本发明的一实施例的感应充电天线结构200、300、400的制造方法可以包括：提供PCB 210、310、 410；将基本全部的电气部件220、320、420安装在PCB 210、310、410的第一侧；将支架230、330、430附接在PCB 210、310、410的第二侧；将隔磁片240、340、440附接到支架230、330、430上；以及将线圈250、 350、450设置在隔磁片240、340、440上，并且通过钎焊将线圈250、 350、450直接电连接到PCB 210、310、410上。
特别地，可以通过回流焊工艺将支架230、430、440的接触部分 231、232直接表面贴装在PCB 210、310、410的第二侧。也可以将支架 230、430、440的接触部分231、232直接通孔插装或以其他方式钎焊到 PCB 210、310、410的第二侧。此外，可以使用粘结剂将隔磁片240、 340、440粘结到支架230、330、430上。此外，可以通过将线圈250、 350、450的电连接端子252、352、452直接钎焊在PCB 210、310、410上而将线圈250、350、450直接连接到PCB 210、310、410，例如，通过表面贴装(例如，在图2a-2c以及图4a-4d的感应充电天线结构200情况下)、通过通孔插装(例如，在图3a-3d的感应充电天线结构300、400的情况下)、通过其他方式、或者通过表面贴装、通孔插装和其他方式的组合。
此外，天线结构200的制造方法还可以包括将温度感测元件270组装到PCB 210、310、410上。
此外，为了简化制造过程和提高生产效率，参照图2a-2c、图3a-3d以及图4a-4d，根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构200、300、400 的制造方法的另一实施例可以包括：提供PCB 210、310、410；将基本全部的电气部件220、320、420安装在PCB 210、310、410的第一侧；制造预组装件；将预组装件附接到PCB 210、310、410的第二侧。可以使用拾放机械将预组装件放置到PCB 210、310、410上。
制造预组装件可以包括：提供支架230、330、430；将隔磁片240、 340、440附接到支架230、330、430上；将线圈250、350、450设置在隔磁片240、340、440上，并且通过钎焊将线圈250、350、450直接电连接到PCB 210、310、410上。
特别地，将预组装件附接到PCB 210、310、410可以包括通过回流焊工艺将支架230、330、430的接触部分231、232表面贴装到PCB 210、 310、410的焊盘上，或者可以包括将接触部分231、232通孔插装或以其他方式钎焊到PCB 210、310、410的焊盘上。此外，可以通过将线圈 250、350、450的电连接端子252、352、452直接钎焊在PCB 210、310、 410上而将线圈250、350、450直接电连接到PCB 210、310、410上。
参照图5，根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构500的制造方法可以包括：提供PCB 510；将用于控制感应充电天线结构500的基本全部的电气部件520设置在PCB510的第一侧；在PCB 510的第二侧的大致全部的表面上镀覆印刷电路板的接地层，作为屏蔽层；将隔磁片540附接在接地层上；以及将线圈550设置在隔磁片540上，并且通过钎焊将线圈550直接连接到所述印刷电路板。
上述感应充电天线结构200、300、400和500可以包括在用于无线充电的无线充电模块中。

Claims (18)

1.一种感应充电天线结构，包括：
印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板设置有控制感应充电天线操作的电气部件；
感应充电天线组件；其中，
基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；
所述天线组件设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧；以及
屏蔽层，其中，所述屏蔽层接地并且位于所述天线组件与所述印刷电路板之间。
2.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述屏蔽层为覆盖所述印刷电路板的大致全部表面的所述印刷电路板的接地层。
3.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述屏蔽层为支撑所述天线组件的接地的支架。
4.根据权利要求3所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述支架为冲压的金属板。
5.根据权利要求3所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述支架具有至少一个接触部分，所述支架通过所述至少一个接触部分电连接到所述印刷电路板的接地焊盘上。
6.根据权利要求5所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述支架通过所述至少一个接触部分表面贴装或通孔插装到所述印刷电路板的接地焊盘上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述天线组件包括：
柔性的或刚性的隔磁片，其附接到所述屏蔽层；以及
至少一个线圈，其设置在所述隔磁片上，
其中，所述隔磁片位于所述至少一个线圈和所述屏蔽层之间。
8.根据权利要求7所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述柔性的或刚性的隔磁片由铁氧体制成。
9.根据权利要求7所述的感应充电天线结构，其特征在于，
每个线圈具有电连接端子，所述线圈通过所述电连接端子电连接到所述印刷电路板。
10.根据权利要求9所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述线圈的电连接端子通过分别形成在所述隔磁片中和所述屏蔽层中的孔或凹口电连接到所述印刷电路板。
11.根据权利要求9所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述电连接端子表面贴装或通孔插装到所述印刷电路板上。
12.根据权利要求7所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述天线组件还包括：
至少一个温度感测元件，
其中，每个温度感测元件表面组装在所述印刷电路板的第二侧上并且位于相应的线圈的中央。
13.根据权利要求12所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述温度感测元件为负温度系数元件。
14.根据权利要求1至6中的任一项所述的感应充电天线结构，其特征在于，
所述印刷电路板为多层印刷电路板。
15.一种无线充电模块，包括根据前述权利要求中任一项所述的天线结构。
16.一种用于制造感应充电天线结构的方法，包括：
提供印刷电路板；
将用于控制感应充电天线操作的基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；
在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧的大致全部的表面上覆盖所述印刷电路板的接地层；
将隔磁片设置在所述接地层上；以及
将至少一个线圈设置在所述隔磁片上，并且通过钎焊将其直接连接到所述印刷电路板。
17.一种用于制造感应充电天线结构的方法，包括：
提供印刷电路板；
将用于控制感应充电天线操作的基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；
将支架设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧，所述支架在以至少一个点钎焊到所述印刷电路板；
将隔磁片设置在所述支架上；以及
将至少一个线圈设置在所述隔磁片上，并且通过钎焊将其直接连接到所述印刷电路板；
其中，所述支架设置在所述印刷电路板和所述隔磁片之间。
18.一种用于制造感应充电天线结构的方法，包括：
提供印刷电路板；
将用于控制感应充电天线操作的基本全部的电气部件设置在所述印刷电路板的第一侧；以及
通过回流焊技术将预组装件设置在所述印刷电路板的与所述第一侧相反的第二侧；
其中，预组装件包括：
接地的支架；
设置在所述支架上的隔磁片；以及
设置在所述隔磁片上的至少一个线圈；
其中，所述支架设置在所述印刷电路板和所述隔磁片之间，并且所述至少一个线圈通过钎焊直接连接到所述印刷电路板。
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