CN111446072A - 无线充电线圈及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于充电技术领域，具体涉及一种无线充电线圈及其制备方法。本发明采用的无线充电线圈的制备方法，包括如下步骤：提供铜箔；在所述铜箔的一表面制备衬底，在所述铜箔的另一表面制备图案，形成铜线圈层，所述铜线圈层形成有内焊盘和外焊盘；在所述铜线圈层背离所述衬底的表面制备第一绝缘层；去除所述衬底，然后在已去除所述衬底的铜线圈层表面制备第二绝缘层，且露出所述外焊盘；在所述铜线圈层的内焊盘上焊接导电铜胶带。该制备方法最终得到的无线充电线圈结构简单，只需一层线圈结构就可以达到实际需求的内阻值，从而达到提高充电效率的效果。

Description

无线充电线圈及其制备方法
技术领域
本发明属于充电技术领域，具体涉及一种无线充电线圈及其制备方法。
背景技术
目前，无线充电线圈多采用漆包线缠绕或FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)的方式制造。其中，漆包线缠绕的无线充电线圈价格便宜、工艺简单，但是由于其材料结构和工艺方式的限制，难以制作厚度小于150微米以下的超薄线圈，这样无法放入手机等小型移动装置内，多是用于充电基座等空间限制较小的发射端；为了达到实际需要的合适阻值(一般要求<250mΩ)，以保证充电效率，一般需要120微米以上的铜厚，虽然FPC方式可以适合制造小型超薄线圈，但是制作工艺过程复杂、成本高，而且由于工艺条件的限制，FPC蚀刻工艺难以制作厚度在100微米以上、线圈螺间距小于0.1毫米的结构，因此，一般采用双层线圈结构。
由于超薄充电线圈要求内阻低和厚度薄，需进一步优化现有无线充电线圈的制作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种无线充电线圈及其制备方法，旨在解决现有充电线圈要求的内阻和厚度同时满足实际需求的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种无线充电线圈的制备方法，包括如下步骤：
提供铜箔；
在所述铜箔的一表面制备衬底，在所述铜箔的另一表面制备图案，形成铜线圈层，所述铜线圈层形成有内焊盘和外焊盘；
在所述铜线圈层背离所述衬底的表面制备第一绝缘层；
去除所述衬底，然后在已去除所述衬底的铜线圈层表面制备第二绝缘层，且露出所述外焊盘；
在所述铜线圈层的内焊盘上焊接导电铜胶带。
本发明提供的无线充电线圈的制备方法，是一种工艺简单、成本低的制备方法，该制备方法中，先通过铜箔制备铜线圈层，然后在铜线圈层两面分别制备第一绝缘层和第二绝缘层，最后在铜线圈层的内焊盘上焊接导电铜胶带，即可得到无线充电线圈。该制备方法最终得到的无线充电线圈结构简单，只需一层线圈结构就可以达到实际需求的内阻值，从而达到提高充电效率的效果。
本发明另一方面提供一种无线充电线圈，所述无线充电线圈包括铜线圈层和分别设置在所述铜线圈两表面的第一绝缘层和第二绝缘层；所述铜线圈层设有內焊盘和外焊盘，所述外焊盘外露，且所述內焊盘上焊接有导电铜胶带。
本发明提供的无线充电线圈包括铜线圈层和分别设置在所述铜线圈层两表面的第一绝缘层和第二绝缘层，这样的无线充电线圈结构简单，只需一层线圈结构就可以达到实际需求的内阻值，从而达到提高充电效率的效果，可以放入手机等小型移动装置内，具有广泛的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中无线充电线圈制作的流程示意图；
其中，图中各附图标记：
01-铜箔；1-铜线圈层；11-内焊盘；12-外焊盘；2-衬底；3-第一绝缘层；4-第二绝缘层；5-导电铜胶带。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
一方面，本发明实施例提供了一种无线充电线圈的制备方法，包括如下步骤：
S01：提供铜箔；
S02：在所述铜箔的一表面制备衬底，在所述铜箔的另一表面制备图案，形成铜线圈层，所述铜线圈层形成有内焊盘和外焊盘；
S03：在所述铜线圈层背离所述衬底的表面制备第一绝缘层；
S04：去除所述衬底，然后在已去除所述衬底的铜线圈层表面制备第二绝缘层，且露出所述外焊盘；
S05：在所述铜线圈层的内焊盘上焊接导电铜胶带
本发明实施例提供的无线充电线圈的制备方法，是一种工艺简单、成本低的制备方法，该制备方法中，先通过铜箔制备铜线圈层，然后在铜线圈层两面分别制备第一绝缘层和第二绝缘层，最后在铜线圈层的内焊盘上焊接导电铜胶带即引出导线，从而可得到无线充电线圈。该制备方法最终得到的无线充电线圈结构简单，只需一层线圈结构就可以达到实际需求的内阻值，从而达到提高充电效率的效果。
利用本发明实施例的制备方法最终得到的无线充电线圈总厚度约120μm，且内阻在250mΩ(mohm)以下，对应的充电效率>75％。该制备方法得到的无线充电线圈在尺寸更小(厚度和线间距)的情况下，能达到相同的电阻值，而且生产工艺简单，成本低，周期短，无排放污染，废料杂质少，可回收。
如图1所示，为本实施例的无线充电线圈的制备方法的步骤中各层的变化流程示意图，下面对各步骤进行详细介绍。
在步骤S01中，提供的铜箔01如图1(a)所示，铜箔的电阻率一般在1.6-1.7μΩ·cm，是目前电阻率最低的廉价金属材料，经过我们实验测试电镀铜的电阻率达到1.8-2.2μΩ·cm，要达到相同的电阻，需要电镀铜比铜箔厚10％～30％，为使本发明实施例的无线充电线圈厚度更低，优选铜箔。现有的FPC工艺由于蚀刻工艺限制，需要制作双层线圈，由于双层线圈之间需要转孔镀铜连接，所以FPC有一层镀铜，这样增加了FPC工艺的无线充电线圈的厚度。而本发明实施例的单层线圈结构的无线充电线圈的制备，就是在一层铜箔上展开。该铜箔01的厚度为60-150μm，可优选110-130μm，更优选120-130μm，这样可以产生实际需要的内阻值。
在步骤S02中，如图1(b)所示，在铜箔01的一表面制备衬底2，在铜箔01的另一表面制备图案，即将铜箔01形成于衬底2上，然后在铜箔01背离衬底2的表面雕刻图案使铜箔01形成铜线圈层1，所述铜线圈层1形成有内焊盘11和外焊盘12；铜线圈层1的内焊盘11和外焊盘12俯视图如图1(b)’所示。内焊盘11可以简称内pad，外焊盘12可以简称外pad，焊盘是可以用焊接或者简单接触的方式实现与外部其他电路连接的接触区，由于需要操作，所以有一定的操作面积，易于接触导通。
上述步骤中，衬底2的材料采用可溶材料或可熔材料，如选自蜡、碱溶性树脂和水溶性树脂中的至少一种。对于石蜡，可在100℃以下完全融化，并有较低的粘度；对于碱溶性树脂，选自含有羧基或磺酸基的树脂，如酯化或酰胺化的聚苯丁树脂，或UV(紫外光固化)油墨；对于水溶性树脂，可以选自Rinse Out树脂，从环循利用和成本考虑，本发明实施例的衬底材料优选可熔材料如石蜡。
在铜箔01的一表面制备衬底2的方法，可以为高温热压衬底(如树脂片/膜)、或将衬底材料液化或加入溶剂制成油墨印刷/喷涂在铜箔表面，形成一定厚度的衬底。如在铜箔表面采用热压方式制备衬底，热压工艺步骤包括：对于半固化树脂片，可采用高于树脂材料Tg点的温度，且在高于100psi的压力下进行热压，使树脂具有一定流动能力，进一步地，优选在真空环境下进行热压，以便排出铜箔间隙中的气体。本发明一实施例中，该衬底厚度范围为：0.1-10mm，优选1-3mm，如此可以保证运输时的强度。
本发明实施例中，采用精密雕刻设备在铜面雕刻出所需的线圈图案(包括线圈阵列)，如材料激光雕刻机或者机械雕刻机，优选机械雕刻机，如北京精雕公司的精密雕刻机。激光雕刻技术难以雕刻100μm以上厚度和0.1mm以下宽度的沟槽，而机械雕刻机配套0.1mm以下的钻头容易实现该工艺。在所述铜箔的表面雕刻图案时，雕刻深度要求略大于铜薄的厚度，以保证线圈螺旋之间完全绝缘。
在步骤S03中，如图1(c)所示，在铜线圈层1背离衬底2的表面制备第一绝缘层3；第一绝缘层3的厚度为2-20μm，优选25μm；本发明一实施例中，所述第一绝缘层3为绝缘膜，具体地，第一绝缘层3可采用PE(polyethylene，聚乙烯)膜、PET(Polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、PI(Polyimide，聚酰亚胺)膜、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)膜、PP(Polypropylene，聚丙烯)膜、PVDF(Poly(vinylidenefluoride)，聚偏氟乙烯)膜、PTFE(Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)膜，以及玻璃膜和陶瓷膜等各类绝缘膜材，上述材料可以保证电绝缘性和机械强度。
进一步地，在所述铜线圈层背离所述衬底的表面制备第一绝缘层的步骤包括：利用双组份胶在所述铜线圈层背离所述衬底的一面贴上第一绝缘层；或者，采用热贴合方式在所述铜线圈层背离所述衬底的一面贴上第一绝缘层，且所述热贴合的温度小于或等于所述衬底的材料的Tg。对于贴合过程，可采用常温胶粘或热贴合，本发明一实施例中，如图1(c)所示，利用双组份胶在所述铜线圈层1背离所述衬底2的一面贴上第一绝缘层3，双组份胶采用常温胶粘方式可以实现，如常温固化的环氧树脂类、聚氨酯类或丙烯酸类的双组份胶。本发明另一实施例中，优选采用热贴合方式在铜线圈层1背离衬底2的一面贴上第一绝缘层3，且热贴合的温度小于或等于所述衬底2的材料的Tg(玻璃化温度)，例如石蜡的Tg点为65℃，碱溶树脂的Tg点可以在40-200℃之间可选择性广，如热固丙烯酸类树脂，此时的热贴合的温度小于上述衬底材料的Tg点。
进一步地，在真空条件下，采用热贴合方式在铜线圈层1背离所述衬底2的一面贴上第一绝缘层3，如此可以更好地使材料填充在线圈空隙内，排出空气和水分。对于贴上的第一绝缘层3，可以露出或不露出内pad即内焊盘11(内焊盘的导线可从正面引出，也可以从背面引出)。
在步骤S04中，如图1(d)所示，去除衬底2，然后在已去除衬底2的铜线圈层1表面制备第二绝缘层4，且露出外焊盘12。
因为衬底2的材料为可溶材料或可熔材料，以剥离方式在去除衬底2时，要求剥离环境不影响铜线圈层1和第一绝缘层3；且由于铜线圈层1贴附在第一绝缘层3上，当衬底材料的移除时，铜线圈层1的结构不会发生位移变化。
本发明实施例中，第二绝缘层的制备具体过程可以为：当所述第二绝缘层为绝缘膜，在已去除所述衬底的铜线圈层表面，真空条件下贴上第二绝缘层；或者，当所述第二绝缘层为绝缘油墨层时，在已去除所述衬底的铜线圈层表面，以印刷方式涂覆第二绝缘层。在已去除衬底2的铜线圈层1表面，真空条件下贴上第二绝缘层；真空条件可以更好地使材料填充在线圈空隙内，以排出空气和水分，此时第二绝缘层的厚度为2-5μm，当所述第二绝缘层为绝缘膜时，所述第二绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种，或者，当所述第二绝缘层为绝缘油墨层时，所述第二绝缘层的材料选自环氧树脂油墨、丙烯酸树脂油墨、聚酯树脂油墨和酚醛树脂油墨中的至少一种。在本发明另一实施例中，在已去除衬底2的铜线圈层1表面，以印刷方式涂覆绝缘油墨层，此时，绝缘油墨层的厚度为2-5μm。即本发明实施例中，第二绝缘层为绝缘膜或绝缘油墨层时，其厚度均可以为2-5μm，如果太厚只增加无线充电线圈的整体厚度，无实质性保护作用，如果太薄，无法保证完全覆盖铜线圈层表面，因此该厚度范围内的效果最佳。
在铜线圈层1表面制备第二绝缘层4时，需露出外焊盘12，而内焊盘11可外露或不露出(因内焊盘的导线可从正面引出，也可以从背面引出，如果在先前步骤贴上第一绝缘层时露出内焊盘，则此步骤无需露出內焊盘，如果在先前步骤贴上第一绝缘层时未露出内焊盘，则此步骤露出內焊盘)。
在步骤S05中，如图1(e)所示，在铜线圈层1的内焊盘11上焊接导电铜胶带5即从铜线圈层5的表面引出导线，如此可以完成无线充电线圈的制备。
该步骤中，是在露出的内焊盘上进行焊接，铜线圈层的内焊盘焊接的方式可以采用铜焊带或焊锡点焊，焊接的导电铜胶带5为单面导电铜胶带(导线中的一种)，导电铜胶带5的厚度小于50μm为佳，优选25μm以下，如15-25μm。如果太厚只会增加无线充电线圈的整体厚度，如果太薄，则电阻过高，因此该范围内的效果最佳。通过在内焊盘连接线圈中心部位，与线圈外焊盘形成+/-两极，对电池模块提供电压/电流；对于外焊盘是否引出导线与被充电池模块设计结构和位置有关，若与电池距离较远外焊盘需要导线连接，当然也可以直接通过弹簧片压合接触电池模块，因此外焊盘的导线可设可不设。
对于上述步骤S04和步骤S05的顺序可以倒过来，即先进行步骤S05再进行步骤S04，这样的方法也能制成本发明实施例的无线充电线圈，也在本实施例的保护范围内，
另一方面，本发明实施例还提供了一种无线充电线圈，该无线充电线圈的结构如图1(e)所示，所述无线充电线圈包括铜线圈层1和分别设置在所述铜线圈层1两表面的第一绝缘层3和第二绝缘层4；所述铜线圈层1设有內焊盘11和外焊盘12，所述外焊盘12外露，且所述內焊盘11上焊接有导电铜胶带5。
本发明实施例提供的无线充电线圈包括铜线圈层1和分别设置在所述铜线圈层1两表面的第一绝缘层3和第二绝缘层4，这样的无线充电线圈结构简单，只需一层线圈结构就可以达到实际需求的内阻值，从而达到提高充电效率的效果，可以放入手机等小型移动装置内，具有广泛的应用价值。
无线充电线圈可实现总厚度约120μm，且内阻在250mΩ(mohm)以下，对应的充电效率>75％，即在尺寸更小(厚度和线间距)的情况下，能达到相同的电阻值。
进一步地，在本发明实施例提供的无线充电线圈中，所述铜箔的厚度为60-150μm；所述第一绝缘层的厚度为2-20μm，优选为2-5μm；所述第二绝缘层的厚度为2-5μm。所述第一绝缘层为绝缘膜，且所述第一绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种；和/或，所述第二绝缘层为绝缘膜，且所述第二绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种，或者，所述第二绝缘层为绝缘油墨层，且所述第二绝缘层的材料选自环氧树脂油墨、丙烯酸树脂油墨、聚酯树脂油墨和酚醛树脂油墨中的至少一种。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种无线充电线圈的制备方法，包括如下步骤：
1.在110-130微米厚度的铜箔下表面贴合一层衬底材料：
衬底材料采用石蜡；贴合方法为高温热压。
2.用精密雕刻设备将铜面雕刻出所需的线圈图案和阵列：
采用精雕机如机械雕刻机实现该工艺，雕刻深度要求略大于铜厚，以线圈螺旋之间完全绝缘。
3.在雕刻后的铜箔上表面，贴合一层厚度在5微米以下的绝缘膜：
绝缘膜采用可采用PE、PET、PI等各类绝缘膜材，贴合过程采用热贴合，贴合温度不得高于衬底材料的Tg点，膜材结构可以露出或不露出内pad。
4.剥离衬底材料，形成线圈结构
根据衬底材料的可溶可熔特性剥离衬底材料，要求剥离环境不影响铜线圈和绝缘膜的材料；
5.以下工艺不分先后：
在剥离衬底材料的铜线圈表面真空贴合绝缘膜或印刷绝缘油墨(要求露出线圈外pad，如步骤3露出内pad，则此步骤不露出内pad，如步骤3未露出内pad，则此步骤露出内pad)；
铜线圈内Pad处(露出部位)焊接单面导电铜胶带(胶带厚度小于25μm)，从而实现单面导电铜胶带引出导线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电线圈的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供铜箔；
在所述铜箔的一表面制备衬底，在所述铜箔的另一表面制备图案，形成铜线圈层，所述铜线圈层形成有内焊盘和外焊盘；
在所述铜线圈层背离所述衬底的表面制备第一绝缘层；
去除所述衬底，然后在已去除所述衬底的铜线圈层表面制备第二绝缘层，且露出所述外焊盘；
在所述铜线圈层的内焊盘上焊接导电铜胶带。
2.如权利要求1所述的无线充电线圈的制备方法，其特征在于，利用激光雕刻机或机械雕刻机在所述铜箔的表面雕刻图案，形成铜线圈层。
3.如权利要求1所述的无线充电线圈的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘层为绝缘膜，且利用双组份胶在所述铜线圈层背离所述衬底的一面贴上第一绝缘层；或者，
采用热贴合方式在所述铜线圈层背离所述衬底的一面贴上第一绝缘层，且所述热贴合的温度小于或等于所述衬底的材料的Tg。
4.如权利要求3所述的无线充电线圈的制备方法，其特征在于，在真空条件下，采用热贴合方式在所述铜线圈层背离所述衬底的一面贴上第一绝缘层。
5.如权利要求1所述的无线充电线圈的制备方法，其特征在于，所述第二绝缘层为绝缘膜，且在已去除所述衬底的铜线圈层表面，真空条件下贴上第二绝缘层；或者，
所述第二绝缘层为绝缘油墨层，且在已去除所述衬底的铜线圈层表面，以印刷方式涂覆第二绝缘层。
6.如权利要求1-5任一项所述的无线充电线圈的制备方法，其特征在于，所述铜箔的厚度为60-150μm；和/或，
所述第一绝缘层的厚度为2-20μm；和/或，
所述第二绝缘层的厚度为2-5μm；和/或，
所述衬底的厚度为0.1-10mm。
7.如权利要求1所述的所述的无线充电线圈的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料选自蜡、碱溶性树脂和水溶性树脂中的至少一种；和/或，
所述第一绝缘层为绝缘膜，且所述第一绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种；和/或，
所述第二绝缘层为绝缘膜，且所述第二绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种，或者，所述第二绝缘层为绝缘油墨层，且所述第二绝缘层的材料选自环氧树脂油墨、丙烯酸树脂油墨、聚酯树脂油墨和酚醛树脂油墨中的至少一种。
8.一种无线充电线圈，其特征在于，所述无线充电线圈包括铜线圈层和分别设置在所述铜线圈层两表面的第一绝缘层和第二绝缘层；所述铜线圈层设有內焊盘和外焊盘，所述外焊盘外露，且所述內焊盘上焊接有导电铜胶带。
9.如权利要求8所述的无线充电线圈，其特征在于，所述铜箔的厚度为60-150μm；和/或，
所述第一绝缘层的厚度为2-20μm；和/或，
所述第二绝缘层的厚度为2-5μm。
10.如权利要求8所述的无线充电线圈，其特征在于，所述第一绝缘层为绝缘膜，且所述第一绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种；和/或，
所述第二绝缘层为绝缘膜，且所述第二绝缘层选自PE膜、PET膜、PI膜、PC膜、PP膜、PVDF膜、PTFE膜、玻璃膜和陶瓷膜中的至少一种，或者，所述第二绝缘层为绝缘油墨层，且所述第二绝缘层的材料选自环氧树脂油墨、丙烯酸树脂油墨、聚酯树脂油墨和酚醛树脂油墨中的至少一种。
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