CN205430880U - 一种无线充电用电磁屏蔽片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无线充电用电磁屏蔽片，包括叠层的非晶、纳米晶层；以及贴合在所述叠层的非晶、纳米晶层上的铁氧体磁片、石墨片以及线圈，其中，所述非晶、纳米晶层通过激光切割或化学蚀刻的图形化方式形成图形，所述图形为规则图形和不规则图形。图形化表面的图案缝隙大小为0.5μm‑100μm，优选5μm‑30μm，图形化形成的小块碎片图形的边线上的任意两点之间的最大距离为5μm‑5mm，优选100μm‑2mm，最大切割/蚀刻深度为刚好切断单层所述非晶、纳米晶带材。本实用新型的电磁屏蔽片的电磁性能(磁导率、损耗等)可控，使得充电效率得到优化，能最大程度发挥电磁屏蔽片的电磁屏蔽效果。

Description

一种无线充电用电磁屏蔽片

技术领域

本实用新型涉及磁性材料、无线充电、电磁屏蔽及热处理工艺领域，尤其涉及一种无线充电用电磁屏蔽片。

背景技术

随着高科技产品的出现及应用，其所产生的电磁辐射污染是继水污染、空气污染和噪声污染之后的第四大环境污染。

随着科技技术的高速发展和电子设备的广泛应用，人们的工作和生活越来越多地依赖于电子设备。我们习惯了数据线充电，也常常因为线过多和不够长而感到烦恼。也曾设想有朝一日所有电子设备无需电源线，可以使用无线充电技术，随时随地自由充电。

无线充电技术，又称为感应充电、非接触式充电，是源于无线电力输送技术产生的一种新型充电技术。无线充电技术利用近场感应，由无线充电器将能量传送至需充电的设备。正常情况下，电容传输的能量是很小的，这与电极面积小有很大的关系。因此，为了满足供消费设备充电所需的功率水平(例如从5W至25w)，需要增加电极尺寸和耦合的电压值，具体取决于实际的配置。为了实现耦合电极之间的无线收发、同时尽量减小对外的辐射量，需要进行正确地设计，包括正确的电极尺寸、工作电压、功率值、最佳工作频率和总的尺寸约束条件。一般情况下，理想的频率范围在200kHz至1MHz之间，有效耦合区的电压值在800V至1.52kV之间手机无线充电。

磁场耦合原理的无线充电技术，更接近于常规的谐振式开关电源。相对于电场耦合来讲，技术难度较小，优势比较明显，发展速度较快。目前已经形成三个影响力较大的联盟组织WPC、A4WP以及PMA。各自拥有会员多达几十甚至上百家公司。其中WPC与PMA致力于近距离无线充电技术，如我们比较熟悉的手机无线充电。而A4WP的技术定位在远距离无线能量传输，希望能够实现几十厘米甚至几米等级的传输距离。

无线充电技术近年发展迅速，目前已经广泛应用到了电动牙刷、电动剃须刀、无线电话、智能手机、电动汽车等领域。但发展过程中也遇到了很多技术难题，如提高充电效率、降低成本、有效充电距离太短。

为得到较高的充电效率，减小或消除充电时电磁场对手机的影响，需要使用电池屏蔽片进行屏蔽。电磁屏蔽片的作用就是隔绝电磁波，阻止金属等材料吸收发射端设备发出的电磁波并产生反方向的磁场。在手机无线充电接收端中，如果没有电磁屏蔽片，无线充电设备就无法完成近距离充电工作。

以智能手机为例，由于手机的特殊的结构，在手机里必须安装一个电池，这个电池实际上就是无线传输技术发展的噩梦——当发射线圈发射出来的磁场经过电池时，电池里面的金属就会产生感应电流，通常叫做“涡流”。这个涡流会产生一个跟发射线圈产生的磁场方向相反的磁场，抵消掉发射线圈形成的磁场，使得接收线圈接收到的感应电压下降；并且该涡流会转变成热量，使得手机电池非常热。因此，为了实现手机的无线传输，就必须在电力接收线圈和手机电池之间放置一个“隔金属”的装置，用于阻挡磁力线，避免磁力线到达电池内。常规的技术是使用一个高导磁率的铁氧体来做这个“隔金属”装置。但是后来有研究发现，由于Qi充电标准中的充电频率范围在100-200KHz之间，此区间使用非晶、纳米晶材料作为电磁屏蔽片的效果优于铁氧体。因此三星S6无线充电器的接收端就采用了Amotech公司提供的非晶电磁屏蔽片技术，充电效率达到70％以上。

充电效率的持续提高一直以来都是无线充电行业追求的目标。专利WO2013095036A1、WO2014104816、WO201437151A1和WO2014092500A1均提到了非晶叠片、机械破碎和热处理工艺，压合时使胶填满碎片的间隙，从而增加磁阻、降低涡流损耗，以提高充电效率。

上述专利虽然已经提及降低磁损耗的方法，但是其工艺方法具有很大的弊端，即内部微观结构不可控，性能指标一致性差，充电效率较低。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题，提出了一种无线充电用电磁屏蔽片，使得涡流损耗进一步降低，充电效率进一步提高。

本实用新型还提供一种无线充电用电磁屏蔽片，其根据上述制备方法获得，包括：

叠层的非晶、纳米晶层；以及

贴合在所述叠层的非晶、纳米晶层上的铁氧体磁片、石墨片以及线圈。其中，所述非晶、纳米晶层通过激光切割或化学蚀刻的图形化方式形成图形，所述图形为规则图形和不规则图形。

优选地，图形化表面的图案缝隙大小为0.5μm-100μm，优选5μm-30μm，图形化形成的小块碎片图形的边线上的任意两点之间的最大距离为5μm-5mm，优选100μm-2mm，最大切割/蚀刻深度为刚好切断单层所述非晶、纳米晶带材。

优选地，所述叠层的非晶、纳米晶层的层数为至少1层，优选3～10层。

本实用新型的有益效果：

根据本实用新型的图形化处理后的电磁屏蔽片，使得电磁屏蔽片的电磁性能(磁导率、损耗等)可控，充电效率得到优化，能够最大程度发挥电磁屏蔽片的电磁屏蔽效果。

附图说明

图1为本实用新型的电磁屏蔽片结构的剖面示意图。

图2为本实用新型的叠层非晶、纳米晶层的剖面示意图。

图3(a)～图3(h)为非晶、纳米晶层的激光处理的不同图形的示意图，其中图3(a)～图3(f)为规则图形，图3(g)～图3(h)为不规则图形。

图4为激光图形化处理后的非晶、纳米晶层的表面印刷胶的示意图。

图5为本实用新型的无线充电用电磁屏蔽片的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明。以下实施例并不是对本实用新型的限制。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中。

图5为本实用新型的无线充电用电磁屏蔽片的制备方法的流程图。下面根据图5详细介绍无线充电用电磁屏蔽片的制备方法的步骤。

在制备电磁波屏蔽片前，要先准备材料和相关生产设备。材料包括非晶、纳米晶带材，相关生产设备包括：粘附胶，例如单面胶、双面胶、印刷胶带等；另一种磁片，例如铁氧体磁性片；导热片，例如石墨散热片等。

在准备好材料和相关生产设备后，进行卷绕步骤，将非晶、纳米晶带材按照要求卷绕至一定的尺寸(步骤S1)。

然后进行热处理步骤，将卷绕好的非晶、纳米晶带材放在热处理炉内进行热处理，可以根据带材品种(例如铁基非晶、铁镍基非晶、铁基纳米晶或钴基非晶等)进行加横磁场、加纵磁场、加旋磁场和不加磁场处理(步骤S2)。

接下来进行覆单面胶步骤，将热处理好的带材进行单面覆胶(步骤S3)。具体地，可使用辊对辊的覆胶工艺进行覆胶。覆单面胶的过程中确保单面胶和带材之间无气泡产生是理想的。

然后对未覆胶的一面进行图形化处理(步骤S4)。为得到不同频点下的最佳充电效率，本实用新型采取对非晶、纳米晶带材进行图形化处理工艺。具体地，图形化处理可以通过激光切割或化学蚀刻的方法进行。通过图形化处理获得需要的图案缝隙大小、图形形状/尺寸以及切割深度/蚀刻深度，从而得到最佳充电效率。激光切割和化学蚀刻的具体内容将在下文详细说明。

再次覆胶步骤(步骤S5)，在进行图形化处理的带材表面(即未覆胶的一面)进行覆胶。具体地，覆胶工艺为印刷涂布方法或者双面胶。

接着进行粘合层压(步骤S6)，非晶、纳米晶带材的再次覆胶的表面粘合到另一片非晶、纳米晶带材的没有胶经图形户处理的表面，叠层至所需层数后再对其整体进行层压操作。该另一片非晶、纳米晶带材是经过上述卷绕步骤、热处理步骤、覆单面胶步骤以及图形化处理步骤后得到的带材。

将步骤S6中获得的叠层的非晶纳米晶层按照尺寸要求进行冲切，得到要求尺寸的磁片(步骤S7)。

将步骤S7获得的磁片与铁氧体磁片、石墨片、线圈进行贴合，得到最终的电磁屏蔽片组件(步骤S8)。

下面详细介绍通过激光切割(方法1)进行图形化处理。

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。

本实用新型将表面覆胶的纳米晶带材磁片使用激光进行图形化处理，图案缝隙大小、图案形状/尺寸、切割深度等参数对充电时磁片的涡流损耗及充电效率的影响是关键的。适当的图案缝隙大小、图案形状/尺寸、切割深度可以得到最佳充电效率。

本实用新型中，激光处理缝隙大小：0.5-100μm，优选5-30μm。

切割后图案形状可以是规则的，也可以是不规则的。规则的图案例如可以是正方形、三角形、圆形、正五边形、星形等。切割后所得的小块碎片图形的边线上的任意两点之间的最大距离为5μm-5mm，优选100μm-2mm。

切割深度的最大值以刚好切断单层非晶、纳米晶带材为宜。例如，非晶、纳米晶带材厚约15-30μm的情况下，切割深度可以是16、18、20、22、24、26μm。上述激光束的切割深度可以通过调整激光束功率和移动速度等参数进行调节。

下面介绍化学蚀刻(方法2)进行图形化处理。

蚀刻是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术。蚀刻技术可以分为“湿蚀刻”(wet etching)及“干蚀刻”(dry etching)两类。通常所指蚀刻也称光化学蚀刻(photochemicaletching)，指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。本实用新型中使用化学蚀刻来进行图形化处理。

因为非晶、纳米晶带材中含有的金属种类不同，其蚀刻的工艺流程也不同，其中湿膜工序如下：非晶、纳米晶合金带材→除油→水洗→干燥→丝网印刷→干燥→曝光→显影→水洗→蚀刻图案→水洗→除墨→水洗→酸洗→水洗→干燥→检验。

干膜工序如下：非晶、纳米晶合金带材→除油→水洗→干燥→贴膜→曝光→显影→水洗→蚀刻图案→水洗→去膜→水洗→酸洗→水洗→干燥→检验。

本实用新型中可以使用现有的化学蚀刻方法。下面介绍化学蚀刻方法中的一些重要步骤。

①蚀刻前处理

在非晶、纳米晶蚀刻之前的工序是前处理，它是保证丝印油墨与非晶、纳米晶表面具有良好附着力的关键工序，因此彻底清除金属蚀刻表面的油污及氧化膜是理想的。除油应根据非晶、纳米晶带材表面的油污情况而定，必要时在丝印前进行电解除油，保证除油的效果。在丝网印刷前要干燥，如果有水分，也会影响油墨的附着力，而且影响后续图纹蚀刻的效果。

②湿膜的丝网印刷

丝网印刷要根据设计图形、纹路尺寸的需要制作标准图纹丝印网板。图纹装饰工序中，丝印主要起保护作用，涂感光胶时次数要多些，以便制得较厚的丝网模版，这样才使得遮盖性能好，蚀刻出的图纹清晰度高。丝网版的胶膜在光的作用下，产生光化学反应，使得光照部分交联成不溶于水的胶膜，而未被光照部分被水溶解而露出丝网空格，从而在涂有胶膜丝网版上光刻出符合黑白正阳片图案的漏网图纹。把带有图纹的丝印网版固定在丝网印刷机上，采用碱溶性耐酸油墨，在金属板上印制出所需要的图纹，经干燥后即可进行蚀刻。

③显影使用Na₂CO₃(10-30g/l)，温度30℃，时间按照破膜点60％--80％来控制。

④蚀刻处理

将印刷图案后的非晶、纳米晶带材放入蚀刻液中进行蚀刻。

⑤蚀刻前后处理

蚀刻后必须除去丝印油墨。一般的耐酸油墨易溶于碱中。将蚀刻板浸入40～100g/L的氢氧化钠溶液中，温度50～80℃，浸渍数分钟即可退去油墨。

通过化学蚀刻获得需要的图案缝隙大小、图案形状、蚀刻深度。具体参数与激光切割的情况下是相同的。

关于图形化处理的优势

不同的图形规格对应不同频点的电磁性能，通过大量的试验本实用新型人得出了在一定频率下，相应的电磁性能与图形的最佳对应关系。由于磁片表面的微观结构及形状对后续充电时磁片的涡流损耗及充电效率的影响都很大。本实用新型人通过控制磁片中颗粒的形状、大小、间隙的大小，就可以直接控制充电时磁片的涡流损耗，进而提高充电效率。同时本实用新型人发现不同的图案对磁片电磁性能的影响不同，图案均匀、细小的图案高频性能好，涡流损耗低，同时磁导率略有降低；而图案粗大的磁片，其高频性能较差，涡流损耗较高，而磁导率较高；而最终的充电效率与磁导率的高低、涡流损耗的大小均有关系，所以，理论上需要磁导率与涡流损耗的平衡，即图形化处理的图案形状、尺寸需在一定的范围内，才能保证磁片最佳的性能，使其充电效率最高。

根据本实用新型如上所述的无线充电用电磁屏蔽片的制备方法，可以获得一种电磁屏蔽片，其结构为带有胶的被图形化处理成大量微细结构的磁性带，为单层或多层非晶、纳米晶带材的层压片。此屏蔽片具有优良的电磁波屏蔽功能。

图1为本实用新型的电磁屏蔽片结构的剖面示意图。本实用新型的电磁屏蔽片包括：叠层的非晶、纳米晶层1，该非晶、纳米晶层1经过图形化处理；贴合在所述叠层的非晶、纳米晶层1上(周围)的铁氧体磁片2、石墨片3以及线圈4。线圈4包括WPC线圈(无线充电线圈)41及NFC线圈(近场通信线圈)42。两个WPC线圈41之间一般还包括导磁块。在非晶、纳米晶层1的基础上贴合铁氧体磁片2、石墨片3以及线圈4的方法属于本领域技术人员知晓的现有技术。

图2为本实用新型的叠层非晶、纳米晶层的剖面示意图。8为带有胶的保护膜(即单面覆胶步骤形成的膜)；9为激光处理得到的图案化的非晶、纳米晶层，其中的小缝隙为激光处理的缝隙91，大方格为非晶、纳米晶碎块92；10为双面胶或印刷胶；11为离型膜。从其可以看出，由于非晶、纳米晶层9有切割缝隙91的存在，使得在涂胶和压合时，胶体会进入和填满缝隙91，这样可以保证磁片的致密性和避免水分和氧化性物质对内部非晶的氧化和腐蚀，同时也可以减小无线充电时电磁屏蔽片产生的噪音，并保证结构的稳定和涡流损耗保有较低值。

图3(a)～图3(h)为非晶、纳米晶层的激光处理的不同图形的示意图，其中图3(a)～图3(f)为规则图形，图3(g)～图3(h)为不规则图形。例如，图3(a)中，5为所切方格(正方形)，其对角线长度：5μm-5mm，优选100μm-2mm；6为激光切割的缝隙宽度大小：0.5μm-100μm，优选5μm-30μm；7为切割缝隙的放大图。

图4为激光图形化处理后的非晶、纳米晶层的表面印刷胶的示意图。21表示图形化处理过的非晶、纳米晶带材；22表示印刷胶。为了使得印刷胶与图形化处理后的非晶、纳米晶带材表面之间不产生气泡，优选形成多个块状印刷胶。块状印刷胶的具体形状不限，以不产生气泡为佳。

以下举例均为使用非晶带材1k101所得到的屏蔽片材。标准成分：Fe₈₀Si₉B₁₁(原子比)。

举例1

如表1所示，本实用新型通过控制激光切割缝隙和块度大小的不同，得到36种磁片样品。分别进行横向和纵向对比分析。

表1

表2

项目	块度尺寸/mm	叠片层数	线圈电感L/μH	品质因数Q
					实施例2	0.1	2	6.2	124
实施例8	0.5	2	6.4	121
					实施例14	1	2	6.5	118
实施例20	2	2	6.4	116
					实施例26	5	2	6.7	113
实施例32	10	2	7.1	110

表3

通过表2可以看出，随着块度尺寸的增加，电感量增加，即导磁率增高。

表3为固定激光切割缝隙的尺寸10μm，通过设定切割缝隙的间隔即块度的大小，得到不同结构的非晶磁屏蔽片，通过测量其充电效率得到表3的结果，即块度的大小与缝隙的大小需要匹配才能得到较好的充电效果。

举例2

表4为相同块度尺寸0.5mm，通过控制激光束的能量，得到不同的缝隙大小的非晶屏蔽磁片，可以看出，随着缝隙大小的增加，线圈电感逐渐降低，即磁导率呈降低趋势。

表4

项目	缝隙大小/μm	叠片层数	线圈电感L/μH	品质因数Q
					实施例7	5	2	6.8	112
实施例8	10	2	6.5	114
					实施例9	20	2	6.3	117
实施例10	50	2	6.1	119
					实施例11	70	2	6.1	123
实施例12	100	2	5.9	126

表5

表5为测试充电效率对比，可以看出实施例8的充电效率最高，结合举例1，进一步说明非晶磁屏蔽片块度的大小与缝隙的大小需要匹配才能得到较好的充电效果。

举例3

表6

表7

通过表6和表7可以看出，与传统破碎工艺相比，无论是品质因数Q，还是充电效率，激光切割工艺均较传统工艺优异。

举例4

本实用新型采取以下蚀刻工艺对1k101非晶合金进行蚀刻处理，分别得到缝隙20、50、70μm，块度0.5mm的网格结构。

采用以下蚀刻工艺：

①除油，例如采用常规的超声除油等。彻底清洗干净后，经干燥再转入丝网印刷。

②丝网印刷选用不同目数的尼龙单丝维网，用绷网机固定在网框上，再用上浆器刮涂感光胶，涂覆1～2次，涂膜干燥后，将拍摄好的图纹黑白胶片附着在涂膜丝网上，经曝光后，即制得丝印模板。

③显影使用Na₂CO₃(25g/l)，温度30℃，时间5-10min，保证破膜点在70％左右。

④图纹蚀刻工艺图纹化学蚀刻溶液的配方及工艺条件如下：

表8

氯化铁(FeCl3)	580～750g/L	蚀刻加速剂	85～lO0g/L
				盐酸(HCl，38％)	85～120g/L	蚀刻液温度	10～45℃
磷酸(H3P04)	20～30g/L	浸渍时间	10～20min

⑤蚀刻后除墨：蚀刻后需除去保护的碱溶性耐酸油墨。方法是浸入40～60g/L的NaOH碱液中，温度控制在60～70℃，浸泡3～5min，以除干净油墨为准，然后用清水冲淋表面直至表面清洁。

通过使用化学蚀刻的方法进行图形化处理得到的实施例37，38和39，经过性能测试其结果如下：

表9

表10

从表9和表10的测试数据可以看出，使用化学蚀刻工艺得到的磁屏蔽片，与使用激光切割工艺得到的磁屏蔽片，当所切缝隙和块度大小相同时，其充电效率略微偏低，但仍高于现在使用的机械压力破碎工艺。

综上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本实用新型的技术范畴。

Claims (5)

1.一种无线充电用电磁屏蔽片，其特征在于，包括：

叠层的非晶、纳米晶层；以及贴合在所述叠层的非晶、纳米晶层上的铁氧体磁片、石墨片以及线圈，

其中，所述非晶、纳米晶层通过激光切割或化学蚀刻的图形化方式形成图形，所述图形为规则图形和不规则图形。

2.如权利要求1所述一种无线充电用电磁屏蔽片，其特征在于，图形化表面的图案缝隙大小为0.5μm-100μm，图形化形成的小块碎片图形的边线上的任意两点之间的最大距离为5μm-5mm，最大切割/蚀刻深度为刚好切断单层所述非晶、纳米晶带材。

3.如权利要求1所述一种无线充电用电磁屏蔽片，其特征在于，图形化表面的图案缝隙大小为5μm-30μm，图形化形成的小块碎片图形的边线上的任意两点之间的最大距离为100μm-2mm。

4.如权利要求2或3所述一种无线充电用电磁屏蔽片，其特征在于，所述叠层的非晶、纳米晶层的层数为至少1层。

5.如权利要求2或3所述一种无线充电用电磁屏蔽片，其特征在于所述叠层的非晶、纳米晶层的层数为3～10层。