手機(jī)無線充軟板之線圈解析
手機(jī)無線充軟板,全稱手機(jī)無線充電柔性印刷電路板(Flexible Printed Circuit,簡(jiǎn)稱 FPC),是一種采用柔性基材制成的電路板,用于實(shí)現(xiàn)手機(jī)無線充電功能。相較于傳統(tǒng)的剛性電路板,它最大的特點(diǎn)是具有可彎曲、折疊的特性,能夠更好地適應(yīng)手機(jī)內(nèi)部復(fù)雜且緊湊的空間布局,為無線充電模塊的安裝提供了極大的便利性。
手機(jī)無線充軟板主要由這幾部分組成:柔性基板、導(dǎo)電線路、無線充電線圈和電子元件等
無線充電線圈
無線充電常見發(fā)射端線圈有絲包線線圈和多股絞線線圈,接收端常見線圈有FPC(Flexible Printed Circuit柔性電路板)線圈和多股繞線線圈。
1.絲包線線圈和多股絞線線圈
這兩種線圈一般用在無線充電發(fā)射端,整個(gè)產(chǎn)品對(duì)厚度的要求沒有那么高(公差可以給到±0.5 mm),制作成本低、工藝簡(jiǎn)單,一般都是常規(guī)品(例如A11線圈)。
絲包線:在漆包絞線的表面再包覆一層或兩層天然纖維或化學(xué)纖維之后而形成的線,包括滌綸絲包線、尼龍絲包線、自粘絲包線(丙酮粘合、熱風(fēng)粘合),其中丙酮自粘絲包線是最常用的;
多股絞線:用多股銅線按照一定規(guī)則和方向做圓周螺旋纏繞在一起,形成一股多芯的電源線,多股絞線通過熱風(fēng)粘合繞成線圈。多股絞線最大外徑經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式:
D=1.155*d*√n
其中:1.155—系數(shù);d—單根銅線最大外徑;n—絞線的股數(shù)
為什么用多股線而不用同等線徑的銅線來繞制線圈呢?
第一,方便加工。多股線比較柔軟,彎曲性比較好,而同等線徑的銅線較硬,很難加工;
第二,降低趨膚效應(yīng)。無線充電工作頻率100 - 200 kHz,高頻電流在導(dǎo)體中通過,隨著與導(dǎo)體表面的距離逐漸增加,導(dǎo)體內(nèi)的電流密度呈指數(shù)遞減,即導(dǎo)體內(nèi)的電流會(huì)集中在導(dǎo)體的表面,這就是趨膚效應(yīng)。單股線徑粗的銅線趨膚效應(yīng)嚴(yán)重,造成發(fā)熱和效率降低;多股線中單根漆包線相互絕緣而且線徑較小,可有效降低趨膚效應(yīng)影響。
(1)常見FPC結(jié)構(gòu)
單面板:不能用作FPC線圈(單面有銅,布線時(shí)不能交叉,線圈內(nèi)引線無法導(dǎo)出),適用于單面有焊盤的FPC端子;
雙面板:適用于各種FPC線圈和FPC端子;
鏤空板:適用于雙面有焊盤的FPC端子,和單面板一樣不能用作FPC線圈。
單面板和鏤空板結(jié)構(gòu)不同用途也不同。單層板由銅箔基材(銅箔+PI)+PI保護(hù)膜兩部分組成,焊盤只出現(xiàn)在有PI保護(hù)膜的一面,另一面無法開窗形成焊盤;鏤空板由PI保護(hù)膜+銅箔+PI保護(hù)膜三部分組成,但是焊盤可以出現(xiàn)在兩面(通過PI膜開窗控制),適用范圍更廣。
軟板廠制板工藝流程(雙面板)
開料:將整卷雙面板原材料(銅箔基材)裁切成設(shè)計(jì)拼板大小尺寸;
鉆孔:在基材表面鉆出所需通孔,為連接兩面線路導(dǎo)電作鋪墊(雙層板上下兩層銅之間有PI,在鉆孔和鍍銅之前是不導(dǎo)電的),或者為后工序作識(shí)別和定位使用;
鍍銅:在基材通孔壁上吸附一層離子鈀,通過催化氧化還原反應(yīng),在離子鈀的基體上沉積一層金屬銅層(鍍銅時(shí)上下兩層銅箔通孔處沉積的金屬銅層會(huì)使兩層銅箔導(dǎo)通);
清洗:去除銅面氧化物并增加銅面的粗糙度,加強(qiáng)后序(貼干膜/絲印油墨)產(chǎn)品的附著力;
貼干膜:干膜(Dry film)是一種高分子化合物,經(jīng)紫外線照射后能夠產(chǎn)生一種聚合反應(yīng),形成一種穩(wěn)定的物質(zhì)附著在板面,從而達(dá)到阻擋蝕刻的功能。在已鍍好銅的板材表面貼上一層干膜,作為圖形轉(zhuǎn)移的膠片;
對(duì)位曝光:將菲林(銀鹽感光膠片)對(duì)準(zhǔn)已貼好干膜板材上,用UV光(紫外光線)照射。菲林上已成像的地方會(huì)阻止UV光透過,無法曝光,干膜不能發(fā)生聚合反應(yīng),無法保護(hù)此處板材后面的蝕刻;菲林上未成像的地方UV透過照射在干膜上,發(fā)生聚合反應(yīng)附著在板面,阻擋后續(xù)的蝕刻,形成留銅區(qū)(即線路);
顯影:將線路圖形未曝光區(qū)域的干膜通過Na2CO3或者K2CO3沖洗,將未發(fā)生聚合反應(yīng)的干膜溶解,露出銅材,留下已曝光區(qū)域的干膜圖形;
蝕刻:顯影后露出銅面的區(qū)域通過蝕刻液(氯化銅)腐蝕掉,留下干膜覆蓋的圖形部分;
Cu+CuCl2=2CuCl
CuCl+HCl+H2O2 →CuCl2 +H2O
退膜、除油、微蝕和鈍化:將已經(jīng)蝕刻成形的線路圖形上面的干膜用脫膜液(NaOH)退掉,再經(jīng)除油除去板材表面氧化物,微蝕增強(qiáng)銅面附著力,并在線路表面鈍化生成一層銅面保護(hù)層,以避免貼覆蓋膜前表面容易氧化;
貼覆蓋膜:在銅箔線路上,覆蓋一層保護(hù)膜,以避免線路氧化或短路,同時(shí)起絕緣及產(chǎn)品彎折作用;
層壓:將已經(jīng)貼好覆蓋膜的產(chǎn)品,利用平整性很強(qiáng)的壓機(jī)高溫高壓;使得覆蓋膜的粘合劑融化、流動(dòng)并充分填充到線路間隙中,使線路銅箔和覆蓋膜緊密結(jié)合在一起,起到保護(hù)作用。
3.超薄多股并繞線圈
超薄多股并繞線圈和銅線分布圖
超薄多股并繞線圈與多股絞線線圈不同。多股絞線線圈是多股漆包線擰成一股,然后繞成線圈,線圈比較厚;超薄多股并繞線圈是多根銅線并排繞線,所有的銅線并排在同一個(gè)平面,能減小趨膚效應(yīng)的同時(shí)將線圈做到很?。ㄣ~芯直徑0.11 mm的銅線可以繞成0.15 mm厚度的線圈),適合在接收端中使用。
超薄多股并繞線圈的成本相比于FPC線圈低很多,在性能上基本持平,內(nèi)引線引出時(shí)會(huì)導(dǎo)致整體的厚度增大,可以通過線圈+FPC端子+開槽磁板(開槽形狀與FPC端子形狀一致,間距0.15 mm比較合適)來降低整體厚度。
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