手机无线充软板,全称手机无线充电柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit,简称 FPC),是一种采用柔性基材制成的电路板,用于实现手机无线充电功能。相较于传统的刚性电路板,它最大的特点是具有可弯曲、折叠的特性,能够更好地适应手机内部复杂且紧凑的空间布局,为无线充电模块的安装提供了极大的便利性。
手机无线充软板主要由这几部分组成:柔性基板、导电线路、无线充电线圈和电子元件等
无线充电线圈
无线充电常见发射端线圈有丝包线线圈和多股绞线线圈,接收端常见线圈有FPC(Flexible Printed Circuit柔性电路板)线圈和多股绕线线圈。
1.丝包线线圈和多股绞线线圈
这两种线圈一般用在无线充电发射端,整个产品对厚度的要求没有那么高(公差可以给到±0.5 mm),制作成本低、工艺简单,一般都是常规品(例如A11线圈)。
丝包线:在漆包绞线的表面再包覆一层或两层天然纤维或化学纤维之后而形成的线,包括涤纶丝包线、尼龙丝包线、自粘丝包线(丙酮粘合、热风粘合),其中丙酮自粘丝包线是最常用的;
多股绞线:用多股铜线按照一定规则和方向做圆周螺旋缠绕在一起,形成一股多芯的电源线,多股绞线通过热风粘合绕成线圈。多股绞线最大外径经验计算公式:
D=1.155*d*√n
其中:1.155—系数;d—单根铜线最大外径;n—绞线的股数
为什么用多股线而不用同等线径的铜线来绕制线圈呢?
第一,方便加工。多股线比较柔软,弯曲性比较好,而同等线径的铜线较硬,很难加工;
第二,降低趋肤效应。无线充电工作频率100 - 200 kHz,高频电流在导体中通过,随着与导体表面的距离逐渐增加,导体内的电流密度呈指数递减,即导体内的电流会集中在导体的表面,这就是趋肤效应。单股线径粗的铜线趋肤效应严重,造成发热和效率降低;多股线中单根漆包线相互绝缘而且线径较小,可有效降低趋肤效应影响。
手机无线充FPC线圈
(1)常见FPC结构
单面板:不能用作FPC线圈(单面有铜,布线时不能交叉,线圈内引线无法导出),适用于单面有焊盘的FPC端子;
双面板:适用于各种FPC线圈和FPC端子;
镂空板:适用于双面有焊盘的FPC端子,和单面板一样不能用作FPC线圈。
单面板和镂空板结构不同用途也不同。单层板由铜箔基材(铜箔+PI)+PI保护膜两部分组成,焊盘只出现在有PI保护膜的一面,另一面无法开窗形成焊盘;镂空板由PI保护膜+铜箔+PI保护膜三部分组成,但是焊盘可以出现在两面(通过PI膜开窗控制),适用范围更广。
软板厂制板工艺流程(双面板)
开料:将整卷双面板原材料(铜箔基材)裁切成设计拼板大小尺寸;
钻孔:在基材表面钻出所需通孔,为连接两面线路导电作铺垫(双层板上下两层铜之间有PI,在钻孔和镀铜之前是不导电的),或者为后工序作识别和定位使用;
镀铜:在基材通孔壁上吸附一层离子钯,通过催化氧化还原反应,在离子钯的基体上沉积一层金属铜层(镀铜时上下两层铜箔通孔处沉积的金属铜层会使两层铜箔导通);
清洗:去除铜面氧化物并增加铜面的粗糙度,加强后序(贴干膜/丝印油墨)产品的附着力;
贴干膜:干膜(Dry film)是一种高分子化合物,经紫外线照射后能够产生一种聚合反应,形成一种稳定的物质附着在板面,从而达到阻挡蚀刻的功能。在已镀好铜的板材表面贴上一层干膜,作为图形转移的胶片;
对位曝光:将菲林(银盐感光胶片)对准已贴好干膜板材上,用UV光(紫外光线)照射。菲林上已成像的地方会阻止UV光透过,无法曝光,干膜不能发生聚合反应,无法保护此处板材后面的蚀刻;菲林上未成像的地方UV透过照射在干膜上,发生聚合反应附着在板面,阻挡后续的蚀刻,形成留铜区(即线路);
显影:将线路图形未曝光区域的干膜通过Na2CO3或者K2CO3冲洗,将未发生聚合反应的干膜溶解,露出铜材,留下已曝光区域的干膜图形;
蚀刻:显影后露出铜面的区域通过蚀刻液(氯化铜)腐蚀掉,留下干膜覆盖的图形部分;
Cu+CuCl2=2CuCl
CuCl+HCl+H2O2 →CuCl2 +H2O
退膜、除油、微蚀和钝化:将已经蚀刻成形的线路图形上面的干膜用脱膜液(NaOH)退掉,再经除油除去板材表面氧化物,微蚀增强铜面附着力,并在线路表面钝化生成一层铜面保护层,以避免贴覆盖膜前表面容易氧化;
贴覆盖膜:在铜箔线路上,覆盖一层保护膜,以避免线路氧化或短路,同时起绝缘及产品弯折作用;
层压:将已经贴好覆盖膜的产品,利用平整性很强的压机高温高压;使得覆盖膜的粘合剂融化、流动并充分填充到线路间隙中,使线路铜箔和覆盖膜紧密结合在一起,起到保护作用。
3.超薄多股并绕线圈
超薄多股并绕线圈和铜线分布图
超薄多股并绕线圈与多股绞线线圈不同。多股绞线线圈是多股漆包线拧成一股,然后绕成线圈,线圈比较厚;超薄多股并绕线圈是多根铜线并排绕线,所有的铜线并排在同一个平面,能减小趋肤效应的同时将线圈做到很薄(铜芯直径0.11 mm的铜线可以绕成0.15 mm厚度的线圈),适合在接收端中使用。
超薄多股并绕线圈的成本相比于FPC线圈低很多,在性能上基本持平,内引线引出时会导致整体的厚度增大,可以通过线圈+FPC端子+开槽磁板(开槽形状与FPC端子形状一致,间距0.15 mm比较合适)来降低整体厚度。