無線充電接收線圈的製作方法

2023-04-30 11:28:44

本實用新型具體涉及一種無線充電接收線圈，屬於無線充電技術領域。

背景技術：

隨著納米加工技術和超大型集成電路(VLSI)技術的發展，電子元件和控制晶片的尺寸越來越小，使電子產品朝著小型、便攜、一體化和可穿戴的方向發展。目前電子產品要求一體化，全封閉，在防水防塵的同時還需要提高產品的壽命和可靠性，這給電子產品的充電過程提出了挑戰，例如手機、平板電腦(PDA)等電子產品內部含有可充電電池(例如鋰電池)，給電子產品內部電池充電，一般需在其上留出充電接口，因而難以全封閉。

無線充電技術(Wireless Charging Technology)是一種無接觸的電能傳輸技術，能夠很好解決上述問題，目前業界也已經組成無線充電聯盟(WPC)，並且發展了相關無線充電標準(Qi)，無線充電接收線圈又是無線電能接收器件的重要組成部分，其性能的好壞直接影響無線電能傳輸的效率和質量。現有技術中，無線充電接收線圈通常是由銅導線繞制而成，還有一些研究是將無線充電接收線圈印製在PCB電路板上，但是製得的無線充電接收線圈都是剛性的，而且面積較大，很難集成到便攜、可穿戴設備中。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在於提供一種無線充電接收線圈及其製備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本實用新型採用的技術方案包括：

本實用新型實施例提供了一種無線充電接收線圈，其包括：

柔性基底，包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面；

以及，多層柔性線圈板，包括交替層疊的(n+1)個導電線圈層和n個絕緣層，其中第一個導電線圈層設置於所述柔性基底的第一表面，第一個絕緣層設置於第一個導電線圈層上，第(n+1)個導電線圈層設置在第n個絕緣層上，n為正整數，並且所述的每一導電線圈層包含一個以上導電線圈，同時n個絕緣層或者n個絕緣層及柔性基底中還設有過孔，所述過孔內填充有導電材料，用以將(n+1)個導電線圈層中的導電線圈相互串聯和/或並聯形成無線充電線圈，並使(n+1)個導電線圈層中的導電線圈具有相同的電流走向。

在一些較為優選的實施方案中，(n+1)個導電線圈層中的相應導電線圈均相互對齊。

在一些較為優選的實施方案中，任一導電線圈層和與該導電線圈層相鄰的一絕緣層的厚度之和為5μm～50μm。

在一些較為優選的實施方案中，(n+1)個導電線圈層和n個絕緣層的厚度之和為15μm～200μm。

在一些較為優選的實施方案中，填充於所述過孔內的導電材料由印刷在所述絕緣層上的導電漿料或導電墨水中的部分進入過孔後再經燒結固化形成。

本實用新型實施例還提供了一種製備所述無線充電接收線圈的方法，其包括如下步驟：

(1)提供柔性基底，所述柔性基底包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面；

(2)在所述柔性基底的第一表面上印刷導電墨水或導電漿料，經燒結固化後，形成第一個導電線圈層；

(3)在第一個絕緣層上加工出過孔，並將第一個絕緣層覆設在第一個導電線圈層上；

(4)在第一個絕緣層上印刷導電墨水或導電漿料，並使其中部分導電墨水或導電漿料進入所述過孔，之後對所述導電墨水或導電漿料進行燒結固化，於第一個絕緣層上形成第二個導電線圈層，同時形成填充所述過孔的導電材料；

(5)重複步驟(3)～步驟(4)的操作，直至形成多層柔性線圈板，所述多層柔性線圈板包括交替層疊的(n+1)個導電線圈層和n個絕緣層，第(n+1)個導電線圈層設置在第n個絕緣層上，n為正整數，所述的每一導電線圈層包含一個以上導電線圈，同時，填充於n個絕緣層的過孔內的導電材料還將(n+1)個導電線圈層中的導電線圈相互串聯和/或並聯形成無線充電線圈，並使(n+1)個導電線圈層中的導電線圈具有相同的電流走向。

與現有技術相比，本實用新型提供的無線充電接收線圈具有超薄、柔性、超小型、高品質因數等優點，且電能接收能力較強，完全符合Qi標準，可應用於便攜、可穿戴設備的電子產品中。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例1中一種4層串聯結構的無線充電接收線圈的示意圖；

圖2是本實用新型實施例1中一種無線充電接收線圈的截面結構圖；

圖3是本實用新型實施例1中一種無線充電接收線圈的平面結構圖；

圖4是本實用新型實施例2中一種4層結構的無線充電接收線圈的示意圖，其中上兩層並聯，下兩層並聯，再將上下層進行串聯的結構圖；

圖5是本實用新型實施例2中一種無線充電接收線圈的平面結構圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。這些優選實施方式的示例在附圖中進行了例示。附圖中所示和根據附圖描述的本實用新型的實施方式僅僅是示例性的，並且本實用新型並不限於這些實施方式。

在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節而模糊了本實用新型，在附圖中僅僅示出了與根據本實用新型的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本實用新型關係不大的其他細節。

本申請實施例的一個方面提供的一種無線充電接收線圈包括：

柔性基底，包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面；

多層柔性線圈板，包括交替層疊的(n+1)個導電線圈層和n個絕緣層，其中第一個導電線圈層設置於所述柔性基底的第一表面，第一個絕緣層設置於第一個導電線圈層上，第(n+1)個導電線圈層設置在第n個絕緣層上，n為正整數，並且所述的每一導電線圈層包含一個以上導電線圈，同時n個絕緣層或者n個絕緣層及柔性基底中還設有過孔，所述過孔內填充有導電材料，用以將(n+1)個導電線圈層中的導電線圈相互串聯和/或並聯形成無線充電線圈，並使(n+1)個導電線圈層中的導電線圈具有相同的電流走向。

其中，相併聯的導電線圈具有相同的線圈繞旋走向，並且內端與內端電連接，外端與外端電連接。

更為具體的，在一些實施方案中，相互並聯的各導電線圈具有相同的卷繞方向，並且相互並聯的各導電線圈的內端相互電連接，外端亦相互電連接，其中每一導電線圈的卷繞始端和卷繞終端中的任一者分布於導電線圈的內側作為所述的內端，另一者分布於導電線圈的外側作為所述的外端。

其中，相串聯的導電線圈內端與內端電連接或外端與外端電連接，內端與內端電連接時其中一個線圈由外向內繞旋，經過電連接端後順著相同的繞旋方向由內向外繞旋，外端與外端電連接時其中一個線圈由內向外繞旋，經過電連接端後順著相同的繞旋方向由外向內繞旋。

更為具體的，在一些實施方案中，彼此串聯的相鄰兩個導電線圈的內端相互電連接或外端相互電連接，其中一個導電線圈的卷繞始端分布於導電線圈的內側作為所述的內端，卷繞終端分布於導電線圈的外側作為所述的外端，而另一個導電線圈的卷繞終端分布於導電線圈的內側作為所述的內端，卷繞始端分布於導電線圈的外側作為所述的外端。

較為優選的，(n+1)個導電線圈層中的相應導電線圈均相互對齊。

在一些較為具體的實施方案中，一種無線充電接收線圈具有多層結構，層數為n，n>2，最下層為柔性基底，向上依次為第一個導電線圈層、第一個絕緣層、第二個導電線圈層、第二個絕緣層……直至第n個導電線圈層，各導電線圈層之間以絕緣層隔開，形成導電線圈層與絕緣層交錯層疊的多層結構；交錯層疊的各導電線圈層上下對齊，各層緊合形成多層柔性線圈板，不同導電線圈層的導線之間以串聯或並聯的方式進行電連接，形成具有接線端子的無線充電線圈。其中，所述柔性基底和絕緣層上可設置有過孔，過孔內填充導電材料用於不同導電線圈層之間的電連接。

進一步的，所述無線充電接收線圈中線圈導線間距為0.1mm～1mm，亦即，各導電線圈中相鄰兩匝線圈之間的距離為0.1mm～1mm。

進一步的，用以構成所述導電線圈的導線的截面長度為0.2mm～1mm。

進一步的，用以構成所述導電線圈的導線的截面寬度(也即導線厚度)為3μm～35μm。

進一步的，用以構成所述導電線圈的導線包括第一導電層。

進一步的，所述第一導電層可以由印刷在所述柔性基底或絕緣層上的導電漿料或導電墨水燒結固化形成。

優選的，所述第一導電層的厚度為1μm～2μm。

進一步的，用以構成所述導電線圈的導線還包括疊設在第一導電層上的第二導電層。

進一步的，所述第二導電層包括形成於第一導電層的電鍍層；優選的，所述電鍍層包括鍍銅層。

優選的，第二導電層的厚度為2μm～25μm。

在一些實施方案中，所述無線充電接收線圈的一個基礎結構層的厚度為任一導電線圈層和與該導電線圈層相鄰的一絕緣層的厚度之和為5μm～50μm。

在一些實施方案中，所述無線充電接收線圈的多個基礎結構層的厚度為(n+1)個導電線圈層和n個絕緣層的厚度之和為15μm～200μm。

在一些較為優選的實施方案中，填充於所述過孔內的導電材料由印刷在所述絕緣層上的導電漿料或導電墨水中的部分進入過孔後再經燒結固化形成。也可以認為是，填充於所述過孔內的導電材料與形成在柔性襯底或者絕緣層上的至少一導電線圈一體設置。

進一步的，所述過孔的直徑優選為0.3mm～1mm。

進一步的，所述過孔的形狀包括圓形、正方形或正六邊形等規則或不規則形狀。

在一些實施方案中，所述柔性基底或絕緣層可採用絕緣柔性薄膜材料，例如可以為聚酯材料(PET/PEN)、者聚醯亞胺材料(PI)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍等製成的柔性薄膜，也可以採用紙張、皮革柔性材料，且不限於此。

例如，所述柔性基底或絕緣層可以包括聚酯柔性薄膜、聚醯亞胺柔性薄膜、聚乙烯柔性薄膜、聚氯乙烯柔性薄膜、尼龍柔性薄膜、紙張或皮革。

進一步的，所述柔性基底的厚度優選為2μm～23μm。

進一步的，所述絕緣層的厚度優選為2μm～23μm。

在一些實施方案中，所述無線充電線圈具有兩個接線端子。

進一步的，所述接線端子分布於所述無線充電接收線圈的外側，用於與負載端電連接。

進一步的，所述接線端子可以選自填充有導電材料的圓形過孔，或者也可選自圓形焊盤或方形焊盤。

進一步的，所述圓形過孔的直徑優選為0.3mm～1mm。

進一步的，所述圓形焊盤的直徑優選為0.3mm～1mm。

進一步的，所述方形焊盤的邊長優選為0.3mm～1mm。

進一步的，所述無線充電接收線圈利用超薄的絕緣層和多層結構，層數為n，n>2,接收電能的能力約為單層結構的無線充電接收線圈的n倍，因此能設計出小尺寸的無線充電接收線圈，例如四層結構就能設計出長、寬分別小於2cm和1.5cm的無線充電接收線圈，並且符合Qi標準。

本實用新型實施例還提供了一種製備所述無線充電接收線圈的方法，其包括如下步驟：

(1)提供柔性基底，所述柔性基底包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面；

(2)在所述柔性基底的第一表面上印刷導電墨水或導電漿料，經燒結固化後，形成第一個導電線圈層；

(3)在第一個絕緣層上加工出過孔，並將第一個絕緣層覆設在第一個導電線圈層上；

(4)在第一個絕緣層上印刷導電墨水或導電漿料，並使其中部分導電墨水或導電漿料進入所述過孔，之後對所述導電墨水或導電漿料進行燒結固化，於第一個絕緣層上形成第二個導電線圈層，同時形成填充所述過孔的導電材料；

(5)重複步驟(3)～步驟(4)的操作，直至形成多層柔性線圈板，所述多層柔性線圈板包括交替層疊的(n+1)個導電線圈層和n個絕緣層，第(n+1)個導電線圈層設置在第n個絕緣層上，n為正整數，所述的每一導電線圈層包含一個以上導電線圈，同時，填充於n個絕緣層的過孔內的導電材料還將(n+1)個導電線圈層中的導電線圈相互串聯和/或並聯形成無線充電線圈，並使(n+1)個導電線圈層中的導電線圈具有相同的電流走向。

進一步的，用以構成所述導電線圈的導線包括第一導電層，所述第一導電層由印刷在所述柔性基底第一面或者所述絕緣層上的導電墨水或導電漿料經燒結固化形成。

在一些具體實施方案中，所述導電線圈層採用印刷電子技術進行製備，首先用導電墨水或導電漿料等在柔性基底或絕緣層的第一面上印製出所需導電線圈圖案，印刷厚度為1μm～2μm，然後進行燒結固化。

其中，所述絕緣層具有相背對的第一面和第二面，所述第二面與所述柔性基底層的第一面相背對。

進一步的，用以構成所述導電線圈的導線還包括第二導電層，所述第二導電層為形成於所述第一導電層上的金屬鍍層。

在一些具體實施方案中，鑑於採用導電漿料或導電墨水印刷出的導電線圈電阻較大，為了減小線路電阻，可通過電鍍在導電線圈圖案上形成2μm～25μm厚的鍍銅。

前述導電漿料或導電墨水可主要由導電金屬材料和/或碳材料的微米顆粒和/或納米顆粒分散於有機溶劑形成。

其中，所述金屬材料可選自銀、銅、金、鎳或鋁中的任意一種，但不限於此。

其中，所述碳材料可選自碳納米管、石墨烯、微米碳顆粒或納米碳顆粒，但不限於此。

例如，適用於本實用新型的導電漿料可以是業界習用的銀漿、銅漿、呂漿、金漿等。

其中，前述印刷的方式包括絲網印刷、噴墨印刷、凹版印刷、凸版印刷、轉移印刷、氣溶膠印刷中的任意一種或兩種以上的組合，但不限於此。

其中，前述的燒結固化方式包括熱固化燒結、光子燒結、微波燒結、等離子燒結中的任意一種或兩種以上的組合，但不限於此。

前述的印刷、燒結固化均可採用業界已知的任何合適方式進行。

在一些實施方案中，在前述步驟(2)中，也可以在所述柔性基底上加工出過孔。

在一些實施方案中，可以採用雷射打孔方式在所述絕緣層或者柔性基底及絕緣層上加工出所述過孔。例如，可以採用雷射打孔形成圓形過孔，過孔直徑為0.3mm～1mm。

進一步地，可以在印刷導電線圈圖形的同時將導電漿料或導電墨水填充到所述過孔中，之後進行燒結固化，形成填充過孔的導電材料。

本實用新型的無線充電接收線圈包括柔性基底層，導電線圈層、柔性絕緣層，柔性基底層和絕緣層上的導電互連通道，線圈接線端。所述導電線圈與絕緣層交錯層疊，不同層的導電線圈利用導電通道以串聯或並聯的方式進行電連接，最終形成具有兩個接線端的多層線圈。不同層上的線圈對齊，各層線圈具有相同的電流走向。所述基底和絕緣層為柔性薄膜材料，單層厚度為2μm～25μm，多層線圈的厚度也僅15～200μm，超薄而且可以任意彎折。採用的多層結構和超薄的絕緣層使線圈具有更高品質因數，而且使小尺寸的線圈也有較大的電能接收能力。

本實用新型的無線充電接收線圈，利用超薄的絕緣層和多層結構，層數為n，n>2,接收電能的能力約為單層結構的n倍，因此能設計出小尺寸的無線充電接收線圈，四層結構就能設計出長寬分別小於2cm和1.5cm的無線充電接收線圈，並且符合Qi標準的無線充電接收線圈。

以下結合附圖和若干實施例對本實用新型的技術方案作進一步的解釋說明。

實施例1

參見圖1示出的是本申請實施例1提供的一種無線充電接收線圈的結構，該無線充電接收線圈為4層串聯結構，包括1層柔性基底104，3個柔性絕緣層10，4個導電線圈層11，3個過孔12，2個接線端131、132。最下層為作為基底層的柔性基底104，向上依次為第一個導電線圈層114、第一個絕緣層103、第二個導電線圈層113、第二個絕緣層102……直至第四個導電線圈層111，相鄰導電線圈層之間以絕緣層10隔開，形成導電線圈層與絕緣層交錯層疊的多層結構。

其中，不同層的導電線圈層經過串聯之後具有相同的走向，串聯的第一個導電線圈層114內端146經過第一個絕緣層103的過孔123內填充的導電材料與第二個導電線圈層113的內端145進行電連接；第二個導電線圈層113外端144經過第二個絕緣層102過孔122內填充的導電材料與第三個導電線圈層112的外端142進行電連接；第三個導電線圈層112內端143經過第三個絕緣層101過孔121內填充的導電材料與第四個導電線圈層111的內端141進行電連接；並且相鄰兩個導電線圈層的繞旋方向相反，當內端與內端電連接時，其中一個導電線圈層由外向內繞旋，經過電連接端後順著相同的繞旋方向由內向外繞旋，當外端與外端電連接時，其中導電線圈層由內向外繞旋，經過電連接端後順著相同的繞旋方向由外向內繞旋；通過這樣的串聯以後，使得各個導電線圈層具有相同的電流繞向。

其中，柔性基底104和柔性絕緣層10均為約2μm厚的PET薄膜。

本實施例的無線充電接收線圈在製備時，導電線圈層11可以用絲網印刷的方法，先在基底層或絕緣層的第一面印刷出2μm厚的導電銀漿圖形，再將其加熱烘乾固化，之後通過電鍍方式在銀線圈上形成一層20μm厚的銅，每個絕緣層上的過孔12採用雷射鑽孔的方法進行打孔，相鄰的導電線圈層通過間隔的絕緣層中通孔內填入的導電銀漿進行電連接，形成4層串聯結構，在用銀漿印刷無線充電接受線圈圖案的同時，將銀漿作為導電材料填入過孔12內並固化。

參見圖2為本申請實施例1提供的一種無線充電接收線圈的截面結構圖，其包括1層柔性基底304，3個柔性絕緣層30，4個導電線圈層31，3個過孔32。每個絕緣層30和每個導電線圈層31交錯層疊，且層疊的各個導電線圈層31上下對齊，各層緊合形成多層柔性線圈板，不同層的導電線圈層之間利用過孔32內填充的固化的導電銀漿進行電連接，形成串聯連接。

前述基底層和絕緣層均為柔性薄膜材料，基底層和每個絕緣層向上的一面為第一面，向下的一面為第二面，各導電線圈電路設置在所述基底層和絕緣層的第一面上。

參見圖3為本申請實施例1提供的一種無線充電接收線圈的平面結構圖，其中線圈匝數n為9，長度404為2cm，寬度403為1.5cm，每層導線寬度401為0.5mm，相鄰導線的間距402為0.2mm，過孔405的內徑為0.3mm，最終引出兩個接線端406、407，該接線端是內徑為0.5mm的圓形過孔，且過孔內填充有固化的導電銀漿。

本申請實施例1提供的一種無線充電接收線圈具有4層柔性無線充電接收線圈，整體厚度約100μm，長度為2cm和寬度為1.5cm，不加隔磁片自感為20uH，在線圈上貼長2cm、寬1.5cm的隔磁片後自感為27uH，與Qi標準中A5型發射線圈相聚3.4mm時，互感為4uH，具有較高的品質因數和無線電能接收能力，而且能夠任意彎折。

實施例2

參見圖4示出的是本申請實施例2提供的一種無線充電接收線圈的結構，該無線充電接受線圈為4層串並聯結構，其中上面兩層211、212相併聯，下面兩層213、214相併聯，然後上兩層再和下兩層進行串聯，同樣包括1層柔性基底204，3個柔性絕緣層20，4個導電線圈層21，5個過孔22，2個接線端231、232。最下層為基底層204，向上依次為第一個導電線圈層214、第一個絕緣層203、第二個導電線圈層213、第二個絕緣層202……直至第四個導電線圈層211，相鄰導電線圈層之間以絕緣層20隔開，形成導電線圈與絕緣層交錯層疊的多層結構。所述不同層的導電線圈層經過串聯或並聯之後具有相同的電流走向，第一個導電線圈層214內端248經過第一個絕緣層203過孔225內填充的導電材料與第二個導電線圈層213的內端246進行電連接，同時，第一個導電線圈層214外端247經過第一個絕緣層203過孔224內填充的導電材料與第二個導電線圈層213的外端245進行電連接，使第一個導電線圈層與第二個導電線圈層並聯；第三個導電線圈層212內端244經過第三個絕緣層201過孔222內填充的導電材料與第四個導電線圈層211的內端242進行電連接，同時，第三個導電線圈層212外端241經過第三個絕緣層201過孔221內填充的導電材料與第四個導電線圈層211的外端241進行電連接，使第三個導電線圈層與第四個導電線圈層並聯；第二個導電線圈層213內端246經過第二個絕緣層202過孔223內填充的導電材料與第三個導電線圈層212的內端244進行電連接，使第一、第二個導電線圈層與第三、第四個導電線圈層串聯；同時，第一、第二個導電線圈層繞旋方向相同，第三、第四個導電線圈層繞旋方向相同，第一、第二個導電線圈層與第三、第四個導電線圈層繞旋方向相反。最終不同層的導電線圈層經過串聯或並聯之後具有相同的走向，相併聯的線圈具有相同的線圈繞旋走向，並且內端與內端電連接，同時外端與外端電連接；串聯的線圈內端與內端電連接或外端與外端電連接，當內端與內端電連接時，其中一個線圈由外向內繞旋，經過電連接端後順著相同的繞旋方向由內向外繞旋，當外端與外端電連接時，其中一個線圈由內向外繞旋，經過電連接端後順著相同的繞旋方向由外向內繞旋；通過這樣的並聯或串聯以後，使得各層導電線圈具有相同的電流繞向。

其中，柔性基底204和柔性絕緣層20均可以為月2μm厚的PET薄膜。

本實施例的無線充電接收線圈在製備時，導電線圈層21是用絲網印刷的方法，先在基底或絕緣層的第一面印刷出2μm厚的導電銀漿圖形，再將其加熱烘乾固化，之後通過電鍍在銀線圈上形成一層10μm厚的銅，絕緣層上的過孔22採用雷射鑽孔的方法進行打孔，相鄰的導電線圈層通過在通孔內填入導電銀漿進行電連接，形成4層串並聯結構，在用銀漿印刷無線充電接受線圈圖案的同時，將銀漿作為導電材料填入過孔22內並固化。

參見圖5為本申請實施例2提供的一種無線充電接收線圈的平面結構圖，其中線圈匝數n為7，長度504為4cm，寬度503為3cm，每層導線寬度501為0.7mm，相鄰導線的間距502為0.2mm，過孔505的內徑為0.3mm，最終引出兩個接線端506、507，該接線端是內徑為0.5mm的圓形過孔，且過孔內填充有導電銀漿。

本申請實施例2提供的一種無線充電接收線圈具有4層柔性無線充電接收線圈，整體厚度約60μm，長度僅4cm和寬度為3cm，不加隔磁片自感為11uH；在線圈上貼長4cm、寬3cm的隔磁片後，自感為16uH，與Qi標準中A5型發射線圈相聚3.4mm時，互感為6.7uH，且具有較高的品質因數和無線電能接收能力，而且能夠任意彎折。

本申請提供的無線充電接收線圈不僅具有無線充電功能，還滿足具有柔性，可任意彎折的要求，尤其適用於能與身體密切接觸的可穿戴電子產品。

應當理解，上述實施例僅為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。