CN104335299A - 具有无线充电辐射体功能的磁片及其制造方法以及使用磁片的无线充电装置 - Google Patents

具有无线充电辐射体功能的磁片及其制造方法以及使用磁片的无线充电装置 Download PDF

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Abstract

因为本发明的磁片(10)与对应的常规磁性层和辐射体线圈材料组合件相比具有更加薄的厚度，并且在磁性层与辐射体之间不具有粘合层或空气层，所以，可以提高充电时需要的磁导率，可以降低损耗率并且可以获得高的充电效率。此外，因为可以提高频带宽度和增益率，所以，该磁片可以非常有效地应用于在设计上追求轻薄的无线充电产品。

Description

具有无线充电辐射体功能的磁片及其制造方法以及使用磁片的无线充电装置
技术领域
本发明涉及应用于无线充电装置的具有无线充电辐射体功能的磁片及其制造方法和用途。
背景技术
一般而言，因为算术运算装置和便携式信息通信例如手机、个人数字助理(PDA)、掌上电脑、互联网电话等使用充电电池作为能源，所以电池充电器是必需的。
目前已经商业化的台式或便携式充电器采用使电池与充电器电接触的接触型充电方法。接触型充电器具有应该被解决的各种问题。
例如，应该解决由接触不良而引起的问题例如充电故障问题和电池寿命缩短的问题。应该解决当充电器或通信装置暴露于水分或灰尘时***性能劣化的问题。此外，应该解决如下问题：因为由于在暴露于外部的充电金属端子与用户的衣服接触时所产生的静电引起通信装置失灵，所以产品的可靠性降低。
为了解决这些问题，已经进行了采用无线充电方法以在没有电接触的情况下利用磁接合(magnetic combination)为电池充电的研究。
在目前的无线充电技术中，为了满足由相应的频率(即，100kHz至200kHz的磁共振型，200kHz至300kHz的磁感应型，6.78Mhz)产生的损耗率和磁导率的值，磁性材料的厚度、金属线圈材料的厚度和绕线匝数等成为磁性材料部件(即，磁性材料/金属线圈材料组合件)的主要因素。
如图1所示，常规无线充电磁性材料部件形成为如下结构：在该结构中层叠有磁性材料层、形成在磁性材料层上的粘合层和形成在粘合层上以执行辐射体功能的金属线圈材料，其中磁性材料层由铁氧体(ferrite)烧结材料、铁氧体复合材料、森达斯特铝硅铁合金(sendust)烧结材料、复合材料等构成。
在用于无线充电的这样的具有辐射体功能的常规磁性材料部件中，位于磁性材料层与金属线圈材料之间的粘合层或空气层妨碍了磁导率的提高；妨碍了损耗率的降低；妨碍了充电效率的提高；以及由于层叠结构而妨碍了无线充电装置的轻薄设计。
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供了一种无线充电磁性材料部件，该无线充电磁性材料部件可以提高充电时需要的磁导率(μ)并且可以降低损耗率并获得高的充电效率(Q)。
本发明的另一方面提供了一种无线充电磁性材料部件，该无线充电磁性材料部件能够使无线充电装置设计得轻薄。
问题的解决方案
根据本发明的一方面，提供了一种用于无线充电的具有辐射体功能的磁片，所述磁片包括：磁性层，所述磁性层具有薄膜形状并且由包含磁性材料粉末和粘合剂树脂的磁性层组合物构成；以及用于辐射体用途的薄膜线圈，所述薄膜线圈直接镶嵌在磁性层的表面上。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：磁性材料粉末为选自Fe、Ni、Co、Mn、Al、Zn、Cu、Ba、Ti、Sn、Sr、P、B、N、C、W、Cr、Bi、Li、Y和Cd中的一种元素或选自上述元素中的两种或更多种元素的组合的合金、或者铁氧体粉末。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：磁性材料粉末的粒径为3mm至50μm。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：粘合剂树脂为选自基于聚乙烯醇的树脂、基于硅的树脂、基于环氧的树脂、基于丙烯酸酯的树脂、基于聚氨酯的树脂、基于聚酰胺的树脂和基于聚酰亚胺的树脂中的一种树脂，或选自上述树脂中的两种或更多种树脂的混合物。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：在磁性层组合物中磁性材料粉末与粘合剂的混合比按重量比计为10:90至95:5。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：磁性层组合物包含常规添加剂，该常规添加剂通常以相对于组合物的总重量少于2重量％的量混合在粘合剂树脂中。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：金属薄膜线圈由选自Ag、Au、Cu和Al中的一种元素或者选自上述元素中的两种或更多种元素的组合的合金构成。
优选地，根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的特征在于：金属薄膜线圈的厚度为5μm至1mm。
根据本发明，用于无线充电的具有辐射体功能的无线充电磁片的特征在于：金属薄膜线圈的节距为5μm至500μm。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的方法，所述方法包括：模制具有薄膜形状的磁性层，其中磁性层组合物包含磁性材料粉末和粘合剂树脂；以及通过将线圈直接镶嵌在磁性层的表面上而形成薄膜线圈。
在所述方法中，可以通过镶嵌法形成金属薄膜线圈。
镶嵌法的实例为如下方法：利用激光在磁性层的表面上形成部分凹纹并用金属填充凹纹的方法；掩蔽磁性层的表面，此后使用干燥工艺和蚀刻工艺在磁性层上形成凹纹并用金属填充凹纹的方法；以及使用一步完全形成法(即，通过在对应区与非对应区之间提供压差形成凹纹的方法)在磁性层上形成凹纹并用金属填充凹纹的方法。
此外，根据本发明的一方面，提供了一种无线充电装置，所述无线充电装置有用于无线充电的具有辐射体功能的磁片。
发明的有益效果
根据本发明，对应于常规磁性层和辐射体线圈材料组合件的本发明的磁片10具有比常规组合件更加薄的厚度，并且在磁性层与辐射体之间没有粘合层或空气层，所以可以提高充电时需要的磁导率，可以降低损耗率并且可以获得高的充电效率。此外，因为可以提高频带宽度和增益率，所以磁片可以非常有效地应用于在设计上追求轻薄的无线充电产品。
附图说明
包括附图来提供本发明的进一步理解，并且附图被合并到本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的示例性实施方案，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1为示出常规磁性层/辐射体线圈组合件的平面结构的图；
图2为示意性示出图1中示出的组合件的层叠结构的截面图；
图3为示出根据一个示例性实施方案的用于无线充电的具有辐射体功能的磁片的平面结构的平面图；以及
图4为示意性示出图3中示出的磁片的层叠结构的截面图。
具体实施方式
首先，本发明人通过研究发现了下面的问题并且提出了本发明。当具有辐射体功能的薄膜线圈直接镶嵌在具有膜状并且由磁性材料粉末和粘合剂树脂构成的磁性层上的情况下，在磁性层与辐射体之间不存在粘合层或空气层。因此，可以提高充电时需要的磁导率(μ)，可以降低损耗率，并且可以获得高的充电效率(Q)。此外，因为可以大幅降低厚度，所以本发明可以非常有效地应用于无线充电装置的轻薄设计，并且可以降低材料成本和工艺成本。
本发明中使用的术语“镶嵌”意思是在表面上雕刻图案并且用相同图案的金属填充雕刻出的图案。
下文中，将参照示出本发明的一个示例性实施方案的附图具体说明本发明。
旨在代替常规磁性层/金属线圈组合件的根据本发明的磁片为一种用于无线充电的具有辐射体功能的磁片。
如图3和图4所示，本发明的磁片10可以包括：具有薄膜形状的磁性层11；以及直接镶嵌在磁性层的表面上的用于辐射体用途的薄膜线圈12。
本发明的磁片10被配置成使得具有薄膜形状的磁性层11由磁性层组合物构成，并且磁性组合物包含磁性材料粉末和粘合剂树脂。
可以用在磁性层组合物中的磁性材料粉末的实例为选自Fe、Ni、Co、Mn、Al、Zn、Cu、Ba、Ti、Sn、Sr、P、B、N、C、W、Cr、Bi、Li、Y和Cd中的一种元素或选自上述元素中的两种或更多种元素的组合的合金、或者铁氧体粉末。
在本发明的磁性层组合物中，粘合剂树脂可以与磁性材料粉末均匀地混合。不具体限制所述粘合剂，只要粘合剂具有能够执行磁性材料组合物的薄膜模制的性质即可。粘合剂树脂的实例为基于聚乙烯醇的树脂、基于硅的树脂、基于环氧的树脂、基于丙烯酸酯的树脂、基于聚氨酯的树脂、基于聚酰胺的树脂和基于聚酰亚胺的树脂等。所述树脂可以单独使用或者以两种或更多种树脂的混合物的方式使用。
优选地，磁性材料粉末的粒径在3nm至50μm的范围内。如果磁性材料粉末的粒径不能满足上述范围的下限，那么将难以将磁性材料粉末与树脂混合，从而引起磁性材料粉末在磁性层上的非均匀分布。此外，如果粒径超过上述范围的上限，那么将难以使磁性层薄。因此，优选的是，在上述范围内选择磁性材料粉末的粒径。
在本发明的磁性层组合物中，优选的是，磁性材料粉末与粘合剂树脂的混合比按重量比计为10:90至95:5。如果在磁性层组合物中磁性材料粉末的混合比高，那么膜的物理性质较为不足。如果磁性材料粉末的混合比太低，那么无线充电性能可能劣化。因而，优选的是，以以上范围的比例混合磁性材料粉末和粘合剂树脂。
另外，在本发明的磁性层组合物中可以混合有通常混合在粘合剂树脂中的常规添加剂。在磁性层组合物中混合有这种添加剂的情况下，优选的是，添加剂的含量相对于组合物的总重量少于2重量％。添加剂的实例为硅烷偶联剂、消泡剂、交联剂等。
在本发明的磁片10中，直接层叠在具有薄膜形状的磁性层11上的金属薄膜线圈12执行辐射体功能。材料金属的实例为Ag、Au、Cu和Al等。所述金属可以单独使用或者以两种或更多种元素的组合的合金的方式使用。
优选地，金属薄膜线圈12的厚度为5μm至1mm，并且节距为5μm至500μm。可以通过用金属直接镶嵌具有薄膜形状的磁性层11的方法来形成具有这种形状的金属薄膜线圈12。
下文中，将基于优选的示例性实施方案说明根据本发明的用于无线充电的具有辐射体功能的磁片10的制造方法。
例如，可以通过如下工艺制造本发明的磁片10：模制具有薄膜形状的磁性材料层11，磁性层组合物包含磁性材料粉末和粘合剂树脂；以及此后，通过将线圈直接镶嵌在磁性层11的表面上形成薄膜线圈12。
具有薄膜形状的磁性层11的模制可以使用在相关领域中公知的直接在基板上形成薄膜的工艺、模制薄膜的工艺等进行。
作为在基板上直接形成薄膜的工艺的实例，存在一种通过使用***相沉积(LVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等在基板上沉积磁性层组合物来形成薄膜的工艺。
使用模制的薄膜模制工艺的实例为使用磁性层组合物的注入、压制、铸造和吹塑的薄膜模制工艺。
在形成金属薄膜线圈12时使用的镶嵌法的实例为如下方法：利用激光在磁性层的表面上形成部分凹纹并用金属填充凹纹的方法；掩蔽磁性层的表面，此后使用干燥工艺和蚀刻工艺在磁性层上形成凹纹并用金属填充凹纹的方法；以及使用一步完全形成法在磁性层上形成凹纹并用金属填充凹纹的方法。
用于无线充电的具有辐射体功能的磁片10可以应用于各种无线充电产品。因为本发明的磁片10与常规磁性层/辐射体线圈组合件相比具有更加薄的厚度，并且在磁性层与辐射体之间没有粘合层或空气层，所以可以提高充电时需要的磁导率，可以降低损耗率，并且可以获得高的充电效率。此外，因为可以提高频带宽度和增益率，所以磁片10可以非常有效地应用于追求轻薄设计的无线充电产品。
如上所述，在本发明的具体实施方式中，已经描述了本发明的详细的示例性实施方案，应是明显的是，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，技术人员可以做出修改方案和变化方案。因此，应该理解的是，前述内容为对本发明进行说明并且不应该被理解为限制于公开的具体实施方案，并且意旨的是，公开的实施方案的修改方案以及其他的实施方案被包括在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (10)

1.一种用于无线充电的具有辐射体功能的磁片，所述磁片包括：
磁性层，所述磁性层具有薄膜形状并且由包含磁性材料粉末和粘合剂树脂的磁性层组合物构成；以及
用于辐射体用途的薄膜线圈，所述薄膜线圈直接镶嵌在所述磁性层的表面上。
2.根据权利要求1所述的磁片，其中所述磁性材料粉末为选自Fe、Ni、Co、Mn、Al、Zn、Cu、Ba、Ti、Sn、Sr、P、B、N、C、W、Cr、Bi、Li、Y和Cd中的一种元素或选自上述元素中的两种或更多种元素的组合的合金、或者为铁氧体粉末。
3.根据权利要求1所述的磁片，其中所述磁性材料粉末的粒径为3mm至50μm。
4.根据权利要求1所述的磁片，其中所述粘合剂树脂为选自基于聚乙烯醇的树脂、基于硅的树脂、基于环氧的树脂、基于丙烯酸酯的树脂、基于聚氨酯的树脂、基于聚酰胺的树脂和基于聚酰亚胺的树脂中的一种树脂、或者选自上述树脂中的两种或更多种树脂的混合物。
5.根据权利要求1所述的磁片，其中在所述磁性层组合物中所述磁性材料粉末与所述粘合剂的混合比按照重量比计为10:90至95:5。
6.根据权利要求1所述的磁片，其中所述磁性层组合物包含常规添加剂，所述常规添加剂通常以相对于所述组合物的总重量少于2重量％的量混入所述粘合剂树脂中。
7.根据权利要求1所述的磁片，其中所述金属薄膜线圈由选自Ag、Au、Cu和Al中的一种元素构成或者由其中两种或更多种元素的组合的合金构成。
8.根据权利要求1所述的磁片，其中所述金属薄膜线圈的厚度为5μm至1mm。
9.根据权利要求1所述的磁片，其中所述金属薄膜线圈的节距为5μm至500μm。
10.一种无线充电装置，所述无线充电装置具有如在权利要求1至9中任一项中所限定的用于无线充电的具有辐射体功能的磁片。
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