TDK最新推出一款先进的符合Qi无线充电标准的平面无线充电线圈

作为材料技术、制造和电子元器件的全球领导者，TDK最新推出一款先进的符合Qi无线充电标准的平面无线充电线圈。该线圈采用独特的铜印刷技术，能为最终用户带来多种优势。无线充电联盟[WPC]已将这种新线圈指定为MP-A28。TDK的“印刷线圈”技术可实现离散线无法复制的复杂线圈模式，并能实现和最佳蚀刻工艺和技术类似的紧密迹线宽度和间隙控制。此外，TDK的技术还具有另一个独特之处，即可以根据应用要求轻松、灵活、准确地更改铜迹线厚度，这是传统铜线圈技术所不具备的。

背景

MP-A28印刷线圈的特点和优势
- 薄型
- 重量更轻
- 一致的电气规格
- 支持复杂的印刷线圈设计
- 减少部件数量
- 可靠稳定的汽车级设计
- 引线端方便连接
- 整合NFC天线
- EMI屏蔽（选配）

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背景

TDK致力于用镀铜工艺构建功率电感器的金属线圈结构有着悠久的历史，现在更是将这种成熟技术扩展到无线电力传输线圈。TDK的TFM功率电感器系列使用了类似的高纵横比(HighAspectPlating:HAP）镀铜技术来增加线圈模式的横截面积，降低直流电阻(DCR)。TDK在这些丰富经验的基础上不断改进模式和电镀工艺，现在已经将其用于传统上需使用利兹线的无线电力传输(Tx)线圈。

获得Qi无线充电联盟标准认证的MP-A28线圈具有以下三大创新：

1)革命性的专利印刷线圈设计

2)载体PET薄膜上采用“加成”方式的镀铜工艺。

3)线圈结构安裝在以“湿式工法”具有高磁导率、高磁通饱和密度(Bs)的磁屏蔽上。

灵活的印刷线圈设计能更好地控制和磁场形成(H)，从而将磁通量(ɸ)集中在最佳充电位置，以实现与Rx设备的最佳磁耦合和功率传输效率。此外，通过印刷化设计，可以消除传统三线圈产品中典型的传输效率（最大值和最小值）的变化，也可以减少或消除线圈单元周围传输低效率的区域(死区)。

线圈电镀工艺是一种"加成法"工艺，可在指定位置镀铜。这与印刷电路板(PCB)和/或柔性印刷电路板(FPC)不同，后者是一种"减去法"工艺，即要蚀刻实心铜片并仅留下所需的铜图案。

“湿式工法”屏蔽采用Mn-Zn铁氧体材料，将其作为湿式“浆料”涂布到厚度为0.3毫米的载体薄膜上（最薄可至0.1毫米）。将铁氧体涂布到薄膜上之后，进行烧结并预裂。

一直以来，经过无线充电联盟的低功率无线充电标准认证的标准发射(Tx)线圈都采用绕线式结构。更具体地说使用了利兹线绕线式结构。这类多股线绕线式具有更大的铜表面积，能降低趋肤效应损失，从而提高工作频率下的交流电阻(ACR)。鉴于此，MP-A28印刷线圈还采用了获得专利的多层堆叠结构来帮助减少交流铜损。

MP-A28印刷线圈的特点和优势

TDK推出的新型印刷线圈技术采用多种新材料工艺和构造技艺，能为最终用户带来以下诸多特点和优势：

薄型–严格控制的镀铜厚度（从5um到150um）和湿式工法Mn-Zn铁氧体屏蔽(0.3mm)，使得MP-A2815WQi无线充电标准合规的发射线圈的总厚度仅为0.76mm，可帮助实现更薄更轻的充电器设计。

图1：与3 线圈的WPC 15W Tx绕组线圈的厚度对比

不仅铜印刷线圈更薄，系统性能也更好。考虑到磁耦合(K)发射(Tx)和接收(Rx)磁屏蔽之间的物理距离的影响，采用超薄线圈模式，MP-A28的线圈屏蔽层能更靠近电荷表面，更靠近Rx设备，从而提高了磁耦合和效率。

重量更轻–鉴于当前电动汽车厂商正积极提高电池充电效率，延长车辆续航里程，减轻车身重量再次成为焦点话题。TDK的MP-A28线圈采用湿式工法屏蔽/更高磁导率(µ')材料，更薄，并且能减轻Tx线圈重量，同时保持所需的充电性能。

一致的电气规格–MP-A28线圈采用光罩/电镀工艺，可产生电气误差＜0.5%的空心线圈，并且铜印刷线圈和铁氧体屏蔽使用共面结构。这使得整个线圈的电感(Ls)和电阻(Rs)值不会像绕线式线圈那样多变。绕线式线圈会受到绝缘厚度变化、匝间绕组在共面性方面的变化，以及绕组期间导线张力控制问题等诸多因素的影响，致使磁长度和相应的Ls值发生变化。

支持复杂的印刷线圈设计–TDK的高精度铜加成工艺为设计不规则形状的线圈模式带来了可能，能减少会降低充电效率或完全无法像传统绕线式线圈那样工作的“死区”。创新的MP-A28印刷线圈还允许磁场形成(H)并将磁通量(ɸ)集中在最佳充电区域。这也有助于使磁场远离任何邻近的金属物体，并限制磁通量进入待充电设备[电话.等]的其他区域。

图2：磁通分布对比

绕组三线圈的磁通分布

MP-A28线圈的磁通量分布

通过更均匀的磁场，即使在待充电设备内的Tx线圈和Rx线圈之间未对准的情况下，也能提高效率。

图3：效率对比

WPC MP-A13线圈效率图

WPC MP-A28线圈效率图

此外，新型MP-A28线圈由多层上平行的多条布线组成，可增加每个有效匝的表面积，从而最大限度减少铜布线的交流趋肤效应。趋肤效应会增加交流电阻(ACR)，加快线损和温升，从而降低效率。

减少部件数量–MP-A28线圈符合Qi无线充电标准，采用单充电线圈结构，尺寸和形状设计比三线圈配置更灵活。由于只有一个线圈，因此能消除与三线圈结构相关的诸多重复电子元件，从而减少元器件数量和BOM成本。MP-A28只需要一个驱动器、一个开关和一个谐振电容器组(Cs)，还能省去热敏电阻（如使用）。

可靠稳定的汽车级元件–汽车应用具有其他应用和终端市场不具备的强制性严格要求。薄铁氧体屏蔽层的预裂工艺可确保在发生意外事件（比如机械冲击、振动、冲击、热冲击等）时不会出现会导致性能损失的额外开裂。

方便引线端连接–由于MP-A28线圈的平面布线是由印刷化工艺创建的，因此线圈可提供铜引线、连接器/插头引脚的多种连接方式，方便在连接到主印刷电路板时轻松组装包含充电电路的元件。TDK使用非焊料超声波焊接工艺连接这些引脚，消除了使用绕组线圈时所需的通孔、焊接、返工时的脱焊等操作。

图4：MP-A28可选连接器的引脚配置

整合 NFC 天线–在载体薄膜上镀铜的一大优势是额外的独立线圈模式也能整合到同一载体层上。无线充电发射设备中使用的一种常见附加线圈是近场通信(NFC)天线。由于电镀与所需的图案数量无关，因此将NFC线圈添加到现有的无线充电线圈结构中，成本最低。然后，NFC天线同样使用现有的铁氧体屏蔽……消除了对双屏蔽的需求和相应的成本。这不仅减少了实施这两种技术所需的面积（因为它们通常并排放置），还减轻了重量。

EMI屏蔽（选配）–MP-A28还提供EMI金属网屏蔽选项。这是一个厚度为30um的单独屏蔽层，旨在帮助满足汽车应用的CISPR25要求。将屏蔽层放置在MP-A28的印刷线圈上，然后将其电气接地，即可获得有效且重量轻的EMI噪声抑制解决方案。
在叠层中添加EMI屏蔽层导致的效率降低不到1%。

        审核编辑：彭菁