无线充电用超薄黑色覆盖膜的研制

描述

随着移动电子设备便携式的需求进一步提升,无线充电已经成为如今一些手机厂商发布新机的必备功能。手机里使用的无线充电技术都是一些小功率的电磁感应式原理,首选是无线联盟推出的Qi标准,传输端(即充电底座)通过流过的电流产生磁场,手机Qi模块(相当于接收端)通过电磁感应将磁场转化为电流。那么问题来了,磁场随着离场源越远,磁感应强度会逐渐降低,所以拉开些距离会导致磁场大打折扣,充电速率也会降低。因此为了缩短传输端与接收端的距离,无线充电线圈上用的覆盖膜一般厂家都是使用超薄黑色覆盖膜,目前主流厂家都是使用0305规格的覆盖膜。

目前聚酰亚胺(PI)膜厂家在生产7.5 μm(3 mil)的黑色PI膜主要是在形成PAA后掺杂炭黑一起亚胺化成膜形成的。由于膜太薄,同时加入炭黑后机械性能变差,容易发生断膜现象,导致成品的良品率偏低,5 μm(2 mil)及其以下大多数都需要负载在一层厚的载体膜上,这样成本以及工艺步骤都会增加。

合成一种可溶性的聚酰亚胺树脂,掺杂一定比例的炭黑后,再涂覆在PET载体膜上,烘干溶剂即可得到黑色超薄PI膜。控制涂覆泵数,可以控制黑色PI膜的厚度,厚度范围可以在3~7.5 μm之间随意选择;控制炭黑的加入量,可以调节PI膜的黑度。由于炭黑存在导电性,所以在既需要薄又需要有一定的黑度、机械性、绝缘性,这四种矛盾体系中寻找一个炭黑用量的平衡点,显得十分困难。

1 试验

1.1  原材料

芳香型四酸二酐、脂肪族二胺,常州阳光药业;γ-丁内脂(GBL)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、丁酮(MEK)、工业级;乙酸酐、三乙胺,工业级;炭黑、炭黑分散剂,三菱瓦斯; PET 薄膜、离型纸等辅料,台博胶粘材料有限公司。

1.2  可溶性聚酰亚胺的合成

精确称取脂肪族二胺单体溶解于GBL和DMAc的混合溶剂中,通入氮气,水浴控制温度为25 ℃,在搅拌状态下分批次加入等摩尔量的芳香族二酐单体,继续搅拌8 h得到聚酰胺酸溶液,再取乙酸酐、三乙胺混合溶剂加入上述聚酰胺酸溶液中,在50 ℃搅拌反应12 h。后将溶液倒入足量的去离子水中得到聚酰亚胺沉淀,过滤,使用乙醇洗涤滤饼数次,然后在70 ℃真空干燥24 h得到聚酰亚胺粉体。该粉体使用GBL以及DMAc混合液配置成固含量为20%的溶液待用。

1.3  炭黑溶液的配制

准确称取一定量的炭黑分散剂,加入MEK搅拌溶解,然后加入对应比例的炭黑,使得最终炭黑固体含量为25%,加入玻璃珠置于分散机上摇摆4 h分散待用。

1.4  黑色聚酰亚胺溶液的配制

取固含量为20%的聚酰亚胺溶液100 g,加入固含量为25%的炭黑溶液适量。高速搅拌8 h后待用。

1.5  黑色超薄PI膜的制备

将上述已经分散好的黑色聚酰亚胺溶液均匀的涂覆于PET膜上,通过调节涂头的间隙,得到烘干溶剂后黑色聚酰亚胺薄膜的厚度分别为3 μm、 5 μm、7.5 μm,黑色PI膜附着在PET薄膜上。

1.6  黑色超薄覆盖膜的制备

取生益科技覆盖膜常规环氧胶水VF35C,在黑色PI膜一侧涂覆VF35C,控制胶层厚度,使得烘干溶剂后环氧胶层的厚度为5 μm,再在环氧胶层一侧贴合离型纸。

1.7  测试方法

剥离强度:按照IPC-TM-650-2.4.9测试。

耐浸焊性:按照IPC-TM-650-2.4.13测试。

表面电阻以及体积电阻率:按照IPC-TM-650-2.5.17测试。

电气强度:按照IPC-TM-650-2.5.6.2测试。

吸水率:按照IPC-TM-650-2.6.2测试。

可见光透射率:按照广东生益企业标准Q/GDSY 6050.45-2017测试。

拉伸强度、拉伸模量以及延伸率:按照IPC-TM-650-2.4.19C测试。

CTE(X/Y轴向):按照广东生益企业标准Q/GDSY 6050.34-2017测试。

燃烧性:按照IPC-TM-650-2.3.9测试。

耐化学性:按照IPC-TM-650-2.3.2测试。

尺寸稳定性:按照IPC-TM-650-2.2.4C测试。

介电性能:按照IEC-61189-2-721(SPDR)方法测试。

2 结果与讨论

2.1  检测数据对比

使用生益科技常规产品SF315C 0305黑色超薄覆盖膜作为对比,该覆盖膜是采用7.5 μm(3 mil)黑色PI膜直接涂覆5 μm环氧胶水后制得;PET膜上涂覆黑色PI胶水烘干后再涂覆5 μm环氧胶水后生产的黑色超薄覆盖膜命名为SF215C,取0205规格,两种覆盖膜的测试结果见表1所示。

无线充电

从上述数据对比可以看出,采用涂覆型的SF215C(0205)黑色超薄覆盖膜与直接制备的SF315C(0305)黑色超薄覆盖膜在性能上是互有优缺,例如体积电阻率方面、耐化学性以及耐化学性等方面占有优势,但是在拉伸强度以及延伸率上还略有不足。

2.2  应用评估考察

将两种不同方式生产的黑色超薄覆盖膜在FPCB厂进行相应的应用评估考察,大致流程是:开料、钻孔、冲切、贴膜对位、压合、化金以及外检等几道工序,主要考察材料的可操作性、与线路的压合情况以及化金效果对比。

涂覆型SF215C 0205覆盖膜由于有PET作为载体支撑,所以对位操作比较方便,而SF315C 0305柔软轻薄,对位易褶皱,不利于操作(如图1)。

无线充电

从图1中可以看出,两种覆盖膜在使用传压的方式进行压合时,表观都表现比较正常,同时在线圈铜箔拐角处进行切片分析,没有发现覆盖膜被压断的情况,表现良好(如图2)。

无线充电

从图2对比中可以看出,两种覆盖膜压合后进行化金处理,耐化金药水良好,未出现渗金及PI变色溶解的问题。

3 结论

(1)涂覆型黑色覆盖膜SF215C在常规性能、电气性能上,与SF315C黑色覆盖膜性能相当,在体积电阻率方面、耐化学性以及耐化学性等方面占有优势。

(2)SF215C 0205因为有PET的支撑,所以对位操作比较方便,而SF315C 0305柔软轻薄,对位易褶皱,在操作上具有一定的优势。

(3)SF215C 0205和SF315 0305采用传压压合后,二者效果都比较好。

(4)对比两种覆盖膜压合后的切片图,发现都没有PI膜在铜箔线圈拐角处断裂的现象。

(5)化金处理后都没有出现药水渗透、PI膜变色情况。

综上所述,SF215C黑色覆盖膜在性能上可满足客户要求,同时,由于黑色PI膜是采用先制备可溶性聚酰亚胺后加入炭黑再涂覆的方式生产,这样,PI膜的厚度以及透光率不再局限于PI膜厂家,可以随时满足下游客户对不同厚度产品的要求。

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