无线充电用超薄黑色覆盖膜的研制

付志强 曹希林 刘淼涛 伍宏奎 茹敬宏

（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523808）

0 引言

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[1][2]。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[3][4]。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[5]。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[6][7]，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I P CTM-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IPCTM-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。

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。

表1 两款黑色超薄覆盖膜性能测试数据

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）。

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）。

图1 两种不同的覆盖膜经过传压后情况对比

图2 两种覆盖膜化金后对比

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。