一种软质包覆+激光打孔的无线快充面板设计

程发良 于来水 姚佩 杨光亮 贠涛

摘  要：目前市面搭载的手机无线快充面板外观品质较差，给用户一种廉价感。基于此，本文创造性的提出了一种高品质的软质包覆+激光打孔的无线快充面板设计概念，并通过设计和制造方案实现了该设计概念的量产化。结果表明：该全新设计的无线快充面板产品满足剥離力性能、耐热老化环境实验性能及充电性能要求，相比市面传统无线快充面板，其外观质量及触感有了质的提升。

关键词：软质包覆；激光打孔；无线快充；外观质量

中图分类号：U463.7      文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2024）02-0080-05

Design of a Wireless Fast Charging Panel With Soft Coating and Laser Drilling

CHENG Fa-liang， YU Lai-shui， YAO Pei， YANG Guang-liang， YUN Tao

（ VOYAH Automobile Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China）

Abstract： The appearance quality of the wireless fast charging panel for mobile phones currently available on the market is poor， give users a sense of affordability. Based on this， this article creatively proposes a design concept for a high-quality soft coating and laser drilling wireless fast charging panel， and achieved mass production of this design concept through design and manufacturing solutions. The results indicate that the newly designed wireless fast charging panel product meets the requirements of peeling force performance， heat aging environment experimental performance and charging performance. Compared to traditional wireless fast charging panels on the market， the appearance quality and touch have been significantly improved.

Key Words： Soft Coating; Laser Drilling; Wireless Fast Charging; Appearance

随着科技的不断发展，人们的传统生活已经被各种电子产品所颠覆，其中手机已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分[1-3]。随着智能手机等消费类电子设备的不断深入，每个人的家里都充斥着大量不同的充电器和成捆的电线，因此，以无线方式给手机充电的概念应运而生[4-5]。现在市面上搭载的手机无线充电主流还是15W左右的慢充，随着新能源汽车的飞速发展及用户需求的提高[6]，车载配置也越来越高，该充电效率已无法满足大众用户需求。为提升自身产品的竞争力，汽车内置无线快充（50W）已逐渐成为各大主机厂的标准配置。

因充电效率较高，充电过程会引起手机发热，一般达到45℃手机就会停止充电，因此，无线快充面板需要提供通风散热孔，为手机充电过程进行散热[7]。目前市面上搭载该配置的面板主要有两种方式：一种是硬质注塑成型通风散热孔（图1），另一种是单拆出风格栅盖板（图2）。但这两种常规方案的无线快充面板硬塑感强，品质感低，给用户一种廉价感；基于此，开发一种既满足较高的外观品质，如软质包覆，又能实现无线快充的设计方案迫在眉睫。

1    具体方案

1.1   设计概念

如图3所示，当带无线充电功能的手机放置于无线快充面板上时，手机开始充电，此时背部无线充电模块自带的风扇就会启动，风通过出风口流向散热孔，再通过散热孔对手机进行散热。经过仿真分析（图4）结论得出，为达到手机的散热要求，单无线快充面板散热孔面积需≥1200mm2，本文开发的是双无线快充面板，故面板上的开孔面积要求≥2400mm2。在有限的CAS面上为满足该开孔面积，经过布置计算，表皮散热孔孔径为2mm，孔边距为1.8mm（图5），该双无线快充面板上需布置776个散热孔（图6）。

1.2   实施方案

如设计概念所述，孔边距仅1.8mm，除去表皮散热孔与骨架散热孔单边0.25mm的设计公差预留，实际粘接距离仅1.3mm；在大面积散热孔区域表皮与骨架的粘接面积极小，这对粘接性能是极大的挑战，普通的胶水已无法满足该区域的粘接性能要求。为满足粘接性能要求，本设计方案采用了粘接性更强的热熔胶膜来提升骨架与表皮间的粘接性能。

如工艺流程图（图7）所示，本制造工艺流程主要工序包含物料准备、工装包覆及激光打孔。首先是物料准备，将胶膜和表皮按照设计尺寸裁切，而后将两者压合，准备好带有注塑散热孔的骨架备用；其次是包覆工序，将带有胶膜的表皮与骨架在工装设备上依次进行热压包覆、冷压定型、包边等工序；最后是激光打孔工序，胎具上设计有4个定位孔（如图8a所示），注塑骨架上设计有4个定位柱（如图8b所示），将包覆完的半成品放置于激光机（如图8c所示）内的胎具上，完成表皮的激光打孔工序（如图8d所示），实物产品如图9。

2    实验结果与分析

2.1   剥离力实验

在上述制造工艺生产的零件的打孔区域裁取6组如图10所示的剥离力测试样条，3组进行新件的直角剥离力测试，另外3组先进行冷热交变老化处理，而后再进行直角剥离力测试。用R-1-013高低温交变湿热试验箱进行试样的冷热交变处理，冷热交变处理条件：对样件进行5个温度循环试验，每个循环持续30h（包含降温与升温的时间），温度变化速度约为1.5℃/min，包括：

通过拉伸测试得出新件（图12a所示）及冷热交变后零件剥离力拉伸曲线（图12b所示）和两种状态下剥离强度统计数据（表 1）。可看出：1）冷热交变实验后零件剥离强度有所降低；2）新件及冷热交变后零件剥离强度远大于5N/cm，满足剥离力性能要求。

2.2   热老化环境实验

3种颜色各选取一件产品在DFYF-LAB-60高温箱中进行90℃/500h的热老化环境实验，实验前对零件的外观质量等符合性进行检查并拍照（如图13（a），（c），（e）），实验中每100h进行一次过程监控并记录。如图13（b），（d），（f）所示，经热老化实验后，实验零件表面未出现龟裂、斑点、变色及其它缺陷，实验结果合格。

2.3   充电性能测试实验

本实验选取了市面上主流的小米11Pro（67W无线快充）、华为mate 40pro（50W无线快充）及OPPO Find X5 pro（50W无线快充）等三款带无线快充的手机进行测试，测试样件为均配置50W无线快充的岚图追光、问界M7及本文所述无线快充面板。测试条件：工作电压13.5V±0.2V，环境温度27℃±1℃；统计了手机充电时间、电量及手机背面温度等三个参数。充电性能测试主要涉及三个指标：手机兼容性、充电效率及充电时手机背部温度。通过测试，三款手机在三种样件上均能快速连接并显示快充，整个测试过程中无断充情况出现，兼容性测试ok。

如图14所示：1）三款手机在三种样件上均能实现从1%到100%的持续稳定充电，本文所述无线快充面板充电效率与嵐图追光及问界M7无线快充面板相当；2）三款手机中小米11 Pro充电效率最高，华为mate 40 pro次之，OPPO Find X5 pro充电效率最低；3）手机电量较低时充电效率较高，随着手机电量的慢慢饱和，充电效率会呈现下降趋势。

图15为三款手机在三种样件上充电测试过程中统计的手机背部温度折线图。可以看出，整个测试过程中，三款手机背部温度均低于45℃，这说明三种样件均有良好的通风散热功能。其次，在充电的前10分钟，手机快速充电，手机背部温度急剧上升，而后手机背部温度在35℃到40℃间浮动。综上所述，本文设计的无线快充面板满足手机兼容性、充电效率及充电时手机背部温度等三个衡量充电性能的三个指标。

3    结论

1）本文实现了一种软质包覆+激光打孔的无线快充面板设计概念的量产化，并设计了合理的制造工艺；

2）本文所述软质包覆+激光打孔的无线快充面板满足剥离力性能要求、耐高温环境实验要求及充电性能要求，同时很大程度提升了充电面板的视觉及触觉感受，拓展了包覆件在车身内饰的使用范围；

3）本文所述无线快充面板丰富了市场上无线充电面板设计结构，为后续类似产品开发提供了思路。

参考文献：

[1]刘现伟.手机无线充电技术市场及未来趋势分析.《电子世界》，2020年第9期65-66.

[2]黄贤明，熊宇，黄鑫，周序生，梁爱南. 一种基于磁共振技术无线充电板的设计与实现[J]. 湖南工业大学学报，2020，34（5）：33-39.

[3]高云云. 正在普及的手机无线充电器.《当代学生》 2020年第19期16-17.

[4]袁浩博.浅析手机无线充电技术.《数字通信世界》，2017年第9期第191-192.

[5]谢利涛，赵志强，王彦莉.无线充电技术及其应用[J].河南科技，2011（3）：68-69.

[6]刘春娜.无线充电技术最新进展[J].电源技术，2015，39（2）：231-232.

[7]吴飞.手机无线充电技术起航[J].大众用电，2012（10）：41-41.