無線充電用超薄黑色覆蓋膜的研制

付志強 曹希林 劉淼濤 伍宏奎 茹敬宏

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

0 引言

隨著移動電子設(shè)備便攜式的需求進一步提升，無線充電已經(jīng)成為如今一些手機廠商發(fā)布新機的必備功能[1][2]。手機里使用的無線充電技術(shù)都是一些小功率的電磁感應(yīng)式原理，首選是無線聯(lián)盟推出的Qi標準，傳輸端（即充電底座）通過流過的電流產(chǎn)生磁場，手機Qi模塊（相當于接收端）通過電磁感應(yīng)將磁場轉(zhuǎn)化為電流[3][4]。那么問題來了，磁場隨著離場源越遠，磁感應(yīng)強度會逐漸降低，所以拉開些距離會導(dǎo)致磁場大打折扣，充電速率也會降低。因此為了縮短傳輸端與接收端的距離，無線充電線圈上用的覆蓋膜一般廠家都是使用超薄黑色覆蓋膜，目前主流廠家都是使用0305規(guī)格的覆蓋膜。

目前聚酰亞胺（PI）膜廠家在生產(chǎn)7.5 μm（3 mil）的黑色PI膜主要是在形成PAA后摻雜炭黑一起亞胺化成膜形成的[5]。由于膜太薄，同時加入炭黑后機械性能變差，容易發(fā)生斷膜現(xiàn)象，導(dǎo)致成品的良品率偏低，5 μm（2 mil）及其以下大多數(shù)都需要負載在一層厚的載體膜上，這樣成本以及工藝步驟都會增加。

合成一種可溶性的聚酰亞胺樹脂[6][7]，摻雜一定比例的炭黑后，再涂覆在PET載體膜上，烘干溶劑即可得到黑色超薄PI膜?？刂仆扛脖脭?shù)，可以控制黑色PI膜的厚度，厚度范圍可以在3～7.5 μm之間隨意選擇；控制炭黑的加入量，可以調(diào)節(jié)PI膜的黑度。由于炭黑存在導(dǎo)電性，所以在既需要薄又需要有一定的黑度、機械性、絕緣性，這四種矛盾體系中尋找一個炭黑用量的平衡點，顯得十分困難。

1 試驗

1.1 原材料

芳香型四酸二酐、脂肪族二胺，常州陽光藥業(yè)；γ-丁內(nèi)脂（GBL）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、丁酮（MEK）、工業(yè)級；乙酸酐、三乙胺，工業(yè)級；炭黑、炭黑分散劑，三菱瓦斯； PET 薄膜、離型紙等輔料，臺博膠粘材料有限公司。

1.2 可溶性聚酰亞胺的合成

精確稱取脂肪族二胺單體溶解于GBL和DMAc的混合溶劑中，通入氮氣，水浴控制溫度為25 ℃，在攪拌狀態(tài)下分批次加入等摩爾量的芳香族二酐單體，繼續(xù)攪拌8 h得到聚酰胺酸溶液，再取乙酸酐、三乙胺混合溶劑加入上述聚酰胺酸溶液中，在50 ℃攪拌反應(yīng)12 h。后將溶液倒入足量的去離子水中得到聚酰亞胺沉淀，過濾，使用乙醇洗滌濾餅數(shù)次，然后在70 ℃真空干燥24 h得到聚酰亞胺粉體。該粉體使用GBL以及DMAc混合液配置成固含量為20%的溶液待用。

1.3 炭黑溶液的配制

準確稱取一定量的炭黑分散劑，加入MEK攪拌溶解，然后加入對應(yīng)比例的炭黑，使得最終炭黑固體含量為25%，加入玻璃珠置于分散機上搖擺4 h分散待用。

1.4 黑色聚酰亞胺溶液的配制

取固含量為20%的聚酰亞胺溶液100 g，加入固含量為25%的炭黑溶液適量。高速攪拌8 h后待用。

1.5 黑色超薄PI膜的制備

將上述已經(jīng)分散好的黑色聚酰亞胺溶液均勻的涂覆于PET膜上，通過調(diào)節(jié)涂頭的間隙，得到烘干溶劑后黑色聚酰亞胺薄膜的厚度分別為3 μm、 5 μm、7.5 μm，黑色PI膜附著在PET薄膜上。

1.6 黑色超薄覆蓋膜的制備

取生益科技覆蓋膜常規(guī)環(huán)氧膠水VF35C，在黑色PI膜一側(cè)涂覆VF35C，控制膠層厚度，使得烘干溶劑后環(huán)氧膠層的厚度為5 μm，再在環(huán)氧膠層一側(cè)貼合離型紙。

1.7 測試方法

剝離強度：按照IPC-TM-650-2.4.9測試。

耐浸焊性：按照IPC-TM-650-2.4.13測試。

表面電阻以及體積電阻率：按照I P CTM-650-2.5.17測試。

電氣強度：按照IPC-TM-650-2.5.6.2測試。

吸水率：按照IPC-TM-650-2.6.2測試。

可見光透射率：按照廣東生益企業(yè)標準Q/GDSY 6050.45-2017測試。

拉伸強度、拉伸模量以及延伸率：按照IPCTM-650-2.4.19C測試。

CTE（X/Y軸向）：按照廣東生益企業(yè)標準Q/GDSY 6050.34-2017測試。

燃燒性：按照IPC-TM-650-2.3.9測試。

耐化學性：按照IPC-TM-650-2.3.2測試。

尺寸穩(wěn)定性：按照IPC-TM-650-2.2.4C測試。

介電性能：按照IEC-61189-2-721（SPDR）方法測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測數(shù)據(jù)對比

使用生益科技常規(guī)產(chǎn)品SF315C 0305黑色超薄覆蓋膜作為對比，該覆蓋膜是采用7.5 μm（3 mil）黑色PI膜直接涂覆5 μm環(huán)氧膠水后制得；PET膜上涂覆黑色PI膠水烘干后再涂覆5 μm環(huán)氧膠水后生產(chǎn)的黑色超薄覆蓋膜命名為SF215C，取0205規(guī)格，兩種覆蓋膜的測試結(jié)果見表1所示。

從上述數(shù)據(jù)對比可以看出，采用涂覆型的SF215C（0205）黑色超薄覆蓋膜與直接制備的SF315C（0305）黑色超薄覆蓋膜在性能上是互有優(yōu)缺，例如體積電阻率方面、耐化學性以及耐化學性等方面占有優(yōu)勢，但是在拉伸強度以及延伸率上還略有不足。

表1 兩款黑色超薄覆蓋膜性能測試數(shù)據(jù)

2.2 應(yīng)用評估考察

將兩種不同方式生產(chǎn)的黑色超薄覆蓋膜在FPCB廠進行相應(yīng)的應(yīng)用評估考察，大致流程是：開料、鉆孔、沖切、貼膜對位、壓合、化金以及外檢等幾道工序，主要考察材料的可操作性、與線路的壓合情況以及化金效果對比。

涂覆型SF215C 0205覆蓋膜由于有PET作為載體支撐，所以對位操作比較方便，而SF315C 0305柔軟輕薄，對位易褶皺，不利于操作（如圖1）。

從圖1中可以看出，兩種覆蓋膜在使用傳壓的方式進行壓合時，表觀都表現(xiàn)比較正常，同時在線圈銅箔拐角處進行切片分析，沒有發(fā)現(xiàn)覆蓋膜被壓斷的情況，表現(xiàn)良好（如圖2）。

圖1 兩種不同的覆蓋膜經(jīng)過傳壓后情況對比

圖2 兩種覆蓋膜化金后對比

從圖2對比中可以看出，兩種覆蓋膜壓合后進行化金處理，耐化金藥水良好，未出現(xiàn)滲金及PI變色溶解的問題。

3 結(jié)論

（1）涂覆型黑色覆蓋膜SF215C在常規(guī)性能、電氣性能上，與SF315C黑色覆蓋膜性能相當，在體積電阻率方面、耐化學性以及耐化學性等方面占有優(yōu)勢。

（2）SF215C 0205因為有PET的支撐，所以對位操作比較方便，而SF315C 0305柔軟輕薄，對位易褶皺，在操作上具有一定的優(yōu)勢。

（3）SF215C 0205和SF315 0305采用傳壓壓合后，二者效果都比較好。

（4）對比兩種覆蓋膜壓合后的切片圖，發(fā)現(xiàn)都沒有PI膜在銅箔線圈拐角處斷裂的現(xiàn)象。

（5）化金處理后都沒有出現(xiàn)藥水滲透、PI膜變色情況。

綜上所述，SF215C黑色覆蓋膜在性能上可滿足客戶要求，同時，由于黑色PI膜是采用先制備可溶性聚酰亞胺后加入炭黑再涂覆的方式生產(chǎn)，這樣，PI膜的厚度以及透光率不再局限于PI膜廠家，可以隨時滿足下游客戶對不同厚度產(chǎn)品的要求。