作為材料技術(shù)、制造和電子元器件的全球領(lǐng)導(dǎo)者，TDK最新推出一款先進(jìn)的符合Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)的平面無線充電線圈。該線圈采用獨(dú)特的銅印刷技術(shù)，能為最終用戶帶來多種優(yōu)勢。無線充電聯(lián)盟[WPC]已將這種新線圈指定為MP-A28。TDK的“印刷線圈”技術(shù)可實(shí)現(xiàn)離散線無法復(fù)制的復(fù)雜線圈模式，并能實(shí)現(xiàn)和最佳蝕刻工藝和技術(shù)類似的緊密跡線寬度和間隙控制。此外，TDK的技術(shù)還具有另一個獨(dú)特之處，即可以根據(jù)應(yīng)用要求輕松、靈活、準(zhǔn)確地更改銅跡線厚度，這是傳統(tǒng)銅線圈技術(shù)所不具備的。

背景

MP-A28印刷線圈的特點(diǎn)和優(yōu)勢
- 薄型
- 重量更輕
- 一致的電氣規(guī)格
- 支持復(fù)雜的印刷線圈設(shè)計
- 減少部件數(shù)量
- 可靠穩(wěn)定的汽車級設(shè)計
- 引線端方便連接
- 整合NFC天線
- EMI屏蔽（選配）

產(chǎn)品信息

聯(lián)系方式

相關(guān)鏈接

背景

TDK致力于用鍍銅工藝構(gòu)建功率電感器的金屬線圈結(jié)構(gòu)有著悠久的歷史，現(xiàn)在更是將這種成熟技術(shù)擴(kuò)展到無線電力傳輸線圈。TDK的TFM功率電感器系列使用了類似的高縱橫比(HighAspectPlating:HAP）鍍銅技術(shù)來增加線圈模式的橫截面積，降低直流電阻(DCR)。TDK在這些豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)模式和電鍍工藝，現(xiàn)在已經(jīng)將其用于傳統(tǒng)上需使用利茲線的無線電力傳輸(Tx)線圈。

獲得Qi無線充電聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的MP-A28線圈具有以下三大創(chuàng)新：

1)革命性的專利印刷線圈設(shè)計

2)載體PET薄膜上采用“加成”方式的鍍銅工藝。

3)線圈結(jié)構(gòu)安裝在以“濕式工法”具有高磁導(dǎo)率、高磁通飽和密度(Bs)的磁屏蔽上。

靈活的印刷線圈設(shè)計能更好地控制和磁場形成(H)，從而將磁通量(?)集中在最佳充電位置，以實(shí)現(xiàn)與Rx設(shè)備的最佳磁耦合和功率傳輸效率。此外，通過印刷化設(shè)計，可以消除傳統(tǒng)三線圈產(chǎn)品中典型的傳輸效率（最大值和最小值）的變化，也可以減少或消除線圈單元周圍傳輸?shù)托实膮^(qū)域(死區(qū))。

線圈電鍍工藝是一種"加成法"工藝，可在指定位置鍍銅。這與印刷電路板(PCB)和/或柔性印刷電路板(FPC)不同，后者是一種"減去法"工藝，即要蝕刻實(shí)心銅片并僅留下所需的銅圖案。

“濕式工法”屏蔽采用Mn-Zn鐵氧體材料，將其作為濕式“漿料”涂布到厚度為0.3毫米的載體薄膜上（最薄可至0.1毫米）。將鐵氧體涂布到薄膜上之后，進(jìn)行燒結(jié)并預(yù)裂。

一直以來，經(jīng)過無線充電聯(lián)盟的低功率無線充電標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射(Tx)線圈都采用繞線式結(jié)構(gòu)。更具體地說使用了利茲線繞線式結(jié)構(gòu)。這類多股線繞線式具有更大的銅表面積，能降低趨膚效應(yīng)損失，從而提高工作頻率下的交流電阻(ACR)。鑒于此，MP-A28印刷線圈還采用了獲得專利的多層堆疊結(jié)構(gòu)來幫助減少交流銅損。

MP-A28印刷線圈的特點(diǎn)和優(yōu)勢

TDK推出的新型印刷線圈技術(shù)采用多種新材料工藝和構(gòu)造技藝，能為最終用戶帶來以下諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢：

薄型–嚴(yán)格控制的鍍銅厚度（從5um到150um）和濕式工法Mn-Zn鐵氧體屏蔽(0.3mm)，使得MP-A2815WQi無線充電標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)的發(fā)射線圈的總厚度僅為0.76mm，可幫助實(shí)現(xiàn)更薄更輕的充電器設(shè)計。

圖1：與3 線圈的WPC 15W Tx繞組線圈的厚度對比

不僅銅印刷線圈更薄，系統(tǒng)性能也更好?？紤]到磁耦合(K)發(fā)射(Tx)和接收(Rx)磁屏蔽之間的物理距離的影響，采用超薄線圈模式，MP-A28的線圈屏蔽層能更靠近電荷表面，更靠近Rx設(shè)備，從而提高了磁耦合和效率。

重量更輕–鑒于當(dāng)前電動汽車廠商正積極提高電池充電效率，延長車輛續(xù)航里程，減輕車身重量再次成為焦點(diǎn)話題。TDK的MP-A28線圈采用濕式工法屏蔽/更高磁導(dǎo)率(μ')材料，更薄，并且能減輕Tx線圈重量，同時保持所需的充電性能。

一致的電氣規(guī)格–MP-A28線圈采用光罩/電鍍工藝，可產(chǎn)生電氣誤差＜0.5%的空心線圈，并且銅印刷線圈和鐵氧體屏蔽使用共面結(jié)構(gòu)。這使得整個線圈的電感(Ls)和電阻(Rs)值不會像繞線式線圈那樣多變。繞線式線圈會受到絕緣厚度變化、匝間繞組在共面性方面的變化，以及繞組期間導(dǎo)線張力控制問題等諸多因素的影響，致使磁長度和相應(yīng)的Ls值發(fā)生變化。

支持復(fù)雜的印刷線圈設(shè)計–TDK的高精度銅加成工藝為設(shè)計不規(guī)則形狀的線圈模式帶來了可能，能減少會降低充電效率或完全無法像傳統(tǒng)繞線式線圈那樣工作的“死區(qū)”。創(chuàng)新的MP-A28印刷線圈還允許磁場形成(H)并將磁通量(?)集中在最佳充電區(qū)域。這也有助于使磁場遠(yuǎn)離任何鄰近的金屬物體，并限制磁通量進(jìn)入待充電設(shè)備[電話.等]的其他區(qū)域。

圖2：磁通分布對比

繞組三線圈的磁通分布

MP-A28線圈的磁通量分布

通過更均勻的磁場，即使在待充電設(shè)備內(nèi)的Tx線圈和Rx線圈之間未對準(zhǔn)的情況下，也能提高效率。

圖3：效率對比

WPC MP-A13線圈效率圖

WPC MP-A28線圈效率圖

此外，新型MP-A28線圈由多層上平行的多條布線組成，可增加每個有效匝的表面積，從而最大限度減少銅布線的交流趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)會增加交流電阻(ACR)，加快線損和溫升，從而降低效率。

減少部件數(shù)量–MP-A28線圈符合Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)，采用單充電線圈結(jié)構(gòu)，尺寸和形狀設(shè)計比三線圈配置更靈活。由于只有一個線圈，因此能消除與三線圈結(jié)構(gòu)相關(guān)的諸多重復(fù)電子元件，從而減少元器件數(shù)量和BOM成本。MP-A28只需要一個驅(qū)動器、一個開關(guān)和一個諧振電容器組(Cs)，還能省去熱敏電阻（如使用）。

可靠穩(wěn)定的汽車級元件–汽車應(yīng)用具有其他應(yīng)用和終端市場不具備的強(qiáng)制性嚴(yán)格要求。薄鐵氧體屏蔽層的預(yù)裂工藝可確保在發(fā)生意外事件（比如機(jī)械沖擊、振動、沖擊、熱沖擊等）時不會出現(xiàn)會導(dǎo)致性能損失的額外開裂。

方便引線端連接–由于MP-A28線圈的平面布線是由印刷化工藝創(chuàng)建的，因此線圈可提供銅引線、連接器/插頭引腳的多種連接方式，方便在連接到主印刷電路板時輕松組裝包含充電電路的元件。TDK使用非焊料超聲波焊接工藝連接這些引腳，消除了使用繞組線圈時所需的通孔、焊接、返工時的脫焊等操作。

圖4：MP-A28可選連接器的引腳配置

整合 NFC 天線–在載體薄膜上鍍銅的一大優(yōu)勢是額外的獨(dú)立線圈模式也能整合到同一載體層上。無線充電發(fā)射設(shè)備中使用的一種常見附加線圈是近場通信(NFC)天線。由于電鍍與所需的圖案數(shù)量無關(guān)，因此將NFC線圈添加到現(xiàn)有的無線充電線圈結(jié)構(gòu)中，成本最低。然后，NFC天線同樣使用現(xiàn)有的鐵氧體屏蔽……消除了對雙屏蔽的需求和相應(yīng)的成本。這不僅減少了實(shí)施這兩種技術(shù)所需的面積（因?yàn)樗鼈兺ǔ２⑴欧胖茫?，還減輕了重量。

EMI屏蔽（選配）–MP-A28還提供EMI金屬網(wǎng)屏蔽選項(xiàng)。這是一個厚度為30um的單獨(dú)屏蔽層，旨在幫助滿足汽車應(yīng)用的CISPR25要求。將屏蔽層放置在MP-A28的印刷線圈上，然后將其電氣接地，即可獲得有效且重量輕的EMI噪聲抑制解決方案。
在疊層中添加EMI屏蔽層導(dǎo)致的效率降低不到1%。

審核編輯：彭菁