无线充电接收线圈的制作方法

本实用新型具体涉及一种无线充电接收线圈，属于无线充电技术领域。

背景技术：

随着纳米加工技术和超大型集成电路(VLSI)技术的发展，电子元件和控制芯片的尺寸越来越小，使电子产品朝着小型、便携、一体化和可穿戴的方向发展。目前电子产品要求一体化，全封闭，在防水防尘的同时还需要提高产品的寿命和可靠性，这给电子产品的充电过程提出了挑战，例如手机、平板电脑(PDA)等电子产品内部含有可充电电池(例如锂电池)，给电子产品内部电池充电，一般需在其上留出充电接口，因而难以全封闭。

无线充电技术(Wireless Charging Technology)是一种无接触的电能传输技术，能够很好解决上述问题，目前业界也已经组成无线充电联盟(WPC)，并且发展了相关无线充电标准(Qi)，无线充电接收线圈又是无线电能接收器件的重要组成部分，其性能的好坏直接影响无线电能传输的效率和质量。现有技术中，无线充电接收线圈通常是由铜导线绕制而成，还有一些研究是将无线充电接收线圈印制在PCB电路板上，但是制得的无线充电接收线圈都是刚性的，而且面积较大，很难集成到便携、可穿戴设备中。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种无线充电接收线圈及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种无线充电接收线圈，其包括：

柔性基底，包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面；

以及，多层柔性线圈板，包括交替层叠的(n+1)个导电线圈层和n个绝缘层，其中第一个导电线圈层设置于所述柔性基底的第一表面，第一个绝缘层设置于第一个导电线圈层上，第(n+1)个导电线圈层设置在第n个绝缘层上，n为正整数，并且所述的每一导电线圈层包含一个以上导电线圈，同时n个绝缘层或者n个绝缘层及柔性基底中还设有过孔，所述过孔内填充有导电材料，用以将(n+1)个导电线圈层中的导电线圈相互串联和/或并联形成无线充电线圈，并使(n+1)个导电线圈层中的导电线圈具有相同的电流走向。

在一些较为优选的实施方案中，(n+1)个导电线圈层中的相应导电线圈均相互对齐。

在一些较为优选的实施方案中，任一导电线圈层和与该导电线圈层相邻的一绝缘层的厚度之和为5μm～50μm。

在一些较为优选的实施方案中，(n+1)个导电线圈层和n个绝缘层的厚度之和为15μm～200μm。

在一些较为优选的实施方案中，填充于所述过孔内的导电材料由印刷在所述绝缘层上的导电浆料或导电墨水中的部分进入过孔后再经烧结固化形成。

本实用新型实施例还提供了一种制备所述无线充电接收线圈的方法，其包括如下步骤：

(1)提供柔性基底，所述柔性基底包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面；

(2)在所述柔性基底的第一表面上印刷导电墨水或导电浆料，经烧结固化后，形成第一个导电线圈层；

(3)在第一个绝缘层上加工出过孔，并将第一个绝缘层覆设在第一个导电线圈层上；

(4)在第一个绝缘层上印刷导电墨水或导电浆料，并使其中部分导电墨水或导电浆料进入所述过孔，之后对所述导电墨水或导电浆料进行烧结固化，于第一个绝缘层上形成第二个导电线圈层，同时形成填充所述过孔的导电材料；

(5)重复步骤(3)～步骤(4)的操作，直至形成多层柔性线圈板，所述多层柔性线圈板包括交替层叠的(n+1)个导电线圈层和n个绝缘层，第(n+1)个导电线圈层设置在第n个绝缘层上，n为正整数，所述的每一导电线圈层包含一个以上导电线圈，同时，填充于n个绝缘层的过孔内的导电材料还将(n+1)个导电线圈层中的导电线圈相互串联和/或并联形成无线充电线圈，并使(n+1)个导电线圈层中的导电线圈具有相同的电流走向。

与现有技术相比，本实用新型提供的无线充电接收线圈具有超薄、柔性、超小型、高品质因数等优点，且电能接收能力较强，完全符合Qi标准，可应用于便携、可穿戴设备的电子产品中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例1中一种4层串联结构的无线充电接收线圈的示意图；

图2是本实用新型实施例1中一种无线充电接收线圈的截面结构图；

图3是本实用新型实施例1中一种无线充电接收线圈的平面结构图；

图4是本实用新型实施例2中一种4层结构的无线充电接收线圈的示意图，其中上两层并联，下两层并联，再将上下层进行串联的结构图；

图5是本实用新型实施例2中一种无线充电接收线圈的平面结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本申请实施例的一个方面提供的一种无线充电接收线圈包括：

柔性基底，包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面；

多层柔性线圈板，包括交替层叠的(n+1)个导电线圈层和n个绝缘层，其中第一个导电线圈层设置于所述柔性基底的第一表面，第一个绝缘层设置于第一个导电线圈层上，第(n+1)个导电线圈层设置在第n个绝缘层上，n为正整数，并且所述的每一导电线圈层包含一个以上导电线圈，同时n个绝缘层或者n个绝缘层及柔性基底中还设有过孔，所述过孔内填充有导电材料，用以将(n+1)个导电线圈层中的导电线圈相互串联和/或并联形成无线充电线圈，并使(n+1)个导电线圈层中的导电线圈具有相同的电流走向。

其中，相并联的导电线圈具有相同的线圈绕旋走向，并且内端与内端电连接，外端与外端电连接。

更为具体的，在一些实施方案中，相互并联的各导电线圈具有相同的卷绕方向，并且相互并联的各导电线圈的内端相互电连接，外端亦相互电连接，其中每一导电线圈的卷绕始端和卷绕终端中的任一者分布于导电线圈的内侧作为所述的内端，另一者分布于导电线圈的外侧作为所述的外端。

其中，相串联的导电线圈内端与内端电连接或外端与外端电连接，内端与内端电连接时其中一个线圈由外向内绕旋，经过电连接端后顺着相同的绕旋方向由内向外绕旋，外端与外端电连接时其中一个线圈由内向外绕旋，经过电连接端后顺着相同的绕旋方向由外向内绕旋。

更为具体的，在一些实施方案中，彼此串联的相邻两个导电线圈的内端相互电连接或外端相互电连接，其中一个导电线圈的卷绕始端分布于导电线圈的内侧作为所述的内端，卷绕终端分布于导电线圈的外侧作为所述的外端，而另一个导电线圈的卷绕终端分布于导电线圈的内侧作为所述的内端，卷绕始端分布于导电线圈的外侧作为所述的外端。

较为优选的，(n+1)个导电线圈层中的相应导电线圈均相互对齐。

在一些较为具体的实施方案中，一种无线充电接收线圈具有多层结构，层数为n，n>2，最下层为柔性基底，向上依次为第一个导电线圈层、第一个绝缘层、第二个导电线圈层、第二个绝缘层……直至第n个导电线圈层，各导电线圈层之间以绝缘层隔开，形成导电线圈层与绝缘层交错层叠的多层结构；交错层叠的各导电线圈层上下对齐，各层紧合形成多层柔性线圈板，不同导电线圈层的导线之间以串联或并联的方式进行电连接，形成具有接线端子的无线充电线圈。其中，所述柔性基底和绝缘层上可设置有过孔，过孔内填充导电材料用于不同导电线圈层之间的电连接。

进一步的，所述无线充电接收线圈中线圈导线间距为0.1mm～1mm，亦即，各导电线圈中相邻两匝线圈之间的距离为0.1mm～1mm。

进一步的，用以构成所述导电线圈的导线的截面长度为0.2mm～1mm。

进一步的，用以构成所述导电线圈的导线的截面宽度(也即导线厚度)为3μm～35μm。

进一步的，用以构成所述导电线圈的导线包括第一导电层。

进一步的，所述第一导电层可以由印刷在所述柔性基底或绝缘层上的导电浆料或导电墨水烧结固化形成。

优选的，所述第一导电层的厚度为1μm～2μm。

进一步的，用以构成所述导电线圈的导线还包括叠设在第一导电层上的第二导电层。

进一步的，所述第二导电层包括形成于第一导电层的电镀层；优选的，所述电镀层包括镀铜层。

优选的，第二导电层的厚度为2μm～25μm。

在一些实施方案中，所述无线充电接收线圈的一个基础结构层的厚度为任一导电线圈层和与该导电线圈层相邻的一绝缘层的厚度之和为5μm～50μm。

在一些实施方案中，所述无线充电接收线圈的多个基础结构层的厚度为(n+1)个导电线圈层和n个绝缘层的厚度之和为15μm～200μm。

在一些较为优选的实施方案中，填充于所述过孔内的导电材料由印刷在所述绝缘层上的导电浆料或导电墨水中的部分进入过孔后再经烧结固化形成。也可以认为是，填充于所述过孔内的导电材料与形成在柔性衬底或者绝缘层上的至少一导电线圈一体设置。

进一步的，所述过孔的直径优选为0.3mm～1mm。

进一步的，所述过孔的形状包括圆形、正方形或正六边形等规则或不规则形状。

在一些实施方案中，所述柔性基底或绝缘层可采用绝缘柔性薄膜材料，例如可以为聚酯材料(PET/PEN)、者聚酰亚胺材料(PI)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙等制成的柔性薄膜，也可以采用纸张、皮革柔性材料，且不限于此。

例如，所述柔性基底或绝缘层可以包括聚酯柔性薄膜、聚酰亚胺柔性薄膜、聚乙烯柔性薄膜、聚氯乙烯柔性薄膜、尼龙柔性薄膜、纸张或皮革。

进一步的，所述柔性基底的厚度优选为2μm～23μm。

进一步的，所述绝缘层的厚度优选为2μm～23μm。

在一些实施方案中，所述无线充电线圈具有两个接线端子。

进一步的，所述接线端子分布于所述无线充电接收线圈的外侧，用于与负载端电连接。

进一步的，所述接线端子可以选自填充有导电材料的圆形过孔，或者也可选自圆形焊盘或方形焊盘。

进一步的，所述圆形过孔的直径优选为0.3mm～1mm。

进一步的，所述圆形焊盘的直径优选为0.3mm～1mm。

进一步的，所述方形焊盘的边长优选为0.3mm～1mm。

进一步的，所述无线充电接收线圈利用超薄的绝缘层和多层结构，层数为n，n>2,接收电能的能力约为单层结构的无线充电接收线圈的n倍，因此能设计出小尺寸的无线充电接收线圈，例如四层结构就能设计出长、宽分别小于2cm和1.5cm的无线充电接收线圈，并且符合Qi标准。

本实用新型实施例还提供了一种制备所述无线充电接收线圈的方法，其包括如下步骤：

(1)提供柔性基底，所述柔性基底包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面；

(2)在所述柔性基底的第一表面上印刷导电墨水或导电浆料，经烧结固化后，形成第一个导电线圈层；

(3)在第一个绝缘层上加工出过孔，并将第一个绝缘层覆设在第一个导电线圈层上；

(4)在第一个绝缘层上印刷导电墨水或导电浆料，并使其中部分导电墨水或导电浆料进入所述过孔，之后对所述导电墨水或导电浆料进行烧结固化，于第一个绝缘层上形成第二个导电线圈层，同时形成填充所述过孔的导电材料；

(5)重复步骤(3)～步骤(4)的操作，直至形成多层柔性线圈板，所述多层柔性线圈板包括交替层叠的(n+1)个导电线圈层和n个绝缘层，第(n+1)个导电线圈层设置在第n个绝缘层上，n为正整数，所述的每一导电线圈层包含一个以上导电线圈，同时，填充于n个绝缘层的过孔内的导电材料还将(n+1)个导电线圈层中的导电线圈相互串联和/或并联形成无线充电线圈，并使(n+1)个导电线圈层中的导电线圈具有相同的电流走向。

进一步的，用以构成所述导电线圈的导线包括第一导电层，所述第一导电层由印刷在所述柔性基底第一面或者所述绝缘层上的导电墨水或导电浆料经烧结固化形成。

在一些具体实施方案中，所述导电线圈层采用印刷电子技术进行制备，首先用导电墨水或导电浆料等在柔性基底或绝缘层的第一面上印制出所需导电线圈图案，印刷厚度为1μm～2μm，然后进行烧结固化。

其中，所述绝缘层具有相背对的第一面和第二面，所述第二面与所述柔性基底层的第一面相背对。

进一步的，用以构成所述导电线圈的导线还包括第二导电层，所述第二导电层为形成于所述第一导电层上的金属镀层。

在一些具体实施方案中，鉴于采用导电浆料或导电墨水印刷出的导电线圈电阻较大，为了减小线路电阻，可通过电镀在导电线圈图案上形成2μm～25μm厚的镀铜。

前述导电浆料或导电墨水可主要由导电金属材料和/或碳材料的微米颗粒和/或纳米颗粒分散于有机溶剂形成。

其中，所述金属材料可选自银、铜、金、镍或铝中的任意一种，但不限于此。

其中，所述碳材料可选自碳纳米管、石墨烯、微米碳颗粒或纳米碳颗粒，但不限于此。

例如，适用于本实用新型的导电浆料可以是业界习用的银浆、铜浆、吕浆、金浆等。

其中，前述印刷的方式包括丝网印刷、喷墨印刷、凹版印刷、凸版印刷、转移印刷、气溶胶印刷中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

其中，前述的烧结固化方式包括热固化烧结、光子烧结、微波烧结、等离子烧结中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

前述的印刷、烧结固化均可采用业界已知的任何合适方式进行。

在一些实施方案中，在前述步骤(2)中，也可以在所述柔性基底上加工出过孔。

在一些实施方案中，可以采用激光打孔方式在所述绝缘层或者柔性基底及绝缘层上加工出所述过孔。例如，可以采用激光打孔形成圆形过孔，过孔直径为0.3mm～1mm。

进一步地，可以在印刷导电线圈图形的同时将导电浆料或导电墨水填充到所述过孔中，之后进行烧结固化，形成填充过孔的导电材料。

本实用新型的无线充电接收线圈包括柔性基底层，导电线圈层、柔性绝缘层，柔性基底层和绝缘层上的导电互连通道，线圈接线端。所述导电线圈与绝缘层交错层叠，不同层的导电线圈利用导电通道以串联或并联的方式进行电连接，最终形成具有两个接线端的多层线圈。不同层上的线圈对齐，各层线圈具有相同的电流走向。所述基底和绝缘层为柔性薄膜材料，单层厚度为2μm～25μm，多层线圈的厚度也仅15～200μm，超薄而且可以任意弯折。采用的多层结构和超薄的绝缘层使线圈具有更高品质因数，而且使小尺寸的线圈也有较大的电能接收能力。

本实用新型的无线充电接收线圈，利用超薄的绝缘层和多层结构，层数为n，n>2,接收电能的能力约为单层结构的n倍，因此能设计出小尺寸的无线充电接收线圈，四层结构就能设计出长宽分别小于2cm和1.5cm的无线充电接收线圈，并且符合Qi标准的无线充电接收线圈。

以下结合附图和若干实施例对本实用新型的技术方案作进一步的解释说明。

实施例1

参见图1示出的是本申请实施例1提供的一种无线充电接收线圈的结构，该无线充电接收线圈为4层串联结构，包括1层柔性基底104，3个柔性绝缘层10，4个导电线圈层11，3个过孔12，2个接线端131、132。最下层为作为基底层的柔性基底104，向上依次为第一个导电线圈层114、第一个绝缘层103、第二个导电线圈层113、第二个绝缘层102……直至第四个导电线圈层111，相邻导电线圈层之间以绝缘层10隔开，形成导电线圈层与绝缘层交错层叠的多层结构。

其中，不同层的导电线圈层经过串联之后具有相同的走向，串联的第一个导电线圈层114内端146经过第一个绝缘层103的过孔123内填充的导电材料与第二个导电线圈层113的内端145进行电连接；第二个导电线圈层113外端144经过第二个绝缘层102过孔122内填充的导电材料与第三个导电线圈层112的外端142进行电连接；第三个导电线圈层112内端143经过第三个绝缘层101过孔121内填充的导电材料与第四个导电线圈层111的内端141进行电连接；并且相邻两个导电线圈层的绕旋方向相反，当内端与内端电连接时，其中一个导电线圈层由外向内绕旋，经过电连接端后顺着相同的绕旋方向由内向外绕旋，当外端与外端电连接时，其中导电线圈层由内向外绕旋，经过电连接端后顺着相同的绕旋方向由外向内绕旋；通过这样的串联以后，使得各个导电线圈层具有相同的电流绕向。

其中，柔性基底104和柔性绝缘层10均为约2μm厚的PET薄膜。

本实施例的无线充电接收线圈在制备时，导电线圈层11可以用丝网印刷的方法，先在基底层或绝缘层的第一面印刷出2μm厚的导电银浆图形，再将其加热烘干固化，之后通过电镀方式在银线圈上形成一层20μm厚的铜，每个绝缘层上的过孔12采用激光钻孔的方法进行打孔，相邻的导电线圈层通过间隔的绝缘层中通孔内填入的导电银浆进行电连接，形成4层串联结构，在用银浆印刷无线充电接受线圈图案的同时，将银浆作为导电材料填入过孔12内并固化。

参见图2为本申请实施例1提供的一种无线充电接收线圈的截面结构图，其包括1层柔性基底304，3个柔性绝缘层30，4个导电线圈层31，3个过孔32。每个绝缘层30和每个导电线圈层31交错层叠，且层叠的各个导电线圈层31上下对齐，各层紧合形成多层柔性线圈板，不同层的导电线圈层之间利用过孔32内填充的固化的导电银浆进行电连接，形成串联连接。

前述基底层和绝缘层均为柔性薄膜材料，基底层和每个绝缘层向上的一面为第一面，向下的一面为第二面，各导电线圈电路设置在所述基底层和绝缘层的第一面上。

参见图3为本申请实施例1提供的一种无线充电接收线圈的平面结构图，其中线圈匝数n为9，长度404为2cm，宽度403为1.5cm，每层导线宽度401为0.5mm，相邻导线的间距402为0.2mm，过孔405的内径为0.3mm，最终引出两个接线端406、407，该接线端是内径为0.5mm的圆形过孔，且过孔内填充有固化的导电银浆。

本申请实施例1提供的一种无线充电接收线圈具有4层柔性无线充电接收线圈，整体厚度约100μm，长度为2cm和宽度为1.5cm，不加隔磁片自感为20uH，在线圈上贴长2cm、宽1.5cm的隔磁片后自感为27uH，与Qi标准中A5型发射线圈相聚3.4mm时，互感为4uH，具有较高的品质因数和无线电能接收能力，而且能够任意弯折。

实施例2

参见图4示出的是本申请实施例2提供的一种无线充电接收线圈的结构，该无线充电接受线圈为4层串并联结构，其中上面两层211、212相并联，下面两层213、214相并联，然后上两层再和下两层进行串联，同样包括1层柔性基底204，3个柔性绝缘层20，4个导电线圈层21，5个过孔22，2个接线端231、232。最下层为基底层204，向上依次为第一个导电线圈层214、第一个绝缘层203、第二个导电线圈层213、第二个绝缘层202……直至第四个导电线圈层211，相邻导电线圈层之间以绝缘层20隔开，形成导电线圈与绝缘层交错层叠的多层结构。所述不同层的导电线圈层经过串联或并联之后具有相同的电流走向，第一个导电线圈层214内端248经过第一个绝缘层203过孔225内填充的导电材料与第二个导电线圈层213的内端246进行电连接，同时，第一个导电线圈层214外端247经过第一个绝缘层203过孔224内填充的导电材料与第二个导电线圈层213的外端245进行电连接，使第一个导电线圈层与第二个导电线圈层并联；第三个导电线圈层212内端244经过第三个绝缘层201过孔222内填充的导电材料与第四个导电线圈层211的内端242进行电连接，同时，第三个导电线圈层212外端241经过第三个绝缘层201过孔221内填充的导电材料与第四个导电线圈层211的外端241进行电连接，使第三个导电线圈层与第四个导电线圈层并联；第二个导电线圈层213内端246经过第二个绝缘层202过孔223内填充的导电材料与第三个导电线圈层212的内端244进行电连接，使第一、第二个导电线圈层与第三、第四个导电线圈层串联；同时，第一、第二个导电线圈层绕旋方向相同，第三、第四个导电线圈层绕旋方向相同，第一、第二个导电线圈层与第三、第四个导电线圈层绕旋方向相反。最终不同层的导电线圈层经过串联或并联之后具有相同的走向，相并联的线圈具有相同的线圈绕旋走向，并且内端与内端电连接，同时外端与外端电连接；串联的线圈内端与内端电连接或外端与外端电连接，当内端与内端电连接时，其中一个线圈由外向内绕旋，经过电连接端后顺着相同的绕旋方向由内向外绕旋，当外端与外端电连接时，其中一个线圈由内向外绕旋，经过电连接端后顺着相同的绕旋方向由外向内绕旋；通过这样的并联或串联以后，使得各层导电线圈具有相同的电流绕向。

其中，柔性基底204和柔性绝缘层20均可以为月2μm厚的PET薄膜。

本实施例的无线充电接收线圈在制备时，导电线圈层21是用丝网印刷的方法，先在基底或绝缘层的第一面印刷出2μm厚的导电银浆图形，再将其加热烘干固化，之后通过电镀在银线圈上形成一层10μm厚的铜，绝缘层上的过孔22采用激光钻孔的方法进行打孔，相邻的导电线圈层通过在通孔内填入导电银浆进行电连接，形成4层串并联结构，在用银浆印刷无线充电接受线圈图案的同时，将银浆作为导电材料填入过孔22内并固化。

参见图5为本申请实施例2提供的一种无线充电接收线圈的平面结构图，其中线圈匝数n为7，长度504为4cm，宽度503为3cm，每层导线宽度501为0.7mm，相邻导线的间距502为0.2mm，过孔505的内径为0.3mm，最终引出两个接线端506、507，该接线端是内径为0.5mm的圆形过孔，且过孔内填充有导电银浆。

本申请实施例2提供的一种无线充电接收线圈具有4层柔性无线充电接收线圈，整体厚度约60μm，长度仅4cm和宽度为3cm，不加隔磁片自感为11uH；在线圈上贴长4cm、宽3cm的隔磁片后，自感为16uH，与Qi标准中A5型发射线圈相聚3.4mm时，互感为6.7uH，且具有较高的品质因数和无线电能接收能力，而且能够任意弯折。

本申请提供的无线充电接收线圈不仅具有无线充电功能，还满足具有柔性，可任意弯折的要求，尤其适用于能与身体密切接触的可穿戴电子产品。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。