一種軟質包覆+激光打孔的無線快充面板設計

程發良 于來水 姚佩 楊光亮 贠濤

摘? 要：目前市面搭載的手機無線快充面板外觀品質較差，給用戶一種廉價感?；诖?，本文創造性的提出了一種高品質的軟質包覆+激光打孔的無線快充面板設計概念，并通過設計和制造方案實現了該設計概念的量產化。結果表明：該全新設計的無線快充面板產品滿足剝離力性能、耐熱老化環境實驗性能及充電性能要求，相比市面傳統無線快充面板，其外觀質量及觸感有了質的提升。

關鍵詞：軟質包覆；激光打孔；無線快充；外觀質量

中圖分類號：U463.7? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：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

隨著科技的不斷發展，人們的傳統生活已經被各種電子產品所顛覆，其中手機已經成為人們日常生活中不可或缺的一部分[1-3]。隨著智能手機等消費類電子設備的不斷深入，每個人的家里都充斥著大量不同的充電器和成捆的電線，因此，以無線方式給手機充電的概念應運而生[4-5]?，F在市面上搭載的手機無線充電主流還是15W左右的慢充，隨著新能源汽車的飛速發展及用戶需求的提高[6]，車載配置也越來越高，該充電效率已無法滿足大眾用戶需求。為提升自身產品的競爭力，汽車內置無線快充（50W）已逐漸成為各大主機廠的標準配置。

因充電效率較高，充電過程會引起手機發熱，一般達到45℃手機就會停止充電，因此，無線快充面板需要提供通風散熱孔，為手機充電過程進行散熱[7]。目前市面上搭載該配置的面板主要有兩種方式：一種是硬質注塑成型通風散熱孔（圖1），另一種是單拆出風格柵蓋板（圖2）。但這兩種常規方案的無線快充面板硬塑感強，品質感低，給用戶一種廉價感；基于此，開發一種既滿足較高的外觀品質，如軟質包覆，又能實現無線快充的設計方案迫在眉睫。

1? ? 具體方案

1.1? ?設計概念

如圖3所示，當帶無線充電功能的手機放置于無線快充面板上時，手機開始充電，此時背部無線充電模塊自帶的風扇就會啟動，風通過出風口流向散熱孔，再通過散熱孔對手機進行散熱。經過仿真分析（圖4）結論得出，為達到手機的散熱要求，單無線快充面板散熱孔面積需≥1200mm2，本文開發的是雙無線快充面板，故面板上的開孔面積要求≥2400mm2。在有限的CAS面上為滿足該開孔面積，經過布置計算，表皮散熱孔孔徑為2mm，孔邊距為1.8mm（圖5），該雙無線快充面板上需布置776個散熱孔（圖6）。

1.2? ?實施方案

如設計概念所述，孔邊距僅1.8mm，除去表皮散熱孔與骨架散熱孔單邊0.25mm的設計公差預留，實際粘接距離僅1.3mm；在大面積散熱孔區域表皮與骨架的粘接面積極小，這對粘接性能是極大的挑戰，普通的膠水已無法滿足該區域的粘接性能要求。為滿足粘接性能要求，本設計方案采用了粘接性更強的熱熔膠膜來提升骨架與表皮間的粘接性能。

如工藝流程圖（圖7）所示，本制造工藝流程主要工序包含物料準備、工裝包覆及激光打孔。首先是物料準備，將膠膜和表皮按照設計尺寸裁切，而后將兩者壓合，準備好帶有注塑散熱孔的骨架備用；其次是包覆工序，將帶有膠膜的表皮與骨架在工裝設備上依次進行熱壓包覆、冷壓定型、包邊等工序；最后是激光打孔工序，胎具上設計有4個定位孔（如圖8a所示），注塑骨架上設計有4個定位柱（如圖8b所示），將包覆完的半成品放置于激光機（如圖8c所示）內的胎具上，完成表皮的激光打孔工序（如圖8d所示），實物產品如圖9。

2? ? 實驗結果與分析

2.1? ?剝離力實驗

在上述制造工藝生產的零件的打孔區域裁取6組如圖10所示的剝離力測試樣條，3組進行新件的直角剝離力測試，另外3組先進行冷熱交變老化處理，而后再進行直角剝離力測試。用R-1-013高低溫交變濕熱試驗箱進行試樣的冷熱交變處理，冷熱交變處理條件：對樣件進行5個溫度循環試驗，每個循環持續30h（包含降溫與升溫的時間），溫度變化速度約為1.5℃/min，包括：

通過拉伸測試得出新件（圖12a所示）及冷熱交變后零件剝離力拉伸曲線（圖12b所示）和兩種狀態下剝離強度統計數據（表 1）。可看出：1）冷熱交變實驗后零件剝離強度有所降低；2）新件及冷熱交變后零件剝離強度遠大于5N/cm，滿足剝離力性能要求。

2.2? ?熱老化環境實驗

3種顏色各選取一件產品在DFYF-LAB-60高溫箱中進行90℃/500h的熱老化環境實驗，實驗前對零件的外觀質量等符合性進行檢查并拍照（如圖13（a），（c），（e）），實驗中每100h進行一次過程監控并記錄。如圖13（b），（d），（f）所示，經熱老化實驗后，實驗零件表面未出現龜裂、斑點、變色及其它缺陷，實驗結果合格。

2.3? ?充電性能測試實驗

本實驗選取了市面上主流的小米11Pro（67W無線快充）、華為mate 40pro（50W無線快充）及OPPO Find X5 pro（50W無線快充）等三款帶無線快充的手機進行測試，測試樣件為均配置50W無線快充的嵐圖追光、問界M7及本文所述無線快充面板。測試條件：工作電壓13.5V±0.2V，環境溫度27℃±1℃；統計了手機充電時間、電量及手機背面溫度等三個參數。充電性能測試主要涉及三個指標：手機兼容性、充電效率及充電時手機背部溫度。通過測試，三款手機在三種樣件上均能快速連接并顯示快充，整個測試過程中無斷充情況出現，兼容性測試ok。

如圖14所示：1）三款手機在三種樣件上均能實現從1%到100%的持續穩定充電，本文所述無線快充面板充電效率與嵐圖追光及問界M7無線快充面板相當；2）三款手機中小米11 Pro充電效率最高，華為mate 40 pro次之，OPPO Find X5 pro充電效率最低；3）手機電量較低時充電效率較高，隨著手機電量的慢慢飽和，充電效率會呈現下降趨勢。

圖15為三款手機在三種樣件上充電測試過程中統計的手機背部溫度折線圖?？梢钥闯?，整個測試過程中，三款手機背部溫度均低于45℃，這說明三種樣件均有良好的通風散熱功能。其次，在充電的前10分鐘，手機快速充電，手機背部溫度急劇上升，而后手機背部溫度在35℃到40℃間浮動。綜上所述，本文設計的無線快充面板滿足手機兼容性、充電效率及充電時手機背部溫度等三個衡量充電性能的三個指標。

3? ? 結論

1）本文實現了一種軟質包覆+激光打孔的無線快充面板設計概念的量產化，并設計了合理的制造工藝；

2）本文所述軟質包覆+激光打孔的無線快充面板滿足剝離力性能要求、耐高溫環境實驗要求及充電性能要求，同時很大程度提升了充電面板的視覺及觸覺感受，拓展了包覆件在車身內飾的使用范圍；

3）本文所述無線快充面板豐富了市場上無線充電面板設計結構，為后續類似產品開發提供了思路。

參考文獻：

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[3]高云云. 正在普及的手機無線充電器.《當代學生》 2020年第19期16-17.

[4]袁浩博.淺析手機無線充電技術.《數字通信世界》，2017年第9期第191-192.

[5]謝利濤，趙志強，王彥莉.無線充電技術及其應用[J].河南科技，2011（3）：68-69.

[6]劉春娜.無線充電技術最新進展[J].電源技術，2015，39（2）：231-232.

[7]吳飛.手機無線充電技術起航[J].大眾用電，2012（10）：41-41.