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Ancham电子胶粘剂 —— 磁吸无线充电器的隐形卫士

Ancham在产品开发过程中,对国产轻薄型15W充电器和MagSafe进行过对比分析,在逐一拆除充电器结构和零部件的过程中发现,国产充电器结构件和零部件使用更多的电子胶粘剂进行固定和防护,而MagSafe则相对较少,但仍然以胶粘剂为主要固定方式。

每周洞察 06月15日

2020年苹果秋季发布会带来了一个新的增长热点,苹果再一次为智能手机的发展指明了一个方向,随后的一年多时间,众多厂商蜂拥而至,无线充电市场被推向了高点。目前,苹果、三星、华为、小米等主流品牌的高端手机全部支持无线充电。

在手机市场之外,无线充电的应用场景还包括智能穿戴和电动汽车两个领域,未来将进一步扩展到家具、家电、动车等领域。中国产业信息研究网发布的数据显示,2022年无线充电市场将达到140亿美元。

无线充电市场规模预测

无线充电即Wireless charging technology,无须有线连接,利用电磁波感应原理或交流感应技术进行充电,苹果采用的Qi标准是最为主流的电磁感应技术,它的诞生可以追溯到2009年的通讯新秀Palm。


昙花一现的Palm和Touchstone

2009年拉斯维加斯的CES上,搭载的Palm PrePlus正式发布,这是一款超出所有对手想象又超乎所有用户意料的产品,彼时iPhone4尚在襁褓之中,而Palm Pre Plus凭借温润如玉的质感、鹅卵石般极富创新和实用价值的外观设计、魔幻的全滑动式交互webOS,成为了当年CES上无与伦比的宠儿。

Palm和Touchstone

Adam Kaufman在线上交流活动中,透露的神秘配件揭开了面纱——与“鹅卵石”设计同出一源的磁吸式无线充电器,被命名为Touchstone,中国用户形象地称之为“点金石”。Touchstone作为第一个应用于手机的磁吸式无线充电器,拥有太多惊艳色彩,轻松贴合桌面又可以无痕移除,楔形斜面设计,充电的同时给予用户舒适的可视角度,精巧的体积,精致的外观设计……

然而,由于webOS过于大胆超前的交互理念,使得为数不多的主流应用软件无法适配,发布会后的Palm没有办法获得太多的开发者的精力投入,也间接导致Palm在被HP收购后一发而不可收拾的滑落局面。但由Touchstone启发的多个无线充电规范先后建立,这也成为它激起的最后的浪花。


苹果的MagSafe与安卓阵营的对策

11年后,2020年苹果的秋季发布会上,一声惊艳的“吧嗒”声响带来了苹果家族革新式的充电方式,MagSafe磁吸无线充电器赚足了眼球,10个月后安卓阵营的第一款磁吸无线充电器由Realme发布。这一次,苹果又一次以独辟蹊径的创新方式,走在了安卓阵营的前面,给拥有强大生态系统的iPhone带来了更加实用的充电选择。

Magsafe无线充电器

一触即充,15W无线充电功率,带壳识别,广泛的机群适配……这样的MagSafe并没有因为749元的昂贵售价而受冷遇。与之相较的第三方磁吸无线充电器,价格则要低得多,从69元到289元,标榜不同性能参数的产品琳琅满目。

2021年8月3日,realme成为了安卓领域第一家推出磁吸无线充电产品的厂商,体积小巧、极为轻薄的15W无线磁吸闪充与MagSafe极为相似,尺寸却更加轻薄,功率输出更稳,满充时间更短。这一次,realme在安卓阵营先发制人,扮演了先行者的角色,而且走得比苹果更远。

此外,realme还发布了一款50W的高功率无线充电器,采用桌面平置的使用方式,54分钟可充满4000毫安电池,在充电功率上更加激进的方案,使得它一出现变成安卓用户拥趸的焦点。但随后,用户对这款产品的热情并没有持续多久,风扇散热方式使高功率无线充电器的体积尺寸相较MagSafe大了很多,无论是外观的美观程度还是便携性都不及15W轻薄型。而且,风扇散热方式在外观设计上,必须留置充足的散热孔以供热量发散,这就导致设备整体防护性能下降,无法起到防水、防尘作用。

高功率快充性能不及有线充电器,华为、VIVO等品牌随后发布的桌面立式无线充电器,功率始终维持在50W左右,很难有所突破,产品形态局限于桌面立式。安卓阵营在快充方面,竞争激烈,手段激进,120W高功率充电器频频亮相,导致50W充电器处于尴尬局面。目前,realme官网已经没有50W版本的踪迹了,因此本文将重点针对主流的轻薄型产品结构进行研究,剖析结构设计中的胶粘剂应用方案。


磁吸无线充电器的固定和密封解析

高功率磁吸无线充电器在充电过程中产生的发热问题,是用户关注的重点,芯片和充电线圈的热量排解方式是制造商在产品设计之初即需要考虑的关键因素。

交直流电在转换时存在损耗,一般的充电器功率因数不足0.7,其余能量多数转换成热能,功率越大,发热量越多。支持50W功率充电的同时,还要保证较小的发热量,多数国产厂商采取的策略是物理降温,即风扇散热,芯片部分,则采用披覆导热硅胶层。

而轻薄的15W充电器,发热量较低,主要采用材料界面温度传导的方式。

Ancham在产品开发过程中,对国产轻薄型15W充电器和MagSafe进行过对比分析,在逐一拆除充电器结构和零部件的过程中发现,国产充电器结构件和零部件使用更多的电子胶粘剂进行固定和防护,而MagSafe则相对较少,但仍然以胶粘剂为主要固定方式。

接下来,我们将对两款磁吸式无线充电器的胶粘剂应用进行逐一解析,并就Ancham的产品选配方案进行说明。(组合图左侧为国产型号,右侧为MagSafe)

一、充电器面板覆盖材料

无线充电器面板材料用胶

MagSafe在充电面表面采用硅胶片覆盖,与多数国产产品形态类似,为耐磨材质,亲肤手感在触摸体验上有明显优势,壳体采用铝合金材质,轻质且易于一体成型。

国产方面,我们列举realme的轻薄款,它的特殊之处在于采用玻璃面板材质,能够代表另外一种主流设计风格。外观更加精致,但长时间使用会造成玻璃表面磨损,壳体同样采用铝合金材质。

两款充电器,充电表面均采用胶粘剂与内部边框固定,胶水在粘接的同时,起到密封作用,避免用户在日常使用环境中,由于桌面置物如水杯的倾倒,导致水渍浸入,或者灰尘颗粒浸入破坏使用体验。

玻璃与铝合金均属于高表面能材质,玻璃板背面有印刷涂层,对粘接后的长效稳定性产生一定影响。铝合金壳体在供应端,进行过表面处理,粘接能力得到提升。

玻璃面板方案选用透明PUR热熔胶:固化速度快,缩减工序时长,提升制造效率;缝隙填充充分,固化后防护性能高,满足日常防水、防尘应用要求。

MagSafe硅胶片方案选用快干胶(氰基丙烯酸酯胶粘剂):医用级无毒无味,室温快速固化,对硅橡胶和阳极氧化铝材有优秀的粘接能力。


二、无线充电模块的固定方式

无线充电模块粘接固定

将充电板拆开,国产无线充电模块结构较为复杂,整体有金属罩包裹,金属罩中间层为PCB板,PCB板与充电线圈之间以屏蔽罩隔挡。相同的是,两款产品充电模块与壳体底部的固定方式,均采用了胶水粘接。

此处Ancham推荐的产品类型为快干胶(氰基丙烯酸酯胶粘剂),对不同类型的金属材质有优异的粘接新能,固化速度快,施工便利,重工时残胶易清除。


三、无线充电线圈、磁环的固定

无线充电线圈、磁环粘接固定

国产型号无线充电线圈上贴有感应线圈,粘贴方式为胶水固定,线圈模块与PCB之间间隔一层金属屏蔽罩,屏蔽罩用点焊的方式固定在充电模块金属包裹罩上,与焊盘之间通过胶水粘接固定,底板与金属屏蔽罩之间使用胶水粘接固定。

MagSafe的设计更为简洁,拆开硅胶片可直接看到充电线圈,充电线圈使用胶水固定于底板上,周围增加一圈黑色塑料环,可起到隔离屏蔽作用,塑料环上用胶水固定有检测线圈,与国产型号中的感应线圈作用相同,塑料环与焊盘底板通过胶水粘接。

两款产品均在壳体周边排列16颗磁铁,磁铁类型为硼钴合金强力磁铁,采取8+8的排列形式形成磁环。

线圈粘接部位,Ancham推荐单组分室温固化硅橡胶:良好的粘接性能,固化后硬度适中;耐高低温,-60~200℃温度范围内,产品性能稳定。

磁铁粘接部位,Ancham推荐丙烯酸UV胶:固化快速,粘接性能优异;施胶工艺简单,低气味,环境友好。


四、USB插头及充电器主板用胶

USB及主板涂敷胶粘剂

两款产品在USB TEPY-C线头内部,均采用聚氨酯三防胶对PCB板进行涂敷,可有效防止水汽、尘埃造成的短路或其他损害电路运行的情况发生。苹果MagSafe线头外壳内部采用钢套加固保护,PCB板设有一颗合金电感,用于升压,而国产产品将此芯片置于充电器主板上。

在充电器PCB主板方面,国产产品更加简洁,线圈与PCB连接处,以及主板背面采用聚氨酯三防胶对焊点涂敷保护。MagSafe在此基础上,还在主板正面设有两块金属屏蔽罩,通过焊接与胶水结合的方式,与主板进行固定。

据上述分析,此处Ancham推荐产品为丙烯酸UV三防胶:快速固化,良好的防护性能;易于修复,无溶剂挥发。

磁吸式无线充电器胶粘方案


结语:胶粘剂革了智能硬件中机械固定的命

通过对比解析,Ancham完整阐述了磁吸式无线充电器的固定方式,在智能设备轻量化、精密化的设计潮流中,Ancham从粘接、密封、三防、灌封、导热、导电六个方向进行开拓,完整覆盖消费电子行业的胶粘剂需求,在逐步更新优化的产品体系中,我们能为磁吸式无线充电器提供完善的胶粘应用方案。胶粘剂一直以来被认为是新材料发展以来最有效的粘接方式,安川新材坚持的这一论断将在更多智能产品中得到验证。

同一类型产品在两个生态环境中的境遇殊途同归,苹果MagSafe依赖完善的iPhone生态链,在全球中高端市场中无可替代。线头内部钢套点焊保护,PCB板屏蔽罩等细节部位,使国产产品的差距一目了然。

圆盘造型设计,铝合金外壳,充电板加装感应线圈的设计,是国产产品的独到之处。成长中的国产品牌,依然摆脱不了苹果这一前人走过的脚步,从设计到性能全方位的模仿,仍然是国产产品需要创新的点。

如乔布斯对待产品一样,苹果的每一个产品的设计都经过精细打磨,看不见的内部结构同样也要做到像艺术品一样精致。而胶粘剂的应用,能够实现智能设备从内到外的简洁和规整,使它成为轻巧、精致得近乎完美的艺术品。

这不禁让人联想到13年前的Palm和Touchstone,在那个设计稍显粗放的时代,Palm通过如此神奇的想象和不断试炼的设计和研发,让一个完美结合人体工学和自然美学的产品石破天惊般的出现在世人眼前,全滑动式交互方式,单核CPU下流畅运行的webOS,前所未见的点金石Touchstone……

或许正是由于过于完美和超前,导致它不被时代接受,生态链的欠缺和滞后、竞争对手的模仿,成为人们谈论Palm最多的话题。13年后,不断发展完善的安卓和苹果就像一层白雪覆盖了秋天的落叶,人们已经不会在春天快要来临的时候,去想念秋天的萧瑟。