低磨損率消磁型振動馬達板設(shè)計研發(fā)

石林國 陸云鵬 姜玉晉 黃根華 袁琛 陳為為

1.衢州順絡(luò)電路板有限公司，中國·浙江 衢州 324000

2.北京理工大學(xué)，中國·北京 100081

1 引言

隨著科學(xué)發(fā)展速度不斷提升，傳統(tǒng)振動馬達在尺寸、噪聲等方面短板逐漸暴露，開發(fā)新產(chǎn)品取代傳統(tǒng)振動馬達成為科研界內(nèi)主要研究課題之一。在經(jīng)過大量研究以及實驗后，技術(shù)人員開發(fā)出現(xiàn)行扁平振動馬達，大幅縮小了設(shè)備尺寸，同時振動強度、響應(yīng)速度等性能也得到大幅提升。

2 線性扁平振動馬達概述

在對該設(shè)備原理進行分析時，可以利用磁懸浮列車原理對線性扁平振動馬達原理進行解釋。圖1 為線性扁平振動馬達結(jié)構(gòu)分解圖，如圖1所示信息，2 號部件可視為磁懸浮列車主體，其中包含3 號部件以及4 號部件分別為振子配重以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場的部分，6 號部件與軌道的功能相類似，9 號部件則為接觸電刷。該設(shè)備的創(chuàng)新性在于，設(shè)計者采用集成化技術(shù)，將轉(zhuǎn)子集中在一塊印制板電路板上，有效降低了電機結(jié)構(gòu)尺寸，這也極大地彌補了傳統(tǒng)振動馬達尺寸難以滿足智能終端產(chǎn)品的短板。線性扁平振動馬達在實際設(shè)計過程中采用平行排列方式對轉(zhuǎn)子以及定子進行布局設(shè)計，使得整體直徑大幅縮小，同時在集成化設(shè)計影響下，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計較為緊湊，在不影響運行效果的前提下使得重量大幅減輕。此外，在生產(chǎn)過程中，線性扁平振動馬達可以采用貼片工藝進行制造，進而實現(xiàn)提升生產(chǎn)效率的目的。由此，在遠超傳統(tǒng)設(shè)備性能以及其他優(yōu)勢影響下，該設(shè)備全面取代傳統(tǒng)振動馬達成為智能終端中的標配部件。

圖1 線性扁平振動馬達分解圖

3 當前中國研發(fā)現(xiàn)狀

從實際發(fā)展情況分析，現(xiàn)階段扁平振動馬達在智能終端觸覺反饋系統(tǒng)中發(fā)揮的作用不斷提升，隨著智能終端技術(shù)水平不斷提升，該設(shè)備也具備較強的市場前景。然而需要認識到的一點是，當前扁平振動馬達設(shè)備研發(fā)銷售中，韓國供應(yīng)商占據(jù)了95%的市場，而國內(nèi)生產(chǎn)水準僅能勉強適用于低端市場之中，國內(nèi)產(chǎn)品需要面對的重點環(huán)節(jié)即是設(shè)備使用壽命難以滿足實際發(fā)展要求。在對相關(guān)技術(shù)進行研究過程中，其重點環(huán)節(jié)在于印制電路板，此環(huán)節(jié)是實現(xiàn)集成化設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，此方面的單向成本占總成本投入的20%左右，但是對整個項目研究具有關(guān)鍵性的影響。現(xiàn)有扁平振動馬達技術(shù)標準為持續(xù)振動且無異常停振，因此，當前國內(nèi)研究重點環(huán)節(jié)應(yīng)集中在磁性消除以及降低磨損率等方面，如果在相關(guān)技術(shù)上取得突破即可實現(xiàn)滿足使用壽命的要求，進而達成國產(chǎn)化目標。

4 扁平振動馬達研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)解決對策

4.1 高均勻性電阻制作方案

電阻一致性以及厚度是扁平振動馬達設(shè)備研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，依照電阻公式：R = pL/S 其中p、L、S 分別表示電阻率、電阻長度、電阻橫截面積，只要解決此三方面因素的精度問題即可實現(xiàn)對電阻精度進行控制，進而達成降低設(shè)備磨損率的目的[1]。

為達成此目標，技術(shù)人員從配方層面入手，利用可固化樹脂體系、導(dǎo)電材料、輔助性填料以及有機溶劑等作為電阻生產(chǎn)配方，該方案可以有效實現(xiàn)部件的功能性、干燥性、可靠性等方面的需求，考慮到原料配比對設(shè)備特性目標實現(xiàn)具有重要影響，因此，相關(guān)工作人員在實際工作過程中將經(jīng)過大量試驗，最終得到有效的材料配方。

在進行高均勻電阻生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員考慮到電極均勻性及線路均勻性之間具有直接聯(lián)系，因此，為降低誤差，技術(shù)人員利用Incam 軟件結(jié)合生產(chǎn)線對線路布局進行優(yōu)化補償，最終實現(xiàn)將誤差控制在±3%的目標。

電阻寬度以及厚度直接對電阻橫截面積造成影響，在電阻材料新配方以及中國自主研發(fā)的聚酯網(wǎng)貼敷毛細擋點菲林工藝影響下，可以有效將電阻寬度以及厚度誤差控制在±1%范圍內(nèi)，最終達成高均勻性曝光電阻制作方案[2]。

4.2 鍍層磁性消除方案

傳統(tǒng)馬達生產(chǎn)方案中，對電路板進行阻焊作業(yè)后需要連續(xù)進行電鍍純鎳以及電鍍金鈷合金，然而受純鎳材料磁性較好的性質(zhì)影響，利用此材料進行生產(chǎn)會使得產(chǎn)品轉(zhuǎn)子具備不可變換磁場的磁性，且磁性會隨著鎳層厚度的提升而提升，這就使得馬達啟動電壓過高、不正常停振成為傳統(tǒng)馬達常見的質(zhì)量問題。

此外，在部分需要利用提高鎳層厚度實現(xiàn)提升耐磨性能的技術(shù)領(lǐng)域中，磁性以及耐磨性之間的平衡性難以得到有效控制，進而導(dǎo)致產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域受到較為嚴重的壓縮。因此，在針對此方面問題時，技術(shù)人員提出替換鍍層材料的方案，利用化學(xué)鍍鎳磷合金取代電鍍純鎳。該方案在實際應(yīng)用過程中在鍍層材料中加入12%左右的磷元素，進而達成消除鍍層磁性的目的，確保轉(zhuǎn)子中只存在電樞線圈激發(fā)的動態(tài)磁場，進而實現(xiàn)理想的定子及轉(zhuǎn)子模型，且鍍層厚度可以更加均勻。

4.3 工藝變更引發(fā)的油墨脫落問題解決方案

新生產(chǎn)工藝中利用化學(xué)鍍鎳磷合金取代純鎳鍍層，此工藝在解決鍍層厚度及抗磨性能之間的矛盾同時也存在一定短板，而幽默脫落問題是新工藝主要質(zhì)量問題之一。

在傳統(tǒng)工藝中，鎳層厚度以5μm 計，在實際進行電鍍過程中，只需要采用50℃溫度鍍10min，而化學(xué)鍍鎳磷合金需要在85℃條件下鍍35min，這就使得產(chǎn)品表面阻焊油墨需要成熟更加劇烈的藥水攻擊，進而導(dǎo)致油墨脫落問題必然出現(xiàn)。

由此，為解決油墨脫落問題需要材料配方層面入手。技術(shù)人員在經(jīng)過大量試驗研究受決定采用UV 固化材料作為阻焊油墨原料，其固化后的厚度可以控制在20μm 左右，收縮率為50%。UV 光在通過阻焊層過程中會逐漸衰減，當其通過40μm 濕膜油墨到達底部時，其能量損失可以超過40%，而底部油墨結(jié)合力是解決脫落問題的關(guān)鍵所在。現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的阻焊油墨同城采用自由基聚合引發(fā)劑，該材料對吸收光反應(yīng)較為敏感，其反應(yīng)速率以及吸收光強之間的關(guān)系成本平方正比關(guān)系，這就導(dǎo)致油墨底層光固化程度效果難以達到預(yù)期成效。

為此，研究人員提出利用多引發(fā)劑混合體系，將長波固化引入其中，波長紅移可以有效提升引發(fā)劑的光敏性，同時也可以有效提升光透射深度，進而促使底層充分固化。此外，研究者對光源系統(tǒng)也進行相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，加大400nm以上波長成分的引入力度，進而滿足油墨體系調(diào)整后的生產(chǎn)需求。

4.4 降低鍍層磨損率的解決方案

化學(xué)鍍鎳過程中的化學(xué)反應(yīng)式如下所示：

由上述化學(xué)反應(yīng)式所示，在化學(xué)鍍鎳過程中會不斷產(chǎn)生H+離子，而部分H+在吸收次磷酸鈉進行氧化作用是會放出電子，并以氫氣形式析出，同時部分離子會留在溶液之中，進而使得鍍液內(nèi)的pH 值產(chǎn)生變動，最終導(dǎo)致化學(xué)沉積速率激增。在此過程中，P 的離析會導(dǎo)致局部差異產(chǎn)生，P 集中的區(qū)域以及P 缺失區(qū)域晶粒生長幅度不同，最終導(dǎo)致大晶粒與小晶粒相互吞噬形成等軸巨晶。這種情況導(dǎo)致產(chǎn)品晶體結(jié)構(gòu)在宏觀以及微觀兩個層面均呈現(xiàn)出不光滑狀，表面粗糙度會上升，進而導(dǎo)致摩擦系數(shù)上升，此情況對鍍層耐磨性具有重要影響。因此，技術(shù)人員在研究后決定從鍍液層面入手，在藥水中融入有機一元酸以及三元羥酸的鈉鹽，將其作為pH 緩沖劑，進而達成提升化學(xué)鍍過程穩(wěn)定性的目的。從實際成果分析，利用該工藝進行化學(xué)鍍的產(chǎn)品在同等條件下其耐磨性明顯更優(yōu)，進而實現(xiàn)提升產(chǎn)品使用壽命的目的[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，在當前新時期背景下扁平振動馬達具備較為廣闊的市場前景，加強對相關(guān)問題的研究可以有效帶動中國智能終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。論文研究中對一種耐磨消磁振動馬達設(shè)計方案進行研究，針對其耐磨性以及消磁問題提出相應(yīng)解決方案，從實際成效分析，該方案具備應(yīng)用價值。