一、手機BMS封裝技術的定義

電池管理系統(tǒng)（BMS，Battery Management System）是一種電子系統(tǒng)，專門負責監(jiān)控和管理可充電電池（無論是單個電池還是電池組）的運行狀態(tài)。在手機中，BMS封裝技術就是將電池管理系統(tǒng)的相關組件進行封裝集成，以適用于手機電池管理的技術。

手機BMS通常稱為電池保護板，其任務是監(jiān)控電池狀態(tài)、計算其充電水平并提供針對過度充電、過度放電、過流和過熱的保護。它主要由保護IC、MOSFET、PCB、電容器和NTC熱敏電阻組成。保護IC也稱為控制IC，它檢測電池的電壓和電流，控制MOSFET的操作。如果電池電壓或電流超過一定閾值，它可以立即關閉MOSFET以確保電池安全，一旦電池電壓和電流恢復正常，IC就會恢復MOSFET功能。MOSFET代表金屬氧化物半導體場效應晶體管，是在電路中充當開關、放大器或穩(wěn)壓器的關鍵半導體器件，它們控制電流的流動，從而調節(jié)電路。

這種封裝技術不僅僅是簡單地將這些元件組合在一起，還涉及到布局、散熱、信號傳輸?shù)榷喾矫娴目剂浚源_保BMS在手機有限的空間內高效、穩(wěn)定地運行，從而延長手機電池的使用壽命并確保使用過程中的安全性。

二、手機BMS封裝技術的工作原理

（一）監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集

1. 電壓監(jiān)控

• 手機BMS中的保護IC會持續(xù)對電池的電壓進行監(jiān)測。不同類型的鋰離子電池有著不同的額定電壓范圍，例如鈷酸鋰電池的額定電壓一般在3.7 - 4.2V之間。BMS通過精確測量電壓，判斷電池是否處于正常的充電或放電狀態(tài)。如果電壓超出了設定的安全范圍，如充電時電壓過高接近4.2V以上，可能會導致電池內部化學反應加劇，產(chǎn)生過熱等危險，BMS就會采取相應措施。

• 這一監(jiān)控是實時進行的，通過在電池電路中的特定采樣點獲取電壓數(shù)據(jù)，并將其傳輸給控制單元。在多電芯的手機電池組中，還會對每個電芯的電壓進行單獨監(jiān)控，確保電芯之間的電壓平衡，防止個別電芯過充或過放。

2. 電流監(jiān)控

• 電流的監(jiān)控同樣重要。當手機處于不同的工作狀態(tài)時，如待機、通話、玩游戲或充電時，電池的電流輸出或輸入情況會有很大差異。BMS通過檢測電路中的電流大小，可以了解電池的充放電速率。

• 如果在充電過程中檢測到電流過大，可能是充電器出現(xiàn)故障或者充電電路存在短路等問題。此時，BMS會限制電流或者切斷電路，以避免電池受到損害。在放電過程中，過大的電流輸出可能會導致電池電壓驟降，影響手機的正常使用，BMS也會及時調整手機的功率消耗，保護電池。

3. 溫度監(jiān)控

• 手機BMS利用NTC熱敏電阻來監(jiān)測電池的溫度。NTC熱敏電阻的電阻值會隨著溫度的變化而改變，BMS根據(jù)這個特性來獲取電池的溫度信息。

• 正常情況下，手機電池的工作溫度范圍是有限的，一般在0 - 40℃較為理想。如果電池溫度過高，可能是由于長時間高強度使用手機（如長時間玩大型游戲或者在高溫環(huán)境下充電），BMS會采取措施降低電池的充電速度或者限制手機的性能，以防止電池過熱引發(fā)安全問題。如果溫度過低，電池的性能會下降，BMS也會調整充電和放電策略，避免在低溫下過度充電或放電。

（二）保護機制

1. 過充保護

• 當BMS檢測到電池電壓接近或達到充電截止電壓時，保護IC會控制MOSFET切斷充電電路。例如，對于常見的手機鋰離子電池，當電壓達到4.2V左右時，就會觸發(fā)過充保護。

• 這一保護機制是為了防止電池過度充電，因為過度充電會使電池內部的鋰離子過度嵌入負極，可能導致電池鼓包、容量下降甚至引發(fā)燃燒或爆炸等嚴重后果。

2. 過放保護

• 在手機使用過程中，隨著電池電量的消耗，BMS會持續(xù)監(jiān)控電池電壓。當電池電壓下降到一定的閾值（例如，鋰離子電池電壓低于3.0V左右）時，BMS會提示用戶充電，并在電量極低時，通過控制MOSFET切斷放電電路，防止電池過度放電。

• 過度放電會使電池中的鋰離子大量脫出正極，造成電池不可逆的損傷，如電池容量永久性降低。

3. 過流保護

• 如果在充電或放電過程中出現(xiàn)異常的大電流，例如充電時充電器輸出電流突然增大或者手機內部電路短路導致放電電流過大，BMS中的保護IC會迅速控制MOSFET關閉電路。

• 過流可能會導致電池內部的物理結構損壞，如電極材料的脫落，還可能引發(fā)電池過熱等安全問題。

4. 過熱保護

• 當溫度監(jiān)控顯示電池溫度過高時，BMS會啟動過熱保護機制。這可能包括降低充電功率、限制手機性能（如降低CPU頻率）或者直接停止充電或放電操作。

• 過熱會影響電池的化學穩(wěn)定性，加速電池的老化，嚴重時會引發(fā)熱失控等危險情況。

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（三）充電平衡與管理

1. 充電平衡

• 在多電芯的手機電池組中，由于電芯之間的特性差異，在充電和放電過程中可能會出現(xiàn)電芯之間的電量不平衡現(xiàn)象。BMS會通過一定的電路設計（如主動均衡或被動均衡技術）來調整電芯的充電狀態(tài)，確保每個電芯都能均衡充電和放電。

• 主動均衡技術可以將電量高的電芯的電荷轉移到電量低的電芯，而被動均衡技術通常是通過在電芯上并聯(lián)電阻，對電量高的電芯進行放電，從而實現(xiàn)電芯之間的電量平衡。

2. 充電管理

• BMS根據(jù)電池的當前狀態(tài)（如電壓、溫度、電量等）來控制充電電流和電壓。在電池電量較低時，可以采用較大的充電電流快速充電；當電池電量接近充滿時，會逐漸減小充電電流，以避免電池在充滿時受到過高的電壓沖擊。

• 同時，BMS還會與手機的充電管理系統(tǒng)協(xié)同工作，根據(jù)手機的使用需求（如是否需要快速充電、是否在待機狀態(tài)等）來調整充電策略，以提高充電效率和延長電池壽命。

三、手機BMS封裝技術的優(yōu)勢

（一）延長電池壽命

1. 防止過充過放

• 手機BMS封裝技術中的過充和過放保護功能對于延長電池壽命至關重要。在沒有BMS保護的情況下，電池很容易因為過度充電或過度放電而受到損害。

• 例如，過度充電會使電池正極材料結構發(fā)生不可逆的變化，導致電池容量下降。而過放會使電池負極的鋰離子過度脫出，造成電池內阻增大，充放電效率降低。通過BMS精確的電壓和電流監(jiān)控，能夠及時切斷充電或放電電路，避免這些情況的發(fā)生，從而延長電池的循環(huán)壽命。

2. 均衡電芯

• 對于多電芯的手機電池組，BMS的充電平衡功能可以確保每個電芯的健康狀況保持相對一致。如果電芯之間長期處于不平衡的充電和放電狀態(tài)，電量高的電芯會因為過度充電而加速老化，電量低的電芯會因為過度放電而受損。

• BMS的均衡技術可以有效地避免這種情況，使得電芯之間的壽命差異減小，整體延長了電池組的使用壽命。

（二）提高安全性

1. 避免過熱

• 手機BMS封裝技術中的溫度監(jiān)控和過熱保護機制能夠有效地防止電池過熱。當手機在高溫環(huán)境下使用或者因為內部電路故障導致電池發(fā)熱時，BMS可以及時采取措施，如降低充電功率或者限制手機性能。

• 如果沒有這樣的保護，電池過熱可能會引發(fā)熱失控，這是一種非常危險的情況，可能導致電池燃燒甚至爆炸。

2. 防止過流危險

• 過流保護功能可以避免電池在充電或放電過程中遭受過大電流的沖擊。過大的電流可能是由于充電器故障、手機電路短路等原因引起的。

• 一旦出現(xiàn)過流情況，BMS會迅速切斷電路，防止電池內部結構被破壞，如電極材料的脫落，從而保障電池的安全使用。

（三）優(yōu)化電池性能

1. 精準充電管理

• BMS可以根據(jù)電池的當前狀態(tài)（如電量、電壓、溫度等）來調整充電策略。在電池電量較低時，采用較大的充電電流進行快速充電；當電池電量接近充滿時，減小充電電流，以實現(xiàn)涓流充電。

• 這種精準的充電管理方式可以提高電池的充電效率，減少充電時間，同時也有助于保持電池的健康狀態(tài)。

2. 適應不同工作狀態(tài)

• 手機在不同的工作狀態(tài)下（如待機、通話、玩游戲等）對電池的功率需求不同。BMS可以根據(jù)手機的工作狀態(tài)動態(tài)調整電池的輸出功率，確保手機在各種情況下都能穩(wěn)定運行。

• 例如，在玩游戲等高負荷狀態(tài)下，BMS會確保電池能夠提供足夠的功率，而在待機狀態(tài)下，則會降低電池的功耗，延長待機時間。

四、手機BMS封裝技術的應用案例

（一）德賽電池在智能手機BMS SIP封裝業(yè)務中的應用

1. 公司概況與業(yè)務布局

• 德賽電池是國內鋰電池制造核心廠商之一，在BMS封裝技術方面有著豐富的經(jīng)驗和廣泛的應用。該公司以智能移動產(chǎn)品制造微型化、系統(tǒng)模塊化發(fā)展為契機，開始布局BMS SIP業(yè)務，目前主要客戶為小米和其他國內智能手機廠商。

• 2021年，公司完成了對惠州藍微的分立，設立德賽矽鐠專注開展SIP相關業(yè)務，并計劃在惠州仲愷投資約21億元建設SIP封裝產(chǎn)業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售項目。

2. BMS封裝技術在其產(chǎn)品中的體現(xiàn)

• 在其智能手機BMS SIP封裝業(yè)務中，德賽電池的BMS封裝技術能夠有效地監(jiān)控電池狀態(tài)，包括電壓、電流、溫度等參數(shù)的采集和計算，進而控制充放電過程，實現(xiàn)對電池的保護并提升性能。

• 這種封裝技術有助于提高手機電池的安全性和使用壽命，滿足智能手機對于電池管理的高要求，例如在快速充電、長時間續(xù)航以及在不同環(huán)境下穩(wěn)定使用等方面提供了有力的支持。

（二）在其他智能手機廠商中的應用

1. 滿足不同手機品牌的需求

• 幾乎所有的智能手機品牌都需要使用BMS封裝技術來管理手機電池。不同品牌的手機有著不同的電池容量、充電技術（如快充技術）和使用場景需求。

• 例如，蘋果手機的BMS封裝技術需要與蘋果自家的充電系統(tǒng)和手機操作系統(tǒng)高度集成，以確保電池在其獨特的硬件和軟件環(huán)境下能夠高效、安全地運行。其BMS在優(yōu)化電池續(xù)航、保護電池在頻繁充電（如使用無線充電時）方面發(fā)揮著重要作用。

• 安卓手機陣營中，三星、華為、OPPO、vivo等品牌也都在其手機中采用了先進的BMS封裝技術。這些品牌的手機在充電速度不斷提升（如65W、100W快充等）的情況下，BMS能夠有效地管理電池，防止因為快速充電帶來的電池過熱、過充等問題，同時還能在日常使用中優(yōu)化電池的性能，提高電池的使用壽命。

2. 支持新型電池技術的應用

• 隨著手機電池技術的不斷發(fā)展，如新型鋰離子電池材料（如高鎳三元材料等）的應用，BMS封裝技術也在不斷升級。這些新型電池可能有著不同的電壓特性、充放電曲線等。

• BMS封裝技術能夠根據(jù)新型電池的特點進行定制化的監(jiān)控和管理。例如，對于高能量密度的新型電池，BMS可以更精確地控制充電電流和電壓，以充分發(fā)揮電池的性能優(yōu)勢，同時確保電池的安全使用。

五、手機BMS封裝技術的發(fā)展趨勢

（一）更高的集成度

1. 芯片集成

• 隨著手機功能的不斷增加，對BMS封裝技術的集成度要求也越來越高。未來，BMS中的多個功能芯片，如電量計芯片、保護芯片、充電管理芯片等有望進一步集成到一個芯片中。

• 這種集成可以減少芯片的占用空間，降低成本，同時也能提高芯片之間的通信效率。例如，目前一些高端手機已經(jīng)開始采用集成度較高的BMS芯片，將部分基本的電池管理功能集成在一起，未來這種集成的范圍可能會進一步擴大，涵蓋更多復雜的功能。

2. 功能模塊集成

• 除了芯片集成，BMS的功能模塊也將朝著集成化方向發(fā)展。例如，將電池監(jiān)控、保護、充電管理以及與手機其他系統(tǒng)（如電源管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)）的通信等功能集成到一個封裝模塊中。

• 這樣可以簡化手機的電路設計，提高生產(chǎn)效率，并且減少因為模塊之間連接而可能出現(xiàn)的故障點。

（二）智能化與自適應

1. 智能算法的應用

• 未來的手機BMS封裝技術將更多地應用智能算法。通過對電池歷史數(shù)據(jù)（如充電次數(shù)、放電深度、使用環(huán)境溫度等）的分析，智能算法可以預測電池的壽命、健康狀態(tài)以及性能變化。

• 例如，利用機器學習算法，BMS可以根據(jù)用戶的使用習慣（如每天的充電時間、使用手機的應用類型等）來調整充電策略，以達到最佳的電池管理效果。在電池出現(xiàn)輕微異常時，智能算法還可以提前預警，提示用戶采取相應的措施，如更換電池或者調整使用習慣。

2. 自適應不同電池類型和使用場景

• 隨著手機電池技術的不斷創(chuàng)新，新的電池類型（如固態(tài)電池等）可能會逐漸應用到手機中。BMS封裝技術需要能夠自適應不同類型的電池，快速調整其管理策略。

• 同時，手機的使用場景也越來越多樣化，如在不同的氣候條件下、不同的網(wǎng)絡環(huán)境下（如5G網(wǎng)絡高能耗場景）等。BMS要能夠根據(jù)這些不同的使用場景自動調整電池的功率輸出、充電速度等參數(shù)，以確保電池的高效、安全使用。

（三）小型化與輕量化

1. 滿足手機輕薄化需求

• 現(xiàn)代手機朝著輕薄化的方向發(fā)展，這就要求BMS封裝技術也不斷實現(xiàn)小型化和輕量化。BMS封裝的體積和重量需要盡可能減小，以適應手機內部空間有限的特點。

• 例如，通過采用更先進的封裝工藝（如3D封裝技術），可以在更小的空間內集成更多的BMS功能組件。3D封裝技術有助于在更小的空間內集成更多功能的芯片，如集成處理器、圖形處理單元、調制解調器以及各種傳感器芯片等，在BMS封裝中可以集成電量計、保護IC等組件，減少手機主板空間占用，同時也有助于降低功耗，延長電池續(xù)航時間。

2. 新材料的應用

• 為了實現(xiàn)小型化和輕量化，未來可能會在BMS封裝中應用一些新型材料。這些新材料可能具有更好的導熱性能、電氣性能和機械性能。

• 例如，一些新型的高分子材料可以替代傳統(tǒng)的封裝材料，在保證封裝強度和絕緣性能的同時，減輕重量并且提高散熱效率，這對于提高BMS的性能和可靠性有著重要的意義。

•    合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

2.     水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

3.     污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

4.     這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據(jù)主導，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

5.     合明科技運用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強有力的支持。