用于制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法以及用于執(zhí)行該方法的裝置的制造方法
【專利摘要】用于制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：在基本上平坦的膜上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形106，與所期望的膜的三維形狀相關(guān)地將電子元件附接在所述膜上108，將容納電子元件的所述膜成形為基本上三維的形狀110，通過基本上在所述膜上模制，使用基本上三維的膜作為在注射模制過程中的插入件112，其中在膜的表面上附接優(yōu)選的材料層，形成機(jī)電結(jié)構(gòu)。還公開了用于執(zhí)行所述方法的相應(yīng)裝置。
【專利說明】
用于制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法以及用于執(zhí)行該方法的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 總體上，本發(fā)明涉及電子設(shè)備中所包括的機(jī)電結(jié)構(gòu)。特別地，但是不排他地，本發(fā) 明涉及形成帶有嵌入部件和元件的三維單基板機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 不同機(jī)電設(shè)備的制造方法已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，特別是由于移動設(shè)備以及具有 例如精密顯示器和交互式/響應(yīng)式蓋特征的諸如此類的設(shè)備已經(jīng)成為了越來越常用的消費(fèi) 電器。這種設(shè)備包括具有眾多功能的精密觸摸屏、觸摸表面等等，這些功能相應(yīng)地要求使用 不同的并且通常是精細(xì)的部件。
[0003] 對于產(chǎn)品的多種功能和直觀性的日益增加的用戶需求已經(jīng)促成了用戶希望設(shè)備 不限制它們的用途的情況。相反地，所有設(shè)備都應(yīng)該能夠而非限制以即時(shí)直觀的方式來使 用。
[0004] 同時(shí)，由于設(shè)備的外部設(shè)計(jì)以及內(nèi)部所使用的部件已經(jīng)需要隨著動態(tài)市場需求而 發(fā)展和變化，所以對于更加敏捷和靈活的制造的需求已經(jīng)變得越來越明顯了。
[0005] 這就造成了對一種與殼體結(jié)構(gòu)（不管是二維的還是三維的）有關(guān)的能夠包括各種 不同部件的制造方法的真正需求。
[0006] 雖然部件已變得越來越小并且越來越具有柔性，但是與印刷型電子器件相比，很 多部件仍然是相對龐大的。雖然印刷型電子器件已經(jīng)為薄的、柔性的和快速制造的結(jié)構(gòu)開 辟了道路，但是大量部件仍然不能通過印刷來制造。
[0007] 另外，形成帶有嵌入的電子部件的三維基板和殼體結(jié)構(gòu)目前是通過首先將基板成 型，然后將部件附接至已經(jīng)成型的三維基板來實(shí)現(xiàn)的。將部件附接在這種三維基板上造成 了一種不利的情況:部件附接在傾斜表面上，與在平坦的表面上附接部件的方法相比時(shí)，這 從制造的角度看會造成不準(zhǔn)確性并且在其他方面也是困難且耗時(shí)的。
[0008] -些其他方法提出將部件置于基板上（在優(yōu)選的位置處），然后在基板上模制，該 基板作為插入件;該方法在大多數(shù)情況下通過注射模制來執(zhí)行。該方法容易造成很多錯(cuò)誤 和失敗，因?yàn)椴考枰叨染_地置于正確的位置，然后在整個(gè)模制過程中都保持在那里。 該方法的另一困難之處在于隨著熔融材料冷卻下來而造成的有些劇烈的溫度變化。這些要 求一起導(dǎo)致了非常困難的情況，其中確實(shí)出現(xiàn)了諸多故障單元。更進(jìn)一步地，該方法不提供 用于真正三維成型的手段，因?yàn)榛灞挥米鞑迦爰?，基板在該過程中沒有顯著地改變其形 狀。另外，每次模制只能一次完成;在基板和其中的部件已經(jīng)包覆模制為形狀并且電路部件 結(jié)構(gòu)如此設(shè)定之后，就不能修復(fù)瑕疵了。
[0009] -些其他制造方法包括使用由在彼此上堆積和附接的許多層或基板構(gòu)成的層壓 表面。然而，這些方法也具有缺點(diǎn)，例如從平坦到三維的延展性有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的實(shí)施方式的目的是至少克服現(xiàn)有技術(shù)的裝置中明顯的一個(gè)或多個(gè)上述 缺陷，特別是在允許各種電子元件在成型和涂覆或封裝之前有效地集成在平坦的表面上的 制造方法和裝置的背景下。一般來說，該目的是通過根據(jù)本發(fā)明的制造方法和用于執(zhí)行該 方法的相應(yīng)裝置來實(shí)現(xiàn)的。
[0011] 本發(fā)明的最有利的方面之一是其允許電子元件置于基本上平坦的表面上，然后將 容納電子元件的表面從平坦的成型為基本上(在實(shí)際情況下)任何所期望的三維形狀。更進(jìn) 一步地，本發(fā)明包括一種與膜將被模制成的形狀和設(shè)計(jì)有關(guān)的用于將元件放置和附接在能 三維成形的膜上的方法和系統(tǒng)。
[0012] 本發(fā)明的另一有利方面是其通過僅使用一個(gè)膜來容納電子器件、圖形和其他所用 的內(nèi)容物最小化了對于分層膜和涂覆膜和片狀結(jié)構(gòu)的需求，所述分層膜和涂覆膜和片狀結(jié) 構(gòu)常常是層壓多層所導(dǎo)致的。
[0013] 本發(fā)明的其他有利方面是電子電路和元件可以附接在平坦的表面上，然后，在根 據(jù)任何優(yōu)選的形狀將基板成形為基本上三維之前，測試電子電路和元件的運(yùn)行。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法包括：
[0015] -在基本上平坦的膜上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形，
[0016] -與所期望的膜的三維形狀相關(guān)地將電子和/或功能元件（如MEMS)附接在所述膜 上，
[0017] -將容納電子元件的所述膜成形為基本上三維的形狀，
[0018] -通過基本上在所述膜上模制，使用基本上三維的膜作為在注射模制過程中的插 入件，其中在膜的表面上附接優(yōu)選的材料層，形成機(jī)電結(jié)構(gòu)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，基本上平坦的膜可以是基本上柔性的。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，膜包括基板。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，膜包括印刷電路板 (PCB)或印刷線路板(PWB)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，基本上平坦的膜優(yōu)選地是均勻的和非層壓 的，即非層壓片。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，基本上平坦的膜可以包括層壓結(jié)構(gòu)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，基本上平坦的膜可以包括涂層。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，在所述膜上產(chǎn)生導(dǎo)體優(yōu)選地包括印刷。根據(jù) 本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，在所述膜上產(chǎn)生導(dǎo)體可以包括布線。根據(jù)本發(fā)明的另一 個(gè)示例性實(shí)施方式，在所述膜上產(chǎn)生導(dǎo)體可以包括焊接。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施 方式，在所述膜上產(chǎn)生導(dǎo)體可以包括使用印刷電路板(PCB)或印刷線路板(PWB)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，在所述膜上產(chǎn)生圖形可以優(yōu)選地包括印刷。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，在所述膜上產(chǎn)生圖形可以包括涂刷(painting)。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所使用的電子元件本質(zhì)上可以是電子的、電 光的、電聲的、壓電的、電的和/或機(jī)電的。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)不例性實(shí)施方式，電子元件 可以包括表面貼裝技術(shù)(SMT)實(shí)體、通孔實(shí)體或倒裝芯片實(shí)體。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性 實(shí)施方式，所述電子元件可以包括基本上柔性的部件。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施方 式，電子元件可以是印刷實(shí)體。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中電子元件可以是 印刷實(shí)體，所述元件可以印刷在基本上平坦的膜上。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施方式， 其中電子元件可以是印刷實(shí)體，所述元件可以印刷在別的地方(例如位于可以在印刷之后 或之前切成適當(dāng)?shù)钠姆至⒌幕迳希?，在此之后，所述元件可以附接在基本上平坦的?上。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，電子元件可以例如通過可選地基本上柔性的 和/或?qū)щ姷哪z、膏或其他粘合劑而附接至膜。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，元件 可以通過錨固被附接。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，電子元件的附接是相對于所期望的膜的形狀 來實(shí)現(xiàn)的。在將膜從基本上平坦的成形為三維的過程中，膜和其上包括的元件經(jīng)受物理應(yīng) 力，例如應(yīng)變、扭曲和壓縮。這些力不僅是由膜的彎曲和延展而造成的，而且也是由過程所 需的溫度而造成的。根據(jù)本發(fā)明，附接元件的過程可以包括許多單獨(dú)或同時(shí)的順序。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，一種附接電子元件的可選的順序可以包括通 過例如計(jì)算機(jī)輔助建模(CAD )、模型建構(gòu)或三維表面應(yīng)變測量，其例如通過均勻的方形網(wǎng)格 圖案或圓形網(wǎng)格圖案或任何其他適合的成形圖案來執(zhí)行，以模型化三維膜的三維設(shè)計(jì)的形 狀。模型化可以包括應(yīng)變、力、尺寸、熱和應(yīng)力分析的參數(shù)以及可能的失敗，例如由將基本上 平坦的膜成形為基本上三維時(shí)所引起的膜破裂。模型化可以包括結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析。模型化 還可以包括制造分析用于制造過程(例如鑄造、模制和其他成形制造方法）的過程模擬。
[0027] 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的另一個(gè)可選的順序可以包括根據(jù)三維膜設(shè)計(jì)的 表面形狀選擇元件的方位。通常，這意味著根據(jù)其上元件要被附接至的表面的形狀來放置 元件，使得膜的平坦的表面區(qū)域的變形相對于元件的靠著膜的所述表面區(qū)域的表面區(qū)域是 盡可能地小的。更具體地，膜表面的曲率(所述曲率是由膜的三維成形而造成的）大小相對 于面對元件的表面投影應(yīng)當(dāng)最小化。根據(jù)三維表面上的假設(shè)曲率設(shè)定元件的方位，因?yàn)橛?變形造成的曲率和/或應(yīng)變在元件附接順序中尚不明顯，使得元件的遠(yuǎn)邊緣或物理邊界(其 上具有對膜表面的附接/邊限接觸，并且其由膜的三維成形所引起)之間和/或相對于元件 的遠(yuǎn)邊緣或物理邊界的所述曲率相對于彎曲的膜表面在膜表面和元件底表面之間造成小 的分離和/或距離。
[0028] 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的另一個(gè)可選的順序可以包括與三維膜設(shè)計(jì)的表 面形狀相關(guān)地選擇電子元件的位置。通常，這意味著根據(jù)元件待被附接至的表面的形狀來 放置元件，使得膜的平坦的表面區(qū)域的變形相對于元件的膜的靠著膜的所述表面區(qū)域的表 面區(qū)域是盡可能地小的。更具體地，膜表面相對于面對/底部元件的表面投影的曲率(所述 曲率是由膜的三維成形而造成的）和/或應(yīng)變大小應(yīng)當(dāng)最小化。通過這樣選擇元件的位置， 元件被置于變形盡可能小的表面上，因?yàn)橛勺冃卧斐傻那试谠浇禹樞蛑胁幻黠@，所 以元件將經(jīng)歷很少的物理應(yīng)變。與膜表面相關(guān)地選擇元件位置還包括選擇如下位置，即在 該位置中元件底部相對于膜表面和相關(guān)的膜表面觸摸表面例如通過最大化觸摸表面面積 被優(yōu)化。這樣根據(jù)膜表面來為元件選擇好的位置意味著元件不應(yīng)放置于膜表面的遠(yuǎn)邊緣 上，其中元件被部分地在膜表面的最邊緣之上。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性方面，由其上附接有元件的膜的三維成形所造成的某些 方面可以通過可選地使用基本上柔性的元件來緩和。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性方面，由其上附接有元件的膜的三維成形所造成的某 些方面可以通過使用基本上柔性的元件附接手段來緩和。
[0031] 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的另一個(gè)可選的順序是關(guān)于制造參數(shù)和根據(jù)物理 性質(zhì)選擇元件，所述物理性質(zhì)例如物理強(qiáng)度和對溫度和溫度變化的耐受性以及與元件的不 同材料的適合度。
[0032] 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的另一個(gè)可選的順序包括根據(jù)柔性、強(qiáng)度等選擇附 接方法。
[0033] 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的另一個(gè)可選的順序包括選擇在其上實(shí)現(xiàn)成形的 側(cè)面并且選擇注射模制和注射模制類型。優(yōu)選地，元件附接在膜的如下側(cè)面，該側(cè)面與例如 壓著抵靠在成形壁的側(cè)面或者模制于其上或之上的側(cè)面相對。然而，元件也可以附接在模 制于其上或之上的側(cè)面。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，膜和其上的元件可以優(yōu)選地通過熱成形或真 空成形而成形為基本上三維的形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，膜和其上的元 件可以通過吹氣模制或旋轉(zhuǎn)模制而成形為基本上三維的形狀。
[0035] 在此，所形成的結(jié)構(gòu)的三維本質(zhì)可以除了別的以外相對于平坦的膜的實(shí)際厚度進(jìn) 行理解。三維形狀在此可以描述為偏差/通過偏差來描述，其在下面進(jìn)行描述。基本上平坦 的膜可以視為適于在兩個(gè)平行的平面的（平坦的）表面之間，其將在即使看起來平坦的表面 上的即使最微小的變形考慮在內(nèi)。在三維成形過程之后，先前平坦的膜已經(jīng)被成形的形狀 也可以視為適于在兩個(gè)平行的表面之間。由在兩個(gè)表面之間最大限度地延伸并且與任一表 面相對著另一個(gè)表面的法線平行的線的長度所測量的距離，得出表面彼此間可以具有的不 與膜(既針對基本上平坦的膜也針對三維的膜)重疊的最小距離。在兩種情況中的兩個(gè)平行 表面之間的所述最小距離可以進(jìn)行比較以計(jì)算偏差百分比。在此提到的偏差是指不與三維 成形的膜重疊的兩個(gè)平行表面之間的最短距離與在三維成形之前同一膜的最短距離的比。 優(yōu)選地，該偏差至少是： L 2、 3, 4 鑌籠 1,001 LOI LI 1 5, 6, '7, S. _筆 2 5 H) 20 9, 10. "、 12, 簾臠 4D 50 100
[0036] !3, 14. !5, 16, 鑛箋 200 500 1000 5000 YL Ia )9, 2(1 儀筆 !OO(H) 50000 100000 500000 2 L 22. 23. 24、 機(jī)楚 IOO(X)OO 2000000 5000000 10000000
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，注射模制材料基本上專門部分地模制在膜表 面上?？蛇x地，注射模制材料可以模制在容納電子元件的膜的表面部分上?？蛇x地，注射模 制材料可以模制在未容納電子元件的膜的表面部分上。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，基本上模制在所述膜上的注射模制材料封 裝整個(gè)膜。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，注射模制可以封裝整個(gè)膜，但不封裝電子 元件。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，注射模制可以封裝整個(gè)膜和電子元件。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，方法可以在根據(jù)所述方法的任何順序之前或 之后包括額外的表面修整或涂覆。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于執(zhí)行所述制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法的裝置，包括 以下一個(gè)或多個(gè)實(shí)體：
[0043] -用于在表面上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形的實(shí)體；
[0044] -用于在表面上附接電子元件的實(shí)體；
[0045] -用于將基本上平坦的膜成形為基本上三維形狀的實(shí)體，
[0046] -用于注射模制的實(shí)體。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，裝置包括用于在表面上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形 的實(shí)體，該實(shí)體可以包括噴墨印刷機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)，并且該實(shí)體可以是卷對卷或筒對筒機(jī) 器。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，裝置包括用于在表面上附接電子元件的實(shí) 體，該實(shí)體可以包括拾放機(jī)。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，裝置包括用于將基本上平坦的膜成形為基本 上三維形狀的實(shí)體，該實(shí)體可以包括連續(xù)卷饋送機(jī)或自動預(yù)切片饋送機(jī)、熱成形機(jī)或真空 成形機(jī)。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，裝置包括用于注射模制的實(shí)體，該實(shí)體可以 包括液壓的、機(jī)械的、電的或混合式注射模制機(jī)。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過方法和相應(yīng)的裝置實(shí)現(xiàn)的機(jī)電結(jié)構(gòu)可以是例 如包括用戶接口（UI)的電子設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)，包括臺式、膝上型和掌上設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明 的另一個(gè)實(shí)施方式，通過方法和相應(yīng)的裝置實(shí)現(xiàn)的機(jī)電結(jié)構(gòu)可以包括觸控屏幕或觸控表面 技術(shù)。
[0052]如技術(shù)人員所理解的，先前呈現(xiàn)的關(guān)于電子設(shè)備的各實(shí)施方式的考慮可以通過必 要的變通而靈活地應(yīng)用于方法的實(shí)施方式中，反之亦然。
[0053] 如上文所簡要描述的，本發(fā)明的不同方面的用途由根據(jù)每個(gè)【具體實(shí)施方式】的多個(gè) 問題而產(chǎn)生。由于相當(dāng)廣泛地使用可支付得起的且可容易獲得的材料、元件和工藝技術(shù)，用 于提供多個(gè)不同功能而制造根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電結(jié)構(gòu)的制造成本可以保持為很低。
[0054] 通過該方法和相應(yīng)的裝置所獲得的機(jī)電結(jié)構(gòu)在根據(jù)裝置對實(shí)體的限制方面是可 縮放的。除了單純制作原型的場景以外，可行的工藝技術(shù)特別提供了快速且敏捷的工業(yè)規(guī) 模的設(shè)備制造。
[0055] 表述"許多"在此可以指從一（1)開始的任何正整數(shù)。表述"多個(gè)"可以指分別從二 (2)開始的任何正整數(shù)。
[0056] 在所附的從屬權(quán)利要求中也公開了本發(fā)明的不同的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0057]下面，參照所附的附圖來更加仔細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中：
[0058]圖1是公開了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
[0059]圖2通過示例性實(shí)施方式示出了根據(jù)本發(fā)明的三維地形成容納電子元件的膜的構(gòu) 思。
[0060] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的包括實(shí)體的裝置的一個(gè)實(shí)施方式的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 參照圖1，其是用于產(chǎn)生本發(fā)明的方案的一個(gè)可行的實(shí)施方式的流程圖。
[0062] 在102,稱為開始階段，進(jìn)行必要的工作，如材料、元件和工具的選擇和獲取。在確 定合適的元件和其他部件/電子器件時(shí)，必須特別注意各個(gè)部件和材料的選擇一起進(jìn)行，并 且在整個(gè)裝置的所選制造過程中一直持續(xù)，這自然優(yōu)選地例如基于制造過程相對著元件數(shù) 據(jù)表而預(yù)先被檢查，或者通過分析所制造的原型而預(yù)先被檢查。
[0063] 在104,根據(jù)優(yōu)選的形狀和尺寸形成基本上平坦的膜，然后進(jìn)行清洗。該膜優(yōu)選地 是基本上薄的片。該膜優(yōu)選地包括聚碳酸酯(PC)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，因?yàn)檫@些 材料具有最適合的熱成形窗口（即，其中材料變成基本上柔順的以用于伸展和成型)和有效 的三維成形所要求的柔性。可選地，膜材料可以根據(jù)要滿足的最終產(chǎn)品的要求和制造要求 而包括適合的其他材料，所述最終產(chǎn)品的要求和制造要求諸如例如鑒于電子器件和相鄰材 料的柔性、堅(jiān)固性、熱成形窗口、強(qiáng)度、粘合性和其他材料特性，或者例如鑒于可獲得的制造 技術(shù)。所述其他材料可以包括其他塑料、硅、橡膠或它們的混合物。進(jìn)一步可行的材料包括 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS)、二醇化聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PETG)、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)、高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯酸聚合物或它們的混合物。膜 的厚度可以根據(jù)膜所需的性質(zhì)而變化，如最終產(chǎn)品所要求的材料強(qiáng)度、柔性、彈性、透明度 和/或尺寸。膜可以包括用于容納電子器件如電子電路、導(dǎo)體或部件引線和/或插槽等的許 多凹部、腔或孔。
[0064]在所示出的處理階段之前和/或期間，也可以預(yù)處理所選的膜。例如，該膜可以被 預(yù)處理以增加與其他材料(例如注射模制的覆蓋塑料)的粘結(jié)度。
[0065] 可選地，可以選擇具有根據(jù)先前所述的膜材料要求的材料、形狀和尺寸要求的印 刷電路板(PCB)或印刷線路板(PWB)作為膜。
[0066] 在106,在膜上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形。該膜可以僅包括導(dǎo)體，僅包括圖形，或者包括 導(dǎo)體和圖形二者。優(yōu)選地，通過使用合適的印刷技術(shù)來形成所述導(dǎo)體和/或圖形。例如，可以 使用噴墨印刷機(jī)或其他適用的設(shè)備來將所述導(dǎo)體和/或圖形印刷在膜上。優(yōu)選地，使用一個(gè) 設(shè)備來產(chǎn)生導(dǎo)體和圖形二者?？蛇x地，也可以使用不同的設(shè)備來產(chǎn)生導(dǎo)體和產(chǎn)生圖形。
[0067] -般來說，用于印刷導(dǎo)體和圖形的可行的技術(shù)可以包括絲網(wǎng)印刷、旋轉(zhuǎn)絲網(wǎng)印刷、 凹版印刷、柔版印刷、噴墨印刷、移印、蝕亥Ij(就像PWB-基板、印刷線路板所使用的）、轉(zhuǎn)移復(fù) 合、薄膜沉積等。例如，在導(dǎo)電膏的情況下，可以利用銀基PTF(聚合物厚膜)膏在膜上絲網(wǎng)印 刷期望的電路設(shè)計(jì)。另外，例如可以使用銅基或碳基PTF膏。替代地，銅/鋁層可以通過蝕刻 來獲得。在另一替代方案中，導(dǎo)電的低溫共燒陶瓷（low temperature cofired ceramic， LTCC)或高溫共燒陶瓷（high temperature cofired ceramic，HTCC)膏可以燒結(jié)至膜上。當(dāng) 選擇導(dǎo)體的材料時(shí)，人們應(yīng)考慮膜的性質(zhì)。例如，LTCC膏的燒結(jié)溫度可以為大約850至900 °C，這可能要求使用陶瓷膜。另外，可以使用銀/金基納米顆粒油墨來制造導(dǎo)體。
[0068]例如，因?yàn)椴煌挠∷⒓夹g(shù)要求所使用的油墨/膏的不同流變性質(zhì)，所以膏/油墨 應(yīng)優(yōu)選地與印刷技術(shù)和膜材料相關(guān)來選擇。另外，不同的印刷技術(shù)在每個(gè)時(shí)間單位內(nèi)提供 變化數(shù)量的油墨/膏，這常常會影響能夠獲得的導(dǎo)電圖。
[0069]替代地，可以在膜內(nèi)提供導(dǎo)體和/或圖形。
[0070] 在108,在膜上附接電子部件。所述電子部件優(yōu)選為表面貼裝技術(shù)(SMT)實(shí)體、通孔 實(shí)體、倒裝芯片實(shí)體或印刷實(shí)體?？蛇x地，元件可以通過使用如在階段106中所描述的合適 的印刷程序來制造?？蛇x地，印刷元件可以通過印刷在所述膜上來被制造在基本上平坦的 膜上。可選地，印刷元件可以通過印刷在基板上而與基本上平坦的膜分開來制造，在此之 后，包括元件的整個(gè)基板或基板的優(yōu)選部分可以附接在基本上平坦的膜上。
[0071] SMT實(shí)體、通孔實(shí)體、倒裝芯片實(shí)體和印刷實(shí)體可以使用可選地基本上柔性的裝置 通過錨固、粘貼或其他粘合劑(例如環(huán)氧粘合劑)進(jìn)行附接。導(dǎo)電的（能夠?qū)崿F(xiàn)電接觸)粘合 劑和非導(dǎo)電的（僅用于固定)粘合劑都可以利用。所述部件可以根據(jù)其技術(shù)和功能來選擇， 以及所述部件被選擇以承受所利用的三維成形（例如熱成形或真空成形過程）以及容納部 件的建立過程(例如注射模制過程)的壓力和溫度。
[0072] 舉例來說，所述元件本質(zhì)上可以是電子的、光電的、電聲的、壓電的、電的和/或機(jī) 電的，或者至少包括這種部件。另外，這種元件和/或部件上可以包括控制電路、觸摸傳感例 如應(yīng)變、電阻、電感、(F)TIR和光學(xué)傳感部件、觸感部件和/或振動部件例如壓電致動器或振 動電機(jī)、發(fā)光部件例如(O)LED、聲發(fā)射和或聲接收部件例如麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器、設(shè)備操作件例 如內(nèi)存芯片、可編程邏輯芯片和CPU(中央處理單元）、其他處理設(shè)備例如數(shù)字信號處理器 (DSP)、ALS設(shè)備、PS設(shè)備、處理設(shè)備(微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP) )、MEMS和/ 或各種尚未提到的傳感器。事實(shí)上，除了所公開的之外，可以使用大量的技術(shù)，并且結(jié)構(gòu)可 以包括各種其他部件。如熟悉該技術(shù)的讀者所理解的，根據(jù)其中可以利用本發(fā)明的每個(gè)預(yù) 期的使用場景的要求，所公開的部件的構(gòu)造也可以不同于所明確描述的部件。
[0073] 可選地，元件可以按照預(yù)定的、系統(tǒng)性的（例如對稱的或矩陣的）形式被附接和配 置。
[0074] 替代地，電子元件可以設(shè)置在膜內(nèi)。
[0075]在110,將膜從基本上平坦的成形為基本上三維的。優(yōu)選地，所述成形可以通過熱 成形（使用真空成形或壓力成形）來實(shí)現(xiàn)。替代地，所述成形可以通過熱脹成形、包模成形 (覆蓋成形，drape forming)、吹氣模制、預(yù)模制或旋轉(zhuǎn)模制來實(shí)現(xiàn)。
[0076]作為一種過程，熱成形包括將膜加熱至熱成形窗口內(nèi)（即，其中材料變成基本上柔 順的以用于伸展和成型），將膜置于模具內(nèi)，施加真空以將膜壓在模具上，使得膜模制為模 具的形狀，使膜冷卻，同時(shí)施加真空，并且通過釋放真空和/或施加"空氣噴射"以較容易地 移除膜而噴出冷卻的膜，該冷卻的膜現(xiàn)在已經(jīng)根據(jù)模具而調(diào)整成了期望的形狀。另外可選 地，可以在熱成形之前或之后進(jìn)行膜的切割，例如切割成優(yōu)選的尺寸或用于更好的最后修 整?？蛇x地，將膜加熱至熱成形窗口內(nèi)可以在熱成形機(jī)器內(nèi)（例如模具內(nèi)）或在熱成形機(jī)器 外(例如烤爐內(nèi)）進(jìn)行。
[0077]對于使用真空或壓力的優(yōu)選的熱成形過程的參數(shù)和設(shè)置，如技術(shù)人員所理解的， 可以給出一些進(jìn)一步的參考僅作為實(shí)施例。熱成形溫度的下限的一些實(shí)施例包括:PC 150 °C、PET 70°C、ABS 88°C_120°C。通過將空氣機(jī)械地壓入模具內(nèi)或通過將模具抽真空而獲得 的施加在膜上的壓力對于單層膜構(gòu)造應(yīng)大致高于大約IOOpsi，而對于層壓結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)大致高 于大約200psi。優(yōu)選地，所使用的三維膜和過程參數(shù)應(yīng)被選擇為使得所述膜不熔化。該膜應(yīng) 被定位在模具內(nèi)，使得其保持適當(dāng)?shù)毓潭ǎ欢质沟盟潭ǖ狞c(diǎn)不會阻礙成形。
[0078]在112,包括附接至現(xiàn)在三維膜的優(yōu)選元件的組件被作為插入件放置進(jìn)模具架內(nèi) 并且注射模制。
[0079]可選地，模制在三維膜上的注射模制材料是透明的，并且可以包括聚合物，例如聚 碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、環(huán)烯烴 共聚物(COC )、環(huán)烯烴聚合物(COP )、聚四氟乙烯(PTFE )、聚氯乙烯(PVC)或它們的混合物。替 代地或者附加地，該材料可以包括玻璃。可適用的層材料通常應(yīng)被選擇使得滿足鑒于電子 器件和相鄰材料或例如鑒于可用的制造技術(shù)而想要的柔性、堅(jiān)固性以及其他要求像粘合性 能。
[0080] 對于工藝參數(shù)和設(shè)置，如技術(shù)人員所理解的，可以給出一些進(jìn)一步的參考僅作為 實(shí)施例。當(dāng)三維膜是PET，并且例如要在其上注射模制的塑料是PC時(shí)，熔化的PC的溫度可以 是大約280至320°C，并且模制溫度可以是大約20至95°C，例如大約80°C。優(yōu)選地，所使用的 三維膜和過程參數(shù)應(yīng)被選擇為使得所述膜在此過程期間不熔化并且保持為基本上固體的。 該膜應(yīng)定位在模具中，使得其維持適當(dāng)?shù)墓潭?。類似地，預(yù)安裝的部件、圖形和/或電子器件 應(yīng)附接至基板，使得它們在模制期間保持靜止不動。
[0081] 注射模制過程的注射階段包括加熱根據(jù)想要的特征而選擇的材料，直到材料熔化 為止，然后將所述材料強(qiáng)制注射至模具內(nèi)，其中該材料設(shè)置在插入件上。優(yōu)選地，注射模制 材料可以基本上專門部分地模制在膜表面上，這可以包括或者模制在膜的容納預(yù)安裝的部 件、圖形和/或電子器件的表面部分上，或者包括模制在膜的未容納預(yù)安裝的部件、圖形和/ 或電子器件的表面部分上?？蛇x地，注射模制材料可以基本上模制在所述膜上，使得它封裝 整個(gè)膜，其可以包括該模制僅部分地封裝了預(yù)安裝的部件、圖形和/或電子器件，或者包括 該模制封裝了預(yù)安裝的部件、圖形和/或電子器件，使得預(yù)安裝的部件、圖形和/或電子器件 完全嵌入在申旲具內(nèi)。
[0082] 通常地，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，形成的殼體的厚度以及殼體內(nèi)所述元件和電子 器件的安裝深度可以根據(jù)應(yīng)用而變化，使得它們可以形成其表面(整個(gè)電子裝置的內(nèi)或外 表面)的一部分或者完全嵌入或"隱藏"在殼體內(nèi)。這使得能夠定制所構(gòu)建的整個(gè)機(jī)電結(jié)構(gòu) 的韌性、彈性、透明性等，并且定制所述嵌入元件的維護(hù)能力和保護(hù)性。將元件完全嵌入在 殼體內(nèi)通常提供了較好的保護(hù)?？蛇x地，將元件留在表面提供較少的保護(hù)，但是能夠更容易 地維護(hù)或更換所述元件。根據(jù)應(yīng)用，某些元件可以完全嵌入，而其它元件僅部分嵌入。
[0083] 在注射過程之后，注射的材料保持在某一壓力下并使其冷卻下來，在此之后，可以 將其取出。
[0084] 在114,結(jié)束該方法的執(zhí)行。可以進(jìn)行其他動作，例如元件管理、質(zhì)量控制、表面處 理和/或最后修整或磨光。
[0085]使用有利地柔性材料使得至少某些方法項(xiàng)目以卷對卷(roll-to-roll)方法來執(zhí) 行，其可以在時(shí)間、成本以及甚至空間方面(例如就運(yùn)輸和存儲而言）提供額外的益處。在卷 對卷或"筒對筒(reel-to-reel)"方法中，想要的實(shí)體(例如導(dǎo)體、圖形和/或電子元件)可以 沉積在連續(xù)的"卷"基板上，其可以是既長又寬的，在該過程期間以恒速或動態(tài)速度從一個(gè) 源卷或多個(gè)源卷前進(jìn)至目的卷。因此，該膜可以包括稍后要切開的多個(gè)產(chǎn)品。
[0086] 因此，可以使用卷對卷或"筒對筒"方法來組合方法步驟102、104、106和108中的至 少兩個(gè)方法步驟。所有的方法步驟102、104、106和108 (即基本上所有的方法步驟)都可以通 過卷對卷或"筒對筒"方法來執(zhí)行?？蛇x地，所有的方法步驟（102-114)，即整個(gè)方法都可以 通過卷對卷或"筒對筒"方法來執(zhí)行。
[0087] 根據(jù)本發(fā)明，卷對卷制造還有利地能夠?qū)崿F(xiàn)快速且經(jīng)濟(jì)有效的產(chǎn)品制造。在卷對 卷過程中，若干材料層可以"在該過程進(jìn)行中"（on the fly)結(jié)合在一起，并且上述導(dǎo)體、圖 形和/或電子元件可以在實(shí)際結(jié)合時(shí)刻發(fā)生之前、之時(shí)或之后被結(jié)構(gòu)化在材料層上。在這個(gè) 過程中，源層和產(chǎn)生的帶狀聚集實(shí)體還可以經(jīng)受各種處理。應(yīng)當(dāng)選擇層的厚度以及可選地 其他性質(zhì)，以使得能夠在優(yōu)選的程度上實(shí)現(xiàn)卷對卷處理。
[0088]圖2示出了附接有電子元件的膜的四個(gè)不同的示例性側(cè)視圖202a、202b、202c、 202d〇
[0089] 圖202a示出了在將基本上平坦的膜210從基本上平坦成形為三維之前的所述膜， 該膜容納附接在其上的電子元件204a和204b以及導(dǎo)體206和圖形208。
[0090] 圖202b示出了三維膜212(即在成形過程之前是基本上平坦的膜）的實(shí)例，該膜容 納附接在其上的電子元件204a和204b以及導(dǎo)體206和圖形208。在該實(shí)施方式中，膜已經(jīng)被 成形為簡單的拱形。
[0091] 圖202c示出了三維膜212(即在成形過程之前基本上平坦的膜）的實(shí)例，該膜容納 附接在其上的電子元件204a和204b以及導(dǎo)體206和圖形208。在該實(shí)施方式中，膜已經(jīng)被成 形為波浪形狀。
[0092]圖202d示出了三維膜212(即基本上平坦的膜在成形過程之后）的實(shí)例，該膜容納 附接在其上的電子元件204a和204b以及導(dǎo)體206和圖形208。在該實(shí)施方式中，膜已經(jīng)模制 為非對稱的拱形式。
[0093]三維成形的膜212的形狀和尺寸不限于任何特定的形狀，并因此可以制造成適于 各種各樣的應(yīng)用。
[0094]圖3是通過成形過程實(shí)現(xiàn)的三維形狀的示例性實(shí)施方式的三向圖。所述實(shí)施方式 包括容納附接在其上的電子元件304a、304b、304c和304d以及導(dǎo)體和圖形（未明確示出）的 膜306。在該實(shí)施方式中，膜已經(jīng)模制為非對稱的波浪狀形式。
[0095]三維成形的膜306的形狀和尺寸不限于任何特定的形式，并因此可以制造成適于 各種各樣的應(yīng)用。
[0096]圖4示出了用來描述所形成的結(jié)構(gòu)的三維本質(zhì)的測量的示例性實(shí)施方式。三維形 式在此可以描述為偏差/通過偏差來描述，其在此進(jìn)行描述。基本上平坦的膜可以視為適于 在兩個(gè)平行的平面的（平坦的）表面402a和404a之間，其將在即使看起來平坦的表面上的即 使最微小的變形也考慮在內(nèi)。在三維成形過程之后，先前平坦的膜已經(jīng)形成的形狀也可以 視為適于在兩個(gè)平行的表面402b和404b之間。距離dl和d2是通過在兩個(gè)表面之間最大限度 地延伸并且平行于任一表面相對著另一個(gè)表面的法線的線的長度來測得的，該距離dl和d2 得出表面彼此之間可以具有的而不與膜(既針對基本上平坦的膜也針對三維的膜)重疊的 最小距離。在兩種情況中的兩個(gè)平行表面之間的所述最小距離可以進(jìn)行比較以計(jì)算偏差 率。在此提到的偏差是指不與三維成形的膜重疊的兩個(gè)平行表面402b和404b之間的最短距 離d2與在三維成形之前不與基本上平坦的膜重疊的兩個(gè)平行表面402a和404a之間的最短 距離dl的比。優(yōu)選地，偏差率d2/dl優(yōu)選至少對應(yīng)于上文中呈現(xiàn)的數(shù)值。
[0097]圖5示出了用于執(zhí)行本發(fā)明的所述制造方法的裝置500的一個(gè)可行的實(shí)施方式的 框圖。
[0098]塊502代表用于在表面上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形的實(shí)體。這種實(shí)體可以包括來自下述 中的至少一個(gè)的機(jī)器:噴墨印刷機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)，這種實(shí)體可以是卷對卷或筒對筒機(jī)器。
[0099]塊504代表用于在表面上附接電子元件的實(shí)體。這種實(shí)體可以包括拾放機(jī)。拾放機(jī) 是眾所周知的，并且在此是特別合適的，因?yàn)樗鼈冊试S快速且準(zhǔn)確地附接各種不同部件，并 且它們通過編程是高度靈活的。
[0100]塊506代表用于將基本上平坦的膜成形為基本上三維形狀的實(shí)體。這種實(shí)體可以 包括連續(xù)卷饋送機(jī)或自動預(yù)切片饋送機(jī)，可選地是計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)、熱成形機(jī)、真空成 形機(jī)、壓力成形機(jī)或吹氣模制機(jī)或它們的組合。
[0101 ]塊508代表用于注射模制的實(shí)體。這種實(shí)體可以包括液壓的、機(jī)械的、電的或混合 式注射模制機(jī)或它們的組合。
[0102]本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同物一起確定。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會再次 理解以下事實(shí):所披露的實(shí)施方式僅為示例目的而構(gòu)建，并且在此看到的創(chuàng)新點(diǎn)將涵蓋更 好地適于本發(fā)明的每個(gè)具體的使用情況的其他實(shí)施方式、實(shí)施方式的組合、變型和等同物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法，包括： -在基本上平坦的膜上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形106， -與所期望的膜的三維形狀相關(guān)地將電子元件附接在所述膜上108， -將容納所述電子元件的所述膜成形為基本上三維的形狀110， -通過基本上在所述膜上模制，使用基本上三維的膜作為在注射模制過程中的插入件 112，其中在所述膜的表面上附接優(yōu)選的材料層，形成機(jī)電結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述膜是基板，優(yōu)選地是印刷電路板(PCB) 或印刷線路板(PWB)。3. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述膜可選地基本上是柔性的。4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述基本上平坦的膜能夠包含聚對苯二甲 酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、 二醇化聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)、高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯 酸聚合物或它們的混合物。5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述導(dǎo)體和/或圖形是通過印刷產(chǎn)生的，印 刷技術(shù)選自以下中的至少一種:絲網(wǎng)印刷、旋轉(zhuǎn)絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、柔版印刷、噴墨印刷、 移印、蝕刻、轉(zhuǎn)移復(fù)合或薄膜沉積。6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所附接的電子元件可選地是柔性實(shí)體、預(yù) 制好的表面貼裝技術(shù)(SMT)實(shí)體、通孔實(shí)體、倒裝芯片實(shí)體或印刷實(shí)體。7. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電子元件能夠通過印刷在所述基本上 平坦的膜上而產(chǎn)生。8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電子元件能夠通過印刷在基板（即，除 了所述基本上平坦的膜之外的）上然后附接在所述基本上平坦的膜上而產(chǎn)生。9. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電子元件的附接由可選地基本上柔性 的裝置通過錨固、粘貼或通過其他粘合劑來實(shí)現(xiàn)。10. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中在所述基本上平坦的膜上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或 圖形和在所述膜上附接所述電子元件的步驟通過可選地連續(xù)的卷對卷或筒對筒過程來執(zhí) 行，該過程可選地包括印刷下述所列項(xiàng)目中的至少一者:所述導(dǎo)體、所述圖形和所述電子元 件。11. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中將容納電子元件的所述膜成形為基本上 三維的形狀是通過熱成形過程，諸如真空成形或壓力成形、熱脹成形、包模成形、吹氣模制、 預(yù)模制、旋轉(zhuǎn)模制或它們的組合來實(shí)現(xiàn)的。12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述機(jī)電結(jié)構(gòu)被涂覆。13. -種用于執(zhí)行所述制造機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法的裝置500,包括以下一個(gè)或多個(gè)實(shí)體： -用于在表面上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形的實(shí)體502; -用于在表面上附接電子元件的實(shí)體504; -用于將基本上平坦的膜成形為基本上三維形狀的實(shí)體506， -用于注射模制的實(shí)體508。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述用于在表面上產(chǎn)生導(dǎo)體和/或圖形的實(shí)體 502包括下列中的至少一個(gè):噴墨印刷機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)，并且所述實(shí)體能夠是卷對卷或筒對 筒機(jī)器。15. 根據(jù)權(quán)利要求13至14中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述用于在表面上附接電子元件 的實(shí)體504包括拾放機(jī)或印刷機(jī)。16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述用于將基本上平坦的膜成形 為基本上三維形狀的實(shí)體506包括連續(xù)卷饋送機(jī)或自動預(yù)切片饋送機(jī)，可選地是計(jì)算機(jī)數(shù) 控(CNC)機(jī)、熱成形機(jī)、真空成形機(jī)、壓力成形機(jī)或吹氣模制機(jī)或它們的組合。
【文檔編號】H05K1/16GK106061704SQ201480060020
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年9月25日
【發(fā)明人】米科·海基寧, 亞爾莫·薩斯科, 亞爾科·托威寧, 帕沃·尼斯卡拉, 米科·絲珀帕瑞, 帕西·拉帕納, 安蒂·科瑞寧
【申請人】塔科圖特科有限責(zé)任公司