專利名稱:導(dǎo)電圖案、天線及其制造方法
背景“無(wú)線”電子裝置的激增一直繼續(xù)到將來,這些隨處可見的產(chǎn)品包括蜂窩電話與尋呼機(jī)、所謂的無(wú)觸點(diǎn)“智能卡”、射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)記和正在涌現(xiàn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置。所有這些裝置的一種共同元件就是收發(fā)電磁輻射的天線。根據(jù)裝置的要求,天線有多種不同形式,但大多數(shù)天線的一個(gè)共同特征是它們包括導(dǎo)電與介電絕緣材料的結(jié)構(gòu)組合。一種簡(jiǎn)型天線涉及在基本上平坦的表面上形成導(dǎo)電跡線或插接線,這些導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包含在多類天線設(shè)計(jì)中,包含線圈、單極、偶極與微帶形式。這些簡(jiǎn)型天線結(jié)構(gòu)的實(shí)例有引入無(wú)觸點(diǎn)“智能卡”和RFID標(biāo)記的實(shí)例。這些天線一般由導(dǎo)線跡線的線圈或環(huán)構(gòu)成,線圈或環(huán)狀天線可作變換傳輸而對(duì)半導(dǎo)體芯片供電,還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞??ǖ暮穸韧ǔO抻诩s1毫米,這要求導(dǎo)電跡線在結(jié)構(gòu)上基本是二維。這種相對(duì)簡(jiǎn)單的幾何結(jié)構(gòu)可考慮若干制造方案,如授予與Houdean等人的美國(guó)專利5,896,111教授的一種技術(shù),在多條柔性不導(dǎo)電載條上形成平行導(dǎo)體跡線。盡管未詳述形成跡線的材料與工藝,但可用印刷術(shù)布設(shè)跡線。彎曲連接相鄰跡線的相對(duì)兩端,構(gòu)成近乎平面的線圈天線。該技術(shù)要求剝離絕緣而逐一連接相鄰跡線的相對(duì)端,既耗時(shí)間,又增大了制造成本。
授與Glotn等人的美國(guó)專利5,569,879描述的智能卡生產(chǎn)方法,將介質(zhì)迭加到預(yù)穿孔金屬條上。在一實(shí)施例中,一部分金屬條用作微帶天線部分,但該法包括附加的第二表面金屬化,和可能要作會(huì)增大復(fù)雜程度和成本的光刻。美國(guó)專利5,569,879的另一實(shí)施例把一部分金屬條用作電感器,卻不知在介質(zhì)條上迭加這種幾何結(jié)構(gòu)之前如何對(duì)它支承。
授與Lake的美國(guó)專利6,067,056所提出的方法,是通過有選擇地對(duì)第一導(dǎo)電層涂布圖案化的第二導(dǎo)電層并蝕去露出的第一導(dǎo)電層部分,來形成導(dǎo)電線和幾乎平面的天線。但從環(huán)保出發(fā),蝕刻既浪費(fèi),又困難。
授與Mundigl等人的美國(guó)專利5,809,633教授了先在自動(dòng)繞線機(jī)上繞線多匝,再裝在載體上來制造無(wú)觸點(diǎn)智能卡的線圈天線。但智能卡天線使用的導(dǎo)線必須相對(duì)細(xì),以避免最終層迭卡的不可接受的凸起。因而似乎難以批量制造在美國(guó)專利5,809,633中所述未支承的導(dǎo)線彎頭。
授與Miller等人的美國(guó)專利5,898,215描述了埋置在塑料層壓板里的智能卡天線。天線通過繞制絕緣銅線形成,加工時(shí)要求除去觸點(diǎn)區(qū)的絕緣。雖未詳述特定工藝,但都提到了天線的其它制造方法,如電鍍,蝕刻、導(dǎo)電油墨印刷和箔層壓。
在基本平坦表面上形成天線結(jié)構(gòu)的其它內(nèi)容,涉及在該表面用導(dǎo)電油墨或膏印刷天線設(shè)計(jì),如在授與Sugimura的歐洲專利出版物EPO942441A2、授與Azdasht等人PCT出版物WO9816901A1和授與Hirata等人的美國(guó)專利5,900,841中,都教授過該方法。與幾近純凈的金屬相比,這些技術(shù)的缺點(diǎn)在于導(dǎo)電油墨成本相對(duì)高,這些材料的電阻率很高,而且對(duì)這些導(dǎo)電油墨難以制作要求的電氣觸點(diǎn)。
授與Sadler等人的美國(guó)專利5,995,052和授與Krenz等人的美國(guó)專利5,508,709,示出的移動(dòng)電話天線包括形成在基本平坦的介質(zhì)表面上的導(dǎo)電結(jié)構(gòu),但這些內(nèi)容均未詳述把圖案化導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成并粘附于介質(zhì)表面上的方法。
在基本平坦表面上形成天線結(jié)構(gòu)的其它技術(shù),應(yīng)用了已廣泛用于制造印刷電路的技術(shù),這些制造技術(shù)在授與Hayes等人的美國(guó)專利5,709,832、授與Couture的美國(guó)專利5,495,260和授與Downey的美國(guó)專利5,206,657的“印刷電路”天線結(jié)構(gòu)中都有教授。Hayes教授了印刷單極天線的生產(chǎn),Couture教授了用電路板技術(shù)生產(chǎn)的偶極天線,Downey教授了通過選擇性蝕刻雙面金屬包覆電路板來生產(chǎn)同軸雙環(huán)天線。這些技術(shù)均涉及在基本平坦表面上通過涉及圖案化蝕刻的工藝來建立導(dǎo)電天線結(jié)構(gòu)。以選擇性蝕刻法生產(chǎn)天線的技術(shù),缺點(diǎn)是材料浪費(fèi)大、污染控制難和設(shè)計(jì)靈活性有限。
通常應(yīng)用于無(wú)線通信裝置的另一種天線形式,就是所謂的“鞭狀”天線。這類天線一般包含端直或螺旋的線圈導(dǎo)線結(jié)構(gòu)或它們的組合,通??稍谏炜s位置之間移動(dòng)。授與Moler等人的美國(guó)專利5,995,050教授了一例典型的此種天線設(shè)計(jì),包括生產(chǎn)所謂的可伸展“鞭狀”天線,組合繞制導(dǎo)線的螺旋與端直部分。授與Aoki的美國(guó)專利6,081,236教授了把作為輻射元件的同軸電纜與螺線天線一起使用的內(nèi)容。授與Simmons等人的美國(guó)專利6,052,090描述了供多波段使用的螺旋與端直輻射元件的組合法。當(dāng)然,這些內(nèi)容所提出的導(dǎo)線形成技術(shù)在設(shè)計(jì)靈活性方面都有局限性。在許多場(chǎng)合中,出于尺寸與結(jié)構(gòu)完整性及美學(xué)上的考慮,必須用絕緣材料密封天線,尤其是螺旋線圈。這種密封通常將熱塑密封劑插入注射模,為保證注射模固有的高的注射壓力與速度不造成不希望的線圈移動(dòng)與尺度變化,須十分小心。Bumsted在美國(guó)專利5,648,788中克服了這一問題,但他所提出的專用工具進(jìn)一步減小了設(shè)計(jì)靈活性,還提高了成本。
其它一些問題也與“鞭狀”天線有關(guān)。它們易受損傷,尤其在伸展時(shí),而且可能傷及人身。必須能收縮的事實(shí)增大了機(jī)械磨損,限制了縮小裝置的尺寸。授與Sullivan的美國(guó)專利6,075,489克服了后一問題,其方法是組合了裝在可滑動(dòng)元件上能套筒式伸展的螺線的伸縮“鞭狀”天線。該設(shè)計(jì)允許天線更長(zhǎng),不過增大了復(fù)雜性和成本,伸展時(shí)可能受損。
由于尺寸仍成問題,越益令人關(guān)注的是保形天線。保形天線一般追隨其支承表面的形狀,通常呈低型面。有多類不同的保形天線,包括微帶、條線(stripline)與三維設(shè)計(jì)。
低型面諧振微帶天線輻射器一般包括一個(gè)導(dǎo)電輻射器表面,該表面位于更寬大的導(dǎo)電接地平面的上面,導(dǎo)電表面基本上相互相對(duì)并隔開?;境势矫娴膶?dǎo)電表面可用眾所周知的技術(shù)生產(chǎn),如導(dǎo)電涂布、板金屬成形或雙面包覆介質(zhì)板光刻等。
高效微帶天線設(shè)計(jì)與構(gòu)成時(shí)要考慮的一個(gè)因素是分離介電材料的特征。授與Marshall等人的美國(guó)專利5,355,142和授與Lalezari的美國(guó)的專利5,444,453都將空氣用作介質(zhì),該法會(huì)增大制造復(fù)雜性,而為了確保輻射器與接地平面之間有正確的間距,必須采取措施。
授與Bateman等人的美國(guó)專利6,157,344描述了對(duì)覆銅介質(zhì)基板運(yùn)用眾所周知的光掩蔽與蝕刻技術(shù)來制造扁平天線結(jié)構(gòu)。
授與Munson等人的美國(guó)專利6,049,314、授與Johnson等人的美國(guó)專利4,835,541和授與Tran的美國(guó)專利6,184,833,都描述了把起初呈平面的銅片切割形成U形而制造微帶天線的方法。平面金屬片的切割與成形限制了設(shè)計(jì)選擇。此外,它需在U形兩壁之間設(shè)一介質(zhì)支承結(jié)構(gòu),若無(wú)此種支承,片金屬則不易保持所需的平面間隔。
須指出,大多數(shù)天線生產(chǎn)技術(shù)都涉及導(dǎo)電材料圖案與支承性或保護(hù)性介質(zhì)基板的安置與組合。天線生產(chǎn)往往涉及到生產(chǎn)由介質(zhì)材料保持就位的嚴(yán)格限定的導(dǎo)電材料圖案、條或跡線。
隨著技術(shù)的進(jìn)化,消費(fèi)者要求在特定裝置里引入更多的特征,這就容易增大裝置的尺寸。同時(shí),為了更加便利,又要求這類便攜裝置做得更小更輕。這些矛盾的要求延伸到天線,為了盡量提高性能和縮小尺寸,就試圖將天線設(shè)計(jì)朝三維結(jié)構(gòu)發(fā)展。
如授與Lehtola等人的美國(guó)專利5,914,690,描述了一種相對(duì)簡(jiǎn)單的三維結(jié)構(gòu)的內(nèi)保形天線,適用于天線便攜通信裝置。該天線包括一個(gè)多件組件,輻射板位于蓋結(jié)構(gòu)與支架之間,而支架位于導(dǎo)電地平面上方并與其相連接。該輻射板由柔性薄金屬板構(gòu)成。輻射板相對(duì)于地平面的精確定位所需的多件零件,增大了Lehtola等人結(jié)構(gòu)的制造成本。
可惜的是,難以或無(wú)法用常規(guī)機(jī)械繞線、片成形或光刻技術(shù)生產(chǎn)天線制造所需的更復(fù)雜的三維金屬基圖案。光刻要用限定電路的合適掩膜。授與Bellus等人的美國(guó)專利5,845,391示明了在介質(zhì)基板上用現(xiàn)有技術(shù)的光刻法形成三維金屬圖案相關(guān)的復(fù)雜性。Bellus等人描述了制造形成在注射模熱塑網(wǎng)格上的三維錐形槽口天線陣列。生產(chǎn)光刻金屬圖案涉及多次操作、特殊掩蔽與其它難題。此外,制出的金屬圖案仍限于基本上由扁平介質(zhì)面板構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)。
Mettler等人的美國(guó)專利4,985,116,描述了把涂有真空可成形油墨的塑料片熱成形為具有三維結(jié)構(gòu)表面輪廓的掩膜,在期望的圖案設(shè)計(jì)中用計(jì)算機(jī)控制的激光除去油墨,然后使該掩膜十分接近涂有光刻膠的工件。應(yīng)用已知的照相和淀積處理等方法,生產(chǎn)有圖案的三維結(jié)構(gòu)的部件。Mettler等人的專利還利用蘑菇狀物為例,討論了在三維基板上使用光掩膜的局限性。光掩膜不易與蘑菇狀物的梗相符,但使掩膜仍可在蘑菇狀物帽上方裝卸。因此,用常規(guī)光刻技術(shù)生產(chǎn)三維在線結(jié)構(gòu),對(duì)設(shè)計(jì)靈活性有很大的限制。
有些專利設(shè)想的天線結(jié)構(gòu),包含淀積入形成在介質(zhì)支承里的溝道的金屬基材料。例如,Crothall在美國(guó)專利5,911,454中提出一種形成一條導(dǎo)電材料的方法,把導(dǎo)電材料淀積入溝道內(nèi),該溝道由兩個(gè)從絕緣材料表面向上延伸的抬高部分形成。淀積的導(dǎo)電材料覆蓋了抬高材料部分,再將其除去而形成清晰地限定的導(dǎo)電條。Crothall提出的工藝因要求除去材料,顯然限制了其設(shè)計(jì)靈活性。Ploussios的美國(guó)專利4,862,184描述了將金屬淀積入螺旋溝道支承的方法,該選擇性淀積工藝僅描述到電鍍技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的程度。授與Schmidt的美國(guó)專利4,996,391和授與Herrman的美國(guó)專利4,985,600,都提出了其上有電路的注射模制基板。兩專利中,最后電路圖案都以溝道或凹陷形式模制在基本平面的主表面下面,這樣由輥涂法施加的電鍍光刻膠漆只涂布基本平面的主表面的那些表面區(qū),后繼的化學(xué)金屬淀積僅在保持不被電鍍光刻膠涂布的溝道內(nèi)出現(xiàn)。該技術(shù)避免了光刻法的復(fù)雜性,但設(shè)計(jì)仍受到應(yīng)用電鍍光刻膠的限制。隨著主表面輪廓變得更加復(fù)雜,應(yīng)用電鍍光刻膠也越來越困難。此外,化學(xué)金屬淀積在組合厚度內(nèi)相對(duì)緩慢,使用的電路相對(duì)昂貴。
隨著無(wú)線通信裝置的不斷進(jìn)化,對(duì)所需天線的設(shè)計(jì)、尺寸與可制造性的要求正變得更富挑戰(zhàn)性。顯然,為了生產(chǎn)未來的天線,就要求改進(jìn)材料、工藝和制造技術(shù)。
授與Yu等人的美國(guó)專利6,052,889,描述了一種制備有多個(gè)輻射元件的射頻天線的方法。該三維組件包括多個(gè)步驟,包括在元件上作無(wú)電金屬淀積,金屬厚度至少為0.0015英寸。無(wú)電金屬淀積涉及相對(duì)慢的淀積速率,因而要淀積到這樣的厚度,就要延長(zhǎng)加工時(shí)間。Yu等人的方法還涉及到選擇性除去金屬的光刻法,使該方法更趨復(fù)雜。
Elliott在美國(guó)專利6,147,660中解決了螺旋繞線處理所固有的設(shè)計(jì)局限性,并描述了模制螺旋天線的用法。用于生產(chǎn)模制天線的技術(shù)包括鋅模鑄造、金屬注射模制或可用常規(guī)技術(shù)電鍍的如ABS等材料的模制。Elliot提出的非圓形或不對(duì)稱螺旋天線,難以用常規(guī)繞線法制造。而且提出的制造方法有難度且花費(fèi)大。
生產(chǎn)改進(jìn)天線的若干新方法涉及一種通常稱為“塑料上電鍍”的技術(shù),該技術(shù)準(zhǔn)備用于把金屬或金屬基材料淀積附涂到塑料基板表面上?!八芰仙想婂儭痹O(shè)想運(yùn)用“無(wú)電”電鍍法淀積初始金屬涂層,再用電淀積法選擇淀積金屬。無(wú)電電鍍涉及以化學(xué)法對(duì)塑料等不導(dǎo)電表面涂布連續(xù)的金屬膜。與常規(guī)的電鍍法不同,無(wú)電電鍍法不用電而淀積金屬。涉及蝕刻劑與催化劑的一系列化學(xué)步驟,把不導(dǎo)電塑料基板制備得接受用金屬?gòu)娜芤褐谢瘜W(xué)還原而淀積的金屬層。該工藝通常涉及淀積一簿層高度導(dǎo)電的銅,再作鎳外涂以防銅內(nèi)層氧化和腐蝕。鎳外涂層的厚度可按最終制造的磨損與腐蝕要求調(diào)節(jié)。因無(wú)電電鍍?yōu)榻]工藝,故無(wú)論尺寸與復(fù)雜性如何,可對(duì)幾乎任一種結(jié)構(gòu)施加均勻的涂層,而不依重操作員的技能。無(wú)電電鍍還可提供高度導(dǎo)電、基本上純凈的金屬表面。需要的話,無(wú)電電鍍的部件以后還可作電鍍。
然而,“塑料上電鍍”工藝包括許多涉及昂貴而苛刻的化學(xué)品的步驟,使成本劇增,還遇到環(huán)保難題。該工藝對(duì)制造塑料基板的加工變量極其敏感,局限于應(yīng)用于精心模制的部件與設(shè)計(jì)。用電子元件薄壁常需的快速的注射速率很難正確模制常規(guī)可電鍍塑料??熳⑸渌俾蕰?huì)劣化可蝕刻物質(zhì)的表面分布,造成表面粗糙,使以后化學(xué)淀積的金屬的鍵合變劣。最后,金屬能化學(xué)淀積的速率相對(duì)慢,一般每小時(shí)為1微米。在公開的和商業(yè)的文獻(xiàn)中,已廣泛討論過在塑料上作金屬電鍍的常規(guī)技術(shù)(蝕刻、化學(xué)還原、選擇性電鍍),例如可參見Saubestre的論文,Transaction of the Institute of Metal Finishing,1969,Vol.47,或Arcilesi等人的論文,Products Finishing,March 1984。
不管這些困難,用“塑料上電鍍”技術(shù)生產(chǎn)天線工作了多次嘗試。大多數(shù)天線應(yīng)用涉及相對(duì)于絕緣材料有選擇地安置金屬導(dǎo)體。利用“塑料上電鍍”技術(shù)的選擇性金屬化可用多種方式實(shí)現(xiàn)。第一種方法是用金屬涂布整塊絕緣基板,再用在印刷電路生產(chǎn)中使用過多年的光刻技術(shù)有選擇地除去金屬。但如前所述,這些技術(shù)在設(shè)計(jì)靈活性方面倍受限制。第二種方法是在化學(xué)淀積金屬之前先加一層電鍍防護(hù)涂層,該防護(hù)涂層可防止金屬淀積到涂布的表面上。該方法已引入上面參照的Scnmidt的美國(guó)專利4,996,391和Heerman的美國(guó)專利4,985,600。該法因要求防護(hù)涂層而受到設(shè)計(jì)限制。另一更新的方法是將電鍍催化劑引入樹脂,并在兩步模制操作中將“催化”樹脂與“不催化”樹脂組合起來。只是由“催化”樹脂形成的表面將激發(fā)還原金屬的化學(xué)反應(yīng),因而在理論上說,只有這些表面將被金屬化。這一方法例如在授與Sullivan的美國(guó)專利6,137,452中有描述。
應(yīng)用催化樹脂防護(hù)漆的選擇性金屬化學(xué)法可能很困難,尤其對(duì)復(fù)雜的零件,因?yàn)闊o(wú)電電鍍?nèi)菀淄坎既魏温冻龅谋砻?,除非精心控制整個(gè)加工。由于電鍍槽不穩(wěn)定,經(jīng)常會(huì)發(fā)生線條不清晰、“漏鍍”與整個(gè)零件包覆的情況。盡管通過材料與工藝發(fā)展而努力開發(fā)一致和可靠的性能,但是這些問題依然存在。
對(duì)簡(jiǎn)化在塑料基板上電鍍的工藝作過多種嘗試。有些嘗試涉及無(wú)電金屬淀積以外的特殊化學(xué)技術(shù),以在表面制作導(dǎo)電模后再電鍍,典型實(shí)例可見授與Minklei的美國(guó)專利No.3,523,875、授與Brown等人的美國(guó)專利No.3,682,786和授與Lupinski的美國(guó)專利No.3,619,382.。制出的導(dǎo)電表面膜再作電鍍。這些嘗試受挫于多個(gè)性能問題。
簡(jiǎn)化塑料基板電鍍的另一方法是對(duì)樹脂引入導(dǎo)電填料,制出的導(dǎo)電塑料再作電鍍。討論加載多電填料使其導(dǎo)電的聚合物時(shí),重要的是區(qū)分“微觀電阻率”與“體積”或“宏觀電阻率”,前者指以相對(duì)小的線性尺度如1微米或更小所研究的聚合物/填料混合物的特性,后者指結(jié)較大線性尺寸確定的特性。為了示明“微觀”與“體積、宏觀”電阻率的差別,可以研究一種裝載導(dǎo)電纖維的聚合物,纖維裝載量為10%(重量)。在相對(duì)大距離內(nèi)測(cè)量時(shí),這種材料呈現(xiàn)出低的“體積、宏觀”電阻率。但因纖維分離(孔),這種合成物不能呈現(xiàn)出一致的“微觀”電阻率。
在研究制作待電鍍的導(dǎo)電聚合物時(shí),為實(shí)現(xiàn)均勻的“無(wú)孔”淀積覆蓋率,應(yīng)該研究“微觀電阻率”。這樣,選用的填料將包括相對(duì)小,但裝載量足以提供所需導(dǎo)電接觸的填料。這類填料包括金屬粉與片、涂金屬云母或球、導(dǎo)電碳黑等。
單獨(dú)運(yùn)用相對(duì)小的含填料金屬來制作可接受的能直接電鍍的樹脂,要遇到若干障礙。首先,含填料的純金屬相對(duì)昂貴。為實(shí)現(xiàn)可接受的導(dǎo)電率,使顆粒間貼近所需的裝載量將使聚合物/填料混合成本劇增。含填料金屬還伴隨著其它問題,它們?nèi)菀琢踊S多樹脂的機(jī)械特性與加工特性,限制了樹脂選用的隨意性;金屬填料會(huì)使加工機(jī)械磨損,要求特殊的螺釘、液筒等。最后,無(wú)論導(dǎo)電與否,簡(jiǎn)單的金屬填充聚合物仍提供不出電淀積粘附的機(jī)理,因?yàn)榻饘倭W右话阌脴渲硠┌庵?。由于上述原因,含塑料的純金屬粒子不被認(rèn)為可用來生產(chǎn)能直接電鍍的物件,但發(fā)現(xiàn)它們可用于生產(chǎn)容量要求最小的導(dǎo)電粘結(jié)劑、膏與涂料。
適用塑料的最廉價(jià)(和至少導(dǎo)電)的市售導(dǎo)電填料是碳黑。根據(jù)可后續(xù)電鍍的碳黑填充量,作過制作導(dǎo)電聚合物的嘗試。Adelman在美國(guó)專利4,038,042中描述了這種方法的一個(gè)例子。Adelman將導(dǎo)電碳黑引入某種聚合物基體而實(shí)現(xiàn)電鍍所需的導(dǎo)電率。基板在鉻酸/硫酸中預(yù)蝕刻,實(shí)現(xiàn)后續(xù)電淀積金屬的粘附性。待Adelman解決的一個(gè)基本問題是碳黑加載的聚合物相對(duì)高的電阻率。碳黑加載聚合物一般能實(shí)現(xiàn)的最低微觀電阻率約為1歐姆-厘米,比銅或鎳等典型電淀積金屬高五六個(gè)數(shù)量級(jí)。在電淀積中,準(zhǔn)備電鍍的工件通常通過與金屬支架尖端的壓力接觸而做為陰極,支架尖端本身處于陰極電位。但若接觸電阻過大或工件不充分導(dǎo)電,則電淀積電流有利于支架尖端達(dá)到電淀積將不橋接工件的狀況。而且,即使專用支架成功地對(duì)工件實(shí)現(xiàn)電淀積橋接,也會(huì)遇到另一個(gè)問題。由于碳黑加載的工件的電阻率比金屬相對(duì)高,大部分電鍍電流必然通過前一次電淀積金屬流回,因而電淀積在工件表面橫向增大。鑒于橋接問題,電淀積電流有利于電淀積的金屬,橫向增長(zhǎng)很慢,限制了工件的尺寸。
Luch在美國(guó)專利3,865,699中描述了將少量硫引入填充了導(dǎo)電碳黑的聚合物基化合物里。據(jù)稱硫有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先,它參與了在聚合物基板與原來第VIII族基金屬電淀積之間形成的化學(xué)鍵合。其次,硫提高了第VIII族基金屬電淀積在基板表面上的橫向增長(zhǎng)。
由于Luch描述的聚合基成分能直接電鍍而無(wú)需預(yù)處理,因此可精確地定義為可直接電鍍的樹脂(DER)。本說明書和權(quán)項(xiàng)把可直接電鍍樹脂(DER)用下列特征予以定義和表征(a)有聚合物基體;(b)聚合物基體中有導(dǎo)電填料,其量足以使聚合物/導(dǎo)電填料混合物的“微觀”體積電阻率小于1000Ω-cm,例如100Ω-cm、10Ω-cm、1Ω-cm;(c)有硫(包括硫施主提供的任一種硫),其量大于聚合物基體重量的0.1%;和(d)在可直接電鍍成分中有聚合物、導(dǎo)電填料和硫,其協(xié)同量可實(shí)現(xiàn)用電淀積的第VIII族金屬或第VIII族金屬基合金直接、均勻、快速和粘附性地覆蓋所述成分。
Luch認(rèn)為諸如聚乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、彈性體、聚酰胺與聚酯等聚合物都適合DER基體,一般按所需的物理特性要求選用。
單獨(dú)使用時(shí),根據(jù)聚合物與碳黑的組合重量,對(duì)聚合物/碳黑混合物實(shí)現(xiàn)小于1000Ω-cm“微觀”電阻率所需的最小可用量碳黑為8%(重量)。只用導(dǎo)電碳黑,則“微觀”材料電阻率一般不會(huì)低于1Ω-cm,這比典型的金屬電阻率大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在要求較低“微觀”電阻率的DER場(chǎng)合,可考慮使用其它眾所周知的細(xì)分的高導(dǎo)電填料(如金屬片),此時(shí)可使用更加導(dǎo)電的填料來增添或甚至代替導(dǎo)電碳黑。
增添含纖維金屬等附加高導(dǎo)電高縱橫比填料的碳黑,可進(jìn)一步減小填充導(dǎo)電碳黑的聚合物的“體積、宏觀”電阻率,這在設(shè)計(jì)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)和電路時(shí)很重要。另應(yīng)明白,引入不導(dǎo)電填料會(huì)增大填充導(dǎo)電碳黑聚合物的“體積、宏觀”電阻率,但不明顯改變聚合物/碳黑混合物的“微觀”電阻率。
鑒于與原定的最終用途相關(guān)的多種性能問題,沒有一種簡(jiǎn)化上述在塑料基板上電鍍的工藝的嘗試曾獲得看得見的商業(yè)成功。不過,本發(fā)明人卻通過自身努力要堅(jiān)持克服與原始DER技術(shù)相關(guān)的一些性能上的不足,并且發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用DER生產(chǎn)復(fù)雜而高度導(dǎo)電的表面跡線、電路與天線的獨(dú)特而卓越的合適應(yīng)用場(chǎng)合。
認(rèn)識(shí)促成本發(fā)明的可直接電鍍樹脂(DER)的兩個(gè)主要方面特征是重要的。首先,電淀積覆蓋速度與粘附性強(qiáng)烈依賴于“微觀電阻率”,卻很少依賴于“宏觀電阻率”,因而配制DER時(shí)允許大量附加的功能上不導(dǎo)電填料的裝載量,且不過分犧牲電淀積覆蓋速度或粘附性。這些附加的不導(dǎo)電裝載量并不明顯影響與聚合物-導(dǎo)電填料-硫“基體”相關(guān)的“微觀電阻率”,因?yàn)椴粚?dǎo)電填料基本上被“基體”材料包封。常規(guī)的“無(wú)電”電鍍技術(shù)卻不允許這種成分上的靈活性。
DER技術(shù)的第二個(gè)重要特征是能應(yīng)用通常因承認(rèn)了預(yù)計(jì)的制造加工和預(yù)定的最終使用要求而選擇的聚合物樹脂。例如,若希望作擠壓吹模制造,就能采用具有所需高熔解強(qiáng)度的樹脂;若零件作注射模制且有薄的壁截面,可選用高流速樹脂。為確保成功,所有熱塑制造工藝都要求特定的樹脂加工特征。能使“定制”的DER滿足這些在變化的加工與最終使用要求,而又能便于優(yōu)質(zhì)的電鍍,是本發(fā)明的導(dǎo)電圖案與天線取得成功的重要因素。常規(guī)的“無(wú)電”電鍍技術(shù)卻不允許對(duì)“定制”有大的靈活性。
為消除本說明書與權(quán)項(xiàng)在術(shù)語(yǔ)上混淆,提供了下列的定義。
“金屬基”指具有含一種或多種元素的金屬特性的材料,其中至少一種為金屬元素。
“金屬基合金”指具有金屬特性且包括兩種或多種元素(至少一種為金屬元素)的物質(zhì)。
“聚合物基”指包含體積達(dá)50%或以上聚合物的物質(zhì)。
“第VIII族基”指包含元素周期表中第VIII族重量達(dá)50~100%金屬的金屬(含合金)。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個(gè)目的是生產(chǎn)新結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電表面圖案與跡線、復(fù)雜電路和天線。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出便于制造高導(dǎo)電表面圖案與跡線、復(fù)雜電路和天線的新方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是對(duì)生產(chǎn)高導(dǎo)電表面圖案與跡線、復(fù)雜電路和天線擴(kuò)展可允許的設(shè)計(jì)選擇方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及生產(chǎn)含可直接電鍍樹脂的有圖案表面??芍苯与婂儤渲茏晕抑С校ǔ=Y(jié)合使用電氣絕緣的支承材料。在諸較佳實(shí)施例中,還對(duì)可直接電鍍樹脂涂布一層高導(dǎo)電電淀積的粘附層。描述了可使用可直接電鍍樹脂的新穎制造方法和結(jié)構(gòu)。
附圖簡(jiǎn)介
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的俯視平面圖。
圖2是圖1實(shí)施例基本上取自圖1線2-2透視圖的剖視圖。
圖3是另一實(shí)施例類似于圖2的剖視圖。
圖4是圖2實(shí)施例經(jīng)另一加工步驟后的剖視圖。
圖5是類似于圖4的剖視圖,示出與包含在圖4實(shí)施例中的附加處理相關(guān)的問題。
圖6是示出解決圖5實(shí)施例所示問題的另一結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖7是示出解決圖5實(shí)施例所示問題的又一結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖8是按本發(fā)明內(nèi)容制造三維導(dǎo)電跡線時(shí)一中間制品的俯視平面圖。
圖9是基本上取自圖8中線9-9透視圖的剖視圖。
圖10是圖8和9的制品經(jīng)附加處理步驟后的剖視圖。
圖11是在將金屬插入物接至導(dǎo)電表面跡線的過程中中間制品的俯視平面圖。
圖12是圖11的制品基本上取自圖11中線12-12透視圖的剖視圖。
圖13是表示圖11和12的實(shí)施例中制品在一附加處理步驟后的剖視圖。
圖14是示出為將金屬插入物附接于導(dǎo)電表面跡線的另一處理的制品定位的剖視圖。
圖15是圖14實(shí)施例在附加處理步驟后的剖視圖。
圖16是在按本發(fā)明內(nèi)容制造低面環(huán)狀天線時(shí)中間制品的俯視平面圖。
圖17是基本上取自圖16中線17-17透視圖的剖視圖。
圖18是圖16和17的中間制品在附加處理步驟后的剖視圖。
圖19是在按本發(fā)明內(nèi)容大量生產(chǎn)基本平面的環(huán)狀天線時(shí)結(jié)構(gòu)布局的俯視平面圖。
圖20是基本上取自圖19中線20-20透視圖的剖視圖。
圖21是基本上取自圖19中線21-21透視圖的剖視圖。
圖22是類似于圖19的俯視平面圖,指示為生產(chǎn)多個(gè)獨(dú)立環(huán)狀天線而細(xì)分結(jié)構(gòu)布局的刻花線(cut line)圖案。
圖23是沿圖22所示直線細(xì)分所生產(chǎn)的各個(gè)天線的俯視平面圖。
圖24是在按本發(fā)明內(nèi)容生產(chǎn)多個(gè)環(huán)狀低型面天線時(shí)中間制品的俯視平面圖。
圖25是通過附加處理圖24的制品而生產(chǎn)的分立多環(huán)低型面天線的俯視平面圖。
圖26是圖25實(shí)施的制品基本上取自圖25中線26-26透視圖的剖視圖。
圖27是在制造本發(fā)明的一實(shí)施例時(shí)中間結(jié)構(gòu)布局的俯視平面圖。
圖28是基本上取自圖27中線28-28透視圖的剖視圖。
圖29是圖27和28實(shí)施的布局在附加處理步驟后的俯視平面圖。
圖30是基本上取自圖29中線30-30透視圖的剖視圖。
圖31是基本上取自圖29中線31-31透視圖的剖視圖。
圖32是示出圖29~31實(shí)施例附加處理的側(cè)視圖。
圖33是實(shí)施圖32所示處理所得結(jié)構(gòu)的俯視平面圖。
圖34是圖33的實(shí)施例在附加處理步驟后的俯視平面圖。
圖35是圖34所示制品基本上取自圖34中線35-35透視圖的剖視圖。
圖36是在制造本發(fā)明另一實(shí)施例時(shí)中間制品的俯視平面圖。
圖37是基本上取自圖36中線37-37透視圖的剖視圖。
圖38是圖36和37實(shí)施的制品在附加處理后的剖視圖。
圖39是基本上取自圖38中線39-39透視圖的剖視圖。
圖40是在生產(chǎn)本發(fā)明再一實(shí)施例時(shí)中間制品的垂直平面圖。
圖41是基本上取自圖40中線41-41透視圖的剖視圖。
圖42是圖40和41實(shí)施的中間制品在附加處理步驟后的俯視平面圖。
圖43是基本上取自圖42中線43-43透視圖的剖視圖。
圖44是類似于圖43的圖42和43實(shí)施的制品在附加處理后的剖視圖。
圖45是在生產(chǎn)本發(fā)明又一實(shí)施例時(shí)中間制品的垂直平面圖。
圖46是基本上取自圖45中線46-46透視圖的剖視圖。
圖47是圖45和46實(shí)施的中間制品在附加處理步驟后的俯視平面圖。
圖48是基本上取自圖47中線48-48透視圖的剖視圖。
圖49是類似于圖48的圖47和48實(shí)施的制品在附加處理步驟后的剖視圖。
圖50是基本上取自圖49中線50-50透視圖的剖視圖。
圖51是在制造本發(fā)明再一實(shí)施例時(shí)中間制品的垂直平面圖。
圖52是基本上取自圖51中線52-52透視圖的剖視圖。
圖53是基本上取自圖52中線53-53透視圖的剖視圖。
圖54是圖51~53實(shí)施的中間制品在附加處理步驟后的剖視圖。
圖55是圖54實(shí)施的制品在附加處理步驟后的俯視平面圖。
圖56是基本上取自圖55中線56-56透視圖的剖視圖。
圖57是制造本發(fā)明又一實(shí)施例時(shí)中間制品的俯視平面圖。
圖58是圖57俯視平面圖實(shí)施的制造中中間制品的底視平面圖。
圖59是基本上取自圖57中線59-59透視圖的剖視圖。
圖60是類似于圖59的剖視圖,示出圖57~59實(shí)施的在附加處理步驟后的制品。
圖61是生產(chǎn)本發(fā)明又一實(shí)施例時(shí)中間制品的剖視圖。
圖62是基本上取自圖61中線62-62透視圖的剖面圖。
圖63是類似于圖61透視圖的圖61和62實(shí)施的制品在附加處理步驟后的剖視圖。
圖64是制造本發(fā)明又一實(shí)施例時(shí)中間制品的俯視平面圖。
圖65是圖64中俯視平面圖實(shí)施的制品的底視平面圖。
圖66是基本上取自圖64中線66-66透視圖的剖視圖。
圖67是圖64~66實(shí)施的制品在附加處理步驟后的俯視平面圖。
圖68是基本上取自圖67中線68-68透視圖的剖視圖。
較佳實(shí)施例的描述下面結(jié)合附圖描述的諸較佳實(shí)施例,將披露可直接電鍍材料在生產(chǎn)天線和復(fù)雜的三維導(dǎo)電表面跡線時(shí)最適合的特性。下面用縮寫DER代表可直接電鍍樹脂。DER配方的若干獨(dú)特特性形成了這些進(jìn)步。具體而言。業(yè)已證實(shí),高流速配方可以模制當(dāng)前電子應(yīng)用中所需的薄壁部件與細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電跡線。玻璃纖維等附加填料的高裝載量,可解決尺度穩(wěn)定性與收縮問題,對(duì)可電鍍性無(wú)不利影響,因?yàn)镈ER的可電鍍性問題受制于“微觀電阻率”而不是“宏觀電阻率”。專門配制DER的能力允許運(yùn)用雙重壓注模壓、吹塑模壓、擠壓與涂布等處理技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的選擇性電鍍的結(jié)構(gòu),容易達(dá)到細(xì)條邊緣分辨度,可在金屬引線與電鍍DER之間采用獨(dú)特的電氣聯(lián)接技術(shù)。通過以下說明和附圖將更清楚DER在生產(chǎn)天線和復(fù)雜導(dǎo)電表面跡線方面的種種屬性。
現(xiàn)詳細(xì)參照本發(fā)明諸較佳實(shí)施例,其實(shí)例示于附圖中。圖中,同樣的標(biāo)號(hào)指各圖中相同或?qū)?yīng)的部件,而附加字母表征特定的實(shí)施例。
參照?qǐng)D1,圖示為標(biāo)為10的制品的俯視平面圖。制品10的特征是具有被基板13支承的可直接電鍍樹脂(DER)12的條11,基板13含電絕緣樹脂14。圖2是基本上沿圖1中線2-2截取的圖1結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖2所示,DER材料12包含在基板13中形成的溝道15里。圖3類似于另一實(shí)施例的圖2,其中在基板13a基本平坦的表面頂部,把DER材料12a形成為條11a。發(fā)現(xiàn)圖2的結(jié)構(gòu)通常希望在選擇DER粘合劑與絕緣支承的材料方面允許更大的范圍,如可將結(jié)構(gòu)特征引入圖2中溝道15的鄰接表面20,以幫助機(jī)械保持DER條11。圖3中18處的簡(jiǎn)單鄰接平坦表面可以做得比圖2的溝道結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,不過圖3的配置一般要求DER12a與支承基板13a的絕緣材料14a之間有良好的粘合相容性。
現(xiàn)參照?qǐng)D4,圖示為在將金屬基材料16電淀積到DER條11上的附加處理步驟后的圖2結(jié)構(gòu)。金屬基電淀積16在圖4中被示為單層,但要理解,為實(shí)現(xiàn)功能上或?qū)徝郎系暮锰?,本例和后面諸實(shí)施例中的電淀積16可包括多層電淀積的層壓板。電淀積16也可包含分散的顆粒。
再參照?qǐng)D4,發(fā)現(xiàn)即使減小了DER材料12與基板材料14之間的粘合相容性,電鍍液也不易滲入鄰接表面區(qū)20(這通常不成問題)。20處的諸鄰接表面一般相貼近,電鍍液不能作必要的空氣移動(dòng)而作這種滲透透。此外,DER12和基板13選用的聚合物通常為疏水性,一般阻止溶液滲透。若電鍍液滲入分界區(qū)20成問題,可對(duì)基板13選用熱膨脹系數(shù)比DER12更低的材料,這樣DER在電鍍槽高溫下就形成一擴(kuò)展的“塞子”,暫封分界隙。
繼續(xù)參照?qǐng)D4,在電淀積16邊緣22有一條清晰的分界線,它由導(dǎo)電DER12與絕緣基板材料14之間表面導(dǎo)電的電氣“數(shù)字”特征形成。運(yùn)用本領(lǐng)域已知的正確電鍍經(jīng)驗(yàn),期望清晰的邊緣或線條分辨度可達(dá)到25微米的電淀積厚度。但根據(jù)圖5,即類似于圖4的示圖,在電淀積更厚或偏離優(yōu)化處理時(shí),電淀積有模糊線條分辨度的作用。圖5示出電淀積16a的厚度在邊緣22a的明顯增大,該現(xiàn)象稱為“咖啡豆聚集(berry buildup)”,由眾所周知的電淀積傾向于在邊緣或銳角集中淀積造成。在許多場(chǎng)合中,這一特征導(dǎo)致形成進(jìn)一步加重該有害作用的球結(jié)節(jié)(或咖啡豆)。
參照?qǐng)D6和7,圖中示出如何利用本發(fā)明內(nèi)容避免電淀積邊緣的線條分辨率模糊。圖6示出了DER材料12b沒填滿形成在基片13b中溝道15a的結(jié)構(gòu),這里把電淀積的金屬基材料16b的邊緣22b定位在凹部。已知凹陷區(qū)可接收減量的電淀積材料,相對(duì)的作用是有抬高的銳線。因此在要求厚金屬層時(shí),對(duì)于本發(fā)明選擇性的導(dǎo)電表面圖案,合理選擇凹部的寬度和深度保持足夠的清晰線條分辨度。
圖7示出的另一設(shè)計(jì)實(shí)施例,打算在導(dǎo)電電淀積16c與絕緣基板13c之間形成清晰的線條界線。在圖7例中,DER材料12c沒填滿形成在基板13c中的溝道15b。利用基板13c溝壁23的屏障作用,防止在電淀積16c邊緣22c聚集球結(jié)節(jié)或“咖啡豆”,因而含有橫延的電淀積16c。
圖1~7示出生產(chǎn)由絕緣基板支承的簡(jiǎn)單導(dǎo)電跡線或條的實(shí)施例。圖8和9的實(shí)施例示出更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),這些圖示出了用DER生產(chǎn)幾何形狀更復(fù)雜的三維導(dǎo)電圖案的多組元制品。在圖8和9中,DER材料標(biāo)為12d,絕緣材料標(biāo)為14d。設(shè)想運(yùn)用多組元(一般指多色)模制工藝生產(chǎn)圖8和9的制品。在該工藝的一種形式中,先把絕緣基板模制成帶溝道,用于限定供最終導(dǎo)電圖案使用的圖案,再向溝道注入DER材料。圖8和9還示出模壓入該物體的凹坑24和通孔26。圖10示出作過電鍍處理的制品27,圖中標(biāo)號(hào)16d指電淀積。如電鍍技術(shù)中所理解的那樣,電淀積16d可理解成單層或多層金屬基材料。電淀積所提供的堅(jiān)固而高度導(dǎo)電的表面圖案,難以用光刻等現(xiàn)有的其它技術(shù)制造。還應(yīng)知道,本發(fā)明提出的獨(dú)特的設(shè)計(jì)與工藝以全添加方式實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于,為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例,不需要任何浪費(fèi)或高價(jià)的材料除去步驟。
在大多數(shù)應(yīng)用中,由DER/電淀積生產(chǎn)的導(dǎo)電圖案必須電氣連接至諸如芯片、電容器等器件的電氣引線,在大多數(shù)場(chǎng)合,這些連接以高溫焊接實(shí)現(xiàn),這會(huì)限制選擇用于生產(chǎn)集成裝置的材料和工藝。
圖11~13示出把裝置的電氣引線電氣連接在用DER/電淀積成分生產(chǎn)的導(dǎo)電圖案的另一種方法。圖11示出制品29把裝置31與DER圖案相組合的俯視平面圖。電氣裝置31定位于基板13e的孔35中,基板13e包括電絕緣材料14e,裝置31包括一般為金屬的電氣引線33。DER圖案12e包括焊片28和細(xì)長(zhǎng)條30,條30可形成例如一種天線圖案。電氣裝置31、引線26和DER圖案12e均由絕緣基板14e支承。圖12是基本上取自圖11中線12-12透視圖的剖視圖,在圖12可見,裝置引線33埋入DER材料12e,露出至少一部分引線33的表面32。引線33可用已知技術(shù)埋置,如一部分引線33周圍DER材料的加熱定線或橫制(插入物模制)。圖13是類似于圖12在電鍍金屬基材料16e的附加處理步驟后的剖視圖。在圖13可見,金屬基電淀積通過引線33原來暴露的表面一直延伸到DER(12e)圖案,電淀積16e在引線33與原來由DER材料限定而現(xiàn)在鍍金屬的高導(dǎo)電圖案31之間形成堅(jiān)固、連續(xù)和高導(dǎo)電的連接。
有若干因素可使該電氣連接貫穿電淀積。首先,為除去金屬表面的污物或氧化物,金屬與后續(xù)電淀積之間的合適粘合性一般要求某種清潔處理。對(duì)DER正確選用聚合基樹脂,可使這些材料不受所需金屬清潔處理的影響。其次,由于電鍍DER時(shí)不要求常規(guī)方法用于電鍍塑料的極為苛刻的化學(xué)蝕刻處理,可避免這類處理對(duì)金屬引線的潛在傷害。再次,如上所述,電鍍液對(duì)金屬引線與DER之間分界區(qū)的任何有害滲透,一直不成問題。實(shí)際上,電淀積在金屬引線與DER材料之間的良好橋接是個(gè)特征。但若這種溶液滲透成為問題時(shí),簡(jiǎn)單地把該結(jié)構(gòu)預(yù)浸入蒸餾水里,可使分界容積注滿無(wú)害的水而不注入任何更苛性的化學(xué)溶液。
從圖13的實(shí)施例可見,在淀積金屬基層16e時(shí),裝置24保持暴露于電鍍液。防止裝置受暴露傷害的原因在于,該裝置通常包封在保護(hù)樹脂潮障里,只露出金屬引線33,但有時(shí)想進(jìn)一步將該裝置與電鍍液隔開。圖14和15示出的工藝,在電淀積時(shí)可將裝置與電鍍液完全隔開。圖14中,將帶引線33a的裝置31a定位于絕緣支承基板13f的下面,DER圖案則定位于支承基板13f的上表面。
圖15是該實(shí)施例在如下若干附加處理步驟后的剖視圖。首先,將裝置31a相對(duì)絕緣體/DER結(jié)構(gòu)14f/12f移動(dòng),使引線33a終端34穿過DER層12f露出。接著對(duì)包封的裝置31a加一層附加絕緣材料37,該附加絕緣層可用溶液涂布或膜層壓等已知技術(shù)施加。最后淀積一層電淀積的金屬基材料16f,把引線33a的終端34電氣連接至通過電鍍DER 12f而同時(shí)形成的金屬基圖案。
顯然,按照與圖11~15相關(guān)的內(nèi)容,通過在DER材料中埋置再作電鍍的步驟而將金屬元件附接于導(dǎo)電跡線的方法,并不限于特定裝置的引線,利用這些技術(shù)還可電氣連接其它金屬插入物,諸如導(dǎo)線、接頭、彈性觸點(diǎn)等。
圖16~18示出按本發(fā)明內(nèi)容生產(chǎn)的低型面環(huán)狀天線的實(shí)施例。圖16是開始結(jié)構(gòu)38的俯視平面圖,結(jié)構(gòu)38的環(huán)由支承在絕緣材料14g上的DER材料12g的跡線構(gòu)成。裝置安裝墊片28a包含在DER材料12g形成的圖案中,位于墊片38a中的裝置安裝孔36用于精確地定位電子裝置(未示出)的引線。
圖17是基本上取自圖16中線17-17透視圖的剖視圖。圖17示出的DER12b環(huán)跡線以類似于圖12結(jié)構(gòu)的方式埋入絕緣基板材料14g。圖18示出在將金屬基材料16g電鍍到DER材料12g上的附加處理步驟后的截面結(jié)構(gòu)。電氣裝置(未示出)用結(jié)合圖11~15討論的技術(shù)附接于焊片28a,同時(shí)電氣連接至DER/電淀積環(huán)?,F(xiàn)在材料16g形成一高導(dǎo)電的低型面環(huán)狀天線/電感器,可發(fā)射信息和/或向附接于焊片28a的電氣裝置(未示出)供電。這種天線基本上扁平,便于大量生產(chǎn),物理上與電氣上耐用,極適于生產(chǎn)低型面制品,如無(wú)觸點(diǎn)“智能卡”或RFID標(biāo)記。
圖19~23示出一種廉價(jià)批量生產(chǎn)圖16~18所示形式的低型面歪狀天線的方法。圖19中,基本上為平面結(jié)構(gòu)的卷材(web)39,具有沿L方向的長(zhǎng)度和W的寬度。在圖19實(shí)施例中,長(zhǎng)度L遠(yuǎn)大于寬度W,可用輥-輥方式處理結(jié)構(gòu)39。
圖19的結(jié)構(gòu)39的特征如下。電絕緣片14h支承DER/電淀積合成材料12h/16h的圖案,該圖案有多個(gè)環(huán)40a~40c,類似于結(jié)合圖16~18描述的情況。環(huán)跡線40a、40b、40c……包括安裝墊片28b?!翱偩€”DER/電淀積跡線42置于DER環(huán)跡線40a、40b、40c……之間。
絕緣材料14h卷材支承的DER材料12h的初始構(gòu)成結(jié)構(gòu)可用已知技術(shù)制造,包括編程的熱塑DER擠壓或把溶解于溶劑的DER配方印刷形成油墨,然后使其上設(shè)置了DER圖案的卷材不斷通過合適的電鍍槽,直接電鍍DER環(huán)圖案。電鍍操作中,“總線”42提供電氣通路,將電淀積電流導(dǎo)向各環(huán)路。
圖20和21是基本上取自圖19中線20-20透視圖的剖視圖,它們分別示出的DER和電淀積12h與16h位于支承絕緣材料14h的頂表面44。與圖16~18的實(shí)施例所示DER12g在基板14g中的埋式安置相比,這樣定位更容易實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的連續(xù)卷材處理。但圖20標(biāo)為X的合成DER/電淀積跡線的總厚度相對(duì)小,約75微米,故可保持導(dǎo)電跡線的低型面。
圖22是圖19~21實(shí)施例的附加平面圖,示出細(xì)分整塊卷材的虛線A、B,可用開槽線穿孔等已知技術(shù)實(shí)施。細(xì)分導(dǎo)致圖23所示的各個(gè)導(dǎo)電環(huán)結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解,在卷材細(xì)分之前處于其原來“連續(xù)”形式時(shí),可以考慮附加的操作,如將電子裝置附接于各環(huán)的焊片28b。
圖16~23的諸實(shí)施例示出適合天線/電感器的高導(dǎo)電低型面跡線的單環(huán),有時(shí)可考慮多個(gè)導(dǎo)電跡線環(huán)。圖24~26示出生產(chǎn)這種多環(huán)跡線的方法。圖24是類似于圖19的俯視平面圖,表示絕緣材料14i支承的DER/電淀積跡線圖案12i/16i,包括其功能已結(jié)合圖19~23討論過的總線結(jié)構(gòu)42a和焊片28c。圖25是除去圖24的結(jié)構(gòu)部分而制成的制品的俯視平面圖。圖25的結(jié)構(gòu)通過沿圖24的虛線A與B指出的直線開槽或切割卷材而制得。此外,打出孔45,除去跡線連接部分,做成多環(huán)結(jié)構(gòu)。圖26是取自圖25中線26-26透視圖的剖視圖,進(jìn)一步示出開槽與穿孔后的結(jié)構(gòu)配置。
現(xiàn)參照?qǐng)D27~35,圖示為生產(chǎn)具有基本上為扁平低型面的螺旋線圈電感器/天線的結(jié)構(gòu)與工藝。圖27是結(jié)構(gòu)配置52的俯視平面圖,它包括臨時(shí)支承卷材46、絕緣材料14j的芯支承卷材47和稍微移離芯支承卷材47邊緣50的金屬導(dǎo)線48。圖27的配置52,長(zhǎng)為L(zhǎng),寬為W。設(shè)想配置52的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)大于寬度W,該配置可沿長(zhǎng)度L方向“連續(xù)地”以輥-輥方式處理。
圖28是基本上取自圖27中線28-28透視圖的剖視圖,表明芯支承47和導(dǎo)線48建立在臨時(shí)支承46上。顯然,由于最后處理步驟要求卷材47和導(dǎo)線48脫離臨時(shí)支承46,所以芯支承卷材47或?qū)Ь€48與臨時(shí)支承卷材46之間很少或無(wú)粘合。
圖29是圖27配置在附加處理步驟后的俯視平面圖。在圖29實(shí)施例54中,已將導(dǎo)電樹脂12j的條49加到圖27配置的頂表面,條49與寬度W成“θ”角充分延伸而覆蓋導(dǎo)線48。由下述可知,條49限定了最終螺旋結(jié)構(gòu)的一半。條49還要參照?qǐng)D30和31限定其定位。圖30和31是基本上取自圖29中線30-30與31-31透視圖的剖視圖。
可以設(shè)想運(yùn)用導(dǎo)電樹脂基糊與油墨的墊塑熔融擠壓或印刷等本領(lǐng)域已知的技術(shù),對(duì)圖29~31所示的傾斜配置施加條49。
形成導(dǎo)電條49的材料選自任一種導(dǎo)電樹脂基材料。選用DER尤為有利,盡管本例不要求這一選擇。條49的線性范圍有限制。此外,導(dǎo)電48對(duì)條49兩端提供良好的電接觸。因而從下述可見,按圖27~35的實(shí)施例的生產(chǎn)某些線圈結(jié)構(gòu),不必應(yīng)用與DER材料有關(guān)的迅速橫向電淀積生長(zhǎng)法。
圖32示出構(gòu)成導(dǎo)樹脂材料12j螺旋線圈圖案的工藝。將圖29~30的結(jié)構(gòu)送到輥R-1。由于該結(jié)構(gòu)通過輥R-1時(shí)改變了其直線運(yùn)動(dòng)方向,臨時(shí)支承卷材46如圖示那樣被除去,結(jié)構(gòu)被傳到臨時(shí)支承帶56,而后者在圖示的輥R-1與R-2之間不斷運(yùn)行。在橫移輥R-1時(shí),結(jié)構(gòu)54脫離其臨時(shí)支承卷材46,“翻到其背后”搭上皮帶56。
剩余結(jié)構(gòu)在敷貼器下面通過,敷貼器用導(dǎo)電樹脂材料條以基本上同一θ角度連接圖29~31所示中間制品的線性連續(xù)條49的相對(duì)兩端。圖32工藝的結(jié)果是圖33中以平面圖示的制品。在圖33中,導(dǎo)電樹脂條49以連續(xù)螺旋路徑繞芯卷材47延伸。條49以寬度W充分延伸,在條49終端覆蓋住導(dǎo)線48。
顯然,可用其它技術(shù)生產(chǎn)相當(dāng)于圖33結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。例如,另一種工藝可以先施加橫跨兩根導(dǎo)線的傾斜的導(dǎo)電樹脂條,樹脂條與導(dǎo)線都用臨時(shí)支承物支承。然后,用寬度略小于導(dǎo)線間距的芯支承卷材覆蓋并粘合導(dǎo)電條。接著用另外的導(dǎo)電樹脂條連接依次相鄰、原來已施加條的相對(duì)端并除去臨時(shí)支承。當(dāng)然,這一加工形式不必改變與圖32所示工藝相關(guān)的運(yùn)行方向。
圖34以平面圖示出制成的低型面螺旋線圈天線/電感器,獲取圖34結(jié)構(gòu)55的方法是首先對(duì)圖33的制品作電淀積處理,在一較佳實(shí)施例中是將導(dǎo)線48作為“總線”而“連續(xù)”進(jìn)行的,使陰極電流通到現(xiàn)在含導(dǎo)電樹脂12j與電淀積16j的條49。這樣電鍍后,用切割處理切斷導(dǎo)線48。圖34實(shí)施例所示的剩余結(jié)構(gòu)包括纏繞中心支承芯卷材47的連續(xù)電淀積的金屬基螺旋結(jié)構(gòu)16j。圖35是基本上以圖34中線35-35透視圖觀察的圖34結(jié)構(gòu)的剖視圖,示出支承在絕緣材料14j的芯支承47上的導(dǎo)電聚合物12j上的金屬基電淀積16j的合成結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖27~35所實(shí)施的內(nèi)容,本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白,通過選用合適材料,可利用圖34結(jié)構(gòu)的附加性能優(yōu)點(diǎn)來生產(chǎn)芯支承47。例如選用配有磁性填料的聚合物基化合物,可以改變結(jié)構(gòu)的變換器特征。
本發(fā)明的一大貢獻(xiàn)是對(duì)生產(chǎn)三維導(dǎo)電跡線和天線圖案明顯擴(kuò)展了設(shè)計(jì)選擇方案。Mettler等人在美國(guó)專利4,985,116中說明了現(xiàn)有技術(shù)中光刻與掩蔽技術(shù)的諸局限性,指出雖然容易生產(chǎn)在蘑菇形頭上形成導(dǎo)電圖案的光掩膜,但是更難制作在蘑菇莖上形成圖案的掩膜。應(yīng)用同一例蘑菇形,將結(jié)合圖36~50描述本發(fā)明所提高的設(shè)計(jì)靈活性。
現(xiàn)參照?qǐng)D36,圖示為制品62的俯視平面圖,制品62包括電絕緣部14k和DER部12k。圖37是基本上取自圖36中線37-37透視圖的剖視圖,表明制品62為蘑菇形。DER材料12k為條形,一直延伸到蘑菇形制品62莖60的側(cè)面,然后通過頭部64回到制品62的相對(duì)側(cè)。制品62便于用已知的雙注射模壓技術(shù)生產(chǎn)。
圖38和39示出圖36和37的制品在電鍍DER材料12k的附加處理步驟后的情況。電淀積的金屬基材料16k一直延伸通過并回到蘑菇形制品的相對(duì)側(cè),現(xiàn)將該制品標(biāo)為66,以表示該附加處理步驟。圖39是圖38中線39-39透視圖的制品66的剖視圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員即刻就明白,用常規(guī)光掩膜與蝕刻技術(shù)極難生產(chǎn)圖38與39所示的高導(dǎo)電跡線,而且實(shí)際上無(wú)法生產(chǎn)更復(fù)雜的三維導(dǎo)電跡線。
圖36~39的實(shí)施例把材料14k示作DER材料12k(和后續(xù)的電淀積16k)的實(shí)心絕緣支承,但有時(shí)空心結(jié)構(gòu)較有利,在將空氣視作介質(zhì)的天線設(shè)計(jì)中尤佳。
運(yùn)用本
發(fā)明內(nèi)容
很容易生產(chǎn)空心結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合圖40~50描述含選擇性金屬基材料圖案的空心結(jié)構(gòu)?!澳⒐叫巍备袷綄⒔Y(jié)合圖40~50應(yīng)用。
現(xiàn)參照?qǐng)D40,圖中以垂直平面圖示出通常在塑料加工領(lǐng)域中指型坯的結(jié)構(gòu)68。型坯為空心結(jié)構(gòu),通常有管狀截面,包括熔融或半熔的聚合物材料。型坯生產(chǎn)一般將熱塑塑料擠壓通過成形模。圖41是圖40所示型坯基本上取自圖40成形模。圖41是圖40所示型坯基本上取自圖40中線41-41透視圖的剖視圖。組合圖40和41可以看出,型坯68包括圍繞氣態(tài)空間70的絕緣樹脂141的空心管66,空間70通常大多數(shù)含空氣。將導(dǎo)電樹脂121的條67加到空心管66相對(duì)兩側(cè)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白,利用形成型坯68期間的同步擠壓,很容易施加條67。下面將會(huì)知道,對(duì)條67選用DER作為材料121尤其有利。
圖42和43示出附加處理步驟后的該結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)圖42和43的制品的方法是先將吹塑模兩“半” (未示出)合在一起夾斷型坯的相對(duì)兩端,然后把壓縮氣體(通常為空氣)注入夾斷點(diǎn)之間的剩余空心空間,迫使熔斷塑料型坯抵住模具內(nèi)壁。再修理掉多余材料,得到圖42和43實(shí)施的制品。
在圖42和43實(shí)施例中,模具開合時(shí)向左右運(yùn)行,在圖42中示為MPL(模具接合線),如圖42和43的72所指,這樣在位于吹塑模制制品左右部的導(dǎo)電樹脂條67之間造成分離。該分離如下述形成。當(dāng)模具起先合上型坯時(shí),先將管狀型坯68相對(duì)兩側(cè)的內(nèi)絕緣材料141夾在一起,防止在型坯68相對(duì)側(cè)形成條67的材料121接觸。在吹塑并修理多余材料后,就在相對(duì)設(shè)置的條67之間保持間隙72。
圖44是附加選用處理步驟后類似于圖43的剖視圖。在圖44中,電淀積的金屬基材料161已淀積到導(dǎo)電樹脂121上,在材料141限定的空心絕緣三維結(jié)構(gòu)上形成相對(duì)設(shè)置的高導(dǎo)電材料條。在本發(fā)明其它實(shí)施例中,對(duì)材料121選用DER一般有利于電淀積步驟,盡管這不是生產(chǎn)圖40~44所示空心導(dǎo)電圖案結(jié)構(gòu)的絕對(duì)要求。
有時(shí)希望或者必須使導(dǎo)電圖案穿越擠壓吹塑模壓制品接合線有連續(xù)性。下面結(jié)合圖45~50描述建立這種連續(xù)性的方法與結(jié)構(gòu)。
圖45是型坯的垂向平面圖,型坯包含電絕緣材料14m和導(dǎo)電樹脂1 2m。圖46是基本上取自圖45中線46-46透視圖的剖視圖。與圖40和41實(shí)施的型坯相對(duì)照,圖45和46的導(dǎo)電材料12m延伸通過圖示的柱形型坯73的環(huán)形壁。圖45和46的型坯結(jié)構(gòu)可用成熟的技術(shù)實(shí)現(xiàn),如用來生產(chǎn)通常貼在液態(tài)洗滌劑與油瓶上的透明液位指示“觀察條”的技術(shù)。
當(dāng)把吹塑模沿MPL所指方向合到圖45和46的型坯上時(shí),就將型坯相對(duì)兩側(cè)的材料12m夾起來。將壓縮氣體吹入夾持型坯空腔,使樹脂擴(kuò)展抵住模具內(nèi)表面。修理掉多余材料后,得到圖47和48實(shí)施的圖案化空心部件74。圖47和48繼續(xù)用蘑菇形說明本發(fā)明,但這種形狀顯然不是實(shí)施本發(fā)明所必需的。從圖47和48可見,材料條12m連續(xù)延伸通過模具接合線,而絕緣材料14m制成空心的蘑菇形制品。
圖49和50在附加選用處理步驟后用圖47和48的制品74實(shí)施制品76。圖49是類似于圖48的垂向剖視圖,圖50是基本上取自圖49中線50-50透視圖的剖視圖。在圖49和50中,高導(dǎo)電金屬基材料16m已電淀積到導(dǎo)電材料12m表面上。電淀積16m連續(xù)延伸到制品76一側(cè),通過其頂部再下至相對(duì)側(cè)。
現(xiàn)參照?qǐng)D51~56,描述在空心制品內(nèi)表面上制作高導(dǎo)電圖案的結(jié)構(gòu)與方法。圖51是型坯78的垂向平面圖,圖52是基本上取自圖51中線52-52透視圖的示圖。從圖51和52可見,型坯78包括絕緣材料14n的柱形環(huán)80,導(dǎo)電樹脂12n的條82位于柱體80內(nèi)表面84相對(duì)兩側(cè)。該結(jié)構(gòu)的型坯配置可用已知的擠壓技術(shù)生產(chǎn)。圖51的L指柱形型坯78的軸向。圖53是基本上取自圖52中線53-53透視圖的剖視圖,示出沿軸向L延伸的材料條82。
圖54是結(jié)構(gòu)81的剖視圖,結(jié)構(gòu)81通過附加處理圖51~53實(shí)施的型坯78而制成。圖54實(shí)施的結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法是先沿圖52和53指示的MPL方向合上吹塑模具以?shī)A緊型坯,然后將壓縮氣體注入夾緊型坯的腔體,把型坯擴(kuò)展成貼合吹塑模具內(nèi)表面,再修整所得物件的每一端,制成圖54實(shí)施例中的開口81與83。開口83示為圓形,直徑為D。
圖55和56示出圖54的制品在附加處理步驟后的情況?,F(xiàn)把圖55和56所示結(jié)構(gòu)標(biāo)為85,以反映該附加處理。結(jié)構(gòu)85包括位于空心結(jié)構(gòu)相對(duì)內(nèi)壁上的高導(dǎo)電金屬基電淀積材料16n,其形式為相對(duì)設(shè)置的條86。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白,運(yùn)用輔助陽(yáng)極有利于把材料16n電淀積到圖55和56的內(nèi)部條86上,而且知道,常規(guī)光刻技術(shù)難以在空心制品內(nèi)表面上有選擇地安置金屬,甚至不可行。
在上述空心結(jié)構(gòu)實(shí)施例中,用本領(lǐng)域已知的擠壓吹塑模制工藝生產(chǎn)制造的初步中間制品,包括導(dǎo)電樹脂與絕緣樹脂。應(yīng)該理解,也可采用其它制造技術(shù),如眾所周知的注射吹塑模制工藝。在該工藝中,先用注塑模制法生產(chǎn)“預(yù)制品”,可用組合了導(dǎo)電樹脂與絕緣樹脂的二元注塑模壓法生產(chǎn)該預(yù)制品。以后用壓縮氣體把該“預(yù)制品”吹成擴(kuò)展的空心制品。與擠壓吹塑模制品相比,因原先的注塑模制“預(yù)制品”有極佳的線條清晰度,故能期望組合了與最終吹塑模制品有關(guān)的絕緣材料的導(dǎo)電材料圖案清晰度。
在結(jié)合圖40~56描述的空心結(jié)構(gòu)中,材料12l、12m或12n可考慮若干導(dǎo)電樹脂配方,但若為了在這些空心制品上形成高導(dǎo)電表面圖案而準(zhǔn)備電鍍導(dǎo)電樹脂,則DER是材料12l、12m或12n的較佳選擇。
圖57~60示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖57是天線制造中某一中間制品的俯視平面圖,圖58是該中間制品的底視平面圖。中間制品87包括在其頂表面上的導(dǎo)電樹脂12o的插接線90,頂表面由絕緣介電材料14o支承。制品87還包括在其被材料140支承的底表面上的導(dǎo)電樹脂12o的插接線92??谆蛲?8從底面延伸到頂面,短路元件89連接頂面插接線與底面插接線92。
圖59是基本上沿圖57的線59-59截取的剖視圖,示出模壓入凸螺紋結(jié)構(gòu)94的材料12o,孔或通路88軸向通過結(jié)構(gòu)94延伸到形成在制品87頂面的凹坑96。制品84便于用二次注塑模制技術(shù)生產(chǎn)。
圖60實(shí)施對(duì)圖57~59的中間制品87執(zhí)行附加處理步驟后的制品。為辨別該附加處理步驟,圖60的制品標(biāo)為97。在制品97中,對(duì)導(dǎo)電樹脂12o涂布了高導(dǎo)電金屬基電淀積16o。螺紋部94也已電鍍,現(xiàn)在構(gòu)成輸入/輸出同軸電纜外導(dǎo)體的合適的低阻連接結(jié)構(gòu)。孔或通路88提供一溝道,可讓電纜內(nèi)導(dǎo)體伸到天線的頂部插接線90。凹部96對(duì)焊料形成合適的貯藏地,輸入/輸出電纜的內(nèi)導(dǎo)體可導(dǎo)電粘合或機(jī)械連接到頂部的插接線。
如上所述,材料12o可選自若干導(dǎo)電樹脂,但因其特性快速橫向電淀積生長(zhǎng)和良好的電淀積粘合性,導(dǎo)電樹脂12o優(yōu)選DER。
現(xiàn)參照?qǐng)D61~63,圖示為雙插接線天線的另一實(shí)施例。圖61是類似于圖59透視圖的剖視圖,示出制造的中間制品100,它包括頂部插接線102、短路元件104、底部插接線106、螺紋結(jié)構(gòu)108和孔110與112,它們均用導(dǎo)電樹脂12p構(gòu)成。在一較佳實(shí)施例中,導(dǎo)電樹脂12p是DER??諝?14使頂部平面插接線102與底部平面插接線106分開,或把絕緣材料14p用作附加支承,保持平面插接線102與106的間距。
圖63實(shí)施的制品116通過進(jìn)一步處理圖61和62實(shí)施的制品100而產(chǎn)生。在前述諸例中,制品116是把高導(dǎo)電金屬基材料電淀積到導(dǎo)電樹脂材料12p上而制成的。圖63的制品116與圖60的制品97在兩大方面不同。第一、制品116把空氣設(shè)想為分離頂部與底部導(dǎo)電插接線102與106的介質(zhì);第二,圖63的制品116包括內(nèi)表面(圖63中118所指)上電淀積的金屬基層,而制品97在材料120內(nèi)表面上無(wú)高導(dǎo)電的金屬基圖案。
在生產(chǎn)新穎三維導(dǎo)電跡線與天線時(shí),本發(fā)明還提出把型面擠壓用作有價(jià)值的處理技術(shù)。圖64~68示出一例可應(yīng)用型面擠壓技術(shù)的材料、工藝和結(jié)構(gòu)。
圖64是型面擠壓法生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)120的俯視平面圖,圖65是所述結(jié)構(gòu)120的底視平面圖,圖66是取自圖64中線66-66透視圖的剖視圖。參照?qǐng)D64-66,圖示的延伸結(jié)構(gòu)120包括絕緣材料14q沿圖64中長(zhǎng)度L方向延伸的空心盒狀截面,里面形成了同樣沿L方向延伸的溝道12l。導(dǎo)電樹脂材料12q間歇地淀積在長(zhǎng)度″Y″條122中的溝道里(圖64)。設(shè)想材料12q的條122通過間歇的擠壓、印刷、絲網(wǎng)或其它已知技術(shù)形成。圖65表示在結(jié)構(gòu)120底面上把材料12q定位成連續(xù)條124,其寬度略小于盒狀結(jié)構(gòu)120的寬度W。材料成形條124不要求與成形條122同成分,而且用于淀積條122和124的淀積技術(shù)可以不同。
圖67和68實(shí)施的制品,通過附加處理型面擠壓120而實(shí)現(xiàn),為表明該附加處理,現(xiàn)把該制品標(biāo)為130。生產(chǎn)制品130時(shí),先把通常連續(xù)的型面120細(xì)分成圖67中被定為X的分立長(zhǎng)度。如此制得的各制品再通過把高導(dǎo)電金屬基材料電淀積到導(dǎo)電樹脂12q表面上而進(jìn)一步處理。出于前述的理由,DER是導(dǎo)電樹脂12q優(yōu)選的材料。
圖67和68的制品130能構(gòu)成極一致的廉價(jià)微帶天線元件。
雖然已結(jié)合諸較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是應(yīng)明白,在不背離本發(fā)明的精神與范圍的情況下,可以包括各種修正、替代與等價(jià)內(nèi)容,本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然會(huì)理解。這些修正、替代與等價(jià)內(nèi)容被認(rèn)為落在本發(fā)明和下述權(quán)項(xiàng)的權(quán)限與范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含可直接電鍍樹脂(DER)的天線。
全文摘要
本發(fā)明對(duì)生產(chǎn)導(dǎo)電圖案、天線和復(fù)雜電路提出了改進(jìn)的新方法和新材料。本發(fā)明提出用可直接電鍍樹脂來生產(chǎn)這些制品。用實(shí)例說明了可直接電鍍樹脂獨(dú)特的適用性,該適用性便于運(yùn)用范圍廣泛的處理與制造方法來制造期望的導(dǎo)電圖案。
文檔編號(hào)H05K1/18GK1500296SQ02807216
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者丹尼爾·盧希, 丹尼爾 盧希 申請(qǐng)人:丹尼爾·盧希, 丹尼爾 盧希