專利名稱：將軟性電路裝附到襯底上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及將軟性電路結(jié)合到襯底上來提供電路板組件的方法，更具體地涉及到軟性電路與襯底兩者中的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，這些特點(diǎn)能不再需要在軟性電路與襯底的匹配面之間設(shè)置粘合劑層。
軟性印刷電路已廣泛用于消耗性裝置和工業(yè)裝置以及電信裝置中。這類電路包括薄而軟的介質(zhì)層，后者的至少一個(gè)表面或更為一般的在其兩個(gè)相對(duì)表面上載有導(dǎo)電層。由于這種高性能軟性電路很薄，常需用粘合劑將其粘附到支承襯底例如托架上，以確保這類電路不會(huì)在制造中和/或在裝置的使用中損傷。因此，最終的電路板組件包括三層一層是軟性電路，第二層是托架，而第三層則是軟性電路的配合面與托架配合面之間的粘合劑層。
即使是在軟性電路并未具體裝附于托架上，它一般也是由粘合劑層裝附到相鄰的襯底上的。不幸的是，這從最終電路板組件所占有的空間量這方面考慮，會(huì)帶來實(shí)際上的限制，這是因?yàn)檎澈蟿颖旧砭鸵馕吨罱K產(chǎn)品的顯著部分厚度。
為把軟性電路結(jié)合到托架或其它類型的襯底上，已采用過多種多樣的粘合劑，其中包括壓敏粘合劑以及有可能需要經(jīng)加熱來固化的單組分或雙組分的粘合劑。但不巧，壓敏粘合劑難以處置且較厚。通常這種粘合劑的厚度至少為2mil。此外，采用了這類粘合劑的電路板組件的厚度在很大程度會(huì)因壓敏粘合劑本身厚度的變化而變化。于是，壓敏粘合劑在電路板組件上的用途相當(dāng)有限。
熱固化和空氣固化的粘合劑，它們一般是由市售的計(jì)量給料器涂布于襯底與軟電路之間，雖然用起來較簡(jiǎn)便但都需花費(fèi)大量的調(diào)整時(shí)間。因此，使用這類粘合劑是不適應(yīng)電路板組件的大規(guī)模生產(chǎn)的。此外，這種粘合劑在結(jié)合過程加壓時(shí)會(huì)被擠出，這就會(huì)弄臟產(chǎn)品組件的外側(cè)，使得難以精確地控制最終粘合劑層和整個(gè)組件的厚度。
由于微型化的持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)以及日益增長(zhǎng)的各種應(yīng)用，在減少電路板組件的厚度方面就有了越來越嚴(yán)格的要求。因此，迫切需要有新的方法來將軟性印刷電路結(jié)合到襯底之上，但它不需在襯底與軟性電路二者的配合面之間設(shè)置粘合劑層。特別需要有一種能使用便于處理且只需極少固化時(shí)間的粘合劑的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用來將軟性電路結(jié)合到襯底上的新方法。此方法利用了能在預(yù)選波長(zhǎng)的光化射線輻照下固化的粘合劑。此方法還利用了這樣的軟性電路，它包括能透過上述預(yù)選波長(zhǎng)光化射線的材料組成的介質(zhì)層以及設(shè)在此介質(zhì)層表面上的至少一層導(dǎo)電層。此導(dǎo)電層上至少有一個(gè)開口，由此能在軟性電路中至少形成有一個(gè)包括可透過光化射線的介質(zhì)材料窗口。此方法也還利用了一種襯底，它包括限定出一配合區(qū)和至少一條通道的頂面以及限定出與此通道通連的至少一個(gè)孔口的側(cè)面。最好是，上述導(dǎo)電層具有多個(gè)能讓光化射線通過軟性電路的開口。最好是，襯底的頂面限定出多個(gè)通道，更為最好的是多個(gè)互連通道。最好是，由襯底頂面中通道形成的圖形能同軟性電路的窗口形成的圖形相對(duì)應(yīng)。
上述方法在其一種實(shí)施形式中包括有下述步驟將粘合劑分配到襯底的通道中；使軟性電路與襯底對(duì)準(zhǔn)成能讓軟性電路中一或多個(gè)窗口的至少一部分覆蓋到襯底的一或多個(gè)通道的一部分之上；使軟性電路與襯底的配合區(qū)相接觸；然后導(dǎo)引光化射線通過軟性電路窗口一段充分時(shí)間，以固化粘合劑和提供粘合劑結(jié)合的電路板組件。在另一實(shí)施形式中，是在粘合劑經(jīng)上述側(cè)面存在的孔口注入到襯底的通道之前，使軟性電路相對(duì)于襯底的配合區(qū)對(duì)準(zhǔn)并設(shè)置于其上。
本發(fā)明還涉及依據(jù)本發(fā)明制作的電路板組件以及用來形成這種電路板組件的軟性電路。
參看下述附圖當(dāng)可較易地理解本發(fā)明，其中圖1是可以用來形成本發(fā)明的電路板組件的，統(tǒng)一以10標(biāo)明的軟性電路一部分的，取部分橫剖面的透視圖；圖2是可以用來形成本發(fā)明的電路板組件的，統(tǒng)一以32標(biāo)明的襯底一部分的，取部分橫剖面的透視圖；圖3是可以依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的，統(tǒng)一以60標(biāo)明的電路板組件一部分的，取部分橫剖面的透視圖。
根據(jù)本發(fā)明，是由暴露于光化射線下能固化的粘合劑將軟性電路粘合到襯底之上，以提供電路板組件。這里用到的光化射線一詞是指這樣一種射線，即當(dāng)它照射到粘合劑上時(shí)能使粘合劑發(fā)生化學(xué)變化。下面參照


此電路板組件的元件以及形成這一電路板組件的方法。附圖示明了依據(jù)本發(fā)明用來創(chuàng)造電路板組件的軟性電路與襯底的一種實(shí)施形式。
軟性印刷電路依據(jù)本發(fā)明的軟性電路10包括一介質(zhì)層12以及在此介質(zhì)層表面上的至少一層導(dǎo)電層。最好是在介質(zhì)層12的相對(duì)表面上鍍有兩層導(dǎo)電層14與16。介質(zhì)層12是由可透過光化射線的聚合物材料形成。此聚合物材料最好是軟性的和具有高介電強(qiáng)度的，能透過光化射線的聚合物例如包括能透過可見光的聚酰亞胺。軟性的具有高介電強(qiáng)度且能透過波長(zhǎng)在400～700nm間的光化射線的材料，它的一個(gè)非限制性例子是聚酰亞胺KAPTON，可購(gòu)自Electronic Materials Division of Dupont，ResearchTriangle Park，North Carolina。
上述導(dǎo)電層例如是由銅、銅合金、鈀涂層與鈀金涂層的銅等導(dǎo)電材料形成。各導(dǎo)電層具有至少一個(gè)開口而最好是多個(gè)開口18～21，它們通常是由增設(shè)鍍層或消減鍍層而形成于導(dǎo)電層之中。一般，這種開口是設(shè)在導(dǎo)電層的沒有金屬跡痕的區(qū)域中。上述開口雖然可以形成于導(dǎo)電層的接觸焊盤或?qū)?zhǔn)標(biāo)志處，但最好是使這些開口靠近或鄰接導(dǎo)電層的周邊。
在介質(zhì)層的各相對(duì)面上鍍有導(dǎo)電層時(shí)，重要的是使導(dǎo)電層之一上的至少一個(gè)開口與另一導(dǎo)電層中的至少一個(gè)開口重合，而得以在軟性電路中形成至少一個(gè)包括介質(zhì)層的光化射線可透過的窗口。最好如圖1所示，使導(dǎo)體層14中的基本上是所有開口與導(dǎo)電層16中的所有開口重合，而在軟性電路10中形成光化射線可透過窗口的一種圖形。
襯底依據(jù)本發(fā)明的襯底32包括一頂面34，后者確定出至少一個(gè)配合區(qū)和至少一條通道。最好如圖2所示，在整個(gè)頂面34上設(shè)有多個(gè)通道36～40。于是，為通道36～40以及為配合區(qū)41～45所占據(jù)的整個(gè)頂面面積至少是部分地取決于將襯底32有效地粘合到軟性電路10上所需的粘合劑量。為襯底32的頂面34中通道36～40所形成的圖形最好是同軟性電路10的窗口所形成的圖形基本類似，當(dāng)然并非必需如此。通道36～40的寬度與長(zhǎng)度最好與軟性電路10中開口的寬度與長(zhǎng)度基本上相同。通道36～40的深度取決于用來將襯底32粘合到軟性電路10上的粘合劑的固化性質(zhì)。通常，通道的深度是0.1～0.2mm。襯底32還有一個(gè)側(cè)面46，后者界定出至少一個(gè)與襯底32中至少一條通道相通的孔口。最好是如圖2所示，使襯底32包括多個(gè)與多個(gè)襯底通道通連的孔口48～50。
襯底32可由任何能經(jīng)粘合劑粘合到軟性電路10上的材料形成。合適的這類材料例如包括金屬、以彈性材料涂層的金屬、以及如聚苯硫一類的塑料。塑料特別適合用來形成電路板組件的托架，例如用于各種高性能計(jì)算機(jī)電接線器中的軟性插件(flexiposers)。襯底32中的通道與孔口通常是用注射模制、機(jī)加工和/或化學(xué)浸蝕等形成。
粘合劑依據(jù)本發(fā)明，是把在光化射線照射下能固化的粘合劑用來將軟性電路粘合到襯底上。這種粘合劑可以通過暴露在波長(zhǎng)400～700nm的可見光下、或是波長(zhǎng)10～400nm的紫外光下、或是波長(zhǎng)700nm～1mm的紅外射線下、或是波長(zhǎng)10nm～10×10-3nm的X射線下面固化。用來固化粘合劑的射線必須通過軟性電路10的介質(zhì)層所形成的窗口。因此，粘合劑與用來形成介質(zhì)層12的材料都選擇成分別能為相同波長(zhǎng)的光化射線固化與透過。這樣，當(dāng)把能為可見光透過的材料用來形成軟性電路的介質(zhì)層時(shí)，也最好采用能在波長(zhǎng)為400～700nm的光照射下固化的粘合劑來將軟性電路粘合到襯底上。能為光化射線照射固化的粘合劑例如包括丙烯酸類的和環(huán)氧基的粘合劑，還可包括當(dāng)粘合劑暴露于特定波長(zhǎng)的光下引發(fā)其固化的光引發(fā)劑。可由暴露于可見光或紫外光下固化的光化射線固化粘合劑的一個(gè)非限定性例子是粘合劑Eccobond UV9110，可購(gòu)自Grace Specialty Polymers，Lexington，Massachusetts。
一般，通過光化射線照射而固化的粘合劑是在照射開始后數(shù)秒鐘之內(nèi)便完全固化。相反，其它類型的固化粘合劑，特別是暴露于空氣或加熱下固化的粘合劑，則通常需要多于1分鐘的固化時(shí)間。這樣，根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)電路板組件所需的時(shí)間與采用其它類型的固化式粘合劑來把軟性電路粘合到襯底上的情形相比，顯著地縮短了。
制造印刷電路板組件實(shí)施形式1根據(jù)本發(fā)明，圖3中總體以60標(biāo)明的電路板組件是通過把軟性電路10由粘合劑56粘合到襯底32上制成。在一種實(shí)施形式中，電路板組件60在制作時(shí)首先是將粘合劑56分配給襯底32的通道36～40中。然后將軟性電路10定位地置于襯底32上，使得軟性電路中窗口的至少一個(gè)最好是多個(gè)重合疊置到襯底中通道的至少一個(gè)最好是多個(gè)之上。由于固化通常能擴(kuò)散到粘合劑的未暴露于光化射線下的區(qū)域，因而并非絕對(duì)必須使軟性電路的所有窗口都疊置重合到襯底的所有通道之上。雖然如此，但最好如圖3所示，軟性電路10的基本上是所有孔口18～21都同襯底32的基本上是所有通道36～40疊置重合。一般是通過一個(gè)業(yè)已模制進(jìn)到襯底頂面內(nèi)的銷與業(yè)已制成于軟性電路中的配合孔對(duì)合來實(shí)現(xiàn)上述一致性疊合的。然后將足夠大小的受控壓力施加到軟性電路10與襯底32上，以使襯底32的頂面34中的配合區(qū)與軟性電路直接接觸。如圖3所示，襯底32的頂面34上的配合區(qū)41～45是與軟性電路10的導(dǎo)電層16直接接觸的。在介質(zhì)層上設(shè)置的是一層導(dǎo)電層的情形，襯底頂表面上的配合區(qū)則可與導(dǎo)電層或介質(zhì)層二者的任一個(gè)直接接觸。如圖3所示，粘合劑56與介質(zhì)層12的構(gòu)成軟性電路10的窗口的那些部分接觸。通常是用具有放置于軟性電路之上的透明玻璃底座的裝配夾具對(duì)襯底與軟性電路加壓的。隨著加壓，粘合劑布散到通道36～40的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，但不能盛放于其中的任何過剩的粘合劑56則經(jīng)孔口48～50自通道流出。這樣就有利地防止了粘合劑集存于襯底32頂面34的配合區(qū)和軟性電路的配合面之間。然后將具波長(zhǎng)能透過介質(zhì)層12且能固化粘合劑56的光化射線，經(jīng)導(dǎo)電層的開口再通過介質(zhì)層所形成的窗口而照射到粘合劑上。例如，當(dāng)把KAPTON用來形成介質(zhì)層12而將粘合劑Eccobond UV9110分配到通道36～40中時(shí)，則用波長(zhǎng)為200～700nm的光來固化此粘合劑。最好是在粘合劑被照射的整個(gè)時(shí)間內(nèi)對(duì)襯底與軟性電路連續(xù)地加壓。通常是用結(jié)合到上述裝配夾具之中且傳送通過透明玻璃底座的光的人工光源來實(shí)現(xiàn)上述照射固化。取決于所用粘合劑類型，照射要繼續(xù)到一段足以引發(fā)固化或足以完全固化粘合劑56的時(shí)間來生產(chǎn)出電路板組件60。
實(shí)施形式2在另一組實(shí)施形式中，電路板組件60是在粘合劑56分配到通道36～40之前將軟性電路10放置到襯底32之上而制備的。最好如圖3所示，讓軟性電路10這樣地放置于襯底32上，使得軟性電路10中基本上是所有的孔口18～22疊置重合到襯底32的基本上是所有的通道36～40之上。然后將粘合劑56通過孔口48～50注入通道36～40，直至粘合劑56基本上填滿通道36～40并同包括軟性電路10的窗口的介質(zhì)層12的那些部分接觸時(shí)為止。然后對(duì)這樣形成的組合結(jié)構(gòu)加壓，使襯底32頂面34的配合區(qū)與軟性電路34的配合面緊密接觸，同時(shí)擠出通道36～40中存在的任何過剩的粘合劑。粘合劑56通過軟性電路10的窗口被照射而固化，形成電路板組件10。
根據(jù)本發(fā)明，在襯底頂面的配合區(qū)與軟性電路的配合面之間幾乎沒有什么粘合劑。因此，根據(jù)本發(fā)明制成的電路板組件要比現(xiàn)有技術(shù)制成的相應(yīng)組件薄。此外，由于不存在中介的粘合劑層，最終電路板組件的總厚度可以更嚴(yán)格的控制。再有，現(xiàn)有技術(shù)的電路板組件通常采用需要1分鐘以上時(shí)間來固化的粘合劑，而本發(fā)明的電路板組件則只需較短的制作時(shí)間。
盡管上面已按某種程度具體地描述了本發(fā)明，但在不背離后附權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明的范圍的前提下是可以給出種種修正與變更的。
權(quán)利要求
1.電路板組件的制備方法，此方法包括下述步驟a)提供軟性電路，此軟性電路包括i)能透過預(yù)定波長(zhǎng)光化射線的且具有兩個(gè)相對(duì)面的介質(zhì)層；與ii)至少一層設(shè)在介質(zhì)層的至少一個(gè)相對(duì)面上的導(dǎo)電層，此導(dǎo)電層具有至少一個(gè)開口，允許光化射線經(jīng)其通過上述軟性電路；b)提供襯底，它所包括的頂面限定出至少一條通道以及與軟性電路配合的配合區(qū)；c)將可在預(yù)定波長(zhǎng)的射線照射下固化的粘合劑分配到襯底的通道內(nèi)；d)將軟性電路置放于襯底的頂面上，使軟性電路導(dǎo)電層中至少一個(gè)開口的至少一部分與襯底的至少一個(gè)通道的至少一部分重合疊層；e)導(dǎo)引上述預(yù)定波長(zhǎng)的光化射線經(jīng)導(dǎo)電層的開口照射到所述通道中的粘合劑上，其中的光化射線被導(dǎo)引通過上述開口一段足夠的時(shí)間，以固化此粘合劑并使軟性電路結(jié)合到襯底之上。
2.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，粘合劑是在軟性電路放置到襯底上之前分配到通道內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，粘合劑是在軟性電路設(shè)于襯底上之后分配到通道內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，介質(zhì)層能為可見光透過；粘合劑能為可見光固化；而可見光是通過導(dǎo)電層的開口導(dǎo)入的。
5.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，介質(zhì)層可為紫外光透過；粘合劑可為紫外光固化；而紫外光是通過導(dǎo)電層的開口導(dǎo)入的。
6.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，所述軟性電路包括分別設(shè)在介電層的一個(gè)和另一個(gè)相對(duì)面上的第一與第二導(dǎo)電層，各導(dǎo)電層上有多個(gè)孔口；第一導(dǎo)電層中基本上是所有的孔口與第二導(dǎo)電層中基本上是所有的孔口重合，以在所述軟性電路中提供了若干可透過光化射線的窗口的圖形；同時(shí)所述軟性電路是設(shè)置在前述襯底的頂面上，使得軟性電路的窗口之一的至少一部分與襯底的一個(gè)通道的至少一部分疊合。
7.如權(quán)利要求6的方法，特征在于，所述襯底的頂面限定出多個(gè)通道，它們?cè)诖艘r底頂面上形成的圖形基本上類似于所述軟性電路的窗口所形成的圖形；而軟性電路則設(shè)置于襯底上，使軟性電路的各個(gè)窗口疊合到此襯底的至少一個(gè)通道之上。
8.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，所述介質(zhì)層是由聚酰亞胺構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1的方法，特征在于，所述襯底是由塑料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，此方法還包括有步驟在光化射線導(dǎo)引過導(dǎo)電層開口的基本上整個(gè)時(shí)間內(nèi)對(duì)所述襯底與軟性電路施加壓力。
11.電路板組件，它包括a)襯底，此襯底包括i)限定出至少一個(gè)配合區(qū)和至少一條通道的頂面；以及ii)其中設(shè)有至少一個(gè)與上述通道通連的孔口的側(cè)面；b)與上述襯底的配合區(qū)直接接觸的軟性電路，此軟性電路包括i)能透過預(yù)選波長(zhǎng)光化射線的有兩個(gè)相對(duì)面的介質(zhì)層；ii)至少一層設(shè)在介質(zhì)層的至少一個(gè)相對(duì)面上的導(dǎo)電層，此導(dǎo)電層具有至少一個(gè)開口，允許光化射線經(jīng)其通過上述軟性電路；c)為此預(yù)選波長(zhǎng)的光化射線固化的粘合劑，此粘合劑設(shè)在所述襯底的通道內(nèi)并同軟性電路的介質(zhì)層接觸；其中在襯底頂面的配合區(qū)與軟性電路之間基本上不存在粘合劑。
12.如權(quán)利要求11的電路板組件，特征在于，所述襯底包括具有多個(gè)通道的頂面；所述軟性電路包括具有多個(gè)開口的導(dǎo)電層；而導(dǎo)電層中的各開口重疊到襯底的至少一個(gè)通道之上。
13.如權(quán)利要求11的電路板組件，特征在于，所述介質(zhì)層是由聚酰亞胺構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求11的電路板組件，特征在于，所述襯底是由塑料構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求11的電路板組件，特征在于，所述軟性電路包括分設(shè)在介質(zhì)層的兩個(gè)相對(duì)面上的第一與第二導(dǎo)電層，而所述粘合劑則與此介質(zhì)層的一個(gè)相對(duì)面的一部分接觸。
16.如權(quán)利要求11的電路板組件，特征在于，所述導(dǎo)電層包括周邊及鄰近此周邊的導(dǎo)電層中的開口。
17.如權(quán)利要求16的電路板組件，特征在于，所述襯底包括多個(gè)通道；所述導(dǎo)電層包括周邊及鄰近此周邊的多個(gè)開口，而此導(dǎo)電層中的各個(gè)開口基本上重疊到所述襯底的基本上是所有通道的至少一部分上。
18.軟性印刷電路，包括a)具有兩個(gè)相對(duì)面且能透過預(yù)選波長(zhǎng)光化射線的介質(zhì)層；b)設(shè)在此介質(zhì)層一相對(duì)面上且具有至少一個(gè)通過其中的開口的第一導(dǎo)電層；c)設(shè)在此介質(zhì)層另一表面上且具有至少一個(gè)通過其中的開口的第二導(dǎo)電層；其中的第一導(dǎo)電層中的至少一個(gè)開口疊置并重合到第二導(dǎo)電層中的至少一個(gè)開口之上而于所述軟形電路中形成一窗口。
19.如權(quán)利要求18的軟性印刷電路，特征在于，所述第一導(dǎo)電層具有周邊和與此周邊相鄰的至少一個(gè)開口；而所述第二導(dǎo)電層具有周邊和與此周邊相鄰的至少一個(gè)開口。
20.如權(quán)利要求19的軟性印刷電路，特征在于，所述第一導(dǎo)電層具有與其周邊相鄰的多個(gè)開口；而所述第二條電層也有與其周邊相鄰的多個(gè)開口；而第一導(dǎo)電層的各個(gè)開口則重合并疊置到第二導(dǎo)電層的至少一個(gè)開口之上。
全文摘要
軟性電路結(jié)合到襯底的方法,采用能在預(yù)選波長(zhǎng)光照射下固化的粘合劑以及包括能透過上述光的介質(zhì)層和設(shè)在介質(zhì)層表面上的導(dǎo)電層的軟性電路,導(dǎo)電層上有讓此光線通過的開口。此方法還用到限定配合區(qū)和通道的頂面以及限定與此通道通連孔口的側(cè)面的襯底。將粘合劑分配到襯底通道內(nèi)、使導(dǎo)電層開口的一部分與某條通道的一部分重疊、光線通過軟性電路足以固化粘合劑的時(shí)間而提供電路板組件。另一實(shí)施例是在最后才注入粘合劑。
文檔編號(hào)H05K3/46GK1190324SQ9712347
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月5日
發(fā)明者杰夫里·斯考特·坎貝爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司