CN102066110B - 三维弯曲基板叠层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三维弯曲基板叠层。一种将柔性材料表面(103)层压到刚性弯曲材料表面(101)的方法。所述方法包括：利用支架将柔性材料表面区域(107)按压到刚性弯曲材料的表面(105)中，以便创建接触区域，同时使柔性材料与所述支架相符合，其中所述支架的曲率大于刚性弯曲材料表面的曲率；以及改变柔性材料表面与刚性弯曲材料表面之间的接触区域，同时保持接触区域上的压力，直至柔性材料表面和刚性弯曲材料表面层压。

Description

三维弯曲基板叠层
技术领域
本发明涉及柔性或刚性材料的叠层，并且尤其涉及将材料层压到弯曲刚性基板上。
背景技术
常规的层压工艺(lamination process)适合将基本平坦/平面的材料层压在基本平坦/平面的基板上。举例来说，在电子设备领域中，有很多种常规方法是将平面印刷电路板层压在平面基板上，例如另一个平面印刷电路板，以便形成单个层压的电路板。但是，当基板实际上是弯曲的时候，这些常规技术未必行得通。
发明内容
如果将柔性材料层压到弯曲基板上，那么将会提出几个难题，在将所述处理应用于电子设备领域的时候尤其如此。例如，与刚性的平坦材料之间封堵气泡相比，避免在柔性材料与弯曲基板之间在层压过程中封堵气泡的难度相对较大。举例来说，在一些电子工程应用中，叠层必须满足对封堵的气泡数量和/或大小加以限制的严格的质量需求。如果叠层具有过多被封堵的气泡，或者如果气泡过大，那么通常会将所述叠层当作次品报废，由此导致时间和金钱的损失。即使可以将用在有缺陷的叠层中的粘合剂返工来减少被封堵的气泡，这个重新层压的处理仍旧会导致时间损失。此外，在一些电子设备的叠层中使用的材料有可能较易于损坏。而这限制了可以在层压过程中施加的最大压力。
在本发明的一个实施例中，一种叠层系统包括基体和上部。基体包括一个下部支架。所述上部包括上部支架和控制电路。所述下部支架包括下部接触表面，其被放置成与基板的非层压表面例如基板的非层压表面接触。上部支架包括上部接触表面，其被放置成与柔性材料的非层压表面例如柔性材料的非层压表面接触。下部支架和上部支架中的每一个都可以被安装到一个运动块(motion block)上。下部和上部运动块可以向支架提供从单轴运动到全关节运动(articulatedmotion)的不同类型的运动，这取决于特定叠层系统的需求。在下文中将对所公开的叠层系统的不同实施例进行描述。
在层压处理过程中，层压表面(lamination surface)是在其间用粘合材料粘合在一起的。可以使用不同类型的粘合剂，包括压敏粘合剂(PSA)、可重用PSA、热塑膜、热固膜、热固化液体(thermal cureliquid)(单成分或多成分)、紫外线(UV)固化液体、以及在室温固化的多成分粘合剂。所述一种或多种粘合剂可以施加于基板、柔性材料或是所有这二者。此外，所述一种或多种粘合剂可以作为一个或多个薄片和/或一个或多个液体粘合剂区来施加。由于使层压表面接触，因此上部接触表面的施力区域和下部接触表面的施力区域会施加相反的力，以便在上部和下部施力区域之间的压力区中将基板和柔性材料压在一起。处于压力区中的基板和柔性材料部分被压在一起并用粘合材料层压。下部支架和上部支架之一或是这二者可以被加热，以便改善粘合剂的特性。此外，也可以在室温或室温以下进行层压处理。
在另一个实施例中，下部支架是用玻璃或金属之类的刚性材料制成的基体夹具(base chuck)。下部支架具有下部接触表面，所述表面的形状与弯曲基板的非层压表面相符。上部支架是用橡胶之类的顺应材料(compliant material)制成的真空夹具(vacuum chuck)。上部支架具有一个带有真空孔(未显示)的上部接触表面，以便将柔性印刷电路板(PCB)的非层压表面保持在上部接触表面上的恰当位置。因此，柔性PCB会被迫变成上部接触表面的形状。在一个实施例中，与下部接触表面相比，上部接触表面初始即具有较高的曲率。
在层压处理中的早先阶段，上部支架沿着z轴方向朝向下部支架移动，由此造成柔性PCB的层压表面最初在单个点上接触弯曲基板的层压表面，从而使分别在上部接触表面与下部接触表面的施力区域之间的压力区中将层压表面压在一起。随着层压处理的继续，上部支架在z方向上朝着下部支架进一步按压。增大的压力导致压力区的大小变得更大。
在层压处理的结束部分，在将上部支架沿着z方向朝着下部支架进一步移动之后，由于上部支架是用顺应材料制成的，因此所述运动导致上部支架变形。现在，PCB的层压表面与弯曲基板的层压表面之间的接触区域要比其在层压处理的早先阶段中更大。而较大的接触区域则会导致分别在上部接触表面与下部接触表面的较大施力区域之间的较大压力区中将层压表面相互按压。在该实施例中，所述处理将会继续进行，直至压力区扩大到覆盖整个层压表面。
由于压力区是作为单个点开始并且是在层压处理过程中从该点开始扩大的，因此周围的空气不太可能被封堵在柔性PCB与弯曲基板之间，这是因为空气会随着处理的继续而被排出并远离中心。因此，根据该实施例的叠层系统有可能减少或消除在层压处理过程中导致形成气泡。此外，由于上部支架是用顺应材料制成的，因此本例示实施例可以更好地适于层压那些相对容易损坏的材料(delicate material)。
附图说明
图1A示出的是根据本发明实施例的弯曲基板和柔性材料的示例。
图1B示出的是根据本发明实施例而被层压在一起的图1A中的弯曲基板和柔性材料。
图2A和2B是显示根据本发明实施例的基板分别在y方向和x方向的曲率细节的截面图。
图3是根据本发明实施例的柔性材料部分的更详细的截面图。
图4A示出的是根据本发明实施例的传感器阵列的例示弯曲表面。
图4B示出的是根据本发明实施例的传感器阵列的例示“蝴蝶”状图案。
图4C示出的是根据本发明实施例的例示双条带传感器阵列图案。
图4D示出的是根据本发明实施例的例示三条带传感器阵列图案。
图4E示出的是根据本发明实施例的可应用于弯曲表面的“蜗牛”状图案中的例示平面传感器图案。
图5示出的是根据本发明实施例的例示叠层系统。
图6-8是示出根据本发明实施例的例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作的截面图。
图9A和9B是示出了根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作的截面图。
图10A-C是示出了根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的下部支架和上部支架的操作的截面图。
图11A和11B示出的是根据本发明实施例的另一个示例叠层系统的下部支架和上部支架的操作。
图12A-E中的每一个显示的是根据本发明的实施例在第二阶段中随不断增长的时间沿着基板的z轴获取的三个顶视图，其中示出了可以根据叠层系统的不同配置来改变压力区的不同方式。
图13A和13B示出的是根据本发明实施例的具有多轴曲率的基板和柔性材料。
图14A-D示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作。
图15示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的上部支架的操作。
图16-18示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作。
图19-21示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作。
图22示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作。
图23A-B、24A-C 以及25示出的是根据本发明实施例的可以用于帮助对准柔性材料的不同例示对准结构。
图26是示出了根据本发明实施例将印刷电路板(PCB)层压到弯曲基板的两步处理的透视图。
图27是示出了将PCB层压到弯曲基板的单步处理的透视图。
图28A-C示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作。
图29A-B示出的是根据本发明实施例的层压后的设备(post-lamination device)和处理。
图30示出的是根据本发明实施例的穿孔基板(perforatedsubstrate)。
具体实施方式
在以下关于优选实施例的描述中将会参考附图，其中附图是作为可以实践本发明的例证专用实施例来描述的。应该理解的是，在不脱离本发明实施例的范围的情况下，也可以使用其他实施例，并且可以进行结构变化。
为了清楚起见，很多附图并未显示在如下所述的层压处理中使用的粘合剂。但是应该理解，在这些处理中可以使用允许将两种材料固定在一起的粘合剂或其他方法。
本公开涉及用于将刚性或柔性材料层压到弯曲基板的设备和方法。
图1A和1B是示出了根据本发明实施例的可以层压在一起的弯曲基板101和柔性材料103的示例的透视图。特别地，图1A显示的是层压之前的基板101和柔性材料103。如所述，基板101和柔性材料103分别具有被适配成层压在一起的层压表面105和107。基板101和柔性材料103分别还具有与层压表面相对的非层压表面109和111。在该实施例中，基板101可以是沿着一条以上的轴弯曲的玻璃板，即多轴曲率(multi-axis curvature)。适合层压的其他基板可以包括塑料、陶瓷和其他材料。如图1A所示，基板101是在x轴和y轴弯曲的。在图2A和2B中提供了关于基板101的曲率的更接近视图。
图1B显示的是相应层压表面(未显示)因为层压处理而被固定在一起的基板101和柔性材料103。
图2A和2B分别是显示基板101在y方向和x方向的曲率细节的截面图。每一个轴上的曲率程度可以是相同的，也可以是不同的。在该实施例中，如附图所示，基板101沿着y轴的曲率通常大于沿着x轴的曲率。此外，基板101的曲率可以沿着轴线而改变。例如，图2A显示的是沿y轴较为接近基板101的边缘的部分201，以及沿y轴较接近基板101的中心的部分203。部分201和203被放大，以便说明部分201的曲率大于部分203的曲率。换句话说，与边缘相比，基板101在中心位置更近乎平坦。
再次参考图1A，在该实施例中，柔性材料103是基本平面的电路板。特别地，举例来说，所述电路板是通过在柔性板基板上沉积电路元件制成的，所述电路元件例如是电阻器、电容器、晶体管和/或柔性板基板上的导电迹线(例如导线)。在电路元件上可以沉积绝缘层，以便防护湿度之类的环境元素，以及提供更平滑的表面来进行层压。但是，绝缘材料的表面未必是完全平滑的。在其他实施例中，柔性材料103可以是光学透明材料，例如具有图案化的氧化铟锡(ITO)的塑料。
图3是柔性材料103的一部分的更详细截面图。图3显示了柔性板基板303上的导电迹线301，以及沉积在导电迹线301之上的绝缘层305。由于导电迹线301从柔性板基板303的表面突起，因此绝缘层305的表面在导电迹线301之上具有“峰”307，并且在导电迹线301之间具有“谷”309。由此在本实施例中作为层压表面307的表面绝缘层305并不是完全平滑的。
柔性材料103未必是连续的板，并且可以具有剪切块、裂缝或是其他那些允许柔性材料103与弯曲表面相符的特性。图4A-4E示出了不同形式的柔性材料103，例如柔性电路板和弯曲表面。
图4A示出的是根据本发明实施例的传感器阵列的例示弯曲表面。应用于所述表面内的典型柔性电路传感器阵列往往会起皱、弯曲或折断。
图4B示出的是根据本发明另一个实施例的传感器阵列的例示“蝴蝶”状图案。所述图案可以用扁平阵列来形成，并且可以在没有起皱的情况下应用于弯曲表面。
图4C示出的是根据本发明另一个实施例的例示双条带传感器阵列图案。
图4D示出的是根据本发明另一个实施例的例示三条带传感器阵列图案。图4C和4D中显示的两个图案同样可以用扁平阵列形成，并且应用于弯曲表面。
图4E示出的是根据本发明另一个实施例的可以应用于弯曲表面的“蜗牛”状图案中的例示扁平传感器图案。
图4A-4E中的上述弯曲或三维形状的传感器图案可以放置在弯曲基板的下方或上方，所述基板例如可以是玻璃或塑料盖。这些传感器图案可以在多种多点触摸设备中使用，例如在多点触摸鼠标中使用。
在另一个实施例中，在热塑料基板材料上可以形成传感器阵列，而所述材料可以通过加热来重新成形(reform)。在这种结构中，传感器阵列可以用模子覆盖，然后被加热以便形成弯曲的传感器阵列形状。作为替换，基板可以是在型腔内部真空形成的。阵列中的迹线可以例如用铜制成，所述迹线可以被做的足够柔软，以便经受这种重新成形处理。
如果将柔性材料层压到弯曲基板上，那么有可能会提出几个难题，在将所述处理应用于电子设备领域的时候尤其如此。例如，与刚性的平坦材料之间封堵气泡相比，避免在柔性材料与弯曲基板之间在层压过程中封堵气泡的难度相对较大。举例来说，在一些电子工程应用中，叠层必须满足对封堵的气泡数量和/或大小加以限制的严格质量需求。如果叠层具有过多被封堵的气泡，或者如果气泡过大，那么通常会将所述叠层制品当作次品报废，由此导致时间和金钱的损失。即使可以将用在有缺陷的叠层制品中的粘合剂返工来减少被封堵的气泡，这个重新层压的处理仍旧会导致时间损失。
此外，在一些电子设备的叠层中使用的材料有可能较易于损坏。而这限制了可以在层压过程中施加的最大压力。例如，图1A中的基板101可以是玻璃，其在压力下是很容易破碎的。同样，图1A中的柔性材料103可以是电路板，所述电路板有可能只能承受有限压力，以防止损坏其电路元件。
有鉴于上述问题，图5示出了根据本发明实施例的叠层系统500。叠层系统500包括基体503和上部507。基体503包括下部支架505。上部507包括上部支架509和控制电路511。下部支架505包括下部接触表面513，其被放置成与基板的非层压表面接触，例如图1A中的基板101的非层压表面109。上部支架509包括上部接触表面515，其被放置成与柔性材料的非层压表面接触，例如图1A中的柔性材料103的非层压表面111。下部支架505和上部支架509中的每一个都可以被安装到运动块517、519上。下部和上部运动块517、519可以向支架提供从单轴运动到全关节运动的不同类型的运动，而这取决于特定叠层系统的需求。在下文中更详细地描述了所公开的叠层系统的不同实施例。
在层压处理过程中，层压表面是用其间的粘合材料粘合在一起的。所使用的可以是不同类型的粘合剂，包括压敏粘合剂(PSA)、可重用PSA、热塑膜、热固膜、热固化液体(thermal cure liquid)(单成分或多成分)、紫外线(UV)固化液体、以及在室温固化的多成分粘合剂。所述一种或多种粘合剂可以施加于基板、柔性材料或是所有这二者。此外，所述一种或多种粘合剂可以作为一个或多个薄片和/或一个或多个液体粘合剂区域来被施加。由于使层压表面接触，因此上部接触表面515的施力区域和下部接触表面513的施力区域会施加相反的力，以便将在上部和下部施力区域之间的压力区中将基板和柔性材料压在一起。处于压力区中的基板和柔性材料部分被压在一起并用粘合材料层压。下部支架505和上部支架509之一或是这二者可以被加热，以便改善粘合剂的特性。此外，层压处理也可以在室温或室温以下进行。
如后续的例示实施例中更详细描述的那样，在这里而可以形成上部支架509和下部支架505，以使压力区可以在层压处理过程中改变。例如，在一些实施例中，压力区会在层压处理过程中在适当的位置改变。在其他实施例中，压力区会在层压处理过程中发生大小和/或形状方面的变化。在其他实施例中，压力区会在层压处理过程中发生位置以及大小/形状方面的变化。在其他实施例中，压力区的形状和位置保持相同。通过改变压力区的位置、大小、形状和/或其他方面，可以将形成封堵气泡之类的问题减至最少。
图6-8是示出了所公开的叠层系统实施例中的上部支架和下部支架的操作的截面图。参考图6，下部支架601是用玻璃或金属之类的刚性材料制成的基体夹具。下部支架601具有下部接触表面603，其形状与弯曲基板608的非层压表面605相符。上部支架609是用橡胶之类的顺应材料制成的真空夹具。上部支架609具有上部接触表面611，其中所述表面具有用于将柔性印刷电路板(PCB)615的非层压表面613保持在上部接触表面611上的恰当位置的真空孔(未显示)。因此，柔性PCB 615被迫变成上部接触表面611的形状。如图6所示，与下部接触表面603相比，上部接触表面611初始即具有较高的曲率。
图7显示的是层压处理的早先阶段中的下部支架601和上部支架609。特别地，上部支架609沿着z轴方向朝着下部支架601移动，由此造成柔性PCB 615的层压表面701最初在单个点上接触弯曲基板607的层压表面703，从而导致分别在上部接触表面611与下部接触表面603的施力区域707与709之间的压力区705中将层压表面压在一起。
随着层压处理的继续，上部支架609在z方向上朝着下部支架601进一步按压。增大的压力会导致压力区705的大小变得更大。
图8显示的是在上部支架609进一步沿着z轴朝着下部支架601移动之后，处于层压处理的结束部分的下部支架601和上部支架609。由于上部支架609是用顺应材料制成的，因此所述运动导致上部支架609变形。现在PCB 615的层压表面701与弯曲基板607的层压表面703之间的接触区域要比其在图7所示的层压处理中的早先阶段中更大。而较大的接触区域分别会导致在上部接触表面611与下部接触表面603的较大施力区域803与805之间的较大压力区801中将层压表面相互按压。在该实施例中，所述处理会继续进行，直至压力区扩大到覆盖整个层压表面701、703。
由于压力区是作为单个点开始并且是在层压处理过程中从该点开始扩大的，因此周围的空气不太可能被封堵在柔性PCB 615与弯曲基板607之间，这是因为空气会随着处理的继续而被排出并远离中心。因此，根据该实施例的叠层系统有可能减少或消除层压处理过程中的形成的气泡。此外，由于上部支架609是用顺应材料制成的，因此本例示实施例可以更好地适于层压那些相对容易损坏的材料。
图9A和9B是示出根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作的截面图。图9A和9B的系统类似于图6-8的系统。参考图9A，所述系统包括基体901，所述基体包括带有下部接触表面905的下部支架903。所述系统还包括上部压块(press)907，其具有带有上部接触表面911的上部支架909。该实施例(图9A和9B所示)与先前实施例(图6-8所示)的一个不同之处在于：在所述系统中，上部支架909是刚性夹具，而下部支架903是用橡胶之类的可变形顺应材料制成的。此外，图9A和9B所示的系统包括从下部支架903伸出的可收缩定位销(alignment pin)913，以及贯穿上部和下部支架909、903的真空孔915。
在所述系统中，通过将基板定位在真空孔915之上以及向该孔施加真空，可以将弯曲基板917固定在上部接触表面911上。柔性PCB919则通过使用贯穿下部支架903的真空孔915而被固定到下部支架。在将柔性PCB 919定位并固定到下部支架903上的时候，该可收缩定位销913会提供指引。在层压之前，该真空孔915保持柔性PCB 919在下部支架903上是弯曲的。
图9B示出的是层压处理过程中的图9A的系统。与上述实施例中一样，上部支架909沿z方向朝着下部支架903移动，使得在始于接触点991的压力区中将弯曲基板917的相应层压表面与柔性PCB919按压在一起，这是因为下部支架903的曲率高于上部支架909的曲率。由于下部支架903是用可变形顺应材料制成的，并且会在接收到增大的压力时变形，因此在继续朝着下部支架903按压上部支架909时，压力区将会扩大。随着压力区的扩大，可伸缩定位销913可以缩回，并且弯曲基板917的层压表面最终可以与PCB 919的层压表面的整个区域接触。作为替换，下部支架903可以在z轴方向上朝着上部支架909移动，以便实现相同的层压结果。
图10A-C是示出了根据本发明实施例的另一个例示叠层系统的下部支架和上部支架的操作的截面图。图10A-C的系统类似于图9A和9B中示出的系统。参考图10A，所述系统包括基体1002，所述基体包括带有下部接触表面1006的下部支架1004。底部基板1016由下部支架1004通过真空夹具(未显示)或是所述下部支架1004的机械构件(feature)来保持。所述系统还包括一个上部，例如压块1008。所述上部包括上部支架1010。在该实施例中，上部支架1010具有柔性膜片1012，其被适配成将顶部基板1014保持在预成形位置。在不同的实施例中，顶部基板1014可以由真空夹具(未显示)或上部支架1010中的其他机械构件保持。所述膜片1012可以是保形材料(例如硅橡胶)或者是液体或气体填充囊(sac)。
图10B和10C示出的是层压处理过程中的图10A的系统。参考图10B，与先前公开的实施例相似，上部支架1010朝着下部支架1004移动，以使顶部基板1014的底部表面接触并按压在底部基板1016的顶部表面上。由于下部支架1004的曲率小于上部支架1010的曲率，因此，顶部基板1014与底部基板1016之间的初始接触是在底部基板1016的顶部表面中心进行的，而这也正是上部支架1010在z方向上朝着下部支架1004移动的结果。
图10C示出的是层压处理中的下一个阶段。在顶部基板1014与底部基板1016初始接触之后，当上部支架1010继续在下部支架1004上施加压力时，顶部支架的柔性膜片1012开始变形。结果，如图10C所示，初始压力点会从底部基板1016的顶部表面的中心开始朝着底部基板1016的边缘扩大，直至顶部基板1014与底部基板1016彼此完全层压。在本实施例中，由于上部支架1010包括柔性膜片1012，因此在层压处理中，压力是在朝着底部基板1016的所有方向上均匀施加的。上部支架1010还可以由其他类型的材料制成，其中所述材料允许其在层压处理中在所有方向上均匀施加压力。下部支架1004与上部支架1010之一或是所有这二者都可以被加热，以便改善粘合剂的特性。在不同的实施例中，通过将图示系统旋转180度，可以在反向设置中应用图10A-C所示的处理，由此下部支架会处于顶部，而上部支架则处于底部。
图11A和11B示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的下部支架和上部支架的操作。在所述系统中，弯曲基板1101位于包含固定定位销1105的下部支架1103上。通过将对准孔1107经由定位销1105放置在柔性材料1109上，可以将柔性材料1109固定在下部支架1103上。图11A示出的是层压操作的第一个阶段，其中上部支架1111沿z轴朝着下部支架1103移动。上部支架1111通过万向节(gimbal)1113之类的运动咬合架(motion articulator)被安装到图5的上部运动块519上(其他咬合架可以包括球接头、铰链或其他机械联动装置)，以便提供包括沿着多个轴的平移和旋转运动在内的关节运动。当上部支架1111接近下部支架1103时，上部支架1111的引导部分(leading portion)1115将会接触柔性材料1109的第一区域1117，并且将所述区域1117推向基板1101。在不同的实施例中，引导部分1115与柔性材料中的第一区域1117的初始接触可以处于不同角度。上部支架1111继续沿着z轴移动，直至引导部分1115使柔性材料的第一区域1117接触基板1101的第一区域1119，从而创建一个压力区(未显示)。
图11B示出的是层压操作的第二阶段。第二阶段是在柔性材料1109的第一区域1117接触基板1101的第一区域1109之后开始的。在第二阶段中，当上部支架1111沿着z轴朝着下部支架1103移动时，上部支架1111将会围绕y轴旋转，直至上部支架1111的顶部平坦表面1110平行于下部支架的底部平坦表面1120。所述第二阶段运动使压力区1121的大小、形状和/或位置发生变化。压力区1121如何变化可以取决于若干个因素，例如上部和下部支架1111、1103的形状和刚性、在操作过程中通过万向节1113施加的力/运动的类型和量、以及其他因素。
图12A-E中的每一个都显示的是在第二阶段中随着逐步增加的时间沿着z轴获取的三个顶视图，以便示出压力区1121根据现在描述的不同配置来展开的不同方式。在这些附图中，阴影区域代表的是压力区1121。这些视图是在时间t＝0(第二阶段开端，第一区域1117与第一区域1119初始接触)，t＝1(大约是在第二阶段的中间)，以及t＝2(大约是第二阶段的末尾)获取的。
参考图12A，如果这两个支架用刚性材料制成并具有恒定的单轴曲率(即图11A和11B所示的圆柱曲率)，上部支架1111的曲率大于下部支架1103的曲率，并且通过万向节来施加一个均匀的力，以使上部支架1111碾过下部支架1103，以及在第二阶段中施加一个恒定的压力，那么压力区1121的大小和形状将会保持基本恒定，但是如图12A所示，压力区1121的位置会沿着层压表面移动。
参考图12B，如果该配置与图12A中相同，但是上部支架1111的曲率与下部支架1103的曲率相同，那么压力区1121的大小将会增大，但是其形状类型会大致保持为矩形。如所示，在该实施例中，矩形形状的长宽比将会改变。如图12B所示，矩形一边1210的位置将会保持基本固定，而对边1212的位置则会进一步远离。
参考图12C，所述叠层系统的配置与图12A中相同，但是一个或所有的两个支架是用顺应材料制成的，并且沿z轴朝着下部支架1103施加的力会在第二阶段的前半部分通过万向节1113恒定增大，而在第二阶段的后半部分则会恒定减小。结果，压力区1121的大小会在第二阶段的前半部分增大，并且会在第二阶段的后半部分减小，压力区1121的形状保持为矩形，但是长宽比将会改变，并且其位置会沿着层压表面移动，如图12C所示。
参考图12D，这里使用的叠层系统的配置与图12A中相同，但是所有的两个支架都具有恒定的多轴曲率(例如沿着图13A和13B所示的x轴和y轴的曲率)，以及上部支架1111在所有的两个轴上都具有大于下部支架1101的曲率。结果，压力区1121的大小和形状在整个第二阶段中保持大体恒定，并且压力区1121的位置可以改变，如图12D所示。
在图12D中可以清楚看出，在上部支架1111的单次行程中，层压表面的整个区域未必都会暴露于压力区1121。这一点不同于在单次行程中覆盖整个层压表面的图12A-12C的配置。因此，较为理想的是通过附加运动来驱动上部支架1111，以便覆盖整个层压表面。例如，万向节1113可以提供围绕x轴的附加旋转运动，以便将上部支架1111滚动到一边，以及然后提供基本上与先前运动相反的运动，从而导致产生图12E所示的压力区变化。
在如上所述的所有配置中，基板曲率并不局限于单轴(圆柱曲率)。这其中的任何配置都可以支持任意的多轴曲率。图13A显示的是图11A的叠层系统的变体。如所示，上部支架1302和下部支架1308都具有接触表面1310、1312，并且这些接触表面具有多轴曲率。在不同的实施例中，上部接触表面1310的曲率既可以与下部接触表面1312的曲率相同，也可以不与之相同。如图13B所示，弯曲基板1306被固定到下部支架1308，并且基本上与下部支架1308的下部接触表面1312的曲率相适配。同样，柔性材料1304可以与上部支架1302的上部接触表面1310的曲率相符。
图14A-D示出的是根据本发明另一个实施例的边对边层压处理中的下部支架和上部支架的操作。该实施例共享图10A-C和图11A-B中示出的实施例的一些特征。参考图14A，所述系统包括基体1402，所述基体包括具有下部接触表面1406的下部支架1404。底部基板1416由下部支架1404通过真空夹具(未显示)或是所述下部支架1404的机械构件来保持。所述系统还包括一个上部，例如压块1408。所述上部附着了一个上部支架1410。在该实施例中，上部支架1410具有柔性膜片1412，其被适配成将顶部基板1414保持在预成形位置。在不同的实施例中，顶部基板1414可以由真空夹具(未显示)或上部支架1410的其他机械构件来保持。所述膜片1412可以是保形材料(例如硅橡胶)或是液体或气体填充囊。如图14A所示，在开始层压处理之前，压块/上部支架1408、1410和基体/下部支架1402、1406是像一本打开的书一样定位的，其中压块/上部支架1408、1410是“书的封面”，以及基体/下部支架1402、1406是书的剩余部分。压块1408和基体1402既可以相互接触，也可以不相互接触。顶部基板1414和底部基板1416都保持在其相应支架1410、1404之上。压块1408的左边缘与基体1402的右边缘大致对准，使得当上部支架1410围绕y轴逆时针旋转时，上部基板1414可以与底部基板1416接触，并且层压到底部基板1416。
参考图14B，当上部围绕y轴旋转时，上部基板1414的第一部分1420在最初会与底部基板1416的第一部分1422接触。压力区(未显示)是在上部基板1414的第一部分1420与底部基板1416的第一部分1422之间的初始接触点形成的。在初始接触之后，上部继续围绕y轴旋转，使压力区的大小、形状和/或位置改变。压力区如何变化可以取决于若干因素，例如上部和下部支架的形状和刚性、压块在操作过程中施加的力/运动的类型和量以及其他因素。在不同的实施例中，如图12A-12E所示，压力区可以改变。
图14C示出的是边对边层压处理大约处于中间点的阶段，其中压块1408和基体1402彼此基本平行，并且上部支架1410与下部支架1404的中心区接触并向其施加压力。由于上部基板1414的第一部分1420与底部基板1416的第一部分1422之间的粘合力高于上部支架1410与上部基板1414之间的保持力，因此图14B中的上部基板1414的第一区域1420现在会与上部支架1410分离，并且层压到底部基板的第一区域1422。
图14D示出的是边对边层压处理的最终阶段。如所示，上部从其在14C中的位置开始继续围绕y轴旋转。上部基板1414的中心部分现在与上部支架分离，并且层压到底部基板1416的中心部分。压力区移动超过下部支架1404的中心，并且到达下部支架1410的另一边。由此允许上部基板1414完全层压到底部基板1422。在该实施例中，压力是通过形成膜片的材料的特性而被均匀地施加在所有方向上的。
图14A-D的系统可以翻转，并且可以在相反的方向上重复进行上述边对边层压处理，以便确保基板被完全层压并去除残留在基板之间的任何气泡。
图15示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的上部支架的操作。在所述系统中，上部支架1501基本上是圆柱形的，并且是用橡胶之类的顺应材料制成的。为了清楚起见，在这里没有示出下部支架。图15还显示了通过夹钳1505而被保持在一端的柔性材料1503。在一些实施例中，柔性材料1503可以包括被夹钳保持的可分离调整片(tab)。在层压操作过程中，上部支架1501碾过柔性材料1503的非层压表面1509，以便将柔性材料1503和多轴弯曲基板1509按压在一起。当上部支架1501碾过柔性材料1503时，所述上部支架1501将会变形，从而与基板1509的形状相符。在层压处理过程中，举例来说，夹钳1505可以保持柔性材料1503的固定部分，例如边缘部分或可分离调整片。在另一个实施例中，夹钳1505可以沿着柔性材料1503的表面滑动，同时提供足够阻力来减小柔性材料1503中的未附着部分的松弛度。
图16-18示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的下部支架和上部支架的操作。参考图16，所述系统包括上部支架1601和下部支架1603，并且这些支架基本上是可以围绕一个轴旋转的筒形轮。应该指出的是，这其中的一个或所有的两个轮的直径可以基于基板1605的曲率进行选择。每个支架都是用顺应材料制成的，例如橡胶、泡沫、用柔性气体或流体填充的囊袋等等。弯曲基板1605和柔性材料1607是在支架1601、1603反向旋转的时候馈送的，以便抓住基板1605和柔性材料1607，并且将其拖动到上部支架1601与下部支架1603之间的工作区1609。在工作区1609，上部支架1601和下部支架1603分别在柔性材料1607和弯曲基板1605上施加相反的力，由此形成进行层压的压力区1611。柔性材料1607中处于所述工作区的部分被迫与上部支架1601相符合，作为施加力的结果，柔性材料1607与弯曲基板1605之间的任何气泡都会被挤出。
图17示出的是工作区1609的更详细视图。特别地，图17分别显示了柔性材料1701和基板1703的相反施力区域1701和1703。在图17中可以看出，可以使压力区1611具有较小的尺寸，这样做可以允许在压力区1611中施加较大压力，同时减少破坏层压材料的概率。如果层压材料易于损坏，例如在弯曲基板1605是由玻璃制成的情况下，那么这种处理会是非常有用的。图18是示出了上部支架1601和下部支架1603的滚动表面1801和1803可以变形并且可以沿y轴与层压材料的形状相符的前视图。
图19-21示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的下部支架和上部支架的操作。参考图19，所述系统包括用中空的可扩大袋囊或气球制成的上部支架1901，以及作为刚性基体的下部支架1903。弯曲基板1905位于下部支架1903之上，并且所述基板的非层压表面与下部支架1903接触。柔性材料1907位于弯曲基板1905之上，并且其非层压表面暴露于上部支架1901。在这里将一个泵(未显示)与上部支架1901相耦合，以便向上部支架1901以及从上部支架1901抽吸空气，使得可以扩大和抽缩上部支架1901。
图20显示的是图19的系统中的层压处理的开端。未膨胀的上部支架1901沿z轴朝着下部支架1903移动，直至上部支架1901的表面逐渐接触(pitch contact)到柔性材料1907的非层压表面。一旦发生接触，则上部支架1901停止在z轴上移动。与上部支架耦合的泵(未显示)接通以通过向上部支架1901泵入空气来使上部支架1901膨胀。如图21所示，上部支架1901的形状会随着其膨胀而改变，使得首先在第一接触点形成压力区，然后在基本上是径向的方向上朝着柔性材料1907的周边向外扩张。这样做可以将空气从中心强加到叠层的周边，有助于消除压力区内部和/或周围的气泡。
图22示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的下部支架和上部支架的操作。图22所示的系统与图19-21所示的系统相似。但是，在移动到与柔性材料1907接触之前，上部支架1901会用气体或液体膨胀。一旦上部支架1901膨胀，则通过将其减小来与柔性材料1907接触。所述运动会在接触之后持续向下进行，由此导致上部支架1901变形并创建一个大小会从初始接触点沿着径向朝着周边向外增大的压力区。应该注意的是，当上部支架1901向下移动与柔性材料1907接触时，这时既可以将空气或气体泵入上部支架1901或是从中抽出空气或气体，也可以不这样做。换句话说，在移动并与柔性材料1907接触的同时，上部支架1901的膨胀度是可以增大或减小的。
图23A-B、24A-C以及25示出的是在将柔性材料2301置于弯曲基板2303上的时候，用于帮助对准柔性材料2301的不同例示对准结构。图23A-B是显示柔性材料2301的透视图，其中所述柔性材料是结合用于对准的脱落调整片(break off tab)2305形成的。在该实施例中，脱落调整片2305从柔性材料2301的周边伸出，并且具有可以安装在定位销(未显示)之上的孔，以便帮助进行对准。在另一个实施例中，通过将孔与点或X之类的基准标记(未显示)相匹配，可以在视觉上使用脱落调整片2305的孔来对准柔性材料2301。
图24A-C显示的是柔性材料2301中的对准孔，其中该孔允许使用基板2303上的基准而在视觉上对准柔性材料2301。图24A和24B显示了柔性材料的两个不同全景，以及图24C显示了与基板2303上的基准2402对准的孔2401的放大视图。
图25显示了对准孔的另一个布局。如所示，柔性材料2301中的对准孔2501是柔性材料2301的对端。
图26是示出了用于将PCB 2605层压到弯曲基板2607以及随后将加强材(stiffener)层压到PCB背部的两步处理的透视图。首先，对准孔2601被放置在定位销2603上，以便将PCB 2605与玻璃的弯曲基板2607对准。通过使用真空孔(未显示)，所述基板2607被保持在靠着基体2609的位置。在层压处理的第一个步骤中，上部支架2611沿着z轴在朝着基体2609的方向上移动。在与PCB 2605接触之后，上部支架2611继续朝着基体2609移动。所述移动使PCB 2605脱离调整片2613，并且层压到基板2607上。
在层压处理的第二个步骤中，在暴露的PCB 2605的表面上放置加强材(未显示)，并且上部支架2611向下按压该加强材，以便将其层压到PCB/玻璃叠层上。该加强材可以是曲率与基板2607的曲率相匹配的刚性材料。
图27是示出了用于将PCB 2705层压到玻璃的弯曲基板2707并且同时将加强材2709层压到PCB背部的单步处理的透视图。与图26所示的实施例一样，对准孔2701被放置在定位销2703之上，以便将PCB 2705与玻璃的弯曲基板2707对准。通过使用真空孔(未显示)，所述基板2707被保持在靠着基体2711的位置。在该系统中，举例来说，加强材2709是通过真空孔(未显示)而被保持在上部支架2713上的。在一个例示实施例中，加强材2709可以装配到上部支架2713的负剪切块(negative cutoff)中。因此，当上部支架2713朝着基体2711向下移动并且上部支架将PCB 2705与基板2707按在一起时，所述上部支架2713还会将加强材2709与PCB 2705按在一起。由此，只需要一个步骤(即单次按压和释放运动)即可形成基板2707、PCB2705和加强材2713的三层叠层。
图28A-C示出的是根据本发明实施例的另一个例示叠层系统中的下部支架和上部支架的操作。特别地，图28是使用了前述实施例的不同特征、配置和处理的众多可能组合方法的一个示例。例如，图28的系统组合了图6-8的系统的某些方面(例如刚性下部支架、具有真空孔的上部支架、沿着z轴降低上部支架以与下部支架的中心先行接触)以及图11、12和13A的系统某些方面(例如刚性上部支架、上部支架在y轴的滚转运动)。
参考图28A，具有真空孔(未显示)且保持柔性材料2803的上部支架2801沿着z轴下降，以便在中心接触点接触刚性弯曲基板2805。最初，在中心接触点形成压力区2807，然后通过应用上部支架2801的滚转运动来使该压力区沿着层压表面移动。接下来，如图28B所示，当在一个方向上应用滚动运动时，处于相反方向的柔性材料2803的一端2809开始皱折和/或与上部支架2801分离。最终，如图28C所示，上部支架2801在相反的方向上滚动，由此经由柔性材料2803的皱折部分2809来移动压力区2807，从而完成层压。
通过组合实施例的不同方面，可以用很多不同的方式来改变造成层压压力区，从而实现相同的层压结果。
图29A-B示出的是根据本发明实施例的层压后(post-lamination)的设备和处理。参考图29A，显示了一个例示的微珠(microbead)表面2900。所述微珠表面2900包括放置有多个弹簧2903的主体2901。弹簧2903与微珠2905相耦合，以便向每个微珠施加一个向外的力(如图29A的箭头所示)。弹簧2903的这个向外的力是由多个轴环(未显示)来补偿的，这些轴环将微珠2900保持在主体2901的内部，同时允许一部分微珠2905从主体2901中伸出。因此，每个微珠2905的伸出部分都可以施加一个力，这个力与其对应的弹簧2903的弹簧常数成比例。
图29B示出的是一个层压后的处理，其中微珠表面2950在叠层2907的表面上缓慢行进。所述运动可以是自动或手动的。在这个示例中，叠层2907的表面具有峰2909和谷2911，其中举例来说，所述峰和谷是由底部的导电迹线(未显示)产生的。当微珠表面2900移经该表面时，这些微珠有可能向下伸入到谷2911中，并且将气泡2913推送到叠层2907的周边，由此防止将气泡封堵在叠层2907中。特别地，举例来说，在这里可以形成微珠表面2900，以使微珠2905的大小、微珠2905之间的距离和/或微珠伸出所产生的图案与底部的导电迹线图案相符，从而增加层压后的处理的效率。在一个实施例中，微珠2905的大小是1mm到5mm，其间隔是4mm到10mm。
图30示出的是包含穿孔(perforation)3203的基板3201。处于基板3021和柔性材料3202中任何一个或是所有这二者的穿孔有助于让气泡漏出。
在阅读了这里的公开之后，本领域技术人员很容易理解，通过调整所述叠层系统配置的不同方面，可以在层压处理过程中在压力区中产生很多不同的变化。这些配置方面包括但不局限于上部和下部支架的大小和形状、支架中使用的材料、所使用的粘合剂、将要层压在一起的材料、不同的旋转运动例如滚动、倾斜和侧滑(yaw)，以及沿着不同的轴的不同平移运动，使用多次相同的操作，以及层压后的处理。此外，对于使用了刚性下部支架和刚性上部支架的前述处理来说，这其中的任一处理都可以用于将刚性材料层压到刚性的弯曲基板。换句话说，在这些例示实施例以及本领域技术人员很容易认知的其他实施例中，层压到刚性弯曲基板的材料未必是柔性的，它也可以是刚性的。
此外，前述处理中的任何一个都可以在真空室或环境压力中应用。在未被显性列举为顺应的任何支架上可以添加顺应或支持弹簧的层，尤其是将其作为一种将所施加的力均匀分布到基板上的方法。此外，除了z轴之外，对其他的轴的对准所进行的调整(横向维度x和y，以及侧滑、倾斜和滚动)都可以添加到下部和上部支架之一或是这二者，这样做是很有助于进行对准的。在前述任一方法的层压之后都可以进行高压处理，其中单个部件可以放置或者不放置在真空袋中，以便提高粘合质量并且减少封堵的气泡。此外，图中所示的定位销并不代表对准构件的所有可能的位置或配置。在前述处理中，基准点和光学辅助对准同样是得到支持的。
虽然在这里参考附图对本发明的实施例进行了全面描述，但是应该指出，对本领域技术人员来说，各种变更和修改都是显而易见的。这些变更和修改应该被理解成是包含在附加权利要求定义的本发明实施例的范围以内。

Claims (25)

1.一种用于将柔性材料表面层压到刚性弯曲材料表面的方法，所述方法包括：
利用支架将柔性材料表面区域按压到刚性弯曲材料表面中，以便创建接触区域，同时使柔性材料与所述支架相符合，所述支架的曲率大于刚性弯曲材料表面的曲率；以及
改变柔性材料表面与刚性弯曲材料表面之间的接触区域，同时保持所述接触区域上的压力，直至柔性材料表面和刚性弯曲材料表面被层压在一起，包括：
利用夹钳，在所述柔性材料的不同于其上保持有压力的接触区域的区域处保持所述柔性材料的一部分；以及
沿着所述柔性材料的表面滑动所述夹钳，以将所述柔性材料的表面层压到所述刚性弯曲材料表面。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使柔性材料与支架的弯曲表面相符合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中刚性弯曲材料在多个轴上被弯曲。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在接触区域上均匀施加压力。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：最初在刚性弯曲材料表面的中心建立接触区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其中改变接触区域包括：
通过在接触区域中增大柔性区域与刚性弯曲材料之间的压力来使接触区域朝着刚性弯曲材料表面的边缘扩展。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：最初在刚性弯曲材料表面的第一边缘建立接触区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中改变接触区域包括：
响应于支架的相应移动，将接触区域从刚性弯曲材料表面的第一边缘移动到第二边缘。
9.根据权利要求1所述的方法，其中改变接触区域包括：
改变接触区域的形状。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用粘合剂来层压柔性材料和刚性弯曲材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述粘合剂是从包含下列各项的群组中选出的：压敏粘合剂PSA、可重用PSA、热塑膜、热固膜、热固化液体、UV固化液体、以及多成分粘合剂。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：加热柔性材料和刚性弯曲材料中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的方法，其中支架通过抽吸真空孔来保持柔性材料。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：挤出在接触区域移动时在柔性材料与刚性弯曲材料之间形成的气泡。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：在基体中使刚性弯曲材料相符合。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括：在支架的可收缩定位销上将柔性材料与支架对准。
17.根据权利要求1所述的方法，其中支架是用顺应材料制成的。
18.根据权利要求1所述的方法，其中改变接触区域包括：改变施加到柔性材料和刚性弯曲材料上的力的量。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括：将加强材层压到柔性材料上。
20.根据权利要求1所述的方法，其中改变接触区域包括：
响应于支架的滚动运动，将接触区域从刚性弯曲材料表面的第一区域移动到刚性弯曲材料表面的第二区域。
21.根据权利要求1所述的方法，还包括：使微珠表面在柔性材料表面上行进，以便移除层压的柔性材料与刚性弯曲材料之间的气泡。
22.一种用于将柔性材料表面层压到刚性弯曲材料表面的方法，包括：
在柔性材料表面区域与刚性弯曲材料表面区域之间形成压力区，所述压力区包含的区域小于柔性材料表面的整个区域；以及
改变压力区的大小、压力区的形状以及压力区的位置中的至少一项，以便将柔性材料表面与刚性弯曲材料表面的附加区域层压在一起，包括：
利用夹钳，在所述柔性材料的不同于压力区的区域处保持所述柔性材料的一部分；以及
沿着所述柔性材料的表面滑动所述夹钳，以将所述柔性材料的表面层压到所述刚性弯曲材料表面。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：在压力区中均匀地施加压力。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括：最初在刚性弯曲材料表面的中心建立压力区。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括：最初在刚性弯曲材料表面的第一边缘建立压力区。
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