CN102356181B - 在载体上提供导电材料结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在载体上提供导电材料结构的方法包括以下步骤：在所述载体上施敷(24)光敏材料；在所述光敏材料上施加(28)掩模，所述掩模限定待形成在所述载体上的导电材料结构；照射(32)在所述载体上的所述被限定结构，以准备金属化；以及金属化(36)所述被限定结构以形成所述导电材料结构(13)。

Description

在载体上提供导电材料结构的方法

技术领域

本发明涉及在载体上提供诸如限定导体和/或辐射体的结构的导电材料结构。 

背景技术

已知在诸如电路板的载体上提供导电结构。但是，还存在着在诸如蜂窝电话的电子设备的柔性膜、底架、盖、壳体或中间层上提供这样的结构的需要。在一些情况中，该结构用于充当辐射体或天线。当导电结构被如此地设置时，对该结构进行良好的限定是很重要的，否则辐射特性可能比预期的差。 

存在着一些在如由硅或塑料基板制成的载体的载体上提供导电结构的方式。 

导电结构可以得到应用的一种方式是通过使用激光直接成型(LDS：Laser Direct Structuring)，在LDS中，利用激光照射掺杂有像铜那样的导电材料的颗粒的塑料材料。激光接着使金属出现在塑料材料的表面上。这使得能够提供良好限定的结构。但是，激光器是非常昂贵的设备。 

在WO 0035259中描述了使用LDS的一个示例，在该示例中，在不导电的基板上制造精细的金属导体结构。根据该文献，不导电的重金属配合物被施加到基板或被引入基板中，该基板随之在要制造导体结构的区域中选择性地受到紫外线激光照射。结果，重金属种子被释放并且该区域通过化学还原而金属化。 

另一示例是通过二次注模成型法。在该方法中，使用两个注模成型工具中的两种聚合物执行成型，其中一种聚合物可以金属化，而另一种不能。这样的工具是昂贵的，并且因此不希望太频繁地改变结构。该方式制造的载体更厚，将这样的载体用于在尺寸方面常常有很严格的限制的诸如蜂窝电话的小型便携式电子通信设备中是不利的。 

因此，存在着对使用光敏材料在载体上提供良好限定的导电材料结构的另选方式的需要。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种使用光敏材料在载体上提供良好限定的导电材料结构的方法，不管所使用的光源的准确性如何，该方法都可以获得良好限定的导电材料结构。 

本发明基于这样的实现：可以在设置在载体上的光敏材料上应用限定了导电材料结构的掩模。按照该方式，可以使用精度较低并因此更经济的光源来激活光敏材料以使限定的结构金属化。 

根据本发明的第一方面，提供了如权利要求1所述的方法。 

在附属权利要求中限定更多的优选实施方式。 

本发明提出一种在载体上提供导电材料结构的方法，其中，通过在载体上施加光敏材料、在光敏材料上应用限定要在载体上形成的导电材料结构的掩模、照射载体上的被限定结构以便于为金属化做准备以及使被限定的结构金属化以形成导电材料结构，解决了不管所使用的光源的准确性如何都能获得良好限定的导电材料结构的问题。 

附图说明

现在参照附图通过示例来描述本发明，在附图中： 

图1示出了充当用于要形成的导电材料结构的基板的载体的顶视图； 

图2示出了被印刷了光敏材料层的载体的顶视图； 

图3示出了在光敏材料层上印刷了掩模的载体的顶视图； 

图4示出了在利用UV光照射露出的光敏材料后具有掩模的载体的顶视图； 

图5示出了去除残余后具有保留的光敏材料的载体的顶视图； 

图6示出了在用于形成导电材料结构的保留的光敏材料金属化以后的载体的顶视图； 

图7示出了导电材料结构被环境保护层覆盖时的载体的顶视图； 

图8示出了被覆盖的材料结构的顶视图，其中，该材料结构的接触区域已经接收了电接触增强材料； 

图9示出了图1中的载体的侧视图； 

图10示出了图2中的载体的侧视图； 

图11示出了图3中的载体的侧视图； 

图12示出了图4中的载体的侧视图； 

图13示出了图5中的载体的侧视图； 

图14示出了图6中的载体的侧视图； 

图15示出了图7中的载体的侧视图； 

图16示出了图8中的载体的侧视图；以及 

图17示出了在本发明的方法中的多个方法步骤的流程图。 

具体实施方式

下面，将详细地描述用于在载体上提供导电材料结构的方法的优选实施方式。在描述中，为了说明而非限制的目的，阐述了诸如特定的应用、技术等具体的细节以提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员明显的是，可以在背离这些具体细节的其他实施方式中利用本发明。在其他情况下，略去了对公知的方法、设备和电路的详细描述，从而不会由于不必要的细节而使本发明的描述模糊。 

本发明总体上致力于在载体上提供材料结构，即，能够传导电流的材料结构。这样的结构可以是设置电子设备的电路板、柔性膜、底架、盖、壳体或中间层上的导体或天线辐射体迹线。可以设置这样的具有导电材料结构的载体的电子设备可以是诸如便携式电子设备的物品，例如游戏机或电子记事簿。这样的便携式电子装置还可以是诸如蜂窝电话的便携式通信设备、膝上型或台式计算机。 

通常，这样的具有导电材料结构的载体被提供为安装实体，其作为一整体被安装在一件电子设备中。本发明的导电材料结构则可以提供在该实体的外部，例如安装在该实体的表面上。这就意味着在这种情况下，载体将成为这样的安装实体的外表面。 

在载体上制造导电材料结构的传统方式通常涉及如激光器那样的精密光源的使用或者取决于注模成型工具设备。这两个方法都涉及相当大的成本。在二次注模成型中使用的两个成型工具中的两种不同的聚合物的使用还提供了相当厚的载体，如果将该载体设置在诸如蜂窝电话的薄的便携式无线电通信设备内，则是不利的。 

因此本发明致力于在载体上提供导电材料结构的另选方法，不管所使用的光源的精确性如何，该方法都获得了良好限定的材料结构。 

下面将利用辐射体结构(即，天线元件的结构和形状)来例示要在载体上提供的材料结构。示出的示例性辐射体结构因此是平面倒F形多频带天线(多频带PIPA)。必须强调，示出的辐射体结构仅是示例性的，并且本发明可以在任何辐射体结构上使用。导电材料结构还可以包括一个以上的天线。导电材料结构实际上根本不限于天线，而可以是提供在载体上的任何导电材料结构。例如，导电材料结构可以是在印刷电路板(PCB)上提供的导体和组件接触点，即PCB的布局。这样的结构可以是在印刷电路板(PCB)或柔性膜的形式的载体上提供的导体结构。在这些情况下，该结构通常是提供在载体的平坦表面上的二维结构。

但是，应该明白，本发明不限于这些类型的载体。载体可以具有三维尺寸，即它可以在三个维度上延伸。这里，三维导电材料结构可以提供在载体的弯曲表面上或提供在载体的彼此之间具有角度(例如，90度的例示角度)地设置的两个平坦表面上。这样的表面或多个表面可以是安装实体的外部或外部的一部分，例如底架。 

现在将参照全部附图更详细地描述本发明的方法，其中图1至图16示出了该方法中的各个工艺步骤期间的载体，并且图17示出了概述当在载体上制造导电材料结构时在本发明的一个实施方式中进行的多个方法步骤的流程图。 

根据本发明，存在载体10，在图1的顶视图和图9的侧视图中示出了载体10。载体10可以被提供为基于硅或者由塑料制成的电介质基板10的形式。在步骤24，该方法通过在载体10上施敷光敏材料12而开始。光敏感材料11可以覆盖载体10的全部或仅覆盖一部分。重要的是，光敏材料覆盖在载体10的要提供辐射体结构的区域上。在本实施方式中，光敏材料层11是水溶性的，并且通过在载体10上印刷光敏材料而施敷。应该认识到，光敏材料不限于可在水中溶解，而且也可以在其他液体中溶解。光敏材料实际上可以是根本不可溶解的。然而重要的是，可以去除未激活的光敏材料，这与允许这种去除的特性无关。根据载体的形状，这里使用丝网印刷或移印是有利的。但是，可以按照其他方式来施敷光敏材料。例如，可以喷涂光敏材料或者将载体浸在光敏材料中。这里，光敏材料通常包括聚合物，并且还可能包括反应物。在图2和图10中示意性地示出被施敷了光敏材料11的载体。在施敷光敏材料后，接着在步骤26使光敏材料变干燥。根据后续步骤是否可以使用潮湿的光敏材料来执行，这个干燥步骤是可选的。 

当该步骤完成时，在光敏材料上施加掩模12。这里，掩模可以是化学掩模，例如被喷射在光敏材料上。还可以使用各种类型的印刷方法，例如喷墨印刷、丝网印刷或移印。这里，印刷有利地是移印。另选地，还可以使用机械掩模。 

在将结构提供在弯曲的载体表面上的情况下，移印的使用是特别有利的，这是因为移印使用板，该板根据板上的期望结构来接收材料，然后板被压到可以具有任何形状的表面上。这里，板使它的形状适合于载体的形状，这意味着导电材料结构可以提供在弯曲的载体表面上。这样的姿势在任何需要保持小尺寸的便携式电子设备中可以是有利的。因此，这意味着可以更加有效地使用如蜂窝电话的装置的内部中的容积。另选地，丝网印刷也可以起作用，在丝网印刷中，可以翻转载体以在载体的不同面上进行印刷。 

而且，在本实施方式中，在步骤28，通过在光敏材料11上选择性地印刷掩模12而施加掩模12，这是为了限定希望的辐射体结构。这里，为了便于施加和以后去除，掩模12可以是水溶性的。应该认识到，掩模12不限于可在水中溶解，而且也可以在其他液体中溶解。掩模12实际上可以根本不可溶解。然而重要的是，可以去除掩模，这与允许这种去除的特性无关。在图3和图11中示意性地示出了具有光敏材料11和掩模12的载体10。在本实施方式中，掩模12被施加为使得露出了要提供辐射体结构的区域。在本实施方式中，在载体10的将出现实际的辐射体结构的部分上不设置掩模12。因而，掩模12具有与光敏材料交迭的图案，并且该图案限定了掩模材料中的空隙，这些空隙又限定了辐射体结构。掩模12也可以被视为限定了要提供的导电材料结构的边缘。按照这种方式，掩模12因此限定了要形成在载体10上的导电材料结构。这里，掩模具有激活波长滤波器特性，即，掩模过滤掉处于光敏材料的激活波长的光，并且掩模可以由PVA(聚乙烯醇)或类似材料制成。在本实施方式中，激活波长位于UV(紫外线)范围内，因此掩模具有UV滤波特性。然后，在步骤30，使掩模变干燥。并且，根据以后的步骤是针对潮湿的光敏材料还是针对干燥的掩模材料提供，该步骤是可选的。 

这里，应该认识到，也可以使用另一种掩模技术，诸如将掩模放置在要接收辐射体结构的区域上并且接着从非掩模区域去除光敏材料。随后，去除掩模以露出光敏材料。然后，根据要接收的导电材料结构，塑造余下的光敏材料。 

当存在按照被塑造成期望的导电材料结构的图案而露出的光敏材料时，在步骤32，利用包括激活波长的灯照射该材料以进行激活，这可以使用UV灯、UV激光器或具有适当波长的其他适当的UV源进行。波长例如可以是在200到1000nm、500到1000nm的范围中或者甚至在266或355nm附近。在进行激活时，照射使反应物将光敏材料的聚合物粘接到载体。这样的反应物可以已经是光敏材料的一部分。另选地，可以在反应物添加步骤中添加反应物，该步骤可以在光敏材料的施敷和对该材料的照射之间的任何时间执行。此外，聚合物具有纤维束，用于形成结构的导电材料附接到纤维束。进行激活可能还需要使用激活金属材料，激活金属材料可以提供在溶液中，例如可以通过将载体浸入溶液中而添加的钯的溶液。这里，激活材料有助于将导电材料接合到纤维束。在图4和图12中示出了光敏材料11的激活状态。 

在照射之后，是可选的步骤34，去除残留或剩余材料，即，去除掩模和未激活的光敏材料。这可以通过漂洗、机械刷洗涤或其他适当的洗涤技术来完成。在图5和图13中示出了进行完这种去除之后的载体。 

然后，在步骤36，通过金属化被照射和激活的区域而形成辐射体结构。因此，该结构被金属化以形成导电材料结构。金属化可以通过镀像铜那样的金属来进行。其他可能的材料是镍、银或钯。应该认识到，镀层可以通过化学镀或电解镀来进行。图6和图14示出了载体10上如此形成的辐射体结构13。在任何情况下，由于聚合物被粘接到载体，因此被施敷到纤维束的导电材料将保留在载体上。 

结构13包括至少一个接触区，即，用于将该结构连接到另一个实体(诸如导体、电路、电路板、组件等)的区域。由于根据本示例的结构是PIFA，因此在该结构13上提供了两个这样的区域14和16。当然，对于其他类型的导电材料结构来说，可以存在更多或更少的这种区域。在PIFA的情况下，其中一个这样的区域14是用于与无线电路相连的信号连接区域，并且另一个区域16是用于与接地电势相连的接地连接区域。到无线电路的连接和到接地电势的连接可以都经由与载体10分开提供的电路板来提供。 

如此形成的结构可以是最终结构。但是，在此情况下，问题是诸如腐蚀和潮湿的环境不可测因素。因此，导电材料结构可能需要环境保护层或环境保护罩来保护它不受到环境影响(诸如保护它免于空气、灰尘和/或水的影响)。在上述接触区域中还可能需要接触增强材料，在接触区域中，这样的接触增强材料可以用于在与诸如电子装置中的组件和电路的其他实体进行连接时降低接触电阻。环境保护层和接触增强材料可以使用常规技术和方法来提供。提供这种保护层和接触增强材料的常规方式是通过向整个导电材料结构提供接触增强材料并在此之后以保护层来覆盖导电材料结构。这样做的缺点在于使用了过量的接触增强材料。这可能是很昂贵的，特别是在所使用的接触增强材料是金的情况下。

为了避免这样的浪费，在步骤38，根据本发明，除了一组区域以外，辐射体结构可以被环境保护层或保护罩18覆盖，这些区域包括至少一个接触区域，并且在这里，包括两个接触区域14和16。在图7和图15中示出了具有保护罩的辐射体结构。这里，该保护罩18还被提供到该导电材料结构13的背向载体10的一面上。这意味着保护层被提供在该结构的要进行绝缘的部分上，而不被提供在要被用于接触其他装置或用于执行其他动作的区域(如测试用的探测区域)。这里，例如使用喷墨印刷、丝网印刷或移印印刷，可以喷涂或印刷保护性材料掩模。 

在本实施方式中，除了接触区域以外，保护层18被印刷在辐射体13上。这里，使用移印进行印刷更有利。这里，材料可以是塑料。在一些情况下，材料还可以是诸如金、银或镍的不容易腐蚀的金属。材料还可以是金和镍的组合。由于成本原因，像塑料那样的电绝缘材料可以有利的。这种材料可以是丙烯酸清漆或聚酯。这里，掩模被选择为使得掩模可以保护它下面的结构免受诸如腐蚀和/或潮湿的环境不可测因素的影响。使用塑料还具有其他优点。塑料将针对装置中的其他组件提供静电放电(ESD)保护。如果该结构是天线，则对天线效率和射频(RF)特性的影响将是有限的。 

这里，应该认识到，还可以使用如下的掩模技术，例如在整个结构上淀积保护材料、在要保留保护材料的部分上提供掩模、从非掩模区域去除保护材料并接着去除掩模材料。 

在以保护层18覆盖了结构13后，在步骤40，电接触增强材料20、22被布置在结构13的未被覆盖的接触区域14和16中。电接触增强材料的布置因而是在以环境保护层18覆盖导电材料结构13后执行的。在图8和图16中示意性地示出了被保护层18覆盖且在接触区域14和16上具有电接触增强材料20和22的结构13。通过诸如无电镀或电解镀的镀层、溅射或化学气相沉积，在这些接触区域中布置材料。在布置电接触增强材料的步骤中，保护层18充当阻止该结构的其他部分接收接触增强材料的掩模。这里，接触增强材料这里可以是诸如金、银、镍或锡的金属或者是这些金属的组合，诸如金和镍的组合。 

本发明的提供导电材料结构的方法使得能够灵活地将结构设计与简单工具相结合来限定辐射体结构。例如，可以仅使用简单的二维铅板来提供限定辐射体结构的掩模。即使使用这样的铅板以提供掩模，也获得了良好限定的辐射体结构。用于照射光敏材料的光源因此不需要精确地聚焦在为了获得良好限定的辐射体结构而覆盖的区域。关于波长，光源也不必是很精确，只要包括激活波长即可。因此，本发明还可以使用廉价的照射光敏材料的光源来实现。因此，这还与提供薄的载体的能力结合起来，并且不会危害导电材料结构的精确性。由于提供掩模的工具可以是简单是廉价的，因此很容易改变设计，仅仅将一个铅板换成另一个铅板即可。因此，本发明还使得能够进行更加灵活的制造。 

当提供接触增强材料时，在用于保护将被安装在电子装置中的最终产品中的结构的罩充当掩模。这意味着减少了接触增强材料的用量。这还意味着接触增强材料限于在结构的期望接触的区域处保证接触所必需的量。这也是在未使用额外工艺步骤的情况下完成的。 

印刷的环境保护层具有其他的优点。它可以用于在载体上提供在审美上有趣味的表面。通过印刷，可以为表面提供图形设计，诸如公司标识、图片或一些其他类型的设计。印刷还可以用于提供诸如文本和数字的字符并因此可以提供书写的消息和/或图形消息。 

如上所述，要从保护层所覆盖的区域中排除出去的一组区域包括用于与电子设备中的其他实体连接的电接触区域。但是，该组区域还可以包括诸如用于测试接触材料结构的探测区域的其他区域。这样的探测区域可以接收接触增强材料也可以不接收接触增强材料。 

已经描述了根据本发明的用于提供导电材料结构的方法的优选变型。但是，将理解的是，这些变型在所附的权利要求的范围内可以改变。因此，本发明仅由下面的权利要求来限制。 

Claims (15)

1.一种用于在载体（10）上提供导电材料结构（13）的方法，该方法包括以下步骤：

-在所述载体（10）上施敷（24）光敏材料（11）；

-在所述光敏材料上施加（28）掩模（12），所述掩模限定了要在所述载体上形成的导电材料结构；

-照射（32）所述载体（10）上的被限定结构，以为金属化做准备；

-将所述被限定结构金属化（36）以形成所述导电材料结构（13）；

-除了一组预先指定区域（14、16）以外，利用环境保护层（18）覆盖（38）形成的导电材料结构（13），其中，所述一组预先指定区域包括在所述导电材料结构（13）上的至少一个接触区域（14、16）；以及

-在所述接触区域（14、16）上布置（40）电接触增强材料（20、22），所述布置电接触增强材料的步骤在利用所述环境保护层覆盖所述导电材料结构后执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述施加掩模的步骤包括：在所述载体上印刷所述掩模。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述印刷是移印。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射步骤涉及UV灯。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光敏材料包括聚合物，该聚合物在照射后被反应物粘接到所述载体，所述聚合物具有纤维束，金属将附接到所述纤维束上。

6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：在照射所述光敏材料后，从所述载体去除（34）残留材料。

7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在执行所述照射步骤之前，使所述掩模（30）和/或光敏层（26）变干燥。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述布置电接触增强材料的步骤包括：在利用所述环境保护层作为掩模的同时，将电接触增强材料镀到所述接触区域上。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述利用所述环境保护层覆盖所述导电材料结构的步骤包括：在所述导电材料结构（13）的背对所述载体（10）的一侧上施敷所述环境保护层（18）。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电材料结构限定至少一个天线辐射体。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体和所述导电材料结构具有三维扩展。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述载体是用于安装在电子设备中的安装实体，并且所述导电材料结构被提供在所述安装实体的至少一个外表面上。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电子设备是便携式电子设备。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述便携式电子设备是便携式无线电通信设备。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述便携式无线电通信设备是蜂窝电话。

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