CN103563494B

CN103563494B - 电路的改进

Info

Publication number: CN103563494B
Application number: CN201280026023.9A
Authority: CN
Inventors: 普兰特·菲利普
Original assignee: Plasyl Ltd
Current assignee: Plasyl Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: US20140097010A1; GB2489508B; US9629236B2; EP2692214A1; GB2489508A; TW201247050A; TWI466601B; WO2012131352A1; CN103563494A; GB201105495D0; GB201520518D0; GB2529346A; GB2489508B8

Abstract

一种电力导电通路，包括多个端对端连接的通路部分，其中每一通路部分包括a）一第一延长部；b）一第二延长部；c）一第一弹性灵活部,一端与第一部的第二端连接，其相对端与第二部的第一端连接;d)一第二弹性柔性部，一端与第二部的第二端连接，其相对端与相邻通路部分的第一部的第一端连接。

Description

电路的改进

技术领域

本发明涉及电路的改进，特别，涉及用于电力设备的电路板。

背景技术

电路板(经常被称为印刷电路板或PCB)实质上用于所有电力设备来支持其中的电力部件和它们间的电力导电通路。通路(通常被称为“轨迹”或“痕迹”)一般由层叠在非导电平面，例如，玻璃纤维片，支撑的铜板蚀刻而来。根据设计，层在另一层上叠加，各层的通路间产生电力连接，从而为电力部件间提供电力线路。

由于玻璃纤维支撑层的刚性和强度，印刷电路板或PCB可为电力部件和铜的通路提供机械支撑，因此是全世界多数电力设备的电力线路和部件支撑的首选。然而，其固有的刚性及因此柔性的缺少，经常为其缺点，使某些产品集成变得困难。

因此，使用柔性材料替代PCB的刚性玻璃纤维支撑层来提供给电路板已被提出来。譬如“板”可被用在需要电路板具有在三维空间被扭曲的能力的设备上，而标准PCB是不可能的。然而，现有制造方法和由此产生的“板”存在一些性能和可靠性问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，我们提供了一种包括多个端对端连接的通路部分的电力导电通路，其中每一通路部分包括：

a)第一延长部；

b)第二延长部；

c)第一弹性柔性部，一端与第一部分的第二端连接，其相对端与第二部分的第一端连接；及

d)第二弹性柔性部，一端与第二部分的第二端连接，其相对端与相邻通路部分的第一部分的第一端连接。

根据本发明的第二方面，我们提供了一种包括根据本发明第一方面的通路的电力导电构件。

根据本发明的第三方面，我们提供了一种包括根据本发明第二方面的电力导电构件的电路板。

根据本发明的第四方面，我们提供了一种制造电力导电构件的方法，该方法包含以下步骤：

将一层电力导电材料放置相邻于一基底层；

将电力导电层和基底层的温度提高到一预定温度；

施加压力至电力导电层和基底层从而驱策两层材料互相靠近；

将电力导电层和基底层在所述温度保持一预定持续时间；

将电力导电层和基底层冷却至一预定温度；

移除电力导电层不需要的区域来提供至少一个与基底连接的电力导电通路。

本发明的各个方面的进一步的特征在所附的权利要求中列载。

附图说明

本发明的实施例将仅使用参考附图通过举例的方式进行说明，其中：

图1为本发明部分通路的第一实施例的平面图；

图2为本发明部分通路的第二实施例的平面图；

图3为本发明部分通路的第三实施例的平面图；

图4为本发明部分通路的第四实施例的平面图；

图5为多个图1通路以“堆叠”配置的平面图；

图6为多个图2通路以“堆叠”配置的平面图；

图7为多个图3通路以“堆叠”配置的平面图；

图8为多个图4通路以“堆叠”配置的平面图；

图9为本发明通路的“拉伸比例”和通路的第一及第二延长部的长度间关系的曲线图。该曲线图表明了由具有厚度为35微米及宽度为0.1毫米的铜箔制造而成的通路，其中通路的第一及第二延长部间的角度为45°；

图10为“轨迹密度”和通路的第一及第二延长部的长度间关系的曲线图；

图11为本发明通路的“拉伸比例”和通路的第一及第二延长部的长度间关系的曲线图。该曲线图表明了由具有厚度为35微米及宽度为0.15毫米的铜箔制造而成的通路，其中通路的第一及第二延长部间的角度为45°；

图12为“轨迹密度”和通路的第一及第二延长部的长度间关系的曲线图；

图13为轨迹密度和通路的第一及第二延长部间的角度的关系曲线图；

图14为拉伸比例和本发明通路的第一及第二通路间角度的关系曲线图；

整个说明书中使用的不同的短语和术语，除非另有明确提及，均定义如下：

“通路密度”——为每单位长度并排铺设的通路数量的量度。本示例中，单位长度为25毫米，故图中示出了横向方向上每25毫米的通路的数量。

“拉伸比例”——为受到拉伸力时，整个通路长度的增加比例；

“通路厚度”——为垂直和通常竖直于其长度的方向上测量的通路厚度/深度的量度，

“通路宽度”——为垂直和通常水平于其长度的方向上测量的通路厚度/深度的量度。

具体实施方式

首先参考图1至图4，示出了依据本发明的电力导电通路的四个实施例。图1至图4分别示出了电力导电通路的局部，仅作表明用途，应当理解的是通路可以是任意长度，根据需要，可具有重复的图案。每一实施例中电力导电通路包括多个端对端连接的通路部分。为便于参考，图1至图4含有虚线，指出了每一通路部分的起始点及结束点。

为便于参考，如图1至图4示出的实施例中的相似特征，赋予了相同的参考标号，并伴随有单个、双个或三个撇号(’)。因此，参阅图1，每一通路部分包括一实质直线的第一延长部11和一实质直线的第二延长部12。第一和第二延长部11,12通过第一弹性柔性部13互相连接，且通路部分包括一第二弹性柔性部14，其与部12的另一端及一相邻通路部分的第一部的一端连接(举例可见图1部11a)。

因此，图1至图4清楚示出通路10由多个端对端连接的通路部分组成。本发明的示例中，每一实施例中的通路部分相互一致，且为重复的，但应当理解的是，相邻部分间可存在差异，而不脱离本发明的范围。

图1至图4示出的实施例中，第一及第二弹性柔性部13,14被提供为当通路10受到拉伸力时，允许延长部11,12相对彼此移动/旋转的偏置构件(biasing member)或弹簧。图1至图4示出了第一及第二弹性柔性部13,14的四个不同的变体，应当理解的是，这些部的其他形状/配置也可被利用，而不脱离本发明的范围。如图1,2和3中示出的实施例中，弹性柔性部包括V型，U型或W型的通路部分，同时图4中的实施例利用了部分圆形的局部13”’,14”’。所有四个实施例中，部13,14允许部11,12的相应的端相对彼此旋转，因此当通路10受到拉伸力时，允许通路10长度上增加(延伸)，而不损坏通路10。

当然，如下文中描述指出的，在不影响通路10的完整性下，通路10具有可被延伸的“安全”限制。换句话说，本领域技术人员可理解的是，本发明的通路10承受可承受一定量的延长，而不破坏通路10，因此不会破坏从一端至其相对端导电的能力。

如图5至图8所示，本发明，特别是图1至图4示出的实施例中的电力导电通路10的配置，由于通路可以互相紧密相邻(并排)的放置，较现有技术更具有优势。图5至图8示出了对应于图1至图4实施例的“堆叠”通路。以该方式“堆叠/放置”通路10的能力是非常有利的，因为相邻通路的对应点间的横向距离也基本上沿整个通路的长度是恒定的。当通路并入一电路板时，可以使性能得到提升。因为信号的完整性提高了，阻抗匹配得到控制，并且可以提高任意给定距离上的通路密度。

图5至图8所示的每一示例中，可注意到一通路10的第一及第二弹性柔性部13,14在一相邻通路10的第一及第二延长部11,12间定义的空间中被接收。这容许通路10互相紧密放置从而在所需宽度上可提供更高数量的通路10，即，提高了通路/轨迹密度。

该实施例中，当在垂直于通路的延长轴的方向上测量时，每一第一及第二弹性柔性部的宽度在整个通路宽度的10％至30％间，优选地，为15％至25％间，最优地，在整个通路的宽度的20％。从附图中可看出，每一通路部分的第一及第二延长部斜交于通路10的延长轴，且以角度θ互相倾斜。如附图中的曲线图所展示的，角度的一优选范围在15°至75°之间。更优选地，第一及第二延长部间的角度为30°至60°。最优选地，角度在40度至50°间，最佳角度为45°。第一及第二部11,12间的角度需要选择，同时牢记特别用途中需要的期望通路/轨迹密度(即，有多少通路10需要互相相邻设置)，及使用时需要的拉伸比例或通路的延伸性。所有这些因素/物理特性需要同时考虑。

除了第一及第二部11,12间的角度影响延伸性和通路/轨迹密度外，第一及第二延长部11,12的长度和弹性柔性部13,14的配置/形状也可对延伸性和通路/轨迹密度产生影响。

参阅图9，示出了通路10的第一及第二延长部11,12的长度与通路在失效前可获得的通路延伸比例的关系曲线图。该曲线图是用35微米铜的实验数据点来绘制的，其中第一及第二延长部间的角度为45°。每一通路的宽度为0.10毫米，通路的相邻部分间的最小空间为0.1毫米。从图9延长部中可看出增加第一及第二延长部的长度至大约7mm将不会提供通路延伸比例的提高。

参阅图10，示出了通路10的第一及第二延长部11,12的长度与可获得的通路密度的关系曲线图。该曲线图是用35微米铜的实验数据数据点的来绘制的，其中第一及第二延长部间的角度为45°。每一通路的宽度为0.10毫米，通路的相邻部分间的最小空间为0.1毫米。

图10的曲线图展示了这两个参数间的关系，延长部并且突出显示了通过减少延长部的长度可获得更高的通路密度。然而，这仅为通路的形状/配置的一个变量，因此其他因素需要考虑到，譬如在维持通路的完整性时通路长度上的延伸比例。

图11和12对应图9和10，除了这些实验中通路宽度为0.15毫米。从图11中可看出，当第一及第二部超过7/8毫米时，可获得延伸比例的小幅改进，图12表明了第一及第二延长部11,12长度的减少引起了在通路的横向尺寸上测量的每25毫米的通路密度的提高。

图13表明了第一及第二延长部间的角度θ和每25毫米可获得的通路密度间的关系。该示例中，通路宽度为0.1毫米，厚度为35微米，且第一及第二部的长度为3毫米。该曲线图表明了当角度超过40度时，可获得的通路密度并不会大幅提高。该曲线图突出了轨迹角度在30度至60度间可提供最高通路密度，但是当然，如其他附图展示的，延伸比例也需要考虑到。

图14表明了第一及第二延长部间的角度的增加实际上会导致通路的延伸性的增加。也就是说，该曲线图表明了当第一及第二延长部间的角度θ超过50°时，通路的延伸比例具有小幅度改进。因此，该曲线图指出第一及第二部11,12间的角度约为45°时提供了良好延伸性，同时就轨迹/通路密度而言也提供令人满意的性能。该示例中，通路宽度为0.1毫米，厚度为35微米，且第一及第二部的长度为3毫米。

申请人发明了以下方法，用于制造可用作包括本发明的通路的电路板的部分的电力导电构件。该方法由已知方法衍生，用于制造具有与玻璃纤维层结合(通常夹在其之间)的铜层的印刷电路板。然而，应该注意到，当尝试制造具有本发明的可延伸的通路的电力导电构件时，简单复制现有的制造方法是行不通的。申请人故此发明了以下方法(methodology)，这种方法效果出奇的好。。

与现有印刷电路板制造方法相类似，电力导电材料层，例如铜箔，被放置在基底上。现有示例中，铜箔层可以是任意期望厚度，例如0.15毫米。铜箔可以是任意期望厚度，但通常可从12微米至79微米的范围内选择。基底层为具有实质均匀厚度的柔性塑料材料，且申请人已经发现，由于其如下讨论的物理特性，聚氨酯是一种优选材料。优选地，使用的聚氨酯具有的厚度为25或50微米，但任意期望厚度可被使用。然而，应该注意到，增加的厚度将减少所得电力导电构件的延伸性，但太薄时基底将轻易被损坏。

接合/连接铜箔与聚氨酯基底层是必要的，作为加工过程的第一步。虽然一示例中该接合可通过使用一粘合剂获得，申请人令人意外地发现通过使用申请人的发明方法，聚氨酯基底层和铜箔层将互相接合，不需要额外粘合剂。以下方法使用压力和温度来将铜箔与聚氨酯基底热接合。

铜箔层安置在聚氨酯层的顶部(或反之亦然)，且层被放置在一组实质平坦的可加热平板间。该组件(即，铜箔层、聚氨酯层和平板)被安置在层压机中(虽然可使用任意加热设备)，该层压机包括以施加压力至平板上的方式迫使聚氨酯基底和沉积铜箔互相靠近。平板的温度逐渐增加至一预定义值，该示例中为120℃(+或-8℃)，且在一预定义时间周期内保持在该温度，该示例中为大约1小时。可使用更短的时间周期，但应当注意到的是，申请人已经发现可获得层间良好接合所需要的最小时间为50分钟。如果组件遗留在层压机里超过70分钟，基底将可能失去其弹力属性。

施加在平板上的压力在150PSI和170PSI间(优选的为155PSI)，且压力逐渐增加直到达到该值。优选地，压力通过两个阶段进行施加，其中阶段1为50PSI并持续15分钟，阶段2为最终压力(例如155PSI)持续剩余接合时间。

该组件随后冷却，直到达到平板的期望温度，例如40℃(这意味着组件可轻易地被人抓取)。压力(例如50PSI)维持在平板上直到达到冷却温度。平板被移除来露出铜箔/聚氨酯复合层(层已互相热接合)。

在层被安置在平板间前，一额外铜箔层可被放置在基底层的相对侧。也就是说，夹着基底层的两铜箔层可被提供。该实施例中，每一铜层热接合基底层相对应的侧面。

既然铜箔层与基底层接合，在沉积铜箔层内制造本发明的通路是有必要的。广义上来讲，可通过暴露不需要的铜(即，不形成所需通路的部分)至蚀刻剂来获得。然而，首先，在铜表面定义形成通路的部分的区域是必要的。可通过使用光成像层覆盖铜表面，随后晒干来获得。光成像层由一层掩膜(具有开口，定义通路的形成区域)覆盖，例如卤化银。组件上光感应层的暴露区域暴露至紫外灯下，可使它们变硬。该组件随后在可移除光成像层未变硬区域的液体中开发。该组件在烘箱中以大约120度烘烤约3小时。可使用更低的温度，但将导致烘烤时间增加。温度不应该超过125度，因为这将破坏基底材料。

组件随后暴露至一蚀刻剂(例如氯化铜)来移除暴露的铜(即，不形成通路部分的铜)。

组件随后暴露至另一蚀刻剂(例如烧碱/胺液)来移除剩余的光成像层，因此留下具有多个通路与其相连接的聚氨酯基底层。

如果通路的自由端被提供有焊盘(如现有技术中熟知的)，在氯化铜蚀刻组件前，本方法可包括，在组件铜侧上进一步施加一光成像材料层并使用掩膜仅暴露焊盘区域。组件随后被第二次暴露至紫外灯下，仅将第二次的光成像层的焊盘区域变硬。在第二次光成像材料施加前，可对组件进行微蚀刻来除去表面的氧化物。该组件随后如上所描述的，经蚀刻来移除所有的光成像材料，因此留下通路及他们相应的焊盘。

所得电力导电构件通过浸没在含银的液体中可具有施加在铜通路上的一可焊接精整(solderable finish)。

如果需要，一进一步基底层被热接合至铜通路及其他基底，来为通路提供绝缘。当然，维持焊盘暴露是必要的，从而，举例来说，部件可与其连接。该结果由此得到夹在两聚氨酯基底层间的多个通路的一三层电力导电构件。

应当理解的是，虽然上述方法中铜箔层被使用，并被蚀刻来移除不形成通路的铜，一种替代方法可包括制造通路的步骤，随后将通路与基底粘合，因此消除了蚀刻步骤的需要。

当在说明书及权利要求书中使用时，术语“包括”及“包含”和他们的变形意味着指定的特征，步骤或整体均被包括。该术语不被解释为排除其它特征，步骤或组件的存在。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一电力导电通路，包括多个端对端连接的通路部分，其中每一通路部分包括：

a)一实质直线的第一延长部；

b)一实质直线的第二延长部；

c)一第一弹性柔性部,一端与实质直线的第一延长部的第二端连接，其相对端与实质直线的第二延长部的第一端连接；

d)一第二弹性柔性部，一端与实质直线的第二延长部的第二端连接，其相对端与相邻通路部分的实质直线的第一延长部的第一端连接，

其中，每一通路部分的第一及第二延长部与通路的延长轴倾斜一角度，每一弹性柔性部包括多个连接的分体，且互相相对弹性可移动；

其中，每一弹性柔性部的每一个或至少一部分在平面图(plan view)中为V、U或W型。

2.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，多个通路部分实质上互相相同。

3.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，通路部分的第一及第二延长部与通路的延长轴斜交。

4.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，角度在15°至75°间。

5.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，角度在30°至60°间。

6.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，角度在40°至50°间。

7.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，角度实质上为45°。

8.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，每一弹性柔性部的至少一个分体实质上为直线。

9.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，每一弹性柔性部的至少一个分体与通路的延长轴斜交。

10.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，每一弹性柔性部的所有分体与通路的延长轴斜交。

11.根据前述权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，每一弹性柔性部的相邻分体以一角度互相倾斜。

12.根据权利要求11所述的电力导电通路，其特征在于，角度在15°至75°间。

13.根据权利要求11所述的电力导电通路，其特征在于，角度在30°至60°间。

14.根据权利要求11所述的电力导电通路，其特征在于，角度在40°至50°间。

15.根据权利要求11所述的电力导电通路，其特征在于，角度实质上为45°。

16.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，每一弹性柔性部的至少一个分体是非线性的。

17.根据权利要求16所述的电力导电通路，其特征在于，每一弹性柔性部的至少一个分体是弯曲的。

18.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，当在垂直于通路的延长轴的方向上测量时，每一第一及第二弹性柔性部的宽度在整个通路宽度的10％至30％间。

19.根据权利要求18所述的电力导电通路，其特征在于，当在垂直于通路的延长轴的方向上测量时，每一第一及第二弹性柔性部的整个宽度，在整个通路的宽度的15％至25％间。

20.根据权利要求19所述的电力导电通路，其特征在于，每一第一及第二弹性柔性部的整个宽度，在整个通路的宽度的20％。

21.根据权利要求1所述的电力导电通路，其特征在于，第一及第二延长部在他们之间定义一空间，配置为接收相邻通路的第一或第二弹性柔性部。

22.根据权利要求21所述的电力导电通路，其特征在于，第一及第二延长部间定义的空间实质上为梯形。

23.一电力导电构件，包括根据前述任一权利要求的电力导电通路。

24.根据权利要求23所述的电力导电构件，其特征在于，包括两个互相相邻放置的电力导电通路。

25.根据权利要求24所述的电力导电构件，其特征在于，一通路的第一弹性柔性部在定义为相邻通路的第一及第二延长部间定义的空间内被接收。

26.根据权利要求24所述的电力导电构件，其特征在于，两个电力导电通路互相紧邻放置从而一通路的一延长轴经由相邻通路的第一及第二延长部伸长。

27.根据权利要求24所述的电力导电构件，其特征在于，相邻通路上对应点间的沿导电构件的整体长度的横向距离实质上是恒定的。

28.根据权利要求24所述的电力导电构件，其特征在于，在拉伸力下，构件伸长期间，相邻通路上两对应点间的沿导电构件的整体长度的横向距离实质上是恒定的。

29.根据权利要求23所述的电力导电构件，其特征在于，构件包括支撑电力导电通路的一基底。

30.根据权利要求29所述的电力导电构件，其特征在于，电力导电通路与基底的表面连接。

31.根据权利要求29所述的电力导电构件，其特征在于，电力导电通路被粘合或接合至基底的表面。

32.根据权利要求29所述的电力导电构件，其特征在于，当构件包括至少两个电力导电通路时，其一与每一基底的相对表面连接。

33.根据权利要求29所述的电力导电构件，其特征在于，多个电力导电通路与基底的相对表面连接。

34.根据权利要求29所述的电力导电构件，其特征在于，电力导电通路夹在互相连接、粘合或接合的基底间。

35.根据权利要求29所述的电力导电构件，其特征在于，基底为聚合物。

36.根据权利要求35所述的电力导电构件，其特征在于，聚合物为聚氨酯。

37.一电路板，包括根据权利要求23所述的电力导电构件。

38.一种制造根据权利要求23所述的电力导电构件的方法，该方法包含步骤：

将一层电力导电材料放置相邻于一基底层；

将电力导电层和基底层的温度提高到一预定温度；

将电力导电层和基底层在所述温度保持一预定持续时间；

将电力导电层和基底层冷却至一预定温度；

39.根据权利要求38所述的制造方法，包括放置电力导电层和基底层在一组热导电构件间的步骤。

40.根据权利要求38所述的制造方法，其特征在于，基底层和电力导电层通过热接合互相粘合。

41.根据权利要求38所述的制造方法，其特征在于，压力被施加在电力导电层和基底层的同时他们被冷却至预定义温度。

42.根据权利要求38所述的制造方法，其特征在于，方法包括相邻于基底层相对侧放置第二电力导电层的步骤。

43.根据权利要求38所述的制造方法，其特征在于，移除电力导电层不需要的区域来提供至少一个与基底连接的电力导电通路的步骤可通过暴露电力导电层不需要的区域至蚀刻剂来获得。

44.根据权利要求38所述的制造方法，包括一旦通路被制造后，相邻于电力导电层的相对侧放置进一步基底层的步骤。

45.根据权利要求44所述的制造方法，其特征在于，进一步基底层与通路及其他基底层连接。

46.根据权利要求45所述的制造方法，进一步基底层与通路及其他基底层热接合。