CN107069192A - 3d成型的激光直接成型衬垫以及制造衬垫的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造3D LDS衬垫的方法，包括：提供LDS片材，在LDS片材中形成3D波状衬垫，在3D波状衬垫上激光成型电路图案以提供激光成型的电路图案，选择性地镀覆激光成型的电路图案以在3D波状衬垫上形成电路，以及从LDS片材移除3D波状衬垫。一种成型的LDS衬垫，其包括具有3D波状表面的LDS薄膜，其由LDS片材真空成型。LDS薄膜包括内表面和外表面。在LDS薄膜中蚀刻激光成型的电路图案，以及选择性地在激光成型的电路图案上镀覆导电层，激光成型的电路图案在LDS薄膜上形成电路。电路具有非平面的区域。

Description

3D成型的激光直接成型衬垫以及制造衬垫的方法
技术领域
本文的主题总体上涉及激光直接成型(LDS)衬垫，以及制造LDS衬垫的方法。
背景技术
内置天线和导电迹线用于电子装置中，例如包括电话、笔记本电脑以及诸如此类的移动无线装置。内置天线或导线迹线可以与无线移动装置的外壳集成。天线可以设计为覆盖用于通信协议的各种射频(RF)波段，例如但不限于广泛用于移动电话和笔记本电脑的LTE(长期演进)、GSM(全球移动通信系统)和UMTS(通用移动通信系统)蜂窝波段或Wi-Fi波段。
电子装置持续地变得更小、更紧凑、且更复杂。这些改变可能导致电气连接性、制造和组装方面的问题。因此，生产能够在这样的电子装置上或与这样的电子装置运行的天线和导电迹线变得更加困难和/或更加昂贵。为了获得用于集成天线的所需空间，并同时将总产品尺寸保持得较小，期望将天线或其他导线迹线安置于无线装置的外壳上。这可以通过形成三维(3D)形状以适配外壳的内部的轮廓的天线或导电迹线来实现。这样的结构主要由柔性电路印刷(FCP)天线、金属片材天线、以及激光直接成型(LDS)天线来实现。用于生产这样的结构的其他工艺包括丝网印刷、柔性印刷技术、凹版印刷、旋涂和浸涂。每种方法具有其优点和缺点。这些工艺可能遭到受限于特定的和/或简单的几何形状(例如，平面几何形状)的缺点，为实现所需的厚度而非常耗时，且由于耗时的生产方面而昂贵。
LDS工艺生产的LDS工件具有复杂的形状和轮廓，可以匹配电子装置的外壳的内部。这样的LDS工艺使用载有激光活化前体(laser-activated precursor)的复合物，激光活化前体作为选择性镀覆的籽层。复合物可以模制为几乎任何形状，包括三维(3D)形状。例如，复合物制造为小的颗粒，颗粒注射成为模具。然而，由于模制限制，LDS工件受限于这样的工件可以制造的多薄。例如，常规的3D模制LDS制造工艺生产的工件具有大约1.0mm的最小厚度。颗粒的尺寸、机械限制以及模制LDS制造工艺不允许制造更薄的模制工件。
需要一种工艺，其兼容制造更薄的工件、并且减少由LDS工件在外壳中占据的空间。
发明内容
在一个实施例中，一种制造3D LDS衬垫的方法包括：提供LDS片材，在LDS片材中形成3D波状(contoured)衬垫，在3D波状衬垫上激光成型电路图案以提供激光成型的电路图案，选择性地镀覆激光成型的电路图案以在3D波状衬垫上形成电路，以及从LDS片材移除3D波状衬垫。
在另一实施例中，提供一种成型的LDS衬垫，其包括具有3D波状表面的LDS薄膜，其由LDS片材真空成型。LDS薄膜包括内表面和外表面。在LDS薄膜中蚀刻激光成型的电路图案，以及选择性地在激光成型的电路图案上镀覆导电层，激光成型的电路图案在所述LDS薄膜上形成电路。电路具有非平面的区域。
在又一实施例中，电子装置包括外壳，外壳具有带有波状表面的腔，以及抵靠波状表面接收在腔中的成型的LDS衬垫。成型的LDS衬垫包括具有3D波状表面的LDS薄膜，其由具有内表面和外表面的LDS片材真空成型。成型的LDS衬垫包括蚀刻在LDS薄膜中的激光成型的电路图案，以及选择性地镀覆在激光成型的电路图案上的导电层，激光成型的电路图案在LDS薄膜上形成电路。电路具有非平面的区域。成型的LDS衬垫的3D波状表面接收在腔中，与外壳的波状表面对准。
附图说明
图1示出了根据示范性实施例的3D成型的激光直接成型(LDS)衬垫。
图2示出了根据示范性实施例的制造3D成型的LDS衬垫的工艺。
图3示出了根据示范性实施例的制造3D成型的LDS衬垫的工艺。
图4是根据示范性实施例的3D成型的LDS衬垫的仰视图。
图5是根据示范性实施例的3D成型的LDS衬垫的俯视图。
图6示出了装载到电子装置中的3D成型的LDS衬垫100。
图7是装载到电子装置中的3D成型的LDS衬垫的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据示范性实施例的三维(3D)成型的激光直接成型(LDS)衬垫100。LDS衬垫100由薄LDS片材形成，对薄LDS片材的处理如下：形成波状3D形状或结构，在波状3D形状上激光蚀刻电路图案，以及选择性地镀覆电路图案，以在LDS衬垫100上形成“电路”。如下文进一步详细描述的，“电路图案”可以是形成“电路”的任何导电图案，电路例如是电气电路、导电层、导电迹线、天线等。成型的和电路图案化的LDS衬垫100随后从LDS片材被移除，且单独的LDS衬垫100可以插入电子装置102中。例如，LDS衬垫100可以接收在电子装置102的外壳106的腔104中。外壳106具有波状表面108，且LDS衬垫100接收在腔104中并与外壳106的波状表面108对准。LDS衬垫100非常薄，且在外壳106中占据非常少的空间，由于LDS衬垫100的更薄的性质，这可以允许外壳106中的用于其他部件的额外的空间和/或可以允许使得电子装置102的外壳106的总尺寸更小，这不受限于模制制造限制。
图2示出了制造3D成型的LDS衬垫的工艺，例如LDS衬垫100。在示范性实施例中，LDS衬垫100由连续的工艺形成，其中LDS衬垫100由卷筒110之间的卷筒至卷筒工艺制造。LDS衬垫100可以连续地制造，且单独地从LDS片材被移除，例如通过修剪(trimming)工艺，以提供单独的LDS衬垫100。
在本工艺的示范性实施例中，在工艺步骤200中提供LDS片材120。可以通过已知的LDS制造工艺将LDS片材120预制为平面的片材形状。LDS片材120可以制造得比目前已知的3D波状LDS工件更薄，已知的3D波状LDS工件在模具中制造，且因此受限于模制工件能够制造得多薄。非3D或二维LDS片材120是由LDS顺应材料(LDS-compliant)形成的薄片材。形成LDS片材120的LDS顺应材料可以是掺杂有LDS活化材料的热塑材料，例如是可以由激光活化的金属氧化物。例如，LDS片材120可以由载有激光活化前体的复合材料制造，在由激光活化之后，复合材料作为用于选择性镀覆的籽层，以在特定的电路图案中形成导电层。LDS片材120可以是平面的，并具有均匀的厚度。在示范性实施例中，LDS片材120可以具有小于1.0mm的厚度。LDS片材120具有小于0.5mm的厚度。LDS片材120可以具有小于0.3mm的厚度。LDS片材120可以具有小于0.1mm的厚度。
在本工艺的示范性实施例中，在工艺步骤202中将LDS片材120形成为3D形状。3D波状LDS薄膜122在LDS片材120中形成，且可以后续地沿片材形成，以形成多个衬垫100。薄膜122保持与片材120一体，且可以作为连续工艺的部分在卷筒110之间与片材120被传递。薄膜122可以沿片材120与其他薄膜122独立地形成，或可以沿LDS片材120与其他薄膜122批量形成。薄膜122是非平面的结构，其具有相对于LDS片材120的波状形状。在示范性实施例中，3D波状薄膜122抵靠模具122真空成型。可以使用其他工艺来形成薄膜122，例如热成型、高压成型、以及诸如此类。薄膜122可以具有复杂的形状。薄膜122可以具有一个或多个腔、一个或多个提升部分、一个或多个凸起、一个或多个开口、以及诸如此类。薄膜122可以具有一个或多个曲面表面，且可以具有一个或多个平面表面。曲面表面可以是渐变的曲面表面，或可以是突变的曲面表面，例如是一个或多个平面表面或曲面表面之间的拐角。薄膜122可以具有内表面以及与内表面相反的外表面。内表面可以是面对模具用于形成薄膜122的表面。在示范性实施例中，薄膜122形成为具有基本均匀的厚度。薄膜122具有的厚度可以近似等于LDS片材120的厚度。可选地，可以在成型工艺期间使薄膜122薄化，使得薄膜122具有的厚度小于LDS片材120的厚度。
在本工艺的示范性实施例中，在工艺步骤204中将电路图案124激光成型在3D波状薄膜122上。电路图案124通过激光114蚀刻在3D波状薄膜122中。激光114在薄膜122的所需区域中描绘或蚀刻所需的电路图案124。例如，在激光束轰击薄膜122的LDS材料的位置，薄膜122的LDS材料的金属添加剂形成烧蚀的含金属氧化物迹线。电路图案124可以设置在薄膜122的内表面上、薄膜122的外表面上、或在薄膜122的内表面和外表面两者上。电路图案124可以设置在薄膜122的非平面区域上。电路图案124可以设置在薄膜122的曲面表面上，沿薄膜122的边缘、沿薄膜122的平面表面、以及诸如此类。可选地，电路图案124可以设置在直接围绕薄膜122的区域中的LDS片材120的平面部分上。当成型的薄膜122被移除时，LDS片材120的包括电路图案的部分可以附加地与成型的薄膜122一起被移除，使得成型的薄膜和LDS片材120的被移除的部分可以安置在电子装置102中。
在本工艺的在示范性实施例中，在工艺步骤206中选择性地镀覆电路图案124，以在3D波状薄膜122上形成电路126。电路图案124作为选择性镀覆工艺的基础。例如，金属氧化物颗粒作为用于后续镀覆的启动位点，在此处的金属氧化物颗粒含有足够的负电势以启动导电材料(例如铜、沉积物)。在可替代的实施例中，可以使用其他类型的镀覆。镀覆可以发生在镀覆浴116中。电路图案124在薄膜122上的所需图案中形成迹线，在此处，可以在镀覆工艺期间添加铜材料或其他金属材料的连续层。当电路126跨越薄膜122的波状表面时，电路126可以具有3D形状。电路126可以是任何类型的电路。在示范性实施例中，电路126可以形成天线，例如单波段天线电路和/或双波段或多波段天线电路。电路可以形成信号迹线和/或接地迹线，其可以用于电连接电子装置102的一个或多个电气部件。电路126可以形成触摸传感器、电容开关、传感器、或其他类型的有源电子装置。电路126可以形成用于屏蔽其他电气部件的屏蔽电路。电路126的部分可以形成接触垫，用于相接于电子装置的其他部件、电路板、以及诸如此类的电触头，或者用于与电导线或电触头相接的接合垫，例如在焊接连接处。
在本工艺的示范性实施例中，在工艺步骤208中，可以将薄膜122以及电路126从LDS片材120移除，以形成3D成型的LDS衬垫100。例如，当LDS片材120从卷筒至卷筒转移时，可以修剪、切割、或以其他方式从LDS片材120分离薄膜122。一旦从LDS片材120分离衬垫100，衬垫100可以被储存、运输、或在进一步的工艺步骤中被直接安置于电子装置102中。
包括成型、激光成型和金属化的整个制造工艺对于电路设计改变快速且灵活。制造工艺形成具有集成电路126的薄衬垫100，其可以直接安置于电子装置102中或电子装置102上。3D成型的LDS衬垫100可以薄于其他已知的3D LDS工件，其他已知的3D LDS工件由LDS材料模制为所需的3D形状，这是由于LDS衬垫100由薄LDS片材120形成，例如通过真空成型工艺，且薄LDS片材可以制造得薄于常规模制的LDS工件。成型的LDS衬垫100可以用于各种应用中，例如汽车应用、消费装置应用、数据通信应用、医疗装置、便携电子装置、电信应用、以及诸如此类。
图3示出了根据另一示范性实施例的制造3D成型的LDS衬垫100的工艺，所述3D成型的LDS衬垫100具有用于特定应用的特定3D形状和电路结构。图4是根据示范性实施例形成的成型的LDS衬垫100的仰视图。图5是根据示范性实施例形成的成型的LDS衬垫100的俯视图。在可替代的实施例中，制造的工艺可以用于制造具有其他形状和/或其他电路图案的衬垫100，例如，相较于图3所示的更特定的形状和电路图案，图2所示的实施例示出了一般的形状和一般的电路图案。
在工艺步骤200中提供LDS片材120。LDS片材120可以由载有激光活化前体的LDS顺应材料预成型为薄的、平面的片材形状，激光活化前体在由激光活化之后作为选择性镀覆的籽层。LDS片材120可以是平面的并具有均匀的厚度。在示范性实施例中，LDS片材120可以具有小于1.0mm的厚度。LDS片材120具有小于0.5mm的厚度。LDS片材120可以具有小于0.3mm的厚度。LDS片材120可以具有小于0.1mm的厚度。
在工艺步骤202中，LDS片材120形成为3D形状，以从LDS片材120形成3D波状LDS薄膜122。薄膜122保持与片材120一体，且可以作为连续工艺的部分在卷筒(在图2中示出)之间与片材120被传递。薄膜122是非平面的结构，其具有相对于平面的LDS片材120的非平面结构。在示范性实施例中，3D波状薄膜122抵靠模具(在图2中示出)真空成型。可以使用其他工艺形成薄膜122，例如热成型、高压成型、以及诸如此类。薄膜122可以具有复杂的形状。参考图4和图5，在示出的实施例中，薄膜122具有凹部130(在背侧上)、限定壁部134和凸起136的提升部分、并具有一个或多个开口，例如敞开至凹部130的开口和/或限定穿过薄膜122的通孔140的开口。薄膜122可以具有一个或多个曲面表面，例如拐角138，且可以具有一个或多个平面表面，例如基部142。薄膜122具有内表面144以及与内表面144相反的外表面146。内表面144可以是面对模具以形成薄膜122的表面。
在工艺步骤204中，通过激光(在图2中示出)在3D波状薄膜122上激光成型3D电路图案124。在激光束轰击薄膜122的LDS材料的位置，薄膜122的LDS材料的金属添加剂形成烧蚀的含金属氧化物迹线。在示出的实施例中，将电路图案124设置在内表面144上和外表面146上；然而，在可替代的实施例中，电路图案可以仅设置在内表面144上或仅在外表面146上。在示出的实施例中，电路图案124跨越壁部134、曲面表面角部138、基部142和凸起136。可选地，电路图案124可以设置在直接围绕薄膜122的区域中的LDS片材120的平面部分上。当成型的薄膜122被移除时，LDS片材120的包括电路图案的部分可以附加地与成型的薄膜122一起被移除，使得成型的薄膜和LDS片材120的被移除的部分可以安置在电子装置102中。
在工艺步骤206中，选择性地镀覆电路图案124，以在3D波状薄膜122上形成电路126，这可以发生在镀覆浴(在图2中示出)中。当电路126跨越薄膜122的波状表面时，电路126具有3D形状。在示范性实施例中，电路126形成天线电路。电路126的部分形成接触垫148，用于与电子装置102的其他部件的电触头相接。在示出的实施例中，如上文所述，电路126设置在薄膜122的内表面144和外表面146两者上。例如，接触垫148设置在内表面144上，且天线电路通常设置在外表面146上。通孔140被镀覆并限定镀覆的通孔，其电连接内表面144上的电路126和外表面146上的电路126。接触垫148可以至少部分地设置在凸起136上，且从而自基部142被提高，以电连接至电子装置102内的部件的相对应的触头、电路或导线。
在可替代的实施例中，不具有镀覆的通孔140，而是可以通过电容耦合电路126，而电耦合内表面144和外表面146上的电路126。例如，电路126可以具有电容耦合的重叠区域。重叠的长度的量可以控制电容耦合的量，且从而控制运行的频率或电路126的其他特性。使得电路126电容耦合，减少了精确地对准薄膜122以进行激光成型的需要，和/或多个激光器或多个激光成型步骤的需要。在可替代的实施例中，可以通过其他类型的耦合而电耦合电路126。在其他各种实施例中，不是在表面144、146两者上具有电路126，而是将电路126设置在内表面144上或外表面146上，从而消除了激光对准和/或电容耦合的需要。
在工艺步骤208中，从LDS片材120移除薄膜122以及电路126，以形成3D成型的LDS衬垫100。例如，当LDS片材120从卷筒至卷筒转移时，可以修剪、切割、或以其他方式从LDS片材120分离薄膜122。一旦从LDS片材120分离衬垫100，衬垫100可以被储存、运输、或在进一步的工艺步骤中被直接安置于电子装置102中。
图6示出了装载到电子装置102中的3D成型的LDS衬垫100。图7是装载到电子装置102中的成型的LDS衬垫100的截面透视图。
LDS衬垫100被装载到外壳106的腔104中。LDS衬垫100具有3D波状表面，其紧密地匹配外壳106的3D波状表面108。因此，LDS衬垫100接收在腔104中，并与外壳106的波状表面108对准。天线电路126沿LDS衬垫122设置，例如沿电路图案中的外表面146。虽然电路126示出为天线电路，在可替代的实施例中，可以使用其他类型的电路126，例如电子装置的各种部件之间的数据传输电路、开关或传感器电路、或其他类型的电路。接触垫148提供电路126与电子装置102的其他各种电子部件之间的连接点。
在示出的实施例中，外壳106是移动电子装置(例如移动电话)的后部外壳或壳体。外壳106包括限定腔104的后壁150和侧壁152。外壳106包括从后壁150延伸进入腔104的凸起154。凸起154定位为接近侧壁152的其中一个拐角，例如接近外壳106的顶部156。
LDS衬垫100被装载到位于外壳106的顶部156的腔104中，使得外表面146面对外壳106。凸起136与凸起154对准，且凸起154被装载到由凸起136限定的腔或空间中。凸起136的帽158静止在凸起154上，使得帽158上的接触垫148由凸起154支承。衬垫100的基部142静止在后壁150上。衬垫100的壁部134静止抵靠外壳106的侧壁152。拐角138紧密地跟随外壳106的侧壁152的拐角。LDS衬垫100非常薄，且在外壳106的腔104占据非常少的空间。例如，在示出的实施例中，LDS衬垫100大约为0.1mm厚。侧壁152比LDS衬垫100厚得多，且在示出的实施例中比LDS衬垫大约厚10倍，为1.0mm厚。如上文所述，常规3D模制LDS工件不能实现LDS衬垫100的薄度的水平，而是在侧壁152的厚度的量级上或最小为大约1.0mm厚。通过使用薄LDS衬垫100，与3D模制LDS工件相反，在电子装置102的其他电子部件腔104内有更多的可用空间，和/或外壳106的总尺寸可以减少，使得电子装置102更小。
可选地，外壳106可以具有形成在后壁150和/或侧壁152中的凹部160，其接收衬垫100，使得衬垫的内部基本与外壳106的内部平齐。在其他各种实施例中，衬垫100可以接收在形成在侧壁152和/或后壁150的内部部分中的凹部中。例如，外壳106可以围绕衬垫100模制。在其他各种实施例中，衬垫100可以设置在外壳106的外表面上，而不是外壳106的内表面。
应当理解的是，上述描述意在为说明性的，而不是限制性的。例如，上文所描述的实施例(和/或其方面)可以彼此结合使用。此外，在未背离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以将特定的情况或材料适应于本发明的教导。本文描述的各种部件的尺寸、材料的类型、取向，以及各种材料的数量和位置意在限定某些实施例的参数，而绝非限制性的，且仅为示范性实施例。在阅读上述描述的情况下，在权利要求的精神和范围内的许多其他实施例和修改将对于本领域技术人员显而易见。因此，本发明的精神应当参考随附的权利要求、以及这些权利要求所声称的等价物的全部范围来确定。在随附的权利要求中，术语“包含”和“在其中”被使用作为相应的术语“包括”和“其中”的通俗语言等价物。此外，在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标签使用，而非意在对它们的对象强加数值要求。

Claims (15)

1.一种制造3D激光直接成型衬垫(100)的方法，所述方法包括：
提供激光直接成型片材(120)；
在所述激光直接成型片材中形成3D波状衬垫(100)；
在所述3D波状衬垫上激光成型电路图案，以提供激光成型的电路图案；
选择性地镀覆所述激光成型的电路图案，以在所述3D波状衬垫上形成电路(126)；以及
从所述激光直接成型片材移除所述3D波状衬垫。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在相对应的电子装置(102)中安置所述3D波状衬垫(100)，使得所述衬垫紧随所述电子装置的3D波状表面(108)。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述提供激光直接成型片材(120)包括提供具有小于0.3mm的厚度的激光直接成型片材。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述形成3D波状衬垫(100)包括将平面的激光直接成型片材(120)形成非平面的衬垫。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述形成3D波状衬垫(100)包括真空成型所述衬垫。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述激光成型电路图案(124)包括在所述衬垫(100)的内表面(144)和所述衬垫的外表面(146)两者上激光成型电路图案。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述选择性地镀覆所述激光成型的电路图案(124)包括在所述内表面(144)和所述外表面(146)两者上镀覆激光成型的电路图案，以在所述内表面和所述外表面两者上形成电路(126)。
8.如权利要求7所述的方法，还包括通过镀覆穿过所述衬垫的通孔(140)而电耦合所述内表面和所述外表面(144，146)上的所述电路。
9.如权利要求7所述的方法，还包括通过电容耦合所述电路(126)而电耦合所述内表面和所述外表面(144，146)上的所述电路。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述提供激光直接成型片材(120)包括在卷筒(110)之间提供所述激光直接成型片材，所述方法还包括连续地处理所述激光直接成型片材。
11.一种成型的激光直接成型衬垫，包括：
具有3D波状表面的激光直接成型薄膜，其由激光直接成型片材真空成型，所述激光直接成型薄膜包括内表面和外表面，
蚀刻在所述激光直接成型薄膜的内表面和外表面中的至少一者中的激光成型的电路图案；
选择性地镀覆在所述激光成型的电路图案上的导电层，在所述激光直接成型薄膜上形成电路，所述电路具有非平面的区域。
12.如权利要求11所述的成型的激光直接成型衬垫，其中所述激光直接成型薄膜具有小于1.0mm的均匀厚度。
13.如权利要求11所述的成型的激光直接成型衬垫，其中所述激光直接成型薄膜包括凹部，所述凹部包括基部以及背离所述基部延伸的壁部，所述激光成型的电路图案和所述电路形成在所述基部和所述壁部两者上。
14.如权利要求11所述的成型的激光直接成型衬垫，其中所述激光成型的电路图案和所述电路形成在所述内表面和所述外表面两者上，其中通过将所述内表面和所述外表面上的所述电路电容耦合，而电耦合所述内表面和所述外表面上的所述电路。
15.如权利要求11所述的成型的激光直接成型衬垫，其中所述激光成型的电路图案形成天线图案，所述导电层形成天线电路。
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