CN107206643B - 形成电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种形成电路板的方法，该方法包括：(a)获得第一可成形聚合物材料的基板，该基板在表面上具有至少一个电导体；(b)将第二可成形聚合物材料的发明层压到基板上以形成柔性电路板，其中，至少一个电导体被设置在覆盖膜与基板之间，覆盖膜具有露出至少一个电导体的至少一部分的多个孔；(c)将发光二极管(LED)电连接到至少一个电导体的露出部分；(d)加热电路板并同时施加力，以引起电路板弯曲并采用具有弓形横截面的形状；(e)冷却电路板直到该形状固定，从而形成具有弓形横截面的加热成形的电路板。

Description

形成电路板的方法
技术领域
本发明涉及用于形成电路板的方法。
背景技术
标准线性荧光灯是用于产生光的最常见的灯形式中的一种。鉴于在公司、公共机构和工厂中安装了大量荧光设备，希望用具有相同的形状因子(form factor)的其它高效、无汞发光方案来替换荧光灯，从而不必替换现有的设备。这引起对固态的替代灯的开发，所述固态的替代灯包括在设置于中空管内的电路板上的发光二极管(LED)的线性阵列。这些新的固态灯需要与常规荧光灯不同的构造方法并且特别需要新颖的技术来制造具有与管状灯体一起使用的LED阵列的电路板。
发明内容
一种形成电路板的方法，该方法包括：
(a)获得第一可成形聚合物材料的基板，所述基板的表面上具有至少一个电导体；
(b)将第二可成形聚合物材料的覆盖膜层压到所述基板以形成柔性电路板，其中，所述至少一个电导体被设置在所述覆盖膜与所述基板之间，所述覆盖膜具有露出所述至少一个电导体的至少一部分的多个孔；
(c)将发光二极管(LED)电连接到所述至少一个电导体的露出部分；以及
(d)加热所述电路板，同时施加力以引起所述电路板弯曲并且采用具有弓形横截面的形状；以及
(e)冷却所述电路板，直到所述形状变得固定为止，从而形成具有弓形横截面的加热成形的电路板，
其中，步骤(d)包括：
将所述电路板放置在模中，所述模具有上半部和下半部，所述上半部具有细长的纵向凸起的突出部，所述突出部具有与所述LED的位置相对应的沟道，所述沟道具有在所述模闭合时防止所述LED接触所述上半部的尺寸，所述下半部具有细长的纵向凹入的凹陷部，所述凹陷部用于容纳所述上半部的纵向的所述突出部，纵向的所述突出部和纵向的所述凹陷部具有相似的弓形横截面；
闭合所述模，同时在加热成形温度对所述模和所述电路板进行加热；
将所述模保持在闭合位置以给予所述电路板具有弓形横截面的形状，并且
其中，所述模在所述下半部中具有用于容纳所述电路板的纵向边缘的槽，并且将所述电路板放置在所述模中包括将所述电路板的边缘插入所述槽中。
附图说明
随着下文的具体描述，并且在参照附图后，所要求主题的各种实施方式的特征和优势将显而易见，其中相同数字表示相同部分，并且其中：
图1A和图1B分别是可通过本发明的方法制造的加热成形的电路板的透视图和横截面图。
图2A和图2B分别是在根据本发明的加热成形方法中使用的模的透视图和横截面图。
图3A至图3C示出根据本发明的使用图2A和图2B中示出的模的加热成形方法。
图4是在根据本发明的直线式(in-line)加热成形方法中使用的加热成形模具的透视图。
图5是根据本发明的直线式加热成形方法的示意图。
具体实施方式
已经发现，常规的改型LED灯的刚性电路板可用柔性电路板取代。柔性电路板弯曲且同心地适合灯的管状主体的内部直径的能力允许LED阵列被进一步远离灯的前表面设置，使得由单个LED发出的光扩散得更大，并且由此提供更均匀的呈现。板的曲率也允许LED关于彼此成角度，进一步有助于光分布。本发明是一种新型工艺，其用于加热成形柔性电路板以给予所需曲率，使得电路板可用在管状LED灯应用中，特别是被设计成常规线性荧光灯的替代品的LED灯。
现在参考图1A和图1B，加热成形的电路板100被示出被填充有LED 108。加热成形的电路板100由柔性电路板104构成。柔性电路板104由可被加热成形以给予所需形状的热塑性聚合材料(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))构成。在一个实施方式中，PET是高反射性白色PET，其将光反射向灯的前侧。柔性电路板104已被加热成形以制造具有弓形横截面的电路板，其优选地符合将与其一起使用的管型灯的曲率。柔性电路板104也具有用于向LED提供电力的电路和触点(未示出)。
在第一实施方式中，通过将具有被蚀刻的铜导体的可成形聚合物材料基板层压到覆盖膜(coverlay)形式的第二片可成形聚合物上，形成柔性电路板。优选地，覆盖膜是高反射性白色PET，其具有用于允许将LED焊接到铜导体上的孔。之后，用LED填充柔性电路板并将柔性电路板置于具有所需的横截面形状的模中。所述模还具有防止LED接触到模表面的一个或更多个凹陷。之后通过用足以给予电路板所需形状的温度和时间来加热模和电路板(例如，在约110℃加热20分钟)，使电路板加热成形。
图2A和图2B示出了用于在本发明的方法中使用的加热成形模200。模200由两个金属半部202、204形成。下半部202具有弓形横截面的细长的纵向凹入的凹陷部分210。凹陷部分210的横截面形状被设计成复制柔性电路板的期望横截面形状。优选地，所述横截面是圆弧(circular arc)，其对着的圆心角是120°至150°。细长的纵向凹陷部210优选地具有相对的槽220，槽220用于在加热成形工艺的最初阶段容纳柔性电路板的边缘。模200的上半部204具有细长的纵向凸起的突出部212，突出部212具有与凹陷部210的横截面基本对应的弓形横截面。矩形沟道218延伸细长的纵向突出部212的长度，并且具有足以在加热成形工艺期间防止安装在柔性电路板上的LED接触到模200的上半部204的宽度和深度，该接触会引起LED损伤。
图3A至图3C示出了使用图2A和图2B的模制造加热成形的电路板的批量工艺。在图3A中示出的最初步骤中，通过将平坦、细长的柔性电路板104的纵向边缘插入槽220中，将电路板104加载到打开的模200中。一旦印刷电路板104处于其适当位置，就使得所述模的半部202、204拼合在一起(如箭头230所示)，同时将模和电路板加热至加热成形温度。如图3B中所示，电路板104的安装有LED 108的上表面110首先接触上半部204的细长的纵向突出部212。在上半部204中的沟道218提供足够的间隙以防止与LED 108接触。随着模型进一步闭合，柔性印刷电路板104的下表面114接触所述模的下半部202的细长的纵向凹陷部210的表面。当闭合时，模200在两个半部202、204之间夹住柔性电路板104，并且下表面114和上表面110分别与凹陷部210和突出部212的表面完全接触(除了LED区)，如图3C中所示。然后，模保持闭合足以将所需曲率给予柔性电路板104的时间并制造加热成形的电路板100，如图1A和图1B中例示的。
这种类型的批量形成工艺实现高产量和可复制的成形。但是，批量工艺本来就缓慢，因此即使高度自动化，也不过一次形成一块板。而且，电路板只有在为了LED贴附而在炉中进行回流焊接(solder reflow)并接着冷却下来后才可加热成形，从而可操纵电路板以进一步处理。
在另一实施方式中，本发明的方法是连续的直线式工艺而不是批量工艺，并且可在节省时间、能量且改善形成的电路板的质量的卷到卷(reel-to-reel)生产线。特别是，直线式工艺可包括：(a)获得具有导电迹线的第一可成形聚合物材料的基板；(b)将该基板层压至第二可成形聚合物材料的覆盖膜以形成连续的电路板带，该电路板带具有设置在基板与覆盖膜之间的导电迹线，覆盖膜具有允许将LED贴附至导电迹线的孔，(c)施加焊料膏和LED，(d)在第一区域中加热电路板带以至少部分地熔化焊料并将LED电连接至导电迹线；(e)使加热的电路板在第二区域中经过模具以给予电路板带形状；以及(f)在第三区域中冷却电路板带以保持其形状。该方法还优选包括将冷却的电路板带切割成所需长度以产生在LED灯应用中使用的加热成形电路板的步骤。
在优选实施方式中，回流焊接的第一区域中的温度约为140℃。优选地，焊料是低温Bi/Sn焊料。由于该温度可高于用于将覆盖膜层压至基板的粘接剂的软化点，因此优选地在电路板带冷却的同时立即将电路板带传送到第二区域中并且通过成形模具。这不仅将所需形状给予了电路板带，还用于使第一区域中由较高温度引起的覆盖膜的任何可能分层平坦。
优选地，在比第一区域中的温度低的温度执行第二区域中的成形步骤。更优选地，在约110℃完成所述成形。在一个实施方式中，不加热第二区域，且所述成形依赖于在第一区域中被给予的剩余热量。特别地，在回流焊接之后，直接在冷却阶段期间加热成形电路板带。这将会直线式地完成并且仅利用既用于回流步骤也用于加热成形步骤的一个加热操作来产生成形的带，节省了时间和能量。在另一实施方式中，将使用位于回流部分下游的、将约110℃的温度保持足以给予电路板带所需形状的时间的温度区域中的模具来加热成形电路板带。在电路板带冷却至约80℃的期间，电路板带将继续行进穿过模具，在该温度点下，电路板带将仅在空气中行进，在模具的界限之外。
图4是根据本发明的在直线式工艺中使用的加热成形模具400的图。柔性电路板104在由箭头420示出的方向上移动穿过模具400。模具400具有向外展开的容纳部分408，容纳部分408容纳带形式的柔性印刷电路板104并且啮合柔性电路板的纵向边缘120。容纳部分408在接近成形部分410时变窄，引起柔性电路板104开始卷曲且呈现弓形横截面。成形部分410具有间隙406，间隙406允许LED不接触地穿过模具400的成形部分410。成形部分410具有上部402和下部404，形成由柔性电路板104(不包括LED)的厚度大致分开的表面，这允许电路板带在其间通过，同时保持柔性电路板带处于所需形状。更特别地，上部402的表面和下部404的表面具有基本相同的弓形横截面形状，用于给予电路板带的所需曲率。上部表面402被分成由间隙406分开的两个半部。在优选实施方式中，模具的上表面和下表面一体成形。加热成形的电路板100退出模具400的相对端，这里，加热成形的电路板100被切割为所需的长度。
图5是根据本发明方法的直线式工艺的示意图。该工艺始于左侧且在由箭头545指示的方向上行进。通过辊503将可成形聚合物材料的第一带501层压在可成形聚合物材料的第二带502上，以形成柔性电路板带504。第一带501在其将与第二带502匹配的表面上具有被蚀刻的铜导体。第二带502具有孔525，孔525与在该工艺中稍后布置的LED的位置相对应。所述孔使被蚀刻的铜导体的至少一部分露出，以制作至LED的电连接。可使用所述匹配表面中的一个或两个表面上的粘接剂来层压两个带。电路板带504然后到达向LED的期望接触位置施加焊料膏的第一分配点530，然后是将LED 508定位在期望位置的第二分配点533。被贴附了LED 508的带504接下来进入第一热区540，其中，焊料被回流以制作被蚀刻的铜导体与LED之间的电连接。在回流焊接步骤之后，带504进入第二热区542，其中，与图4所示相似地，带通过模具510，以给予带所需的曲率。加热成形的带500退出模具510，这里，带500进一步冷却并且被切割点550切割成所需的长度。热区540和542可包括具有温度梯度的单个区域，或者它们可以是如图5中所示的分开的区域。第一热区540中的温度高于第二热区542中的温度，且必须足以融化焊料膏中的焊料。第二热区542中的温度必须足以加热成形电路板带，但是足够低以使得一旦退出第一热区540焊料就固化。当该带从约110℃的加热成形温度冷却至形状变得固定的至少约80℃时，所述带优选地保持在模具中。
虽然已经示出并且描述了目前被考虑作为本发明优选实施方式的内容，但是对本领域技术人员显而易见的是，本文中可作出各种改变和修改而不超出由所附权利要求限定的本发明的范围。
相关申请的交叉引用
本申请是国际申请，并且要求2014年9月23日提交的美国临时申请No.62/054,045的权益和优先权，此处通过引用将其整体并入本文中。

Claims (6)

1.一种形成电路板的方法，该方法包括：
(a)获得第一可成形聚合物材料的基板，所述基板的表面上具有至少一个电导体；
(b)将第二可成形聚合物材料的覆盖膜层压到所述基板以形成柔性电路板，其中，所述至少一个电导体被设置在所述覆盖膜与所述基板之间，所述覆盖膜具有露出所述至少一个电导体的至少一部分的多个孔；
(c)将发光二极管(LED)电连接到所述至少一个电导体的露出部分；以及
(d)加热所述电路板，同时施加力以引起所述电路板弯曲并且采用具有弓形横截面的形状；以及
(e)冷却所述电路板，直到所述形状变得固定为止，从而形成具有弓形横截面的加热成形的电路板，
其中，步骤(d)包括：
将所述电路板放置在模中，所述模具有上半部和下半部，所述上半部具有细长的纵向凸起的突出部，所述突出部具有与所述LED的位置相对应的沟道，所述沟道具有在所述模闭合时防止所述LED接触所述上半部的尺寸，所述下半部具有细长的纵向凹入的凹陷部，所述凹陷部用于容纳所述上半部的纵向的所述突出部，纵向的所述突出部和纵向的所述凹陷部具有相似的弓形横截面；
闭合所述模，同时在加热成形温度对所述模和所述电路板进行加热；
将所述模保持在闭合位置以给予所述电路板具有弓形横截面的形状，并且
其中，所述模在所述下半部中具有用于容纳所述电路板的纵向边缘的槽，并且将所述电路板放置在所述模中包括将所述电路板的边缘插入所述槽中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述电路板加热至约110℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形状具有呈圆弧的横截面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述圆弧对着的圆心角是120°至150°。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一可成形聚合物材料和所述第二可成形聚合物材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二可成形聚合物材料是反射性白色PET。
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