CN112640589A

CN112640589A - 电子装置及其制造方法

Info

Publication number: CN112640589A
Application number: CN201980056660.2A
Authority: CN
Inventors: 马斯艾斯·里恩·德·席佩尔; 韦南德·克里斯蒂安·杰马斯; 杰基耶努斯·约翰内斯·万·德尔·韦夫; 赫曼·亨德里克斯·马尔德林克; 法宾·伯纳德·雅克·布鲁宁; 安德里斯·里杰费尔斯
Original assignee: Netherlands Institute Of Applied Sciences (tno)
Current assignee: Netherlands Institute Of Applied Sciences (tno); Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-04-09
Also published as: EP3845041A1; US20210195751A1; EP3618584A1; WO2020046119A1; JP2021536670A

Abstract

提供了一种电子装置(1)，该电子装置(1)包括电子部件(30)，该电子部件布置在部件载体(23)上，该部件载体(23)位于多层的堆叠(10)的空腔(14)中。一层或多层承载电导体(15)。空腔(14)从所述多层中的一层(12n)通过多层的堆叠延伸到所述多层中的另一层(12x)。部件载体(23)包括从电子部件(30)的电触点(31)到部件载体的电端子(25)的导电轨道(24)，所述电端子(25)到空腔的壁，以与所述电导体(15)中的相应一个形成电连接。

Description

电子装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电子装置。

本发明进一步涉及其制造方法。

背景技术

3D打印是一种增材制造技术，其中，载体材料以逐层处理沉积从而获得层的结构化堆叠。一个或多个部件可以嵌入到结构化堆叠中。通常的处理是打印堆叠以在其中形成空腔、将部件嵌入空腔中、在部件顶部打印导电材料并继续进行层沉积处理。

EP1592588描述了一种使用打印系统的方法，该打印系统包括：至少一个用于打印材料以创建打印产品的打印头以及物体合并装置，该物体合并装置在至少一个打印头打印产品的同时将部件并入到正在被打印的产品中。为此，印刷处理可以创建这种部件可插入其中的空腔。所引用的文件观察到，“在电活性装置被插入的地方，优选地用接合焊盘616以面朝上的方式插入装置，因为这使得形成高质量的电连接变得容易得多。利用面朝上的接合焊盘，可以在接下来要印刷的几层中形成电连接。相反，物体底部或侧面的接合焊盘将依赖于物体的正确放置和良好接触。”

因此，该已知方法的缺点是它对要嵌入部件的定向施加了限制。

需要一种电子装置，其中，以与该强加的定向偏离的角度来将部件嵌入层的结构化堆叠中。此外，还需要改进的处理，以便在选择部件定向时允许更大的自由度。

发明内容

根据本发明的第一方面，如权利要求1所述，提供了一种电子装置。

根据本发明的第二方面，如权利要求9所述，提供了一种制造电子装置的方法。

要求保护的电子装置包括：

-多层的堆叠，其中，这些层中的一层或多层承载电导体，

-空腔，从所述多层中的一层通过层的堆叠延伸到所述多层中的另一层，

-部件载体，容纳在空腔中，其中，该部件载体支撑至少一个电子部件，并且包括从该至少一个电子部件的电触点到电端子的导电轨道，该电端子从该部件载体延伸到空腔的壁，以形成与电导体中的相应一个的电连接。

要求保护的制造电子装置的方法，包括以下步骤：

-沉积多层的堆叠，所沉积的多层的堆叠具有表面和空腔，该空腔可通过所述表面中的开口进入，其中，所述多层中的一层或多层设置有电导体；

-在空腔中插入支撑至少一个电子部件的部件载体，其中，部件载体包括从该至少一个电子部件的电触点到电端子的导电轨道；

-将在朝向空腔的壁的方向上设置的电端子与所述电导体中的相应的电导体电连接。

注意，除了具体提及的电子部件之外，还可以在部件载体上布置另外的部件。

经由部件载体及其电端子的导电轨道，从该部件的电触点到所述多层中的一层的表面处的相应电导体的对应触点的电连接，允许部件相对于具有电导体的层表面独立定向，该电端子在朝向空腔的壁的方向上延伸。

在该电子装置的实施方式中，部件载体与电端子载体集成在一起，该电端子载体承载电端子并且通过壁延伸到彼此相继的层(mutually subsequent layers)之间。在该实施方式的一个实施例中，部件载体和电端子载体由刚性材料制成，并且通过柔性交界部分互连。

由于只有交界部分是柔性的这一事实，因此在制造过程中，可以相对容易地处理部件载体。可替代地，部件载体和电端子载体可以设置为柔性箔。这允许在制造过程中的额外公差。

在实施方式中，电端子是弹性元件，该弹性元件以张紧状态布置到电导体的触点。

在实施方式中，电端子由粘合材料形成。如果粘合剂具有各向异性的导电性，粘合剂在相对于施加粘合剂的表面的横向方向上的导电性比在相对于所述表面的垂直方向上的导电性低，则这是有利的。

根据另一种选择，用固化的金属膏将电子部件的电触点粘附到所述导电轨道上。

在电子装置的实施方式中，空腔具有楔形截面，该截面向外至开口逐渐变细。该实施方式允许相对容易地将部件载体放置在空腔内，同时一旦放置完成就提供良好的固定。

在电子装置的应用中，电子部件是发光装置，并且多层的堆叠是半透明的。在该应用中，部件载体可在其上例如布置附加部件以控制发光装置和/或传感器部件，例如从而感测入射光的强度。

附图说明

参考附图更详细地描述这些和其它方面。其中：

图1示出根据第一方面的电子装置的实施方式的透视图。

图2示出该实施方式的截面图。

图3根据同一的截面图更详细地示出该实施方式的一部分。

图4示出根据图3中的IV的俯视图。

图5A至图5C示出设置有部件的部件载体的不同视图。

图6A-图6E示出根据本发明的第二方面制的造方法的实施方式中的后续步骤。

图7A、图7B示出根据本发明的第二方面的制造方法的实施方式中的附加步骤。

图8A-图8F示出第一组另外的实施方式。

图9A-图9F示出第二组另外的实施方式。

图10A、图10B示出电子装置的又一实施方式。

图11A、图11B、图11C示出造成如图11C所示的中间产品的制造方法的另一实施方式。

图12A、图12B示出电子装置的额外实施方式。

具体实施方式

除非另有指示，否则各种附图中的相同的附图标记指示相同的元件。

图1示出电子装置1，该电子装置1包括多层的堆叠10。堆叠10具有空腔14，在空腔14中布置了部件载体23，该部件载体23是载体模块20的一部分并且设置有电子部件30。该示例中的电子产品包括另外的电子部件30a，该另外的电子部件30a布置在堆叠10中的另外的空腔14b内的另外的部件载体23a上。

图2示出图1的产品的截面图。如图所示，空腔14在方向d₁₄上从多层中的一层(表示为12n)通过多层的堆叠延伸到所述多层中的另一层12x。方向d₁₄处于与多层中的一层12n的平面对齐的方向和垂直于该平面的方向之间。在所示的示例中，空腔14的方向约为45度角。可替代地，可以选择另一角度，该角度偏离与12n的平面对齐或垂直的角度，例如在5度到85度之间的范围或者95度到175度之间的范围中。然而，可替代地，空腔的方向甚至可以选择为垂直于或接近垂直于12n的平面。在所示的实施方式中，另外的空腔14a从层12n延伸到处于与层12x不同的水平的另一层12y。另外的空腔14a的延伸方向d_14a与空腔14的延伸方向大约相同，但这不是必须的。空腔14、空腔14a也不必须如这里的情况那样结束于同一层12n。图2示出了电子装置1的层12的堆叠10包括另外的层，直到层12n之上的顶层12nn。在这样的另外的层中，可以设置容纳具有电子部件的相应另外的部件载体的另外的空腔，但这不是必须的，在其他实施方式中也可以不存在层12n以上的附加层。

在所示的实施方式中，堆叠10设置在基板5上。基板5是可选的，并且可以在制造阶段期间用作在其上沉积层12a到层12nn的表面。在所示的实施方式中，在基板5与堆叠10之间设置有释放层6，以便如果需要，可以从堆叠10释放基板5(和释放层6)。

在图1的实施方式中，如在图3、图4中更详细地示出的，部件载体23与承载电端子的电端子载体21集成。部件载体23和电端子载体21形成载体模块20。电端子载体21通过壁141延伸到彼此相继的层之间，其中，电端子与由这些彼此相继的层12n中的一个承载的电导体电连接。支撑电子部件30的部件载体23容纳在空腔14中。

具体地，图3描绘了不包括层12n之上的多层的堆叠10的一部分。图4是该部分根据图3中的IV的俯视图。在图5A、图5B和图5C中更详细地示出示例性载体模块20和由部件30的部件载体支撑的部件30。

图3、图4示出部件载体23容纳在空腔中。载体模块20包括导电轨道24，该载体模块20在空腔14内的电子部件30的部件载体23处支撑电子部件30，该导电轨道24从电子部件的电触点31到于层12n上延伸的电端子载体21处的电端子25。电端子25在层12n的表面122n处与相应的电导体15电连接。

在根据该示例性实施方式的电子装置中，电子部件30是发光装置并且多层的堆叠10是半透明的。可替代地或附加地，例如，可在同一部件载体23上或者在另一空腔中的另一部件载体上设置其它电子部件。

在所示的实施方式中，载体模块20是印刷电路板，该印刷电路板具有作为第一刚性部21的电端子载体21和作为第二刚性部的部件载体23，并且还具有在电端子载体21与部件载体23之间形成柔性互连交界部分的柔性部22。柔性部22在第一刚性部21与第二刚性部23之间提供约135度的钝角。举例来说，承载另外的电子部件30a的另外的部件载体23a是柔性箔的一部分。此外，在该示例中，柔性箔20a在空腔上方的表面122n的一部分上弯折，并且该部分形成电端子载体。为了避免柔性箔20a的曲率过高，在表面122n的该部分处的边缘部分124n被弯曲，例如具有几mm的曲率半径。

图4进一步示出导电轨道24a，该导电轨道24a从另外的电子部件30a的电触点延伸到另外的电端子25a，该电端子25a在层12n的表面122n处与另外的电导体15a电连接。如图3所示，在该情况下，当柔性箔20a在空腔14a上方的表面122n的一部分上弯折时，部件载体23a与部件30a以及由弯折部分形成的电端子载体的组合仅需要适度的表面积。为了能够再利用由空腔的开口限定的表面积，可以例如利用与用于堆叠的层的材料相同的材料来填充空腔。

现在参考图6A-图6E示出制造电子装置的方法。其中，图6A示意性地示出如何沉积多层的堆叠10。

图6A示出在步骤S1a-步骤S1a'中沉积层12a至层12a'之后，获得的第一中间产品。层12a至层12a'沉积在基板5上。可以设置释放层6，使得可以从基板5释放堆叠10(任选地包括释放层6)。可替代地，基板5可以与产品保持在一起。

如图6B所示，在后续步骤S1a'-S1a”中沉积包括层12a”的另外的层。后续层的材料以图案化方式沉积，使得空腔14”和空腔14a”分别从层12x、层12y开始向上形成。

如图6C所示，空腔14、空腔14a的形成在沉积了层12n之后完成，并且可通过层12n的表面122n中的开口128n、开口126n进入该空腔。

如图6D所示，在完成空腔14、空腔14a之后，接着进行步骤S2，在步骤S2中，插入部件载体，该部件载体支撑电子部件30、电子部件30a并且是载体模块20、载体模块20a的一部分。在步骤S3中，同样如6D示意性示出的，布置在载体模块20的端子载体21处的电端子25(参见图4)在多层的堆叠10的表面12n处与相应的电导体15电连接。为此目的，可使用可固化金属膏或导电粘合剂，例如各向异性导电粘合剂。

类似地，设置另外的载体模块20a，该载体模块20a具有第一端和第二端，该第一端形成延伸到空腔14a外部的电端子载体，该第二端在空腔14a内部形成用于部件30a的部件载体。电端子25a(参见图4)在多层的堆叠10的表面12n处与相应的电导体15a电连接。

图6E示出可选的另外的步骤S4n-S4nn，其中，沉积直至12nn的另外的层。在另外的层沉积之后，载体模块20的端子载体21提供从该载体模块20的部件载体延伸到空腔14的壁141的电端子，以与布置在层12n与后续层之间的电导体15形成电连接。

类似地，柔性箔20a的端部是另外的电端子载体，该另外的电端子载体提供从部件载体延伸到空腔的壁141的电端子25a，以与布置在层12n与后续层之间的电导体15a形成电连接。

如图6D的右侧所示，由于空腔14a具有向外渐缩至开口14a的楔形截面，因此有助于将载体模块20a的部件载体与该部件载体的部件30a插入。

图7A示出步骤S0A，其中，在插入步骤S2之前，电子部件30与载体模块20的部件载体23组装。

如图7B所示，组装步骤可以包括以下步骤：利用导电粘合剂32将电子部件30的电触点31粘附到导电轨道24。粘合剂32可具有各向异性导电性。也就是说，粘合剂32在相对于施加该粘合剂的表面的横向方向上的导电性比在相对于所述表面的垂直方向上的导电性低。代替使用粘合剂，电子部件30的电触点31可以利用金属膏(例如银膏)连接到导电轨道24，该金属膏随后固化。

图8A到图8D示出可用于所要求保护的电子装置的实施方式中的具有一个或多个部件30、30A、30B的载体模块20的另外的示例。在图8A的示例中，载体模块20是单层柔性PCB。如图8D所示，载体模块20具有用作电端子载体的第一端部21、用作部件载体的第二端部23、以及允许端部相对于彼此铰接的中间部22。

在图8B的示例中，限定端子载体和部件载体的载体模块的端部在其背面设置有相应的加强层26、加强层27。在图8C的示例中，要插入空腔中的端部23设置有与部件30A相对的附加部件30B。在图8D的示例中，要插入空腔中的承载部件30的端部23的方向平行于具有电触点的端部21。如图8E所示，这是因为端部21与中间部22之间的角度α与中间部22与端部23之间的角度β(180-α)互补。由此，部件30可以布置成与处于更低水平的层12x对齐，该水平比设置该部件30的电触点的水平(层12n)低。图8F示出该应用的透视图。

图9A到图9D示出适于在所要求保护的电子装置的实施方式中使用的具有一个或多个部件30、30A、30B的载体模块20的又一示例。在这些示例中，载体模块20具有多个部件载体23a、23b。承载部件30A的部件载体23a经由柔性部22a与承载电端子的端子载体21耦接。承载部件30B的部件载体23b经由柔性部22b与部件载体23a耦接。如图9E所示，部件30A、部件30B可以以彼此不同的角度布置在单个空腔中。例如，这例如以9A的截面在图9E中示出，并且以例如9C的透视图在图9F中示出。进一步注意，在图9B的示例中，端子载体21和部件载体23a、部件载体23b在其背面分别设置有加强层26、加强层27a、加强层27b。在图9C的示例中，部件载体23a、部件载体23b在其背面分别设置有适当的附加部件30C、附加部件30D。在图9D的示例中，部件载体23a在其正面承载第一部件30A，并且部件载体23b在其背面承载第二部件30B。

图10B示出电子装置1的另一实施方式。其中图10A更详细地示出设置有部件30的部件载体23。在所示的实施方式中，电端子25a、电端子25b、电端子25c是弹性元件，该弹性元件以张紧状态布置到电导体15a、电导体15b、电导体15c的触点(例如15a1)。诸如15a1的触点可通过在对应电导体(例如，15)的端部上的边界处沉积导电材料而形成，其中承载该电导体的层面对空腔14的壁141。导电材料例如是粘合剂或焊料。在制造过程中，部件载体23可以插入空腔14中，并且当插入完成时，弹性元件25a、弹性元件25b、弹性元件25c以张紧状态布置到壁141处的触点，使得它们与该触点形成电连接。

图11A、图11B和图11C示出制造根据本发明的电子装置1的替代方法。如图11A所示，其中电端子25a、25b、25c被设置(S0C)为粘合电触点。

如图11B进一步所示，插入步骤(S2A)包括保持粘合电触点25a、粘合电触点25b、粘合电触点25c远离空腔14的壁141，直到粘合电触点25a、粘合电触点25b、粘合电触点25c面对暴露在壁处的电导体15a、电导体15b、电导体15c的相应触点(例如15a1)为止。随后，通过使具有粘合电触点25a、粘合电触点25b、粘合电触点25c的部件载体23在与壁141的表面法线对齐的方向上朝向壁移动(S3A)，来提供如图11C所示的电连接。例如，粘合剂可通过UV辐射固化，或者由于施加的压力而固化。可替代地，粘合剂可以被设置为自固化双组分材料。

在替代实施方式中，粘合电触点具有各向异性的导电性，使得其在相对于壁的表面的横向方向上的导电性比在相对于壁的垂直方向上的导电性低。在该情况下，在插入期间不必使粘合电触点25a、粘合电触点25b、粘合电触点25c保持远离壁141。插入完成后，粘合电触点25a、粘合电触点25b、粘合电触点25c已经与电导体15a、电导体15b、电导体15c形成电连接。例如，粘合剂可通过UV辐射固化，或者由于施加的压力而固化。可替代地，粘合剂可以被设置为自固化双组分材料。

参考图12A、图12B公开了又一实施方式。在其中所示的实施方式中，电端子25a、电端子25b、电端子25c由各向异性电导体材料的弹性夹层29形成。该材料是各向异性导电性的，即其在相对于壁141的表面的横向方向上的导电性比在相对于壁141的垂直方向上的导电性低。

本领域技术人员应当理解，载体可以设置有耦接在柔性中间部之间的更大数量的部件载体部。

在所附权利要求书中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除复数。单个部件或其他单元可以实现权利要求书中列举的若干项的功能。在互不相同的权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims

1.一种电子装置(1)，包括：

-多层(12a、…、12n)的堆叠(10)，一层或多层承载电导体(15)，

-空腔(14、14a)，从所述多层中的一层(12n)通过所述多层的堆叠延伸到所述多层中的另一层(12x、12y)，

-至少一个电子部件(30、30a)，在所述空腔中并且具有电触点(31)，所述电触点与所述电导体(15)中的相应一个电连接，

其特征在于，部件载体(23、23a)容纳在所述空腔中，所述部件载体支撑至少一个所述电子部件(30、30a)，并且所述部件载体包括从至少一个所述电子部件的电触点(31)到电端子(25)的导电轨道(24)，所述电端子(25)从所述部件载体延伸到所述空腔的壁，以与所述电导体(15)中的相应一个形成所述电连接。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述部件载体(23)与电端子载体(21)集成，所述电端子载体承载所述电端子(25、25a、25b、25c)并且通过所述空腔的壁延伸到彼此相继的层之间的位置处。

3.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述电端子载体(21)和所述部件载体(23)是刚性材料，并且通过柔性交界部分(22)互连。

4.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述电端子载体(21)和所述部件载体(23)形成为柔性箔(20a)的部分。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电端子(25a、25b、25c)是弹性元件，所述弹性元件以张紧状态布置到所述电导体(15a、15b、15c)的触点。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电端子(25)由粘合材料形成。

7.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述粘合材料具有各向异性的导电性，所述粘合材料在相对于施加所述粘合材料的表面的横向方向上的导电性比在相对于所述表面的垂直方向上的导电性低。

8.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述电子部件(30)的所述电触点利用固化的金属膏粘附到所述导电轨道。

9.根据前述权利要求之一所述的电子装置，其中，所述空腔具有向外至开口逐渐变细的楔形截面。

10.根据前述权利要求之一所述的电子装置，其中，至少一个所述电子部件(30)是发光装置，并且其中，所述多层的堆叠是半透明的。

11.一种制造电子装置的方法，包括以下步骤：

-沉积(S1a–S1n)多层的堆叠，所沉积的所述多层的堆叠具有表面和空腔，所述空腔能够通过所述表面中的开口进入，其中，所述多层中的一层或多层设置有电导体(15、15a、15b、15c)；

-在所述空腔中插入(S2)至少一个电子部件，至少一个所述电子部件具有电触点；

-将至少一个所述电子部件的所述电触点电连接；

其特征在于，至少一个所述电子部件由部件载体支撑，所述部件载体包括从至少一个所述电子部件的所述电触点到电端子(25、25a、25b、25c)的导电轨道，所述电端子(25、25a、25b、25c)设置在朝向所述空腔的壁的方向上，并且其特征在于，所述电连接包括：

-将所述电端子与所述电导体中的相应电导体电连接(S3)。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括在插入步骤之前，组装(S0A)所述电子部件与所述部件载体的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述组装的步骤包括：设置(S0C)所述电端子(25a、25b、25c)作为粘合电触点。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述插入(S2A)步骤包括：保持所述粘合电触点(25a、25b、25c)远离所述空腔的所述壁，直到所述粘合电触点(25a、25b、25c)面对暴露在所述壁处的所述电导体的相应触点，并且其中，所述电连接(S3A)的步骤包括：沿与所述壁的表面法线对齐的方向朝向所述壁移动具有所述粘合电触点(25a、25b、25c)的所述部件载体(23)。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述粘合电触点具有各向异性的导电性，所述粘合电触点在相对于所述壁的表面的横向方向上的导电性比在相对于所述壁的垂直方向上的导电性低。