CN1169669C - 电气导电粘性传送 - Google Patents

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Abstract

在制造和/或设计柔性膜电路中使用的电功能粘性传送。电路单元(11，12)不是直接地印刷在聚合物薄膜基底上，而是印刷在一个载体条(15)上，压力敏感粘合剂(13)施加在该载体条(15)上印刷电路图案(11，12)的暴露表面上并被覆盖一释放纸(14)。该电路随后就可以通过剥离该释放纸(14)而施加到任意基底(44)上并通过该压力敏感粘合剂(13)而安装该电路，一般地是在该电路被粘性地连接到该基底(44)上之后才剥离载体条(15)。该载体条(15)最好是透明的或半透明的以便该电路图案与它所粘附的该基底(44)可视化对齐。

Description

电气导电粘性传送
发明背景与概述
在各种应用中广泛地使用了柔性膜电路，在这些应用中，举例来说，输入装置是通过手指压力来激励的，进行数据输入或控制设置等。一般地，这种装置涉及一种柔性膜，其外部设置有可见的图形，如数字压点，开/关等，在此处，操作者将指压加到该柔性膜的外部一选择的图形单元上，以便执行所期望的操作。这种柔性膜电路一般地使用印刷电路原理制造，其本质上可能相对较复杂。
制造这种柔性膜电路的一般过程包括准备聚酯薄膜，在该薄膜上印刷有电功能印记(ink)的连续层(导电与电介)，一般地，该导电印记着色(pigment)有银或石墨，当然也可以使用其它的金属如金、镍或铜等。该导电印记可以电子路径的形式直接印刷在该聚酯薄膜的表面上，电子路径组成了电路或开关，一个非常简单的电路可以包括一个单层的、按照预定的电路布局图施加的导电印记，并附有连接器。利用多层的导电印记图案可以制造更复杂的电路布置，并相应地用电介层间隔开，如此使用的薄膜一般地称为‘静态层’。
一个简单或复杂的多级静态层频繁地与一个称为‘图形层’第二薄膜粘性地组合在一起，该图形层包括印刷在该薄膜的顶部的开关图形和相应图案的导电电路，可导电地印刷在后面。利用本发明，图形层可以直接印刷或可以通过传送而生成。该图形层与该静态层以合适的间隔、圆弧、尖状(tail)等层压在一起，以便组成一个完善的具有一定功能的柔性膜电路或开关。
本发明致力于用于以一种方式产生柔性膜和类似电路的改进的组件与技术以便极大地提高电路设计与生产的可变性与灵活性。具体地，本发明提供一种电功能粘性传送(adhesive transfer)产品，其中以一层或多层的方式将用于柔性膜电路的电路图案施加到载体条或薄膜上。该电路单元涂覆有一个合适的压力敏感粘合剂，该粘合剂以被一种分离纸保护。由此形成的电路可以随后被施加到一个基底上，通过剥离保护性的分离纸以及传送和利用目前已暴露的压力敏感粘合剂粘附该电路到该基底上来完成的。在粘附安装了该电路后剥离的载体条最好是透明的，或至少是半透明的，以便该电路图案可以透过该载体条而被看到，由此便于正确地与基底校准。
从本发明中可以导出多个重要的优点。在这些优点当中，电子功能电路可以被传送到相比使用常规技术来说具有多个更广变化的不同的基底，也可以提供一种电子功能粘合剂传送产品，该产品可以用于修补已有的柔性膜电路。另外，也可以得知，该电子功能粘合剂产品可以由很多标准的部件构成，如连接器图案带，双列直插带，绝缘器带、弯管，环形圈、终端带等，这些都可以被电路设计者使用，以便例如准备和测试原型电路。本发明相应地也可以用于形成用于这种应用的电子导电粘合剂传送，作为一种电磁干扰(EMI)、射频干扰(RFI)和在特定屏蔽中的静电消散(ESD)。
本发明的其它优点和特征可以通过参照下列附图结合对下列实施例的详细描述而变得更清晰。
附图描述
图1是表示按照本发明的电子功能粘合剂传送产品的简化的横截面图。
图2是类似于图1的、表示该粘合剂传送产品的修改形式的示意图；
图3是类似于图1的、说明一个更复杂的粘合剂传送产品的一种形式的横截面图，其中在多个层中施加有电路；
图4是类似于图1的、表示施加到一个接收基底的图1电路的横截面图；
图5是类似于图4的说明一个产品的横截面，在该产品中有多个粘合剂产品被施加到一个接收基底。
本发明的优选实施例的描述
参照附图，首先来看图1，参考标号10表示一个载体条，在图1的描述中，该载体条优先地一个塑料薄膜，是由单一的聚合体或共聚物热塑材料构成。合适的这种材料有苯乙烯、高密度聚乙烯、乙烯基、苯乙烯/丁二烯、聚碳酸酯等，是以平直材料的形式挤压的，最好厚度是0.002英寸(0.0508mm)至0.010英寸(0.259mm)。对于特定优点，该载体条可以是透明的或半透明的。如下面讨论将会更清楚的，当把该粘合剂传送产品施加到一个接收基底时该特性是很有用的，以便正确地校准其上的电路图案。在图1的产品中所示的该电路图案的一种简单形式包括一个传送印记11，一个导电(或电介)层12和一个压力敏感粘合剂层13。这三个层11-13是通过筛分(screen)印刷工艺施加的，该工艺本身是众所周知的。
该传送印记11是由在被筛分印刷到该热塑载体条10上且干燥后展示良好的薄膜形成特性、良好可伸缩强度以及良好的释放特性的成分组成的。一般地讲，形成该层的传送印记11是为了具有非导电性。但是为了某种特定的应用，也可以提供导电特性。
一般地，形成该传送印记以便有选择地湿润该载体薄膜的表面，以便仅通过物理静电表面吸附作用而粘合到该表面，而不是通过化学粘合。这就使得干燥和形成的传送印记很容易地从该载体条上释放下来，使得很容易地粘附传送电路元件到一个接收基底。一般期望把传送印记从该载体条上释放下来的力是在每英寸2-4克的范围内(当使用所述的压力敏感带协商测试方法测量的，PSTC No.1)。因此，该传送印记的特定组成必须进行选择以及匹配该载体条本身的物理特性。溶剂、膜形成树脂和添加剂阵列必须进行选择并以这样一种方式形成：即该传送印记不会粘附到该载体条。
传送印记11层以一种预定的电路图案被施加到该载体条10，被直接印刷到该载体条的表面以提供理想的干燥膜厚度范围0.0001英寸(0.00254mm)-0.0003英寸(0.0076mm)，利用的是聚酯或具有每英寸100-300线的不锈钢纤维筛网。可以室温下进行筛分印刷印记的空气干燥，大约经过4-8小时。该印刷的载体条也可以在干燥隧道中在130-190°F(52-88℃)下进行烘烤大约45-75秒。
电子功能层12通过筛分印刷技术直接地施加到该传送印记11的印刷图案上。可以有两个导电和绝缘路径，这取决于特定的应用。这些路径可以是高度导电或高阻抗的或绝缘的，这取决于电路的设计。该导电层12可以主要由热塑、热固或配方成导电和绝缘筛分印记的u.v.可硫化(curable)的树脂系统构成。一般地，对于导电印记，最好使用热固树脂，而对于绝缘印记，最好是u.v.可硫化树脂。这些印记可以从DuPont(电子材料部)和Acheson Colloids Company公司获得。
导电印记，一般地称为聚合体厚膜合成物，一般地用银、石墨、铜、锡或它们的组合物来着色。当使用热塑材料时，可通过室温下空气干燥法或者以适当提高温度的烘烤干燥法消除其溶剂来达到硫化。当使用热固树脂时，可通过在提高温度的烘烤箱中消除该溶剂和交联系统的有机成份来达到硫化。硫化周期是温度与时间的函数。具有代表性的示例是：140°F(60℃)二小时；212°F(100℃)30-45分钟；240°F(115℃)1-2分钟。仅在该聚合体厚度膜成份被正确地干燥和硫化后才能表现出优良的性能。这此性能是：(a)期望的导电水平，(b)粘性，(c)柔性，(d)期望的硬度，(e)温度阻力，(f)磨擦阻力以及(g)在其它当中的溶剂阻力。
电子功能印记层12被直接施加到该传送印记的层11上。因此，电子功能印记12必须被在不会影响它的薄膜特性的情况下粘附到该传送印记层11。为获得这种特点，电子功能印记是通过筛分印刷技术施加的，利用了聚酯或具有网眼数在每英寸160-325线范围内的不锈钢筛，使用施加厚度在0.0008英寸(0.020mm)至0.0015英寸(0.038mm)的溶剂阻力乳剂。所修复(干燥)的电子功能印记的厚度一般地在0.0002英寸(0.0051mm)-0.006英寸(0.015mm)之间。一种具有60-80硬度计(durameter)的溶剂阻力聚亚胺酯橡胶滚轴(squeegee)用于在该操作实现该优点。
当电子功能印记是一种电介材料时，如在两个导电路径间提供绝缘时，其中这两个导电路径交叉或接触时，使用稍微不同的材料是最好的。为了获得这种优点，可以使用一种u.v.可硫化的、100％固态的电介印记，它是由单体、低聚体、光化电离体、着色体和添加剂组成。光化电离体吸收在200-400纳米范围内的u.v.射线并起动低聚体与单聚体之间的聚合作用，形成包含该着色体与添加剂的电介聚合物薄膜。不可硫化的电介印记优先地用于筛分印刷工艺，利用了聚酯或具有网眼数在每英寸200-400线范围内的不锈钢筛。使用这些材料以获取0.001英寸(0.00254mm)-0.012英寸(0.030mm)的可硫化厚度。可硫化的电介层有利地展示了绝缘阻抗或电介强度。
压力敏感粘合剂层13可以是在该领域内的所知的、用于粘附传送产品的任一压力敏感型粘合剂。该粘合剂利用已知的筛分印刷技术被施加到该电子功能图案12之上，该图案与电子功能层12的图案是同一个。一种硅树脂释放纸14被施加到该压力敏感粘合剂13上以保护它，直到该产品准备好使用。
通过移去该释放纸14并把该压力敏感粘合剂层13施加到一期望的基底44上而使用图1的传送产品，该基底44可以是一个聚酯薄膜，但是也可以是相当宽范围内的其它材料，如类似纸的材料、纤维物、玻璃、陶制品、金属和塑料等。在压力敏感材料13与基底14接触前，该传送产品的电路图案要与该基底正确地对齐。为了更好地获得该优点，可以将载体条10设置成透明的或半透明的，以便用户可通过该载体条可视地进行校准。也有可能，在合适的情况下，使用其外部设置有足够的可视标记的不透明载体来与该基底与进行正确对准。
当已经传送了该传送产品并将其粘附到基底44上后，可以剥离载体条10，如图4所示的，暴露出传送印记的层11，由此产生的电路可以与另一个施加在该基底44上的称作‘图形层’的薄膜(未示出)层压在一起，传送层11、导电层12和粘附层13按照已知的原则封装并粘附到其上。
在图2示出该新传送产品的一个特别期望的替换形式。在图2的实施例中，该载体条15是由一个热和化学稳定的载体基底16组成的，该载体基底16可以是一种稳定的化学材料如聚丙烯、特弗珑(Teflon)、聚乙烯terathylate、聚乙烯萘(naphthalate)、聚酰胺、环氧玻璃或其它的东西，被挤压成一个厚度范围在0.00145英寸(0.00368mm)-0.010英寸(0.0254mm)的平直薄膜。该基底16也可以是由纸材料形成，如植物性羊皮纸、高密度化的牛皮纸等。非常有利的是纸基底重量一般地在每令500张纸(24″×36″；609.6mm×914.4mm)20-40磅(9-18kg)范围内。
不管该载体基底16是由薄膜形成的还是由纸形成的，都要在要施加功能电路元件的表面上提供一种聚合涂层17，该聚合涂层最好是以相对薄层的方式施加的，最好是在0.00005英寸(0.00127mm)-0.0002英寸(0.005mm)的范围内。它最好是由基本上不扩展的材料形成，且在导电印刷媒介中典型使用的溶剂以及粘合剂配方内是不可溶解的，这些特性在很多的交叉链接热固聚合体中都可以找到，如聚乙烯缩丁荃-密胺、聚乙烯缩甲荃-酚、脲-甲荃、环氧-密胺、丙烯、丙烯-密胺等。还可以使用一种经修改的交叉链接硅树脂聚合物涂层，该聚合物涂层必须具有非常低的终极延长性，一般地希望在0.5-1.0％的范围内，如ASTM D638的ASTM测试方法中所描述的。
对于按照本发明在传送产品中使用的载体基底16和聚合物涂层17，在这些溶剂、聚合物涂层与载体材料之间应没有可检测到的相互作用。例如，各种化学溶剂稀释剂以及在筛分中所发现的化学化合物都被施加到该聚合物涂层的表面，并且允许蒸发，而在该表面上不会观察到任何可检测到的物理或化学效应。这此溶剂、稀释剂及其它的化学化合物包括溶剂油，丁基溶纤剂，乙酸丁酯，
1-硝基丙烷，庚烷，乙烷，丙酮，甲基乙烷基酮，环己烷，甲苯，二甲苯，乙烷基乙酸盐，卡必醇乙酸盐，异弗尔酮，甲基异丁基酮，1、4狄克松(dixone)，乙醇、异丙醇、丁醇、四氢呋喃、亚甲基氢化物，三氯乙烯，丁醇，环己酮，双丙酮醇，邻苯二甲酸二丁酯，芳香剂100，磷酸三，烃类溶剂1，丙二醇甲基醚，二丙二醇甲基醚，乙二醇丁基醚，乙基乙二醇乙基醚，双丙二醇，甲基醚乙酸盐，双乙二醇，甲基醚，VM+P萘(naptha)，丁基苯甲基酞酸盐以及命名很多的辛基联苯磷酸盐。
图2实施例的合成物载体膜15可用于很多场合，因为它对于高温具有很大的阻力及非常大的化学稳定性。
在图3的实施例中，在单一的粘合剂传送产品上提供了多个功能电路单元。在图3的修改中，载体条10或15设置有一个连续层，该连续层包括：按照从顶到底的顺序为，传送印记层18、导电印记层19、电介层20、第二导电印记层21以及最后的压力敏感粘合剂层22。释放纸施加到该压力敏感粘合剂，使该产品暂时被施加到所选择的基底上。
仅管在图3中表示了一致的多个层，但是应明白可把连续层排列在所期望和合适的不同的电路图案上。
类似地，在利用本发明的粘合剂传送产品构造一个电路时，可以把一个传送产品施加到另一个之上，以便建立多层电路。例如在图5的实施例中，已经施加了其上的包含有传送印记25、电子功能材料层26和压力敏感粘合剂层27的第一传送产品，第二传送产品随后施加到第一个之上。在图5所示中，第二传送产品包括传送印记层28、电子功能材料层29和压力敏感粘合剂层30。在图5所示中，第二层是以相对于第一层非一致的配置方式施加的，在某些情况下，当希望电连接是设置在垂直相邻的导电单元之间的交叉点时，传送印记层25和压力敏感印记层30可以制成具有足够的导电性以便在垂直方向提供合理的导电路径。
本发明的产品和处理过程提供了一种生产柔性膜电路的新颖和高度有利的方式，通过提供电路的从载体条到期望基底的粘合传送，就可以使用更多广泛的基底，而这些基底在这之前是不能用于这种电路的。就这一点来说，该电路可以传送到很多的基底材料，而在该基底材料上在使用常规技术的第一实例中是不可能构造柔性膜电路的。例如，设想利用本发明的产品、技术和工艺，可以在纤维上构造柔性膜电路，并且可以溶合进衣物或者三维物体上如玻璃、陶器、灯、墙壁、画等。本发明例如也可以用于EMI、RFI和ESD屏蔽的导电电路的设计与安装中。本发明的产品也可以用于连接已有电路的修复。另外，使用本发明的粘合传送电路单元，利用不贵的粘合剂传送产品，使得用于测试和其它目的的实验原型电路的生产更有效和快速。
应明白，在此描述了本发明的特定形式，但是这些描述仅是代表性的，可以在不脱离本发明公开内容的情况作出其它的修改。因此本发明的范围是由所附的权利要求书限定的。

Claims (5)

1.一种电功能粘合传送产品，包括：
(a)具有聚合体表面的载体条；
(b)以一种对应于预定期望电路的印刷图案方式施加到所述聚合体表面上、并仅仅通过静电表面吸附的方式粘合到所述聚合体表面的传送印记；
(c)以一种对应于所述预定期望电路的预定的电功能图案方式施加到所述传送印记上的一个或多个电功能印记层；
(d)以对应于其中的图案的图案方式施加到所述印记层的暴露表面上的压力敏感粘合剂；
(e)施加到所述压力敏感粘合剂并可释放地与其粘合的释放薄层。
2.构造柔性膜电路的方法，包括：
(a)制备一个如下的电功能粘合传送产品，该电功能粘合传送产品包括：
(i)具有聚合体表面的载体条；
(ii)以一种对应于预定期望电路的印刷图案方式地施加到所述聚合体表面上、并仅仅通过静电表面吸附的方式粘合到所述聚合体表面的传送印记；
(iii)以一种对应于所述预定期望电路的预定的电功能图案方式施加到所述传送印记上的一个或多个电功能印记层；
(iv)以对应于其中的图案的图案方式施加到所述印记层的暴露表面上的压力敏感粘合剂；
(v)施加到所述压力敏感粘合剂并可释放地与其粘合的释放薄层；
(b)选择一个合适的接收基底以接收所述传送产品；
(c)从所述传送产品上去掉释放薄层；以及
(d)粘性地将所述产品安装在所述接收基底上。
3.一种按照权利要求2的方法，其中
(e)该载体条是在粘性地将所述产品安装到所述接收基底上之后从所述产品上去除的。
4.一种按照权利要求2的方法，其中
(e)所述载体条是透明的或半透明的材料，以及
(f)通过观测所述载体条将所述粘合剂传送产品与所述接收基底对齐。
5.一种按照权利要求2的方法，其中(e)将一第二粘合传送产品粘性地安装在所述先前提及的传送产品上，以便提供一个多层电路。
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