CN1617653A - 三维成形的电路板，组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种三维成形的电路板(10，21，22)。该电路板(10，21，22)的特征在于，它包括树脂薄膜(1)和在树脂薄膜(1)上由导电胶形成的电路图案(2)。该导电胶包含作为粘结剂的、可三维成形的树脂油墨。该树脂薄膜(1)和电路图案(2)成形为三维形状。还提供一种制造三维成形电路板(10，21，22)的方法。该方法特征在于，包括步骤：用导电胶通过印刷在树脂薄膜(1)上成形电路图案(2)，其中，导电胶包含可三维成形的树脂油墨；和加压成形含有电路图案(2)的树脂薄膜(1)为三维形状。

Description

三维成形的电路板，组件及其制造方法
                               技术领域
本发明涉及一种具有三维结构的电路板和组件、及其制造方法。这些电路板和组件用于家用电子设备的显示面板或者控制面板，移动电话的开关部分，便携式信息设备或者摩托车的内部配件。
                               背景技术
在这种三维成形的电路板中，电路图案通过照相法(紫外线曝光法)或者电镀法常规地成形在三维薄膜基质上，这两种方法都典型地用于制造印刷电路板。
日本公开专利公开号9-319068公开了一种使用照相法制造三位成形电路组件的方法。按照这种制造方法，使用二维或三维膜片形成光掩膜，并制备预先进行过电镀或者抗蚀保护处理的三维成形基质。然后，曝光三位成形基质并在光掩膜紧密接触三维成形基质的状态下显影，从而在三维成形基质上形成电路图案。
日本公开专利公开号9-129995公开了一种使用电镀法制造三维成形的电路组件的方法。按照这种制造方法，由导电层构成的电路图案通过电镀成形在平板成型的电绝缘层的表面上，接着弯曲该成型的电绝缘层至三维形状。然后，通过电镀在导电层上形成金属层。
日本公开专利公开号2001-36240描述了一种通过热转印薄膜成型电路图案到基质上的转印法，其中，薄膜上的电路图案由铜箔等形成。
然而，使用照相法或电镀法的电路板成形在处理步骤，如粗加工树脂表面的步骤中要求大量的化学品，包括蚀刻剂和电镀液。由于这种化学品的废液导致对全球环境的严重污染，制造工艺过程的环境保护和所使用的化学品的控制变得复杂。
在转印法中，具有电路图案的转印薄膜必须预先制造。另外，由于转印薄膜到基质的弯曲或者角落部分非常困难，在其上形成电路的基质的形状受到限制。
在日本公开专利公开号2001-36240所公开的电路组件中，树脂薄膜和电路图案是分别三维成形的，通过在模具中层压整合的。在这种情况下，需要许多成型步骤，导致制造成本的增加。
本发明为解决这种传统问题而完成，本发明的目的是提供一种三维成形的电路板和组件，它们能通过一种简单的工艺来制造，而不会造成电路图案的损坏，及其制造方法。
                               发明内容
本发明提供一种三维成形的电路板，其特征在于，它包括树脂薄膜和树脂薄膜上由导电胶形成的电路图案。该导电胶包含作为粘结剂的、可三维成形的树脂油墨。该树脂薄膜和电路图案成形为三维形状。
本发明还提供一种制造三维成形的电路板的方法。该方法特征在于，包括步骤：用导电胶通过印刷在树脂薄膜上成形电路图案，其中，导电胶包含可三维成形的树脂油墨；和加压成形含有电路图案的树脂薄膜呈三维形状。
本发明的其他方面和优点将从下面结合附图的描述，发明原理的实施例的说明中变得显而易见。
                               附图说明
参照下面所示的优选实施方式的和附图的描述，本发明，及其目的和优点可以被很好的理解，附图中：
图1是表示本发明的三维成形的电路板的纵向截面图；
图2是表示本发明的三维成形的电路板的组件的纵向截面图；
图3(a)是表示用来评估电路板的成形性的仪器的透视立体图；以及
图3(b)是表示电路板的延伸状态的立体图。
                              具体实施方式
下面将进一步详细地描述本发明的实施方式。图1表示作为本发明的一个实施方式的三维成形电路板10。三维成形电路板10包括可三维成形的树脂薄膜1，和形成在树脂薄膜1的一侧上的电路图案2。树脂薄膜1上的电路图案2由含有作为粘结剂的树脂油墨的导电胶，通过使用印刷法例如丝网印刷形成。其上具有电路图案2的树脂薄膜1通过，例如加压成形，形成为三维形状以形成三维成形的电路板10。即，树脂薄膜1和电路图案2整体地成形为三维形状。在这个实施方式中，三维成形的电路板10是三维的成形为拱顶形。
图2表示本发明另一实施方式的三维成形的电路组件20。三维成形的电路组件20包括两个三维成形的电路板21和22，和树脂基构件3。在每一可三维成形的树脂薄膜1的一侧，电路图案2由含有作为粘结剂的树脂油墨的导电胶，通过使用印刷法，例如丝网印刷来成形。这种薄膜通过，例如加压成形来形成三维形状，以分别形成三维成形的电路板21，22。然后，用树脂基构件3整体地成形三维成形的电路板21，22，以制造三维成形的电路组件20。
树脂薄膜1在形成为三维形状之前可以为可三维成形的平板。这种树脂薄膜1可以是光导树脂薄膜，例如无色透明薄膜或者半透明有色薄膜，或者是不透明的树脂薄膜。作为树脂薄膜，柔性优良的各种树脂薄膜都可使用。这种树脂薄膜的实例包括聚酯基的，聚乙烯基的，聚丙烯基的，聚酰胺基的，和热塑性弹性基树脂薄膜。在这些薄膜中，优选使用聚碳酸酯薄膜，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯合金薄膜，或者聚对苯二甲酸乙二酯薄膜，因为这些薄膜具有良好的透明度和可成形性的性能。尽管薄膜的厚度不受特别限制，但优选厚度为50-200μm。小于50μm的薄膜厚度可能导致在电路图案的印刷期间的薄膜卷缩。同样，大于200μm的薄膜厚度可能降低薄膜的可成形性。
三维成形方法的实例包括但不仅限于真空成形，加压成形和液压成形。
包含在导电胶中的粘结剂必须含有作为主要成分的具有柔韧性和可三维成形性的树脂。
粘结剂中的树脂的实例包括聚酯基树脂，聚氨酯基树脂，环氧基树脂，丙烯酸基树脂，丙烯酸聚氨酯基树脂，聚烯烃基树脂和聚氯乙烯基树脂。在这些树脂中，考虑到对树脂薄膜1的粘结性，柔韧性和膨胀性，聚酯基树脂，例如聚碳酸酯基树脂，聚氨酯基树脂和环氧基树脂为优选的。特别地，优选的是，粘结剂包含含有由下式(I)表示的碳酸酯结构单元的聚碳酸酯树脂，该结构式在欧洲专利No.EP0688839B1中有描述。
这种树脂具有至少10000的重均分子量，并且包括含有式(1)的双官能团碳酸酯结构单元的热塑性芳族聚碳酸酯，其中R1和R2分别表示氢、卤素、C1-8烷基，C5-6环烷基或者C6-10芳烷基；m表示4-7的整数，R3和R4分别表示氢或者C1-6烷基，并且能对应于每一个X任意选择，X表示至少一个碳原子；R3和R4都是烷基基团。优选的是，同时表示对应于多个X中的至少一个的烷基基团。
当这种聚碳酸酯用作粘结剂时，重均分子量优选在20000-300000之间的范围。
含有式(I)中单元的聚碳酸酯树脂的具体实例为1，1-双-(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷和下式(II)所表示的双酚A的共聚物。
导电胶也含有导电粉。作为导电粉，可使用非金属粉，例如炭黑粉。另外可供选用的是，贵金属，例如金、银和钯；碱金属，例如铜和镍；或者它们的合金也能用作导电粉。导电粉的平均粒径优选在0.3-10μm的范围内。如果导电粉的平均粒径超过10μm，则含有这种粉末的导电胶，由于胶中导电粉的粒子间的接触点的数量减少而容易引起导电不足。因此，这种导电胶不能用于实际应用。如果平均粒径为小于0.3μm的导电粉用于导电胶中，则这种导电粉粒子容易凝结，变成即使在薄膜树脂1上也难以印刷导电胶。导电粉能使用，例如机械研磨法、雾化法，还原法，电解法或者气相法来制备。导电粉的形状可以是任意形状。然而，优选具有大的纵横比的鳞片状或者薄片状导电粉，因为相比于由含有球状导电粉的导电胶形成的电路图案而言，由含有上述形状的这种导电粉的导电胶形成的电路图案可以有较低的电阻。
用于形成电路图案2的印刷法的实例为丝网印刷，然而，其他印刷方法也可以使用。
与树脂薄膜1整体成型的树脂基构件3可以由具有各种组合物，类型和弹性模量的任意树脂形成。用于树脂基构件3的树脂的实例包括聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯基，丙烯酸类，聚烯烃基树脂，ABS，聚脂基，环氧基，聚氨酯基，聚酰胺基和有机硅基的树脂。
制造本实施方式的三维成形电路板10的方法包括步骤：通过使用导电胶的印刷方法成行电路图案2到树脂薄膜1上以形成电路板；使用加压成形等成形电路板(即，树脂薄膜1和电路图案2)为三维形状。
制造本实施方式的三维成形的电路组件20的方法包括步骤：将用上述方法得到的三维成形电路板21和22设置在供注射成型的模具中，和用树脂基构件3整体地成型板21和22。
因此，按照本发明，形成在树脂薄膜上的电路图案在成形为三维形状时不会破裂，并且电路图案的成形不要求复杂的工艺，例如电路板的化学镀和转印。因此，具有三维结构的三维成形电路板和组件能使用对全球环境具有很少不利影响的简单制造工艺来制造。
对那些熟知本领域的人而言是显而易见的，本发明能以多种其他的具体形式来实现，而不背离本发明的宗旨或范围。特别地，可理解为本发明可用下面的方式实现。
三维成形电路板10可以成形为任意三维形状。
多个三维成形电路板10也可以层叠在一起以制造多层三维成形电路板。
三维成形电路组件20可以由任意数量的三维成形电路板和树脂基构件构成。
本发明的三维成形电路板10和三维成形电路组件20的实施例将在下面描述。
(实施例1-3)
在树脂薄膜1的反面丝网印刷含有作为粘结剂的100重量份的含式(II)的聚碳酸酯树脂的聚碳酸酯树脂油墨(Noriphan，得自Bayer Ltd.，平均分子量：21000)，和作为导电粉的150重量份，250重量份或者350重量份的银粉(薄片银粉，平均粒径：2.3μm)的导电胶，以形成电路图案2。作为树脂薄膜1，使用光导聚碳酸酯薄膜。此后，包括电路图案2的树脂薄膜1在模具中被加压成形，以形成拱顶形电路板10，如图1所示。
(实施例4-6)
以与实施例1相同的方法成形电路板10，使用聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯合金薄膜(Bayfol，Bayer Ltd.)作为树脂薄膜1，含有100重量份表1所示的各种树脂油墨的导电胶，和250重量份银粉(薄片银粉，平均粒径：2.3μm)作为导电粉。
(对比实施例1-3)
以与实施例1相同的方法成形电路板10，使用聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯合金薄膜(Bayfol，Bayer Ltd.)作为树脂薄膜1，含有100重量份表1所示的各种树脂油墨的导电胶，和250重量份银粉(薄片银粉，平均粒径：2.3μm)作为导电粉。
使用下面的测量方法评估每一电路板的可成形性。如图3所示，使用每一导电胶在厚度为125μm的薄膜31上印刷宽度为1mm的电路图案32。使用Strograph(Toyo SeikiKogyou Co.，Ltd.)，每一树脂薄膜31的两端都被测量仪器33的夹盘34和35夹住。此时，夹盘34和35之间的距离设定为10cm。在125°的空气中测量夹盘34和35之间的电阻的同时，以20mm/min的速度在电路图案32的长度方向上拉伸电路板30，记录电阻值超过300mΩ时的电路板30的伸长α。当电阻值超过300MΩ时电路板30的伸长α为70mm或者更大时，判定电路板30具有良好的三维可成形性。
通过观察在可成形性评估中伸长后的电路图案的状态来评估电路图案和树脂薄膜之间的粘结性。如果银粉没有脱落，则判定粘结性“好”，如果银粉脱落，则判定粘结性“不好”。
按如下测量电路板成型前的体积电阻值。制备125μm厚的测试电路板，对每一个导电胶印刷50mm×80mm的矩形图案。使用电阻率仪(Loresta GP，MCPT600，Dia InstrumentsCo.，Ltd.)按照四点探针阵列法(按照JIS K7194)测量这些测试电路板的体积电阻值。
对于实施例1-6和对比实施例1-3，成型前电路板的体积电阻值，电路板的可成形性，和成型后电路图案与树脂薄膜之间的粘性示于表1中。
表1
  树脂油墨的类型   树脂油墨的量   银粉的量   体积电阻值(Ω·cm)   电阻值＞300mΩ时的伸长α   粘结性
实施例   1   聚碳酸酯基   100   150   4.475×10-4   127   好
  2   聚碳酸酯基   100   250   8.276×10-5   73   好
  3   聚碳酸酯基   100   350   1.507×10-4   83   好
  4   环氧基   100   250   4.848×10-4   97   好
  5   丙烯酸聚氨酯基   100   250   3.874×10-4   93   好
  6   聚氯乙烯/丙烯酸聚氨酯基   100   250   1.856×10-4   130   好
对比实施例   1   聚氯乙烯基   100   250   1.073×10-4   53   不好
  2   氯乙烯/醋酸乙烯共聚物基   100   250   7.213×10-5   33   不好
3 聚烯烃基 100 250 2.371×10-4 30 不好
表1中树脂油墨的详细情况如下：
聚碳酸酯基 Noriphan(Bayer Ltd.)
环氧基 1690N(Seiko Advance Ltd.)基树脂：三羟甲基丙烷型环氧树脂(50％)+双酚A(28％)固化剂：改性脂肪族多胺
丙烯酸聚氨酯基 MS8(Seiko advance Ltd.)+D-110N(Mitsui TakedaChemicals，Inc.)*重量比＝MS8∶D-110N＝1∶1
聚氯乙烯/丙烯酸聚氨酯基 VIC(Seiko advance Ltd.)+D-110N(Mitsui TakedaChemicals，Inc.)*重量比＝MS8∶D-110N＝1∶1
聚氯乙烯基 VIC(Seiko advance Ltd.)
氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物基 CAV Meiban(Seiko advance Ltd.)
聚烯烃基油墨 PP油墨(Seiko advance Ltd.)
(实施例7)
在树脂薄膜1的上表顶面上丝网印刷含有聚碳酸酯基树脂油墨(Noriphan，Bayer Ltd.)作为粘结剂的导电胶和作为导电粉的250重量份银粉(薄片银粉，平均粒径：2.3μm)，以形成电路图案2。对于树脂薄膜1，使用聚碳酸酯薄膜。在模具中加压成形印刷有电路图案2的树脂薄膜1，以形成具有拱顶形突起的电路板22。
在电路板22上层叠实施例1中得到的电路板作为顶部电路板22，这样，电路图案就彼此相对。将这些电路板21和22设置在用于注射成型的模具中，将融熔聚碳酸酯树脂注入到电路板22的凹陷中，然后整体成形，以形成电路组件20，如图2所示。在得到的电路组件20中，不会产生电路图案2的破裂，并获得电路板21和22之间、电路板22和树脂基构件23之间的良好粘结性。

Claims (10)

1.一种三维成形的电路板(10，21，22)，其特征在于，它具有：
树脂薄膜(1)；以及
树脂薄膜(1)上的由导电胶形成的电路图案(2)，其中，所述导电胶包含作为粘结剂的、可三维成形的树脂油墨；
所述树脂薄膜(1)和电路图案(2)成形为三维形状。
2.如权利要求1所述的三维成形的电路板(10，21，22)，其特征在于，所述树脂油墨含有选自聚酯基树脂，聚氨酯基树脂，环氧基树脂，丙烯酸树脂，丙烯酸聚氨酯基树脂，聚烯烃基树脂和聚氯乙烯基树脂的树脂。
3.如权利要求2所述的三维成形的电路板(10，21，22)，其特征在于，所述树脂油墨含有重均分子量至少为10000，且含有下式(I)表示的双官能团碳酸酯结构单元的热塑性芳族聚碳酸酯，
其中，R1和R2分别表示氢、卤素、C1-8烷基，C5-6环烷基或者C6-10芳烷基；m表示4-7的整数，R3和R4分别表示氢或者C1-6烷基，并且能对应于每一个X任选，X表示至少一个碳原子；R3和R4都是烷基基团。
4.如权利要求1-3中任一项所述的三维成形的电路板(10，21，22)，其特征在于，所述导电胶包括树脂油墨和导电粉。
5.如权利要求4所述的三维成形的电路板(10，21，22)，其特征在于，所述导电粉为银粉。
6.一种三维成形的电路组件(20)，其特征在于，它包括：
至少一个如权利要求1-3中任一项所述的三维成形的电路板(21，22)；和
其上至少层叠一个三维成形电路板(21，22)的树脂基构件(3)。
7.一种制造三维成形电路板(10，21，22)的方法，其特征在于，它包括步骤：
用导电胶通过印刷在树脂薄膜(1)上成形电路图案(2)，其中，导电胶包含可三维成形的树脂油墨；和
加压成形含有电路图案(2)的树脂薄膜(1)为三维形状。
8.如权利要求7所述的制造三维成形电路板(10，21，22)的方法，其特征在于，所述树脂油墨含有选自聚酯基树脂，聚氨酯基树脂，环氧基树脂，丙烯酸树脂，丙烯酸聚氨酯基树脂，聚烯烃基树脂和聚氯乙烯基树脂的树脂。
9.如权利要求8所述的制造三维成形电路板(10，21，22)的方法，其特征在于，所述树脂油墨含有重均分子量至少为10000，且含有下式(I)表示的双官能团碳酸酯结构单元的热塑性芳族聚碳酸酯，
Figure A2004100957280003C1
其中，R1和R2分别表示氢、卤素、C1-8烷基，C5-6环烷基或者C6-10芳烷基；m表示4-7的整数，R3和R4分别表示氢或者C1-6烷基，并且能对应于每一个X任选，X表示至少一个碳原子；R3和R4都是烷基基团。
10.一种制造三维成形电路组件(20)的方法，所述组件(20)包括至少一个如权利要求1-3中任一项所述的三维成形的电路板(21，22)；和树脂基构件(3)，其特征在于，它包括步骤：
通过设置电路板(21，22)于模具中并注入用于所述树脂基构件(3)的熔融树脂到所述模具中，来整体地成形具有至少一个三维成形电路板(21，22)的树脂基构件(3)。
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