JP7232837B2 - 表面曲率を有する電子デバイスの熱成形 - Google Patents

Description

本開示書は、湾曲した電子デバイスを熱成形プロセスによって製造する方法及び該方法から生じる生成物に関する。

本発明者等は、現在印刷されているインモールド電子機器構造が、成形プロセス中の基板の不安定性の故に、信頼性の問題に悩まされることを見出した。例えば、インモールドされる構造上に複雑な（重い）構成要素を確実に結合することは困難である。１つの救済策は、熱成形可能な基板上における複雑な構成要素（ＱＦＮ、ＬＥＤ）のパッケージの結合を回避すること、又はおそらく、より伸び可能な電気要素及び相互接続物質を見つけることを包含しうる。他の解決策は、構成要素を備えている電子機器が一体化された箔、例えばＰＥＴ／ＰＥＮ、を使用すること、該箔を正しいパターンに切り抜くこと、及び該箔を基板に施与して、完全なスタックを熱成形することを伴いうる。しかしながら、箔から小さいパターンを切り取ることは、極めて困難でありうる。

米国特許出願公開第２０１６／３１６５７０（Ａ１）号明細書は、非平面のプリント回路基板アセンブリを製造する為の方法を記載しており、該方法において、電気回路トレースの損傷が、熱成形後にのみパターンを硬化させることによって回避される。しかしながら、これは、成形されていないＰＣＢの取扱いについての制限を課し、且つ物質の使用及びプロセス条件を制限する。さらなる背景として、米国特許出願公開第２００５／２０６０４７（Ａ１）号明細書は、輪郭を持った回路基板を記載し、特開２００４－３５６１４４（Ａ）号公報は、部品実装フレキシブル回路基板（component mounting flexible circuit board）を記載している。

特に熱成形中又は熱成形後に生じうる回路への損傷を防止しながら、さらに小さい部品（small components）及び接続を有する電子デバイスの製造における多様性且つプロセス条件を改善することが望まれている。

本開示の観点は、湾曲した電子デバイスを製造する改善された方法及び該方法の結果として得られる生成物を提供する。非導電性支持物質のパターン化された層が印刷されて、熱可塑性物質を含む基板上に支持パターンを形成する。該支持パターンは、複数の支持アイランド（１２ａ）の間に支持物質（１２ｍ）なしに、熱可塑性基板の複数の開放領域をつなぐ支持線によって相互接続された複数の支持アイランドを含む。支持パターン上へ電気回路が施与される。該電気回路は、支持線上へ施与された複数の導電性物質を含む回路線を備えている。電気要素は、電気要素が回路線によって電気的に相互接続されている複数の支持アイランド上へ施与される。該支持パターン及び該電気回路を有する基板の形状を、予め決められた表面曲率に従って変形する為に、高められた加工温度での熱成形プロセスが使用される。

箔からパターンを切り取る代わりに支持パターンを印刷することによって、本発明の方法は、より多用途であり、より正確であり、且つさらに小さい回路パターンに適応されることができる。該支持物質は、変形に対して、基板の熱可塑性物質よりも高い抵抗を有することができる。このようにして、該変形は、複数の支持アイランドの間の開放領域に集中されることができ、該変形に対する支持物質のより高い抵抗が、熱成形プロセス中に該支持物質上に施与される電気回路の構造的一体性を維持する。例えば、該支持物質は、熱成形プロセスの間熱可塑性基板と同様に容易に屈げる又は伸ばす相対的に堅い物質とすることができる。例えば、該支持物質は、熱可塑性物質と比較されると相対的に高いガラス転移又は融解温度を有しうるものであり、従ってまた熱成形プロセスの間に相対的に固い及び／又はより高粘性のままである。

本開示書の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、観点及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付の図面からよりよく理解されるであろう。

図１Ａは、湾曲した電子デバイスの一つの実施態様を製造する工程の上面図を概略的に示す。 図１Ｂは、湾曲した電子デバイスの一つの実施態様を製造する工程の上面図を概略的に示す。 図２Ａは、湾曲した電子デバイスの実施態様を製造する他の又はさらなる工程の断面図を概略的に示す。 図２Ｂは、湾曲した電子デバイスの実施態様を製造する他の又はさらなる工程の断面図を概略的に示す。 図２Ｃは、湾曲した電子デバイスの実施態様を製造する他の又はさらなる工程の断面図を概略的に示す。 図２Ｄは、湾曲した電子デバイスの実施態様を製造する他の又はさらなる工程の断面図を概略的に示す。 図２Ｅは、湾曲した電子デバイスの実施態様を製造する他の又はさらなる工程の断面図を概略的に示す。

特定の実施態様について説明する為に使用される語は、本発明を限定することを意図されるものでない。本明細書において使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上別途明白に指示されない限り、複数形も同様に包含することが意図される。「及び／又は」という語は、列挙される関連項目の１以上のあらゆる組み合わせを包含する。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、記載の特徴の存在を指定するが、１以上の他の特徴の存在又は追加を除外しないことが理解されるだろう。別途指定されない限り、方法の特定の工程が他の工程に後続すると言及されるとき、該工程は、上記他の工程に直接追従することができ、又は該特定の工程を実施する前に、１以上の介在工程が実施されうることがさらに理解されるだろう。同様に、別途指定されない限り、構造又は構成要素間の接続について説明されるとき、この接続は、直接又は介在構造若しくは構成要素を介して確立されうることが理解されるだろう。

本発明は以下、本発明の実施態様が示されている添付の図面を参照してより詳細に説明される。図面において、システム、構成要素、層、並びに領域の絶対的及び相対的なサイズは、見やすいように強調されうる。実施態様は、本発明の場合により概念化された実施態様及び介在構造の概略図及び／又は断面図を参照して説明されうる。発明の詳細な説明及び図面において、全体にわたって同様の番号が同様の要素を云う。相対的な語並びにその派生語は、そこで説明されている向き又は議論されている図面に示されている向きを云うと解釈されるべきである。別途記載されていない限り、これらの相対的な語は説明の便宜の為であり、システムが特定の向きで構築又は動作されることを必要としない。

図１Ａ及び図１Ｂは、湾曲した電子デバイスの一つの実施態様を製造する工程の上面図を概略的に示す。図２Ａ～図２Ｅは、湾曲した電子デバイスの実施態様を製造する他の又はさらなる工程の断面図を概略的に示す。

一つの実施態様において、例えば図２Ａによって示されている通り、基板１１が提供され、基板１１は、熱可塑性物質１１ｍを含み、又は本質的に熱可塑性物質１１ｍからなる。熱可塑性プラスチック又は熱軟化性プラスチックは、特有の温度を超えると曲げやすく又は成形可能となり、冷却に応じて（再度）固まりうるプラスチック物質であることが認識されよう。従って、熱可塑性プラスチックは、加熱によって再成形され得、且つ典型的には、様々なポリマー処理技法、例えば射出成形、圧縮成形、カレンダ加工、及び押出し加工によって成形部分を作り出す為に使用される。本明細書に記載されている基板１１についての１つの好ましい熱可塑性物質１１ｍは、透明な熱可塑性プラスチックであるポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ：Poly(methyl methacrylate)）（これは、アクリルとしても知られている）である。別の好ましい物質は、好ましくはグリコールを加えた、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）（これは、（ＰＥＴＧ）としても知られている）、又はポリカーボネート（ＰＣ）である。熱可塑性プラスチックの他の例は、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ：Acrylonitrile butadiene styrene）、ナイロン又はポリアミド、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルを包含しうる。

一つの実施態様において、図２Ａに示されている通り、非導電性支持物質１２ｍのパターン化された層が、基板１１上へ印刷することによって施与される。これは、支持パターン１２を形成する。一つの実施態様において、支持パターン１２は、ポリマー物質を含む。ポリマーは、大きい分子又は高分子であり、繰り返された多くのサブユニットから構成されることが認識されよう。ポリマーは典型的には、モノマーとして知られている多くの小さい分子の重合を介して生成される。その結果、小分子化合物に比べて大きい分子量は典型的には、靭性、粘弾性、並びに結晶でなく、ガラス及び半結晶構造を形成する傾向を包含する固有の物性をもたらす。好ましくは、支持パターン１２は、非晶質から半結晶の中間架橋ポリマーを含む。好ましくは、架橋は、膜が高い融解温度を呈し、一方で、その脆性が低いままであることを確実にするのに十分である。例えば、支持パターン１２は、エポキシ、アクリル、又はポリイミドを含みうる。好ましい実施態様において、反応性エポキシが使用される。エポキシド前駆体から形成されるポリマーは、そのような物質がもはやエポキシ基を含有しない、又は樹脂の形成において未反応のままであるわずかな残留エポキシ基のみを含有する場合においてでさえも、エポキシと云われることができることが認識されるだろう。

好ましい実施態様において、例えば図１Ａに示されている通り、支持パターン１２は、複数の支持アイランド１２ａを備えている。示されている実施態様において、基板１１はまた複数の支持アイランド１２ａの間に、支持物質１２ｍなしで開放領域１１ａを有する。別の又はさらに好ましい実施態様において、また図１Ａに示されている通り、複数の支持アイランド１２ａは、支持線１２ｂによって相互接続されることができ、従って開放領域１１ａをつなぐように機能することができる。

一つの実施態様において、例えば図２Ｃ及び図２Ｄに示されている通り、電気回路１３、１４が支持パターン１２上へ施与される。これはまた、図１Ｂに示されている。示されている実施態様において、該電気回路は、支持線１２ｂ上へ施与された導電性物質１３ｍを含む回路線１３を備えている。示されている実施態様において、該回路はまた、複数の支持アイランド１２ａ上へ施与された電気要素１４を備えている。電気要素１４は、図１Ｂに概略的に示されている通り、回路線１３によって電気的に相互接続されることができる。

好ましい実施態様において、例えば図２Ｅに示されている通り、熱成形プロセス「Ｐ」が、支持パターン１２と電気回路１３、１４とを有する基板１１の形状の変形「Ｓ」の為に施与される。例えば、該形状は、予め決められた表面曲率「Ｃ」に従って、平坦な形状から湾曲した形状に変形される。当然ながら、多くの凹面及び／又は凸面の曲率が想定されることができる。典型的には、熱成形プロセスは、熱成形プロセスに好適な高められた加工温度「Ｔ」の施与を伴う。例えば、加工温度は、摂氏５０度超であり、典型的には８０度超であり、又はさらに例えば１００～２００度である。

好ましい実施態様において、支持物質１２ｍは、該変形に対して基板１１の熱可塑性物質１１ｍよりも高い抵抗を有する。このようにして、該変形は、複数の支持アイランド１２ａの間の開放領域１１ａに集中されるのに対して、該変形に対する支持物質１２ｍのより高い抵抗は、熱成形プロセス「Ｐ」の間に支持物質１２ｍ上に施与される電気回路１３、１４の構造的一体性を維持する。図２Ｅにおいて、該変形は、矢印「Ｓ」によって概略的に示されており、概して１以上の次元に沿って主として基板の曲率及び／又は長さの変化（伸び／圧縮）を包含しうる。

一つの実施態様において、支持物質１２ｍは、基板１１の熱可塑性物質１１ｍよりも高い、例えば少なくとも１０パーセント高い、好ましくは少なくとも５０パーセント高い、少なくとも２倍高い、又はそれよりも高い剛性を有する。該基板物質と比較して、該支持パターン物質の剛度が高いほど、支持パターンによって覆われている基板の領域での変形が小さくなる。好ましくは、少なくとも変形が生じる熱成形プロセス「Ｐ」の間に、より好ましくはその後においても、該電気回路が施与された領域で少なくとも部分的に変形「Ｓ」に耐え続ける為に、剛性がより高くなる。

弾性係数は、応力が施与されたときの弾性変形（非恒久的）に対する物体又は物質の抵抗を定量化又は測定しうる物質特性として認識される。一般的に、より堅い物質は、より高い弾性係数を有する。方向を含め、応力及び歪みがどのように測定されるかを指定することで、ヤング係数（Ｅ）、剪断弾性係数又は捩り剛性係数（Ｇ又はμ）、及び体積弾性係数（Ｋ）を包含する異なるタイプの弾性係数が定義されることを可能にする。好ましい実施態様において、該支持パターンは、少なくとも熱可塑性物質１１ｍと比較して、上記で定義された係数の１以上、好ましくは全て、で表される相対的に高い弾性係数を有する支持物質１２ｍを含み、又は本質的にそのような支持物質１２ｍからなる。

一つの実施態様において、支持物質１２ｍは、基板１１の熱可塑性物質１１ｍよりも高いガラス転移温度「Ｔｇ」を有する。ガラス転移は、温度範囲間で生じうるプロセスとすることができることが認識されであろう。特有の物質に対して数ケルビン異なりうるガラス転移温度の異なる動作定義が使用される。それにもかかわらず、任意の定義に従ったガラス転移温度がなお、相対的に低い又は高いものとして相対的に比較されうる。例えば、本出願に関係しうる１つの定義は、例えばガラス転移温度「Ｔｇ」を１０^１２Ｐａ・ｓの値で固定する粘性を云う。一つの実施態様において、そのように定義された支持物質１２ｍのガラス転移温度は、熱可塑性物質１１ｍのガラス転移温度よりも少なくとも摂氏１０度、好ましくは少なくとも摂氏２０度、少なくとも３０又は少なくとも５０度高い。ガラス転移温度が十分に異なる場合、熱成形プロセスの加工温度は、これらの間で好適に選択されることができることが理解されるだろう。

一つの実施態様において、熱成形プロセス「Ｐ」は、基板１１のガラス転移温度「Ｔｇ」_，１１より上の加工温度「Ｔ」まで少なくとも基板１１を加熱することを含み、加工温度は、支持パターン１２のガラス転移温度「Ｔｇ」_，１２より下になるように、又は少なくとも支持パターン１２の融解温度より下になるように維持される。当然ながら、支持物質１２ｍがガラス転移を有しない可能性もあり、その場合ガラス転移温度は、無限であると見なされることができ、又は支持物質１２ｍの融解若しくは分解温度が代用されることができる。好ましくは、支持パターン１２は、ガラス転移を受けず、又は少なくとも熱成形プロセス「Ｐ」で融解しない。少なくとも、支持パターン１２は好ましくは、基板１１よりも高い融解温度を有する。代替的には又は追加として、支持パターン１２は、少なくとも熱成形プロセス「Ｐ」の間に基板１１よりも高い粘性を有しうる。

好ましくは、基板１１の熱可塑性物質１１ｍは、高すぎない、例えば摂氏３００度よりも低い、又は摂氏２００度よりも低い、少なくとも電気要素１４の損傷温度よりも低いガラス転移温度を有する。好ましくは、熱可塑性物質１１ｍは、低すぎない、例えば摂氏７０度超、好ましくは摂氏１００度超、少なくとも製造後の正常使用中に電子デバイス１００の不用意な変形を防止するのに十分なほど高いガラス転移温度を有する。例えば、商用グレードのＰＭＭＡのＴｇ値は典型的には、８５～１６５℃である。

好ましい実施態様において、該変形は、基板１１を、予め決められた表面曲率「Ｃ」に従って屈げることを含む。例えば、基板１１は、図２Ｅに示されている通り、型１５を使用して変形され、型１５は、予め決められた表面曲率「Ｃ」を決定することができる。型１５はまた、幾つかの実施態様において、電子デバイス１００の一部となりうるものであり、又は型に加えて、さらなる支持構造が提供されることができる。基板、支持層、及び回路の形状を変形する為に、示されているもの以外の他の成形又は熱成形プロセスがまた想定されることができる。

好ましい実施態様において、支持パターン１２は、基板１１の幾つかの領域を覆い、一方で、覆われた領域間の他の領域１１ａは開放したままにし、すなわち支持パターン１２がない。該開放領域は、変形の大部分を提供しうる。幾つかの実施態様において、変形、例えば屈げ、は、基板１１の異なる領域を伸ばす及び／又は圧縮することを含む。有利には、支持パターン１２は、電気回路１３、１４の位置で、基板１１の変形「Ｓ」を少なくとも部分的に防止しうる。例えば、変形「Ｓ」は好ましくは、支持パターン１２間の基板１１の開放領域１１ａに集中される。従って、伸び、圧縮、及び／又は屈げの量が、支持パターン１２によって覆われていない、基板１１の開放領域１１ａに集中される。

幾つかの実施態様において、図２Ｅによって概略的に示されている通り、基板１１の開放領域１１ａでの第１の曲率半径Ｒ１が、支持パターン１２によって覆われている基板領域、特に複数の支持アイランド１２ａによって覆われている領域の第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい。言い換えれば、曲率は、開放領域１１ａにおいて、覆われている領域よりも高くありうる。例えば、第１の曲率半径Ｒ１は、１メートルよりも小さく、０．５メートルよりも小さく、又はそれよりも小さく、例えば１～１０センチメートルとすることができる。例えば、第２の曲率半径Ｒ２は、第１の曲率半径Ｒ１よりも、１０パーセント超（すなわち、１．１倍）、幾つかの場合は２０パーセント超、又はさらにはそれ以上、例えば５０パーセント又はさらには２倍超大きくすることができる。幾つかの実施態様において、第２の曲率半径Ｒ２が、電気回路１３、１４に対する構造的損傷を防止する半径閾値を上回るように維持される。例えば、支持パターン１２は、１メートルよりも大きい、２メートルよりも大きい、又はさらにはそれよりも大きい閾値を上回るように、第２の曲率半径Ｒ２を維持し、例えば特に複数の支持アイランド１２ａで実質的に平坦な形状を維持する。電気回路１３、１４が施与される領域で支持パターン１２が平坦に維持されるほど、より多くの損傷が防止されうる。典型的には、支持パターン１２上に堆積された回路パターン１３、１４によって表された、示されている第３の曲率半径Ｒ３は、第２の曲率半径Ｒ２と同じに、又は第２の曲率半径Ｒ２よりも大きくなりうる（すなわち、さらには湾曲がよりも小さくなる）。

幾つかの実施態様において、基板１１の開放領域１１ａでの基板１１の伸び又は圧縮の量は、支持パターン１２によって覆われている基板領域、特に複数の支持アイランド１２ａによって覆われている領域、よりも大きい。言い換えれば、特に基板表面に沿った伸び又は圧縮は、特に複数の支持アイランド１２ａの間の開放領域１１ａに集中されうる。例えば、支持パターン１２によって覆われている領域での伸び又は圧縮は、電気回路１３、１４の構造的損傷を防止する為に、パーセント閾値を下回るように維持されうる。例えば、支持パターン１２は、基板表面に平行な１以上の次元に沿ったその長さを２０パーセントの範囲内で維持し（すなわち、１．２よりも小さい係数で長さを伸ばし、又は０．８よりも大きい係数で長さを圧縮する）、好ましくは、長さは、１０パーセントの範囲内で、より好ましくは５パーセントの範囲内で、若しくはさらには１パーセントよりも小さく維持され、又は実質上伸ばさない／圧縮しない。少なくとも支持線１２ｂ及び回路線１３の長さ又は複数の支持アイランド１２ａの両方の次元に沿って、表面に沿った伸び及び圧縮が防止されればされるほど、損傷はより良好に防止されうる。複数の支持アイランド１２ａの間の開放領域１１ａの伸び（又は屈げ）は、特にこれらがバッファ構造、例えば蛇行した線を備えた場合、必ずしも支持線１２ｂの長さに沿った大きい伸び（又は支持線１２ｂを横断する屈げ）をもたらさないことが理解されるだろう。

幾つかの実施態様において、例えば示されている通り、支持パターン１２は、例えば複数の支持アイランド１２ａを備えており、電気回路は、複数の支持アイランド１２ａ上に配置された電気要素１４を備えている。幾つかの実施態様において、例えば図１Ａに示されている通り、複数の支持アイランド１２ａは、基板の表面に沿って、例えば０．５ミリメートルよりも大きい、１ミリメートルよりも大きい、０．５センチメートルよりも大きい、１センチメートルよりも大きい、又はそれよりも大きい最小の断面直径１２ｄを有する。他の又はさらなる実施態様において、例えば図１Ｂに示されている通り、複数の支持アイランド１２ａは、アイランド上のそれぞれの１以上の電気要素１４の周りに最小の辺縁１２ｒを提供する。好ましくは、それぞれの１以上の要素１４とアイランド１２の縁部との間の複数の支持アイランド１２ａの最小の辺縁１２ｒは、例えば、０．５ミリメートルよりも大きく、１ミリメートルよりも大きく、０．５センチメートルよりも大きく、又はそれよりも大きい。本発明者等は、特に該要素がそれぞれのアイランドの中心又は中心付近に配置されている場合に、よりも大きい辺縁が、それぞれの要素を変形からより良好に保護しうることを見出した。

本発明者等は、よりも大きいアイランドが、熱成形プロセスの間にマイグレーションを受けにくくなりうることを見出した。従って、アイランドサイズを増大することは、予め決められた位置に対する要素の相対的配置を確実にしうるものであり、それは、電子デバイス１００による信号伝達又は外部相互作用を提供する要素、例えばＬＥＤ及び／又はボタン、にとって特に有益であることができる。電気要素１４に加えて、回路への電気（外部）コネクタがまた好ましくは、相対的に大きい支持アイランド上に配置される。これは、コネクタのより予測可能な配置を確実にし得、電子デバイス１００への接続の形成をより容易にする。

幾つかの実施態様において、例えば示されている通り、支持パターン１２は、例えば複数の支持線１２ｂを備えており、該電気回路は、回路線１３、すなわち支持線１２ｂ上に電気相互接続を形成する導電性レーン、を備えている。好ましくは、支持線１２ｂは、支持線１２ｂ上に施与されたそれぞれの対応する回路線１３のそれぞれの経路に追従する。言い換えれば、回路線１３の経路は好ましくは、支持線１２ｂの経路に平行である。示されている実施態様において、回路線１３は、複数の電気要素１４間に電気相互接続を形成する。同様に、支持線１２ｂは、複数の支持アイランド１２ａの間に支持相互接続を形成しうる。

幾つかの実施態様において、例えば図１Ａに示されている通り、支持レーン又は線１２ｂは、例えば少なくとも１０マイクロメートル、好ましくは少なくとも５０マイクロメートル、例えば１００～５００マイクロメートル、好ましくは２００マイクロメートルよりも小さい、のレーン幅１２ｗを有する。一方では、該支持線は好ましくは、十分な支持を提供し且つ回路線１３を損傷から保護するのに十分なほど太い。他方では、該支持線は好ましくは、回路線１３のパターン、例えば示されている蛇行パターン、によって提供されうる可撓性を妨げないように十分に狭い。幾つかの好ましい実施態様において、レーン幅１２ｗは、回路線１３の幅１３ｗに（ほぼ）等しい又はほんのわずかに大きい。例えば、回路線１３の縁部を越えて延びる支持線１２ｂの縁部は、１００マイクロメートルよりも小さい、好ましくは５０マイクロメートルよりも小さい、２０マイクロメートルよりも小さい、又はそれよりも小さい、縁部幅１２ｅを有し、例えば縁部は０～１０マイクロメートルよりも小さい。他の又はさらなる実施態様において、回路レーン１３の幅１３ｗ（基板の表面に沿っている）は、２００マイクロメートルよりも小さく、好ましくは１００マイクロメートルよりも小さく、例えば１０～５０マイクロメートルとすることができる。相対的に細い支持線は、その長さに沿って回路線１３の伸びを防止ししながら、より良好な可撓性を提供しうる。

好ましい実施態様において、支持線１２ｂ及び上部の回路線１３は、例えば図１Ａに示されている通り、複数の支持アイランド１２ａの間の蛇行又は湾曲した経路に追従するバッファ構造を備えている。典型的には、蛇行又は湾曲した経路に沿った長さは、経路の２つの端点間の最短直線距離（経路に沿っていない）よりも大きく、例えば少なくとも５０パーセント、好ましくは少なくとも２倍、少なくとも３倍、少なくとも５倍、又はそれよりも大きくなりうる。経路に沿った長さと端点間のまっすぐな距離との比が大きいほど、回路線１３を切断することなしに、該経路はさらに再配置又は伸び（解放）することが可能である。

幾つかの実施態様において、蛇行経路は、その方向を逆方向に数回、例えば少なくとも２回、好ましくは少なくとも３回、４回、又はそれより多く変更する。これは、経路を解放して追加の可撓性を提供することを可能にしうる。幾つかの実施態様において、図１Ａに示されている通り、該方向は毎回、少なくとも４０度の平面角、好ましくは少なくとも９０度、少なくとも１３０、若しくはさらには１８０度、又はそれよりも大きい（例えば、旋回）角度「α」だけ変化しうる。幾つかの実施態様において、該方向は、前後に変化することができる。例えば、示されている実施態様において、複数の支持アイランド１２ａの間の回路レーンの支持パターン１２ｂに追従しながら、経路はまず、約９０度の角度だけ左に屈がり、次いで上部で約１８０度の角度だけ右に屈がり、次いで下部で１８０度の角度だけ再び左に屈がり、最後に約９０度の角度だけ再び右に屈がる。当然ながら、また、他の蛇行パターンも想定されることができる。

一つの実施態様において、例えば図２Ｂによって示されている通り、支持パターン１２は、例えば１～１００マイクロメートル、好ましくは５～５０マイクロメートル、より好ましくは１０～２０マイクロメートル、の特定の層厚さ１２ｔを有する。幾つかの実施態様（図示せず）において、層厚さは、可変とし得、例えば複数の支持アイランド１２ａで支持線１２ｂより厚くしうる。好ましくは、少なくとも支持パターン１２は、上部の電子回路の寸法の完全性を維持することが可能である。また好ましくは、少なくとも支持線１２ｂ及びその上の回路線１３は、制限された伸びを可能にしうる。例えば、支持パターン１２は、少なくとも１０パーセントの破断伸びを有し、例えば分裂及び／又は回路の本質的な機能の損失なく、例えばレーンの長さに沿って１．１倍の支持レーンの伸びを可能にする。例えば、支持パターン１２は、可逆的変形を可能にする少なくともある程度の弾性を有することができ、例えば少なくとも１パーセント、すなわち１．０１倍、又はそれ以上、例えば２～５パーセント伸ばされたときに元の形状の事象に戻ることができる。例えば、幾つかの実施態様において、支持物質１２ｍは、１００ＭＰａ～１０ＧＰａのヤング係数を有する。また好ましくは、支持パターン１２は、普通なら望ましくないヤング係数の大幅な下落を招きうる熱成形プロセスの間に、それほど軟化又は融解しない。

本明細書に記載されている通り、支持パターン１２は好ましくは、印刷可能な（printable）物質若しくは印刷された（printed）物質を含み、又はそのような物質によって形成される。幾つかの実施態様において、支持パターン１２の印刷は、（液状の）印刷物質（printing material）１２ｐを基板１１上へ施与することを含む。他の又はさらなる実施態様において、印刷物質１２ｐは硬化されて、支持パターン１２の支持物質１２ｍを形成しうる。例えば、印刷物質１２ｐは、前駆体（例えば、モノマー）を含み、硬化は、前駆体を重合し且つ少なくとも部分的に架橋して、支持パターン１２を形成することを含む。例えば、印刷物質１２ｐは溶剤を含み、硬化は、支持パターン１２を残して溶剤を乾燥させることを含む。また、印刷物質１２ｐを硬化させる為のさらなる又は他のプロセス、例えば光、例えばＵＶ、による加熱処置及び／又は硬化が想定されることができる。支持パターン１２を印刷する為の好適なプロセスは例えば、スクリーン印刷を含みうる。これは、シートごとに実行されうるが、ストップアンドゴープロセス（stop and go process）を使用して連続Ｒ２Ｒ様式でまた行われることが可能である。代替的には、回転スクリーン印刷プロセスが利用されることができる。

本明細書に記載されている通り、回路線１３は、導電性物質を含む。従って、回路線１３は、例えば複数の電気要素１４の間及び／又は該要素と（外部）電気接続との間で電気を伝導するように構成される。好ましい実施態様において、回路線１３は、金属インク、最も好ましくは銀インク、を含む。幾つかの実施態様において、回路線１３は、支持線１２ｂ上に堆積され、例えば印刷によってまた堆積される。好ましくは、回路線１３は、本質的な機能を失うことなく、少なくとも１パーセント、好ましくは少なくとも５パーセント、若しくはさらには１０パーセント、又はそれよりも大きい破断伸びを提供する。好ましくは、回路線１３は、少なくとも１メートル、少なくとも０．５メートル、又はそれよりも小さいそれらの長さを横断する制限された半径にわたって屈げられることができ、例えば、回路が本質的な機能を失うことなく、線が１０センチメートルの半径にわたって屈げられることを可能にする。

幾つかの実施態様において、電気要素１４は、表面実装デバイス（ＳＭＤ：surface mounted device）を備えている。例えば、電気要素１４は、集積回路、若しくはトランスデューサ、例えば発光デバイス（ＬＥＤ）、若しくはインターフェース構成要素、例えば押しボタン、スイッチなど、又は電子デバイス１００の任意の他の機能的構成要素を備えている。例えば、電気要素１４は、電気回路、例えば回路レーン、の結合パッド上へ、導電性接着剤、例えばＩＣＡ、で配置され、例えばはんだ付けされ、さもなくば他の方法で結合されうる。例えば、該配置は、ピックアンドプレース（pick-and-place）、光誘起前方転写（ＬＩＦＴ：light inducing forward transfer）、又は他の配置方法を伴いうる。

幾つかの実施態様において、電気要素１４を配置する前に、例えば回路の電気接続の間に又は結合パッドの間に、アンダーフィルを施与することが好ましい。例えば、該アンダーフィルは、複数の支持アイランド１２ａと電気要素１４との間の空間を埋める。幾つかの実施態様において、該アンダーフィルはまた、好ましくは支持パターン１２と同じ物質を使用して、印刷される。幾つかの実施態様において、電気要素１４それ自体が、印刷された構成要素とされ、又はさもなくば堆積された物質から構築されうる。

幾つかの実施態様（図示せず）において、電気回路１３、１４の頂部上に非導電性の上層が施与される。任意的に、該上層は、回路の下の支持パターン１２と同じ又は類似のパターンを有する別の支持パターンを備えている。代替的には又は追加として、該上層は、別の熱可塑性基板を含み得、該回路は、複数の基板の間に挟まれることができる。

本明細書に記載されている方法は、対応する湾曲した電子デバイス１００を提供しうる。一つの実施態様において、電子デバイス１００は、熱可塑性物質１１ｍを含む基板１１を備えている。別の又はさらなる実施態様は、基板１１上に支持パターン１２を形成する非導電性の印刷可能な支持物質１２ｍのパターン化された層を備えている。電気回路１３、１４が、支持パターン１２上へ施与されることができる。特に、支持パターン１２及び電気回路１３、１４を備えている基板１１の形状は、予め決められた表面曲率「Ｃ」に従って熱成形プロセス「Ｐ」によって形成される。一つの応用例において、電子デバイス１００は、車用の湾曲したダッシュボードを備えており、電気要素１４、例えばライト及びボタン、が、ダッシュボード内に組み込まれる。当然ながら、多くの他の応用例が想定されることができる。

明瞭性及び簡潔な説明の目的の為に、特徴が、同じ又は別個の実施態様の一部として本明細書において記載されるが、本発明の範囲は、記載されている特徴の全て又は幾つかの組み合わせを有する実施態様を包含しうることが理解されるだろう。当然ながら、上述した実施態様又は方法のいずれか１つは、設計及び利点の発見及び整合におけるさらなる改善を提供する為に、１以上の他の実施態様又は方法と組み合わされうることを理解されたい。本開示は、熱成形プロセスにおける湾曲した表面を有する電子デバイスの製造に特定の利点を提供し、概して、支持パターンによって電子回路が下にある基板の変形から保護されるべきあらゆる応用例に施与されることができることが理解されるだろう。

幾つかの実施態様において、本解決策は、回路全体の下にポリマー電気絶縁膜（誘電体）を印刷して、熱成形プロセス中に確実で明確な基板を確保することを含みうる。例えばＰＥＮ／ＰＥＴ／ＰＩに同等の（高い）破壊強度（例えば、１０％超の極限伸び及び１％超の弾性歪み）を有する膜は好ましくは、電子回路及びその上の構成要素の寸法完全性を確保することが可能である。好ましくは、少なくとも支持構造は、熱成形温度で融解しない（普通ならヤング係数の大幅な下落を招きうる）。これは、熱成形プロセス中に印刷回路の不確定の再分布をもたらすはずである。回路の主要部分が定位置に留まることを確実にする為に、局所的な伸びに対応するように、蛇行形状の薄い機械バッファ構造が含まれうる。そのような構造は、変形に必要とされる力を低減させるように構造の幅が制限されることができる機械的な規則に従って設計されうる。

本解決策の幾つかの観点は、印刷のみの方法を提供しながら、積層に基づくインモールドシステム（in-mould system）の信頼性を確保することができることが理解されるだろう。該解決策は、製作の容易さとより高いレベルの信頼性とを組み合わせうる。同様に、使用済みの金属インク及び相互接続物質に対する要件を緩めることができる。印刷のみの解決策を使用することで、機械バッファ構造（すなわち、蛇行メッシュワイア）をよりも小さくすることが可能であり、従来の積層に基づく解決策と比較されると、優れた性能を提供する。１つの工程は、熱成形されるべき構造に対して調整された設計を定義することを含みうる。この点で、熱成形される要素上に十分な冗長の配線を備えていることが有用である。

印刷されるべき支持物質、例えばポリマー誘電体膜、の選択は、ありうる降伏強度、ヤング係数、並びに破壊強度を定義しうる。フィラー充填量の少ない非晶質から半結晶の中間架橋ポリマーが好ましい。例えば、乾燥膜の総厚さは、１０～２０μｍ程度となりうる。蛇行ワイア構造の場合、高いレベルの伸び性を提供する為に、１００～２００μｍ前後の幅が推奨される。支持層、例えばポリマー膜、は、底部でのみにすることができるが、両側にそれを印刷することが勧められる。

金属化の為に、形成中の膜上の金属構造の可能な伸びが補償されることができることを保証するように、わずかに伸び可能／形成可能な金属銀インクが有益であることができる。一方、適切な設計規則を用いて、慣用的な銀ペースト又はさらには純粋な金属膜、例えば無電解めっきされた銅膜、がまた用いられることができる。

電気要素、例えばＳＭＤ、は、形成中に、構成要素上の剪断を可能な限り小さくすることを確実にする為に、機械応力が低い領域上に配置されることができる。結合は、例えばＩＣＡ又ははんだを介して実現されることができる。任意的に、高ヤング係数のアンダーフィル物質（underfill material）が、結合後、ＳＭＤ構成要素の下に印刷されることができる。これは、結合パッドの下に構造的変形がないことを保証しうる。この膜に結合されたＳＭＤ構成要素は、安定した構造を有し得、結合パッドの下の変形の可能性を低減させる。本解決策はまた、純粋金属電気構造を可能にする為に、無電解印刷と組み合わされうる。蛇行を使用すると、構造自体が再構成しうる故に、印刷のみの構造よりはるかに大きい変形が施与されることができる。これは、より極端な形態に対して新しい選択肢を広げうる。

添付の特許請求の範囲を解釈する上で、別途特別な記載がない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、所与の請求項に列挙されたもの以外の他の要素又は動作の存在を除外しないこと、要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」という単語は、複数のそのような要素の存在を除外しないこと、特許請求の範囲内のあらゆる参照符号は、特許請求の範囲を限定しないこと、幾つかの「手段」は、同じ又は異なる１以上の物品又は実施された構造若しくは機能によって表されうること、開示されたデバイス又はその部分のいずれかは、ともに組み合わされ、又はさらなる部分に分離されうることを理解されたい。１つの請求項が別の請求項に言及する場合、これは、それぞれの特徴の組み合わせによって実現される相互作用の利点を示しうる。しかし、相互に異なる請求項で特定の方策が引用されていることだけで、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。従って、本実施態様は、請求項のあらゆる機能的な組み合わせを包含しうるものであり、各請求項は原則的に、文脈により明白に除外されない限り、任意の先行する請求項に言及することができる。

Claims (15)

1. 湾曲した電子デバイス（１００）を製造する為の方法であって、
   熱可塑性物質（１１ｍ）を含む基板（１１）を用意すること、
   非導電性支持物質（１２ｍ）のパターン化された層を印刷して、該基板（１１）上へ支持パターン（１２）を形成すること、ここで、該支持パターン（１２）が、複数の支持アイランド（１２ａ）の間に支持物質（１２ｍ）なしに、該基板（１１）の複数の開放領域（１１ａ）をつなぐ支持線（１２ｂ）によって相互接続された該複数の支持アイランド（１２ａ）を含む、
   該支持パターン（１２）上へ電気回路（１３、１４）を施与すること、ここで、該電気回路（１３、１４）が、該支持線（１２ｂ）上へ施与された導電性物質（１３ｍ）を含む回路線（１３）、及び該複数の支持アイランド（１２ａ）上へ施与された複数の電気要素（１４）を備えており、該複数の電気要素（１４）が、該回路線（１３）によって電気的に相互接続される、
   該支持パターン（１２）及び該電気回路（１３、１４）を有する該基板（１１）の形状を、予め決められた表面曲率（Ｃ）に従って変形（Ｓ）する為に、高められた加工温度（Ｔ）での熱成形プロセス（Ｐ）を使用すること、ここで、該支持物質（１２ｍ）が、該加工温度（Ｔ）で、該変形（Ｓ）に対して該基板（１１）の該熱可塑性物質（１１ｍ）よりも高い抵抗を有し、且つ該変形（Ｓ）が、該複数の支持アイランド（１２ａ）の間の開放領域（１１ａ）に集中され、且つ該変形に対する該支持物質（１２ｍ）の該より高い抵抗が、該熱成形プロセス（Ｐ）の間に該支持物質（１２ｍ）に施与された該電気回路（１３、１４）の構造的一体性を維持する、
   の工程を含む、前記方法。
2. 該支持物質（１２ｍ）が、該基板（１１）の該熱可塑性物質（１１ｍ）よりも高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する、請求項１に記載の方法。
3. 該熱成形プロセス（Ｐ）が、該基板（１１）のガラス転移温度（Ｔｇ_，１１）より上の加工温度（Ｔ）に少なくとも基板（１１）を加熱することを含み、ここで、該加工温度が、該支持パターン（１２）のガラス転移温度（Ｔｇ_，１２）より下に維持される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 該支持物質（１２ｍ）が、該加工温度（Ｔ）での少なくとも熱成形プロセス（Ｐ）の間に、該基板（１１）の該熱可塑性物質（１１ｍ）よりも高い剛性を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 該変形が、予め決められた表面曲率（Ｃ）に従って該基板（１１）を屈げる、伸ばす、及び／又は圧縮することを含み、該支持パターン（１２）が、該電気回路（１３、１４）の位置での基板（１１）の変形（Ｓ）を少なくとも部分的に防止し、ここで、伸び、圧縮、及び／又は屈げの量が、該支持パターン（１２）によって覆われていない基板（１１）の該開放領域（１１ａ）に集中される、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 該基板（１１）の該開放領域（１１ａ）における第１の曲率半径（Ｒ１）が、該支持パターン（１２）によって覆われている該基板（１１）の領域、特に複数の支持アイランド（１２ａ）によって覆われている領域、の第２の曲率半径（Ｒ２）よりも小さく、ここで、該第２の曲率半径（Ｒ２）が、該電気回路（１３、１４）に対する構造的損傷を防止する半径閾値を上回るように維持される、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 該支持パターン（１２）によって覆われている領域での伸び又は圧縮が、該電気回路（１３、１４）に対する構造的損傷を防止するパーセント閾値より下に維持される、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 該支持パターン（１２）が、５～５０マイクロメートルの層厚さ（１２ｔ）を有し、ここで、複数の支持アイランド（１２ａ）が、０．５ミリメートルよりも大きい最小の断面直径（１２ｄ）を有し、且つ支持線（１２ｂ）が、５０～２００マイクロメートルのレーン幅（１２ｗ）を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 該回路線（１３）が、該支持線（１２ｂ）の経路に追従し、ここで、該支持線（１２ｂ）が、該回路線（１３）の幅（１３ｗ）に等しい又はわずかに大きいレーン幅（１２ｗ）を有し、及び、回路線（１３）の縁部を越えて延びる該支持線（１２ｂ）の縁部が、１００マイクロメートルよりも小さい縁部幅（１２ｅ）を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. 該支持線（１２ｂ）及び該回路線（１３）が、複数の支持アイランド（１２ａ）の間の蛇行経路に追従し、ここで、該蛇行経路に沿った長さが、該蛇行経路の２つの端点間の最短直線距離よりも少なくとも２倍大きい、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 該支持パターン（１２）を形成する支持物質（１２ｍ）が、ポリマー物質を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 該支持パターン（１２）の該印刷が、スクリーン印刷によって液状の印刷物質（１２ｐ）を基板（１１）上へ施与すること、そして該印刷物質（１２ｐ）を硬化させて、該支持パターン（１２）の該支持物質（１２ｍ）を形成することを含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 該回路線（１３）が、金属インクを含み、且つ該電気要素（１４）が、熱成形プロセス（Ｐ）の前に配置された表面実装デバイス（ＳＭＤ）を含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 該電気回路（１３、１４）の上に、非導電性上層が施与される、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 湾曲した電子デバイス（１００）であって、該湾曲した電子デバイス（１００）が
    熱可塑性物質（１１ｍ）を含む基板（１１）と、
    該基板（１１）上に支持パターン（１２）を形成する非導電性の印刷された支持物質（１２ｍ）の、パターン化された層と、ここで、支持パターン（１２）が、複数の支持アイランド（１２ａ）の間に支持物質（１２ｍ）なしに、該基板（１１）の複数の開放領域（１１ａ）をつなぐ支持線（１２ｂ）によって相互接続された該複数の支持アイランド（１２ａ）を含む、
    支持パターン（１２）上へ施与された電気回路（１３、１４）と、ここで、該電気回路（１３、１４）が、該支持線（１２ｂ）上へ施与された導電性物質（１３ｍ）を含む回路線（１３）、及び該複数の支持アイランド（１２ａ）上へ施与された複数の電気要素（１４）を備えており、該複数の電気要素（１４）が、該回路線（１３）によって電気的に相互接続されている
    を備えており、
    該支持パターン（１２）及び電気回路（１３、１４）を有する該基板（１１）の形状が、予め決められた表面曲率（Ｃ）に従って熱成形プロセス（Ｐ）によって変形され、該支持物質（１２ｍ）が、変形（Ｓ）に対して該基板（１１）の熱可塑性物質（１１ｍ）よりも高い抵抗を有し、且つ変形（Ｓ）が、複数の支持アイランド（１２ａ）の間の開放領域（１１ａ）に集中され、且つ該変形に対する支持物質（１２ｍ）の該より高い抵抗が、該熱成形プロセス（Ｐ）の間に該支持物質（１２ｍ）に施与された該電気回路（１３、１４）の構造的一体性を維持する、前記湾曲した電子デバイス（１００）。

Images