TW201724929A - 3d雷射直接成型襯墊及其製造方法 - Google Patents

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布魯斯 畢夏普
金廷勳
朴俊健
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太谷電子公司
太谷電子恩普(韓國)股份有限公司
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Abstract

本發明揭示一種製造3D LDS襯墊的方法,包含提供一LDS板、在該LDS板內形成3D輪廓襯墊、在該3D輪廓襯墊上用雷射成型電路來提供雷射成型電路圖案、選擇性電鍍該雷射成型電路圖案來在該3D輪廓襯墊上形成電路,以及從該LDS板移除該3D輪廓襯墊。一成形LDS襯墊包含一薄LDS膜,具有從一LDS板真空形成的一3D輪廓表面。該LDS膜包含一內表面與一外表面。將一雷射成型電路圖案蝕刻至該LDS膜,並且在該雷射成型電路圖案上選擇性電鍍一導電層,來在該LDS膜上形成一電路。該電路可具有一非平面區域。

Description

3D雷射直接成型襯墊及其製造方法
本發明係關於雷射直接成型(LDS,laser direct structuring)襯墊及LDS襯墊之製造方法。
內部天線與導電線路都運用在電子裝置內,像是包含電話、膝上型電腦等等的行動無線裝置。內部天線或導電線路可與行動無線裝置的外殼整合在一起,該等天線可設計成涵蓋通訊協定的許多射頻(RF,radio frequency)頻帶,像是但不受限於LTE(Long Term Evolution,長期演進)、GSM(Global System for Mobile,全球行動系統)以及UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用行動通訊系統)蜂巢式型頻帶或行動電話與膝上型電腦廣泛使用的Wi-Fi頻帶。
電子裝置持續越來越小、越來越精巧並且越來越複雜,這種轉變會導致電連接性、製造以及組裝方面的問題。因此要生產能夠在這種電子裝置上運作,或與這種電子裝置一起運作的天線與導電線路變得越來越困難並且/或越來越高成本。為了獲得整合式天線所要的空間,並仍舊維持小的產品總尺寸,因此要將天線或其他導電線路放置在無線裝置的外殼上。以三維(3D)形狀形成天線或導電線路,配合外殼內部輪廓,就可達成此目的。這種結構基本上由撓性電路印刷(FCP,flexible circuit print)天線、金 屬板天線以及雷射直接成型(LDS,Laser Direct Structure)天線所實現。其他生產這種結構的處理包含網版印刷、柔性版技術、凹版印刷、旋塗以及浸塗。每一種方法都有其強項與弱點。這些處理可能會受到受限於特定及/或簡單外型(例如平面外型)、非常耗時來達到所要厚度以及因為耗時生產導致成本高昂的這些缺點之影響。
LDS製程產生具有複雜形狀與輪廓,而來匹配電子裝置外殼內部的LDS零件。這種LDS製程使用一複合物,其裝載作為選擇性電鍍的種子層之一雷射啟動前驅體,該複合物可模造為幾乎任何形狀,包含三維(3D)形狀,例如:該複合物製造成射入模具內的小粒子。然而,由於模造限制,使該等LDS零件受限於其能製成多薄,例如:傳統3D模造LDS製程生產最小厚度大約1.0mm的零件,粒子大小、機械限制以及模造LDS生產製程並不允許製造出更薄的模造零件。
因此需要一種製程,相容於製造較薄零件並減少外殼內該LDS零件所佔用的空間。
在一個具體實施例中,一種製造3D LDS襯墊的方法包含提供一LDS板、在該LDS板內形成3D輪廓襯墊、在該3D輪廓襯墊上用雷射成型電路來提供雷射成型電路圖案、選擇性電鍍該雷射成型電路圖案以於該3D輪廓襯墊上形成電路,以及從該LDS板移除該3D輪廓襯墊。
在另一個具體實施例中,提供一成形LDS襯墊包含一LDS膜,其具有從一LDS板真空形成的一3D輪廓表面。該LDS膜包含一內表面與一外表面。將一雷射成型電路圖案蝕刻至該LDS膜,並且在該雷射成型電 路圖案上選擇性電鍍一導電層,來在該LDS膜上形成一電路。該電路具有一非平面區域。
在進一步具體實施例中,一電子裝置包含一外殼,其具有含一輪廓表面的一凹穴,以及接收於該凹穴內抵住該輪廓表面的一成形LDS襯墊。該成形LDS襯墊包含一LDS膜,具有從一LDS板真空形成的一3D輪廓表面,該LDS膜具有一內表面與一外表面。該成形LDS襯墊包含將一雷射成型電路圖案蝕刻至該LDS膜,並且在該雷射成型電路圖案上選擇性電鍍一導電層,來在該LDS膜上形成一電路。該電路具有一非平面區域。該成形LDS襯墊之該3D輪廓表面收納在該凹穴內,並與該外殼的該輪廓表面貼合。
100‧‧‧雷射直接成型襯墊
102‧‧‧電子裝置
104‧‧‧凹穴
106‧‧‧外殼
108‧‧‧輪廓表面
110‧‧‧捲軸
112‧‧‧模具
114‧‧‧雷射
116‧‧‧電鍍浴
120‧‧‧LDS板
122‧‧‧膜
124‧‧‧電路圖案
126‧‧‧電路
130‧‧‧口袋
134‧‧‧壁
136‧‧‧突出物
138‧‧‧彎角
140‧‧‧貫穿孔
142‧‧‧基座
144‧‧‧內表面
146‧‧‧外表面
148‧‧‧接點凸塊
150‧‧‧後壁
152‧‧‧側壁
154‧‧‧突出物
156‧‧‧頂端
158‧‧‧蓋子
160‧‧‧口袋
200‧‧‧處理步驟
202‧‧‧處理步驟
204‧‧‧處理步驟
206‧‧‧處理步驟
208‧‧‧處理步驟
第一圖例示根據示範具體實施例的一3D形成雷射直接成型(LDS)襯墊。
第二圖例示根據示範具體實施例的一3D成形LDS襯墊之製程。
第三圖例示根據示範具體實施例的一3D成形LDS襯墊之製程。
第四圖為根據示範具體實施例的該3D成形LDS襯墊之仰視圖。
第五圖為根據示範具體實施例的該3D成形LDS襯墊之俯視圖。
第六圖例示該3D成形LDS襯墊100被載入一電子裝置。
第七圖為該3D成形LDS襯墊已載入該電子裝置之剖面圖。
第一圖例示根據示範具體實施例的一三維(3D)形成雷射直接成型(LDS)襯墊100。LDS襯墊100由薄LDS板形成,經由形成一輪廓3D形狀或結構、將一電路圖案雷射蝕刻到該輪廓3D形狀上以及選擇性電鍍該電路圖案來在LDS襯墊100上形成一「電路」所處理。如底下進一步說明,「電路圖案」可為形成「電路」的任何導電圖案,像是一電氣電路、導電層、導電線路、天線等等。然後,從該LDS板移除所形成與已形成電路圖案的LDS襯墊100,並且將個別的LDS襯墊100插入電子裝置102,例如:LDS襯墊100可接收在電子裝置102的外殼106之凹穴104內。外殼106具有一輪廓表面108,並且LDS襯墊100收納在凹穴104內,與外殼106的輪廓表面108貼合。LDS襯墊100極薄並且在外殼106內佔據非常小的空間,如此讓外殼106內有額外空間給其他組件並且/或可由於本質上較薄的LDS襯墊100而允許電子裝置102的整體外殼尺寸106縮小,而不受限於模造限制。
第二圖例示一3D成形LDS襯墊,像是LDS襯墊100之製程。在示範具體實施例中,LDS襯墊100由連續處理形成,其中LDS襯墊100係由捲軸110之間的捲軸對捲軸製程所製造。LDS襯墊100可連續製造並且個別地從LDS板移除,像是利用修整製程,以提供個別的LDS襯墊100。
在該製程的示範具體實施例中,在製程步驟200上提供一LDS板120。LDS板120可由已知的LDS製程製作成平面板形狀。LDS板120可製作成比目前已知的3D輪廓LDS零件還薄,其中該零件用模造方式製作,因此受限於該等模造零件可製造成有多薄。非3D或二維LDS板120為由一LDS相容材料形成的薄板。成形LDS板120的該LDS相容材料可由一熱塑 材料摻雜一LDS活化材料,像是可由雷射活化的金屬氧化物,所形成。例如:LDS板120可由一複合材料所製成,該材料載有一雷射活化前驅物,在由雷射活化之後,以作為一種子層來選擇性電鍍而在特定電路圖案內形成一導電層。LDS板120可為平板並且具有均勻的厚度。在示範具體實施例中,LDS板120的厚度可小於1.0mm,LDS板120的厚度可小於0.5mm,LDS板120的厚度可小於0.3mm,LDS板120的厚度可小於0.1mm。
在該處理的示範具體實施例中,在處理步驟202上LDS板120形成一3D形狀。一3D輪廓LDS膜122形成於LDS板120內,並且後續可沿著該板成形來形成多個襯墊100。膜122仍舊與板120整合,並且可在捲軸110之間隨板120輸送,當成連續製程的一部分。膜122可沿著板120與其他膜122個別形成,或可沿著LDS板120與其他膜122批次形成。膜122為非平面結構,具有相對於平面LDS板120的輪廓形狀。在示範具體實施例中,3D輪廓膜122為抵住一模具112真空成形。其他製程可用來形成膜122,像是熱成形、高壓成形等等。膜122可具有複雜形狀。膜122可具有一或多個凹穴、一或多個凸起部分、一或多個突出物、一或多個開口等等。膜122可具有一或多個彎曲表面,並且可具有一或多個平坦表面。該等彎曲表面可為逐漸彎曲表面或可為突然彎曲表面,像是一或多個其他平坦表面或彎曲表面之間的彎角。膜122可具有一內表面以及與該內表面相對的一外表面。該內表面可為面向用來形成膜122的該模具之表面。在示範具體實施例中,膜122由大致均勻的厚度所形成。膜122的厚度大約等於LDS板120的厚度。或者,膜122可在成形製程期間越來越薄,如此膜122的厚度低於LDS板120的厚度。
在該製程的示範具體實施例中,在製程步驟204上,在3D輪 廓膜122上用雷射形成電路圖案124。電路圖案124由雷射114蝕刻進入3D輪廓膜122。雷射114在膜122的所要區域內畫出或蝕刻出所要的電路圖案124。例如,在雷射光束撞擊膜122的該LDS材料之位置上,膜122的該LDS材料之金屬添加物形成一燒蝕的金屬氧化物承載線路。電路圖案124可提供於膜122的該內表面上、該外表面上或同時於該內與外表面上。電路圖案124可提供於膜122的非平面區域上。電路圖案124可提供於膜122的彎曲表面上、沿著膜122的邊緣、沿著膜122的平坦表面等等。或者,在緊繞膜122的區域內LDS板120之該平坦部分上可提供電路圖案124。當移除形成的膜122,則LDS板120內包含該等電路圖案的部分可另外與形成膜122一起移除,如此該形成膜與LDS板120中移除的部分可置於電子裝置102內。
在該製程的示範具體實施例中,在製程步驟206上,選擇性電鍍電路圖案124,在3D輪廓膜122上形成電路126。電路圖案124當成該選擇性電鍍製程的基礎,例如,該金屬氧化物粒子當成後續電鍍的起始點,其中該金屬氧化物粒子內含足夠的負電位差來啟動導電材料,像是銅、沈積物。在替代具體實施例中可使用其他種電鍍。該電鍍可發生於電鍍浴116內。電路圖案124在膜122上的所要圖案中形成線路,在此可於電鍍處理期間加上連續銅材料層或其他金屬材料層。電路126可具有3D形狀,讓電路126跨越膜122的該等輪廓表面。電路126可為任何電路類型。在示範具體實施例中,電路126可形成一天線,像是單頻天線電路及/或雙頻或多頻天線電路。該等電路可形成信號線路及/或接地線路,其可用來電連接電子裝置102的一或多個電組件。電路126可形成一接觸感應器、一電容開關、感應器或其他類型的主動電子裝置。電路126可形成一屏蔽電路,用來屏蔽其他電組 件。電路126之數個部分可形成接點凸塊,用來與電子裝置的其他組件、電路板等等的電接點介接,或形成貼合凸塊,用來與電線或電接點介接,像是在焊接連接上。
在該製程的示範具體實施例中,在製程步驟208上可從LDS板120移除含電路126的膜122,來形成3D成形LDS襯墊100。例如:隨著LDS板120在捲軸與捲軸之間輸送時,膜122可經過修整、切割或與LDS板120分離。一旦襯墊100從LDS板120分離,則在進一步製程步驟期間,襯墊100可直接存放、運送或放置在電子裝置102內。
整個製程包含形成、雷射成型與金屬化,能夠快速並有彈性地對應電路設計變更。該製造製程形成具有積體電路126的薄襯墊100,可直接放置在電子裝置102內或上。3D成形LDS襯墊100會比由LDS材料塑造成所要3D形狀的其他已知3D LDS零件還要薄,因為LDS襯墊100為從薄LDS板120所形成,像是利用真空成形製程,並且該薄LDS板可製造成比傳統模造LDS零件還要薄。成形LDS襯墊100可運用在許多應用當中,像是汽車應用、消費者裝置應用、資料通訊應用、醫療裝置、可攜式電子裝置、電信應用等等。
第三圖根據其他示範具體實施例,例示具有特定3D形狀以及電路結構用於特定應用的3D成形LDS襯墊100之製程。第四圖為根據示範具體實施例的該成形LDS襯墊100之仰視圖。第五圖為根據示範具體實施例的該成形LDS襯墊100之俯視圖。該製程可在替代具體實施例中用來製造具有其他形狀及/或其他電路圖案的襯墊100,如以第二圖中例示的具體實施例所示顯示一般形狀與一般電路圖案相較於第三圖中所示更特定形狀與電路 圖案來證明。
在製程步驟200上提供LDS板120。LDS板120可由一LDS複合材料形成該薄平板形狀,該材料載有一雷射活化前驅物,在由雷射活化之後,作為一種子層來選擇性電鍍。LDS板120可為平板並且具有均勻的厚度。在示範具體實施例中,LDS板120的厚度可小於1.0mm,LDS板120的厚度可小於0.5mm,LDS板120的厚度可小於0.3mm,LDS板120的厚度可小於0.1mm。
在製程步驟202上,LDS板120形成一3D形狀,來形成LDS板120之外的3D輪廓LDS膜122。膜122仍舊與板120整合,並且可在捲軸(如第二圖所示)之間隨板120輸送,當成連續製程的一部分。膜122為非平面結構,具有相對於平面LDS板120的輪廓形狀。在示範具體實施例中,3D輪廓膜122為抵住一模具(顯示於第二圖中)真空成形。其他處理可用來形成膜122,像是熱成形、高壓成形等等。膜122可具有複雜形狀。請參閱第四圖和第五圖,在例示的具體實施例中,膜122具有一口袋130(在背面)、上升的部份定義壁134和一突出物136,並且可具有一或多個開口,像是對於口袋130的開口及/或定義貫穿孔140通過膜122的開口。膜122可具有一或多個彎曲表面,像是彎角138,並且可具有一或多個平坦表面,像是基座142。膜122可具有一內表面144以及與內表面144相對的一外表面146。內表面144可為面向用來形成膜122的該模具之表面。
在製程步驟204上,電路圖案124利用雷射在3D輪廓膜122上雷射成型(如第二圖所示)。在雷射光束撞擊膜122的該LDS材料之位置上,膜122的該LDS材料之金屬添加物形成一燒蝕的金屬氧化物承載線路。在例 示的具體實施例中,在內表面144上和外表面146上提供電路圖案124;然而在替代具體實施例中,也可只在內表面144上或外表面146上單獨提供該等電路圖。在例示的具體實施例中,電路圖案124跨越壁134、彎角138、彎曲表面、基座142以及突出物136。或者,在緊繞膜122的區域內LDS板120之該平坦部分上可提供電路圖案124。當已移除形成的膜122,則LDS板120內包含該等電路圖案的部分可另外與形成膜122一起移除,如此該形成膜與LDS板120的已移除部分可置於電子裝置102內。
在製程步驟206上,電路圖案124經過選擇性電鍍,在3D輪廓膜122上形成電路126,這可發生於電鍍浴內(顯示於第二圖中)。電路126具有3D形狀,讓電路126跨越膜122的該等輪廓表面。在示範具體實施例中,電路126形成一天線電路。電路126之數個部分形成接點凸塊148,用來與電子裝置102的其他組件之電接點介接。在例示的具體實施例中,如上面所提及,在膜122的內表面144與外表面146兩者上提供電路126。例如;在內表面144上提供接點凸塊148,並且一般在外表面146上提供該天線電路。貫穿孔140經過電鍍,並且定義一電鍍貫穿孔來電耦合內表面144上的電路126與外表面146上的電路126。在突出物136至少一部分上提供接點凸塊148,如此高出基座142,來電連接至電子裝置102之內組件的對應接點、電路或電線。
在替代具體實施例中,不管是否具有電鍍貫穿孔140,內表面144與外表面146上的電路126可利用電容耦合電路126來電耦合。例如:電路126可具有電容耦合的重疊區域。重疊量或長度可控制電容耦合量,如此控制電路126的操作頻率或其他特性。使電路126的電耦合降低雷射成型 時精確對準膜122之需求,及/或降低多重雷射或多重雷射成型步驟之需求。在替代具體實施例中,可利用其他種耦合來電耦合電路126。在其他許多具體實施例中,不是在內表面144就是在外表面146提供電路126,而非在表面144、146兩者上皆具有電路126,如此則免除雷射貼合及/或電容耦合之需求。
在製程步驟208上從LDS板120移除含電路126的膜122,來形成3D成形LDS襯墊100。例如,隨著LDS板120在捲軸與捲軸之間輸送時,膜122可經過修整、切割或者要不與LDS板120分離。一旦襯墊100從LDS板120分離,則在進一步製程步驟期間,襯墊100可直接存放、運送或放置在電子裝置102內。
第六圖例示3D成形LDS襯墊100載入電子裝置102。第七圖為成形LDS襯墊100載入電子裝置102之剖面圖。
LDS襯墊100載入外殼106的凹穴104內。LDS襯墊100具有一3D輪廓表面,其緊密配合外殼106的3D輪廓表面108。如此,LDS襯墊100收納於凹穴104內,並且貼合於外殼106的輪廓表面108。天線電路126沿著LDS襯墊122提供,像是沿著電路圖案內的外表面146。雖然電路126例示為一天線電路,不過在替代具體實施例中可使用其他種電路126,例如電子裝置許多組件之間的資料傳輸電路、開關或感應器電路或其他種電路。接點凸塊148提供電子裝置102的其他許多電子組件與電路126之間的連接點。
在例示的具體實施例中,外殼106為像是行動電話這類行動電子裝置的後蓋或殼體。外殼106包含定義凹穴104的一後壁150以及側壁152。外殼106包含從後壁150延伸進入凹穴104的突出物154。突出物154位於靠近側壁152的一個彎角,像是靠近外殼106的頂端156。
LDS襯墊100載入外殼106頂端156上的凹穴104,如此外表面146面向外殼106。突出物136對準突出物154,並且突出物154已載入該凹穴或突出物136所定義的空間。突出物136的蓋子158落在突出物154上,如此突出物154支撐蓋子158上的接點凸塊148。襯墊100的基座142落在後壁150上。襯墊100的壁134抵住外殼106的側壁152。彎角138緊跟著外殼106的側壁152之彎角。LDS襯墊100非常薄,並且佔用外殼106的凹穴104內非常小的空間。例如在例示的具體實施例中,LDS襯墊100的厚度大約示0.1mm。側壁152比LDS襯墊100還要厚,並且在例示的具體實施例中,大約是LDS襯墊100之10倍厚之1.0mm厚度。如上面所提及,傳統3D模造LDS零件無法達到LDS襯墊100的薄的程度,而是側壁152的厚度等級或是最小大約1.0mm厚。藉由使用薄LDS襯墊100,相對於3D模造LDS零件,在凹穴104內有更多空間供電子裝置102的其他電組件使用,及/或外殼106的整體尺寸可縮小,讓電子裝置102更小。
選擇性,外殼106可具有形成於後壁150及/或側壁152內的一口袋160,用於收納襯墊100,如此該襯墊的內部大致與外殼106的內部齊平。在其他許多具體實施例中,襯墊100可收納於側壁152及/或後壁150的內部分中形成的一口袋內。例如,外殼106可模造在襯墊100四周。在許多具體實施例中,襯墊100可提供在外殼106的外表面上,而非外殼106的內表面上。
應了解上述僅用於說明,並不設限。例如:上述具體實施例(及/或其態樣)都可彼此結合。此外,可進行許多修改,在不悖離本發明的情況下針對本發明的教導調整特定情況或材料。本說明書所說明的尺寸、 材料類型、許多組件方位以及許多組件的數量與位置都用於定義特定具體實施例的參數,並無限制之意,僅為示範具體實施例。通常技術人士查閱上面的描述之後,將了解申請專利範圍的精神與範疇內之許多其他具體實施例及修改。因此,應該參照申請專利範圍以及申請專利範圍所賦予的完整均等範圍,來決定本發明範疇。在申請專利範圍中,「包含(including)」和「其中(in which)」等用語為個別用語「包括(comprising)」和「其中(wherein)」的等義用語。再者,在下列申請專利範圍內,「第一」、「第二」和「第三」等詞僅用來標示,並不用來暗示對該物體的需求數量。
120‧‧‧LDS板
122‧‧‧膜
124‧‧‧電路圖案
200‧‧‧處理步驟
202‧‧‧處理步驟
204‧‧‧處理步驟
206‧‧‧處理步驟
208‧‧‧處理步驟

Claims (15)

  1. 一種製造一3D LDS襯墊(100)之方法,該方法包含:提供一LDS板(120);在該LDS板內形成3D輪廓襯墊(100);在該3D輪廓襯墊上用雷射成型電路圖案,以提供雷射成型的電路圖案;選擇性電鍍該雷射成型的電路圖案,以在該3D輪廓襯墊上形成電路(126);以及從該LDS板移除該3D輪廓襯墊。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法,進一步包含將該3D輪廓襯墊(100)放入對應的電子裝置(102)內,如此該襯墊緊跟著該電子裝置的3D輪廓表面(108)。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該提供一LDS板(120)包含提供具有厚度小於0.3mm的一LDS板。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該形成3D輪廓襯墊(100)包含形成該平面LDS板(120)至非平面襯墊內。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該形成3D輪廓襯墊(100)包含真空形成該襯墊。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該雷射成型電路圖案(124)包含在該襯墊(100)的一內表面(144)以及該襯墊的一外表面(146)兩者上之雷射成型電路圖案。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法,其中該選擇性電鍍該雷射成型電路圖 案(124)包含在該內表面(144)與該外表面(146)兩者上電鍍該雷射成型電路圖案,以在該內表面與該外表面上形成電路(126)。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法,進一步包含利用電鍍通過該襯墊的貫穿孔(140),電耦合該內與外表面(144、146)上的該等電路。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法,進一步包含利用電容耦合該等電路(126),以電耦合該內與外表面(144、146)上的該等電路。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該提供一LDS板(120)包含在捲軸(110)之間提供該LDS板,該方法進一步包含連續處理該LDS板。
  11. 一種成形的LDS襯墊,包含:一LDS膜,其具有從一LDS板真空形成的一3D輪廓表面,該LDS膜包含一內表面與一外表面,一雷射成型電路圖案,其蝕刻進入該LDS膜的該內表面與該外表面之至少一者;一導電層,其選擇性電鍍於該雷射成型電路圖案上,在該LDS膜上形成一電路,該電路具有一非平面區域。
  12. 如申請專利範圍第11項之成形LDS襯墊,其中該LDS膜具有小於1.0mm的均勻厚度。
  13. 如申請專利範圍第11項之成形LDS襯墊,其中該LDS襯墊包含一口袋,該口袋包含一基座以及延伸遠離該基座的一壁,該雷射成型電路圖案與該電路形成於該基座與該壁兩者上。
  14. 如申請專利範圍第11項之成形LDS襯墊,其中該雷射成型電路圖案與該電路都形成於該內表面與該外表面上,其中利用電容耦合該內與外 表面上的該等電路,來電耦合該內與外表面上的該等電路。
  15. 如申請專利範圍第11項之成形LDS襯墊,其中該雷射成型電路圖案形成一天線圖案,該導電層形成一天線電路。
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