TWI466601B - 改良電路 - Google Patents

Description

改良電路

本發明係關於電路之改良，具體而言，本發明係有關使用於電子裝置的電路板。

電路板(或稱印刷電路板，PCBs)是實質用於所有電子裝置，以支撐其電子構件與電子裝置間的電傳導路徑。路徑(通常叫做軌跡”tracks”或跡線”traces”)自貼在非導體平板支撐(例如玻璃纖維片)上的銅片蝕刻。每一層是建立在其他層的上面且每一層的路徑間的電連接提供電子構件間所需電路。

印刷電路板因為玻璃纖維支撐層的剛性及強度提供電子構件及銅路徑的機械支持，且因此成為支援全世界大部分電子裝置的電路及電子構件的較佳選擇。然而印刷電路板固有的剛性因而缺乏彈性，使其在與某些產品整合時帶來困難而成為缺點。

因此已經有提出以彈性材料提供電路板以代替印刷電路板剛性玻璃纖維支撐層。例如板材可以用在需要電路板可在三維空間中扭曲的中，這對標準印刷電路板而言是不可能的。然而，目前的製造方法及製造的板材有效能及可靠性問題。

本發明之第一觀點係提供一種電傳導路徑，包含複數個路徑區段以端點對端點方式連接，其中，每一路徑區段包含：a)第一延長部；b)第二延長部；c)第一彈性可撓部，於一端連接至第一延長部之第二端且於其相對端連接至第二延長部之第一端；以及d)第二彈性可撓部，於一端連接至第二延長部之第二端且於其相 對端連接至相鄰路徑區段之第一延長部之第一端。

本發明之第二觀點係提供一種包含第一觀點之電傳導路徑之電傳導構件。

本發明之第三觀點係提供一種包含第二觀點之電傳導構件之電路板。

本發明之第四觀點係提供一種製造電傳導構件之方法，包含下列步驟：放置一導電材料層以鄰接一基板層；提高該導電材料層及該基板層的溫度至一預定溫度；施壓至該導電材料層及該基板層，使兩者互相靠近；將該導電材料層及該基板層之溫度維持一預定時間；冷卻該導電材料層及該基板層至一預定溫度；以及移除導電材料層不要的區域，以提供至少一電傳導路徑連接至該基板層。

本發明之各種觀點的其他特徵於所附之申請專利範圍中提出。

此說明書用到各種術語，除另有說明外，定義如下：「路徑密度」是量測單位長度併排的電傳導路徑的數目。在這些實施例中，單位長度是25毫米，所以圖式是顯示寬度方向單位長度25毫米的電傳導路徑的數目。

「伸長百分比」是當電傳導路徑在施加張力下的總伸長百分比。

「路徑厚度」是量測正交於長度的方向，通常是鉛直向地，之電傳導路徑的厚度(深度)。

「路徑寬度」是量測正交於長度的方向，通常是水平向地，之電傳導路徑的厚度(深度)。

首先請參考圖1至圖4，這些圖是本發明電傳導路徑的四個實施例。為說明目的，圖1至圖4各顯示電傳導路徑的一部份，應了解電傳導路徑可為所需的任何長度。在各實施例，電傳導路徑包含複數個路徑區段以端點對端點方式連接。圖1至圖4包含表示每個路徑區段起點跟終點的虛線。

為引述方便，如圖1至圖4所示實施例的特徵已給予相同的標號，另外加上一個、兩個或三個撇號(‘)。請參考圖1，每個路徑區段包含大致為線性的第一延長部11及大致為線性的第二延長部12。第一延長部11及第二延長部12是以第一彈性可撓部13彼此相連，且路徑區段包含第二彈性可撓部14連接第二延長部12的相對端且連接至相鄰路徑區段之第一延長部之第一端(見圖1的11a)。

如此一來，可以從圖1至圖4了解路徑區段10是由複數個以端點對端點方式連接的路徑區段所構成。在這些實施例中，路徑區段彼此是相同的，但應了解在不背離本發明範圍內，相鄰路徑區段間可有不同變化。

如圖1至圖4所示實施例，第一彈性可撓部13及第二彈性可撓部14是作為偏向構件，或是作為允許第一延長部11及第二延長部12在電傳導路徑10受到張力下可相對彼此移動或轉動的彈簧。圖1至圖4顯示第一彈性可撓部13及第二彈性可撓部14的四種變化，且應了解其他形態或設置應可在不脫於本發明範圍的狀況下被使用。在圖1、2及圖3的實施例，彈性可撓部是V形、U形或W形，在圖4的實施例則是部分圓形13'''、14'''。這四個實施例的第一彈性可撓部13及第二彈性可撓部14允許第一延長部 11及第二延長部12在電傳導路徑10受到張力下可相對彼此轉動以增加(伸長)電傳導路徑10的長度，但不包含因電傳導路徑10受到張力而造成的損壞。

當然，如說明書中所指出的，電傳導路徑10有可伸長的安全限制而沒有犧牲電傳導路徑10的整體性。換言之，熟悉此技藝之人應了解本發明電傳導路徑10可容許的伸長量而不損壞電傳導路徑無法自一端導電至另一端的情況。

如圖5至圖8所示本發明之電傳導路徑10的形態是對應圖1至圖4的具體實施例，相對習知方式，具有可緊密相鄰(併排)設置的優點。圖5至圖8顯示將圖1至圖4的實施例「堆疊」的狀況。電傳導路徑10可以如此堆疊(定位)極為有利，因為相鄰電傳導路徑10上的對應點的側向距離沿著整個電傳導路徑10也是固定的。例如，在圖6中F點和G點間的側向距離與H點和I點間的側向距離是相同的。這在電傳導路徑10併入電路板時，因為改善訊號完整性、達成控制阻抗匹配且因為改善在任何距離上的電傳導路徑密度，而改善表現。

如圖5至圖8所示的每個例子，須注意到相鄰之電傳導路徑10的第一延長部11及第二延長部12之間定義一空間以容納電傳導路徑10的第一彈性可撓部13及第二彈性可撓部14。這將使電傳導路徑10可彼此緊鄰設置，所以在一需求寬度中可以增加更多電傳導路徑10的數目，亦即，增加電傳導路徑10的密度。

如圖所示，每一路徑區段的第一延長部11及第二延長部12是傾斜於電傳導路徑10的延長軸且傾斜於一角度θ。如所附圖式中所示，θ較佳介於15度至75度之間。尤其第一延長部11及第二延長部12之間的角度較佳是介於30度至60度之間。最佳係 介於40度至50度之間，特別是45度。第一延長部11及第二延長部12之間的角度選擇在特定使用中所需的路徑密度(即多少電傳導路徑10須彼此相鄰設置)，及所需伸長百分比或所使用電傳導路徑之伸長能力。這些因素(物理特性)皆須一併考慮。

除了第一延長部11及第二延長部12的夾角會影響伸長能力及電傳導路徑密度，第一延長部11及第二延長部12的長度及第一彈性可撓部13與第二彈性可撓部14的形態也會影響伸長能力及電傳導路徑密度。

請參考第9圖，第9圖顯示電傳導路徑10的第一延長部11及第二延長部12的長度與電傳導路徑10在破壞前可伸長百分比的關係圖。此圖以使用35微米厚之銅箔且第一延長部11及第二延長部12之間的角度為45度的實驗數據表示。每一電傳導路徑10的寬度是0.10毫米(mm)且相鄰路徑區段的最小空間為0.1毫米(mm)。從圖9可知當第一延長部11及第二延長部12的長度增加至7毫米以上時，不會改善電傳導路徑的伸長百分比。

請參考第10圖，第10圖顯示電傳導路徑10的第一延長部11及第二延長部12的長度與路徑密度的關係圖。此圖以使用35微米厚之銅箔且第一延長部11及第二延長部12之間的角度為45度的實驗數據表示。每一電傳導路徑10的寬度是0.10毫米且相鄰路徑區段的最小空間為0.1毫米。

圖10說明這兩個參數間的關係，且顯示較大的路徑密度可以由減少延長部的長度達成。然而，這只是電傳導路徑型態/形狀的其中一個變數，其他因素也需要一併考慮，例如當維持電傳導路徑整體性時，電傳導路徑長度的伸長百分比。

除了電傳導路徑10的寬度改為0.15毫米以外，圖11及圖12均對應圖9及圖10。從圖11可知，當第一延長部11及第二延長 部12的長度超過7/8毫米，伸長百分比有小幅改善。圖12說明在量測電傳導路徑的側向尺寸，第一延長部11及第二延長部12的長度減少時每25毫米的路徑密度會較高。

圖13描述第一延長部及第二延長部的夾角θ與每25毫米路徑密度的關係圖。此實施例以使用0.1毫米寬，35微米厚且第一延長部11及第二延長部12之間的長度是3毫米的電傳導路徑。此圖說明當角度超過40度時，路徑密度不會大幅改善。此圖顯示路徑角度在30度及60度之間時會提供最高的路徑密度，但正如在其他圖式所說明的，伸長百分比也需要納入考慮。

圖14描述第一延長部及第二延長部的夾角θ增加確實造成電傳導路徑的伸長能力增加。也就是說，此圖說明當第一延長部11及第二延長部12之間的角度超過50度時，電傳導路徑的伸長百分比有小幅改善。此圖說明當第一延長部及第二延長部的夾角大概在45度時提供好的伸長能力，在路徑密度也提供滿意的表現。此實施例以使用0.1毫米寬，35微米厚且第一延長部11及第二延長部12之間的長度是3毫米的電傳導路徑。

申請人已設計以下方法，製造可用來作為包含本發明電傳導路徑之電路板的一部分的電傳導構件。此方法是從已知帶有結合到(通常是夾在)玻璃纖維的銅層的印刷電路板製造方法開始的。然而，須說明的是想要從已知的製造方法簡單複製來製造本發明具有可伸長的電傳導構件是不易的。因此申請人設計出下列方法，具有相當好的效果。

以類似現有印刷電路板製造方法的方式，一導電材料層，如銅箔，被定位在基板層上。在此實施例，銅箔層可為任何所需的厚度，例如0.15毫米。銅箔層可為任何所需的厚度，但通常選擇12微米至79微米間的範圍。基板層是實質上相同厚度的彈性塑膠 材料，且申請人發現聚氨酯(polyurethane)因其物理特性，是較佳的選擇，討論如下。較佳地，聚氨酯使用厚度在25微米至50微米之間，但任何所需厚度皆可使用。須說明的是，增加厚度會減少所製造的電傳導構件的伸長能力，厚度太薄的基板層則會容易損壞。

製程的第一步必須連接銅箔層到聚氨酯基板層。雖然在一實施例中，可以用黏著方式連接，但申請人出乎意料的發現使用申請人發明的方法，聚氨酯基板層和銅箔層可以不用任何額外的黏著就接在一起。以下方法使用壓力和溫度來熱接合聚氨酯基板層和銅箔層。

銅箔層係置於聚氨酯基板層的上方(反之亦可)，然後各層被定位在一對實質上平坦可加熱平板之間。組件(即銅箔層、聚氨酯基板層、平板)被放在層合壓製機內(任何加熱裝置亦可)，其係具有施壓平板強迫使銅箔層及聚氨酯基板層靠向彼此的手段的。平板的溫度逐漸增加到一預定溫度，此實施例中是攝氏120度(增減8度之間)，且在該預定溫度維持一預定時間，此實施例中大約是1小時。可採用較短的時間，但須說明的是申請人發現各層之間要達到好的連接較佳最少需50分鐘。若組件在層合壓製機中停留超過70分鐘，基板層有可能會失去彈性。

加壓到平板在150PSI至170PSI之間(較佳在155PSI)，且逐漸加壓一直到達預定的壓力值。加壓較加分為兩階段，第一階段加到50PSI後維持15分鐘，第二階段加到預定的壓力值(如155PSI)後維持剩下所需時間。

接著冷卻組件，直到平板達到預定的溫度，例如攝氏40度(這意味組件可輕易地由一個人來拿取)。一壓力值(如50PSI)維持於平板直到達到冷卻的溫度。移除平板以露出合成的銅箔層與聚氨 酯基板層(已彼此熱接合)。

另一層銅箔層可在各層放在平板之間前定位於基板層的相反面上。換言之，兩個銅箔層可夾住基板層。在此實施例，每個銅箔層熱接合至基板層的相對側。

現在銅箔層已與基板層接合，接著必須在銅箔層中產生本發明的電傳導路徑。廣義而言，是以蝕刻劑移除不要的銅箔層達成(即沒有形成所需電傳導路徑數目的部分)。首先，在銅箔層表面上定義要形成電傳導路徑處的區域。這是藉由在銅箔層表面覆蓋感光層來達成，接著感光層會乾掉。感光層接著用遮罩(有定義形成電傳導路徑之區域的開口)覆蓋，如銀鹵化物。接著感光層的曝露區域曝於紫外光下，使曝露區域固化。組件接著在液態中顯影，以移除感光層未固化的部分。接著組件被放進烤箱烘烤至大約攝氏120度，維持約3個小時。可以用較低的溫度，但會增加烘烤的時間。烘烤的溫度較佳不應超過125度，因為那可能會破壞基板材料。

然後組件曝露於蝕刻劑中(如氯化銅)，以移除曝露的銅箔層(即未形成電傳導路徑的銅箔層)。接著組件曝露於另一蝕刻劑中(如氫氧化鈉或胺液)以移除剩下的感光層，如此留下有複數電傳導路徑連接其上的的聚氨酯基板層。

若電傳導路徑的自由端作為焊接墊(已知技術)，則本發明在組件以氯化銅蝕刻前可包含一額外步驟，加另一層感光材料到組件的銅箔層側並使用遮罩僅曝露焊接墊。組件接著第二次曝露於紫外光，將第二感光層的焊接墊面積固化。組件可在第二層感光材料被施加以移除表面上氧化物前進行微蝕刻。接著組件，如前所述，被蝕刻以移除全部的感光材料，然後留下電傳導路徑及其對應的焊接墊。

製成的電傳導構件藉由浸入含有銀的液體中而使得銅製的電傳導路徑具有可焊接的末端。

若有需要，另一個基板層可以熱接合於銅製的電傳導路徑及其他基板層以絕緣其他電傳導路徑。當然也可以曝露焊接墊，因此構件間可相互連接。此結果成為三層具有複數被夾在兩個聚氨酯基板層之間的電傳導路徑的電傳導構件。

應了解雖然使用銅箔層於上述方法，然後蝕刻移除未形成電傳導路徑的銅箔層，也可包含一個可選的製造電傳導路徑然後黏合電傳導路徑到基板層上的步驟，這樣可省去蝕刻步驟。

用於說明書與申請專利範圍的術語「包含(comprises)」及「包含(comprising)」及其變化意指特定特徵、步驟或整體。這些術語不應排除其他特徵、步驟或構件的存在。

在前述說明書中，或接下來申請專利範圍中，或所附圖示中所揭露的特徵，以特定形式或以表現揭露之功能、方法或過程的手段表達達成揭露的結果，可適當地以分開或以任何方式組合這些特徵來實現本發明的不同形式。

10,10’,10”,10'''‧‧‧電傳導路徑

11,11’,11”,11'''‧‧‧第一延長部

11a‧‧‧第一延長部

12,12’,12”,12'''‧‧‧第二延長部

13,13’,13”,13'''‧‧‧第一彈性可撓部

14,14’,14”,14'''‧‧‧第二彈性可撓部

θ‧‧‧夾

本發明的實施例僅以所附圖式對應的例子來描述。

圖1為本發明部分電傳導路徑的第一實施例平面圖；圖2為本發明部分電傳導路徑的第二實施例平面圖；圖3為本發明部分電傳導路徑的第三實施例平面圖；圖4為本發明部分電傳導路徑的第四實施例平面圖；圖5為複數個圖1之電傳導路徑之堆疊平面圖；圖6為複數個圖2之電傳導路徑之堆疊平面圖；圖7為複數個圖3之電傳導路徑之堆疊平面圖；圖8為複數個圖4之電傳導路徑之堆疊平面圖；圖9為本發明電傳導路徑之伸長百分比與電傳導路徑之第一延長部及第二延長部之長度的關係圖，此圖係描述自35微米厚、0.1毫米寬且第一延長部及第二延長部之夾角為45度之銅箔製成的電傳導路徑；圖10為路徑密度與電傳導路徑之第一延長部及第二延長部之關係圖；圖11為本發明電傳導路徑之伸長百分比與電傳導路徑之第一延長部及第二延長部之長度的關係圖，此圖係描述自35微米厚、0.15毫米寬且第一延長部及第二延長部之夾角為45度之銅箔製成的電傳導路徑；圖12為路徑密度與電傳導路徑之第一延長部及第二延長部之關係圖；圖13為路徑密度對電傳導路徑之第一延長部及第二延長部之角度的關係圖；圖14為伸長百分比對本發明電傳導路徑之第一延長部及第二延長部之角度的關係圖。

10‧‧‧電傳導路徑

11‧‧‧第一延長部

11a‧‧‧第一延長部

12‧‧‧第二延長部

13‧‧‧第一彈性可撓部

14‧‧‧第二彈性可撓部

θ‧‧‧夾角

Claims (47)

1. 一種電傳導路徑，包含複數個路徑區段以端點對端點方式連接，其中，每一該路徑區段包含：a)大致線性之一第一延長部；b)大致線性之一第二延長部；c)一第一彈性可撓部，於一端連接至大致線性之該第一延長部之一第二端且於其相對端連接至大致線性之該第二延長部之一第一端；以及d)一第二彈性可撓部，於一端連接至大致線性之該第二延長部之一第二端且於其相對端連接至一相鄰路徑區段之大致線性之該第一延長部之一第一端；其中，該路徑區段之大致線性之該第一延長部及大致線性之該第二延長部係以一角度傾斜於該路徑區段之一延長軸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該些路徑區段實質彼此相同。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該路徑區段之該第一延長部及該第二延長部傾斜於該路徑區段之一延長軸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該角度之範圍在15度及75度之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該角度之範圍在30度及60度之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該角度之範圍在40度及50度之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該角度實質上為45度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部包含複數個彼此連接且可彈性地相對移動的部分。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部的至少一部分實質上是線性的。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部的至少一部分傾斜於該路徑區段之一延長軸。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部的所有部份皆傾斜於該路徑區段之一延長軸。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部相鄰的部分彼此傾斜且夾有一角度。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電傳導路徑，其中該角度之範圍在15度及75度之間。
14. 如申請專利範圍第12項所述之電傳導路徑，其中該角度之範圍在30度及60度之間。
15. 如申請專利範圍第12項所述之電傳導路徑，其中該角度之範圍在40度及50度之間。
16. 如申請專利範圍第12項所述之電傳導路徑，其中該角度實質 為45度。
17. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部之至少一部分是非線性的。
18. 如申請專利範圍第17項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部之至少一部分是彎曲的。
19. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中每一彈性可撓部之各部分或至少一部分的平面圖是V形、U形或W形。
20. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中在垂直於該路徑區段之延長軸的方向進行量測時，該第一彈性可撓部及該第二彈性可撓部的寬度各介於該路徑區段整體寬度的10%至30%之間。
21. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中在垂直於該路徑區段之延長軸的方向進行量測時，該第一彈性可撓部及該第二彈性可撓部的整體寬度各介於該路徑區段整體寬度的15%至25%之間，較佳為20%。
22. 如申請專利範圍第1項所述之電傳導路徑，其中該第一延長部及該第二延長部之間定義一空間以容納一相鄰路徑之一第一彈性可撓部或一第二彈性可撓部。
23. 如申請專利範圍第22項所述之電傳導路徑，其中定義在該第一延長部及該第二延長部之間之該空間實質上是梯形。
24. 一種電傳導構件，包含如申請專利範圍第1項至第23項之任一項所述之電傳導路徑。
25. 如申請專利範圍第24項所述之電傳導構件，包含兩個相鄰的電傳導路徑。
26. 如申請專利範圍第25項所述之電傳導構件，其中一個路徑區段之該些第一彈性可撓部位於定義在該相鄰路徑區段之該第一延長部及該第二延長部之間的空間。
27. 如申請專利範圍第25項所述之電傳導構件，其中該兩個電傳導路徑相鄰設置，使得一個路徑區段之一延長軸延伸過相鄰路徑區段之該第一延長部及該第二延長部。
28. 如申請專利範圍第25項所述之電傳導構件，其中相鄰路徑區段沿該電傳導構件之整體長度上對應兩點間的一橫向距離實質是固定的。
29. 如申請專利範圍第25項所述之電傳導構件，其中當該電傳導構件處於受到一拉力下時，相鄰路徑區段沿整體長度上對應兩點間的一橫向距離是實質固定的。
30. 如申請專利範圍第24項所述之電傳導構件，該電傳導構件更包含一基板支撐該電傳導路徑。
31. 如申請專利範圍第30項所述之電傳導構件，其中該電傳導路徑連接到該基板之一表面。
32. 如申請專利範圍第30項所述之電傳導構件，其中該電傳導路徑與該基板之該表面黏合或接合。
33. 如申請專利範圍第30項所述之電傳導構件，其中當該電傳導 構件包含至少二電傳道路徑時，該電傳導路徑其中之一連接到該基板的相對表面的各個。
34. 如申請專利範圍第30項所述之電傳導構件，其中複數個電傳道路徑連接到該基板的相對表面。
35. 如申請專利範圍第30項所述之電傳導構件，其中該電傳導路徑被夾在相連接、黏合或接合的兩個基板之間。
36. 如申請專利範圍第30項所述之電傳導構件，其中該基板是聚合物。
37. 如申請專利範圍第36項所述之電傳導構件，其中該聚合物是聚氨酯。
38. 一種電路板，包含如申請專利範圍第24項所述之電傳導構件。
39. 一種製造電傳導構件之方法，包含下列步驟：放置一導電材料層以鄰接一基板層；提高該導電材料層及該基板層的溫度至一預定溫度；施壓至該導電材料層及該基板層，使兩者互相靠近；將該導電材料層及該基板層之溫度維持一預定時間；冷卻該導電材料層及該基板層至一預定溫度；以及移除導電材料層不要的區域，以提供至少一電傳導路徑連接至該基板層。
40. 如申請專利範圍第39項所述之製造方法，包含下列步驟：放置該導電材料層及該基板層於一對熱傳導構件間。
41. 如申請專利範圍第39項或第40項所述之製造方法，其中該基板層與該導電材料層以熱接合相互粘合。
42. 如申請專利範圍第39項或第40項所述之製造方法，其中冷卻該導電材料層及該基板層至該預定溫度的同時，施壓至該導電材料層及該基板層。
43. 如申請專利範圍第39項或第40項所述之製造方法，包含下列步驟：在相鄰該基板層之一相對側放置一第二導電層。
44. 如申請專利範圍第39項或第40項所述之製造方法，其中該移除導電材料層不要的區域，以提供至少一電傳導路徑連接至該基板層之步驟是將該導電層不要的區域暴露於蝕刻劑中而達成。
45. 如申請專利範圍第39項或第40項所述之製造方法，包含下列步驟：當該電傳導路徑形成後，於相鄰該導電層之一相對側放置一另一基板層。
46. 如申請專利範圍第45項所述之製造方法，其中該另一基板層連接該電傳導路徑及另一個基板層。
47. 如申請專利範圍第46項所述之製造方法，其中該另一基板層與該電傳導路徑及另一個基板層是以熱接合。