TWI610881B - 用以製造機電結構的方法和用以實行該方法的配置 - Google Patents

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Abstract

本發明有關於一種製造機電結構的方法，其包括：在實質平坦膜上產生導體和/或圖形106；關於膜所想要的三維形狀而將電子元件附接在該膜上108；將容罩電子元件的該膜形成實質三維形狀110；藉由實質模製在該膜上，而在射出成形過程中使用實質三維膜作為插入物112；其中偏好的材料層附接在膜的表面上，而生成機電結構。本發明也提出了用以實行該方法的對應配置。

Description

用以製造機電結構的方法和用以實行該方法的配置
一般而言，本發明關於併入電子裝置中的機電結構。特別然而非專門而言，本發明關於生成具有嵌入構件和元件之三維單一基板機電結構的方法。
特別是關於行動裝置而言，不同機電裝置的製造方法已經大大改良，並且具有例如複雜顯示器和互動式/回應式蓋子的特色者已經變成更為普遍使用的消費性器具。此種裝置併入複雜的觸控螢幕、觸控表面和類似者而具有許多功能性，其轉而須要使用不同的並且常常是脆弱的構件。
使用者對於各式各樣產品功能性和直覺之需求的持續增加已經促成以下情況：使用者不想讓裝置限制其用途。所有裝置反而應該能夠做到而非限制以立即直覺的方式來使用。
同時，對於更敏捷和彈性的製造需求已經逐漸變得更明顯，因為裝置的外在設計以及裡面所用的構件已經須要隨著動態的市場需求來發展和改變。
這創造出對於有關(二或三維的)容罩結構(housing structure)而能夠併入多樣之不同構件的製程造成真實的需求。
雖然構件已經變得愈來愈小和更有可撓性，但是許多構件相對於印刷電子器件而言仍是比較龐大。雖然印刷電子器件已經顯示為通往輕薄、彈性、快速製造之結構的一條路，但是大量的構件仍然無法以印刷來製造。
同時，生成三維基板和容罩結構而具有嵌入之電子構件的目前做法是首先塑形出基板，然後將構件附接到已經塑形的三維基板。將構件附接在此種三維基板上造成以下不利的情況：構件附接在傾斜的表面上，其產生不正確性，並且從製造觀點來看也是困難和費時的，特別是當相較於構件附接在平坦表面上的過程來看。
一些其他的方法提議將構件放置在基板上(在偏好的位置)，然後模製於基板上，其功能係作為插入物；多數例子中的方法是以射出成形來實行。這方法易於有許多錯誤和失敗，因為構件須要高度正確的放置在對的位置，然後整個模製過程都保持在那裡。這過程的另一困難之處在於隨著熔融材料冷卻下來，它引起有些劇烈的溫度改變。這些要求一起導致極困難的情況，其中確實發生許多有缺陷的單元。更進一步而言，這方法不提供真實三維塑形的手段，因為使用作為插入物的基板於過程期間沒有相當改變其形狀。再者，每個模子僅可以用一次；在基板和當中的構件已經模製於該形狀之上並且電路構件結構如此設定之後，就不可能再修正瑕疵。
某些其他的製程包括使用層合表面，其由許多層或基板彼此 堆疊和附接而構成。然而，這些方法也顯現出缺點，例如從平坦到三維的延展性有限。
本發明之具體態樣的目的是要至少緩和前述先前技藝之配置所明顯有的一或更多個缺點，尤其是在製造方法和配置允許將多樣的電子元件在塑形和披覆或包封之前有效率的整合在平坦表面上的背景下。該目的一般而言是以依據本發明的製造方法和實行該方法的對應配置而達成。
本發明的最有利方面之一在於它允許電子元件放置在實質平坦表面上，然後將容罩電子元件的表面於實際情況下從平坦的形狀塑形成實質任何想要的三維形狀。更進一步而言，本發明包括關於膜所要模製的形狀和設計而將元件放置和附接在可三維形成之膜上的方法和系統。
本發明的其他有利方面在於它藉由僅使用一膜來容罩電子器件、圖形和其他所用的內容，而把對於層狀膜、披覆膜和片結構的需求減到最少，後者常常是層合多個層的結果。
本發明的其他有利方面在於電子電路和元件可以附接在平坦表面上，然後在根據任何偏好的形狀而將基板形成為實質三維形狀之前先測試該電路和元件的運作。
依據本發明的某一方面，一種製造機電結構的方法包括：在平坦膜上產生導體和/或圖形，按照所預期的膜的三維形狀而將電子和/或功能性元件(譬如微機電系統(MEMS))附接在該平坦膜上， 將容罩電子元件的該平坦膜形成為三維形狀的膜，藉由在射出成形過程中將該三維形狀的膜插入模子中而將材料模製在該三維形狀的膜上，其中偏好的材料層附接在該三維形狀的膜的表面上，而生成機電結構。
根據本發明的範例性具體態樣，實質平坦膜可以是實質可撓的。根據本發明的範例性具體態樣，膜包括基板。根據範例性具體態樣，膜包括印刷電路板(printed circuit board，PCB)或印刷線路板(printed wiring board，PWB)。
根據本發明的範例性具體態樣，實質平坦膜較佳而言是均勻的和非層合的，亦即非層合片。根據本發明的範例性具體態樣，實質平坦膜可以包括層合結構。根據本發明的範例性具體態樣，實質平坦膜可以包括披覆。
根據本發明的範例性具體態樣，在該膜上產生導體較佳而言包括印刷。根據本發明的另一範例性具體態樣，在該膜上產生導體可以包括接線。根據本發明的另一範例性具體態樣，在該膜上產生導體可以包括焊接。根據本發明的另一範例性具體態樣，在該膜上產生導體可以包括使用印刷電路板(PCB)或印刷線路板(PWB)。
根據本發明的範例性具體態樣，在該膜上產生圖形可以較佳而言包括印刷。根據本發明的範例性具體態樣，在該膜上產生圖形可以包括塗刷。
根據本發明的範例性具體態樣，所用的電子元件本質上可以是電子、電光、電聲、壓電、電和/或機電的。根據本發明的另一範例性 具體態樣，電子元件可以包括表面安裝技術(surface mount technology，SMT)、通孔或覆晶個體。根據本發明的另一範例性具體態樣，該電子元件可以包括實質可撓的構件。根據本發明的進一步範例性具體態樣，電子元件可以是印刷個體。根據本發明的另一範例性具體態樣，其中電子元件可以是印刷個體，則該等元件可以印刷在實質平坦膜上。根據本發明的進一步範例性具體態樣，其中電子元件可以是印刷個體，則該等元件可以印刷在別的地方(譬如在分開的基板上，其可以在印刷之後或之前切割成適合的片)，之後它們可以是印刷好的附接在實質平坦膜上。
根據本發明的範例性具體態樣，電子元件可以譬如藉由可選用的實質可撓的和/或導電的膠、膏或其他黏著劑而附接到膜。根據本發明的另一範例性具體態樣，元件可以藉由錨固而附接。
根據本發明的範例性具體態樣，電子元件的附接是相對於膜所想要的形狀來做。在將膜從實質平坦形成三維形狀的過程期間，膜和上面併入的元件經歷物理應力，例如應變、力矩和壓縮。這些力不僅是由膜的彎曲和延展所引起，也是由過程所需的溫度而引起。根據本發明，附接元件的過程可以包括許多單獨或同時的順序。
根據本發明的範例性具體態樣，附接電子元件之可選用的順序可以舉例而言包括藉由電腦輔助模型化(computer-aided modeling，CAD)、模型建構或三維表面應變測量，其舉例而言是由均勻的方格圖案或圓格圖案或任何其他適合的塑形圖案來實行，而對於三維膜之三維設計的形狀加以模型化。模型化可以包括應變、力、尺寸、熱和應力分析的參數以及可能還有失效參數，例如由實質平坦膜形成實質三維形狀時所引起的膜破 裂。模型化可以包括結構的應力分析。模型化也可以包括製造分析以對例如鑄造、模製和其他成形製法的製程做過程模擬。
本發明的範例性具體態樣之另一可選用的順序可以包括關於三維膜設計的表面形狀來選擇元件的指向。一般而言，這意謂根據上面要附接元件之表面的形狀來放置元件，如此則膜之平坦表面積的變形相對於元件靠著該膜表面積的表面積是盡可能的小。更特定而言，膜表面的曲率大小(該曲率是由膜的三維成形所造成)相對於面對元件的表面投影應該最小化。根據三維表面上的假設曲率來設定元件的指向，因為變形所引起的曲率和/或應變在元件附接順序中尚不明顯，如此則在元件的遠處邊緣或實體邊界(其上具有對膜表面的附接/邊限接觸，並且其由膜的三維成形所引起)之間和/或相對於它們的該曲率便在膜表面和元件底表面之間而相對於彎曲的膜表面引起極少的分離和/或距離。
本發明的範例性具體態樣之另一可選用的順序可以包括關於三維膜設計的表面形狀來選擇電子元件位置。一般而言，這意謂根據上面要附接元件之表面的形狀來放置元件，如此則膜之平坦表面積的變形相對於元件靠著該膜表面積的膜表面積就變形得盡可能的少。更特定而言，膜表面相對於面對/底部元件的表面投影的曲率大小和/或應變(該曲率是由膜的三維成形所引起)應該加以最小化。藉由選擇元件的位置而使之放置在變形是盡可能小的表面上，則因為變形所引起的曲率在元件附接順序中不明顯，元件將經歷較少的物理應變。關於膜表面來選擇元件位置也包括如下選擇位置：將元件底部相對於膜表面和碰觸表面的相對膜表面最佳化，舉例而言這是藉由將碰觸表面積最佳化來為之。據此針對膜表面來選 擇元件的良好位置便意謂元件不應放置在膜表面的遠處邊緣上，其中元件是部分在膜表面的最邊緣上。
根據本發明的範例性方面，由上面附接元件的膜之三維成形所引起的某些方面可以藉由可選用之實質可撓的元件而緩和。
根據本發明的另一範例性方面，由上面附接元件的膜之三維成形所引起的某些方面可以藉由使用實質可撓的元件附接手段而緩和。
本發明的範例性具體態樣之另一可選用的順序是關於製造參數和就物理性質而言來選擇元件，例如物理強度和對溫度和溫度改變的容忍度以及與元件之不同材料的適合度。
本發明的範例性具體態樣之另一可選用的順序包括依據可撓性、強度等等來選擇附接方法。
本發明的範例性具體態樣之另一可選用的順序包括選擇上面做成形的那一側以及射出成形和射出成形類別。較佳而言，元件所附接之膜的那一側舉例而言係相對於被壓靠著形成壁或上面要模製的那一側。然而，元件可以附接在上面要模製的那一側上。
根據本發明的範例性具體態樣，膜和上面的元件可以較佳而言藉由熱成形或真空成形而形成實質三維形狀。根據本發明的另一範例性具體態樣，膜和上面的元件可以藉由吹送模製或旋轉模製而形成為實質三維形狀。
在此，形成結構的三維本質可以尤其關於平坦膜的基本厚度來理解。三維形式在此可以描述成偏差或透過偏差來描述，其在下文描述。實質平坦膜可以看成匹配於二平行平面的(平坦的)表面之間，其甚至考慮了 在似乎平坦表面上的最輕微變形。在三維成形過程之後，先前平坦膜已經形成的形狀也可以看成匹配於二平行表面之間。由在二表面之間並且平行於任一表面相對另一者之法線而做最大延伸的線之長度所測量的距離，係得出表面可以彼此離開而不重疊著(實質平坦的和三維的)膜的最小距離。二平行表面之間的該最小距離在二情形下都可以做比較以計算偏差百分比。在此偏好的偏差因此是不與三維形成膜重疊的二平行表面之間的最短距離對相同膜在三維成形之前的最短距離之比例。較佳而言，偏差是至少：
Figure TWI610881BD00001
根據本發明的範例性具體態樣，射出成形材料是實質專門部分模製於膜表面上。可選用而言，射出成形材料可以模製在膜之容罩電子元件的表面部分上。可選用而言，射出成形材料可以模製在膜之不容罩電 子元件的表面部分上。
根據本發明的另一範例性具體態樣，實質模製在該膜上的射出成形材料包封整個膜。
根據本發明的另一範例性具體態樣，射出成形可以包封整個膜但不包封電子元件。
根據本發明的另一範例性具體態樣，射出成形可以包封整個膜和電子元件。
根據本發明的範例性具體態樣，該方法可以在根據該方法的任何順序之前或之後包括額外的表面修整或披覆。
依據本發明的另一方面，一種實行該製造機電結構之方法的配置包括以下一或更多個個體：用以在表面上產生導體和/或圖形的個體，用以在表面上附接電子元件的個體，用以將實質平坦膜形成為實質三維形狀的個體，用以射出成形的個體。
根據本發明的範例性具體態樣，該配置包括用以在表面上產生導體和/或圖形的個體，該個體可以包括噴墨印刷機、網版印刷機；並且該個體可以是捲對捲或筒對筒機。
根據本發明的範例性具體態樣，該配置包括用以在表面上附接電子元件的個體，該個體可以包括拾放機。
根據本發明的範例性具體態樣，該配置包括用以將實質平坦膜形成為實質三維形狀的個體，該個體可以包括連續捲饋送或預先切割片 自動饋送的熱成形機或真空成形機。
根據本發明的範例性具體態樣，該配置包括用以射出成形的個體，該個體可以包括液壓、機械、電或混合型射出成形機。
根據本發明的另一具體態樣，該方法和對應之配置所達成的機電結構舉例而言可以是併入使用者介面(user interface，UI)的電子裝置，例如電腦，包括桌上型、膝上型和掌上型裝置。根據本發明的另一具體態樣，該方法和對應之配置所達成的機電結構可以併入觸控螢幕或觸控表面科技。
先前提出關於電子裝置之多樣具體態樣的考量可以彈性的應用於該方法的具體態樣並且反之亦然，就如熟練人士所體會的。
如上文所簡要的回顧，本發明之不同方面的功用源自於依附在每個特殊具體態樣的多個議題。產生依據本發明的機電結構以提供多個不同功能性的製造成本可以保持得低，這是因為相當專門的使用負擔得起和可容易獲得的材料、元件和製程科技。
該方法和對應之配置所獲得的機電結構在根據配置的個體限制下是可縮放的。除了單純製作原型階段以外，可行的製程科技特定而言還提供快速和敏捷的工業級裝置製造。
「許多」(a number of)一語在此可以指從一(1)開始的任何正整數。「多個」(a plurality of)一語可以指從二(2)開始的任何任何正整數。
本發明之不同的具體態樣也揭示於附上的附屬請求項。
102~114‧‧‧根據本發明的方法階段
202a、202b、202c、202d‧‧‧膜的側視圖
204a、204b‧‧‧電子元件
206‧‧‧導體
208‧‧‧圖形
210‧‧‧實質平坦膜
212‧‧‧三維膜
304a、304b、304c、304d‧‧‧電子元件
306‧‧‧膜
402a、404a‧‧‧平面的(平坦)表面
402b、404b‧‧‧平行表面
500‧‧‧實行本發明之製造方法的配置
502~508‧‧‧配置所包括的個體
d1、d2‧‧‧距離
其次，參考所附圖式來更仔細審視本發明的具體態樣，其中： 圖1是流程圖，其揭示依據本發明之方法的具體態樣。
圖2經由範例性具體態樣來示範根據本發明而三維形成容罩著電子元件之膜的概念。
圖3是依據本發明而包括個體的配置之一具體態樣的方塊圖。
圖4依據本發明來示範用於描述形成結構的三維本質之測量的範例性具體態樣。
圖5示範實行本發明的製造方法的配置之一可行具體態樣的方塊圖。
參考圖1，其係產生本發明的解決方案之一可行具體態樣的流程圖。
在102，是指開始階段，其發生必要的工作，例如材料、元件和工具的選擇和獲取。在決定適合的元件和其他構件/電子器件時，必須特別注意個別的構件和材料選擇一起運作並且能通過整體配置的所選製程，其自然較佳而言係例如基於製程對元件資料表或藉由分析產生的原型而在最前面就先檢查。
在104，根據偏好的形狀和尺寸來產生實質平坦膜，然後加以清潔。該膜較佳而言是實質薄片。該膜較佳而言包括聚碳酸酯(PC)或聚對苯二甲酸乙酯(PET)，因為這些材料擁有有效率的三維成形所需之最適合的熱成形窗口(亦即其中材料變成實質柔順的以供延展和塑形)和可撓性。膜材料可以根據最終產物需求而可選用的包括其他適合的材料，並且符合製造要求，舉例而言例如鑒於電子器件和相鄰材料的可撓性、堅固性、熱成形窗口、強度、黏著性質和其他材料性質，或譬如鑒於可得的製造技術。該 等其他材料可以包括其他的塑膠、矽、橡膠或這些的混合物。進一步可行的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、二醇化聚對苯二甲酸乙酯(PETG)、高衝擊聚苯乙烯(HIPS)、高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯酸聚合物或這些的混合物。膜的厚度可以根據膜所需的性質來變化，例如最終產品所需的材料強度、可撓性、彈性、透明度和/或尺寸。該膜可以包含許多凹陷、空穴或孔洞以容納例如電子電路、導體或構件引線和/或插槽等等的電子器件。
在示範的處理階段期間和/或之前，選擇的膜也可以預先加以調整。舉例而言，該膜可以預先調整以增加與其他材料(例如射出成形的覆蓋塑膠)的黏著度。
可選用而言，可以選擇具有根據前面所述的膜材料要求之材料、形狀和尺寸要求的印刷電路板(PCB)或印刷線路板(PWB)作為膜。
在106，導體和/或圖形產生在膜上。該膜可以如此僅包括導體、僅包括圖形、或包括導體和圖形二者。產生該等導體和/或圖形較佳而言是利用適合的印刷科技而做到。譬如噴墨印刷機或其他可應用的裝置可以用於將該等導體和/或圖形印刷在膜上。較佳而言，一裝置係用於產生導體和圖形二者。可選用而言，也可以使用不同的裝置來產生導體和產生圖形。
一般而言，印刷導體和圖形的可行技術可以包括網版印刷、旋轉網版印刷、凹版印刷、柔版印刷、噴墨印刷、移印(tampo printing)、蝕刻(就像PWB基板、印刷線路板所用者)、轉移層合、薄膜沉積等等。舉例來說，在導電膏的情形下，可利用基於銀的聚合物厚膜(polymer thick film， PTF)膏以在膜上網版印刷想要的電路設計。也可以使用譬如基於銅或碳的PTF膏。替代而言，銅/鋁層可以藉由蝕刻而獲得。於進一步的替代方案，導電的低溫共燒陶瓷(low temperature cofired ceramic，LTCC)或高溫共燒陶瓷(high temperature cofired ceramic，HTCC)膏可以燒結到膜上。當選擇用於導體的材料時，吾人要考慮膜的性質。舉例而言，LTCC膏的燒結溫度可以為約850到900℃，其可以需要使用陶瓷膜。此外，可以使用基於銀/金的奈米顆粒油墨來產生導體。
膏/油墨較佳而言要連同印刷技術和膜材料來選擇，舉例來說，因為不同的印刷技術需要來自所用之油墨/膏的不同流變性質。此外，不同的印刷科技在每單位時間提供變化量的油墨/膏，其常常影響可達成的導電圖形。
替代而言，導體和/或圖形可以提供在膜裡。
在108，電子構件附接在膜上。該等電子構件較佳而言是表面安裝技術(SMT)、通孔、覆晶或印刷個體。可選用而言，元件可以藉由利用適合的印刷程序而產生，如階段106所示。印刷的元件可以藉由印刷在該膜上而可選用的產生在實質平坦膜上。印刷的元件可以藉由印刷在基板上而可選用的與實質平坦膜分開產生；在此之後，包括元件之整個基板或基板的偏好片可以附接在實質平坦膜上。
SMT、通孔、覆晶和印刷個體可以使用可選用之實質可撓的手段，而藉由錨固、膠黏或藉由其他黏著劑(例如環氧樹脂黏著劑)來附接。導電的(能夠做電接觸)和非導電的(僅固定用)黏著劑都可以利用。該等構件可以由其技術和功能以及如此以承受所利用之三維成形(例如熱成形或真空 成形過程)以及容罩構件之建立過程(例如射出成形過程)的壓力和溫度來選擇。
舉例來說，該等元件可以本質上是電子、電光、電聲、壓電、電和/或機電的，或至少包括此種構件。此外，此種元件和/或構件上面可以包括控制電路、碰觸感測(例如應變)、電阻式、電容式、(F)TIR和光學感測性構件、觸覺構件和/或振動構件(例如壓電致動器或振動馬達)、發光構件(例如(O)LED)、發聲和/或收聲(例如麥克風和揚聲器)、裝置操作部件(例如記憶體晶片、可程式化邏輯晶片和CPU(中央處理單元))、其他處理裝置(例如數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、ALS裝置、PS裝置、處理裝置(微處理器、微控制器、數位訊號處理器)、MEMS和/或尚未提到的多樣感測器。確實，除了所揭示的之外，還可以實施大量的技術，並且結構可以包括多樣的額外構件。如該領域中習知此技術的讀者所體會，視可以利用本發明之每個所要用途情境的要求而定，揭示之構件的組態也可以異於明確所示者。
可選用而言，元件可以附接和建構成預定的、系統性(譬如對稱或矩陣)形式。
替代而言，電子元件可以提供在膜裡。
在110，膜從實質平坦的形成實質三維的形狀。該形成較佳而言可以使用真空成形或壓力成形而以熱成形來做。替代而言，該形成可以由波浪成形、褶簾成形、吹送模製、預先模製或旋轉模製來做。
熱成形的過程包括：將該膜加熱到熱成形窗口(亦即其中材料變成實質柔順的以供延展和塑形)；把膜放到模子裡；施加真空以便對膜 施壓靠著模子，如此則膜便模製成模子的形狀；讓膜冷卻下來而同時施加真空；以及藉由釋放真空和/或施加「空氣排斥」(air-eject)以較容易移除膜而排出冷卻的膜，其現在已根據模子而調適成想要的形狀。附帶可選用而言，可以在熱成形之前或之後實行膜的切割，譬如切割成偏好的尺寸或用於較好做完工處理。將膜加熱到熱成形窗口可以可選用的在熱成形機裡(譬如於模子中)或在熱成形機外(譬如於烤箱中)來做。
考慮使用真空或壓力的偏好之熱成形過程的參數和設定，則如該領域中習知此技術的人士所了解的可以給出極少的進一步準則而僅作為範例。熱成形溫度之下限的少數範例包括：PC 150℃、PET 70℃、ABS 88℃~120℃。對模子機械式壓入空氣或對模子抽真空而在膜上所獲得的施加壓力應該大約高於每平方英吋100英鎊以用於單一層膜的建造，而它應該大約高於每平方英吋200英鎊以用於層合結構。較佳而言要選擇所用的三維膜和過程參數，使得該膜不熔化。該膜要定位在模子中，使得它維持適當的固定，然而又使得固定點不妨礙該形成。
在112，包括附接到現在三維膜之偏好元件的組件則放置作為對模框的插入物並且加以射出成形。
模製於三維膜上的射出成形材料可選用的為透明的並且可以包括聚合物，例如聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醯胺(PA)、環烯烴共聚物(COC)、環烯烴聚合物(COP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)或這些的混合物。替代或附帶而言，該材料可以包括玻璃。鑒於電子器件和相鄰材料或譬如鑒於可得的製造技術，一般而言要選擇可用的層材料，使之符合想要的可撓性、堅固性和其 他要求(像是黏著性質)。
考慮過程參數和設定，則如該領域中習知此技術的人士所了解的可以給出極少的進一步準則而僅作為範例。當三維膜是PET並且舉例而言要在上面射出成形的塑膠是PC時，熔化之PC的溫度可以為約280到320℃並且模子溫度約20到95℃(譬如約80℃)。較佳而言要選擇所用的三維膜和過程參數，使得該膜於此過程期間不熔化並且保持實質固態。該膜要定位在模子中，使得它維持適當的固定。類似而言，預先安裝的構件、圖形和/或電子器件要附接到基板，使得它們於模製期間維持靜止不動。
射出成形過程的射出階段包括將根據所要特色而選擇的材料加熱直到熔化為止，然後將該材料強制射入模子裡，其中射出成形的材料藉由射出成形過程被模製在膜上。較佳而言，射出成形的材料可以實質專門部分模製在膜表面上，其可以包括模製在該膜容罩著預先安裝之構件、圖形和/或電子器件的表面部分上，或者包括模製在該膜未容罩著預先安裝之構件、圖形和/或電子器件的表面部分上。可選用而言，射出成形的材料可以實質模製在該膜上，使得它包封整個膜，其可以包括該模製僅部分包封了預先安裝的構件、圖形和/或電子器件，或者包括該模製包封了預先安裝的構件、圖形和/或電子器件，如此則預先安裝的構件、圖形和/或電子器件便完全嵌入模子裡。
一般而言，於本發明的具體態樣，建立之容罩的厚度以及容罩中之該等元件和電子器件的安裝深度可以根據應用來變化，如此則它們可以形成其部分的表面(整個電子裝置的內或外表面)或者完全嵌入或「隱藏」(hidden)在容罩裡。這能夠將建造之整個機電結構的韌性、彈性、透明度等 等加以客製化，也能夠將該等嵌入元件的維護能力和保護性加以客製化。將元件完全嵌入容罩裡典型而言提供較好的保護。可選用而言，雖然將元件留在表面則提供較少的保護，但是該等元件能夠較容易維護或再放置。視應用而定，特定的元件可以完全嵌入，而其他元件僅部分嵌入。
在射出過程之後，射出的材料保持在壓力下並且讓它冷卻下來，之後可以將它取出。
在114，結束該方法的執行。可以發生進一步動作，例如元件調整、品質控制、表面處理和/或完工處理或擦亮。
使用有利的可撓性材料則能夠讓至少某些方法項目由捲對捲方法來實行，其可以提供在時間上、成本上和甚至空間上的考量(譬如運輸和儲存)之額外益處。於捲對捲或「筒對筒」(reel-to-reel)方法，想要的個體(例如導體、圖形和/或電子元件)可以沉積在連續的「捲」(roll)基板上，其可以既長且寬，而於該程序期間以固定不變或動態的速度從一或多個來源捲前進到目的捲。該膜因此可以包括稍後要切開的多個產品。
捲對捲或「筒對筒」方法因此可以用於組合方法步驟102、104、106、108當中至少二者。所有的方法步驟102、104、106、108(亦即實質上所有的方法步驟)都可以由捲對捲或「筒對筒」方法來實行。可選用而言，所有的方法步驟(102~114)亦即整個方法都可以由捲對捲或「筒對筒」方法來實行。
也依據本發明，捲對捲製造有利的能夠使產品快速且有成本效益的製造。於捲對捲過程期間，幾個材料層可以「即時」(on the fly)接合在一起，並且前述的導體、圖形和/或電子元件可以在真正接合發生之前、 之時或之後便結構化在上面。於該過程期間，來源層和所得的似帶狀聚集個體可以進一步受到多樣的處理。應該選擇層的厚度和可選用而言還有其他性質，如此以使捲對捲處理能做到偏好的程度。
圖2示範上面附接了電子元件之膜的四個不同範例性側視圖202a、202b、202c、202d。
圖202a示範實質平坦膜210在將它從實質平坦的形成為三維形狀之前，其容罩著上面附接的電子元件204a和204b、導體206和圖形208。
圖202b示範三維膜212的範例，亦即該膜在形成過程之前是實質平坦的，其容罩著上面附接的電子元件204a和204b、導體206和圖形208。於此具體態樣，膜已經形成為簡單的拱形。
圖202c示範三維膜212的範例，亦即該膜在形成過程之前是實質平坦的，其容罩著上面附接的電子元件204a和204b、導體206、圖形208。於此具體態樣，膜已經形成為波浪形狀。
圖202d示範三維膜212的範例，亦即該膜在形成過程之後是實質平坦的，其容罩著上面附接的電子元件204a和204b、導體206、圖形208。於此具體態樣，膜已經模製成為不對稱的拱形式。
三維形成之膜212的形狀和尺寸並不限於任何特殊的形狀，因此可以加以製造以配合廣泛的應用。
圖3是該形成過程所達成的三維形狀之範例性具體態樣的立體示範。該具體態樣包括膜306，其容罩著上面附接的電子元件304a、304b、304c和304d以及導體和圖形(未明確顯示)。於此具體態樣，膜已經 模製成不對稱的似波浪形式。
三維形成之膜306的形狀和尺寸不限於任何特殊的形式，因此可以製造成配合廣泛的應用。
圖4示範用於描述形成結構的三維本質之測量的範例性具體態樣。三維形式在此可以描述成偏差/透過偏差來描述，其在此加以描述。實質平坦膜可以看成配適於二平行平面的(平坦的)表面402a和404a之間，其考慮了在即使似乎平坦的表面上之即使最輕微的變形。在三維成形過程之後，先前平坦膜所已經形成的形狀也可以看成配適於二平行表面402b和404b之間。距離d1和d2是由在該等二表面之間並且平行於任一表面法線而做最大延伸之線的長度所測量，其產生了該等表面可以彼此分開而不重疊著(實質平坦的和三維的)膜之最小距離。二平行表面之間的該最小距離在實質平坦和三維的二個情形下都可以做比較以計算偏差比例。在此所指的偏差便是不重疊著三維形成膜的二平行表面402b和404b之間的最短距離d2對三維成形之前不重疊著實質平坦膜的二平行表面402a和404a之間的最短距離d1的比例。較佳而言，偏差比例d2/d1最好是至少對應於上文提出的數值。
圖5示範實行本發明該製造方法的配置500之一可行具體態樣的方塊圖。
方塊502代表用以在表面上產生導體和/或圖形的個體。此種個體可以包括以下當中至少一者的機器：噴墨印刷機、網版印刷機，其可以是捲對捲或筒對筒機。
方塊504代表用以在表面上附接電子元件的個體。此種個體 可以包括拾放機。拾放機為廣泛所知的並且在此特別適合，因為它們允許快速和精確的附接多樣的不同構件，並且透過程式化而有高度彈性。
方塊506代表用以將實質平坦膜形成實質三維形狀的個體。此種個體可以包括連續捲饋送或預先切割片自動饋送、可選用的電腦數值控制(computer numerical control，CNC)機、熱成形機、真空成形機、壓力成形機或吹送模製機或這些的組合。
方塊508代表用以射出成形的個體。此種個體可以包括液壓、機械、電或混合式射出成形機或這些的組合。
本發明的範圍是由附上的申請專利範圍連同其等同者所決定。熟練人士將再次體會以下事實：揭示的具體態樣僅為了示範而建構，並且在此審視的創新支點將涵蓋較適合本發明每個特殊使用情況之進一步的具體態樣、具體態樣組合、變化和等同者。
102~114‧‧‧根據本發明的方法階段

Claims (17)

  1. 一種製造機電結構的方法，其包括：在平坦膜上產生導體和/或圖形，按照該平坦膜的預期三維形狀而將包括多個表面黏著構件(SMT component)的電子元件附接在該平坦膜上，其中在該平坦膜上的該等電子元件的位置是經選擇以使得該等位置在該平坦膜的後續三維形狀的形成期間沒有實質的變形，將容罩該等電子元件的該平坦膜形成為三維形狀的膜，藉由在射出成形過程中將該三維形狀的膜插入模子中而將材料模製在該三維形狀的膜上，其中偏好的材料層附接在該三維形狀的膜的表面上，而生成機電結構。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該平坦膜是基板。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該基板是印刷電路板(PCB)或印刷線路板(PWB)。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該平坦膜可選用為可撓的。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該平坦膜可以包括聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、二醇化聚對苯二甲酸乙酯(PETG)、高衝擊聚苯乙烯(HIPS)、高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯酸聚合物或這些的混合物。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該等導體和/或圖形是由印刷所產生，該印刷技術係選擇自以下至少一者：網版印刷、旋轉網版印刷、凹版印刷、柔版印刷、噴墨印刷、移印(tampo printing)、蝕刻、轉移層合 (transferlaminating)或薄膜沉積。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中附接的該等電子元件可選用地為可撓的、已經做好的表面黏著技術(SMT)、通孔、覆晶或印刷個體。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該等電子元件可以藉由印刷在該平坦膜上而產生。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該等電子元件可以藉由印刷在不是該平坦膜的基板上然後附接在該平坦膜上而產生。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該等電子元件的附接是藉由錨固、膠黏或其他黏著劑之可選用的可撓性手段而做到。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中在該平坦膜上產生該等導體和/或圖形和將該等電子元件附接在該平坦膜上的該等步驟是藉由可選用的連續捲對捲或筒對筒過程而實行，其可選用的包括印刷以下至少一者：該等導體、該等圖形、該等電子元件。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中將容罩該等電子元件的該平坦膜形成為該三維形狀的膜是藉由諸如真空成形或壓力成形的熱成形過程、波浪成形、褶簾成形、吹送模製、預先模製、旋轉模製或這些的組合而達成。
  13. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該機電結構有披覆。
  14. 一種實行製造機電結構之方法的設備，其包括以下一或更多個個體：用以在平坦膜上產生導體和/或圖形的個體，用以按照該平坦膜的預期三維形狀而將包括多個表面黏著構件的電子 元件附接在該平坦膜上的個體，其中在該平坦膜上的該等電子元件的位置是經選擇以使得該等位置在該平坦膜的後續三維形狀的形成期間沒有實質的變形，用以將該平坦膜形成為三維形狀的膜的個體，用以射出成形的個體。
  15. 如申請專利範圍第14項的設備，其中該用以在該平坦膜上產生該等導體和/或圖形的個體包括以下至少一者：噴墨印刷機、網版印刷機；並且該個體可以是捲對捲或筒對筒機。
  16. 如申請專利範圍第14項的設備，其中該用以在該平坦膜上附接該等電子元件的個體包括拾放機或印刷機。
  17. 如申請專利範圍第14項的設備，其中該用以將該平坦膜形成為該三維形狀的膜的個體包括連續捲饋送或預先切割片自動饋送、可選用的電腦數值控制(CNC)機、熱成形機、真空成形機、壓力成形機或吹送模製機或這些的組合。
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