TWI658765B

TWI658765B - 導電線路結構及使用其的被動式無線感測裝置

Info

Publication number: TWI658765B
Application number: TW107134244A
Authority: TW
Inventors: 林文安; 張哲鈴
Original assignee: 正美企業股份有限公司
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-05-01
Also published as: TW202014073A

Abstract

一種導電線路結構，包含一絕緣層、一線路層以及至少一電極。線路層疊設於絕緣層。電極電性連接線路層。絕緣層與線路層皆由可拉伸油墨印刷製造而成。在3.8牛頓(N)以下之張力時線路層之體積電阻率之變化率為150%以下。

Description

導電線路結構及使用其的被動式無線感測裝置

本發明係關於一種導電線路結構及一種使用其的被動式無線感測裝置，特別是一種具有拉伸性的導電線路結構及使用其的被動式無線感測裝置。

印刷電路板(PCB，Printed circuit board)經由多年相關人員的研究與發展，製造印刷電路板的技術已趨成熟。在現今各式各樣的電子產品中，常常能見到製造商將印刷電路板應用於內。因此，印刷電路板可謂是一般民眾經常接觸之電子零件之一。

然而，一般來說印刷電路板並不具有拉伸性，尤其是印刷電路板裡的基板或線路皆不具有拉伸性。若是印刷電路板被過度拉伸則有可能使得印刷電路板的線路斷裂，造成印刷電路板斷路而無法使用。此外，因為印刷電路板不具有拉伸性，所以不易將印刷電路板隨著電子產品應用於貼合在不平整的表面或是可拉伸的物件。即使勉強地將印刷電路板貼合在不平整的表面或是可拉伸的物件，也容易因為輕微的撞擊就造成線路斷裂。印刷電路板本身不具有拉伸性的缺點限制了所應用之電子產品的使用範圍。

本發明在於提供一種導電線路結構以及一種使用其的被動式無線感測裝置，藉以解決印刷電路板的不可拉伸性造成印刷電路板的線路容易受外力拉伸而斷裂，或是印刷電路板不容易被應用於貼合在不平整表面或是可拉伸的物件的情況之問題。

本發明之一實施例所揭露之導電線路結構，包含一絕緣層、一線路層以及至少一電極。線路層疊設於絕緣層。電極電性連接線路層。絕緣層與線路層皆由可拉伸油墨印刷製造而成。在3.8牛頓(N)以下之張力時線路層之體積電阻率之變化率為150%以下。

本發明之另一實施例所揭露之被動式無線感測裝置，適用於接受一發射器之訊號並回傳給發射器。被動式無線感測裝置包含至少一電子元件以及一導電線路結構。導電線路結構電性連接電子元件。導電線路結構包含一絕緣層、一線路層以及至少一電極。線路層疊設於絕緣層。電極電性連接線路層。絕緣層與線路層皆由可拉伸油墨印刷製造而成。在3.8牛頓(N)以下之張力時線路層之體積電阻率之變化率為150%以下。當導電線路結構之絕緣層與線路層的拉伸率超過50%時，則導電線路結構無法傳遞訊號。

根據上述實施例所揭露的導電線路結構，當導電線路結構的線路層被3.8牛頓(N)以下的張力所拉伸時，線路層之體積電阻率的變化率在150%以下，亦即導電線路結構仍能維持在可使用的範圍沒有斷裂。此外，當導電線路結構被應用於貼合在不平整的表面或是可拉伸的物件上時，能承受一定的撞擊力並且維持線路層通路，可提升導電線路結構的應用範圍。

根據上述實施例所揭露的被動式無線感測裝置，當被動式無線感測裝置之導電線路結構的絕緣層與線路層被超過3.8牛頓(N)的張力所拉伸時，絕緣層與線路層的拉伸率超過50%。當線路層的拉伸率超過50%，線路層之體積電阻率的變化率超過150%，亦即線路層形同斷路而無法傳遞訊號。一旦線路層無法傳遞訊號將會連帶使得導電線路結構亦無法傳遞訊號，因此可將導電線路結構應用於被動式無線感測裝置。將被動式無線感測裝置貼合在產品上，則可得知產品是否曾經受到過大的撞擊。

以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

以下將說明有關本發明之第一實施例，首先請參閱圖1。圖1係為根據本發明之第一實施例所繪示之導電線路結構的側面剖面示意圖。

本發明第一實施例之導電線路結構10a包含一絕緣層100a、一線路層200a以及至少一電極300a。線路層200a疊設於絕緣層100a。電極300a電性連接線路層200a，並且電極300a與線路層200a位於絕緣層100a之同一側。在本發明第一實施例以及本發明部份實施例中，電極300a未與絕緣層100a連接，但不以此為限。在其他實施例中，電極亦可與絕緣層連接。電極300a適用於電性連接至少一電子元件，使整個導電線路結構10a電性連接電子元件。導電線路結構10a以電極300a電性連接電子元件的功用容待稍後以本發明之第七實施例進行說明。

絕緣層100a與線路層200a皆由可拉伸油墨(Stretchable Inks)印刷而成。這些可拉伸油墨當中的固態成份之重量百分比為20%至60%。亦即，當可拉伸油墨被印刷後，其中的液體成份經蒸發後消散，剩下的即為固態成份。於本發明第一實施例以及本發明部份實施例中，可拉伸油墨的乾燥方式為以例如攝氏60至80度的溫度對可拉伸油墨進行烘烤，烘烤的時間長度例如為5至15分鐘，但不以此為限。於本發明其他實施例中，可以為例如不會造成絕緣層100a以及線路層200a變形的烘烤溫度或烘烤時間，或是僅將可拉伸油墨自然乾燥。

可拉伸油墨乾燥後剩下的固態成份之材料包含了聚氨酯(PU)、矽膠或橡膠。因為這些固態成份中含有可拉伸材料，使得絕緣層100a與線路層200a在受到3.8牛頓(N)以下的張力時絕緣層100a與線路層200a的拉伸率維持在50%以下，並且線路層200a之體積電阻率的變化率仍維持在150%以下。絕緣層100a與線路層200a受到拉伸張力時的伸長率以及相對應的線路層200a之體積電阻率如下表所示。

A.絕緣層100a與線路層200a所受的拉伸張力(N)	B.絕緣層100a與線路層200a的伸長率(%)	C.線路層200a的體積電阻率(Ω．cm)
0.1	2	1.5．10^-5
1	20	2．10^-5
2	30	2.1．10^-5
3	41	2．10^-5
3.8	50	2．10^-5
4.3	70	5．10^-3
4.9	150	∞

由上表可得知，在A.絕緣層100a與線路層200a所受的拉伸張力於3.8牛頓(N)以內時，B.絕緣層100a與線路層200a的伸長率會跟著A.絕緣層100a與線路層200a所受的拉伸張力增加。但是相對應的C.線路層200a的體積電阻率的增加幅度卻不大，甚至可以說當B.絕緣層100a與線路層200a的伸長率從20%增加至50%時，C.線路層200a的體積電阻率幾乎沒有變化。換句話說，當絕緣層100a與線路層200a所受到的拉伸張力小於3.8牛頓(N)時，絕緣層100a與線路層200a的伸長率小於50%且不會斷裂。此外線路層200a的體積電阻率僅在1.5．10 ^-5Ω．cm至2.1．10 ^-5Ω．cm之間變化，代表線路層200a仍能維持在通路的狀態。然而，當A.絕緣層100a與線路層200a所受的拉伸張力達到4.3牛頓(N)時，B.絕緣層100a與線路層200a的伸長率急遽增加為70%，相對應的C.線路層200a的體積電阻率也大幅增加為5．10 ^-3Ω．cm。亦即，當線路層200a受到過大的拉伸張力而伸長率增加為70%以上時，則線路層200a的體積電阻率變大為33333%。並且，當A.絕緣層100a與線路層200a所受的拉伸張力達到4.9牛頓(N)時，B.絕緣層100a與線路層200a的伸長率急遽增加為150%，相對應的C.線路層200a的體積電阻率也增加為無限大。亦即，當線路層200a受到過大的拉伸張力而伸長率增加為150%以上時，則會變成斷路的狀態。也就是說，當絕緣層100a與線路層200a在受到3.8牛頓(N)以下之張力時，絕緣層100a與線路層200a的拉伸率在50%以下，並且線路層200a之體積電阻率之變化率為150%以下而能維持通路的狀態。

接著，請參閱圖2，係為本發明之第二實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。以下僅針對本發明第二實施例與本發明第一實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。在本發明第二實施例中，導電線路結構10b更包含一基板400b，基板400b疊設於線路層200b，並且基板400b與絕緣層100b分別位於線路層200b之相對兩側。亦即，本實施例之層狀結構依序為基板400b、線路層200b以及絕緣層100b，其中電極300b位於線路層200b。

由於絕緣層100b以及線路層200b皆為可拉伸油墨以印刷形式所製造而成，因此可以將絕緣層100b以及線路層200b印刷得非常輕薄。但相對地來說輕薄化使得絕緣層100b以及線路層200b容易捲曲變形，在實際應用上較不便，因此基板400b做為一載體供絕緣層100b、線路層200b以及電極300b疊設於基板400b上。使用者可藉由例如為黏膠之方式將絕緣層100b貼合在所欲應用之不平整的表面或是可拉伸的物件上。使用者再將基板400b移除，使得電極300b外露。電極300b適用於電性連接至少一電子元件，使移除基板400b後的導電線路結構10b電性連接電子元件。導電線路結構10b以電極300b電性連接電子元件的功用容待稍後以本發明之第七實施例進行說明。於本發明第二實施例以及本發明部份實施中，基板400b為可撓性材料，以便導電線路結構10b貼合於不平整的表面或可拉伸的物件。可撓性材料例如為PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)或達FR4等級之環氧數脂，但不以此為限。於本發明其他實施例中，基板之材料亦可為其他有可撓性的高分子材料，或是亦可僅為非可撓性材料。

接著，請參閱圖3，係為本發明之第三實施例之導電線路結構的側面部面示意圖。以下僅針對本發明第三實施例與本發明第二實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。在本發明第三實施例中，導電線路結構10c更包含一覆膜500c以及一膠層600c。膠層600c疊設於絕緣層100c，覆膜500c疊設於膠層600c。使得覆膜500c與絕緣層100c分別位於膠層600c之相對兩側，並且覆膜500c與基板400c分別位於絕緣層100c之相對兩側。亦即，本實施例之層狀結構依序為基板400c、線路層200c、絕緣層100c、膠層600c以及覆膜500c，其中電極300c位於線路層200c。

於本發明第三實施例中，覆膜500c例如為離型膜。如此一來，使用者可以很輕易地將覆膜500c從膠層600c分離。使用者可將外露的膠層600c對準欲貼合之表面，其中欲貼合之表面可以例如為布料之不平整的表面或可拉伸的物件。使用者再將基板400c移除後，電極300c則外露。外露的電極300c可以對準至少一電子元件並且與其電性連接，使移除基板400c、覆膜500c後的導電線路結構10c電性連接電子元件。導電線路結構10c以電極300c電性連接電子元件的功用容待稍後以本發明之第七實施例進行說明。

於本發明第一實施例中，電極300a與線路層200a位於絕緣層100a之同一側，但不以此為限。在其他實施例中，只要電極電性連接線路層即可。請參閱圖4，係為本發明之第四實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。以下僅針對本發明第四實施例與本發明第一實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。在本發明第四實施例之導電線路結構10d中，電極300d電性連接線路層200d並且電極300d與絕緣層100d位於線路層200d之同一側。電極300d適用於電性連接至少一電子元件，使整個導電線路結構10d電性連接電子元件。導電線路結構10d以電極300d電性連接電子元件的功用容待稍後以本發明之第七實施例進行說明。

接著，請參閱圖5，係為本發明之第五實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。以下僅針對本發明第五實施例與本發明第四實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。在本發明第五實施例中，導電線路結構10e更包含一基板400e，基板400e疊設於絕緣層100e，並且基板400e與線路層200e分別位於絕緣層100e之相對兩側。亦即，本實施例之層狀結構依序為基板400e、絕緣層100e以及線路層200e，其中電極300e位於絕緣層100e。

由於絕緣層100e以及線路層200e皆為可拉伸油墨以印刷形式所製造而成，因此可以將絕緣層100e以及線路層200e印刷得非常輕薄。但相對地來說輕薄化使得絕緣層100e以及線路層200e容易捲曲變形，在實際應用上較不便，因此基板400e做為一載體供絕緣層100e、線路層200e以及電極300e疊設於基板400e上。使用者可藉由例如為黏膠之方式將線路層200e貼合在所欲應用之不平整的表面或是可拉伸的物件上。使用者再將基板400e移除，使得電極300e外露。電極300e適用於電性連接至少一電子元件，使移除基板400e後的導電線路結構10e電性連接電子元件。導電線路結構10e以電極300e電性連接電子元件的功用容待稍後以本發明之第七實施例進行說明。於本發明第二實施例以及本發明部份實施中，基板400e為可撓性材料，以便導電線路結構10e貼合於不平整的表面或可拉伸的物件。可撓性材料例如為PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)或達FR4等級之環氧數脂，但不以此為限。於本發明其他實施例中，基板之材料亦可為其他有可撓性的高分子材料，或是亦可僅為非可撓性材料。

接著，請參閱圖6，係為本發明之第六實施例之導電線路結構的側面部面示意圖。以下僅針對本發明第六實施例與本發明第五實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。在本發明第六實施例中，導電線路結構10f更包含一覆膜500f以及一膠層600f。膠層600f疊設於線路層200f，覆膜500f疊設於膠層600f。使得覆膜500f與線路層200f分別位於膠層600f之相對兩側，並且覆膜500f與基板400f分別位於線路層200f之相對兩側。亦即，本實施例之層狀結構依序為基板400f、絕緣層100f、線路層200f、膠層600f以及覆膜500f，其中電極300f位於線路層200f。

於本發明第六實施例中，覆膜500f例如為離型膜。如此一來，使用者可以很輕易地將覆膜500f從膠層600f分離。使用者可將外露的膠層600f對準欲貼合之表面，其中欲貼合之表面可以例如為布料之不平整的表面或可拉伸的物件。使用者再將基板400f移除後，電極300f則外露。外露的電極300f可以對準至少一電子元件並且與其電性連接，使移除基板400f、覆膜500f後的導電線路結構10f電性連接電子元件。導電線路結構10f以電極300f電性連接電子元件的功用容待稍後以本發明之第七實施例進行說明。

如先前所述之導電線路結構不易斷裂且可拉伸的特性，導電線路結構即可應用於一被動式無線感測裝置，被動式無線感測裝置例如為產品識別貼紙或產品防偽貼紙。請參閱圖7至圖8，圖7係為本發明之第七實施例之被動式無線感測裝置貼合於產品的立體示意圖。圖8係為圖7之被動式無線感測裝置之正視剖面示意圖。

本實施例之被動式無線感測裝置20例如為一近場通訊(NFC，Near-field communication)標籤，適用於貼合於一產品30。被動式無線感測裝置20包含二電子元件21以及一導電線路結構10g。於本發明第七實施例中，二電子元件21分別例如為一電容22以及一電感24，但不以此為限。於本發明其他實施例中，電子元件亦可為如電阻或二極體之其他電子元件。導電線路結構10g電性連接電容22與電感24。當被動式無線感測裝置20接受到一發射器（圖未繪示）之訊號後，電感24產生電動勢使得發射器可以讀寫電容22的儲存數據。如此一來，此被動式無線感測裝置20可做為產品30的識別標籤或是防偽標籤。因為導電線路結構10g具有可拉伸性，所以亦可適用於貼合在表面不平整或可拉伸的產品30上，例如貼合在布料或包裝材料上。此外，當導電線路結構10g受到一4.9牛頓(N)的拉伸張力而使得導電線路結構10g的拉伸率為150%時，則導電線路結構10g的體積電阻率急遽增加為無限大。導電線路結構10g的體積電阻率急遽增加為無限大代表著導電線路結構10g變成斷路，使得導電線路結構10g無法傳遞來自電容22或電感24的訊號。如此一來，可以利用導電線路結構10g是否變成斷路來判斷貼附有導電線路結構10g的產品30是否受到過大的撞擊。一旦導電線路結構10g曾經受到過大的撞擊則代表產品30有可能形變或碎裂。因此，被動式無線感測裝置20適用於貼合在精密或易碎的產品30，以判斷產品30是否有可能已經受損。此外，由於被動式無線感測裝置20可非接觸式地接收發射器的訊號並將訊號傳回，因此可以將貼附被動式無線感測裝置20之產品30放入包裝材料中，而不影響被動式無線感測裝置20之功能。在本實施例以及本發明的部份實施例中，被動式無線感測裝置20直接貼附於產品30的表面，但不以此為限。在其他實施例中，被動式無線感測裝置亦可貼附在產品的包裝上。

根據上述實施例之導電線路結構，絕緣層與線路層由可拉伸油墨所印刷而成。當絕緣層與線路層被3.8牛頓(N)以下的張力所拉伸時，絕緣層與線路層的拉伸率在50%以下，且線路層之體積電阻率的變化率在150%以下。亦即導電線路結構受到3.8牛頓(N)以下的拉伸張力時仍能維持在可使用的範圍沒有斷路。

再者，因為導電線路結構的絕緣層與線路層皆具有可拉伸性，所以導電線路結構便可以被應用於貼合在不平整的表面或是可拉伸的物件上，例如為布料，可以提升導電線路結構的應用範圍。

此外，導電線路結構的絕緣層、線路層以及電極被保護在基板與覆膜之間。當使用者欲將導電線路結構電性連接電子元件時，首先需先將覆膜自導電線路結構移除。由於覆膜是離型紙，所以使用者可以不留殘膠地輕易移除覆膜，且不傷及線路層與電極。其次使用者將移除覆膜後的導電線路結構透過膠層貼合在所需之表面。再次使用者將相對膠層之基板移除，電極則得以外露。外露之電極可以電性連接例如為電容與電感的電子元件。

根據上述實施例之被動式無線感測裝置，被動式無線感測裝置可應用於貼合在不平整之表面或可拉伸之物件的產品上。當被動式無線感測裝置受到4.9牛頓(N)的拉伸張力而使得絕緣層與線路層的拉伸率為150%時，則線路層的體積電阻率急遽增加為無限大。線路層的體積電阻率急遽增加為無限大代表著被動式無線感測裝置變成斷路，使得被動式無線感測裝置無法正常運作。如此一來，藉由被動式無線感測裝置是否正常運作，來判斷精密或易碎的產品在運送時是否曾經受到過大的撞擊而受損。此外，被動式無線感測裝置還可做為產品的識別標籤或仿偽標籤。

雖然本發明以前述之諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g‧‧‧導電線路結構

20‧‧‧被動式無線感測裝置

21‧‧‧電子元件

22‧‧‧電容

24‧‧‧電感

30‧‧‧產品

100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g‧‧‧絕緣層

200a、200b、200c、200d、200e、200f、200g‧‧‧線路層

300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g‧‧‧電極

400b、400c、400e、400f‧‧‧基板

500c、500f‧‧‧覆膜

600c、600f‧‧‧膠層

圖1係為本發明之第一實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。圖2係為本發明之第二實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。圖3係為本發明之第三實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。圖4係為本發明之第四實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。圖5係為本發明之第五實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。圖6係為本發明之第六實施例之導電線路結構的側面剖面示意圖。圖7係為本發明之第七實施例之被動式無線感測裝置貼合於產品的立體示意圖。圖8係為圖7之被動式無線感測裝置之正視剖面示意圖。

Claims

一種導電線路結構，包含：一絕緣層；一線路層，疊設於該絕緣層；以及至少一電極，電性連接該線路層；其中，該絕緣層與該線路層皆由可拉伸油墨印刷製造而成，在3.8牛頓(N)以下之張力時該線路層之體積電阻率之變化率為150%以下。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路結構，其中該至少一電極與該線路層位於該絕緣層之同一側。
如申請專利範圍第2項所述之導電線路結構，更包含一基板，該基板疊設於該線路層，並且該基板與該絕緣層分別位於該線路層之相對兩側。
如申請專利範圍第3項所述之導電線路結構，更包含一覆膜與一膠層，該膠層疊設於該絕緣層，該覆膜疊設於該膠層，該覆膜與該絕緣層分別位於該膠層之相對兩側，並且該覆膜與該基板分別位於該絕緣層之相對兩側。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路結構，其中該至少一電極與該絕緣層位於該線路層之同一側。
如申請專利範圍第5項所述之導電線路結構，更包含一基板，該基板疊設於該絕緣層，並且該基板與該線路層分別位於該絕緣層之相對兩側。
如申請專利範圍第6項所述之導電線路結構，更包含一覆膜與一膠層，該膠層疊設於該線路層，該覆膜疊設於該膠層，該覆膜與該線路層分別位於該膠層之相對兩側，並且該覆膜與該基板分別位於該線路層之相對兩側。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路結構，其中該絕緣層與該線路層在3.8牛頓(N)以下之張力時該絕緣層與該線路層之拉伸率為50%以下。
如申請專利範圍第8項所述之導電線路結構，其中形成該絕緣層與該線路層之可拉伸油墨的固態成份之重量百分比為20%至60%。
一種被動式無線感測裝置，適用於接受一發射器之訊號並回傳給該發射器，該被動式無線感測裝置包含：至少一電子元件；以及請求項1~9之任一項所述之該導電線路結構，該導電線路結構電性連接該至少一電子元件，當該導電線路結構之該絕緣層與該線路層的拉伸率超過50%時，則該導電線路結構無法傳遞訊號。