用于电子器件的多层结构和相关制造方法技术

集成多层结构(100)，其包含：衬底膜(102)，其具有第一面(102A)和相对的第二面(102B)，所述衬底膜包含基本上电绝缘的材料；电路设计，其包含在衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上的具有导电材料的多个导电区域(106)；连接器(110)，其包含多个导电接触元件(118)，所述连接器被提供给衬底膜，从而使得其延伸到所述衬底膜的所述第一面和所述第二面两者，并且所述多个导电接触元件连接到电路设计的一个或多个导电区域，与此同时被进一步配置为响应于将外部连接元件(112)与在衬底膜的所述第一面或所述第二面上的或与衬底膜相邻的连接器配合而电耦合到该外部连接元件；以及至少一个塑性层(104，105)，优选地具有热塑性材料，其被模制到衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上，以便至少部分覆盖连接器并增强连接器到衬底膜的固定。提供了对应的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电子器件的多层结构和相关制造方法导致本申请的项目已获得欧盟Horizon2020研究与创新计划的资助，授权协议为第725076号。
总体上，本专利技术涉及电子器件、相关的设备、结构和制造方法。具体地，但非排他性地，本专利技术涉及向含有集成在一起的膜层和相邻的模制塑性层的功能性结构的内部提供外部电连接。
技术介绍
在电子器件和电子产品的背景下，存在各种不同的堆叠组件和结构。将电子器件和相关产品集成背后的动机可能与相关的使用背景一样多样。当最终的解决方案最终呈现出多层特性时，通常会寻求尺寸节省、重量减轻、成本节省或仅部件的有效集成。继而，相关的使用场景可能涉及产品封装或食品包装、设备外壳的视觉设计、可穿戴电子设备、个人电子设备、显示器、检测器或传感器、车辆内饰、天线、标签、车辆电子器件等。通常可以通过多种不同的技术将诸如电子部件、IC(集成电路)和导体的电子器件设置在衬底元件上。例如，诸如各种表面安装器件(SMD)的现成的电子器件可以被安装在最终形成多层结构的内部或外部界面层的衬底表面上。另外，可以应用落入术语“印刷电子器件”含义下的技术来实际上直接地和增材地将电子器件生产到相关的衬底上。在这种背景下，术语“印刷”是指能够通过实质上的增材印刷工艺由印刷品产生电子器件/电气元件的各种印刷技术，包括但不限于丝网印刷、柔性版印刷和喷墨印刷。所使用的衬底可以是柔性的，并且印刷材料可以是有机的，但是并非总是如此。当多层结构加载有各种电子器件时，它可能并不总是孤立地，即，自主地完全起作用。相反，可能必须提供或至少优选地向其提供各种电源、数据和/或控制连接，例如有时在有特殊需要的情况下，这通常需要提供电连接器和相关的布线或通常的导电元件，即使在某些情况下也可以应用无线连接。注塑成型结构电子学(IMSE)的概念实际上涉及以多层结构的形式构建功能性设备及其部件，该多层结构尽可能无缝地封装电子功能。IMSE的特征还在于，通常会根据整个目标产品、零件或总体设计的3D模型将电子器件制造成真正的3D(非平面)形式。为了在3D衬底上以及相关的最终产品中实现期望的电子器件3D布局，仍可以使用电子器件组装的二维(2D)方法将电子器件设置在最初为平面的衬底(诸如膜)上，然后已经容纳电子器件的衬底可以被成形为期望的三维(即，3D)形状，并通过例如覆盖并嵌入诸如电子器件等底层元件的合适塑料材料进行包覆成型，从而保护并潜在地从环境中隐藏元件。通常，在环境与堆叠的多层类型的嵌入式电子器件之间的基于有线或通常基于接触的电连接被设置在结构的侧边缘处，从而使得必要的外部布线与位于该结构的外围并且可能从其外围突出的元件的连接器或其他接触元件相接触。然而，在许多使用场景中，连接器和外部布线的此类配置是次优的，因为在不忽略多层结构本身的功能和制造的情况下，其很容易对相关主机结构和部件的尺寸和位置增加额外的约束。另外，在各种可用的连接方法中，由连接装置引起的视觉伪像或通常的视觉效果是有问题的，特别是在其中所关注的多层结构已经暴露于使用环境和对产品的外观和美学有(例如)某些潜在的较高期望的用户的应用中。例如，在透明或半透明的堆叠结构(该结构可能已经被诸如LED的光源进一步点亮)的背景下，从美学和功能(例如，在光线管理方面)两者的角度，表面缺陷、不一致性以及通常受连接元件影响的外观也造成了额外的缺陷。还有，多层结构中当前使用的许多连接方法遭受不同的耐久性和可靠性问题，例如，在其中结构和其连接承受由外力(诸如弯曲力或扭力)引起的应力的使用场景的背景下，并且在例如电活性层以及诸如模制层的其他层的数量方面，进一步限制了堆叠设计的构造。
技术实现思路
本专利技术的目的是在集成多层结构和嵌入其中的电子器件的背景下，至少减轻与现有解决方案相关联的一个或多个上述缺点。该目的通过根据本专利技术的多层结构和相关制造方法的各种实施例来实现。根据本专利技术的一个实施例，一种适合与电子设备一起使用的集成多层结构包含：(第一)衬底膜，其具有第一面和相对的第二面，而且参考该膜的对应的第一表面和第二表面，所述衬底膜包含基本上电绝缘的材料；电路设计，其包含具有导电材料的多个导电区域，任选地在衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上限定接触焊盘和/或细长的导体迹线，优选地通过印刷电子技术印刷，所述电路设计任选地进一步包含电连接到多个导电区域中的一个或多个的多个电子部件，诸如已安装和/或印刷的部件；连接器，其任选地包含插针或盒式联箱，所述连接器包含多个导电接触元件，连接器被提供给衬底膜，优选地穿过该衬底膜，从而使得连接器延伸到所述衬底膜的所述第一面和所述第二面两者，并且多个导电接触元件连接到电路设计的一个或多个导电区域，与此同时被进一步配置为响应于将外部连接元件与在衬底膜的所述第一面或所述第二面上的或与衬底膜相邻的一体式连接器配合而电耦合到外部连接元件；以及至少一个塑性层，优选地包含热塑性材料，其被模制到衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上，以便至少部分地覆盖连接器并增强一体式连接器到衬底膜的固定。在优选实施例中，如上所述，连接器的一部分被设置成物理地穿过衬底膜，例如，经由其中的至少一个孔。除此之外或另选地，连接器的至少一个特征可以在衬底的相对面之间限定连接桥或类似结构，该连接桥或类似结构在衬底边缘上方从一面延伸到另一面。因此，取决于实施例，连接器可以被设置成至少功能性地，优选地包括物理地穿过衬底膜。实际上，在下文中将更详细地讨论用于实现连接器的不同实施例。在各种实施例中，前述(热)塑性材料可以被配置为在其上接收模制材料的衬底的一面上基本上完全覆盖连接器。然而，例如，连接器的位于衬底的相对面上和/或与衬底相邻的部分可以保持至少部分地没有模制材料。另外，前述外部连接元件可以指的是外部结构、外部装置或外部系统的任何可行的连接特征，该外部结构、外部设备或外部系统将经由连接器与本文中提出的多层结构相连接。此类连接元件或大体连接可以包括例如，(刚性)连接器、排线、柔性电路或柔性电路板、接触插针、接触焊盘、焊料连接、焊接到电路板上、导电粘合剂(诸如环氧树脂或胶水)、压接连接、焊接，等等。在各种另外的或补充的实施例中，电路设计进一步包含多个电子部件，诸如至少电连接到多个导电区域中的一个或多个的已安装和/或印刷的部件。在各种另外的或补充的实施例中，电路设计进一步包含连接部件，该连接部件可选地包括被配置为将诸如插针的多个接触元件连接在一起以使高强度电流能够通过它们的桥、电路和/或其他设备。在各种另外的或补充的实施例中，连接器包含优选地电绝缘的(包括例如塑料、陶瓷，此类材料或类似材料的任何组合)主体构件，以容纳诸如插针的所述多个导电接触元件。主体构件可以被配置为接触衬底膜的所述第一面或所述第二面。主体构件可以配置为延伸穿过膜。然而，其尺寸可以被设定成基本上适应衬底中的孔，其延伸穿过该孔而没有明显的松弛。在各种另外的或补充的实施例中，一体式连接器元件相比于例如典型的柔软且柔性的塑料膜是基本上刚性的，任选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.集成多层结构(100，500，900，1000，1400，1900，2000)，其包含：/n衬底膜(102)，其具有第一面(102A)和相对的第二面(102B)，所述衬底膜包含基本上电绝缘的材料；/n电路设计，其包含具有导电材料的多个导电区域(106，306)，任选地在所述衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上限定接触焊盘和/或细长的导体迹线，优选地通过印刷电子技术印刷；/n连接器(110，210，710，1110，1610，1910，2010，2610)，其包含任选地细长的多个导电接触元件(118，118B，118C，2110A，2110B，2110C，2210A，2210B，2310A，2310B，2510A，2510B)，所述连接器被提供给所述衬底膜，从而使得所述连接器延伸到所述衬底膜的所述第一面和所述第二面两者，并且所述多个导电接触元件连接到所述电路设计的一个或多个导电区域，与此同时被进一步配置为响应于将外部连接元件(112)与在所述衬底膜的所述第一面或所述第二面上的或与所述衬底膜相邻的所述连接器配合而电耦合到所述外部连接元件；以及/n至少一个塑性层(104，105)，优选地具有热塑性材料，其被模制到所述衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上，以便至少部分覆盖所述连接器，任选地基本上完全嵌入所述连接器的在所述衬底的背对所述外部连接元件(112)的相对的连接面(102B)的面(102A)上的一部分，并且增强所述连接器到所述衬底膜的固定。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180319 US 15/924,6971.集成多层结构(100，500，900，1000，1400，1900，2000)，其包含：
衬底膜(102)，其具有第一面(102A)和相对的第二面(102B)，所述衬底膜包含基本上电绝缘的材料；
电路设计，其包含具有导电材料的多个导电区域(106，306)，任选地在所述衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上限定接触焊盘和/或细长的导体迹线，优选地通过印刷电子技术印刷；
连接器(110，210，710，1110，1610，1910，2010，2610)，其包含任选地细长的多个导电接触元件(118，118B，118C，2110A，2110B，2110C，2210A，2210B，2310A，2310B，2510A，2510B)，所述连接器被提供给所述衬底膜，从而使得所述连接器延伸到所述衬底膜的所述第一面和所述第二面两者，并且所述多个导电接触元件连接到所述电路设计的一个或多个导电区域，与此同时被进一步配置为响应于将外部连接元件(112)与在所述衬底膜的所述第一面或所述第二面上的或与所述衬底膜相邻的所述连接器配合而电耦合到所述外部连接元件；以及
至少一个塑性层(104，105)，优选地具有热塑性材料，其被模制到所述衬底膜的所述第一面和/或所述第二面上，以便至少部分覆盖所述连接器，任选地基本上完全嵌入所述连接器的在所述衬底的背对所述外部连接元件(112)的相对的连接面(102B)的面(102A)上的一部分，并且增强所述连接器到所述衬底膜的固定。


2.根据权利要求1所述的结构，其中所述电路设计进一步包含多个电子部件(109)，诸如至少电连接到所述多个导电区域中的一个或多个的已安装和/或印刷的部件。


3.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述电路设计进一步包含连接部件(108)，所述连接部件任选地包括被配置为将诸如插针的多个接触元件连接在一起以任选地使高强度电流能够通过它们的桥、电路和/或其他设备。


4.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述连接器包含优选地电绝缘的、任选地塑性的、陶瓷的、此类材料或类似材料的组合的主体构件(111，711)，所述主体构件容纳任选地包含多个插针的所述多个导电接触元件。


5.根据权利要求4所述的结构，其中所述主体构件接触所述衬底膜的所述第一面或所述第二面。


6.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述连接器是基本上刚性的，并且优选地包含(210，710，1110)在所述多个接触元件中的一个或多个弯曲或成角度的接触元件(118，118B，118C)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述至少一个塑性层中至少部分地覆盖所述连接器的塑性层(104)位于所述衬底膜的一面(102A)上，并且所述连接器元件中与所述外部连接元件(112)接触的部分位于所述衬底膜的所述相对面(102B)上。


8.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其进一步包含多个优选地弹性的机械锁定构件(504)，任选地倒钩突出部和/或凸台，所述锁定构件，任选地倒钩突出部和/或凸台由所述至少一个塑性层(104，105)限定，并且被配置为在配合时接触所述外部连接元件(112)以增强所述外部连接元件到所述连接器的固定。


9.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述连接器的至少一部分由所述至少一个塑性层建立。


10.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述连接器限定进入所述至少一个塑性层(104)的多个突出部(310)，诸如倒钩突出部，所述突出部(310)任选地由所述连接器的所述接触元件(118)限定。


11.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述电路设计在所述衬底的所述第一面(102A)和所述第二面(102B)中的一个或两个上具有导电区域(106)，所述连接器优选地经由所述多个接触元件直接电连接到在一面或两面上的区域，任选地单个接触元件直接机械地和电气地连接到所述两面上的所述区域。


12.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述衬底膜限定至少一个预先准备的、任选地经过钻孔、穿孔、穿刺、压制、模制或切割的通孔(116)，所述通孔被配置为容纳所述连接器的穿过其中延伸到所述膜的所述第一面和/或所述第二面的一部分(111，118)。


13.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述衬底膜限定至少一个连接器形成的通孔(116)，所述连接器的一部分(111，118，711)已经被配置为经由所述通孔从所述第一面或所述第二面分别突出到所述相对的第二面或第一面。


14.根据权利要求12至13中任一项所述的结构，其中所述连接器(1110，1610)的面向所述衬底膜的表面区域或横截面区域的一个或多个尺寸大于所述至少一个通孔(116)的直径，从而使得所述连接器无法完全穿过所述至少一个通孔装配。


15.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述接触元件(118，118B，118C)中的至少一个被配置为任选地通过弹簧力在所述电路设计的至少一个导电区域(106)上施加压缩力。


16.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述连接器(710，1110)的所述多个接触元件中的至少一个优选地细长接触元件(118)是基本上成角度的，任选地基本上限定L形的轮廓，使得在所述衬底膜的一个面(102B)上所述接触元件的第一部分基本上垂直于所述膜的表面延伸以与所述外部连接元件(112)连接，而在所述衬底膜的所述相对面(102A)上所述接触元件的第二部分基本上平行于所述衬底膜延伸而接触其上所述电路设计的所述多个导电区域中的一导电区域。


17.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其包含配对元件(114，115)，任选地是锁定框架，所述配对元件优选地可移除地附接到所述连接器，以增强所述连接器到所述衬底膜的固定并且任选地相对于所述一体式连接器元件固定和/或引导所述外部连接元件。


18.根据权利要求17所述的结构，其中所述配对元件(114)包含具有导电材料的至少一个弹力构件(1730)，诸如板簧，所述至少一个弹力构件既接触所述连接器的至少一个接触元件又接触所述衬底膜的至少一个导电区域以增强两者之间的电耦合。


19.根据权利要求17至18中任一项所述的结构，其中所述配对元件限定面向所述衬底膜的表面区域，所述表面区域大于由所述连接器延伸穿过的所述衬底膜的一个或多个通孔限定的区域。


20.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中(1900)所述衬底膜限定凹部(1920)，所述凹部容纳所述连接器(1910)的一部分并且优选地在其底部具有通孔，所述连接器经由所述通孔延伸穿过所述衬底膜。


21.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中(2000)所述连接器(2010)任选地在其主体构件中包含成角度的、倾斜的或弯曲的表面，所述连接器相对于所述衬底被配置成使得所述成角度的、倾斜的或弯曲的表面基本上与所述衬底的相邻表面对齐。


22.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其在所述衬底膜的被配置为接收所述外部连接元件区域上包含机械密封构件(624)，任选地是垫圈，以优选地在所述衬底膜与放置在其上的所述外部连接元件之间提供气密密封。


23.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述连接器(1110、1610d限定到所述衬底膜上的所述电路设计的压接连接。


24.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中(2100，2200，2300，2400，2500)所述连接器在所述衬底膜的所述相对面上包含至少两个部分(210A，210B，2110A，2110B，2210A，2210B，2310A，2310B，2510A，2510B)，所述至少两个部分通过所述衬底膜和/或通过围绕所述衬底膜的所述边缘延伸的至少一个特征(482，2110C，2410C)连接在一起。


25.根据权利要求24所述的结构，其中(2100，2200，2500)两个相对部分中的至少一个包含多个突出部，所述多个突出部被设置成穿过所述衬底膜，任选地进一步穿过(2100)其上所述电路设计的导电区域或邻近(2200)所述区域并连接到所述另一部分。


26.根据权利要求24所述的结构，其中所述至少两个部分已经通过在它们之间建立的多个优选焊接的中间特征(2310D)连接，任选地至少部分地由所述部分的任一个的材料建立。


27.根据权利要求24至26中任一项所述的结构，其中(2400，2500)所述连接器包含至少一个桥接部分(482，2110C，2410C)，所述至少一个桥接部分在所述衬底的所述边缘上延伸并连接所述至少两个相对的部分，任选地与所述至少两个相对的部分为整体式构...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尔莫·萨耶斯基，米科·海基宁，泰罗·海基宁，米卡·帕尼，简·蒂洛宁，罗纳德·哈格，
申请(专利权)人：塔克托科技有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI