电子装置、用于制造电子装置的方法和设备及其组合物与流程

文档序号:19816916发布日期:2020-01-31 19:33
电子装置、用于制造电子装置的方法和设备及其组合物与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年5月31日递交的名称为“电子装置、用于制造电子装置的方法和设备及其组成”的美国临时专利申请no.62/513,040的权益,其全部内容通过引用结合于此。

本申请涉及电子装置和通过印刷金属和其它导电材料来制造电子装置的方法和设备,更具体地,涉及通过使用箔转移印刷的方法和设备制造的电子装置。



背景技术:

出于装饰和功能的原因,金属可被应用于产品。可以将金属施加于产品的某些部分,例如容器、证书或出版物,以将这些部分与不含金属或用非金属墨水印刷的其它部分区分开。金属也可以施加到基底上以在基底上形成导电区域,例如,电子电路的迹线或压印天线,例如,与射频识别应答器一起使用的天线。

金属图像可以通过使用金属油墨印刷这样的图像而在基底上形成,例如使用凹版印刷,平版印刷和喷墨印刷系统。在这样的印刷系统中,液态金属油墨可以以类似于非金属油墨可被施加到基底上的方式施加到基底上。

或者,可以通过将金属不加选择地涂覆基底或将金属箔施加到基底上而在基底上形成金属图像。不属于图像或不以其它方式限定图像的金属或金属箔的部分(或者,对于其它图像(例如反向图像),则是该图像的一部分或以其它方式定义该图像的部分),可以通过例如蚀刻或消融从基底选择性地去除。

美国专利no.5,520,763公开了通过首先将具有热塑性组分的墨粉颗粒选择性地施加到基底上来将箔转移到基底上的方法。箔提供在箔条上,该箔条包括面向外的粘合层,箔层和在背衬上的防粘涂层。将具有粘合层的箔条和基底引入压印滚筒和转印滚筒之间的辊隙中。在辊隙处施加热量和压力,以将粘合剂和箔从箔条转移到基底上的墨粉上,以生产箔印刷的基底。可以在基底进入辊隙之前加热基底上的墨粉以增加其粘性。



技术实现要素:

根据第一方面,一种制造电子装置的方法,包括以下步骤:在第一基底的表面以第一图案施加粘合剂材料,其中粘合剂材料是导电的;在该粘合剂材料的顶部上施加金属以将所述金属固定至所述第一基底,其中,所述金属包括电子电路的导电迹线。

第二方面,根据第一方面的方法,其中,施加金属的步骤包括:使其上设置有金属箔的第二基底与第一基底接触,使得金属箔的一部分接触粘合剂材料;当金属箔的一部分与粘合剂材料接触时,使用机械压力和加热中的至少一种来活化粘合剂材料;分离第一基底和第二基底,从而将金属箔的一部分从第二基底转移到第一基底。

第三方面,根据第一方面和第二方面中任一项的方法,其中,该粘合剂材料包括导电炭黑和两种或更多种聚合物,其中,该导电炭黑是非离子导电炭黑分散体,并且其中金属是铜。

第四方面,根据第一至第三方面中任一项的方法,其中,第一聚合物是分子量在约5000至约30000g/mol之间的乙烯丙烯酸共聚物。

第五方面,根据第一至第四方面中任一项的方法,其中,第二聚合物是脂族聚氨酯或苯乙烯丁二烯。

第六方面,根据第一至第五方面中任一项的方法,还包括以下步骤:在大于或等于约70摄氏度的温度下固化粘合剂材料。

第七方面,根据第一至第六方面中任一项的方法,其中,所述施加步骤是使用柔性印刷系统完成的。

根据第八方面,一种电子装置,其包括:施加到基底表面上的导电粘合剂材料的图案;以及设置在导电粘合剂材料的图案上方的金属,其中,导电粘合剂材料将金属固定至基底。

第九方面,根据第八方面的电子装置,其中,导电粘合剂材料包括约10至约40wt%的导电炭黑。

第十方面,根据第八或第九方面中任一项的电子装置,其中,所述导电粘合剂材料包括导电炭黑和两种或更多种聚合物,其中所述两种或更多种聚合物之一包括乙烯丙烯酸共聚物。

第十一方面,根据第八至第十方面中任一项的电子装置,其中,该金属耦合至电子组件。

第十二方面,根据第八至第十一方面中任一项的电子装置,其中,导电粘合剂材料在金属的电导性的局部破坏的情况下仍导电。

根据第十三方面,一种粘合剂组合物,其包括:第一聚合物;第二聚合物;导电炭黑分散体;粘度调节剂;以及约70wt%或更多的水;其中所述粘合剂组合物的粘度使得可以使用柔性印刷系统将所述粘合剂组合物施加到基底上。

第十四方面,根据第十三方面的粘合剂组合物,其中,粘合剂组合物包含约2至约15wt%的该第一聚合物、约2至约15wt%的该第二聚合物和约3至约15wt%的炭黑分散体,以及大于约75wt%的水。

第十五方面,根据第十三和第十四方面中任一项的粘合剂组合物,其中,该第一聚合物是乙烯丙烯酸共聚物。

第十六方面,根据第十三至第十五方面中任一项的粘合剂组合物,其中,第二聚合物是脂族聚氨酯或苯乙烯丁二烯。

第十七方面,根据第十三至第十六方面中的任一项的粘合剂组合物,其中,该第一聚合物与该第二聚合物的配比在约2:1至约1:2之间。

第十八方面,根据第十三至第十七方面中的任一项的粘合剂组合物,其中,在该粘合剂组合物干燥之后,导电炭黑占约10至约40wt%。

第十九方面,根据第十三至第十八方面中任一项的粘合剂组合物,其中,该第一聚合物和第二聚合物与所述导电炭黑分散体的配比为约3:1至约1:1。

第二十方面,根据第十三至第十九方面中任一项的粘合剂组合物,其中,该粘度在约1,000至约约3,000mpa-s(cp)之间。

可以设想的是,所有上述方面在本文公开的任何其它方面的组合中可被考虑。通过考虑以下详细描述和附图,其它方面和优点将变得显而易见,其中,在整个说明书中,相同的附图标记表示相同的结构。

附图说明

图1是接收器基底的平面图;

图2是沿着图1的接收器基底的线2-2截取的横截面图;

图3是载体基底的平面图;

图4是沿着图3的载体基底的线4-4截取的横截面图;

图5是彼此接触的图1的接收器基底和图3的载体基底的横截面图;

图6是将金属箔转移到图1的接收器基底后的平面图;

图7是沿着图6的接收器基底的线7-7截取的横截面图;

图8是将金属从载体基底转移到接收器基底的系统的实施例的示意图;

图9是将金属从载体基底转移到接收器基底的系统的另一实施例的示意图;

图10a是用于产生接收器基底的幅材的系统的实施例的示意图;

图10b是将金属从载体基底转移到使用图10a的系统产生的接收器基底的系统的示意图;

图11是可用于将金属从载体基底转移到接收器基底的系统的又一实施例的示意图;

图12是可用于将金属从载体基底转移到接收器基底的系统的又一实施例的示意图;

图13是图1的接收器基底的平面图,其中,导电迹线转移到该接收器基底上;

图14是图13的接收器基底的平面图,其上沉积有粘合剂的第一图案;

图15是具有绝缘材料层的载体基底的平面图;

图16是图14的接收器基底的平面图,其中,绝缘材料转移到该接收器基底;

图17是图16的接收器基底的平面图,其上沉积有粘合剂材料的第二图案;

图18是具有导电材料层的载体基底的平面图;

图19是图17的接收器基底的平面图,其中,导电材料转移到该接收器基底;

图20是沿着图19的接收器基底的线20-20截取的横截面图;

图21是图19的接收器基底的另一平面图;

图22是沿着图21的接收器基底的线22-22截取的横截面图;

图23是图13的接收器基底的平面图,该接收器基底具有沉积在其上的粘合剂材料的第一图案和转移到其上的绝缘材料;

图24是图23的接收器基底的平面图,该接收器基底具有沉积在其上的粘合剂材料的第二图案和转移到其上的导电材料;

图25是沿着图24的接收器基底的线25-25截取的截面图;

图26是从由图25的接收器基底的线26-26所标识的区域截取的一部分的放大图;

图27是从由图25的接收器基底的线27-27所标识的区域截取的一部分的放大图;

图28是沉积在接收器基底上的环形天线的平面图;和

图29是在接收器基底上沉积导电迹线层和绝缘材料层的制造系统的示意图。

具体实施方式

参考图1和图2,接收基底100具有第一表面102和第二表面104。粘合剂材料106以与图像相关的图案沉积在第一表面102上。在一些实施例中,粘合剂材料106干燥并且变得不活泼。在一些情况下,此后可以通过施加能量(例如热、可见光、不可见光或另一种形式的能量)和/或压力来活化粘合剂材料106。接收器基底可以是涂布或未涂布的纸、塑料、聚乙烯、金属或可以在其上沉积粘合剂材料106的任何基底。应理解,术语粘合剂材料、导电粘合剂材料和导电炭黑粘合剂材料本文中可交替使用。

在一些实施例中,第一表面102的一个或多个部分可以接受粘合剂材料106,而其它部分可以不接受这种粘合剂材料106。在这样的实施例中,将粘合剂材料106以图案的形式施加在第一表面102的可以接受粘合剂材料的部分中,以在该部分中形成图像和非图像区域。

在一些实施例中,可以通过喷射装置将粘合剂材料106以一种图案选择性地沉积到第一表面102上。喷射装置可以是,例如,喷墨头,例如由日本京都的京瓷公司制造的京瓷kj4b打印头,由加利福尼亚州圣塔克拉拉的fujifilmdimatix公司制造的fujisamba系列或dimatix系列喷墨头。2013年11月13日提交的美国临时专利申请no.61/903,829公开了可以通过喷射装置沉积的粘合剂材料106。该申请的全部内容通过引用并入本文。

参照图3和图4,载体基底110具有第一表面112和第二表面114。金属箔层116设置在第一表面112的至少一部分上。金属箔层116的内表面118面向并粘附至第一表面112。在一些实施例中,金属箔层116的内表面118通过其间的粘合层(未示出)粘附至第一表面112。在其它实施例中,金属箔层116由于电吸引或化学吸引或它们之间的化学键而粘附到第一表面112。金属箔层116可以包括铝、银、铜、金、金属合金、其它导电材料等。在一些实施例中,其上设置有金属箔层116的载体基底110可以是涂布或未涂布的纸,塑料,聚乙烯或其它接受该金属的基底。

参考图5-7,为了将金属箔层116的选定部分从载体基底110转移到接收器基底100,将接收器基底100和载体基底110放在一起,使得接收器基底100的第一表面102和载体基底100的第一表面112彼此面对,并且金属箔层116的上表面120接触粘合剂材料106的顶层122。在一些实施例中,在以这种方式将接收器基底100和载体基底110放在一起之前,可以通过例如施加能量来活化粘合剂材料106。在其它实施例中,在将接收器基底100和载体基底110放在一起之后,可以通过施加能量和/或压力来活化粘合剂材料106。在其它实施例中,可以在将接收器基底100和载体基底110放在一起之前活化粘合剂材料106,然后在粘合剂材料106和金属箔层116彼此接触的同时进一步活化粘合剂材料106。

粘合剂材料106、载体110和金属箔层116的选择应使得当金属箔层116的一部分接触活化的粘合剂材料106时,金属箔层116的该部分比对载体110的第一表面112更牢固地粘附至粘合剂材料106。之后,将基底100和载体110彼此拉开。金属箔层120的一部分122与载体110的第一表面112分离,保留在粘合剂材料106的图案的顶部,并且因此被转移到基底100。金属箔层120的保留在粘合剂材料106的图案顶部的部分122基本上复制了粘合剂材料106的图案。在某些实施例中,如果粘合剂材料106是热活化的粘合剂,则在金属箔层120的部分122与之接触之后,并且在将基底100和载体彼此分离之前,将活化的粘合剂材料106冷却至低于活化温度。允许粘合剂材料106以这种方式冷却可以改善金属箔层120的部分122与粘合剂材料106的图案之间的粘合。

参照图8,用于将金属箔从载体基底110转移到接收器基底100的系统200的实施例包括第一滚筒202、第二滚筒204和位于它们之间的辊隙206。在某些实施例中,接收器基底100可以从供应辊210作为幅材(web)208供应。幅材208具有第一表面212和第二表面214。一个或多个导辊216引导幅材通过粘合剂施加器218并进入辊隙206。粘合剂施加器218将粘合剂材料106的图案沉积到幅材208上以形成接收器基底100。

同时,载体基底110的幅材220从供应辊222供应,并由一个或多个辊224将其引导到辊隙206中。如上所述,载体基底110的幅材220具有第一侧面112和第二侧面114,在第一侧面112上已经预先设置了一层金属箔120。幅材208和220被引导到辊隙206中,使得幅材208的第一侧面212面向幅材220的第一侧面112。当这样的幅材208和220在辊隙206中时,第一滚筒202和第二滚筒204向两个幅材208和220施加压力。这种压力活化了幅材208的第一侧212上的粘合剂材料106。在一些实施例中,可以加热滚筒202和204中的一个或两个,并且当幅材208在辊隙206中时,这种热量可以活化粘合剂材料106。金属箔层120在第一侧面212上与粘合剂材料106接触的任何部分因此被结合到其上。

然后,两个幅材208和220离开辊隙206。载体基底110的幅材220被一个或多个导辊226引导至张紧滚筒(takeupcylinder)228并卷绕在其上。在金属箔层120的部分从载体基底110转移到幅材208上之后,一个或多个导向辊230将这种幅材引导至完成站(finishingstation)232。在一些实施例中,完成站232可以简单地是卷筒轴,幅材208缠绕其上。在其它实施例中,完成站232可包括切割器、折叠器、堆叠器、插入器等其中的一个或多个。另外,如果金属箔层120以与电子电路的一条或多条导电迹线相关联的图案沉积到接收器基底100的幅材208上,完成站232可以包括用于将电子组件放置到这种电子电路上的设备。电子组件尤其包括电路、集成电路、电池、led、存储芯片、传感器、天线、导电迹线、端子、电阻器、电容器、半导体、二极管、电源或开关。

在一些实施例中,粘合剂施加器218可以在设置在幅材220上的金属箔120的层的顶部形成粘合剂材料106的图案,而不是在幅材208上形成这种图案。如上所述,两个幅材208和220可被传送通过辊隙206,金属箔120的被粘合剂材料106的图案覆盖的部分被转移到幅材208上。

对于本领域技术人员而言显而易见的是,系统200可以包括控制系统,以使幅材208和220,粘合剂施加器218,滚筒202和204,导辊216、224、226和230,张紧滚筒228和/或完成站232的传送同步。

参考图9,系统250的另一实施例类似于上述系统200,除了系统250可以包括粘合剂活化单元252和/或粘结形成单元(bondformationunit)254。在粘合剂施加器218将粘合剂材料106沉积到幅材208之后,并且在幅材208进入辊隙206之前,将粘合剂活化单元252沿着幅材208的路径设置。在粘合剂材料106接触幅材220上的金属箔层120之前,粘合剂活化单元252活化粘合剂材料106。粘合剂活化单元252可以是加热器、发光器、压力施加器、活化剂施加器等。对于本领域技术人员将显而易见的是,可以根据粘合剂材料106的活化特性选择粘合剂活化单元252。

粘结形成单元254可以是促进粘合剂材料106的图案与金属箔层120的与其接触的部分之间的粘结的形成和/或加强的装置。在一些实施例中,幅材208和220保持接触,因为这种幅材离开辊隙206并行进通过该粘结形成单元254。在其它实施例中,在从辊隙206退出之后并且在幅材208到达粘结形成单元254之前,幅材208和220可以分离。

粘结形成单元254可包括冷却器、发光器、固化装置等。在某些实施例中,粘结形成单元254将试剂施加到幅材208上,这有助于粘合剂材料106和沉积在其上的金属箔层120的部分之间的粘结的形成和/或加强。

参照图10a和10b,在一些实施例中,可以使用接收器制造系统280来制造载体基底的幅材,该接收器制造系统280选择性地施加粘合剂材料106以限定载体基底100的图像区域。然后,金属箔可采用箔转移系统282转移到这样的图像区域。

例如,参照图10a和10b,在该接收器制造系统280中,可从供应卷轴286输送幅材284并经过粘合剂施加器218,粘合剂施加器218将粘合剂材料106的图案施加到幅材284的表面287上。在一些实施例中,干燥器288之后可以干燥粘合剂材料106。其上具有粘合剂材料106的幅材284可被缠绕到卷筒轴(take-upreel)290上。卷筒轴290可以被存储直到金属箔将被转移到其上为止。

为了转移金属箔,可在箔转移系统282中使用卷筒轴290。特别地,如上所述,幅材284从卷筒轴290上解开并且使其与辊隙206中的载体材料的幅材220接触。如上所述,可以在箔转移系统282中使用粘合剂活化单元252和/或粘结形成单元254。在幅材284离开辊隙之后,这种幅材被传送到完成系统232。

为了简化这样的附图,未在图10a和10b中示出控制系统、输送系统和导辊。这些系统和辊在图10a和10b所示的系统中的使用对于本领域技术人员将是显而易见的。

尽管图8-10中描绘的系统的实施例示出了以幅材208和220供应的接收器基底100和载体基底102,但是这些基底中的一个或两个可以以片材的形式供应。例如,参考图11,在系统300的实施例中,接收器基底100的片材302由这种片材的堆叠体304供应并且放置在输送器306上。输送器将片材302传送通过粘合剂施加器单元218,后者将粘合剂材料106的图案施加到片材302上。片材302继续进入在滚筒202和204之间形成的辊隙308中。在一些实施例中,滚筒204可能不是必需的,并且辊隙308形成在滚筒202和输送器306之间。

同时,一个或多个导辊224将载体基底112的幅材220输送到辊隙308中。滚筒202和204施加能量和/或压力以促进金属箔层120的部分粘附至由粘合剂施加器单元形成的粘合剂106的图案。

此后,将部分金属层120转移到其上的片材302通过输送器从辊隙308传输到完成单元232。幅材220从辊隙308被传送到卷筒轴228。在一些实施例中,一个或多个引导辊226将幅材220传输到卷筒轴228。

参照图12,在一些实施例中,系统320包括滚筒322和324,滚筒322和324设置成在其间形成辊隙326。接收器基底100的片材302由这种片材的堆叠体304供应,并且被固定到滚筒322的外表面328。同时,载体基底110的片材110由堆叠体332供应,并被固定到滚筒324的外表面334。可以使用真空源、静电荷、夹具和本领域技术人员显而易见的其它方式中的一种或多种将片材302和330分别固定到表面328和334上。

滚筒322的旋转将其表面328上的每个片材302传送通过粘合剂施加单元218并进入辊隙326。粘合剂施加单元218将粘合剂材料106的图案施加到如上所述的片材302上。在一些实施例中,除了或代替片材302,施加单元218将粘合剂材料106的图案施加到片材330上。滚筒324的旋转将其表面334上的每个片材330输送到辊隙326中。滚筒322和324同步操作,使得片材302和片材330同时进入辊隙326。将来自片材330的金属箔层120的部分转移到如上所述的片材302上的粘合剂材料106的图案的顶部。

片材302和330可以从辊隙326出来,其中一个片材堆叠在另一个上。片材分离器单元336将片材302与片材330分离。可以将其上已转移有金属的片材302传送到完成单元232。片材330可以被传送到载体材料收集器338,该载体材料收集器338收集并存储已经从中去除了金属箔层120的部分的载体基底112。这样收集的载体基底112可以被回收、再利用和/或处置。

前述的印刷工艺可以用于将金属箔以外的材料从载体基底110转移到接收器基底100。例如,可以以这种方式施加金属和其它导体、半导体和绝缘体,以在接收器基底100上形成具有一个或多个导电层、半导电层和/或绝缘层的电子产品。例如,可以在载体基底110的第一表面112的至少一部分上设置非金属材料层而不是金属箔层120。此后,如上所述,可以将非金属材料层的一部分从载体基底110转移到接收器基底的已经沉积了粘合剂材料106的图案的部分。

如果非金属材料也是绝缘体,则金属材料(或其它导电材料)和这种非金属材料的图案可以一个接一个地沉积在接收器表面上以在其上形成多层电路。绝缘材料的示例包括丙烯酸、聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯等。

参照图13,接收器基底100的表面102可以具有导电迹线1000、1002和1004,导电迹线1000、1002和1004通过如上所述的沉积导电材料在其上形成。导电迹线1000、1002和1004可以是沉积在表面102上的一个或多个电路的一部分。为了简单起见,仅示出了部分1000、1002和1004。但是,这样的迹线1000、1002和1004可以耦合到沉积在表面102上的其它导电迹线(未示出)或电子组件(未示出)。

导电迹线1000可以包括矩形部分1006,导电迹线1004可以包括矩形部分1008。显然,部分1006和1008可以是任何其它形状。

导电迹线1000、1002和1004中的一个或多个可以使用上述金属转移工艺来沉积,或者可以使用包括印刷工艺的其它金属沉积工艺来沉积。这样的过程可以包括柔性印刷、喷墨印刷、凹版印刷、平版印刷、箔压印等。

参照图14,粘合剂材料的第一图案1010可以沉积在表面102上,从而使得粘合剂材料的第一图案1010覆盖每个导电迹线1000、1002和1004的至少一部分。

参照图15,载体基底1012具有沉积在其表面1016上的绝缘材料层1014。

将具有导电迹线1000、1002和1004的接收器基底100以及粘合剂材料的第一图案1010与载体基底1012接触,使得接收器基底100的表面102和载体基底1012的表面1016面向彼此。可以施加能量和/或压力,使得不导电材料1014上的与粘合剂材料的第一图案1010接触的一部分可以与粘合剂材料的这种图案1010粘合,从而可以被转移到接收器基底102。如果需要,可以在这种接触之前和/或期间通过压力和/或能量来活化粘合剂材料的第一图案1010。图16示出了在已经将非导电材料1014转移至接收器基底100之后的接收器基底100。

参考图17,粘合剂材料的第二图案1018沉积在接收器基底100上。粘合剂材料的第二图案1018包括部分1020和1022,其分别与矩形部分1006和1008接触。接收器基底100上的非导电材料1014将粘合剂材料的第二图案1018的第二部分1024与导电迹线1002分离。

在一些实施例中,可以在导电迹线1000和导电材料1028中的一个或两个的一部分的顶部上和/或附近施加焊料材料(未示出),例如低温焊料。这样的焊料材料可以促进,例如在这样的导电迹线1000和/或导电材料1028与放置在其上的部件的一个或多个引脚之间的粘合。在一些实施例中,可以使用上述印刷工艺之一来沉积焊料材料。

参考图18,载体基底1026具有沉积在其表面1030上的导电材料层1028。导电材料1028可与粘合剂材料的第二图案1018接触,并且导电材料1028的与粘合剂材料的第二图案1018接触的部分可以被转移到接收器基底100。在一些实施例中,可以在这种接触之前和/或期间使用能量和/或压力来活化粘合剂材料的第二图案1018。图19示出了已经将导电材料1028转移到其上的接收器基底100。

在一个实施例中,可使用导电粘合剂材料形成粘合剂材料的第二图案1018。在这样的实施例中,导电粘合剂材料的部分1020可以将导电材料1028的部分1030与导电迹线1000的部分1006电耦合。类似地,导电粘合剂材料的部分1022可以将部分1032与导电迹线1004的部分1008电耦合。此外,位于导电迹线1002顶部的导电材料1028的部分1034通过设置在其间的绝缘材料1014的图案与该导电迹线电隔离。以这种方式,可以通过粘合剂材料的第二图案1018和沉积在其上的导电材料1034在导电迹线1000和1004之间创建导电路径。

在另一个实施例中,可以使用非导电粘合剂材料形成粘合剂材料的第二图案1018。参照图20,在这样的实施例中,导电材料1028仍然可以在迹线1000和1004之间产生导电路径,因为导电材料1028可在粘合剂材料的第二图案1018的边缘1034和1036上流动,并分别接触部分1006和1008。特别地,导电材料1028的部分1038和1040因此可以与导电迹线1006和1008接触。

参照图21和图22,在一些实施例中,粘合剂的第二图案1018可以被印刷,使得这种图案的任何部分都不会延伸到非导电材料1014之外以接触导电迹线1000和1004的部分1006和1008。在这样的实施例中,沉积在接收器基底100的表面102上的导电材料1028的一部分1048分别流过粘合剂材料的第一图案1010的边缘1050、第一图案的顶部上的非导电材料部分1014的边缘1052、在非导电材料1050的顶部上的粘合剂材料的第二图案1018的边缘1054,并与导电迹线1000的部分1006接触。类似地,导电材料1028的部分1056分别流过粘合剂材料的第一图案1010的边缘1058、非导电材料1014的边缘1060和粘合剂材料的第二图案1018的边缘1062,并与导电迹线1004的部分1008接触。以这样的方式,部分1006和1008通过导电材料1028彼此电连接,而与其间沉积的导电迹线1002电隔离。

参照图23-27,在一个实施例中,粘合剂材料的第一图案1010、非导电材料1014和粘合剂材料的第二图案1018可以沉积到表面102上,以形成一个或多个通孔(垂直互连通路或隧道)1070,该通孔从粘合剂材料的第二图案1018的顶表面1072延伸到导电迹线1000的部分1006的顶表面1074。此外,由于导电材料1028分别流过粘合剂材料的第一图案1010的边缘1050、非导电材料1014的边缘1052和粘合剂材料的第二图案1018的边缘1054,因此,导电材料1028也流过延伸到通孔1070中的边缘。通孔1070内的导电材料1028在导电迹线1000的部分1006与导电材料1028之间提供了附加的接触区域。

类似地,粘合剂材料的第一图案1010、非导电材料1014和粘合剂材料的第二图案1018可以沉积到表面102上,以形成一个或多个通孔1076,该通孔从粘合剂材料的第二图案1018的顶表面1072延伸到导电迹线1000的部分1006的顶表面1078。如上所述,导电材料1028分别在粘合剂材料的第一图案1010的边缘1058、非导电材料1014的边缘1060和粘合剂材料的第二图案1018的边缘1062上流动,导电材料1028也流过延伸到通孔1076中的边缘,并在导电迹线1004的部分1008和导电材料1028之间提供附加的接触区域。

通孔1070和1076的提供可以增加导电迹线1000和1004之间的导电性。

在一些实施例中,通孔1070的直径在该通孔1070穿过的材料层1010、1014和1018中可以不同。例如,粘合剂材料的第一图案1010中的通孔1070的直径可以大于非导电材料的图案1040中的通孔1070的直径,非导电材料的图案1040中的通孔1070的直径可以大于粘合剂材料的第二图案1080中的通孔1070的直径。可替代地,粘合剂材料的第一图案1010中的通孔1070的直径可以小于非导电材料的图案1014中的通孔1070的直径,非导电材料的图案1040中的通孔1070的直径可以小于粘合剂材料的第二图案1080中的通孔1070的直径。改变通孔1070的直径可以形成具有圆锥形或锥形截头圆锥体(pyramidalfrustum)形状的通孔1070,这种形状可以促进导电材料1028向导电迹线1000的流动。不同层中的通孔1070的直径可以根据提供导电迹线1000和/或导电材料1028的材料来改变。

参照图28,环形天线1500可以设置在接收器基底100的表面102上。这样的环形天线1500可以用于,例如,为rfid收发器芯片1502提供天线。收发器芯片1502的一个引脚1504可以耦合到环形天线1500的导电迹线1000。导电迹线1000可以在部分1006中终止。环形天线1500的另一个导电迹线1004可以耦合到收发器芯片1502的另一个引脚1506。导电迹线1004可以包括一个或多个同心图案,其包括部分1002,然后终止在部分1008中。为了使环形天线1500起作用,导电迹线1000和1004的端子部分1006和1008必须分别导电耦合。此外,这样的端子部分1006和1008可以不导电耦合到设置在它们之间的任何部分1002。粘合剂材料的第一图案1010和非导电材料可以沉积在端子部分1006和1008以及导电部分1002上。此后,如上所述,粘合剂材料的第二图案1018和导电材料1028可以沉积在非导电部分的顶部上以耦合端子部分1006和1008。如上所述,通孔1070和1076可以用于改善由导电材料1028提供的部分1006和1008之间的导电耦合。

再次参考图19,很明显,可以在粘合剂材料的第二图案1018的部分1020中形成如上所述的一个或多个通孔。之后,沉积在粘合剂材料的第二图案1018的部分1020的顶部上的导电材料1028可以流入这样的通孔(未示出)中并且直接接触导电迹线1004的部分1006。类似地,这样的通孔可以形成在粘合剂材料1018的部分1022中,使得沉积在其上的导电材料1028可以流入这样的通孔(未示出)中并且直接接触导电迹线1004的部分1008。通孔可以形成在对于本领域技术人员而言显而易见的其它位置,以促进导电材料1028和导电迹线1000之间的导电接触。

在一个实施例中,施加到接收器基底100的金属箔层118和1028可以具有大约2,750埃的厚度,并且可以在大约2,500至3,000埃之间。在其它实施例中,金属箔层118和1028的厚度可以在200至5,000埃之间。此外,粘合剂材料106、1010和1018的图案可以具有大约1,500埃的厚度,并且可以在大约200至10,000埃之间。另外,在一些实施例中,绝缘材料层1014的厚度可以在大约200埃与1,500埃之间。在一个实施例中,绝缘材料层1014的厚度可以在300至400埃之间。

在一个实施例中,分别具有金属层118和1028的载体基底112和1026可以包括沉积在丙烯酸涂覆的聚乙烯基底上的铜或其它导电金属。在一些实施例中,绝缘材料1014可以是丙烯酸材料,并且载体基底1012可以包括涂覆有这种丙烯酸材料1014或另一绝缘材料的聚乙烯基底。

在一些实施例中,粘合剂材料106、1010和1018中的一个或多个可以包括在2015年8月13日提交的共同待决的标题为“用于胶印的粘合剂”的美国专利申请no.14/825,630中公开的粘合剂。该申请的全部内容通过引用并入本文。例如,一个或多个这样的粘合剂材料106、1010和1018可以包含聚合物、助溶剂、表面活性剂和水。粘合剂材料106、1010和/或1018可以具有粘度,使得可以使用包括喷墨打印头的粘合剂施加器118将粘合剂材料106、1010和/或1018施加到接收器基底102上。粘合剂材料106、1010和/或1018的期望粘度可能部分取决于所使用的喷墨打印头的要求,并且范围可以从约4.0厘泊(4.0毫帕-秒)到约14厘泊(14毫帕-秒)。在一些实施例中,当接收器基底102相对于这样的喷墨打印头以约5英尺/分钟(0.03米/秒)至约100英尺/分钟(0.51米/秒)的速度移动时,粘合剂施加器118的喷墨打印头可以将粘合剂材料106、1010或1018沉积在接收器基底102上。

在一个实施例中,粘合剂材料106、1010和/或1018可包括按重量计约5%至30%,优选约6%至约20%,最优选约8%至约15%的聚合物。该聚合物可以是热熔粘合剂,其通过施加热和压力而被活化,例如重均分子量优选为约15,000至约20,000g/mol的乙烯丙烯酸共聚物。粘合剂材料106、1010和/或1018可包含按重量计约2%至约30%,优选约4%至约28%,最优选约5%至约15%的助溶剂,例如1(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮(hep)。粘合剂材料106、1010和/或1018可包括按重量计约0.2%至约3%,优选约0.4%至约2%,最优选约0.5%至约1.75%的表面活性剂,如非离子型环氧乙烷、聚丙烯酸酯类表面添加剂或其它类似化合物。粘合剂的其余部分可以包括水。

在粘合剂材料106、1010和/或1018包括导电粘合剂材料的一个或多个其它实施例中,这种材料与金属箔紧密接触,因此与相邻箔电并联关系。因此,即使在金属箔中发生部分或全部的裂纹或断裂(导电性的局部破坏),从而降低或消除其中一个或多个部分的连续性时,导电粘合剂材料也可以提供至少有限的导电性。此类断裂可能是由于各种机械和/或环境条件(例如,材料和/或制造缺陷、磨损、折叠、弯曲等)引起的。各种构成材料可用于实现导电性,包括炭黑。

本申请的粘合剂组合物包括第一聚合物、第二聚合物、导电材料(炭黑分散体)和粘度调节剂。粘合剂组合物的粘度应使得可以使用柔性印刷系统将粘合剂组合物施加到接收器基底上。粘度以厘泊(cp)单位表示,相当于毫帕斯卡秒(mpa-s),范围可能从约1,000至约3,000mpa-s(cp)。

在一个实施方式中,粘合剂组合物可包括约2至约15wt%,优选约3至约10wt%的第一聚合物;约2至约15wt%,优选约3至约10wt%的第二聚合物;约3至约15wt%,优选约5至约10wt%的炭黑分散体;和约0.5至约5wt%,优选约1至约3wt%的流变改性剂;其余部分由水组成。

第一聚合物可以是通过施加热和压力而活化的热熔粘合剂。具体地,将粘合剂组合物以图案施加到接收器基底上。一旦粘合剂组合物位于接收器基底上,大部分的水就会蒸发。可以将其上施加了粘合剂组合物的接收器基底保持在从约25摄氏度到约200摄氏度的高温下,以促进水的蒸发。然后,接收器基底接触由载体基底承载的材料层。在转移过程中,足够的热量和压力施加到粘合剂组合物上以活化聚合物,使得粘合剂组合物在接收器基底和材料之间形成结合。活化聚合物所需的热量和压力取决于聚合物的性质。在一实施例中,施加的热量的范围可以从大约60摄氏度至大约160摄氏度,并且施加的压力的范围可以从大约10psi(68.9kpa)至大约25psi(172kpa)。当载体基底与接收器基底分离时,粘合至接收器基底的材料以粘合剂组合物的图案保留在接收器基底上,而其余材料保留在载体基底上。

粘合剂组合物的第一聚合物可以是乙烯丙烯酸共聚物。在一个实施方案中,聚合物的重均分子量小于约50,000g/mol,优选在约5,000至约30,000g/mol之间,并且更优选在约15,000至约20,000g/mol的范围内。在其它实施例中,例如,如果要对粘合剂组合物进行随后的层压过程,则优选使用具有较高分子量的聚合物。这种进一步的层压可能会干扰粘合剂组合物的粘合剂质量。此外,该聚合物是水分散性的。聚合物的熔点可以在约25摄氏度至约150摄氏度的范围内,优选在约75摄氏度至约95摄氏度的范围内,尽管可以根据许多因素,例如基底材料以及在转移过程中施加的热量和压力等因素来改变聚合物的这种特性。两种合适的热熔胶包括michelman(俄亥俄州辛辛那提)的prime4990r和primemp4983-40r,尽管可以使用其它热熔粘合剂。

第二聚合物可以是与第一聚合物(乙烯丙烯酸共聚物)结合使用的共聚物,例如,脂族聚氨酯或苯乙烯丁二烯。合适的脂族聚氨酯包括allnex的daotantw6490/35wa。daotantw6490/35wa是一种水性脂肪族聚氨酯分散体,不含溶剂和乳化剂。合适的水性苯乙烯丁二烯分散体包括arkema的encordl313。

第一聚合物(wt%)与第二聚合物(wt%)的配比在约2∶1至约1∶2之间,优选在约1.5∶1至约1∶1.5之间。

聚合物(wt%)与导电炭黑分散体(wt%)的配比在约4∶1至约0.5∶1之间。优选地,第一聚合物和第二聚合物与导电炭黑分散体的配比在约3:1至约1:1之间。

可以替代使用的聚合物是聚酯、马来酸酐、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐、聚氨酯的三元共聚物、乙烯基醋酸乙烯酯和乙烯的共聚物、环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、硅烷、聚丙烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、丙烯酸树脂、苯乙烯化丙烯酸树脂、聚乙烯醇、纤维素、苯乙烯化丁二烯、苯乙烯-异戊二烯苯乙烯等。

蜡可以用来调整粘合剂的粘着力、干熔点和粘合性能。可以使用的蜡的例子有石蜡、坎德拉蜡、蒙大拿蜡、巴西棕榈蜡、费希尔-托普施蜡、乙烯-双硬脂酰胺蜡、微晶蜡、α-烯烃蜡、谷蛋白蜡等。

添加粘合剂组合物的导电材料以提供导电性能。导电材料包括碳纤维、碳粉、不锈钢纤维、镀镍石墨和石墨烯。特别地,炭黑颗粒具有石墨型晶体结构,从而提供优异的导电性。炭黑亚型包括乙炔黑、槽法黑、炉法黑、灯黑和热法黑。导电炭黑可以是非离子分散的、阴离子分散的或自分散的形式。优选地,非离子分散的导电炭黑,例如aquablak5909(来自solutiondispersions,inc),以约3至约15wt%的量存在,更优选约5至约10wt%的量存在。如果炭黑的量太少,则粘合剂将不导电。然而,如果炭黑的量太高,则导电粘合剂组合物的机械性能和粘合性能将受到不利影响。导电炭黑的量为干粘合剂组合物的约10至约40wt%。

导电粘合剂组合物中的主要溶剂是水。助溶剂可任选地用于提供湿润性并增加或降低组合物的粘度。一种或多种助溶剂可以用作保湿剂和/或粘度调节剂。合适的助溶剂的例子包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、醇、多元醇、甘油或二醇以及其它有机化合物。

另外,粘合剂组合物可以包含流变改性剂,例如碳聚合物或胶凝剂,以增加粘合剂组合物的粘度。在一个实施例中,流变改性剂可以是丙烯酸主链上的碱乳液,例如125,在另一实施例中,改性剂可以是聚醚聚氨酯,如212,两者均由elementisspecialists(新泽西州东温莎市)提供。优选地,导电粘合剂组合物的粘度在约1000到约3000mpa-s(cp)之间。

粘合剂组合物中的其它预期组分包括溶剂、防腐剂、防霉剂、保湿剂(例如丙二醇)、润湿剂、例如byk的byk-381(wallingford,ct),杀菌剂、着色剂、表面活性剂聚合物、消泡剂、流平剂、盐、无机化合物、有机化合物、水、ph调节剂和/或其任意组合。

可以使用印刷工艺来沉积导电粘合剂组合物。这样的过程可以包括柔性印刷、喷墨印刷、凹版印刷、平版印刷、箔压印等。

另一个过程变量是在其上施加粘合剂组合物的材料。如果需要或期望的话,可适当制备、加工、处理、机加工、纹理化或以其它方式改性要施加粘合剂成分的表面,接收器基底可以是涂布纸或未涂布纸、塑料、聚乙烯、金属、标签库存材料或其它类似材料。

在一些实施例中,粘合剂组合物可以在制造过程中多次施加到接收器基底上。在一个实施例中,施加在接收器基底顶部的粘合剂组合物的第一层以第一图案粘附第一材料(例如金属箔或绝缘材料)的第一层。金属箔可以包括铝、银、铜、金、金属合金等。绝缘层可以是例如丙烯酸聚合物、聚酯、丙烯酸共聚物或其它提供足够介电常数的任何材料。在转移过程中,由载体基底承载的材料的第一层接触接收器基底,在此期间施加热量和压力以活化粘合剂组合物的聚合物。然后,载体基底与接收器基底分离,并且第一材料层以第一图案粘附到接收器基底。随后,可将粘合剂组合物的第二层以第二图案施加在第一材料的第一图案上。在进一步的转移过程中,第二层以第二图案粘附第二材料(例如金属箔或绝缘材料)的第二层。第三材料可以施加、放置、焊接或以其它方式设置于粘合剂组合物的第一和第二层,以及与第一或第二材料的相应的第一或第二层中的一个或多个的顶部。在一些制造过程示例中,粘合剂组合物的第一层和第二层可包括具有不同分子量的聚合物。例如,粘合剂组合物的第一层的分子量可以高于粘合剂组合物的第二层的分子量,以使第一层可以承受在进一步的转移过程中施加的随后的层压(即,热和压力)。

另一个选择是调节/控制一个或多个过程参数的温度。例如,在将粘合剂组合物施加到基底上时,可以提高粘合剂组合物的温度以改善粘合性并促进其分配。可替代地,或另外地,可以在施加粘合剂组合物的过程中首先加热接收器基底以控制粘合性、液滴形状/大小等。

以下示例进一步说明了本公开,但是,当然不应将其解释为以任何方式限制其范围。应当注意,根据批料的大。?梢愿?菪枰?薷闹票刚澈霞磷楹衔锏姆椒。提供了重量百分比。

示例

上面的成分百分比描述的是活性成分的量(wt%),而不是所供应的每种成分(包括水或其它载体/填充剂)的含量。例如,相关的原材料包括michemprime4983-40r标称(40wt%活性)、allnexdaotantw6490/35w(35wt%活性)、arkemaencordl313(49%活性)、solutiondispersionsaquablak5909(24%活性))和elementisrheolate(20%活性)。这些材料中的每一种都可以包含次要成分(溶剂和/或分散剂),但每种成分主要由水组成。

实施例测试了粘度、电导率(或电阻)和粘合性。定位以下参数:

在25℃下测量的初始(新鲜)粘度不超过3000mpa-s(cp)。制备粘合剂组合物后24小时的粘度不超过3000mpa-s(cp)。

在averyfasson100磅纸上印刷的2英寸乘0.125英寸的胶粘带的长度方向测量的电阻不超过150kω

将胶带剥离试验应用于粘附在导电胶涂布纸上的铜箔表面,胶带剥离面积不得超过0.5%。

通过首先制备组分的混合物并一起搅拌直至均匀,来评估各种导电粘合剂配方。添加顺序为:水、乙烯丙烯酸(eaa)、第二种聚合物(如果使用)、导电炭黑(ccb)和rheolate212。粘度通过brookfield粘度计或ta流变仪测量。

使用装有11.1bcm网纹辊的pamarcoflexo手动打样机,在2英寸宽的100磅averyfasson纸条上制作实验室规模的印刷样品。将样品在70℃的烤箱中烘干至少20分钟。从2英寸宽的印刷样品中横向切出八分之一英寸(0.125英寸)的条,以使用手持式fluke万用表测量电阻。

通过将2英寸x2英寸的印刷样品粘贴到一张粘合纸上,来评估箔的附着力(该粘合纸充当箔纸施加的支撑,并允许少量样品通过箔纸系统的压区送入)。贴箔后,用适度的手指压力将约2英寸长的3mscotchmagic透明胶带粘在箔表面,然后将其除去。将该胶带样品施加到一张粘合纸上,并使用epsonv750pro扫描仪以1200dpi进行扫描以将图像数字化(8位深度灰度)。使用adobephotoshop中设置为190位值的直方图功能来分析该灰度图像。小于190的百分比用于表示被胶带除去的存放铜箔区域的百分比。试验

发现通过在导电粘合剂组合物中组合两种或更多种聚合物分散体,可以同时满足所有期望的性能要求(参见配方1-2)。

在基础配方中(对比例3-7),(单一聚合物分散体),聚(乙烯-共丙烯酸),共聚物中丙烯酸含量为20%(按重量计)的聚(乙烯-丙烯酸)用作铜箔粘合剂。非离子分散的炭黑(solutiondispersions公司的aquablak5909)作为导电剂。elementisrheolate212是一种粘度控制添加剂,用于将组合物粘度提高到适用于柔性印刷系统的范围。

基本配方的缺点是当聚(乙烯-共丙烯酸)(eaa)和导电炭黑(ccb)以足够高的浓度同时存在于配方中时,由于二者之间的相互作用,粘度会随时间迅速增加。这可能导致难以处理和打印墨水以及在使用后难以清洁印刷机。

当降低eaa或ccb或两者的浓度以降低粘度增加的速率时,其它所需的性能会受到不利影响——单独降低eaa浓度会导致箔片粘合性降低,单独降低ccb会降低导电率(提高电阻)。

发现通过添加第二种聚合物,即用基本不同结构的合适聚合物分散体(例如苯乙烯-丁二烯共聚物或脂肪族聚氨酯)代替基础配方中的一部分eaa,可以满足导电箔转移粘合剂的所有性能要求(即低电阻和强粘合性)。

在一些实施例中,粘合剂材料106、1010和/或1018可以以图案施加到接收器基底上。一旦粘合剂组合物位于在接收器基底上,大部分的水可被蒸发。可以将其上施加了粘合剂组合物的接收器基底保持在约25℃至约200℃的高温下,以促进水的蒸发。如上所述,然后可以使接收器基底与由载体基底114、1012或1026分别承载的导电材料层120、1014或1028接触。

参照图29,在制造系统2000的一个实施例中,辊2002供应接收器基底100的幅材2004。第一导电层沉积单元2006选择性地沉积导电材料以形成第一电路层。在一些实施例中,第一部件沉积单元2008可以将电子组件沉积并固定在第一电路层上。绝缘体层沉积单元2010在由第一导电层沉积单元2006沉积的导电材料的至少选定部分上选择性地沉积绝缘材料。之后,第二导电层沉积单元2012沉积导电材料以形成第二电路层,其中第二电路层的至少一部分沉积在由绝缘体层沉积单元2010沉积的绝缘材料的顶部上。在一些实施例中,由第一导电层沉积单元2006沉积的导电材料与由第二导电沉积单元2012沉积的导电材料相同。在其它实施例中,第一导电层沉积单元2006和第二导电层沉积单元2010沉积的导电材料不同。

在一些实施例中,第二部件沉积单元2014可以将电子组件沉积并固定在第一电路层和第二电路层中的一个或两个上。制造系统2000的一些实施例可以不包括第一部件单元2008,而包括第二部件沉积单元2014,从而在已经放置所有电路层之后沉积并固定部件。在某些实施例中,第一部件沉积单元2000和第二部件沉积单元2014中的一个或两个可以包括能量施加器,以活化沉积在接收器基底100上的焊料材料,从而将部件的引脚与沉积在接收器基底100上的导电迹线连接。

第一导电层沉积单元2006、绝缘层沉积单元2010和第二导电层沉积单元2012可以由上述材料沉积单元200或250中的任何一个来实现。此外,很明显的是,纸张或其它基底可以以片材而不是幅材的形式提供,并且一个或多个材料沉积单元300和/或320可以彼此一起使用以提供系统2000的沉积单元2006、2010和/或2012。对于本领域技术人员将显而易见的是,更多可用于制造系统中,以在由绝缘材料分离的导电材料的基底上形成更多层。

金属箔的转移以形成电路的导电迹线可以在包括纸、卡片纸、塑料等的各种基底上形成。由于金属箔的连续性,并且由于箔的转移是在辊隙中的压力下进行的,因此所形成的电路可能比其它电路印刷工艺更平坦,更平滑。

工业适用性

总之,金属箔层118的一部分从载体基底112转移到接收器基底100。粘合剂材料106以图案的形式施加在接收器基底上,当接收器基底100和载体基底112被传送通过辊隙时,金属箔层118的一部分固定至粘合剂材料106。在某些情况下,仅压力就足以将金属箔层118的一部分转移到接收器基底100上。在其它情况下,例如热或紫外线,足以将金属箔层118的一部分转移到接收器基底100上。在其它情况下,压力和能量源都被结合使用以促进这种转移。

此外,尽管本文公开的实施例是结合金属箔的转移进行描述的,但是应当清楚的是,这样的实施例可以适于将其它材料从第一基底转移到第二基底。

本文引用的所有参考文献,包括出版物、专利申请和专利,均通过引用并入本文,其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示通过引用并入本文并在此完整阐述。

除非在文中另外指出或与上下文明显矛盾,否则在描述实施例的上下文中使用术语“一个”和“一种”以及类似的附图标记应解释为涵盖单数和复数。除非在文中另外指出,否则本文中数值范围的列举仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的简写方法,并且每个单独值都被并入说明书中,就如同其在本文中被单独叙述一样。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾,否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如,“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本公开,并且不对本公开的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示对于实施本公开必不可少的任何要素。

鉴于前面的描述,对本公开的多种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。应当理解,所示实施例仅是示例性的,并且不应被视为限制本公开的范围。

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