TWI220882B - Method of constructing flexible membrane circuit - Google Patents

Description

1220882 五、發明說明（1) 發明背景和概要 柔性膜電路用途廣泛。其中有例如利用指壓作動之輸 入裝置，以供資料登錄、控制設定等。典型上，此種裝置 涉及柔性膜，設有外部可目視的圖形，諸如數字墊片、啟 閉開關等，操作者可在柔性膜外側，於選定圖形元件施以 指壓，進行所需操作。此種柔性膜電路通常是使用印刷電 路原理構成，本質上較為複雜。 生產柔性膜電路之典型程序，涉及製造聚酯薄膜，以 接續層的電氣功能性墨水（導電性和電介質）印刷。典型 的導電性墨水以銀或石墨為顏料，雖然亦可採用其他金屬 ，諸如金、鎳和銅。導電性墨水直接印在聚_薄膜表面， 形成電氣通路，構成電路或開關。極簡單的電路可包括單 層導電性墨水，以預定電氣佈署施加，附有連接器。使用 多層導電性墨水圖型，亦可構成更複雜的電路配置，有電 介質層適度交織。如此製成的薄膜通常稱為「靜態層」。 無論簡單或複雜的多層靜態層往往粘合第二薄膜，稱 為「圖形層」。圖形層包含印在薄膜頂側的開關圖形，以 及導電性印在背面的適度圖形之導電性電路。本發明可直 接印刷或經由轉印體產生圖形層。圖形層和靜態層與適當 隔體、圓蓋、尾部等積層，以構成完整的功能性柔性膜電 路或開關。 本發明係針對生產柔性膜和類似電路之改進組件和技 術，其方式可大為提高電路設計和生產之多樣性和可行性 。更具體而言，本發明針對提供電氣功能性粘性轉印體產

1220882 五、發明說明（2) 品，其中對載體片或薄膜施加一層或多層的柔性膜電路用 之電路圖型。電路元件塗以適用的壓敏性粘膠，再以離型 劑加以保護。如此形成的電路可隨後藉剝下保護性離型紙 ，利用如今暴露的壓敏性粘膠，把電路轉印粘著於基材， 而施加於所需基材。於粘膠安裝電路後可剝下的載體片， 以透明為宜，或至少半透明，故可從載體片透視到電路圖 型，以方便與要安裝之基材適當對準。 本發明衍生許多重要特點，包括：電氣功能性電路可 比使用習知技術，轉印到更廣泛的困難基材。亦可提供電 氣功能性粘性轉印體，用來修補現有的柔性膜電路。另外 ，設想電氣功能性粘性轉印體產品，可製成各種各樣的「 標準」組件連接器圖型條紋、双排條紋、絕緣體條紋、肘 管、圈環、終端條紋等，可方便電路設計家使用，例如製 備和試驗原型電路。本發明另外可用來形成導電性粘性轉 印體，用於諸如電磁干擾（EMI )、無線電頻率干擾（RFI )， 和待殊屏蔽中的靜電散逸（ESD)。 本發明其他特點和優點由如下參照附圖所示較佳具體 例之詳述，即可明白。 圖式簡單說明 第1圖為本發明電氣功能性粘性轉印體產品之簡化斷 面圖； 第2圖類似第1圖，表示粘性轉印體產品之簡化型； 第3圖為類似第1圖之斷面圖，表示施加多層電路之更 複雜粘性轉印體產品；

第6頁 1220882 五、發明說明（3) 於接Γ基圖材為類似第1圖之斷面圖，表示第1圖之電路施加 弟5圖為類似第4圖之辭 ._ 層粘性轉印體產$。 Θ ’表不對接受基材施加多 佳具體例明 ，以塑膠5::宜先t : : ’ 1〇指載體片#，在第1圖中 物。適用乙：括單一聚合物或共聚 /丁二稀、聚碳酸酯等，壓出成度/上烯、乙烯系、苯乙稀 吋（ο ηπ» 、『η 塗出成缚膜型’厚度範圍以〇· 002 或半透明。*010吋(0·2 5 9fflm)為佳。載體片10以透明 體產σ | 下述可知，若對接受基材施加粘性轉印 電回介質，電路圖型，包括轉印墨水11、導電（或 質）層1 2，和壓破性粘膠層丨3。 般公知的網印法實施。 層U 13以本身為一 ，心ίΐ11由在熱塑性載體片1〇上絹印並乾燥後顯示 a，二良好抗拉強度，和良好離型特性之成份所 。一般而§ ，轉印墨水1 1層形成具有非導電性特性， 而’對於某些用途，需要並可提供導電特性。 、般而σ ，轉印墨水之形成是可使載體薄膜表面選擇 1潤濕，只利用物理的靜電表面相吸，而非化學結合，即 可粘著於表面。此舉使乾燥形成之轉印墨水容易=載體片 =離，並使電路元件容易粘性轉印到接受基材。轉印墨水 從載體片剝離的力量，按壓敏膠帶擬議試驗法PSTC第i號

第7頁 1220882 五、發明說明（4) ^ 所述測得，每吋在2 _ 4克範圍。因此，轉印墨水的特定級 成份必須經選擇，並符合載體片本身的物理性能。溶劑'、 成膜樹脂和添加劑的排列，必須以轉印墨水不粘結於載 片之方式選擇和配製。 — 轉印墨水1 1層以預定電路圖型施於載體片1 〇，係使用 每对1 0 0 — 3 0 0絲的篩目之聚酯或不銹鋼布網，直接印在栽 體片表面’提供厚度在〇.〇〇01吋（〇 〇〇254111111)至〇〇〇〇3时（ 0 · 0 0 7 6mm )所需範圍之乾薄膜。絹印墨水的風乾可在室溫 進行為期4 一 8小時。印刷載體片亦可在乾燥隧道内，於溫 度 1 3 0 - 1 9 0 °F ( 5 2 - 8 8 °C )烘乾 4 5 - 7 5 秒。

電氣功能層1 2利用網印技術直接施加於轉印墨水11的 印刷圖案上。視特定用途，需要導電性和絕緣性途徑。此 等途控可為鬲度導電性、電阻性或絕緣性，主要視電路設 計而定。導電性層1 2主要包括熱塑性、熱固性或紫外線熟 化性樹脂系統，混配入導電性和電介質絹印墨水内。一般 而言，熱固性樹脂為導電性墨水所最需要，而紫外線熟化 性樹脂係電介質性墨水所最需要。此等墨水杜邦公司（電 子材料部）和Ache son膠體公司有售。

導電性墨水通常稱為聚合厚膜組成物，一般是以銀、 石墨 '銅 '錫，或其組合物為顏料，加上添加劑。採用熱 熟性材料時，在室溫風乾或在提高中度溫度烘乾’以除去 溶劑，即可達成熟化。採用熱固法樹脂時，是在提高溫度 的加熱烘箱内，除去溶劑，並使系統的有機成份交聯，而 達成熟化。熟化周期為溫度和時間的函數。代表例為··在

第8頁 1220882 五、發明說明（5) 140卞（60。〇 為 2 小時；在 2l2°F(10(rc)為 3〇_ 45 分鐘；在 240°F (115°C )為1 — 2分鐘。只有在聚合物厚膜組成物已適 當乾燥和熟化後，才展現最佳性能。此等性能尤指：（㈧所 需程度的導電係數’（b)粘著性，（〇適用性，（d)所需硬 度’（e )耐溫性，（f )耐磨耐刮性，（g)耐溶劑性。

電氣功能性墨水層1 2，是直接施加於轉印墨水層丨丨上 。因此，電氣功能性墨水1 2必須粘結於轉印墨水層丨丨，而 不影響其薄層性能。電氣功能性墨水的優點是利用網印技 術實施，利用篩目在每吋1 6 0 — 32 5絲範圍的聚酯或不銹鋼 網，使用耐溶劑性乳化液，施加厚度範圍為〇 · 〇 〇 〇 8吋（ 〇.〇20_)至0.0〇15吋（0.038随），熟化（乾燥）電氣功能性 墨水厚度典型上為0.0002吋（〇.〇〇51mm)至00006吋（〇〇15 mm)之範圍。在此項操作中，宜使用硬度6〇_8〇的抗溶劑性 聚胺酯擠壓器。

當電氣功能性墨水為電介質材料時，需使導電性途徑 彼此絕緣’在導電性途徑交叉或以其他方式接觸時，以^ 微不同的材料為佳。以採用紫外線熟化性丨〇〇%固體之電介 質墨水為佳。係由單體、寡聚物、光引發劑、顏料和添加 ，組成。光引發劑吸收在200 — 40 〇nffl範圍的紫外線輕射， 寡聚和單體開始聚合，形成含有顏料和添加劑之電介質聚 合物«。未熟化電介質性墨水以網印法實施為宜，利用筛 目在每吋200 — 400線範圍的聚酯或不銹鋼。施加材料達成 熟化厚度為0· 001吋（〇· 002 54mm)至〇· 〇12吋（〇· 0 30随）。熟 化電介質宜顯示絕緣電阻或電介質強度。 …、

1220882 五、發明說明（6) 壓敏性 種此類壓敏 能性圖型1 2 枯膠1 3上施 利用第 敏性粘膠層 亦可為各種 陶瓷、金屬 ’轉印體產 明或半透明 準。在適當 上未示）之 當轉印 片10，如第 可與施加於 膜、轉印層 、包膠和粘 枯膠層1 3可為粘性轉印體產品交易上八 性粘膠之一。粘膠利用網印技術施加二：,各 上，與電氣功能性層1 2之圖型相同。功 加矽酮離型紙丨4，保護到產品準備 =敏性 1圖之轉印體產品時，除去離型 ^止。 13於所需基材44。基材44可為例如聚酿知膜加壓 各樣的其他材料，包含紙狀材料、布 '姑但 、塑膠等。在壓敏性粘膠13與基材“接 品之電路圖型可與基材適當對準。最好 ^ ^載體片10,讓使用者可經載體片透视所$ = 情況下，亦可利用在外部可充分看清標示子 不透明載體，可與基材適當對準。 圖 體產品-已轉印並粘著於基材44時，可剝下載 4圖所不，暴露轉印墨水層11。所製成之電路 基材44稱為「圖形層」（圖上未示）的另一薄 1 j、導電層1 2和粘膠層1 3，按照已知原理積層 結0

新轉印體產品特別需要的另一型，如第2圖所示。在 第2圖具體例中，載體片15由熱和化學安定性載體基材μ 構成。載體基材16可為安定性塑膠材料，諸如聚丙烯、鉄 弗月聚對苯一甲酸乙二酯 '聚萘二甲酸乙二酯、聚醯胺 、玉衣氧玻璃等’壓出成厚度在0.00145吋（0.0036 8_)至 0: 010吋（〇· 0254mm)程度之平坦膜。基材16亦可由紙材料 形成，諸如植物性羊皮紙、強化牛皮紙等。紙基材基本重

第10頁 1220882 五、發明說明（7) 量宜在每令500張（24136”，609.611111^914.4111111)在 2 0-40 磅（ 9 - 1 8公斤）範圍。 不論載體基材1 6係由膜或紙形成’在施加功能性電路 元件的表面，具有聚合物塗膜1 7。施加之聚合物塗膜為較 薄層，以 0.0 0 0 0 5 吋（ 0.0 0 1 2 7mm)至 0.0 0 0 2 吋（ 0.0 0 5mm)厚 度範圍為佳。係由不溶於導電性印刷媒質和粘膠配方内典 型上所用溶劑之實質上非延展性材料所形成。此等性能可 見於許多交聯熱固性聚合物，諸如聚乙烯基丁醛一蜜胺、 聚乙烯基甲醛一酚、尿素、甲醛、環氧一蜜胺、丙烯酸系 、丙烯酸系一蜜胺等。改質之交聯矽酮聚合物塗料亦可用 。聚合物塗料必須有很低之極限伸長率，按照ASTM D638 試驗方法，需在0. 5-1. 0%範圍。 本發明轉印體產品内可用的載體基材1 6和聚合物塗膜 1 7，於溶劑、聚合物塗膜、載體材料之間應有測不出的互 相作用。例如在聚合物塗膜表面施加各種化學溶劑稀釋劑 ，以及網印時常用的化學化合物，並容許其蒸發，在表面 上即看不到可檢知的物理或化學效果。此等溶劑、稀釋劑 和其他化學化合物，包含礦油精、丁基溶纖素、乙酸正丁 酉旨、1 -硝基丙烧、庚烧 '己烧、丙蒙1、丁酮、環己烧、甲 苯、二甲苯、乙酸乙酯、卡必醇乙酸酯、異佛爾酮、甲基 異丁基甲酮、1，4-二噁烷、乙醇、異丙醇、正丁醇、四氫 呋喃、二氣甲烷、三氣乙烯、丁醇、環己酮、双丙酮醇、 苯二甲酸二丁酯、芳族1〇〇、三甲苯基磷酸酯、varsol 1 、丙二醇曱醚、二丙二醇甲醚 '乙二醇丁醚、乙二醇乙醚

1220882 (8) 醇、乙酸甲醚、二乙二醇、甲醚、VM + P石腦油、 丁；酯、辛基二苯基磷酸酯，為其中一部份。 多用途方面，以第2圖具體例之複合載體膜15為 高溫抵抗性較大，化學安定性較高。 3圖具體例中，單一粘性轉印體產品内具有多數 路元件。在第3圖改進中，載體片10或15具有接 頂到底依序包括一層轉印墨水1 8，一層導電性墨 層電介質2 0，第二層導電性墨水2 1，最後一層2 2 粘膠。在產品未決定應用於選定基材時，壓敏性 加離型紙2 3。 第3圖所示多層係巧合，須知接續層可配置在需 的不同電路圖型。 ，在使用本發明粘性轉印體產品之電路構造中， 品是上下重疊，以形成多層電路。例如在第5圖 基材2 4施加第一轉印體產品，包括轉印體墨水2 5 氣功能性材料2 6，和一層壓敏性粘膠2 7。在第一 五、發明說明 、二丙二 苯二甲酸 在許 佳，因其 在第 官能性電 續層，從 水 1 9，一 為壓敏性 粘膠上施 雖然 要而適當 同理 轉印體產 配置中， 、一層電 轉印體產品上再實施第二轉印體產品。於第5圖中，第二 轉印體產品包括一層轉印油墨2 8、一層電氣功能性材料2 9 ，以及一層壓敏性粘膠3 0。在第5圖中，第二層以相對於 第一層的非一致性形態實施。在若干情況下，刻意在直立 相鄰的導電性元件交叉點設有電氣連接點、轉印油墨層2 5 和壓敏性墨水層3 0可配製成具有充分導電係數，在直立方 向提供合理的導電性途徑。 本發明產品和程序提供新穎而極有益的方式，以製造

第12頁

Claims (1)

1220882 案號 88116819 月 曰 修正 六、申請專利範圍 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中 (a)於該轉印體產品粘性安裝第二個粘性轉印體產品 ，以提供多層電路者。

第15頁 2001.06.21.016