Электронный модуль, содержащий элемент, видимый на одной поверхности, и способ изготовления такого модуля - RU2316817C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к области электронных модулей, включающих в себя, по меньшей мере, элемент, видимый на поверхности, и способам изготовления таких модулей. Модуль в данном случае представляет собой сборную конструкцию, получаемую путем укладки нескольких листов какого-либо изолирующего материала в стопку, причем в указанных слоях материала имеется, по меньшей мере, одно окно, в которое устанавливается какой-либо элемент. Видимая поверхность элемента находится на одном уровне с внешней поверхностью лицевой стороны модуля.

Уровень техники

Видимый элемент в данном случае представляет собой фиксированно установленный электронный компонент, такой как визуальный дисплей, сенсорный элемент, мембранный выключатель, контактный модуль, солнечный фотоэлемент, звукоизлучатель или любой другой подобный элемент, или съемный компонент, такой как батарея. Этот компонент может быть соединен с электронной схемой, расположенной между двумя листами изолирующего материала, которые образуют внешние поверхности модуля.

Электронная схема, расположенная в модуле, включает в себя один компонент (например, антенну) или несколько компонентов, соединенных с друг другом, и определяет функции модуля. Например, в модуле, представляющем собой бесконтактную карту оплаты, схема состоит из микросхемы, соединенной с антенной. Кроме того, она может быть соединена с дисплеем, видимым на одной из сторон карты, который может служить для визуализации данных, содержащихся в микросхеме, таких как оставшаяся сумма или количество осуществленных списаний со счета.

Модуль такого типа включает в себя электронную схему, расположенную на первом листе материала, и имеет окно, в котором находится электронный компонент. Электронная схема соединена с этим компонентом, и, в общем случае, покрыта связующим веществом (заполнителем), поверх которой располагается второй лист изолирующего материала, наложенный на первый лист. Изготовленный таким образом модуль представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух изолирующих пластин, между которыми размещена электронная схема, покрытая заполнителем. Одна из поверхностей электронного компонента, находящегося в окне, видна на одной из внешних поверхностей модуля.

Например, в патентном документе FR 2760113 описан способ изготовления комбинированной карты, которую можно использовать как контактным, так и бесконтактным способом. Элемент с контактами размещается в углублении, образованном вырезанным в подложке окном и основой, представляющей собой адгезивный лист, на котором размещается подложка. К проводящим площадкам элемента подключена антенна, вся конструкция покрыта заполнителем, на который нанесена изолирующая защитная пленка. Адгезивный лист удаляется с первой поверхности карты в конце процесса изготовления, и, таким образом, контакты становятся доступными на поверхности карты.

Согласно этому способу, в процессе конечной производственной проверки производится отбраковка некоторых изготовленных модулей вследствие того, что в них имеются остатки заполнителя поблизости от окна, в котором расположен электронный компонент. Фактически, например, если размеры окна превышают размеры компонента, заполнитель проникает в свободное пространство между краями окна и компонента; таким образом, заполнитель может вылиться на внешнюю поверхность модуля. В других случаях структура компонента может содержать углубления, в которые может проникнуть заполнитель (вследствие капиллярных явлений), что вызовет загрязнение поверхности модуля. Такие модули бракуются или могут подвергаться дополнительной операции очистки для удаления остатков заполнителя.

Если контактный элемент представляет собой автономный узел, т.е. не подсоединяется к антенне или к другим компонентам, он может быть запрессован в профилированный контур окна, сформированного в подложке, имеющей толщину, по меньшей мере, равную толщине узла. В патентном документе JP 03114788 описывается способ установки контактного элемента в подложку карты с использованием профилированного окна, которое удерживает элемент на одной из поверхностей карты. Указанный элемент фиксируется в окне на поверхности напротив контактов посредством изоляционного листа, который имеет рельеф с тыльной стороны элемента.

В патентном документе ЕР 1085459 описывается способ изготовления контактной карты памяти, при использовании которого контактный элемент устанавливается в профилированную рамку, сформированную в первой части подложки. Вторая плоская подложка, приклеенная к первой подложке, образует дно углубления, ограниченного контуром рамки, служащей для фиксации контактного элемента. Последний устанавливается в углубление таким образом, что электроды находятся на одном уровне с поверхностью лицевой стороны первой подложки.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в уменьшении вышеупомянутых недостатков, направленном на снижение процента брака. Другая задача состоит в минимизации производственных затрат путем увеличения скорости изготовления без ухудшения качества модулей.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается путем использования способа изготовления электронных модулей, причем получаемый модуль включает в себя, по меньшей мере, одну изоляционную пластину на каждой из его поверхностей, и, по меньшей мере, один элемент, одна из поверхностей которого находится на одном уровне с внешней поверхностью модуля, причем указанный способ включает в себя следующие шаги:

- размещение первой изоляционной пластины на рабочей поверхности, причем указанная пластина имеет, по меньшей мере, одно окно, в которое впоследствии помещается элемент;

- установка элемента в окно изоляционной пластины;

- размещение защитной пленки, которая покрывает область, в которую входит, по меньшей мере, контур окна, причем указанная защитная пленка покрыта адгезивным веществом, активным при комнатной температуре или активизирующимся под влиянием теплоты и/или давления, или изготовлена из этого вещества, причем указанная защитная пленка называется адгезивной пленкой;

- ламинирование полученного набора;

- помещение второй изоляционной пластины на набор, образованный первой изоляционной пластиной, элементом и защитной пленкой, и ее закрепление посредством ламинирования, причем указанная вторая изоляционная пластина образует вторую поверхность модуля.

Защитная пленка покрыта адгезивным веществом, активным при комнатной температуре (самоклеящееся вещество) или активизирующимся под влиянием теплоты и/или давления, или изготовлена из этого вещества. Эта защитная пленка далее называется адгезивной пленкой.

Первая функция адгезивной пленки состоит в фиксации элемента в окне в процессе обработки набора перед переходом к другим этапам изготовления, приводящим к получению готового модуля.

Завершающая обработка полученного таким образом набора может быть выполнена с применением вспомогательного этапа, который состоит в непосредственном наложении второй изоляционной пластины на адгезивную пленку, в результате чего формируется вторая поверхность модуля. Другой вариант предполагает скрепление второго набора с первым набором путем ламинирования таким образом, что поверхности с элементами оказываются направленными наружу. В этом случае видимые элементы будут присутствовать на каждой из поверхностей готового модуля.

В зависимости от толщины элемента, в некоторых случаях требуется собрать в набор несколько изоляционных пластин, имеющих окна, для формирования набора, который будет иметь толщину, приблизительно равную толщине элемента. При этом адгезивная пленка размещается на выровненной поверхности перед помещением второго листа или второго набора.

В соответствии с вариантом осуществления, адгезивная пленка может обладать способностью к деформации, достаточной для нанесения на элемент, имеющий толщину, превышающую толщину первой изоляционной пластины. Затем на этот набор укладываются дополнительные изоляционные пластины для компенсации толщины элемента.

В изготовлении набора могут присутствовать другие шаги, используемые в случаях, когда необходимо включить в него электронную схему, которая может быть соединена с видимым элементом модуля. Схема помещается в область рядом с окном, в котором находится элемент, и затем соединяется с этим элементом. Затем на адгезивную пленку, изоляционную пластину и электронную схему наносится заполнитель, после чего набор накрывается второй изоляционной пластиной.

В этом случае вторая поверхность элемента, обращенная внутрь модуля, имеет проводящие контактные площадки, предназначенные для припаивания проводников для соединения с электронной схемой.

Модуль, собранный в соответствии с указанным способом, не имеет каких-либо остатков заполнителя на поверхности элемента. Адгезивная пленка блокирует любые утечки через промежутки, имеющиеся, например, между краями окна и краями элемента.

Согласно другому варианту осуществления, адгезивная пленка может покрывать всю поверхность первой изоляционной пластины, включая окно, в котором размещается элемент, и таким образом, предотвращать проникновение заполнителя.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, в адгезивной пленке имеется окно напротив электрических контактов, находящихся на внутренней стороне элемента, что облегчает пайку соединений с электронной схемой. Размеры окна ограничиваются, например, областью поверхности элемента, соответствующей контактным площадкам.

Согласно другому варианту осуществления, первая изоляционная пластина имеет углубление, которое предназначено для размещения в нем электронной схемы. В случае, если адгезивная пленка покрывает всю поверхность первой пластины, она принимает вид углубления, в которое можно поместить схему. Этот вариант осуществления, как правило, следует использовать в случае, когда важно соблюсти предварительно определенную конечную толщину модуля, и приоритетом является толщина схемы.

Объектом настоящего изобретения также является электронный модуль, включающий в себя набор из двух изоляционных пластин и элемента, причем первая изоляционная пластина образует одну из поверхностей модуля и имеет, по меньшей мере, одно окно, в котором размещается элемент. Одна из поверхностей указанного элемента находится на одном уровне с поверхностью указанной первой пластины и доступна на внешней поверхности модуля, а вторая изоляционная пластина образует другую поверхность модуля. Модуль характеризуется тем, что он включает в себя адгезивную пленку, которая покрывает некоторую область, в которую входит, по меньшей мере, контур окна элемента, причем эта пленка располагается между первой и второй пластинами.

В процессе изготовления элемент, видимый на поверхности модуля, может заменяться пассивной болванкой. При завершении изготовления модуля болванка удаляется, после чего на одной из поверхностей модуля остается только углубление, повторяющее форму находившейся в нем болванки. Это углубление может использоваться для последующего размещения сравнительно хрупкого компонента, который может не выдерживать температуру или давление при ламинировании в процессе изготовления модуля. В одном варианте осуществления на дне углубления могут быть размещены контакты в виде проводящих площадок, связанных с электронной схемой. Эти контактные проводящие площадки размещаются на внутренней стороне болванки перед нанесением адгезивной пленки. Они удерживаются в готовом модуле за счет заполнителя, адгезивной пленки и соединения со схемой. Указанное углубление с контактами позволяет, например, устанавливать батарею, дисплей, сенсорный элемент или любой другой компонент.

Перечень фигур чертежей

Другие свойства и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют вариант осуществления изобретения, не вносящий каких-либо ограничений в испрашиваемый объем защиты. На чертежах:

- на фиг.1 представлен модуль (вид сверху) с элементом, установленным в окне изоляционной пластины;

- на фиг.2 представлено сечение модуля, изображенного на фиг.1, по оси "А-А";

- на фиг.3 показано сечение варианта модуля, изображенного на фиг.1, включающего в себя набор изоляционных пластин с окном;

- на фиг.4 показано сечение варианта модуля, в котором используется размещение дополнительных пластин после помещения адгезивной пленки на элемент;

- на фиг.5 показано сечение модуля, имеющего видимые элементы на каждой поверхности;

- на фиг.6 представлен модуль (вид сверху), включающий в себя электронную схему, перед нанесением заполнителя и помещением второй изоляционной пластины;

- на фиг.7 представлено сечение модуля, изображенного на фиг.5, по оси "А-А";

- на фиг.8 показано сечение варианта модуля, изображенного на фиг.5, с окном в адгезивной пленке;

- на фиг.9 показано сечение варианта с углублением в первой изоляционной пластине.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан вид сверху на электронный модуль, помещенный на рабочую поверхность 1 и включающий в себя элемент 3, например дисплей, ключ, контактный модуль или болванку. Элемент установлен в отверстии или окне 4 изоляционной пластины 2, выполненной из пластмассы, причем форма указанного окна 4 соответствует форме элемента 3. Лицевая поверхность элемента 3 при контакте с рабочей поверхностью находится приблизительно на одном уровне с внешней поверхностью модуля. Адгезивная пленка 5 покрывает окно 4, элемент 3 и некоторую часть изоляционной пластины 2 вокруг окна 4.

На фиг.2 представлено сечение набора, изображенного на фиг.1, по оси "А-А". Толщина изоляционной пластины 2 равна толщине элемента 3, вследствие чего после скрепления путем воздействия горячим или холодным прессованием (направление воздействия показано на чертеже стрелкой Р) на адгезивную пленку 5 получается приблизительно ровная поверхность.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.3, требуемая толщина набора, равная толщине элемента 3, может быть получена путем наложения друг на друга нескольких изоляционных пластин 2а, 2b, 2с, причем каждая из них имеет окно 4а, 4b, 4с. Контуры окон 4а, 4b, 4с каждой пластины 2а, 2b, 2с совпадают, и, таким образом, соответствуют контурам элемента 3. Первая пластина 2а с окном 4а, образующая внешнюю поверхность модуля, может иметь декоративный рисунок или маркировку. Затем на стопку пластин 2а, 2b, 2с помещается адгезивная пленка 5 таким образом, чтобы она покрывала, по меньшей мере, контур окна 4с последней пластины 2с в стопке. Адгезивная пленка 5 может также покрывать всю поверхность пластины 2с. В этом случае вторая внешняя пластина 9 без окна может быть помещена непосредственно на адгезивную пленку 5, в результате чего она образует вторую поверхность модуля, которая также может иметь декоративный рисунок.

На фиг.4 представлен вариант с элементом 3, толщина которого превышает толщину первой изоляционной пластины 2а. Гибкая и деформируемая адгезивная пленка 5 помещается на элемент таким образом, чтобы она также покрывала некоторую область вокруг окна 4а указанной первой пластины 2а, в которой размещен элемент 3. Затем на полученный набор помещаются дополнительные пластины 2b, 2с, в каждом из которых имеется окно 4b, 4с, контуры которого совпадают с контурами окна 4а первой пластины 2а. Толщина полученного в результате набора приблизительно равна толщине элемента 3. Затем на набор помещается последняя пластина 9 без окна, образующая вторую поверхность модуля и покрывающая, по меньшей мере, внутреннюю поверхность элемента 3. В данном примере главная функция адгезивной пленки состоит в удержании элемента в окне первой пластины для облегчения обработки. Фактически, указанный первый набор, включающий в себя изоляционную пластину с узлом "окно-элемент-адгезивная пленка" (2а, 3, 5) может быть перемещен в другое место, где выполняется заключительная обработка, в которую входит размещение других пластин 2b, 2с, 9 модуля.

На фиг.5 представлен модуль, на поверхностях которого находятся видимые элементы 3, 3' и который изготавливается путем сложения двух наборов и их адгезивного соединения, причем каждый из этих наборов включает в себя изоляционную пластину с узлом "окно-элемент-адгезивная пленка" (2, 3, 5, 2', 3', 5'), а на поверхности каждого набора расположена адгезивная пленка (5, 5'), удерживающая наборы соединенными.

На фиг.6 показан вид набора для изготовления модуля, включающего в себя электронную схему 6, соединенную с элементом 3. На рабочей поверхности 1 располагается первая изоляционная пластина 2 с окном 4, в котором размещается элемент 3, на внутренней поверхности которого имеются две проводящих контактных площадки 13. Внешняя поверхность элемента 3, как и внешняя поверхность изоляционной пластины 2, находится в контакте с рабочей поверхностью 1. Набор, образуемый элементом 3 и изоляционной пластиной 2, полностью закрывается адгезивной пленкой 5, которая имеет окно 10 в той области, где будут находиться проводящие контактные площадки 13 элемента 3. Таким образом, эти участки остаются полностью открытыми, что позволяет выполнять пайку соединений 7 с электронной схемой 6, размещенной на адгезивной пленке 5.

Согласно варианту осуществления, в котором элемент 3 представляет собой болванку, проводящие контактные площадки отдельно размещаются на внутренней поверхности элемента до наложения адгезивной пленки 5. Затем эти участки соединяются с электронной схемой 6. При завершении изготовления модуля болванка удаляется, после чего контакты остаются на дне полученного углубления. К этим контактам может быть подключен активный компонент, имеющий форму, аналогичную форме болванки, который впоследствии устанавливается в углубление. Этот компонент может быть как съемным, таким как батарея, или фиксированным, таким как дисплей; в последнем случае он приклеивается или запрессовывается в углубление, при этом обеспечивается соединение с контактами за счет давления или, например, с применением проводящего клея.

Согласно другому варианту осуществления, электронная схема 6 включает в себя соединения 7, которые проходят к внутренней поверхности элемента 3, в качестве которого выступает болванка, и образуют контактные площадки на дне углубления после удаления болванки.

На фиг.7 показано сечение по оси "А-А", на котором видна структура стопки различных компонентов модуля перед прессованием или ламинированием, которое выполняется в направлении, указанном стрелками Р. Электронная схема 6 размещается на адгезивной пленке 5 рядом с окном 4 для облегчения ее соединения с элементом 3. Эта схема 6 может также окружать элемент 3, например, если используется антенна какого-либо типа, соединенная с микросхемой, при этом последняя размещается рядом с элементом. В других случаях некоторые компоненты схемы 6 могут частично перекрывать элемент 3, если, например, имеющаяся поверхность уменьшена вследствие больших внешних размеров схемы по сравнению с размерами модуля. Схема 6 фиксируется в своей позиции за счет адгезии на адгезивной пленке 5. Затем при необходимости на всю поверхность адгезивной пленки 5 и электронной схемы 6 или на ее часть наносится слой заполнителя 8.

Под заполнителем подразумевается материал, имеющий форму жидкой или вязкой смолы, наносимой термическим способом пленки или пористого и гибкого компонента, который может быть покрыт адгезивным веществом (пеноматериал, пластмассовый агломерат). Функция указанного материала состоит в заполнении отверстий и сглаживании рельефа поверхности, возникающего вследствие сборки различных компонентов модуля. Природа и химический состав этого материала предусматривают его отверждение, например, при охлаждении, нагреве или ультрафиолетовом облучении.

Наконец, на слой заполнителя 8 накладывается вторая изоляционная пластина 9, образующая другую поверхность модуля, которая затем прессуется (направление усилия прессования показано стрелкой Р) для скрепления с этим слоем. Обе указанные изоляционные пластины 2, 9 могут иметь декоративный рисунок на внешних поверхностях, которые одновременно являются внешними поверхностями модуля.

Способ изготовления модуля, предусматривающий использование, по меньшей мере, одного элемента 3, причем указанный элемент имеет первую поверхность, которая находится на одном уровне с внешней поверхностью модуля, и вторую поверхность, имеющую проводящие контактные площадки 13, и электронной схемы 6, характеризуется тем, что включает в себя следующие дополнительные шаги:

- размещение электронной схемы 6 в области рядом с окном 4, в котором находится элемент 3;

- соединение контактных площадок 13 элемента 3 с электронной схемой 6;

- нанесение слоя заполнителя 8 на адгезивную пленку 5, первую изоляционную пластину 2 и электронную схему 6;

- размещение второй изоляционной пластины 9 на слое заполнителя 8;

- ламинирование полученного набора.

Процесс по этому способу начинается с трех первых шагов, соответствующих шагам способа изготовления модуля без электронной схемы 6, описанного выше. Дополнительные шаги относятся к размещению схемы 6, ее соединению с видимым элементом 3 и нанесению покрытия заполнителем 8 для защиты модуля.

Адгезивная пленка 5 выполняет две функции - защиту элемента 3 и окна 4 от нежелательного проникновения заполнителя 8 и сохранение позиции электронной схемы 6 в процессе сборки модуля.

На фиг.8 показан вариант осуществления, в котором адгезивная пленка 5 имеет окно 10, которое размещается напротив проводящих контактных площадок 13 элемента 3. Контур окна 10 соответствует контуру областей внутренней поверхности элемента 3, содержащих контактные площадки 13. Например, контур окна 10 может окружать совокупность нескольких контактов или окружать каждую контактную площадку отдельно. Назначение этого окна 10 состоит в защите контактных площадок 13 от попадания любого вещества, которое могло бы помешать пайке соединений 7 для соединения элемента 3 с электронной схемой 6. Окно 10 формируется путем штамповки, резки или химического травления перед нанесением адгезивной пленки 5 на первую изоляционную пластину 2.

В варианте осуществления, показанном на фиг.7, в котором адгезивная пленка 5 не имеет окна, может применяться сварка, поскольку определенные материалы, из которых состоит адгезивная пленка (5), полностью испаряются при температуре пайки и при этом не оставляют слоев осадка на контактных площадках (13).

На фиг.9 показан вариант, в котором используется углубление 11, вырезанное в первой изоляционной пластине 2, форма которого соответствует форме электронной схемы 6. Это углубление в общем случае вырезается перед формированием окна 4, предназначенного для размещения элемента 3, или после его формирования. Глубина углубления 11 зависит от толщины первой пластины 2 и толщины электронной схемы 6, которая будет размещена на адгезивной пленке 5, покрывающей дно углубления 11, и приклеена к ней. Конечная толщина модуля может быть ограничена применимыми стандартами или ограничениями; углубление 11 позволяет разместить в модуле схему 6 сравнительно большой толщины без превышения установленного размера модуля.

Углубление 11 может быть также образовано одним отверстием или сочетанием нескольких отверстий в одной или нескольких промежуточных пластинах 2b, 2с, сложенных в стопку на первой пластине 2, 2а и подвергнутых ламинированию. Каждая из этих пластин также имеет окно (4, 4а, 4b, 4с) для элемента 3 (см. пример на фиг.3).

Согласно варианту осуществления изобретения, адгезивная пленка 5 может быть размещена на первом этапе прямо на рабочей поверхности 1. Затем формируется окно 10, предназначенное для обеспечения доступа к контактным площадкам 13 элемента 3, перед размещением электронной схемы 6. После этого набор из пленки и схемы перемещается в другое место, в котором на него помещается первая изоляционная пластина 2 с окном 4, содержащим элемент 3. Шаги соединения элемента 3 со схемой 6, включающие в себя нанесение заполнителя 8 и закрепление второй изоляционной пластины 9, путем ламинирования выполняются аналогично шагам в описанных ранее способах. Этот вариант способа позволяет увеличить скорость изготовления благодаря одновременному выполнению первых шагов. Например, штампование окна 4 и вырезание углубления 11 в первой изоляционной пластине 2, а также помещение элемента 3 в окно 4 могут выполняться одновременно с штампованием окна 10 в адгезивной пленке 5 и размещением электронной схемы 6 на пленке 5.

Реферат

Изобретение относится к области автоматики, а именно к способу изготовления электронного модуля. Техническим результатом является снижение процента брака и уменьшение производственных затрат путем увеличения скорости изготовления без ухудшения качества модулей. Модуль, изготовленный в соответствии с заявленным способом, включает в себя набор из двух изоляционных пластин (2, 9) и электронного компонента (3). Первая (2) изоляционная пластина образует одну из поверхностей модуля и имеет, по меньшей мере, одно окно (4), в котором размещается электронный компонент (3). Одна из поверхностей указанного элемента (3) находится на одном уровне с поверхностью указанной первой пластины (2) и доступна на внешней поверхности модуля. Вторая (9) изоляционная пластина образует другую поверхность модуля. Модуль включает в себя адгезивную пленку (5), которая покрывает область с, по меньшей мере, контуром окна (4) элемента (3) и располагается между первой (2) и второй (9) пластинами. Модуль может также включать в себя, по меньшей мере, одну электронную схему (6), размещенную между двумя изоляционными пластинами (2, 9) и соединенную с элементом (3) посредством проводящих контактных площадок (13), находящихся на внутренней стороне элемента (3). 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула