CN1846290B - 底板和电子设备 - Google Patents

Abstract

该底板(10)包括透明材料的第一部分，并且装备有嵌入的光学和其它元件(12、13、22、16)以及导线15的图形，该导线15的图形被用于所述元件(12、13、22、16)的相互连接和电接触。该第一部分构成一条从光学元件(12)到嵌入在该底板(10)中或者存在于其表面上的其它光电元件或电光元件的光路。该电光元件例如是液晶显示器(20)，而该光学元件(12)例如是发光二极管，其被用于该显示器(20)的背光。该底板(10)具有来源于其应用的三维形状，并且最好是适于外部部件的机械附着，所述底板与所述外部部件一起构成设备(100)。

Description

底板和电子设备

技术领域

本发明涉及一种底板(body)，其具有来源于其应用的三维形状，并且包括具有透明的、电绝缘材料的第一部分，该第一部分构成到光学元件的光路。

本发明进一步涉及一种包括这样的底板和光学元件的电子设备。

背景技术

这样的底板和这样的电子设备已知作为移动电话的一部分。特别地，该底板在其中构成光导结构，并且该光学元件是发光二极管。此外，存在显示器。下面将参考图1进一步解释这个已知的电子设备，该图1是概略的透视分解图。

该设备100包括一个起光导和机械支撑作用的透明底板10。显示器20通过双侧的窄带21附着于该底板10。在这个例子中，该显示器是液晶显示器，并且装备有一个玻璃表面，在该玻璃表面上附着有一个用于选址目的的集成电路，也称为驱动器IC 22。此外，提供了一个软性印刷电路板11，各种部件附着到该软性印刷电路板11。这些部件中的至少二个是发光二极管12(未示出)，其装备有镜头。该显示器20和连接器13也电连接到该软性印刷电路板11。通过这个连接器13，该显示器和其它的部件被提供能量和信号。该设备100进一步包括扬声器30、外壳40(在这种情况下，其是橡胶过成型挡板(rubber overmolded bezel))、以及发泡胶粘带27，以获得需要的机械稳定性。此外，提供了黑色粘着剂23。该透明底板10装备有用于机械地连接扬声器30、外壳40和未示出的按钮的孔18和夹紧装置19。

已知的设备的缺点是，所产生的光学性能不是最佳的。在该柔性板11上存在的发光二极管12导致例如在其方向性上相对宽的公差界限。这可能导致该显示器的背光比期望的更不均匀。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种在开始段落中提到的具有改善的光学性能的设备。

另一个目的是提供一种适用于这样的设备的底板。

与底板有关的该目的被实现，其中该底板装备有电导线图形，并且至少一个光学元件被嵌入在所述底板中，该光学元件被电连接到导线图形，该导线图形装备有电连接装置，其相对于该光学元件横向偏离(laterally displaced)。

与设备有关的该目的被实现，其中它包括本发明的底板和附着于该底板的表面上的光电或电光元件。

本发明基于这样的认识，即，在独立的印刷电路板中使用的光学元件和导线被嵌入在底板本身中。这相对于光学性能具有实质性的优势。首先，所有相关的部件都直接地附着于同一个载体，也就是该底板。由此降低了现有技术的公差界限，其中该公差界限来源于部件到板的附着和该板到底板的附着两者。其次，减少了光路中在光学元件和显示器之间的接口的数目。这是在该底板中包含该光学元件的结果。此外，可以优化导线图形的设计，使得该光学元件位于相对于该显示器尽可能有利地的位置上。

本发明的一个优点是，最终得到的设备的机械稳定性是很好的，这可以归因于该底板起到部件的封装作用的事实。由于封装的这个功能的结果，无需整个地增加该设备的尺寸，该底板可以具有更大的厚度。

本发明的另一个优点是，减少了组装量。实际上，该组装过程被限制于第一个步骤，其中该光学元件、以及如果想要的话任何另外的电气元件被提供在一个载体上，并且该组装过程被限制于在该底板的表面上组装某些更大的元件的第二个步骤。在提供载体的元件之后，使用诸如嵌件成型(insert molding)这样的成型技术提供该底板。此后，可释放层被从薄片上除去，并且仅留下导线图形作为底板的一部分。

另一个优点是，本发明可以应用于比从现有技术已知的设备更宽范围的产品中。该现有技术设备包括发光二极管和显示器的组合。可能的应用包括光传输、基于传感器的输入的优化的光输出、包括用于拷贝保护的集成电路和用于将能量转换给该集成电路的光电二极管的光盘、照相机、以及包括光学及其它功能的模块。

从GB 2,229,864中，了解了一种成型的印刷电路板，其具有想要的三维形状，并且装备有电导线图形。所述文献既没有公开材料的第一部分可以是透明的，也没有公开任何元件都可以被嵌入在该底板中。没有任何的暗示指出使用所提出的制造方法可以导致该设备的光学性能的改善。此外，不清楚该成型板是否能够具有支撑功能并在设备中起结构元件的作用。

从EP-A 1,207,685中，了解了芯片级封装，其中导线图形和集成电路被嵌入在一个底板中。但是，该底板不包含透明材料部分。此外，这个封装的形状不是来源于其应用的，而是简单地块状。并且在该图形中的接触焊盘不是相对于电气元件横向偏离的。

光路可以存在于底板中光学元件和另一个部件之间或者在该底板的表面上。作为选择，它可以从该光学元件导引到该底板的表面。该光路的设计从而取决于应用。

在第一个实施例中，光路存在于光学元件和适于组装光电或电光元件的底板的表面区域之间。在这里，该光学元件和其它元件被光学地相互连接。特别地，如果该光电或电光元件包括一个到用户的接口，这个位置在表面上是优选的。此处一个例子是液晶显示器和若干用于背光的二极管的组合，该二极管是嵌入的光学元件，并且该显示器是电光元件。另一个例子是带有电驱动的镜头(例如基于电润湿原理)和图像传感器的照相机。通常，镜头和传感器之间的光路是借助于一个通孔实现的。但是，如果该镜头完全地被嵌入，那么第一部分可以起镜头封装和光路的作用，从而除去该接口。

有各种方式提供在底板表面上的导线和在该表面上的电光学元件之间的电接触，尤其是如果该电光元件是一个液晶显示器的话更是如此。一个选项是在该底板的一个边缘上提供可弯曲的部分，然后能够被使用压在该可弯曲的部分和显示器之间的各向异性导电薄膜而将该可弯曲的部分热封到显示器并且借助于加热固化。此处小的缺点是用于提供可弯曲的部分的额外的处理步骤。另一个选项是直接地将该底板热封到该显示器。在这种情况下，电绝缘材料必须是耐热的。这将该材料的选择限制为刚性材料，并且设置了对于在成型处理过程中表面粗糙度的允许量的进一步的要求。优选地，第三个选项是该显示器被直接地用各向异性的导电粘合剂粘结在该底板的透明部分上。这个粘合剂随后被使用紫外线固化。该粘合剂可以被用作层压薄膜。优选的替换是带有导电粒子的糊状物被随着该导线分配在该底板上。然后，这些被暴露于紫外线下，紫外线穿过该底板，或者穿过该显示器的一部分。这种组装方法的一个优点是制成的触点的数目可以非常大，而且间距可以是很小的。从而该显示驱动器集成电路被嵌入在该底板中变为可能。与该驱动器集成电路被组装到该显示器中的备选方案相比，这减少了组装步骤的数量。

在第二个实施例中，光路存在于光学元件和光电元件或电光元件之间，其中所述光电元件或电光元件也被嵌入在该底板中并且被电连接到导线图形。此处的应用包括显示器和图像传感器也被集成在底板中的实施例。但是，在数据的光传输领域中存在更广范围的应用。第一个应用在双波长光收发机模块中激光二极管和光电二极管的组合。从EP-A 733288中，这个应用本身是已知的。另一个应用是在两个半导体元件之间的光通信。这个应用已经在没有预先公布的申请EP02079915.1(PHNL021172)中描述。最好是，该底板提供有用于附着外部部件和尤其是光纤的附着装置。光纤到光电二极管的很好的附着对于从光纤到光电二极管的适当的光信号传输是非常重要的。这原来是在不同的模块中集成光电二极管的限制因素。但是，三维形状允许良好的并且仍然简单的结合。首先，对于光纤可以存在V形的凹槽。因而，夹紧装置或者其它适宜的附着装置——诸如以互补形状为基础的那些——可用于使得光纤的末端更好地与光电二极管对准。

在第三个实施例中，光路存在于光学元件和底板的表面区域之间，并且另一个电气元件被电连接到导线图形，该导线图形包括在该另一个电气元件和该光学元件之间的相互连接。在这个实施例中，元件仅互相电连接。这个实施例的应用包括其中光学元件是光敏传感器、而另一个元件是诸如发光二极管或者显示器这样的电光元件的系统。因此，该传感器的输出被用作该另一个元件的输入。另外包括的是其中该光学元件被用于接收能量和可选择地用于接收信号、而该另一个元件使用该能量并处理该信号的系统。一个例子是集成在光盘或者卡片中的集成电路，其装备有用于能量和数据传输的光电二极管。在另一个例子中，该光学元件是太阳能电池，而该另一个元件是微处理器，该底板整个地是时钟或者无线电设备等等，并且还装备有所有必要的部件，并且可能地装备有装入来自太阳能电池的能量的可充电电池。这个实施例的优点是双重的：第一，该底板可以具有想要的产品的形状。第二，该导线图形可以被设计为将电损耗减到最小。

对于在该底板中导线的详尽的细节，观察到以下：

本发明的底板中的第一部分可以是与完整的底板一样大小。最小的尺寸来源于连续的光路的需要。该第一部分可以被限制在某个区域中，其中在执行一个以上的成型操作的过程中在该区域中提供该底板，例如借助于带有二个腔室的成型。该第一部分可以在所有方向上受到限制；一个例子是透明的第一部分完全地或者几乎完全地被用不透明的塑料过成型。

借助于一个牺牲层，该导线图形被提供在该底板内，其中该牺牲层在成型操作后被除去。但是，存在若干技巧，借助于这些技巧该导线图形可以被部分地或者完全地嵌入在该底板中。首先，在除去该牺牲层之后可以实现进一步的成型或者涂敷步骤。其次，在该成型步骤之前，该牺牲层可以被实质上从第一区域中除去，而不损坏该导线图形。该导线于是将被提供在第一区域中在该底板之内。该牺牲层的除去可以通过切割来实现，从而分离单独的导线。该牺牲层的一部分可以并将被保留，并且被与该导线一起嵌入进该底板中。第三，有可能使用对该导线图形的钻蚀(underetching)，结合不同宽度的导线。由钻蚀生成的空间将被用该底板的材料填充。该导线图形在被包含到该底板中之前，可以被折叠，以便沿着该底板的第一和第二面提供该导线图形，乃至提供存在于相反侧上的接触装置。

横向偏离的连接装置将被用于接触载体、连接器或者部件。连接装置的例子包括接触焊盘或者用于电耦合的区域、无线连接的天线和用于电容耦合的电容器极板。在使用连接器的情况下，最好是通过过成型将其固定到该底板；在提供该底板之前其被放置在该导线图形上，但是没有完全地嵌入在该底板中。在想要弯曲薄片连接的情况下，通过提供带有一部分弹性材料的底板，这个弯曲薄片可以被集成到该底板中。

在一个优选实施例中，该导线被机械地固定在该底板中。该机械固定被在成型步骤之前实现，其中该导线不是块状，而是具有其它的形状。在第一个例子中，该导线延伸进该牺牲层中，在该层中其具有缩小的直径。这是通过钻蚀实现的。在第二个例子中，该导线具有蘑菇状的形状。这是通过电镀该导线达到这样的程度来实现的，即，该导线在用于提供想要的图形的保护层之上延伸。在第三个例子中，该导线基本上是三层的叠层，并且与上和下层相比，中间层具有不同的直径(特别地，更小)。这个在直径方面的差别例如是通过与其它的层相比较，选择性地蚀刻该中间层的材料来实现的。

进一步优选的是，特别是利用嵌件成型提供该底板的材料或者多种材料的情况下，使用附加的涂层来改善在金属和聚合材料之间的粘附。这样的涂层例如是以烷基丙烯酸酯和丙烯酸的共聚物为基础的。

进一步优选的是，该底板装备有用于机械地附着至少一个外部部件的装置。这样的部件可以是诸如显示器这样的电子部件、诸如镜头这样的光学部件以及诸如外壳这样的机械部件。用于机械附着的装置包括本身已知的空腔、通孔、夹紧装置、允许操作锁扣装置和锁上机构、螺纹等的相应的形状。特别优选的是适合于该外部部件的空腔。

除了该光学元件之外的任何其它元件可以被集成在该底板中，并且被电连接到该导线图形。这些其它元件可以是辅助部件，诸如电阻器、电容器、电感器、滤波器和二极管。但是，诸如显示驱动器集成电路这样的信号处理单元也可以被提供进该底板中。后者设置有关该导线图形的间距的额外要求，其可以被例如用以铝牺牲层和铜导线图形为基础的薄片来满足，其中该图形被用机械方法固定进该底板中。

附图说明

下面将进一步参考附图解释本发明的底板和设备的这些和其它的方面，其中：

图1示出现有技术设备的透视、概略和分解图；

图2示出本发明的设备的透视、概略和分解图；

图3示出在成型之前带有部件的薄片的透视示意图；

图4示出导线图形的布局的概略俯视图；

图5示出底板的透视示意图；

图6示出本发明的设备的一部分的概略剖视图；和

图7-11示出本发明的薄片、底板和设备的第二个实施例的透视示意图。

该附图不是(完全地)按比例绘制，并且在不同的附图中同样的参考数字指的是类似的部分。

具体实施方式

图2示出本发明的设备的透视、概略和分解图。该设备包括具有来源于其应用的三维形状的底板10。在这种情况下，该底板被造型为适于作为移动电话中用户接口侧上的所有部件的机械支撑。为此目的，存在用于扬声器30、外壳40和未示出的按钮的机械附着的孔18和夹紧装置19。导线15的图形存在于该底板10的表面上。发光二极管12、显示驱动器集成电路22和其它元件16被嵌入在该底板10中，并且电连接到至少一些导线15的图形。附着到该底板10上的是显示器20(通过双侧的窄带21)和扬声器40。为了美观，该底板10是由外壳40覆盖的。

图3和5示出在本发明的底板10的制造过程中的二个阶段。在第一个步骤中，提供了包括牺牲层51和导线15的图形的薄片50，其未具体地在图3中示出，而是在图4中示出。在这个例子中，该薄片50包括Al的牺牲层51和Cu的导线。在导线15之上提供了NiAu层以便改善可焊接性。在这个例子中，该薄片是使用蚀刻步骤和切割步骤制备的。在蚀刻步骤中，首先铜层被蚀刻为导线15的图形，例如借助于氯化铁。此后，继续对铝进行蚀刻以生成需要的钻蚀。可以使用氢氧化钠溶液来相对于铜有选择地对铝进行蚀刻。在切割步骤中，牺牲层51被部分地切掉，使得整个轮廓适合期望的底板形状。提供了发光二极管12、显示驱动器集成电路22和其它元件16，其中所述其它元件16在这种情况下是可表面安装的电阻器和电容器。此外，提供了连接器13。该连接器13在末端上装备有钩子，在该末端上其附着到导线图形，以在过成型操作之后确保固定。

图4示出概略的俯视图，其中示出了导线15的图形的布局。从这个图中明显的是，存在两个发光二极管12，其被以相互大约22°的角度放置。在提供底板之后，所发射的光将直接进入该底板，并且将均匀地和完全地照亮位于显示器20之下的该底板的部分。上述的嵌入的一个优点是，可以使用没有封装的、并且没有用于聚焦目的的镜头的发光二极管。但是，也可以使用封装的发光二极管。从这个图中进一步明显的是，用于接触连接器的接触焊盘14被相对于光学元件，即发光二极管12，以及也相对于显示驱动器集成电路22横向偏离。该接触焊盘14具有大于图形15的剩余部分的直径。

图5示出该底板的透视示意图。这个底板是通过以技术人员所公知的方式进行聚碳酸脂嵌件成型而提供的。然后，通过蚀刻除去牺牲层51，并且连接器13的指状物被弯曲。该底板现在是随时可使用的，并且集成进设备100中。显示器20和扬声器30可以附着在侧面上，其中在该侧面上，导线15的图形存在于表面上。

图6示出本发明的设备的一部分的概略的剖视图。这阐明了显示器20与底板10的附着。虽然在这里未示出，但最好是，该底板10伸出以便起到对显示器20机械支撑的作用。该显示器20和底板10被借助于各向异性导电粘合剂29相互附着，该各向异性导电粘合剂29被提供在该底板10的表面的选择区域上。为此目的，该显示器20在存在透明导线(在这个例子中是铟锡氧化物(ITO))的表面上装备有由玻璃制成的边缘28。该粘合剂29或者贯穿该显示器20的玻璃边缘28或者贯穿该底板10被固化。

图7-11示出本发明的第二个实施例的透视示意图。与第一个实施例的第一个区别是显示驱动器22没有集成在底板中，而是附着到显示器20上。另一个区别是其它元件16和连接器13被封装在特定的封装60中。因而，在密封剂的选择方面实现了更多的自由度，从而提供了额外的耐化学性和机械强度。另外，这个封装60装备有空腔61、62，以便改善该机械粘附力。另一个区别是薄片50在其边缘52上弯曲。这改善了到显示器的连接。

图7示出带有元件12、16和连接器13的薄片50。导线15的图形被部分地示出，并且提供了附加的通孔53、54，也就是所谓的定位孔。在这里，该薄片50被弯曲以便生成边缘52。

图8示出在其它元件16和连接器13被部分地过成型以后的薄片50。使用了成型材料聚苯硫醚(polyphenylenesulfide，PPS)。但是，作为选择，可以使用其它的工程塑料。所生成的封装60装备有用于改善机械附着的空腔61、62，并且给出一个形状，使得其并不出现在光路中(？)。

图9示出已经被通过应用第二成型材料而形成的底板10。它装备有用于机械附着的通孔18和空腔。透明材料被用作第二成型材料，在这种情况下是聚碳酸酯，并且发光二极管12被封装在其中。聚碳酸酯与PPS的附着可以通过以下步骤来改善：首先对该PPS进行表面处理，适当地选择PPS的成型以便为其提供机械粗糙的表面，执行将导致两个成型材料之间粘附的热处理等等。

图10从与图9相比的相反侧，示出在牺牲基层51已经被通过蚀刻除去后的底板10。连接其它元件16、二极管12和连接器簧片13的导线被暴露在表面上(虽然未示出)。

图11示出在显示器20被提供到底板10上之后，最终得到的设备100，其中显示驱动器IC22附着到该显示器20。二极管12现在在通过底板10的光路中发光，这导致该显示器20的背光。为了优化这样的光导行为，该底板10装备有适当的表面结构。

Claims (11)

1.一种电绝缘材料的底板，该底板是起到机械支撑作用的印刷电路板，其具有来源于其应用的三维形状，所述底板装备有电导线图形，并且至少一个光学元件被嵌入在所述底板中，所述光学元件电连接到所述导线图形，所述导线图形装备有相对于所述光学元件横向偏离的电连接装置，所述底板的第一部分是透明的，所述第一部分具有透明的、电绝缘材料并且所述第一部分构成到所述光学元件的光路。

2.根据权利要求1所述的底板，其中所述光路存在于所述光学元件和所述底板的表面区域之间，所述底板的表面区域适于安装光电或电光元件。

3.根据权利要求1所述的底板，其中所述光路存在于所述光学元件和光电元件或电光元件之间，所述光电元件或电光元件也被嵌入在所述底板中并且电连接到所述导线图形。

4.根据权利要求1所述的底板，其中：

所述光路存在于所述光学元件和所述底板的表面区域之间，

另一个电气元件电连接到所述导线图形，所述导线图形包括在所述另一个电气元件和所述光学元件之间的相互连接。

5.根据权利要求4所述的底板，其中所述光学元件和所述另一个电气元件中的一个是光敏元件，而另一个是电光元件，第二光路存在于所述另一个电气元件和所述底板的表面区域之间。

6.根据权利要求1或2所述的底板，其中所述导线图形至少部分地被提供在所述底板的表面上并且装备有接触焊盘，所述接触焊盘用于建立与将被装配在所述底板的表面上的元件的电接触。

7.根据权利要求6所述的底板，其中所述导线图形被机械地固定在所述底板中。

8.根据权利要求1所述的底板，其中所述底板具有三维形状，其包括用于将至少一个外部部件机械地附着到所述底板上的装置。

9.根据权利要求8所述的底板，其中所述装置包括适合于所述外部部件的空腔。

10.一种电子设备，其包括如前述权利要求中的任何一个所述的底板、以及附着到所述底板的表面上的光电或电光元件。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述嵌入的光学元件是发光二极管，而所述电光元件是显示器，并且其中所述发光二极管被用作所述显示器的背光，所述光路存在于它们两者之间。

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