专利名称：用于含有平面与非平面部分的划线线丝线路图案的改进方法;由这些方法制作的改进的 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及划线线路板(Wire-scribed circuit board)与它们的制作方法。本发明更详细地涉及一种把传导丝粘接在电介质衬底上以形成兼有平面与非平面部分的线丝线路图案(filament circuit pattern)的改进的装置与方法及由此构成的互连卡、智能卡或光纤线路卡。
在制造与装配电气与电子单元时，长期以来使用接线板以互连电子元件。这些“互连”板或卡有一个装有许多电子元件的绝缘衬底，这些电子元件可以是集成电路块，或其它类型的电子、电-光或光元件，装配在绝缘衬底上，同时用传导路段图案把各元件互相连接起来。
日期均为1972年7月4日的美国专利号3674602与3674914，各描述了一种制作互连卡的方法。根据这些方法，把一块衬底固定在真空台上。然后使用导线分配与粘接头根据预先选定的平面线路图案把导线布设在衬底的表面上。这种方法称为“划线(wire-scribing)”。
一层层压在衬底表面上的粘接薄膜把导线固定在衬底上。当导线与衬底接触时，由粘接头发射的能量激励薄膜，使导线粘接在衬底上。
在划线期间热收缩粘接把线丝接合在装有元件的表面上。在连接点，如果有电绝缘的话加以清除。然后，把导线压紧在元件的表面上。同时，施加热能把导线熔接在元件上。
然而，在热收缩粘接期间，在一段导线自己重叠或与另一段导线重叠(“交叉”)处，应力可能如此严重，高达12MPa，以致使导线断裂。事实上，授与Luke等的日期为1996年1月9日的美国专利号5483603描述了一种自动光检查划线线路板以探测断线的系统与方法。与此类似，在划线期间光线丝上的应力增加断线与“微弯曲”(一种引起光纤传输信号减弱的情况)的可能。
一种标识卡，按国际标准组织(ISO)在ISO 7810中的定义是“[a]识别它的持有者与发行者的卡，可记载作为输入用于卡的预期用途与据此交易的需要的数据”。有些标识卡包括一个集或电路因而称为“集成电路卡”或“智能卡”。更一般地说，智能卡指的是任何便携式的卡状器件，包括一个或多个电子元件，即有源元件例如集成电路、晶体管与二极管，与无源元件例如电阻、电容与电感。集成电路可形成在一块集成电路芯片与/或印刷电路板或划线板上，而此芯电或电路板依附在智能卡上。智能卡可用于繁多的应用，例如预付“记帐”卡(例如电话卡，运输过境卡，电子购货卡)、用户卡(例如银行ATM卡，信用卡，销售点卡)、忠实计划卡(例如频繁飞行卡)、安全进入与识别卡、健康保险与服务卡(带有供选的保护存贮器)、GSM(欧洲蜂窝电话全球系统管理)卡与编码/译码卡。更一般地说，智能卡是一种互连卡。
智能卡同一个阅读/书写装置一起使用，后者包括一个外部接口，用于向智能卡或从智能卡传输信息。接触型智能卡有一个嵌入在塑性材料的中心内层的集成电路(“IC”)，它以这样的方式组成卡，即IC的通常镀金的触点暴露在一个表面。在此接触式智能卡中没有嵌入的导线回路(天线)。在使用中，此卡插入一个外部接口使卡上的触点实际接触此外部接口内的触点，从而使卡得以与外部接口之间互相联系。以此方法，例如，可把数据值加到卡内，或可为一个特定交易记入一个固定值。
“无接触”智能卡有导线回路，与IC连接，全部嵌入在卡的塑料体内。当使它接近阅读/书写装置时，来自此装置的一个无线电频率(RF)信号在起天线作用的导线回路中感应一个小电流。而此电流开动了IC开关，使用天线把它自己的信号传回至阅读/书写装置。因此，不需要IC与装置(外部接口)之间的物理接触以建立一个通信联络。
已有人提出了第三类智能卡，称为“联合”智能卡，应用于或者“接触”或者“无接触”模式。此联合式智能卡兼有接触式智能卡与无接触式智能卡的特征。类似于接触式智能卡，联合式智能卡在卡的塑料体内嵌入一个IC使它的触点暴露在卡的表面。又类似于无接触式智能卡，联合式智能卡有一个导电回路，即一个天线，全部嵌入在卡的塑料体内。然而，在联合式智能卡中，IC与嵌入天线电气上互相连接。
智能卡通常有一个或多个保护IC的印刷外层或“表皮”。这些表皮层压在内层以保护丝线路图案。然而，此覆盖层必须产生光滑与均匀的外观、公差为几微米的智能卡。ISO标准10536要求无接触式智能卡的最大总厚度为760微米±10％。因此，这种高质量成品可接着印刷高度个性化的信息，例如数字化肖像。
因此，智能卡应用要求带有绝缘涂层的细导线。由于丝线路嵌入在内层中，因而内层必须至少同丝的外径一样厚。为此需要使用细导线。而且，必须在导线与电气元件包括半导体器件之间形成电连接之前清除导线绝缘。要求薄绝缘涂层以涂层而不损坏细导线。
导线通常带有一个电介质材料的绝缘层以避免导线间发生不希望有的电连接(“短路”)。而且，绝缘层还增加了导线的韧性从而帮助避免断裂。因此，在划线应用中，绝缘涂层有利地伸长而不断裂，甚至在高达12MPa应力下。
在电气系统中，塑料与合成橡胶常起电气绝缘的作用，起结构加强部件的作用，或经常作为这些作用的联合。用于这些应用的一类材料是热塑性塑料。这些材料可通过加热使之软化而当冷却时返回它们的硬化状态。在用作电气绝缘的常用热塑性树脂中有聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚四氟乙烯与聚酰亚胺。其它电气绝缘材料为热固性树脂。示出例子包括橡胶化合物、硅橡胶、氯丁橡胶、环氧树脂与聚氨酯。这些材料在加热情况下不软化，在某些应用中是有利的。
聚酰亚胺绝缘层导线常用于制作划线电路板，因为它们有好的机械与电气性能的平衡。聚酰亚胺可通过芳族二酸酐同芳族二胺或芳族二异氰酸酯的缩聚反应而形成。这些材料大力地抵抗热退化，在真空与超过500℃下保持热稳定。在60Hz下介电性能在3.3至3.5范围。更重要的是，涂有聚酰亚胺绝缘的导线十分结实。例如，一段涂有0.023mm厚聚酰亚胺绝缘层的#38美国线规(AWG)铜线(线芯直径0.1mm)典型地呈现约545g的最终拉伸强度，而拉断发生前的延伸率为它的初始长度的约117％。
然而，在制作划线电路板时使用聚酰亚胺可能是不利的。由于聚酰亚胺涂层承受温度高达900°F，因此通过热收缩粘接使导线与元件接合是困难的。要求的较高温度常损坏附近的电气元件。
划线用的绝缘材料的一个好得多的材料是聚氨酯。聚氨酯可通过一个或多个多羟基化合物(典型为乙二醇或糖)同化学计算数量的双官能异氰酸酯的反应而形成。具有覆盖软合成橡胶至刚性固体的宽性能范围的聚氨酯，可通过调节分子量与羟基成分的组合而制成。聚氨酯涂层具有出色的薄膜机械性能、高的硬度与挠性。其它的有利特性包括低温固化与对各种衬底的粘接性。在60Hz下介电性能在3.0至3.5范围。更重要的是，聚氨酯绝缘涂层在正常焊接温度下例如600°F至650°F之间可清除。
但是，聚氨酯涂层导线不结实。例如，一段涂有商品级的聚氨酯绝缘层(厚度0.018mm)的#38 AWGT导线典型地具有263g的最终拉伸强度而拉断时的延伸率为它初始长度的20％。商品级的聚氨酯涂层导线在制作期间可能断裂，尤其在粘接应力可达到12mPa的交叉处。
为避免现有技术的这些限制，可避免交叉跨接。例如，PCT申请DE 95/00416描述导线圈装配在一个单一装置X-Y平面内的制作用于智能卡用途的划线线路的方法。这个方法严重地限制了可形成的丝线路图案的类型与复杂性。
因此，本发明的一个目的是提供一种通过降低制作期间线丝的应力以避免丝断裂与类似事故发生的制作划线线路的方法。
本发明的另一个目的是提供一种不使用厚的、高性能的绝缘层的制作划线线路的方法。
本发明的一个附加目的是提供一种不使用难以清除的绝缘层的制作划线线路的方法。
本发明的又一个目的是提供以一个或多个基本上没有应力的交叉制作的划线线路。
本发明的又另一个目的是提供不需要带有厚、重的聚酰亚胺绝缘涂层以经受制作工艺的布丝的划线线路板。
本发明的再另一个目的是提供带有薄的聚氨酯绝缘涂层的经丝的划线线路板。
本发明的又再一个目的是提供具有光滑与均匀的外观使它们接着可印刷例如数字化肖像的智能卡。
通过查阅下面的说明与权利要求书，对于本领域的技术人员，本发明的这些与其它目的将明白易见。
在一方面，本发明涉及一种在电介质衬底上面或其附近形成含有平面与非平面部分的预先选定的线丝线路图案的方法。一段预先选定长度的连续的传导线丝划线在衬底表面上或其附近的一个与衬底表面平行的平面内使由划线长度的线丝形成线路图案的一个平面部分。线路图案的一个非平面部分通过放置一段连续于先前刚划线的线丝长度的下一个预先选定长度的连续线丝形成，使此下一个预先选定长度的线丝横过但不与一个预先选定的表面或衬底表面的特征部分形成粘接。然后，把一段下一个预先选定长度的连续线丝划线在表面上或其附近以形成线路的另一个平面部分。此下一个预先选定的线丝长度接近于形成线丝线路的非平面部分的线丝的长度。
在另一方面，本发明涉及一种在电介质衬底的一个表面上或其附近形成一个含有平面与非平面部分的线丝线路图案的方法。一段预先选定长度的连续的传导线丝划线在衬底表面上或其附近的一个平行于衬底表面的平面内，使用划线长度的线丝形成线路图案的一个平面部分。通过把一段下一个预先选定长度的连续线丝嵌入在衬底内以形成线路图案的一个非平面部分，使线路图案的一个未来的平面部分可横过此嵌入的非平面部分但不与此嵌入长度的线丝接触或粘接。此下一个预先选定的线丝长度接近于先前刚划线的线丝的长度。然后，一段下一个预先选定长度的连续线丝划线在衬底表面上或其附近以便在一个平行于衬底表面的平面内形成线路的另一个平面部分，使此下一个预先选定长度的线丝横过但不与非平面部分的一个选定部分接触或粘接。再次，此下一个预先选定的线丝长度接近于嵌入的线丝的长度。
在又一方面，本发明涉及一种划线板及其制作方法。一段连续的线丝粘接在一个电介质衬底上以形成一个纤维线路图案。线丝线路图案的一个平面部分划线在衬底表面上或其附近的一个平行于衬底表面的平面内。线丝线路图案的一个非平面部分这样划线使线丝横过但不与一个预先选定的表面或衬底表面的特征部分形成接触或粘接。
在又另一方面，本发明涉及一种划线板及其制作方法。一段连续的线丝粘接在一个电介质衬底上以形成一个线丝线路图案。线丝线路图案的一个平面部分划线在衬底表面上或其附近的一个平行于衬底表面的平面内。线丝线路图案的一个非平面部分这样划线使线丝嵌入在一个预先选定的平面的衬底表面的特征部分的下面。线路图案的另一个平面部分这样布置使线丝横过但不与线路图案的先前划线的非平面部分的一个预先选定部分接触或粘接。
在再一方面，本发明涉及一种互连板及其制作方法。一段连续的线丝粘接在一个电介质衬底上以形成一个线丝线路图案。线丝线路图案的一个平面部分划线在衬底表面上或其附近的一个平行于衬底表面的平面内。线丝线路图案的一个非平面部分这样划线使线丝嵌入在一个预先选定的平面或衬底表面的特征部分的下面。线路图案的另一个平面部分这样划线使线丝横过但不与线路图案的先前划线的非平面部分的一个预先选定部分接触或粘接。电的、光的或电-光的元件装配在衬底上并与线丝线路连接。
在又另一方面，本发明涉及一种智能卡及其制作方法。线丝线路图案装配在一个具有顶面与底面的电介质衬底上。此线丝线路图案有一个装配在平行于衬底顶面的平面内与在此顶面上或其附近的平面部分，与一个在衬底顶面上或其附近这样放置线丝使它横过但不与衬底顶面的特征部分的一个预先选定部分接触或粘接而形成的非平面部分。电子元件也装配在衬底上并与线丝线路图案电连接。一对电介质材料的外层分别覆盖在衬底的顶面与底面上，使线丝线路图案定位在这对外层之间。
在再一方面，本发明涉及一种用于形成含有平面与非平面部分的位于电介质衬底的一个表面上或其附近的线丝线路图案的装置。连续的传导线丝、衬底或二者具有能通过施加能量加以激励的粘接剂表面。提供一个能向划线头分配线丝的导线供料器。一个与导线供料器有联系的供料器控制器调节分配线丝的速率。一个执行器装配相对于衬底横向与垂直方向运动划线头。一个导线引导器，由划线头支持，初始从导线供料器接收线丝的一个未粘接端，并在此后支持线丝。随着导线供料器向导线引导器分配线丝的长度，而后由导线引导器把这些长度的线丝分配到衬底的表面。一个触针，同样由划线头支持，向衬底布设未粘接端与/或分配长度的线丝。一个换能器，也由划线头支持，向线丝或衬底施加能把线丝粘接在衬底上的能量。一个电源向换能器供给能激励粘接剂表面的能量。一个功率调节器控制为激励粘接剂而施加能量的数量与类型。一个与执行器装配联系的定位控制器相对于衬底移动划线头。
随着在下面参照附图与权利要求书的说明中对本发明作更充分的描述，本发明的附加的特点与优点将变得明白易见。这些说明纯粹是例证性的而非限制性的。
下面简要说明附图。
图1是一个用于制作三维划线线路板的装置的示意图。
图2a是一个划线线路板一部分的平面图，其中一段线丝固定在一个衬底上。
图2b是一个图2a中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示在一个线丝线路的划线期间线丝与衬底的进一步粘接。
图2c是一个图2a中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示在线丝线路的先前划线部分上面的一部分线丝的放置。
图2d是一个图2a-c中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示在大部分线丝线路上面放置一部分线丝之后的粘接过程的继续。
图2e是一个图2a-2d中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示划线过程的继续。
图2f是一个表示划线线路板一部分的平面图，表示衬底的一个凹槽上面的一部分线丝的放置。
图2g是一个表示划线线路板一部分的平面图，表示衬底的一个凸起特征上面的一部分线丝的放置。
图3a是一个划线线路板一部分的平面图，其中一段线丝粘接在一个衬底上。
图3b是一个图3a中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示在一个线丝线路的划线期间线丝与衬底的进一步粘接。
图3c是一个图3a与3b中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示在线丝线路的先前划线部分下面的一部分线丝的放置。
图3d是一个图3a-3c中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示在大部分线丝线路下面放置一部分线丝时的粘接过程的继续。
图3e是一个图3a-3d中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示通过重新开始在衬底表面上划线的粘接过程的继续。
图3f是一个图3a-3e中所示的划线线路板的相同部分的平面图，进一步表示通过在嵌入线丝部分上面划线附加线丝部分的粘接过程的继续。
图4是一个根据本发明形成的一个交叉的顶视图。
根据本发明，提供一种形成含有平面与非平面部分的线丝线路图案及由此构成的互连卡、智能卡或光纤线路卡的装置与方法。
互连卡、智能卡与光纤线路卡含有划线并粘接在一个绝缘衬底上的线丝线路。许多划线的传导线丝形成线丝线路图案。每根线丝从一端至另一端、一段接一段地连续划线并粘接在衬底上，直至整个线丝线路图案划线完成。衬底表面上可存以电的、电-光的与光的元件。
可使用任何传导的线丝，包括导电与导光的线丝。例如，可使用诸如铜线的金属导线。围绕线丝可提供绝缘。
在一部分线丝被设计为横过另一部分线丝(“交叉”)的地方，金属导电线丝需要绝缘以避免不希望有的电连接。对于光导线丝绝缘不是必需的。
粘接剂涂层与一层或多层底层绝缘(如果有的话)应当可清除。通过清除绝缘与/或粘接剂以完成划线的线丝与元件之间的电连接。因此，粘接剂涂层与绝缘层应能清除而不损坏线丝或粘接着线丝的衬底表面。最好，绝缘是一种在正常焊接温度下可容易地清除的热塑性材料。
衬底构成互连卡的一个基底并提供结构强度与支持。可使用任何常规的衬底。例如，衬底可包括(i)一个带有或不带有经刻蚀的电源与接地导体箔等等的线路衬底，或(ii)一个电子互连板，包括离散的接线电路板，标准的印刷电路板，多层电路板，一个装有元件的电路板，或一个在任何其它构造阶段的电路板。衬底可由任何电介质材料包括酚醛-纸层压制品、环氧-纸层压制品、环氧-玻璃层压制品、环氧-玻璃合成物层压制品、聚酰亚胺层压制品、三嗪树脂层压制品及其它具有合适的热与电性能的基底材料。衬底材料应具有足够的刚性、强度与厚度以满足最终的互连板的要求。
划线要求衬底或线丝有一个能量可激励的粘接剂表面。线丝或衬底可由一种具有这些性能的材料构成。或者，线丝或衬底可带有一个粘接剂涂层。划线粘接剂为本领域内所周知，并已被描述在Schonberg等人的美国专利号4642321，Rudik等人的美国专利号4544801，与Friedrich等人的美国专利号5340946中。可在衬底上涂覆一个可激励的粘接剂层，例如一种局部熟化的热固性树脂，当它被加热时，变为有延展性，且当短时加热时提供粘接结合。或者，对线丝提供粘接剂涂层。
图1描述根据本发明的一个装置的实施例的示意图。一个机电供线机构32适于向一个划线头20分配一段线丝102。供线机构32可包括一个供料器电动机34，它同一个主动轮或称驱动轮36耦合。主动轮36制成带有一条槽26，此槽做成对线丝102为紧容隙。放置精密轴承38把线丝压向划线头20。当供料器电动机34开动时，主动轮36旋转并迫使线丝102运动进入划线头20的线丝引导器22。在供料器电动机34是一个直流电动机的场合，将以正比于施加的直流电压的速度供给线丝。
划线头20有一个前面提到的线丝引导器22，与一个触针24，及一个粘接换能器50。线丝引导器22与触针24最好制成带有槽，这些槽做成对线丝的外径为紧容隙。线丝102从供线机构32通至线丝引导器22，然后在触针的槽26下面出现。触针尖端与线丝引导器的槽防止线丝的位置偏离正确路径。换能器50定位在触针尖端24附近并对分配的线丝102或附近的衬底106施加能量。此能量至少能把分配的线丝部分粘接在衬底上。
常用于激励粘接剂表面的能量在幅值与强度上应是可控的。能量水平应足以激励粘接剂，但不损坏线丝102与衬底106表面。可使用热、压力、超声波、激光或辐射能源或它们的组合。例如，也可使用一种溶剂，引向一部分粘接表面以化学激励粘接剂。或者，可把加热的或过热的气体例如空气引向涂层以提供热能使激励粘接剂。
图1图解说明一个优选的超声波换能器装置。换能器装置50有一个螺线管52，它激励一个位于螺线管52中心的磁致伸缩换能器54，使当对螺线管52施加电流时换能器54以谐振频率机械振荡。换能器54的机械运动传递至固定在换能器54上的触针尖端24，使尖端24振荡。尖端振荡的幅值与施加于螺线管52的电流幅值成正比。尖端24由套管28或其它支持件刚性支撑使防止偏离正确位置。
可使用任何常规的控制器以调节为激励粘接表面而施加的能量。
执行器装配60沿三根正交轴线彼此相对地运动划线头20与衬底106。对此场合常规的运动平台典型地为适合液压或气动执行器围绕它们各自的轴线可旋转地运动。应当了解，衬底或线丝或二者可固定在这些运动平台上。或者，固定在运动平面上的衬底只能沿2个方向(X与Y)运动，而划线头沿(Z)轴运动。因此，划线头相对于衬底能沿3个轴(X，Y，Z)位移。可使用用于三维运动的任何常规装置。
优选地，执行器装配60沿横向与垂直方向运动划线头20。更好地，执行器装配60彼此独立地运动触针24与线丝引导器22。例如，当粘接剂对压力敏感时，执行器装配60优选地调节由触针24施加在线丝上的压力。一个电子的或气动的系统62定位划线头20包括触针尖端24并控制施加的压力以压紧紧靠衬底106的线丝。此外，一个悬挂装置64可按划线工序的要求升高或降低线丝引导器。
根据上述优选实施例，触针尖端24起始停在一个与线丝引导器22大致相等的水平上。在划线过程中，导线供料机构32开动使分配一部分线丝102。触针尖端24降低把线丝102压紧在衬底106上。定位线丝引导器22使线丝102陷在触针尖端24的槽26内。磁致伸缩换能器54通电以便施加能量从而把线丝104粘接在衬底106上。
然后衬底106与纤引导器22按预先选定的图案彼此相对地运动。导线供料器32与线丝引导器22把预先确定量的线丝102分配到衬底上以形成线丝线路。选择地开动换能器装配50把线丝104粘接在衬底106上。
在终点，可使用导线截断器30切断线丝。
在连接点，可使用换能器50把线丝104熔接在半导体装置112或其它电的或光的元件上。
当横过一个凹入特征例如一个空腔108、一个凸起特征例如一个装配座或另一段导线110时，工作过程的顺序可按下列方式进行首先，控制器56降低为粘接线丝102与衬底106而施加的能量。例如，把超声波能源58关断或转换至空载状态，并减小为保证线丝102与衬底106之间的紧密接触而由触针24施加的压力。划线头20也沿Z轴方向离开衬底106升高一段距离。
第二，把划线头20驱动至障碍物108或110以上的一个固定的Z轴高度。当划线头20向上运动时，向供料器电动机施加直流电流以分配线丝102，然后划线头20横过障碍物108或110。以此方式，根据障碍物108或110的尺寸控制分配的线丝102的长度与划线头20的位移。
在横过障碍108或110之后，划线头20沿Z轴方向朝衬底106表面下降直至线丝102与衬底106接触且触针24在其上施加压力。给超声波能源58供能并按前面已描述过的顺序继续进行直至粘接好线丝104与完成线丝线路及开动载断器。
现在参看图2a-2g，在用例如图1中所示的装置10把线丝102划线到衬底106上时，衬底106固定在一个工作台68上并与划线头20相联系。衬底106相对于划线头20的运动最好由自动化装置例如计算机66控制。划线头20可静止而工作台68可沿3个方向运动。或者，划线头20可沿所有3个方向运动而工作台68静止。划线头20与工作台68也可都沿3个方向运动。
图2a-2g图解说明用于形成一个带有其中含有平面与非平面部分的线丝线路图案100的互连卡的相继步骤。如图中所示，本发明使能划线线丝线路图案划线而降低施加于交叉107处线丝的的应力。本发明还使能跨越预先存在的凸起特征110，例如座与接触图案，而划线线丝线路图案100。
图2a中表示一个在划线过程的初始步骤期间的互连卡114。此互连卡114包括一个带有粘接在其表面上的线丝104的衬底106。衬底106可包括许多凹入特征108，例如预钻的孔、槽、腔或类似物。衬底106表面上也可提供座、触点图案或其它凸起特征110。
一旦线丝104已如上面所述划线并粘接在衬底106上，被这些线丝104占据的那部分衬底表示为“第一预分配区域”116。含有或被分配含有凹入特征108或凸起特征110的衬底区域也可表示为第一预分配区域116。当后继的线丝可能横过先前划线的线丝时，这些后继划线的线丝不直接粘接在衬底106上。
参看图2b，划线触针24与衬底106在一个平行于衬底106表面的X-Y平面内彼此相对运动，从而把线丝104分配并粘接到衬底106的表面上。当触针24到达衬底106上的一个第一预分配区域116的前缘118时运动停止。触针24沿Z轴方向，该Z轴方向正交于由衬底表面确定的X-Y平面，从衬底106表面升起一段距离。
如图2c中所示，然后触针24与衬底106彼此相对运动，同时分配线丝102。在此步骤期间，可不施加为激励粘接剂的激励能量。以此方式，后继划线的线丝102可横过先前粘接的线丝104而不同它们接触也不同它们粘接。
参看图2d，一旦触针24到达衬底106上的第一预分配区域116的后缘120，触针24再次沿Z轴方向运动使线丝102与衬底106的表面接触。重新开始施加能量以激励粘接剂从而把线丝104粘接在衬底106的表面上。如图2e中所示，触针24与与衬底106彼此相对运动而把线丝104分配并粘接到衬底106上。此过程继续直至形成一个完整的线丝线路图案100。
如图2f中所示，可应用上述程序以划线一段跨越衬底106的包括孔、槽、空腔或类似物108的区域的不粘接线丝102。图2g表示应用相同的程序以划线一段距越衬底106的一个带有一个凸起特征110例如座或触点图案的区域的线丝102。
图3a-3f图解说明用于形成这样一个互连卡114的连续步骤，此卡含有线丝线路图案100的非平面部分，包括沿Z轴方向在由衬底106表面确定的X-Y平面以下埋入衬底106的线丝长度105。如图描述，本发明能够划线线丝线路图案100而降低施加在交叉107处线丝的应力。本发明还能使线丝线路图案100进入衬底106的凹入特征108。
图3a中表示一个在划线过程的初始步骤期间的互连卡114。线丝102被供料到衬底106上。划线触针24沿Z轴方向朝衬底106表面运动使线丝102与衬底106表面互相接触。与此同时或之后，对线丝102或对衬底106式对二者施加能量以激励粘接表面。以此方式，把线丝104粘接在衬底106的表面上。
参看图3b，划线触针24与衬底106彼此相对运动，同时把线丝102分配到衬底106的表面上。随着线丝102与衬底106表面相接触，线丝被粘接在衬底表面上，如上面所述。
衬底106的各区域可表示为“第二预分配区域”122。这些区域可包括交叉107。在衬底106上的第二预分配区域122的前缘124处，触针24与衬底106彼此相对运动停止。然后触针24与衬底106沿Z轴运动使互相靠近。
参看图3c，触针24以受控与预先选定的方式沿Z轴向下运动以嵌入线丝105到衬底表面以下。在此步骤期间，可加大为激励粘接剂的激励能量。然后，触针24与衬底106可沿X与Y轴方向彼此相对运动。
参看图3d，一旦触针24到达衬底106上的第二预分配区域122的后缘126，触针24与衬底106沿Z轴方向彼此相对运动使线丝102同衬底106表面相接触。重新开始施加能量以激励粘接剂从而把线丝104粘接在衬底106表面上。如图3e所示，触针24与衬底106彼此相对地运动同时把线丝104分配并粘接在衬底表面上。此过程继续直至形成一个完整的线丝线路图案100。
如图3f所示，可把一段第二线丝104放置在嵌入的线丝105的上面，那些线丝105先前粘接在一个位于衬底106表面以下的第二平面上。但是，在第二线丝104与嵌入线丝105交叉的那些点处，不终止为激励粘接剂表面的施加能量，代之以把第二线丝104粘接在嵌入线丝105的上面。以此方法，第二线丝104保持在与线丝线路图案100的大多数相同的X-Y平面内，交叉跨越嵌入线丝105。
图4是一个根据本发明形成的一个交叉的顶视图。第一导线104如上所述粘接在衬底表面上。第二导线104从线A至线B与第一导线相似地粘接在相同的X-Y平面内。在表示第一预分配区域116的前缘118的线B处，触针24与衬底106沿Z轴方向彼此离开。触针24从线B运动至表示第一预分配区域116的后缘120的线C处，从而分配附加的线丝102。在线C处，触针24与衬底106沿Z轴彼此靠近。施加能量以激励粘接剂从而把线丝104粘接在衬底106表面上。然后触针24与衬底106在X-Y平面内彼此相对运动从而把线丝104分配并粘接到衬底106表面上，如上面所述。照此过程，形成一个三维的线丝线路。
如同上面的图解与说明，本发明可通过各种实施例而实现。本发明，就其较广阔的各方面，不限于本文中表示与说明的特定实施例。可由此出发在伴随的权利要求范围内作出改变而不违背本发明的原理，且不损害它的主要优点。
权利要求
1.一种在电介质衬底的表面上或其附近形成含有平面与非平面部分的线丝线路图案的方法，此方法包括(a)在一个平行于衬底表面的平面内与在衬底的一个表面上或其附近划线一段预先选定长度的连续的传导线丝，使由划线的线丝长度形成线路图案的一个平面部分；(b)通过放置一段连续于先前刚划线的长度的下一段预先选定长度的连续线丝，使此下一个预先选定长度的线丝横过但不与预先选定的衬底表面或构成衬底表面一部分的特征相粘接，以形成线路图案的一个非平面部分；(c)在一个平行于衬底表面的平面内与在衬底的一个表面上或其附近划线一段连续于形成线丝线路的非平面部分的线丝长度的下一个预先选定长度的连续线丝，以形成线路的另一个平面部分。
2.权利要求1的方法，其中形成衬底表面一部分的预先选定的特征是一个从包括座、触点图案、孔、槽、腔、凸起特征、先前划线的线路图案的平面部分、与线丝终点的组中选择的特征。
3.权利要求1的方法，还包括一个重复步骤(b)与(c)的步骤(d)，直至完成线丝线路。
4.权利要求3的方法，其中线路图案的至少一个非平面部分的线丝长度横过但不与另一个先前形成的线路图案的非平面部分相粘接。
5.权利要求1的方法，其中步骤(a)与(c)还包括提供给衬底或线丝或二者能通过施加能量被激励的粘接表面。
6.权利要求1的方法，其中衬底或线丝或二者带有能通过施加能量加以激励的粘接表面，且其中划线步骤(a)与(c)包括向线丝引导器供给线丝，并彼此相对地运动线丝引导器与衬底，使把某一长度的线丝由线丝引导器按线丝线路图案分配到衬底表面上；与此同时或之后施加能够激励衬底与/或线丝的粘接剂表面以形成预先选定的线路路径的能量，使线丝按线丝线路图案粘接在衬底上。
7.权利要求6的方法，其中步骤(b)包括中断施加能量使线丝不与预先选定的衬底表面或构成衬底表面一部分的特征粘接；沿垂直于由衬底表面确定的平面的Z轴方向运动线丝引导器与衬底使彼此分离；通过在一个平行于由衬底表面确定的平面的平面内彼此相对地运动线丝与衬底使线丝横过预先选定的衬底表面或构成衬底表面的一部分的特征，同时向线丝引导器供给线丝，使分配下一个预先选定长度的连续线丝跨越但不与预先选定的衬底表面或构成衬底表面的一部分的特征接触；与沿Z轴方向运动线丝与衬底使彼此靠近直至线丝引导器定位于由线路图案的平面部分所确定的平面内。
8.权利要求6的方法，其中施加能量的步骤包括施加一种从包括热、超声波、压力与它们的组合的组中选择的形式的能量。
9.权利要求8的方法，其中施加能量以激励粘接剂表面的步骤包括把此表面加热到约90°F至约160°F的温度范围。
10.权利要求8的方法，其中施加能量以激励粘接剂表面的步骤包括对此表面施加超声波能量。
11.权利要求8的方法，其中施加能量以激励粘接剂表面的步骤包括对此表面施加级别在约1MPa与12MPa之间的压强。
12.权利要求6的方法，其中线丝引导器相对于衬底运动。
13.权利要求6的方法，其中衬底相对于线丝引导器运动。
14.一种在电介质衬底的一个表面上或其附近形成含有平面与非平面部分的线丝线路图案的方法，此方法包括(a)在衬底的一个表面上或其附近划线一段预先选定长度的在平行于衬底表面的平面内的连续的传导线丝，使由划线的线丝长度形成线路图案的一个平面部分；(b)通过在衬底内嵌入一段连续于先前刚划线长度的下一段预先选定长度的线丝而形成线路图案的一个非平面部分，使线路图案的平面部分内的一段长度的线丝可横过嵌入的非平面部分而不与嵌入的线丝长度接触或粘接；(c)在衬底的一个表面上或其附近划线一段连续于嵌入的线丝长度的下一个预先选定长度的线丝以便在平行于衬底表面的平面内形成线路的另一个平面部分，使此下一个预先选定长度的线丝横过但不与非平面部分的预先选定部分接触或粘接。
15.权利要求14的方法，还包括一个重复步骤(b)至(c)的步骤(d)，直至完成线丝线路。
16.权利要求14的方法，其中衬底或线丝或二者带有能通过施加能量加以激励的粘接剂表面，且其中划线步骤(a)与(c)包括向线丝引导器供给线丝，同时彼此相对地运动线丝引导器与衬底，使把某一长度的线丝由线丝引导器按线丝线路图案分配到衬底表面；与与此同时或之后施加能激励衬底与/或线丝的粘接剂表面以形成预先选定的线路路径的能量，使线丝按线丝线路图案粘接在衬底上。
17.权利要求16的方法，其中衬底是热塑性塑料，且其中步骤(b)包括把线丝引导器附近的一部分衬底加热至温度在约为衬底的玻璃转化变温度与约为衬底的熔化温度之间；与向线丝引导器供给线丝，同时彼此相对地运动线丝引导器与衬底并同时对某一长度的分配线丝施加压力，使此长度的线丝嵌入在衬底平面以下的预先选定的位置上。
18.权利要求17的方法，其中衬底是聚氯乙烯，而其中加热是加热至在约100°F与150°F之间的温度。
19.一种由连续的线丝在电介质衬底的一个表面上或其附近形成一个含有平面与非平面部分的线丝线路图案的方法，所述方法包括(a)在衬底的一个表面上或其附近划线一段预先选定长度的在平行于衬底表面的平面内的连续的传导线丝，使由划线的线丝长度形成线路图案的一个平面部分；(b)通过选择地设置一段连接于先前刚划线长度的下一个预先选定长度的连续线丝而形成线路图案的一个非平面部分，使得下一个预先选定长度的线丝(1)横过但不与一个预先选定的衬底表面或构成衬底表面的一部分的特征相粘接，或(2)嵌入在衬底内使线路图案的平面部分内某一长度线丝可横过此嵌入的非平面部分而不与嵌入的长度的线丝接触或粘接；与(c)在衬底的一个表面上或其附近划线一段连续于形成线丝线路的非平面部分的线丝长度的下一个预先选定长度的连续线丝以形成线路的另一个平面部分。
20.权利要求19的方法，还包括一个重复步骤(b)至(c)的步骤(d)，直至完成线丝线路。
21.权利要求19的方法，其中构成衬底表面的一部分的特征是一个从包括座、触点图案、孔、槽、凸起特征、跟同一或另一线丝的交叉、与线丝终点的组中选择的特征。
22.一种划线板包括电介质衬底；与由传导线丝确定的连续线丝线路图案，此图案有一个划线在衬底的一个表面上或其附近的平面部分，与一个这样划线使得线丝横过但不与一个预先选定的衬底表面或构成衬底表面的一部分特征接触或粘接的非平面部分。
23.权利要求22的划线板，其中构成衬底表面的一部分的预先选定的特征是一个从包括座、触点图案、孔、槽、腔、凸起特征、先前划线的线路图案的平面部分、与线丝终点的组中选择的特征。
24.权利要求22的划线板，其中预先选定的区域是一个带有从包括座、触点图案、孔、槽、凸起特征、先前划线的线路图案的平面部分的一部分、与线丝终点的组中选择的特征的衬底区域。
25.权利要求22的划线板，还包括通过放置线丝使此线丝横过但不与先前划线的线路图案的非平面部分接触或粘接而形成的线路图案的另一个非平面部分。
26.权利要求22的划线板，其中电介质衬底是一个聚氯乙烯材料的衬底。
27.权利要求22的划线板，其中线丝是一个带有聚氨酯绝缘涂层的导电线丝。
28.权利要求27的划线板，其中聚氨酯绝缘层厚度不大于约0.018mm。
29.一种划线板包括电介质衬底；由传导线丝确定的连续线丝线路图案，此图案含有(1)一个划线在平行于衬底表面的平面内的线丝线路图案的平面部分，(2)一个形成为使非平面部分的线丝嵌入在衬底平面以下的线丝线路图案的非平面部分，与(3)另一个线路图案的平面部分，如此形成使线丝横过但不与先前划线的线路图案的非平面部分的一个预先选定的部分接触或粘接。
30.一种互连板包括根据权利要求22的带有含有平面部分与非平面部分的线丝线路图案的划线板；固定在划线板上并与板上的线丝线路图案有工作联系的元件。
31.权利要求30的互连板，其中元件是从包括(1)电元件，(2)光元件，与(3)电-光元件的组中选择的元件。
32.一种智能卡包括具有一个顶面与一个底面的电介质衬底；在衬底顶面上或其附近的线丝线路图案，此线丝线路图案有一个布置在平行于衬底顶面的平面内的平面部分，与一个通过放置线丝使此线丝横过但不与构成顶面的一部分的特征的预先选定的表面接触或粘接而形成在顶面上或其附近的非平面部分；装配在衬底上同线丝线路图案电连接的电子元件；与一对分别层压在衬底的顶面与底面上的电介质材料外层，使线丝线路图案位于这对外层之间。
33.一种包括根据权利要求32的智能卡的无接触式智能卡，其中线丝线路包括构成一个无线电频率天线的导线线圈。
34.一种包括根据权利要求33的智能卡的联合式智能卡，其中电元件有一个触点，且其中至少一个外层还包括一个孔，并相对于元件这样布置使此触点暴露。
35.一种用于形成含有在电介质衬底的一个表面上或其附近的平面与非平面部分的线丝线路图案的装置，线丝或衬底或二者带有能通过施加能量加以激励的粘接剂表面，此装置包括适于分配线丝的导线供料器；与导线供料器联系的用于调节分配线丝速率的供料器控制器；与导线供料器联系的划线头；同划线头与衬底联系的用于彼此相对地横向与垂直方向移动划线头与衬底的执行器装配；由划线头支持的导线引导器，初始配置用于接收来自导线供料器的线丝的一个未粘接端，并适于支持线丝并把某一长度的线丝分配到衬底表面上；由划线头支持的用于向衬底布设未粘接端与分配线丝长度的触针；由划线头支持的用于向线丝或衬底施加能量能把线丝粘接在衬底上的换能器；与换能器联系的用于供给能激励粘接剂表面的能量的电源；与电源联系的用于控制激励粘接剂表面的功率调节器；与与执行器装配联系的用于确定划线头相对于衬底位置的定位控制器。
36.权利要求35的装置，其中执行器装配包括用于在其上面安装衬底的真空台；与固定在划线头上能相对于真空台横向与垂直方向运动划线头的三维执行器。
37.权利要求35的装置，其中执行器装配包括用于在其上面安装衬底的X-Y运动台；固定在衬底头上能相对于X-Y运动台沿Z轴垂直运动划线头的垂直执行器；其中X-Y运动台能相对于划线头沿X与Y轴方向横向运动安装在其上面的衬底。
38.权利要求37的装置，其中垂直执行器还能绕Z轴旋转。
39.权利要求35的装置，其中执行器装配适于独立地相对于衬底移动触针与导线引导器。
40.权利要求35的装置，还包括一个由划线头支持的用于在粘接后选择地切断分配的线丝长度的线丝截断器。
41.权利要求35的装置，其中换能器是一个压力换能器。
42.权利要求35的装置，其中换能器是一个超声波换能器。
43.权利要求42的装置，其中超声波换能器是一个磁致伸缩换能器。
44.权利要求35的装置，其中换能器是一个热源。
45.权利要求35的装置，其中供料器控制器、功率调节器与定位控制器包括计算机。
46.一种用于由传导线丝形成预先选定的线丝线路图案的装置，所述丝线路图案含有在电介质衬底的一个表面上或其附近的平面与非平面部分，线丝或衬底或二者带有能通过施加能量加以激励的粘接剂表面，此装置包括用于以可控的速率分配线丝的装置；一个划线头；用于相对于衬底横向与垂直方向移动划线头的运动装置；线丝引导装置，支持在划线头上，用于接收来自导线供料器的线丝，用于支持线丝，以及用于把一部分线丝分配在衬底表面上；布设装置，支持在划线头上，用于把分配的线丝部分布设到衬底上；粘接装置，支持在划线头上，用于向线丝或衬底施加能量能把分配的线丝部分粘接在衬底上；截断装置，支持在划线头上，用于在粘接后选择地切断分配的线丝部分；能源供应装置，与粘接装置联系，用于供给一个可调节水平的能激励粘接剂表面的能量；与定位装置，与运动装置联系，用于确定划线头相对于衬底的位置。
全文摘要
提供一种形成含有平面与非平面部分的线丝线路图案与由此构成的互连卡、智能卡或光纤线路卡的装置与方法。通过彼此相对地运动线丝引导器与衬底划线线丝线路路径,从而把线丝分配到衬底的一个表面上或其附近。线丝或衬底或二者带有粘接剂表面。此粘接剂表面能通过施加能量加以激励而粘接。能量在划线的同时或之后施加。线丝线路图案的一部分是平面的,而另一部分是非平面的。非平面部分横过但不与衬底的一个预先选定的区域接触或粘接。此预先选定的区域相当于座、触点图案、孔、槽、凸起特征、先前划线的线路图案平面部分的一部分与线丝端点。或者,非平面部分可嵌入在衬底表面以下。线丝线路的另一个平面部分横过非平面部分不与先前划线的非平面部分的一个预先选定的部分接触或粘接。根据上述方法可形成划线线路板包括互连卡、智能卡或光纤线路卡。
文档编号B42D15/10GK1330857SQ99814455
公开日2002年1月9日 申请日期1999年12月7日 优先权日1998年12月14日
发明者雷蒙德·S·克格 申请人:先进互连技术公司