包括内部连接器的带有内模制装饰塑料膜的注射成型控制面板的制作方法

文档序号:8069007阅读:490来源:国知局
包括内部连接器的带有内模制装饰塑料膜的注射成型控制面板的制作方法
【专利摘要】提供用于控制组件的系统和方法,包括:第一膜,其内模制并且包括装饰图形、前表面和后表面;以及第二膜,其成型到第一膜的后表面,具有印刷电路以及前后表面,所述印刷电路包括传感器、控制电路以及互连件;以及内部连接器。
【专利说明】包括内部连接器的带有内模制装饰塑料膜的注射成型控制面板
【技术领域】
[0001]本文所描述的实施例涉及注射成型,尤其涉及减少单独部件的数量以及降低控制面板组件的复杂度的方法。
【背景技术】
[0002]当注射成型出控制面板时,经常包括有内模制装饰塑料膜。然后,将成型出的带有装饰塑料膜的控制面板组装到单独的壳体、成型出的表盘或“技术箱(techbox)”上,所述技术箱包括具有开关、照明设备、指示器、旋钮、导槽、显示器等的PCB。控制面板还包括互连导线或电路,互连导线或电路通常与一个或多个控制板相接并且与其它电路或电路系统相接。这些板或电路通常容纳在控制面板壳体内或容纳在单独的壳体中。
[0003]结果,在常规的控制面板中存在许多可能的故障点。例如,开关、指示器等会故障,与电路板的互连会故障,电路板本身会故障,等等。而且,由于全部不同的部件和互连件以及关联的组件,这种常规的组件制造昂贵,尤其在控制面板是小型产品、唯一定形的产品、具有复杂控件和指示器的产品或其某种组合等的部分的情况下。

【发明内容】

[0004]本文公开了简化的控制面板组件,其包括与注射成型树脂的任一侧结合的两个膜层以及大幅降低例如控制组件的复杂度和成本。
[0005]根据一个方案,一种注射成型的控制面板或部件包括第一表面内模制装饰塑料膜和成型到后表面的第二膜,第二膜具有印刷电路,包括以下中的至少一个:电容接触式传感器、电容触摸屏、印刷电阻器、接近度传感器、水检测传感器、功能天线、诸如LED、电阻器、电容器、晶体管、可编程集成电路以及其它电子传感器的表面安装的电子部件。
[0006]根据另一方案,熔化的树脂注射到2个膜之间,完全封装了 A面膜上的第二表面装饰物以及在成型物品的B面上安装部件的导电电路。
[0007]根据又一方案,如果单元能够独立于任何其它管理装置起作用,则用于互连的电路端子仍与电路一体,而又可用于直接插接到通常见于使用这种类型的输入装置的装置中的单独控制板中或者仅插接到电源。这些膜和附接部件的总体封装确保了防护免受湿气、水浸、腐蚀、灰尘和物理损伤的破坏,得到了比当前使用现有技术的可用技术明显更加可靠的广品。
[0008]下面在标题为“详细说明”的部分中描述了这些以及其它的特征、方案和实施例。【专利附图】

【附图说明】
[0009]结合附图来描述特征、方案和实施例,其中:
[0010]图1为示出依照一个实施例的常规控制面板组件的图。
[0011]图2A和2B为示出依照一个实施例的示例的控制面板组件的图。[0012]图3A和3B为示出依照一个实施例的示例的电路端子或连接器的图。
[0013]图4为示出依照一个实施例的用于制造注射成型控制面板的示例方法的流程图。
[0014]图5为示出依照一个实施例的用于制造注射成型控制面板的示例方法的流程图。
[0015]详细说明
[0016]图1是示出常规控制面板组件的图。例如,该控制面板组件可以为用于洗衣机的控制面板。因此,组件可以包括内模制(in-molded)装饰塑料面板102,其包括通常在洗衣机控制面板上所看到的图形,诸如:图形区域104和106,其可包括清洗设定并且包括在中间的能够插入旋钮的孔;图形区域108,其可以包括开关指示器或启动停止指示器并且可以包括用于双位开关或启动停止按钮的狭槽或孔,等等;以及徽标区域112,其可以包括公司徽标或品牌名称。面板102还可以包括能够装上的显示窗110,例如,以及LED或IXD显示器。
[0017]面板122随后能够装配到例如洗衣机125的控制面板124上。能够看出,控制面板124可以包括对应于图形104、106和108以及显示窗110的旋钮114和116、开关118以及显示器120。将理解的是,实际的旋钮114和116以及开关118可以在面板102位于控制面板124上的适当位置之后进行安装。通常地,电路板122将连同控制洗衣机125所需的全部的所需电子设备和互连件一起包括在面板124内。
[0018]但是,如所提到的,这种类型的组件形成了多个可能的故障区域。
[0019]图2A和2B是示出依照一个实施例的控制面板组件200的图。从图2A中能够看出,组件可以包括内模制装饰塑料面板202,其包括:图形区域204和206,其可包括清洗设定并且包括LED窗;图形区域208,其可以包括开关指示器、或启动停止指示器,或其它指示器或控制输入图形210、不必仅限于按钮并且可以为任何响应于用户输入的用户接口的按钮213 ;以及徽标区域212,其可以包括公司徽标或品牌名称。面板202还可以包括能够装上的显示窗210,例如,以及LED或IXD显示器。应当注意的是,在一些实施例中,实际上装饰膜202上可以不设有图形或装饰物。
[0020]但是,组件还可以包括成型到后表面上的第二膜214,第二膜具有印刷电路,包括电容接触式传感器、接近度传感器、水检测传感器、功能天线,诸如LED、电阻器、电容器、晶体管、可编程集成电路以及其它电子传感器的表面安装的电子部件中的至少一个。例如,如图2A所示,膜214可以包括:接触式传感器组件216和218,其还可以包括LED指示器,该LED指示器照亮以指示特定设定选择;接触式传感器220,其用于进行开关选择;以及电容接触式传感器222。膜214还可以包括显示器224和单个连接器228。另外,膜214可以包括控制电路,诸如集成电路226,其能够控制传感器的运行,以及在各部件之间的印刷互连件。集成电路226可以为取决于应用而可用的多种不同产品中的一种。例如,Cypress构成了能够用于一些实施例的控制芯片。
[0021]芯片制造经常将提供指定传感器迹线电路的最大长度的设计原则。越过这些推荐会导致差的或不稳定的性能。相对于将芯片设置在单独的PWB (印刷布线板)或FPC (柔性印刷电路)上,将芯片226定位在传感器电路上紧靠近传感器本身将实现最优性能。
[0022]电容接触式传感器可以包括以下中的任一个:离散的I个位置传感器,其包括至少I个传感器,或者可存在以下的多个或任意组合:(接触式、接近度、滑块、滚轮、温度、压力等)或根据应用可以为透明或不透明并且可以为任意尺寸的触摸屏或面板。电容接触式传感器222还可以与按钮213相接,并且按钮213可以提供任意类型的用户接口,不仅仅是按钮,从而将通过电容接触式传感器222来记录在按钮213上执行的用户输入和动作(例如,按压、推动、滑动)。触摸屏可以包括有能够物理地安装且适合成品设计的期望几何结构的任何类型的任意数量的传感器。
[0023]膜214还可以包括显示器224,或者在一些实施例中,还可以包括显示器上方的窗。
[0024]结果,单个连接器228能够用于将组件200与另外的控制电路或电子器件相接。下面更详细地说明单个连接器228。
[0025]然后,两个膜202和214由它们之间的树脂封装并且随后安装到塑料壳体或控制台(console)上以使组件随后能够安装到例如洗衣机上。这示于图2B的侧视图中,图2B示出了膜202和214能够夹在树脂层230周围并且随后附接到单独的成型控制台或壳体部件。这得到了具有比常规组件更少的可能故障点的极薄的耐用组件。该构造能够免除包括在常规组件中的控制板122,降低成本,消除故障,并且允许更易于组装。
[0026]将理解的是,注射成型工具能够用于在层202和214之间注射树脂层230。常规地,这将在组件边缘处完成;然而,这会在树脂被注射的部分的边缘处留下需要修整的区域,这样增加了成本和时间。而且,边缘注射不是如此稳固并且实际上会造成问题,因为其趋向于拉伸、扭曲,并且在一些情况下会破坏膜,这部分地由于树脂是在沿着边缘的单个点处注射的事实。
[0027]因此,在一些实施例中,注射成型工具能够构造为在组件内的点处注射树脂。因此,可以在例如膜214中预切割孔。注射门随后能够配置在工具中,其与预切割孔排列起来并且允许树脂不仅通过孔注射,而且允许通过每个孔/销的注射被单独控制。这免除了边缘切割,更加稳固、允许更大的控制和均匀的注射,这避免了边缘注射的问题等。
[0028]图3A和3B示出了能够包括在组件200中的内部连接器。在常规的过程中,连接器经常是从组件的边缘呈现出(bring out)的。这是因为,在包覆成型的装饰膜的情况下,连接器通常印刷在装饰的第一膜的后表面上并且在成型之后不会被切除而释放,因为这将导致对成品的装饰表面造成损坏而得到不可接受的成品部件。在背面成型(back-molded)装饰膜的情况下,连接尾部被完全包在树脂中,并且不能因任何目的而被接近,因为其必须从成品成型部分突出以使其不会被树脂封装。结果,在常规的组件中,连接器必须从膜的边缘延伸出。
[0029]但是如图3A和3B所示,在本文所描述的实施例中,连接器228能够在膜214的内部。这是通过将热粘结剂选择性地印刷在电路膜的后表面的除了期望在成型之后从成品零件突出的连接器尾部的面之外的每个位置上而实现的。然后,连接器228在膜214中进行预切割并且仍经围绕连接器228周边的穿孔连接部302而保持连接。以此方式,连接器228将不会由于模制过程,即,高热、压力等,而受到影响、变形或损坏。
[0030]在组件被成型之后,来自穿孔连接件302的穿孔连接点能够被切割,允许连接器228的尾部与成型树脂分离,使得其能够被组装例如连接到洗衣机的控制板上。
[0031]图4示出了依照实施例的用于制造注射成型控制面板的方法。在步骤402中,第一膜被印刷、形成(形成是任选的)、修整(trim),并且装饰涂覆物被涂覆于其上。第一膜能够被放置在成品面板中的第二膜的上面或下面。在步骤404中,第二膜被印刷,以及形成(形成是任选的)、修整,并且印刷电路框架被放置于其上从而最终使印刷电路可运行。第二膜能够被放置到成品面板中的第一膜的上面或下面。在步骤406中,部件能够安装到印刷电路框架的印刷电路(第二膜)上,并且印刷电路被编程,然后进行测试。在步骤408中,利用机器人将第一膜和第二膜放置在模具的相对侧部上,然后,在2个膜之间注射成型树脂。在一个实施例中,第一膜和第二膜被放置在注射模具的相对侧部上,一个膜在空腔中,一个膜在芯中,使得树脂能够注射在两个膜之间。在步骤410中,对完成的成品面板进行检查、力口掩模、测试以及包装以便运送。
[0032]图5示出了依照实施例的用于制造注射成型控制面板的的另一示例方法。在步骤502中,进行第一膜的制造,第一膜内模制并且包括装饰图形。在步骤504中,进行第二膜的制造,其中制造第二膜包括:将电路印刷在第二膜上,将内部连接器形成在第二膜上,内部连接器经由穿孔或不连续连接件连接至第二膜使得其一部分能够在成型之后与第二膜分离。在步骤506中,树脂层形成在第一膜和第二膜之间。这能够通过注射成型或其它相关方法来执行。在一个实施例中,第一膜和第二膜放置在注射模具的相对侧部上,一个膜在空腔中,一个膜在芯中,使得树脂能够注射在两个膜之间。在步骤508中,成型部分能够附接到塑料壳体或成型控制台上。第一膜或第二膜包括平坦膜、穿孔膜或形成在模具工具中的膜中的一个或多个。
[0033]相关的图形膜印刷方法包括丝网、胶印法、柔版印刷、凹版印刷或数字法,使用其任意组合(或者是片到辊或者是辊到辊),电路膜印刷方法包括丝网、柔版印刷、凹版印刷,使用其任意组合(或者是片到辊或者是辊到辊),成形方法包括液压成形法、高压成形法、热成形法,修整方法包括使用2D或3D修整工具、激光切割、数字刀具方法;部件安装方法包括用于PCB或FPC的常规安装法,成型细节包括:在电路层中切割孔,并且通过孔将树脂直接射入装饰层中,将两个膜压(pin)到工具的芯上。
[0034]电路的电路印刷细节可以包括:C1 (电路层I):导电银墨沉积到7毫英寸(可以为其它计量)稳定的或不稳定的PET衬底或其它适合于应用的衬底上。在一个实施例中,装饰膜的第I个表面可以包括抗细菌特性或诸如防刮蹭硬质涂层或耐损涂层的其它特殊特征,以及公知的成品纹理处理。除了已知的塑料膜之外,同样可以内模制出其它普通的材料,诸如胶合板、植绒(flocked)产品、皮革以及诸如粗斜棉布以及伪绒面革合成仿造品的织物。C2:如果需要交叉(crossover)电路,则施加(稳态)介电桥;C3:施加导电银桥;C4:施加碳阻焊盘以及导体末端(conductor tip) ;C5:用介电涂层来印刷整个电路区域(除了电路互连末端之外);C6:用成型粘结剂树脂来印刷整个电路区域(除了电路互连末端以及构成自由连接器尾部的与末端相邻的尾部区域之外);触摸屏印刷细节(典型方法中的I个);C1:将I3DOT导电聚合物施加到7毫英寸的稳定的PET衬底上;C2:印刷银电路图案I (作为替代或者除此之外可以为柔性印刷电路或FPC) ;C3:如果需要交叉电路,则施加介电桥;C4:施加银电路图案2 (或FPC) ;C5:施加碳阻焊盘和导体末端;C6:用介电涂层来印刷整个电路区域(除了电路末端之外);C7:用成型粘结剂树脂来印刷整个电路区域(除了电路末端以及构成自由连接器尾部的与末端相邻的区域之外)。
[0035]在一个实施例中,本公开提供了在元件不伸出、抵接或以其它方式妨碍成品面板的紧凑包装的情况下形成内模制元件。在一个实施例中,本公开提供了节约资源和制造原料的部件紧凑包装的无缝成型。[0036]在一个实施例中,部件安装工艺包括如下步骤(并且次序不限于所公开的步骤):S1:施加与部件安装焊盘对准的导电银环氧树脂;S2:在每个部件位置上分配胶以确保与膜的牢固粘结;S3:或者手动地或者利用常规的拾放设备来放置部件(自动化机器人放置);S4:按照要求在制造商推荐的时间和温度下固化导电环氧树脂和胶。
[0037]在一个实施例中,提供了 一种注射成型的控制面板或部件,其具有第一表面内模制装饰塑料膜和成型到后表面的第二膜,所述第二膜具有印刷电路,包括电容接触式传感器、电容触摸屏、照相机透镜或微型照相机、接近度传感器、水检测传感器、功能天线、具有诸如LED、电阻器、电容器、晶体管、七段式或相似类型的显示器、可编程集成电路和其它电子传感器的表面安装的电子部件。
[0038]在一个实施例中,熔化的树脂注射到两个膜之间,完全封装了 A面膜上的第二表面装饰物以及在成型物品的B面上具有安装部件的导电电路。该物品的独特特征在于一下的新颖方式:如果单元能够独立于任何其它管理装置起作用,则用于互连的电路终端(termination)仍与电路一体而又可用于直接插接到通常见于使用这种类型输入装置的装置中的单独控制板中或者仅插接到电源。这些膜和附接部件的总体封装确保了防护免受湿气、水浸、腐蚀、灰尘和物理损伤的破坏,从而得到了比当前使用现有技术的可用技术明显更加可靠且结构上更强的产品。
[0039]具体的特征包括将内模制电路直接连接到外部接口或连接点的独特方法,该外部接口或连接点也被设计成封装全部电子设备以保护它们免受任何以及所有环境影响。利用单膜构造不能实现该方法。这是最有益的且稳固类型的连接,由于简单的单级直接连接而没有会使得故障的可能性成双倍或成三倍的中间连接,该连接可使得具有极高的可靠性以及极低的错误概率。使芯片与电路一体意味着,无论需要控制的电路的数量如何,在大多数应用中将仅有连接和发送已经转换的数字信号的5个轨迹(trace)。
[0040]本公开提供了对污染或湿气的防护,污染或湿气会使得电路系统以及电子部件随时间推移而降级和腐蚀,这通常是由于暴露于环境引起的。期望的特征用于任何装置,但是主要用于许多产品和应用,包括器具、汽车部件、商用和民用照明和控制、医疗设备和装置(使用寿命长且易于消毒和杀菌,而对电子器件或图形接口无风险)、办公设备(复印机、传真机、电话)、设计为用于室外环境的产品(加油站泵、电话亭/出纳机、停车场出票机、售卖机)、锻炼设备(易于消毒)、制造(在严酷环境下操作的控件),军事应用以及航空技术应用,此处列举了几个。
[0041]本公开还提供了优于通常用于当前产品的常规的以及可替代的方法的显著的成本节约。实施例主要由面板(具有或不具有MD,或内模制装饰物)构成,具有的电子部件包括机械开关、LED、7段式显示器、光导、电阻器、电容器等等,这些都安装到PWB上,PffB依次安装到注射成型壳体(箱)内部,成型的特征被设计成启动机械开关并且引导来自LED的光。
[0042]本公开还提供了比使用常规技术的当前可用的更薄的形状因素(典型地,2_5mm的总厚度,3-4_是对于常规尺寸的优选尺寸,其可达到I”厚或更大)。实施例可以包括面板,但是需要附加的箱(技术箱),其通常额外厚0.500”至1.00”。
[0043]本公开的当前工艺还得到了难以用单面膜构造实现的薄轮廓的平坦面板。该工艺将多个电子部件组合到单个经装饰的、现在电运行的成型面板中。完全集成的面板提供了现在需要多个部件才能完成的功能(群集的PWB、成型塑料部件以及具有多个连接器的线束、LED照明设备、光导/扩散器/反射器)。
[0044]集成的IC还可以是电路的部件并且还可以成型到面板中。将这种可编程的IC成型到零件中并且尽可能地接近传感器具有多方面益处。
[0045]第一,在芯片正在用于感测和传送开关事件的电容接触式开关应用中,芯片尽可能物理上接近传感器并且不能超过规定的轨迹长度是必要的。这样的原因在于,过量延伸的长度易于遭受电子噪声、干扰以及错误触碰或未经识别的触碰,这导致不可控的开关/控制装置。如果IC需要安装到远程的PWB或FPC上,则信号(在到达IC之前是模拟信号)无需暴露于外部影响,外部影响会在信号有可能转换成更加可靠的信号之前使原始信号混乱或破坏原始信号。
[0046]第二,另一益处在于,一旦芯片已经感测到“触碰”,则信号从模拟信号转换成数字信号,然后被作为数字信号传送到装置或主控制器上。有益的是,在该工艺的最早时机转换信号,从而消除了电噪声或其它干扰会对通信具有不利影响或触发错误开关信号或根本无信号的可能性。
[0047]第三,在450 T下将IC嵌入到成型树脂中确保了部件将永不受严酷的或不利的环境破坏的影响,诸如在器具、汽车、军用设备或遭遇天气或严酷制造环境的任何事物的操作环境中常见的湿气或腐蚀性蒸汽。同样,保护所封装的电路和部件免受物理破坏。
[0048]第四,将芯片成型到电路中免除了对于构建到面板中的每个电路使迹线(trace)伸出的需要(如果IC安装到另一 FPC或PWB上,这是必须要做的),从而将连接尾部上的迹线数量保持为总共5个,而无论电路中的开关或LED的数量如何。这是由Cypress技术制成的PSOC芯片的标准特征。控制10个传感器以及10个LED的该芯片没有内模制的电路将需要至少25根引线(对比本公开的设计中所需要的5根)。更多的引线需要更大的且更昂贵的连接器并且比5引线互连具有更高的故障概率。
[0049]第五,较少的部件意味着更低的可能的故障概率。
[0050]第六,成型出包含各部件的膜电路消除了终端用户管理、采购和组装多个部件的需要,现在这些多部件都被卷入一个功能装置中,一个功能装置占用不多于之前专用于内模制装饰控制面板本身的空间。这将开拓之前难以构思的设计、几何结构和形状因数的可能性。
[0051 ] 第七,并且最后地,集成电路的嵌入允许HMI (人机接口)远离CPU或主控制设备,使得其可能为比取决于为何种装置或单元而不得不采用的更小的封装。
[0052]还存在伴随两膜构造的多方面益处。第一,面板仍为平坦的。在这种典型对用于控制面板应用并且强制用于使用电容接触式传感器的应用的相对薄的几何结构中,使膜层位于成品成型面板的前后表面上得到了极平坦的部件,而在典型的单膜构造面板中,由于成型树脂和膜的不均匀的收缩率,所以难以实现平坦。终端用户更优选的是平坦面板,因为卷绕的面板极难进行组装和保持在适当位置上,通常需要特殊的粘合剂,这将增加原料成本和劳动力。平坦的面板在长期性能、易于组装和成本节约方面提供了显著的益处。
[0053]第二,使膜层位于成品的成型树脂的两面上的构造有利于更强的成品部件,这在其在一些极端条件下掉落或受到应力的情形下将具有更高的耐影响性并且更不易于受到物理损坏或故障。
[0054]第三,由于膜层位于面板的两面上,面板将更不易于遭遇在极端温度情况下经常经历的膨胀和收缩问题。具有更稳定的塑料部件是期望的特征并且更不易于造成可能由于塑料部件随温度变化而膨胀和收缩所导致的故障。
[0055]第四,由于两膜构造,零件尺寸在模制过程中保持更加一致,并且其结果是,模制过程中的微小变化不会导致零件的任何显著的尺寸变化,而这在单膜或无膜类型的构造中是可能遭遇的。
[0056]由于本公开的设计,还可能存在多方面的重量和空间的节约。例如与通常所要求的相比较,本公开更换、消除或集成到成型零件中的全部部件实现了显著的重量减轻和空间减少。印刷到PET (聚乙烯对苯二甲酸酯)膜上的膜电路重量显著轻于带有机械开关、线束、连接器以及容纳PCB和致动机械开关所需的成型塑料部件的PCB。随着运输成本飞涨,这点是比之前更加重要。
[0057]本公开的设计还伴随着多方面的工具加工成本以及工程花费节约、耐用性特征,以及环境的益处。与使用通常包含铜迹线和引线(例如,用于安装部件的焊料)的常规的印刷电路板相比较,本公开具有环境优势。制成PCB和FPC的制造方法是使用必须在过程中进行处置的腐蚀性酸刻蚀剂以及其它环境非友好的化学品的减性过程。银迹线的印刷也是加性过程并且不会产生危险废品。
[0058]此外,在已经在薄膜开关的制造上使用了多年的印刷银电路方面,本公开享用经证实的且可靠的技术,遵从了使用导电银环氧树脂的表面安装电子部件的技术。
[0059]现在,将装饰层、传感器以及电子组件组合到单个成型部件中的本公开方法使得可以提供除了非功能性装饰面板、电路板和/或FPC、关联的电子SM部件、LED、光导、光管、成型开关壳体、成型开关致动器、阻光挡板以及所有这些单独的部件处理和组装到单个单元中之外的至今所需的薄轮廓的、全功能性面板。现在,所有这些部件被包含在仅为装饰部件本身的空间中并且占据仅为装饰部件本身的空间。
[0060]本公开提供了用于器具、汽车、航空、电子、工业、医疗和消费品的可靠的且耐用的长使用寿命的控制面板。本公开还将多个特征集成并组合到单个、极具装饰性的功能面板中,面板包含图形和内模制电路系统,包括电容开关技术(印刷的传感器)、关联的电路、电子部件、LED、和光导特征。本公开还解决并弥补了现有问题,诸如电子电路当暴露于极具腐蚀性的且不适合的环境时会受到腐蚀和破坏。此外,现有技术没有提供用于从成型的/封装的电路系统到关联的外部控制板的整洁的/不间断的成本效益高的连接/接口的手段。现有技术也没有提供用于制成优选地为平坦的3-4mm薄壁的手段。实际上,现有技术必须在与传感器电路连接之后安装例如PSOC芯片,从性能和可靠性角度看,不推荐这样或者不期望这样。
[0061]此外,当在极其潮湿的环境中使用并且暴露于湿气时,银印刷薄膜电路遭遇故障(银迁移导致电路之间短路)。这种将银迹线完全封装在塑料中的方法保护电路系统免于湿气以及这种公知的故障模式破坏。因此,可以使用FPC来替代印刷银电路。而且,不采用内模制的使用电容接触式薄膜的常规应用依赖于粘合剂系统(PSA、环氧树脂、尿烷、辐射固化齐U)来将传感器电路(典型地为FPC)粘附到预成型的或其它预制的控制面板的后表面上。该将薄膜粘附到面板的额外步骤不仅耗时和成本高,而且涉及到使用昂贵的粘合剂以及在应用之前将这些粘合剂涂覆到FPC上的时间。其它应用涉及到使用PWB,PWB通常必须组装到塑料壳体中,然后作为完整组件附接到装饰面板上,通常是通过搭扣、螺钉或其它紧固硬件,这些都是劳动密集型的且与本公开相比成本高。
[0062]常规的组件或已知的现有技术还会遇到具有以下电路接口的问题,该电路结构成问题,粗陋,以及需要复杂的辅助和附加操作来安装、实施或制造。现有的电路接口涉及到附加的连接点,在该新颖技术中免除了该附加连接点,这提供了与接口点直接连接的连续的、不间断的电路。
[0063]在现有技术中,在一些应用中,电路系统和安装部件还暴露于环境以及可能有损坏性的湿气和腐蚀性元件。除非这些电路已经被一致地涂覆(附加成本),否则它们会劣化和故障。而且,作为辅助操作安装的电路招致施加了附加的粘合剂成本以及劳动力花费。对准困难且繁重。
[0064]当前的技术通常是围绕单膜衬底设计,单膜衬底包含装饰层和电容传感电路系统。在其它构造中,装饰膜在成型之前被层压到电路传感层上。该构造会遇到分层和故障的问题。该构造也不适合于电气部件的表面安装,因为在成型之后在第一表面用户接口上将显示出证据。显然,常规的思路是,单层构造提供了相对于两层内模制工艺的成本效益,或者未知的是可以成型出薄壁式面板并且在前膜层和后膜层之间包含塑料树脂,用熔化的塑料实质上封装了装饰表面和电路表面,这提供了实质上在使用寿命内的永久保护。
[0065]总之,本公开的益处包括:薄的轮廓,耐用,重量轻,由于封装了全部的重要部件而使得使用寿命长,作为坚固的设计/方法的独特接口 /连接,简化,成本效益高以及显著的成本节约,诸如比将现有技术的多个部件集成到单个功能面板中的现有技术更小且更薄的封装的设计益处,集成增强照明、触碰式开关(电容接触式传感)、接近度传感、关于l_5mm面板厚度的开关调谐,包括开/关、变暗、场景规划、定时、灯顺序的照明控制,诸如温度和压力的其它各种类型的传感器的集成,成型传感器以使PSOC能够处理和发送数字数据,触摸屏控制,滑块控制,滚轮控制,水检测、旋钮模拟(类似于模拟后旋钮的功能的滚轮功能),以及更多。
[0066]本公开的应用还包括:全部的人机接口应用;在不利于诸如spa控制、洗衣机、洗碗机、鱼探仪、汽车测试设备等电子控制的任何环境中有益于应用;诸如洗涤机、干燥剂、洗碗机、混合器、烤箱等器具控制面板;容纳开关和照明功能的汽车或“中央堆栈平台“;具有易于清洁和消毒的整洁的平滑表面的医疗设备;包括防水灯具、不透盐氛围的水下照明和照明控制设备的海运电子控件和装置;每天暴露于严酷环境的手持式装置;诸如咖啡机、碳酸水配送器以及其它常见于饭店或自助餐厅的商业设备的商业器具;频繁使用且可能在严酷环境中使用的消费电子装置:电视机、音响、出于较小儿童的安全原因耐用性和密封电子器件至关重要的消费玩具;商业和消费照明控件;商业和消费HVAC控件;在严酷环境中使用和/或要求薄的轮廓或几何结构的制造控件;远程控件;带有彩色透明区域的以汽车徽标或名称的形状成型出的汽车“徽章”,彩色透明区域点亮,包括在徽章中成型的芯片中编程的特殊效果场景(例如,在汽车中标准的12伏系统上运行);如上所述的还是功能开关的汽车徽章,诸如在车辆后部上的徽章,除了照亮其还是功能接触式开关,当徽标被触摸时(启动电闩锁释放),可以例如打开卡车,芯片中的智能使得可以忽略错误的启动或者具有要求一定类型的触摸或多次触摸从而启动的能力;或者徽章可以简单地为“仅照明”成型零件,其简单地通过电压供给而点亮,作为任何标准的汽车标记灯。另外的应用包括:标记物、动画和内置照明控制;以及切换(开/关以及不同的操作模式,或一旦编程仅独立供电,并且其可以被任意地重新编程);销售点终端;ATM ;停车场终端;停车计量器;在安全系统中使用的输入键区;以及内部通信终端。
[0067]各种技术以及实现技术的方法/工艺包括:内模制装饰膜(可以仅为未经装饰的膜);内模制电路(目前使用制作柔性膜电路、膜上印刷银电路、FPC、膜上铜电路的任何方法,以及经由任何已知方法生产);膜上ITO(铟锡氧化物)、通常用于或适用于该应用的rooT(聚二辛基-双噻吩)或任何其它导电聚合物;典型地为3-30毫英寸的膜测定范围;内模制电容开关(印刷传感器或触摸屏)、内模制LED照明设备;控制和引导内模制LED的光导特征,其可以为被设计成引导和/或阻挡光的面板内的印刷或成型特征;内模制电子部件,包括诸如电阻器、0LED、电容器、晶体管的任何可印刷的部件;内模制触摸屏传感器(透明的或不透明的);与电路集成的内模制天线(W1-F1、蓝牙(Bluetooth)、RF、RFID等);内模制部件传感器(例如,Cypress);内模制照相机透镜。因此,总之,我们实际上所拥有的是成型的塑料面板,第一表面是装饰膜(但是其可以是无色的而无图形),第二表面是典型地具有表面安装的电子部件的膜电路。此后,可以是上述全部项的最复杂的变化形式或者上述选项的任意组合或者所述项中的任意单个项。
[0068]工艺概要的简要描述包括如下步骤(不限于任何次序);印刷第二表面、成形、调整、装饰性施加(成品面板的第I表面);印刷第I表面、成形、调整、功能电路(成品面板的第2表面);将部件安装到印刷电路上,编程和测试;利用机器人将膜放置到模具中并且注入成型树脂;检查、加掩模、测试和封装以便运送。
[0069]相关的图形膜印刷方法包括丝网、胶印法、柔版印刷、凹版印刷或数字法,使用其任意组合(或者是片到辊或者是辊到辊),电路膜印刷方法包括丝网、柔版印刷、凹版印刷,使用其任意组合(或者是片到辊或者是辊到辊),成形方法包括液压成形法、高压成形法、热成形法,调整方法包括使用2D或3D调整工具、激光切割、数字刀具方法;部件安装方法包括用于PCB或FPC的常规安装法,成型细节包括:在电路层中切割孔,并且通过孔将树脂直接射入装饰层中,将两个膜压到工具的芯上。看起来好像是经由边缘选通(gating)尝试了两层内模制层(无电路系统)。
[0070]电路的电路印刷细节可以包括:C1 (电路层I):导电银墨沉积到7毫英寸的稳定的PET衬底或其它适合于应用的衬底上。在一个实施例中,第I个表面上的装饰膜可以包括抗细菌特性或诸如防刮蹭硬质涂层或耐损涂层的其它特殊特征,以及公知的成品纹理处理。除了已知的塑料膜之外,同样可以内模制出其它常见的材料,诸如胶合板、植绒产品、皮革以及诸如粗斜棉布以及伪绒面革合成仿造品的织物。C2:如果需要交叉电路,则施加(稳态)介电桥;C3:施加导电银桥;C4:施加碳阻焊盘以及导体末端;C5:用介电涂层来印刷整个电路区域(除了电路末端之外);C6:用成型粘结剂树脂来印刷整个电路区域(除了电路末端以及构成自由连接器尾部的与末端相邻的区域之外);触摸屏印刷细节(典型方法中的I个);C1:在每前一次编排之前修整印刷层,将I3DOT导电聚合物施加到7毫英寸的稳定的PET衬底上;C2:如果需要交叉电路,则施加介电桥;C3:施加roOT导电聚合物桥;C4:施加碳阻焊盘和导体末端;C5:用介电涂层来印刷整个电路区域(除了电路末端之外);C6:用成型粘结剂树脂来印刷整个电路区域(除了电路末端以及构成自由连接器尾部的与末端相邻的区域之外)。
[0071]在一个实施例中,部件安装工艺包括如下步骤(并且次序不限于所公开的步骤):S1:施加与部件安装焊盘对准的导电银环氧树脂;S2:在每个部件位置上分配胶以确保与膜的牢固粘结;S3:或者手动地或者利用常规的拾放设备放置部件(自动化机器人放置);S4:如果需要的话在制造商推荐的时间和温度下固化导电环氧树脂和胶水。
[0072]虽然上文已经说明了一些实施例,将理解的是所描述的实施例仅通过举例的方式。因此,本文所描述的系统和方法不应基于所描述的实施例而受限制。相反,本文所描述的系统和方法应当仅受下面结合上面的说明和附图考虑的权利要求限制。
【权利要求】
1.一种控制组件,包括: 第一膜,其内模制到树脂芯的前表面,所述树脂芯包括装饰图形、前表面和后表面;第二膜,其成型到所述树脂芯的所述后表面,具有印刷电路以及前后表面,所述印刷电路包括传感器、控制电路以及互连件;以及内部连接器。
2.如权利要求1所述的控制组件,其中所述内部连接器包括在所述第二膜中并且预切割成其成品几何结构而经由穿孔或不连续连接部而部分地附接到膜,以使其能够在模制过程之后与所述第二膜部分地分开。
3.如权利要求1所述的控制组件,其中所述印刷电路包括电容接触式传感器、接近度传感器、水检测传感器、功能天线、诸如LED、电阻器、电容器、晶体管、可编程集成电路以及其它电子传感器的表面安装的电子部件中的至少一个。
4.如权利要求1所述的控制组件,还包括在所述第一膜和所述第二膜之间的树脂层。
5.如权利要求1所述的控制组件,还包括安装到所述第二膜的后表面上的塑料面板。
6.如权利要求1所述的控制组件,其中所述第二膜还包括表面安装的电子部件。
7.如权利要求1所述的控制组件,其中所述第二膜还包括具有光导特征的内模制照明设备和关联部件。
8.如权利要求1所述的控制组件,其中所述第二膜还包括显示器。
9.如权利要求8所述的控制组件,其中所述显示器包括触摸屏。
10.一种用于构造两层控制组件的方法,包括, 制造第一膜,所述第一膜被内模制且包括装饰图形; 制造第二膜,其中制造所述第二膜包括: 将电路印刷在所述第二膜上, 将内部连接器形成在所述第二膜上,所述内部连接器经由穿孔或不连续连接部与所述第二膜物理连接和电连接以使其能够在组装之后与所述第二膜断开连接,以及将部件表面安装到所述第二膜上; 在所述第一膜和第二膜之间形成树脂层;以及 形成塑料衬垫以安装到所述第二膜上。
11.如权利要求10所述的方法,其中制造所述第二膜还包括将电容接触式传感器形成在所述第二膜上。
12.如权利要求10所述的方法,其中制造所述第二膜还包括将接近度传感器形成在所述第二膜上。
13.如权利要求10所述的方法,其中制造所述第二膜还包括将水检测传感器形成在所述第二膜上。
14.如权利要求 10所述的方法,其中制造所述第二膜还包括将功能天线形成印刷在所述第二膜上。
15.如权利要求10所述的方法,其中制造所述第二膜还包括将显示器安装在所述第二膜上。
16.如权利要求10所述的方法,其中制造所述第二膜还包括:将LED、电阻器、电容器、晶体管、可编程集成电路以及其它电子传感器中的至少一个表面安装到所述第二膜上。
17.如权利要求10所述的方法,其中所述第一膜或第二膜包括平坦膜、预成型膜或形成在成型工具中的膜中的一个或多个。
18.如权利要求10所述的方法,其中塑料位于所述第一膜和第二膜之间并且封装该电路以及各种印刷的特征和安装的部件。
19.一种方法,包括: 印刷第一膜以及使装饰图形成形、修整装饰图形并且将装饰图形施加到所述第一膜上; 印刷所述第二膜以及使印刷电路框架成形,修整印刷电路框架并且将印刷电路框架放置到所述第二膜上; 将部件安装到所述印刷电路上并且对所述第二膜上的所述印刷电路进行编程和测试; 将所述第一膜和第二膜一起放置在模具中并且用成型树脂在所述膜之间注射所述模具;以及 检查成品面板并且一旦已经测试则将成品面板进行封装和运送。
20.如权利要求19所述的方法,其中将印刷电路的部件安装到所述印刷电路框架中并且对所述第二膜上的印 刷电路进行编程和测试还包括: (a)将导电银墨层沉积到衬底上,所述衬底包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底或其它适合的衬底; (b)如果需要交叉电路,则用导电银墨施加介电桥; (c)用导电银墨涂覆导电银桥; (d)施加碳阻焊盘和导体末端; (e)用介电涂层来印刷除了电路末端之外的整个电路区域; (f)用成型粘结树脂来印刷除了电路末端以及构成自由连接器的尾部的与所述末端相邻的区域之外的整个电路区域; Ce)将聚二辛基-联噻吩(PDOT)导电聚合物施加到印刷衬底上; Cf)用I3DOT而不是用导电银墨来重复步骤(b) - Cf); (g)印刷触摸屏;以及 (h)完全印刷所有区域。
【文档编号】H05K7/02GK103918358SQ201280038962
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年6月7日 优先权日:2011年6月10日
【发明者】S·蒙克瑞夫 申请人:S·蒙克瑞夫
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