一种天线及制造方法

专利名称：一种天线及制造方法
技术领域：
本发明涉及用于无线电通讯设备、特别为手持式无线电话的内部天线，以及还涉及它们的制造方法。
所有移动式无线电通讯设备，例如手持无线电话，都需要至少一种天线以便能接收和/或发送无线电信号。传统地，这些(天线)都采用在设备之主体的外部的结构形式。
鞭状天线一度被广泛地应用，但是由于它们的实体尺寸关系到和它们相配装的日益变小的设备，故它们的应用已经递减。伸缩式鞭状天线已经被采用，因而这种天线当不使用时可被收回电话的主体内，但是，这些天线在使用中又是相当大的，而且和所有可动部件一样，易于受损害。作为替换，线圈式或螺旋式天线可提供一小尺寸的相当好的性能。然而，由于这种天线仍然是在电话之主体的外部的，以及通常要从一顶表面伸出，故其容易被损坏并且还会降低与之配装的电话的外观美感。
因而，存在一增长的将天线置于电话之主体内部的需求。到目前为止，内部天线趋向于采取被朝着电话之顶部定位的板状天线的形式，但是，它们又导致相对地体积庞大并且在装配工艺中需要额外的工序，这样就最终增加了电话的成本，而且还提供了更多的误差发生的可能性。
在随着对设备内部天线之需求增加的同时，制造工艺的发展也已经能够制造更加复杂的壳体结构。一种公知地称为内模制装帧(IMD)或内模制标记(IML)的具体制造工艺已成为更广泛地被用作对外部表面之刻蚀、印刷，描绘和金属化工艺的一种优选。该术语IMD及IML有时被用于限定稍有差异的工艺，但在实质上，两者都包括在将模制材料注塑之前施加一装饰性特征或标签到模具中。IMD将被应用于贯穿本整个说明书并涉及该工艺的所有变型。
IMD已经受到宠爱，由于它能够比包括独立的模制及印刷工序的可替换技术更便宜地制造最终成品。
现在，接着简单描述一下这种IMD工艺。
在IMD工艺中的第一阶段是制作载体膜，其将携带着在最终产品之外表面上要最后可见的装帧结构。这一载体膜通常是一种装饰有文字或绘图的薄膜塑料，所述文字或绘图在该工艺一旦完成后将是在模制件的外部被看到的。这种装帧工序可以应用任何适合的印刷工艺来完成，例如网目印刷或平版印刷。
接着，该载体膜被有选择地加热或真空处理以被成形为具有所述希望的最终产品的外型轮廓。这一工序的结果是一个“外壳”。它具有该最终产品的外观特征，亦即，所有文字或图案是可见的，但是由于该载体膜可仅为少数几百个μm(微米)量级的厚度，故它被用作一机械壳体时是非常脆弱和不适宜的。
这下一个阶段是得到该外壳，再将它们置于一个模具中，在此处，它们被往回注入一适当的模制材料。这个喷注模制阶段可以使用一种与载体膜材料相同的材料，或者也可采用具有不同特性的其他材料。作为例子，在该喷注模制工艺中应用的材料可以是橡胶或具有各种不同特点的塑料。
现在，完成的构件就机构性能而言更坚固耐用了，而且还支承着希望的位于载体膜下面可见的外部装饰结构。重要的是，该载体膜和模制材料现在已有效地融合在一起，从而确保该装帧结构得以保护，由于保护性载体膜不能被剥掉了。
一种预制所述载体膜的替换方案是将膜材在其未成形的平整状态时插置在模具中。然后，该喷注模制工艺的压力将薄膜压制到模具中，并且实现所述相同的终端成果。这一工艺的一优点是，该载体膜可以经过连续的辊子供料被装载到模具中，从而导致该工艺之改进的自动化程度。
在上述两种情况中之另一替换方案是，该载体膜可以是一种在所述模制工序完成后而被抛弃的型式；亦即，它不构成所述最终模制构件的组成部分。在这种情况下，该载体膜仅仅提供一种将装饰结构或标签施加到该模制件上的工具。在喷注模制工艺中该装饰结构被转移到所述被模制的构件上。因此，这样最终模制成的构件就载有暴露于其表面上的装饰结构。
按照本发明的第一方面，提供一种制造天线的方法，其中所述天线被组合到一装置的整体式壳体构件中，包括步骤如下使用导电油墨将该天线印刷到一载体膜的第一表面上；该所述载体膜插置到一模具中；而后将模制材料注入到该模具中。
按照本发明的第二方面，提供一制造天线的方法，包括步骤如下使用导电油墨，将天线印刷到一载体膜的第一表面上；将所述载体膜插置在一模具中，然后，将模制材料注入到模具中。
该壳体元件可以是一用于移动电话的后盖件。
作为替换，该壳体元件可以构成用于任何便携式通讯设备之任意部件中一内部的或外部的封闭件或任何组成部分。
该方法可被用于制造一分立的天线部件，然后它被装配到一装置的壳体中。
本方法的一优点是，其可被设置得制造一壳体并具有一在内表面上或外表面上设置的印刷天线。该表面可以通过载体膜的固位得以保护或者不用载体膜进行保护。
优选方式是，该载体膜被保留住以形成该壳体元件的一整体部分，这样就对印刷天线在每天使用时通常遇到的磨损和撕裂危害提供了防护。
天线的这些特性可以优选地通过应用一具有相对高介电常数(ε)的模制材料得以改变。应用这样的一种基底就允许被使用的天线有较小的物理尺寸。
该载体膜可被印刷到两个表面上。这样就允许图形和/或文字的设计结构被印刷到所述膜之与天线相反对置的侧面上。然后，这种图形或文字的设计结构是可以从电话的外部看得见的。
在一优选的发展变型中，在IMD工艺过程中经受的压力和温度要作用得使印刷天线的导电性增大到高于另外若导电油墨在通常方式中被固化时可能的导电性。
使用该IMD工艺制造组合有印刷天线之壳体的一个优点是，天线结构方案可被容易和便宜地改型， 同时不会招致很大的改变制作工具的成本。该模具设置方案可保持不变化仅需要的改变是，天线在载体膜上的丝网印刷。
按照本发明的第三方面，提供一用于便携式无线通讯设备的整体的壳体元件，所述壳体元件包括一天线，其中所述天线包括一由导电油墨构成的元件；而且所述天线被安置在所述壳体元件的一外表面和一内表面之间。
按照本发明第四方面，提供一用于便携式无线通讯设备的整体的壳体元件，所述壳体元件包括一第一表面，一第二表面和一天线，其中所述第一表面被一薄膜限定；所述第二表面被一模制材料限定；和所述天线被使用导电油墨印刷到所述薄膜的第一表面上。
为了更好地理解本发明，和理解如何使之得以实施，现在仅以实施例方式，结合附图作一参阅说明。


图1表示一组合有内部天线的手持式无线电话机；图2表示一图1所示的手持无线电话的壳体元件，其组合了一本发明实施例的天线；图3是通过图2之壳体元件的一横截面图；图4表示一支承有3个不同的印刷天线元件的载体膜图5a，5b及5c表示在用于制造图2之壳体的IMD工艺中的三个阶段；图6a表示一通过本发明之一优选改型的壳体的横截面图；图6b及6c表示优选的载体膜，其构成天线的优选改型；在图1中表示的本手持式无线电话没有外部的天线。它组合了一被制造为本发明一实施例之机械壳体的一整体部分的天线。在所有的其它方面，本电话基本上与具备现有技术的电话相同。
图2表示了图1之电话的后盖件200或B-盖件的近距离视图。该B-盖件被安置在电话的上后部。这一盖件被构造得使用IMD工艺来制造，并在这种特殊情况中，该天线被完全地隐置在壳体的本体内和与之成整体。
一个通过图2之壳体元件的本体的横截面表示在图3中。它表示了该完整的模制构件的组成部分，而且重要的是指出了，一旦该模制工艺完成了，则完工的构件就不能被拆开了，亦即它是一单独的整体构件。
该载体膜210构成了壳体的外表面，并在导电油墨天线元件220上形成一保护层。该模制材料230形成壳体的内表面。因此天线元件220被夹置在一侧为载体膜210和另一侧为模制材料230之间。
天线220的设置方案将非常明显地取决于电话的频率和工作特性。图4表明了一实例的载体膜，其被印刷了两列各有三个不同的天线结构方案。这上边的天线310是一复杂的双频带天线，其被设计为工作在两个不同的频带上。该下边的天线320，330是较简单的单频带天线。
天线320和330表示了连接接片340，通过其，使天线与电话之无线电收发机的RF电路相连接。这些连接接片可被构造得使它们不被模制材料复覆盖住并因此是暴露的以用于连接。而连接作用可被配置得当B-盖件被装配到电话本体上时将自动地形成。这一方式可以通过使用一对柔性的，导电元件来实现，所述元件的一端部被连接到该收发机上，同时自由端部被定位得与天线的相应接片340相接触。当B-盖件200被安装到电话100的本体上时，该柔性的元件将被带至与这被组装进B-盖件200内的天线之连接接片相接触，依此，接通了该天线回路。
网目印刷是使用导电油墨用于印刷天线的优选技术，但是任何其它适宜的工艺都可采用。现在已有多种这样的导电油墨，其可广泛地从例如杜邦(DuPont)，科特埃特朗格拉弗(CoatesEleetrographics)，阿赫森(Acheson)及巴夷尔(Bager)等制造商买到。一般说，该导电油墨包括极其精细的悬浮在溶液和载基混合物中的银颗粒。这些油墨的导电性通常是过分的低以致于不能允许它们被有效地用于印刷的天线。然而，已被发现，将较高的温度和较高的压力施加到予固化的油墨上就可以使所述的导电性增大到一个在天线结构中应用变得实际可行的程度。这种较高的温度和压力之作用是迫使银颗粒相互间紧密接触，从而提高了该干燥的和固化之印刷天线的导电性。还已经发现，在注塑模制工艺中产生的温度和压力变化曲线是适合于足够地提高一由导电油墨制成之天线元件的导电性的。
图5a至5c表明了用于制造该B-盖件壳体之注塑模制工艺的关键步骤。
图5a表明了该在载体膜210上予印刷的天线是如何被置于模具500中的。导电油墨在此时刻是干燥的但并不是完全固化的。模具500由三个主构件组成一第一构件510，其形成模具的背部件并且对着它形成该载体膜210；一形成模具之前部件的第二构件520并通过它注入该模制材料230；和一最后的喷注构件530，其经一喷嘴550连接到模制材料的一型腔上。该载体膜210如此地被插置在模具500中，以使载体膜之与支承有被印刷的天线元件的侧面相反对置的那侧面是面对着模具的内侧表面的，亦即该天线元件220将与模制材料230直接接触。
图5b表明了当模具500的所有构件被牢固地紧固一起时的模具500和载体膜210。该融化的模制材料(540)在压力作用下从一储室通过喷嘴550被注入到型腔560中。该压力要足以使载体膜210变形，即它采纳模具510之背部件的形状。该压力还迫使模制材料230进入模腔560的所有区域中。
当已冷却时，打开该模具如图5c所示，以显露B-盖件200。多余的载体膜210会存在于B-盖件200之周围，故在B-盖件200可以被装配之前必须被除掉。还可以看出，B-盖件200的形状是如何由模腔560的形状控制的。
在一替换实施例中，该载体膜210不形成该完工壳体的一部分。但它与前述实施例完全相同的方式被印刷有天线结构，但是材料和工艺被选择得使载体膜210不与模制材料230相粘接。在这种情况下，该印刷的天线图案220被转移到模制材料230上，而载体膜210在模具500被打开时就丢弃了。
目前这一(上述替换例)不被认为是一实际可行的替换方式，因为该被印刷的天线将停留地暴露于壳体200之表面上，即便是该导电油墨是相当的抗触摸和抗擦伤的；因而，优选的是使它们定位在一保护层的后边，例如在先前描述的实施例中设置所述的载体膜210。
任何可提供适当机械性能的模制材料230都可选用。例如，重量，硬度或刚度都可以是被加以考虑的因素。
一种特别适宜的模制材料是填加有陶瓷的聚合物。这是一种优选方案，因为它是一种具有相对较高介电常数的材料，当被用作印刷天线的基底时可以允许天线的实体尺寸被减少；而当手持无线电话的总体尺寸下降时是有重要意义的。
很多种适宜的材料是现有的。然而，一种特别适宜的材料被公开在我们的同为待审结的GB专利申请9811664.3中。
对本领域的技术人员明显的是，存在着许多个替换实施方案，而其落入本发明的保护范围内。例如，该天线被印刷在载体膜的一侧面上，一个曲线设计或图形标识则可以印刷在该膜的相反对置的侧面上。这样就可实现该对外观不太好看的天线被隐藏在一个更令人喜欢之表面的后边了。一个采用这一配置方案的B-盖件实施例被表示在图6a的横截面图中。此处，该载体膜210通过应用常规带色的油墨在将来变成外表面240的那侧面上被予印刷上希望的图象或文字。这些印刷内容以正常方式干燥和固化。然后，该天线结构220被印刷到与前述的相反侧面上。现在，该喷注模制工艺就可以如前所述被应用于制造一B-盖件了，此时的盖件则具有一更令人赏心悦目的外观了。图6b和6c表示了一示例性载体膜的两个侧面。第一侧面610a表明了四个单独的天线结构，它们将在模制工艺开始时与模制材料处于直接接触。第二表面610b表示了一图形，它们在被从模具中取出时从壳体的外部是可见的。在这一实例中，显示了制造商的图形标识，但是任何可被印刷到载体膜上的设计结构都可被采用。
如果需要一个保护膜在模制工艺之前或之后可被加到所述外表面上，这将取决于被印刷到外表面上所使用之油墨的特性。
另外的替换实施例也允许从壳体的外部看到图形和/或文字印刷内容，其是通过使用常规的带色油墨在载体膜的第一表面上印刷上需要的图案设计结构来实现的，然后，使用导电油墨对这相同表面进行印刷以形成天线。这样就确保了天线看起来不明显了，并且通过载体膜使图案层和天线得以保护。
另外的替换方案则设想，使载体膜形成壳体的内表面。这一结构方案则需要一不同于图5的模具结构，但是结果而言仍然是一天线被夹置在载体膜和模制材料之间。在此实例中，就没有了设置该工艺以使载体膜丢弃亦即不形成壳体的一整体部分的缺陷了。这是因为天线被可靠地印刷到模制壳体的内表面上，而在此处，它不再承受那种可能作用在壳体之外表面上一类似天线的磨损和撕裂破坏了。
本发明包括在此说明书中明显或总体揭示的任何新颖的特征或特征的组合，不管它是否涉及所要求的发明，也不管它是否减少了所针对之问题的任一或全部。
权利要求
1.一种用于制造天线的方法，其中所述天线被组合在一装置的整体的壳体元件中，包括步骤使用导电油墨，将天线印刷到一载体膜的第一表面上；将所述载体膜插置在一模具中；和将模制材料注入到模具中。
2.如权利要求1的方法，其特征在于使所述载体膜形成所述单独壳体元件的一整体部分。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于将所述载体膜如此插置在模具中，以使所述载体膜的第一表面定位得与模制材料处于直接接触。
4.如前述权利要求之一的方法，其特征在于将所述载体膜插置到模具中之前进行预成形。
5.如前述权利要求之一的方法，其特征在于所述模制材料由一相对高介电常数的材料构成。
6.如前述权利要求之一的方法，其特征在于使所述载体膜的一表面在印刷天线之前印刷上文字或图案结构。
7.如前述权利要求之一的方法，其特征在于与模制工艺相关的温度和压力应作用得提高所述印刷天线的导电性。
8.一制造天线的方法，包括步骤使用导电油墨，将天线印刷到一载体膜的第一表面上；将所述载体膜插置到一模具中；和将模制材料注入到该模具中。
9.一用于手持无线电通讯设备的整体的壳体元件，其包括一天线，其中，所述天线包括一由导电油墨构成的元件；而且所述天线被安置在壳体元件的一外表面和它的一内表面之间。
10.如权利要求9的壳体元件，其特征在于所述天线被安置得靠近于所述壳体的一外表面。
11，一用于手持无线电通讯设备的单独壳体元件，其包括一第一表面，一第二表面和一天线；其中所述第一表面被一薄膜所界定；所述第二表面被一模制材料所界定；和所述天线是使用导电油墨被印刷到所述薄膜的第一表面上的。
12.如权利要求11的壳体元件，其特征在于所述薄膜的第一表面被安置在所述整体的壳体元件的第一表面和第二表面之间。
全文摘要
一种制造天线的方法。该天线被组合在一装置(10)的单独壳体元件(200)中。该方法步骤为:使用导电油墨将天线印刷到一载体膜(210)的第一表面上;将该载体膜插置到一模具(500)中并将模制材料(230)注入到模具(500)中。
文档编号H01Q1/24GK1336020SQ99816322
公开日2002年2月13日 申请日期1999年12月22日 优先权日1998年12月23日
发明者J·戈瓦德, P·帕门特, B·戴维森 申请人:诺基亚移动电话有限公司