包括內(nèi)部連接器的帶有內(nèi)模制裝飾塑料膜的注射成型控制面板的制作方法
【專利摘要】提供用于控制組件的系統(tǒng)和方法，包括：第一膜，其內(nèi)模制并且包括裝飾圖形、前表面和后表面；以及第二膜，其成型到第一膜的后表面，具有印刷電路以及前后表面，所述印刷電路包括傳感器、控制電路以及互連件；以及內(nèi)部連接器。
【專利說明】包括內(nèi)部連接器的帶有內(nèi)模制裝飾塑料膜的注射成型控制面板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所描述的實施例涉及注射成型，尤其涉及減少單獨部件的數(shù)量以及降低控制面板組件的復雜度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當注射成型出控制面板時，經(jīng)常包括有內(nèi)模制裝飾塑料膜。然后，將成型出的帶有裝飾塑料膜的控制面板組裝到單獨的殼體、成型出的表盤或“技術(shù)箱(techbox)”上，所述技術(shù)箱包括具有開關(guān)、照明設(shè)備、指示器、旋鈕、導槽、顯示器等的PCB?？刂泼姘暹€包括互連導線或電路，互連導線或電路通常與一個或多個控制板相接并且與其它電路或電路系統(tǒng)相接。這些板或電路通常容納在控制面板殼體內(nèi)或容納在單獨的殼體中。
[0003]結(jié)果，在常規(guī)的控制面板中存在許多可能的故障點。例如，開關(guān)、指示器等會故障，與電路板的互連會故障，電路板本身會故障，等等。而且，由于全部不同的部件和互連件以及關(guān)聯(lián)的組件，這種常規(guī)的組件制造昂貴，尤其在控制面板是小型產(chǎn)品、唯一定形的產(chǎn)品、具有復雜控件和指示器的產(chǎn)品或其某種組合等的部分的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文公開了簡化的控制面板組件，其包括與注射成型樹脂的任一側(cè)結(jié)合的兩個膜層以及大幅降低例如控制組件的復雜度和成本。
[0005]根據(jù)一個方案，一種注射成型的控制面板或部件包括第一表面內(nèi)模制裝飾塑料膜和成型到后表面的第二膜，第二膜具有印刷電路，包括以下中的至少一個:電容接觸式傳感器、電容觸摸屏、印刷電阻器、接近度傳感器、水檢測傳感器、功能天線、諸如LED、電阻器、電容器、晶體管、可編程集成電路以及其它電子傳感器的表面安裝的電子部件。
[0006]根據(jù)另一方案，熔化的樹脂注射到2個膜之間，完全封裝了 A面膜上的第二表面裝飾物以及在成型物品的B面上安裝部件的導電電路。
[0007]根據(jù)又一方案，如果單元能夠獨立于任何其它管理裝置起作用，則用于互連的電路端子仍與電路一體，而又可用于直接插接到通常見于使用這種類型的輸入裝置的裝置中的單獨控制板中或者僅插接到電源。這些膜和附接部件的總體封裝確保了防護免受濕氣、水浸、腐蝕、灰塵和物理損傷的破壞，得到了比當前使用現(xiàn)有技術(shù)的可用技術(shù)明顯更加可靠的廣品。
[0008]下面在標題為“詳細說明”的部分中描述了這些以及其它的特征、方案和實施例?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]結(jié)合附圖來描述特征、方案和實施例，其中:
[0010]圖1為示出依照一個實施例的常規(guī)控制面板組件的圖。
[0011]圖2A和2B為示出依照一個實施例的示例的控制面板組件的圖。[0012]圖3A和3B為示出依照一個實施例的示例的電路端子或連接器的圖。
[0013]圖4為示出依照一個實施例的用于制造注射成型控制面板的示例方法的流程圖。
[0014]圖5為示出依照一個實施例的用于制造注射成型控制面板的示例方法的流程圖。
[0015]詳細說明
[0016]圖1是示出常規(guī)控制面板組件的圖。例如，該控制面板組件可以為用于洗衣機的控制面板。因此，組件可以包括內(nèi)模制(in-molded)裝飾塑料面板102，其包括通常在洗衣機控制面板上所看到的圖形，諸如:圖形區(qū)域104和106，其可包括清洗設(shè)定并且包括在中間的能夠插入旋鈕的孔；圖形區(qū)域108，其可以包括開關(guān)指示器或啟動停止指示器并且可以包括用于雙位開關(guān)或啟動停止按鈕的狹槽或孔，等等；以及徽標區(qū)域112，其可以包括公司徽標或品牌名稱。面板102還可以包括能夠裝上的顯示窗110，例如，以及LED或IXD顯示器。
[0017]面板122隨后能夠裝配到例如洗衣機125的控制面板124上。能夠看出，控制面板124可以包括對應于圖形104、106和108以及顯示窗110的旋鈕114和116、開關(guān)118以及顯示器120。將理解的是，實際的旋鈕114和116以及開關(guān)118可以在面板102位于控制面板124上的適當位置之后進行安裝。通常地，電路板122將連同控制洗衣機125所需的全部的所需電子設(shè)備和互連件一起包括在面板124內(nèi)。
[0018]但是，如所提到的，這種類型的組件形成了多個可能的故障區(qū)域。
[0019]圖2A和2B是示出依照一個實施例的控制面板組件200的圖。從圖2A中能夠看出，組件可以包括內(nèi)模制裝飾塑料面板202，其包括:圖形區(qū)域204和206，其可包括清洗設(shè)定并且包括LED窗；圖形區(qū)域208，其可以包括開關(guān)指示器、或啟動停止指示器，或其它指示器或控制輸入圖形210、不必僅限于按鈕并且可以為任何響應于用戶輸入的用戶接口的按鈕213 ;以及徽標區(qū)域212，其可以包括公司徽標或品牌名稱。面板202還可以包括能夠裝上的顯示窗210，例如，以及LED或IXD顯示器。應當注意的是，在一些實施例中，實際上裝飾膜202上可以不設(shè)有圖形或裝飾物。
[0020]但是，組件還可以包括成型到后表面上的第二膜214，第二膜具有印刷電路，包括電容接觸式傳感器、接近度傳感器、水檢測傳感器、功能天線，諸如LED、電阻器、電容器、晶體管、可編程集成電路以及其它電子傳感器的表面安裝的電子部件中的至少一個。例如，如圖2A所示，膜214可以包括:接觸式傳感器組件216和218，其還可以包括LED指示器，該LED指示器照亮以指示特定設(shè)定選擇；接觸式傳感器220，其用于進行開關(guān)選擇；以及電容接觸式傳感器222。膜214還可以包括顯示器224和單個連接器228。另外，膜214可以包括控制電路，諸如集成電路226，其能夠控制傳感器的運行，以及在各部件之間的印刷互連件。集成電路226可以為取決于應用而可用的多種不同產(chǎn)品中的一種。例如，Cypress構(gòu)成了能夠用于一些實施例的控制芯片。
[0021]芯片制造經(jīng)常將提供指定傳感器跡線電路的最大長度的設(shè)計原則。越過這些推薦會導致差的或不穩(wěn)定的性能。相對于將芯片設(shè)置在單獨的PWB (印刷布線板)或FPC (柔性印刷電路)上，將芯片226定位在傳感器電路上緊靠近傳感器本身將實現(xiàn)最優(yōu)性能。
[0022]電容接觸式傳感器可以包括以下中的任一個:離散的I個位置傳感器，其包括至少I個傳感器，或者可存在以下的多個或任意組合:(接觸式、接近度、滑塊、滾輪、溫度、壓力等)或根據(jù)應用可以為透明或不透明并且可以為任意尺寸的觸摸屏或面板。電容接觸式傳感器222還可以與按鈕213相接，并且按鈕213可以提供任意類型的用戶接口，不僅僅是按鈕，從而將通過電容接觸式傳感器222來記錄在按鈕213上執(zhí)行的用戶輸入和動作(例如，按壓、推動、滑動)。觸摸屏可以包括有能夠物理地安裝且適合成品設(shè)計的期望幾何結(jié)構(gòu)的任何類型的任意數(shù)量的傳感器。
[0023]膜214還可以包括顯示器224，或者在一些實施例中，還可以包括顯示器上方的窗。
[0024]結(jié)果，單個連接器228能夠用于將組件200與另外的控制電路或電子器件相接。下面更詳細地說明單個連接器228。
[0025]然后，兩個膜202和214由它們之間的樹脂封裝并且隨后安裝到塑料殼體或控制臺(console)上以使組件隨后能夠安裝到例如洗衣機上。這示于圖2B的側(cè)視圖中，圖2B示出了膜202和214能夠夾在樹脂層230周圍并且隨后附接到單獨的成型控制臺或殼體部件。這得到了具有比常規(guī)組件更少的可能故障點的極薄的耐用組件。該構(gòu)造能夠免除包括在常規(guī)組件中的控制板122，降低成本，消除故障，并且允許更易于組裝。
[0026]將理解的是，注射成型工具能夠用于在層202和214之間注射樹脂層230。常規(guī)地，這將在組件邊緣處完成；然而，這會在樹脂被注射的部分的邊緣處留下需要修整的區(qū)域，這樣增加了成本和時間。而且，邊緣注射不是如此穩(wěn)固并且實際上會造成問題，因為其趨向于拉伸、扭曲，并且在一些情況下會破壞膜，這部分地由于樹脂是在沿著邊緣的單個點處注射的事實。
[0027]因此，在一些實施例中，注射成型工具能夠構(gòu)造為在組件內(nèi)的點處注射樹脂。因此，可以在例如膜214中預切割孔。注射門隨后能夠配置在工具中，其與預切割孔排列起來并且允許樹脂不僅通過孔注射，而且允許通過每個孔/銷的注射被單獨控制。這免除了邊緣切割，更加穩(wěn)固、允許更大的控制和均勻的注射，這避免了邊緣注射的問題等。
[0028]圖3A和3B示出了能夠包括在組件200中的內(nèi)部連接器。在常規(guī)的過程中，連接器經(jīng)常是從組件的邊緣呈現(xiàn)出(bring out)的。這是因為，在包覆成型的裝飾膜的情況下，連接器通常印刷在裝飾的第一膜的后表面上并且在成型之后不會被切除而釋放，因為這將導致對成品的裝飾表面造成損壞而得到不可接受的成品部件。在背面成型(back-molded)裝飾膜的情況下，連接尾部被完全包在樹脂中，并且不能因任何目的而被接近，因為其必須從成品成型部分突出以使其不會被樹脂封裝。結(jié)果，在常規(guī)的組件中，連接器必須從膜的邊緣延伸出。
[0029]但是如圖3A和3B所示，在本文所描述的實施例中，連接器228能夠在膜214的內(nèi)部。這是通過將熱粘結(jié)劑選擇性地印刷在電路膜的后表面的除了期望在成型之后從成品零件突出的連接器尾部的面之外的每個位置上而實現(xiàn)的。然后，連接器228在膜214中進行預切割并且仍經(jīng)圍繞連接器228周邊的穿孔連接部302而保持連接。以此方式，連接器228將不會由于模制過程，即，高熱、壓力等，而受到影響、變形或損壞。
[0030]在組件被成型之后，來自穿孔連接件302的穿孔連接點能夠被切割，允許連接器228的尾部與成型樹脂分離，使得其能夠被組裝例如連接到洗衣機的控制板上。
[0031]圖4示出了依照實施例的用于制造注射成型控制面板的方法。在步驟402中，第一膜被印刷、形成(形成是任選的)、修整(trim)，并且裝飾涂覆物被涂覆于其上。第一膜能夠被放置在成品面板中的第二膜的上面或下面。在步驟404中，第二膜被印刷，以及形成(形成是任選的)、修整，并且印刷電路框架被放置于其上從而最終使印刷電路可運行。第二膜能夠被放置到成品面板中的第一膜的上面或下面。在步驟406中，部件能夠安裝到印刷電路框架的印刷電路(第二膜)上，并且印刷電路被編程，然后進行測試。在步驟408中，利用機器人將第一膜和第二膜放置在模具的相對側(cè)部上，然后，在2個膜之間注射成型樹脂。在一個實施例中，第一膜和第二膜被放置在注射模具的相對側(cè)部上，一個膜在空腔中，一個膜在芯中，使得樹脂能夠注射在兩個膜之間。在步驟410中，對完成的成品面板進行檢查、力口掩模、測試以及包裝以便運送。
[0032]圖5示出了依照實施例的用于制造注射成型控制面板的的另一示例方法。在步驟502中，進行第一膜的制造，第一膜內(nèi)模制并且包括裝飾圖形。在步驟504中，進行第二膜的制造，其中制造第二膜包括:將電路印刷在第二膜上，將內(nèi)部連接器形成在第二膜上，內(nèi)部連接器經(jīng)由穿孔或不連續(xù)連接件連接至第二膜使得其一部分能夠在成型之后與第二膜分離。在步驟506中，樹脂層形成在第一膜和第二膜之間。這能夠通過注射成型或其它相關(guān)方法來執(zhí)行。在一個實施例中，第一膜和第二膜放置在注射模具的相對側(cè)部上，一個膜在空腔中，一個膜在芯中，使得樹脂能夠注射在兩個膜之間。在步驟508中，成型部分能夠附接到塑料殼體或成型控制臺上。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個或多個。
[0033]相關(guān)的圖形膜印刷方法包括絲網(wǎng)、膠印法、柔版印刷、凹版印刷或數(shù)字法，使用其任意組合(或者是片到輥或者是輥到輥)，電路膜印刷方法包括絲網(wǎng)、柔版印刷、凹版印刷，使用其任意組合(或者是片到輥或者是輥到輥)，成形方法包括液壓成形法、高壓成形法、熱成形法，修整方法包括使用2D或3D修整工具、激光切割、數(shù)字刀具方法；部件安裝方法包括用于PCB或FPC的常規(guī)安裝法，成型細節(jié)包括:在電路層中切割孔，并且通過孔將樹脂直接射入裝飾層中，將兩個膜壓(pin)到工具的芯上。
[0034]電路的電路印刷細節(jié)可以包括:C1 (電路層I):導電銀墨沉積到7毫英寸(可以為其它計量)穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的PET襯底或其它適合于應用的襯底上。在一個實施例中，裝飾膜的第I個表面可以包括抗細菌特性或諸如防刮蹭硬質(zhì)涂層或耐損涂層的其它特殊特征，以及公知的成品紋理處理。除了已知的塑料膜之外，同樣可以內(nèi)模制出其它普通的材料，諸如膠合板、植絨(flocked)產(chǎn)品、皮革以及諸如粗斜棉布以及偽絨面革合成仿造品的織物。C2:如果需要交叉(crossover)電路，則施加(穩(wěn)態(tài))介電橋；C3:施加導電銀橋；C4:施加碳阻焊盤以及導體末端(conductor tip) ；C5:用介電涂層來印刷整個電路區(qū)域(除了電路互連末端之外)；C6:用成型粘結(jié)劑樹脂來印刷整個電路區(qū)域(除了電路互連末端以及構(gòu)成自由連接器尾部的與末端相鄰的尾部區(qū)域之外);觸摸屏印刷細節(jié)(典型方法中的I個);C1:將I3DOT導電聚合物施加到7毫英寸的穩(wěn)定的PET襯底上；C2:印刷銀電路圖案I (作為替代或者除此之外可以為柔性印刷電路或FPC) ；C3:如果需要交叉電路，則施加介電橋；C4:施加銀電路圖案2 (或FPC) ；C5:施加碳阻焊盤和導體末端；C6:用介電涂層來印刷整個電路區(qū)域(除了電路末端之外);C7:用成型粘結(jié)劑樹脂來印刷整個電路區(qū)域(除了電路末端以及構(gòu)成自由連接器尾部的與末端相鄰的區(qū)域之外)。
[0035]在一個實施例中，本公開提供了在元件不伸出、抵接或以其它方式妨礙成品面板的緊湊包裝的情況下形成內(nèi)模制元件。在一個實施例中，本公開提供了節(jié)約資源和制造原料的部件緊湊包裝的無縫成型。[0036]在一個實施例中，部件安裝工藝包括如下步驟(并且次序不限于所公開的步驟):S1:施加與部件安裝焊盤對準的導電銀環(huán)氧樹脂；S2:在每個部件位置上分配膠以確保與膜的牢固粘結(jié)；S3:或者手動地或者利用常規(guī)的拾放設(shè)備來放置部件(自動化機器人放置)；S4:按照要求在制造商推薦的時間和溫度下固化導電環(huán)氧樹脂和膠。
[0037]在一個實施例中，提供了 一種注射成型的控制面板或部件，其具有第一表面內(nèi)模制裝飾塑料膜和成型到后表面的第二膜，所述第二膜具有印刷電路，包括電容接觸式傳感器、電容觸摸屏、照相機透鏡或微型照相機、接近度傳感器、水檢測傳感器、功能天線、具有諸如LED、電阻器、電容器、晶體管、七段式或相似類型的顯示器、可編程集成電路和其它電子傳感器的表面安裝的電子部件。
[0038]在一個實施例中，熔化的樹脂注射到兩個膜之間，完全封裝了 A面膜上的第二表面裝飾物以及在成型物品的B面上具有安裝部件的導電電路。該物品的獨特特征在于一下的新穎方式:如果單元能夠獨立于任何其它管理裝置起作用，則用于互連的電路終端(termination)仍與電路一體而又可用于直接插接到通常見于使用這種類型輸入裝置的裝置中的單獨控制板中或者僅插接到電源。這些膜和附接部件的總體封裝確保了防護免受濕氣、水浸、腐蝕、灰塵和物理損傷的破壞，從而得到了比當前使用現(xiàn)有技術(shù)的可用技術(shù)明顯更加可靠且結(jié)構(gòu)上更強的產(chǎn)品。
[0039]具體的特征包括將內(nèi)模制電路直接連接到外部接口或連接點的獨特方法，該外部接口或連接點也被設(shè)計成封裝全部電子設(shè)備以保護它們免受任何以及所有環(huán)境影響。利用單膜構(gòu)造不能實現(xiàn)該方法。這是最有益的且穩(wěn)固類型的連接，由于簡單的單級直接連接而沒有會使得故障的可能性成雙倍或成三倍的中間連接，該連接可使得具有極高的可靠性以及極低的錯誤概率。使芯片與電路一體意味著，無論需要控制的電路的數(shù)量如何，在大多數(shù)應用中將僅有連接和發(fā)送已經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的5個軌跡(trace)。
[0040]本公開提供了對污染或濕氣的防護，污染或濕氣會使得電路系統(tǒng)以及電子部件隨時間推移而降級和腐蝕，這通常是由于暴露于環(huán)境引起的。期望的特征用于任何裝置，但是主要用于許多產(chǎn)品和應用，包括器具、汽車部件、商用和民用照明和控制、醫(yī)療設(shè)備和裝置(使用壽命長且易于消毒和殺菌，而對電子器件或圖形接口無風險)、辦公設(shè)備(復印機、傳真機、電話)、設(shè)計為用于室外環(huán)境的產(chǎn)品(加油站泵、電話亭/出納機、停車場出票機、售賣機)、鍛煉設(shè)備(易于消毒)、制造(在嚴酷環(huán)境下操作的控件)，軍事應用以及航空技術(shù)應用，此處列舉了幾個。
[0041]本公開還提供了優(yōu)于通常用于當前產(chǎn)品的常規(guī)的以及可替代的方法的顯著的成本節(jié)約。實施例主要由面板(具有或不具有MD，或內(nèi)模制裝飾物)構(gòu)成，具有的電子部件包括機械開關(guān)、LED、7段式顯示器、光導、電阻器、電容器等等，這些都安裝到PWB上，PffB依次安裝到注射成型殼體(箱)內(nèi)部，成型的特征被設(shè)計成啟動機械開關(guān)并且引導來自LED的光。
[0042]本公開還提供了比使用常規(guī)技術(shù)的當前可用的更薄的形狀因素(典型地，2_5mm的總厚度，3-4_是對于常規(guī)尺寸的優(yōu)選尺寸，其可達到I”厚或更大)。實施例可以包括面板，但是需要附加的箱(技術(shù)箱)，其通常額外厚0.500”至1.00”。
[0043]本公開的當前工藝還得到了難以用單面膜構(gòu)造實現(xiàn)的薄輪廓的平坦面板。該工藝將多個電子部件組合到單個經(jīng)裝飾的、現(xiàn)在電運行的成型面板中。完全集成的面板提供了現(xiàn)在需要多個部件才能完成的功能(群集的PWB、成型塑料部件以及具有多個連接器的線束、LED照明設(shè)備、光導/擴散器/反射器)。
[0044]集成的IC還可以是電路的部件并且還可以成型到面板中。將這種可編程的IC成型到零件中并且盡可能地接近傳感器具有多方面益處。
[0045]第一，在芯片正在用于感測和傳送開關(guān)事件的電容接觸式開關(guān)應用中，芯片盡可能物理上接近傳感器并且不能超過規(guī)定的軌跡長度是必要的。這樣的原因在于，過量延伸的長度易于遭受電子噪聲、干擾以及錯誤觸碰或未經(jīng)識別的觸碰，這導致不可控的開關(guān)/控制裝置。如果IC需要安裝到遠程的PWB或FPC上，則信號(在到達IC之前是模擬信號)無需暴露于外部影響，外部影響會在信號有可能轉(zhuǎn)換成更加可靠的信號之前使原始信號混亂或破壞原始信號。
[0046]第二，另一益處在于，一旦芯片已經(jīng)感測到“觸碰”，則信號從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后被作為數(shù)字信號傳送到裝置或主控制器上。有益的是，在該工藝的最早時機轉(zhuǎn)換信號，從而消除了電噪聲或其它干擾會對通信具有不利影響或觸發(fā)錯誤開關(guān)信號或根本無信號的可能性。
[0047]第三，在450 T下將IC嵌入到成型樹脂中確保了部件將永不受嚴酷的或不利的環(huán)境破壞的影響，諸如在器具、汽車、軍用設(shè)備或遭遇天氣或嚴酷制造環(huán)境的任何事物的操作環(huán)境中常見的濕氣或腐蝕性蒸汽。同樣，保護所封裝的電路和部件免受物理破壞。
[0048]第四，將芯片成型到電路中免除了對于構(gòu)建到面板中的每個電路使跡線(trace)伸出的需要(如果IC安裝到另一 FPC或PWB上，這是必須要做的)，從而將連接尾部上的跡線數(shù)量保持為總共5個，而無論電路中的開關(guān)或LED的數(shù)量如何。這是由Cypress技術(shù)制成的PSOC芯片的標準特征?？刂?0個傳感器以及10個LED的該芯片沒有內(nèi)模制的電路將需要至少25根引線(對比本公開的設(shè)計中所需要的5根)。更多的引線需要更大的且更昂貴的連接器并且比5引線互連具有更高的故障概率。
[0049]第五，較少的部件意味著更低的可能的故障概率。
[0050]第六，成型出包含各部件的膜電路消除了終端用戶管理、采購和組裝多個部件的需要，現(xiàn)在這些多部件都被卷入一個功能裝置中，一個功能裝置占用不多于之前專用于內(nèi)模制裝飾控制面板本身的空間。這將開拓之前難以構(gòu)思的設(shè)計、幾何結(jié)構(gòu)和形狀因數(shù)的可能性。
[0051 ] 第七，并且最后地，集成電路的嵌入允許HMI (人機接口)遠離CPU或主控制設(shè)備，使得其可能為比取決于為何種裝置或單元而不得不采用的更小的封裝。
[0052]還存在伴隨兩膜構(gòu)造的多方面益處。第一，面板仍為平坦的。在這種典型對用于控制面板應用并且強制用于使用電容接觸式傳感器的應用的相對薄的幾何結(jié)構(gòu)中，使膜層位于成品成型面板的前后表面上得到了極平坦的部件，而在典型的單膜構(gòu)造面板中，由于成型樹脂和膜的不均勻的收縮率，所以難以實現(xiàn)平坦。終端用戶更優(yōu)選的是平坦面板，因為卷繞的面板極難進行組裝和保持在適當位置上，通常需要特殊的粘合劑，這將增加原料成本和勞動力。平坦的面板在長期性能、易于組裝和成本節(jié)約方面提供了顯著的益處。
[0053]第二，使膜層位于成品的成型樹脂的兩面上的構(gòu)造有利于更強的成品部件，這在其在一些極端條件下掉落或受到應力的情形下將具有更高的耐影響性并且更不易于受到物理損壞或故障。
[0054]第三，由于膜層位于面板的兩面上，面板將更不易于遭遇在極端溫度情況下經(jīng)常經(jīng)歷的膨脹和收縮問題。具有更穩(wěn)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隨溫度變化而膨脹和收縮所導致的故障。
[0055]第四，由于兩膜構(gòu)造，零件尺寸在模制過程中保持更加一致，并且其結(jié)果是，模制過程中的微小變化不會導致零件的任何顯著的尺寸變化，而這在單膜或無膜類型的構(gòu)造中是可能遭遇的。
[0056]由于本公開的設(shè)計，還可能存在多方面的重量和空間的節(jié)約。例如與通常所要求的相比較，本公開更換、消除或集成到成型零件中的全部部件實現(xiàn)了顯著的重量減輕和空間減少。印刷到PET (聚乙烯對苯二甲酸酯)膜上的膜電路重量顯著輕于帶有機械開關(guān)、線束、連接器以及容納PCB和致動機械開關(guān)所需的成型塑料部件的PCB。隨著運輸成本飛漲，這點是比之前更加重要。
[0057]本公開的設(shè)計還伴隨著多方面的工具加工成本以及工程花費節(jié)約、耐用性特征，以及環(huán)境的益處。與使用通常包含銅跡線和引線(例如，用于安裝部件的焊料)的常規(guī)的印刷電路板相比較，本公開具有環(huán)境優(yōu)勢。制成PCB和FPC的制造方法是使用必須在過程中進行處置的腐蝕性酸刻蝕劑以及其它環(huán)境非友好的化學品的減性過程。銀跡線的印刷也是加性過程并且不會產(chǎn)生危險廢品。
[0058]此外，在已經(jīng)在薄膜開關(guān)的制造上使用了多年的印刷銀電路方面，本公開享用經(jīng)證實的且可靠的技術(shù)，遵從了使用導電銀環(huán)氧樹脂的表面安裝電子部件的技術(shù)。
[0059]現(xiàn)在，將裝飾層、傳感器以及電子組件組合到單個成型部件中的本公開方法使得可以提供除了非功能性裝飾面板、電路板和/或FPC、關(guān)聯(lián)的電子SM部件、LED、光導、光管、成型開關(guān)殼體、成型開關(guān)致動器、阻光擋板以及所有這些單獨的部件處理和組裝到單個單元中之外的至今所需的薄輪廓的、全功能性面板?，F(xiàn)在，所有這些部件被包含在僅為裝飾部件本身的空間中并且占據(jù)僅為裝飾部件本身的空間。
[0060]本公開提供了用于器具、汽車、航空、電子、工業(yè)、醫(yī)療和消費品的可靠的且耐用的長使用壽命的控制面板。本公開還將多個特征集成并組合到單個、極具裝飾性的功能面板中，面板包含圖形和內(nèi)模制電路系統(tǒng)，包括電容開關(guān)技術(shù)(印刷的傳感器)、關(guān)聯(lián)的電路、電子部件、LED、和光導特征。本公開還解決并彌補了現(xiàn)有問題，諸如電子電路當暴露于極具腐蝕性的且不適合的環(huán)境時會受到腐蝕和破壞。此外，現(xiàn)有技術(shù)沒有提供用于從成型的/封裝的電路系統(tǒng)到關(guān)聯(lián)的外部控制板的整潔的/不間斷的成本效益高的連接/接口的手段?，F(xiàn)有技術(shù)也沒有提供用于制成優(yōu)選地為平坦的3-4mm薄壁的手段。實際上，現(xiàn)有技術(shù)必須在與傳感器電路連接之后安裝例如PSOC芯片，從性能和可靠性角度看，不推薦這樣或者不期望這樣。
[0061]此外，當在極其潮濕的環(huán)境中使用并且暴露于濕氣時，銀印刷薄膜電路遭遇故障(銀遷移導致電路之間短路)。這種將銀跡線完全封裝在塑料中的方法保護電路系統(tǒng)免于濕氣以及這種公知的故障模式破壞。因此，可以使用FPC來替代印刷銀電路。而且，不采用內(nèi)模制的使用電容接觸式薄膜的常規(guī)應用依賴于粘合劑系統(tǒng)(PSA、環(huán)氧樹脂、尿烷、輻射固化齊U)來將傳感器電路(典型地為FPC)粘附到預成型的或其它預制的控制面板的后表面上。該將薄膜粘附到面板的額外步驟不僅耗時和成本高，而且涉及到使用昂貴的粘合劑以及在應用之前將這些粘合劑涂覆到FPC上的時間。其它應用涉及到使用PWB，PWB通常必須組裝到塑料殼體中，然后作為完整組件附接到裝飾面板上，通常是通過搭扣、螺釘或其它緊固硬件，這些都是勞動密集型的且與本公開相比成本高。
[0062]常規(guī)的組件或已知的現(xiàn)有技術(shù)還會遇到具有以下電路接口的問題，該電路結(jié)構(gòu)成問題，粗陋，以及需要復雜的輔助和附加操作來安裝、實施或制造?，F(xiàn)有的電路接口涉及到附加的連接點，在該新穎技術(shù)中免除了該附加連接點，這提供了與接口點直接連接的連續(xù)的、不間斷的電路。
[0063]在現(xiàn)有技術(shù)中，在一些應用中，電路系統(tǒng)和安裝部件還暴露于環(huán)境以及可能有損壞性的濕氣和腐蝕性元件。除非這些電路已經(jīng)被一致地涂覆(附加成本)，否則它們會劣化和故障。而且，作為輔助操作安裝的電路招致施加了附加的粘合劑成本以及勞動力花費。對準困難且繁重。
[0064]當前的技術(shù)通常是圍繞單膜襯底設(shè)計，單膜襯底包含裝飾層和電容傳感電路系統(tǒng)。在其它構(gòu)造中，裝飾膜在成型之前被層壓到電路傳感層上。該構(gòu)造會遇到分層和故障的問題。該構(gòu)造也不適合于電氣部件的表面安裝，因為在成型之后在第一表面用戶接口上將顯示出證據(jù)。顯然，常規(guī)的思路是，單層構(gòu)造提供了相對于兩層內(nèi)模制工藝的成本效益，或者未知的是可以成型出薄壁式面板并且在前膜層和后膜層之間包含塑料樹脂，用熔化的塑料實質(zhì)上封裝了裝飾表面和電路表面，這提供了實質(zhì)上在使用壽命內(nèi)的永久保護。
[0065]總之，本公開的益處包括:薄的輪廓，耐用，重量輕，由于封裝了全部的重要部件而使得使用壽命長，作為堅固的設(shè)計/方法的獨特接口 /連接，簡化，成本效益高以及顯著的成本節(jié)約，諸如比將現(xiàn)有技術(shù)的多個部件集成到單個功能面板中的現(xiàn)有技術(shù)更小且更薄的封裝的設(shè)計益處，集成增強照明、觸碰式開關(guān)(電容接觸式傳感)、接近度傳感、關(guān)于l_5mm面板厚度的開關(guān)調(diào)諧，包括開/關(guān)、變暗、場景規(guī)劃、定時、燈順序的照明控制，諸如溫度和壓力的其它各種類型的傳感器的集成，成型傳感器以使PSOC能夠處理和發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)，觸摸屏控制，滑塊控制，滾輪控制，水檢測、旋鈕模擬(類似于模擬后旋鈕的功能的滾輪功能)，以及更多。
[0066]本公開的應用還包括:全部的人機接口應用；在不利于諸如spa控制、洗衣機、洗碗機、魚探儀、汽車測試設(shè)備等電子控制的任何環(huán)境中有益于應用；諸如洗滌機、干燥劑、洗碗機、混合器、烤箱等器具控制面板；容納開關(guān)和照明功能的汽車或“中央堆棧平臺“；具有易于清潔和消毒的整潔的平滑表面的醫(yī)療設(shè)備；包括防水燈具、不透鹽氛圍的水下照明和照明控制設(shè)備的海運電子控件和裝置；每天暴露于嚴酷環(huán)境的手持式裝置；諸如咖啡機、碳酸水配送器以及其它常見于飯店或自助餐廳的商業(yè)設(shè)備的商業(yè)器具；頻繁使用且可能在嚴酷環(huán)境中使用的消費電子裝置:電視機、音響、出于較小兒童的安全原因耐用性和密封電子器件至關(guān)重要的消費玩具；商業(yè)和消費照明控件；商業(yè)和消費HVAC控件；在嚴酷環(huán)境中使用和/或要求薄的輪廓或幾何結(jié)構(gòu)的制造控件；遠程控件；帶有彩色透明區(qū)域的以汽車徽標或名稱的形狀成型出的汽車“徽章”，彩色透明區(qū)域點亮，包括在徽章中成型的芯片中編程的特殊效果場景(例如，在汽車中標準的12伏系統(tǒng)上運行)；如上所述的還是功能開關(guān)的汽車徽章，諸如在車輛后部上的徽章，除了照亮其還是功能接觸式開關(guān)，當徽標被觸摸時(啟動電閂鎖釋放)，可以例如打開卡車，芯片中的智能使得可以忽略錯誤的啟動或者具有要求一定類型的觸摸或多次觸摸從而啟動的能力；或者徽章可以簡單地為“僅照明”成型零件，其簡單地通過電壓供給而點亮，作為任何標準的汽車標記燈。另外的應用包括:標記物、動畫和內(nèi)置照明控制；以及切換(開/關(guān)以及不同的操作模式，或一旦編程僅獨立供電，并且其可以被任意地重新編程)；銷售點終端；ATM ;停車場終端；停車計量器；在安全系統(tǒng)中使用的輸入鍵區(qū)；以及內(nèi)部通信終端。
[0067]各種技術(shù)以及實現(xiàn)技術(shù)的方法/工藝包括:內(nèi)模制裝飾膜(可以僅為未經(jīng)裝飾的膜)；內(nèi)模制電路(目前使用制作柔性膜電路、膜上印刷銀電路、FPC、膜上銅電路的任何方法，以及經(jīng)由任何已知方法生產(chǎn));膜上ITO(銦錫氧化物)、通常用于或適用于該應用的rooT(聚二辛基-雙噻吩)或任何其它導電聚合物；典型地為3-30毫英寸的膜測定范圍；內(nèi)模制電容開關(guān)(印刷傳感器或觸摸屏)、內(nèi)模制LED照明設(shè)備；控制和引導內(nèi)模制LED的光導特征，其可以為被設(shè)計成引導和/或阻擋光的面板內(nèi)的印刷或成型特征；內(nèi)模制電子部件，包括諸如電阻器、0LED、電容器、晶體管的任何可印刷的部件；內(nèi)模制觸摸屏傳感器(透明的或不透明的)；與電路集成的內(nèi)模制天線(W1-F1、藍牙(Bluetooth)、RF、RFID等)；內(nèi)模制部件傳感器(例如，Cypress);內(nèi)模制照相機透鏡。因此，總之，我們實際上所擁有的是成型的塑料面板，第一表面是裝飾膜(但是其可以是無色的而無圖形)，第二表面是典型地具有表面安裝的電子部件的膜電路。此后，可以是上述全部項的最復雜的變化形式或者上述選項的任意組合或者所述項中的任意單個項。
[0068]工藝概要的簡要描述包括如下步驟(不限于任何次序)；印刷第二表面、成形、調(diào)整、裝飾性施加(成品面板的第I表面);印刷第I表面、成形、調(diào)整、功能電路(成品面板的第2表面);將部件安裝到印刷電路上，編程和測試；利用機器人將膜放置到模具中并且注入成型樹脂；檢查、加掩模、測試和封裝以便運送。
[0069]相關(guān)的圖形膜印刷方法包括絲網(wǎng)、膠印法、柔版印刷、凹版印刷或數(shù)字法，使用其任意組合(或者是片到輥或者是輥到輥)，電路膜印刷方法包括絲網(wǎng)、柔版印刷、凹版印刷，使用其任意組合(或者是片到輥或者是輥到輥)，成形方法包括液壓成形法、高壓成形法、熱成形法，調(diào)整方法包括使用2D或3D調(diào)整工具、激光切割、數(shù)字刀具方法；部件安裝方法包括用于PCB或FPC的常規(guī)安裝法，成型細節(jié)包括:在電路層中切割孔，并且通過孔將樹脂直接射入裝飾層中，將兩個膜壓到工具的芯上。看起來好像是經(jīng)由邊緣選通(gating)嘗試了兩層內(nèi)模制層(無電路系統(tǒng))。
[0070]電路的電路印刷細節(jié)可以包括:C1 (電路層I):導電銀墨沉積到7毫英寸的穩(wěn)定的PET襯底或其它適合于應用的襯底上。在一個實施例中，第I個表面上的裝飾膜可以包括抗細菌特性或諸如防刮蹭硬質(zhì)涂層或耐損涂層的其它特殊特征，以及公知的成品紋理處理。除了已知的塑料膜之外，同樣可以內(nèi)模制出其它常見的材料，諸如膠合板、植絨產(chǎn)品、皮革以及諸如粗斜棉布以及偽絨面革合成仿造品的織物。C2:如果需要交叉電路，則施加(穩(wěn)態(tài))介電橋；C3:施加導電銀橋；C4:施加碳阻焊盤以及導體末端；C5:用介電涂層來印刷整個電路區(qū)域(除了電路末端之外);C6:用成型粘結(jié)劑樹脂來印刷整個電路區(qū)域(除了電路末端以及構(gòu)成自由連接器尾部的與末端相鄰的區(qū)域之外)；觸摸屏印刷細節(jié)(典型方法中的I個);C1:在每前一次編排之前修整印刷層，將I3DOT導電聚合物施加到7毫英寸的穩(wěn)定的PET襯底上；C2:如果需要交叉電路，則施加介電橋；C3:施加roOT導電聚合物橋；C4:施加碳阻焊盤和導體末端；C5:用介電涂層來印刷整個電路區(qū)域(除了電路末端之外)；C6:用成型粘結(jié)劑樹脂來印刷整個電路區(qū)域(除了電路末端以及構(gòu)成自由連接器尾部的與末端相鄰的區(qū)域之外)。
[0071]在一個實施例中，部件安裝工藝包括如下步驟(并且次序不限于所公開的步驟):S1:施加與部件安裝焊盤對準的導電銀環(huán)氧樹脂；S2:在每個部件位置上分配膠以確保與膜的牢固粘結(jié)；S3:或者手動地或者利用常規(guī)的拾放設(shè)備放置部件(自動化機器人放置)；S4:如果需要的話在制造商推薦的時間和溫度下固化導電環(huán)氧樹脂和膠水。
[0072]雖然上文已經(jīng)說明了一些實施例，將理解的是所描述的實施例僅通過舉例的方式。因此，本文所描述的系統(tǒng)和方法不應基于所描述的實施例而受限制。相反，本文所描述的系統(tǒng)和方法應當僅受下面結(jié)合上面的說明和附圖考慮的權(quán)利要求限制。
【權(quán)利要求】
1.一種控制組件，包括: 第一膜，其內(nèi)模制到樹脂芯的前表面，所述樹脂芯包括裝飾圖形、前表面和后表面；第二膜，其成型到所述樹脂芯的所述后表面，具有印刷電路以及前后表面，所述印刷電路包括傳感器、控制電路以及互連件；以及內(nèi)部連接器。
2.如權(quán)利要求1所述的控制組件，其中所述內(nèi)部連接器包括在所述第二膜中并且預切割成其成品幾何結(jié)構(gòu)而經(jīng)由穿孔或不連續(xù)連接部而部分地附接到膜，以使其能夠在模制過程之后與所述第二膜部分地分開。
3.如權(quán)利要求1所述的控制組件，其中所述印刷電路包括電容接觸式傳感器、接近度傳感器、水檢測傳感器、功能天線、諸如LED、電阻器、電容器、晶體管、可編程集成電路以及其它電子傳感器的表面安裝的電子部件中的至少一個。
4.如權(quán)利要求1所述的控制組件，還包括在所述第一膜和所述第二膜之間的樹脂層。
5.如權(quán)利要求1所述的控制組件，還包括安裝到所述第二膜的后表面上的塑料面板。
6.如權(quán)利要求1所述的控制組件，其中所述第二膜還包括表面安裝的電子部件。
7.如權(quán)利要求1所述的控制組件，其中所述第二膜還包括具有光導特征的內(nèi)模制照明設(shè)備和關(guān)聯(lián)部件。
8.如權(quán)利要求1所述的控制組件，其中所述第二膜還包括顯示器。
9.如權(quán)利要求8所述的控制組件，其中所述顯示器包括觸摸屏。
10.一種用于構(gòu)造兩層控制組件的方法，包括， 制造第一膜，所述第一膜被內(nèi)模制且包括裝飾圖形； 制造第二膜，其中制造所述第二膜包括: 將電路印刷在所述第二膜上， 將內(nèi)部連接器形成在所述第二膜上，所述內(nèi)部連接器經(jīng)由穿孔或不連續(xù)連接部與所述第二膜物理連接和電連接以使其能夠在組裝之后與所述第二膜斷開連接，以及將部件表面安裝到所述第二膜上； 在所述第一膜和第二膜之間形成樹脂層；以及 形成塑料襯墊以安裝到所述第二膜上。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造所述第二膜還包括將電容接觸式傳感器形成在所述第二膜上。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造所述第二膜還包括將接近度傳感器形成在所述第二膜上。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造所述第二膜還包括將水檢測傳感器形成在所述第二膜上。
14.如權(quán)利要求 10所述的方法，其中制造所述第二膜還包括將功能天線形成印刷在所述第二膜上。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造所述第二膜還包括將顯示器安裝在所述第二膜上。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造所述第二膜還包括:將LED、電阻器、電容器、晶體管、可編程集成電路以及其它電子傳感器中的至少一個表面安裝到所述第二膜上。
17.如權(quán)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、預成型膜或形成在成型工具中的膜中的一個或多個。
18.如權(quán)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間并且封裝該電路以及各種印刷的特征和安裝的部件。
19.一種方法,包括: 印刷第一膜以及使裝飾圖形成形、修整裝飾圖形并且將裝飾圖形施加到所述第一膜上； 印刷所述第二膜以及使印刷電路框架成形，修整印刷電路框架并且將印刷電路框架放置到所述第二膜上； 將部件安裝到所述印刷電路上并且對所述第二膜上的所述印刷電路進行編程和測試； 將所述第一膜和第二膜一起放置在模具中并且用成型樹脂在所述膜之間注射所述模具；以及 檢查成品面板并且一旦已經(jīng)測試則將成品面板進行封裝和運送。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中將印刷電路的部件安裝到所述印刷電路框架中并且對所述第二膜上的印 刷電路進行編程和測試還包括: (a)將導電銀墨層沉積到襯底上，所述襯底包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)襯底或其它適合的襯底； (b)如果需要交叉電路，則用導電銀墨施加介電橋； (c)用導電銀墨涂覆導電銀橋； (d)施加碳阻焊盤和導體末端； (e)用介電涂層來印刷除了電路末端之外的整個電路區(qū)域； (f)用成型粘結(jié)樹脂來印刷除了電路末端以及構(gòu)成自由連接器的尾部的與所述末端相鄰的區(qū)域之外的整個電路區(qū)域； Ce)將聚二辛基-聯(lián)噻吩(PDOT)導電聚合物施加到印刷襯底上； Cf)用I3DOT而不是用導電銀墨來重復步驟(b) - Cf)； (g)印刷觸摸屏；以及 (h)完全印刷所有區(qū)域。
【文檔編號】H05K7/02GK103918358SQ201280038962
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】S·蒙克瑞夫 申請人:S·蒙克瑞夫