本公開涉及一種電子模塊以及制造方法。具體地，本公開涉及一種包括一個或多個集成電子器件的結構模塊。

背景技術：

1、模內(nèi)結構電子部件可從許多商業(yè)供應商處獲得。這些部件有利地將電子功能組合在三維形狀(3d-shaped)的模塊中。應用包括汽車零件、人機交互設備。在制造過程中，這些部件經(jīng)歷了許多加熱步驟以及在高溫和高壓下的成形(塑形)步驟。在加工的各個階段，各組件之間的線性熱膨脹系數(shù)之間的不匹配與熱成型期間的壓力的施加的組合會導致組件之間的應力，從而導致在最終產(chǎn)品中可見的結構缺陷和/或不可接受的外觀缺陷。

2、減輕缺陷的方法可以是增加載體基板的厚度。然而，這增加了器件的成本并且增加了電子組件與成形的器件的外表面之間的距離。

3、或者，可以設想在形成產(chǎn)品之后提供電子組件。然而，這會使制造過程復雜化，特別是如果成形的產(chǎn)品包括組件是較厚的基板且通常仍然需要剛性的(即厚的)基板來在隨后的布置和接合步驟過程中支撐器件和布線(wiring)。

4、ep3787381a1公開了一種熱成型的電子器件模塊，該電子器件模塊包括覆蓋基板、支撐其上電子器件的電子器件基板、以及設置在覆蓋基板和電子器件基板之間的熱塑性層。對該布置進行層壓以形成多層層壓件，在此期間，電子器件被嵌入到熱塑性層中。然而，機械應力可保持存在于器件、相應布線和電子載體之間，特別是對于相對較小的彎曲半徑，這會導致在熱成型時形成外觀缺陷和/或導致基本功能的損失，例如印刷電路破裂。

技術實現(xiàn)思路

1、本公開的各方面涉及包括一個或多個集成電子器件的結構電子模塊以及制造方法。有利地，方法使得能夠制造模內(nèi)結構電子器件，其解決了已知方法的一個或多個缺點，即可以形成具有相對較薄的前載體基板的器件，由此有效地減輕了缺陷的形成，同時保留了結構相關的完整性和易于制造(例如，電子組件的定位)的優(yōu)點。

2、模塊包括熱成型的堆疊(stack)。堆疊根據(jù)結構電子模塊的三維幾何形狀的外表面而成形。成形的堆疊可以設置有背襯層，從而產(chǎn)生具有一個或多個集成電子器件(例如，彎曲器件)的三維形成的成形模塊。模塊可以有利地包括在前層和背襯層之間保護的各種集成電子組件。合適的電子組件的非限制性列表包括：顯示器或標牌器件(signagedevice)(例如，led和/或oled光導或顯示裝置)；收發(fā)器、傳感器(例如，觸摸、壓力、溫度和/或接近傳感器)以及致動器(例如，振動發(fā)生器)。

3、堆疊包括熱塑性載體基板、一個或多個電子器件和相應電子布線以及熱機械緩沖層。有利地，一個或多個電子器件和相應電子布線沿堆疊的、與載體基板相對的背面提供。因此，堆疊可以被認為包括載體基板和組裝到緩沖層上的一個或多個電子器件和相應電子布線，緩沖層設置在載體與一個或多個電子器件以及相應電子布線之間。電子器件和相應電子布線可以有利地直接組裝到緩沖區(qū)上，而沒有常規(guī)的載體基板，例如印刷電路板(printed?circuit?board，pcb)。

4、有利地，電子組件可以是市售的表面安裝型器件(surface?mount?type?device，smd)，例如剛性組件，從而減輕提供柔性電子器件的需求。此外，模塊可以有利地包括電路，例如，電源軌道和/或器件和/或外部端子之間的電互連。載體通常限定模塊的前面(frontface)。緩沖區(qū)設置在熱塑性載體基板與一個或多個電子器件以及相應電子布線之間。

5、有利地，模塊可以根據(jù)預定義的三維幾何形狀而成形，由此電子組件和布線(例如在平面基板上)的定位可以在成形之前完成。

6、有利地，如本文所公開的電子模塊可以形成為具有集成電子組件的集成單元，同時至少在正常使用期間提供包括自支撐質量的結構特性。

7、電子模塊可以例如形成為3d形狀的汽車部件或人類交互設備的一部分。模塊可以例如應用為儀表板、中央控制臺單元或具有一個或多個集成電子器件的人機交互器件的一部分。

8、模塊可以通過包括以下步驟的方法形成：沿熱塑性載體基板的面應用熱機械緩沖層；在所述緩沖層上設置、提供電子布線和一個或多個電子器件，形成堆疊，其中電子布線和至少一個電子器件沿堆疊的、與載體基板相對的背面設置；然后對堆疊進行熱成型，該堆疊包括載體基板和緩沖層以及設置在緩沖層上的電子器件和相應電子布線。提供電路之后可以是將一個(或多個)電子器件組裝和互連到所形成的電路上的后續(xù)步驟。布線(電路)通常首先設置在緩沖區(qū)上，例如，直接印刷到緩沖層上。然后將一個(或多個)電子器件組裝并互連到所形成的電路上。

9、有利地，可以在形成(使成形)載體之前提供電子組件和布線。與依賴于在基板形成后提供組件的替代方案相比，將電子組件和布線設置在平坦(flat)載體(緩沖區(qū)的背面)上在可制造性和/或可靠性方面提供了顯著優(yōu)勢。有利地，通過將電子布線和一個或多個電子器件直接提供到緩沖層上，在熱成型堆疊之前電子布線可以僅由緩沖層支撐。這使得能夠省略用于支撐電子組件的專用載體，例如pcb，這減小了堆疊的整體厚度和剛性度。

10、在熱成型期間或之前，向堆疊施加熱量以使熱塑性載體基底和緩沖層的溫度升高到高于加工溫度。如下面將更詳細地解釋的，熱量可以從載體基板的面上的方向供應到堆疊。這可以有利于在堆疊內(nèi)建立溫度梯度，由此載體的溫度可以高于緩沖層和設置在其上的導電軌道和組件的溫度。

11、選擇載體基板和緩沖層的材料，使得緩沖層包括在熱成型期間儲能模量基本上比載體基板的模量低(優(yōu)選地至少低50％)的熱塑性組合物。更具體地，發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，當在熱成型期間緩沖材料的儲能模量的范圍為熱塑性載體基底的儲能模量的0.005％至25％、優(yōu)選的0.01％至10％、最優(yōu)選的0.02％至2.5％時，可以有效地減輕缺陷的形成，同時保留電子器件和相應電子布線的基本功能。此外，器件可以有利地用相對較薄的載體基板制造，同時通過最小化集成電子器件和形成的模塊的外表面之間的距離來協(xié)同地結合本文公開的美學優(yōu)勢和改進的功能性。

12、在不拘泥于理論的前提下，可以通過在一定溫度范圍(涵蓋熱成型過程和提供電子器件和相應布線期間的溫度)內(nèi)緩沖區(qū)相對于載體和電子組件的優(yōu)化的機械性能、可塑性來解釋結構和外觀損壞的減輕。

13、具體地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在熱成型條件期間，緩沖區(qū)相對于載體層的相對低的儲能模量使得其變形大于載體，并因此使得能夠降低對相對剛性的電子器件和相應布線的機械應力，否則該機械應力將直接轉移到前基板，并可能導致缺陷，例如，載體的可見變形和/或功能中間層(例如，防潮層或圖形圖案)的開裂。同時，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)儲能模量的下限能夠通過限制加工條件下的塑性變形來確保緩沖區(qū)在熱成型期間為組件和布線提供足夠的支撐，以防止基本功能的損失，例如印刷電路的裂開。

14、因此，通過性能的協(xié)同組合，緩沖層可以有效地減輕由于熱成型過程中的熱和機械應力引起的功能和外觀損壞。緩沖層越厚，減輕效果就越強。然而，從功能性觀點來看，較薄的緩沖層和載體基板是優(yōu)選的，因為這使得功能電子組件(例如，傳感器或顯示組件)能夠更靠近模塊的外部正面。

15、有利地，用于熱成型的熱量可以主要地或甚至基本上完全地從到載體基板與電子組件和緩沖區(qū)相對的面上的方向供應到堆疊?？梢酝ㄟ^從載體側照射(例如，ir)堆疊來提供定向加熱?？蛇x地或另外地，可以通過加熱模具的載體側來提供定向加熱。因此，可以在堆疊內(nèi)建立溫度梯度，由此載體的溫度可以高于緩沖層和設置在其上的導電軌道和組件的溫度。有利地從載體側加熱堆疊并將緩沖區(qū)、布線和/或電子器件保持在相對較低的溫度有利地使得能夠減少對相對較軟的緩沖區(qū)和溫度敏感元件(例如，(印刷)布線)和電子組件的熱負荷。因為減少的熱負荷減輕了支撐布線的位置處的緩沖材料的流動，因此定向加熱使熱成型期間布線的潛在損壞最小化。為了進一步減少對緩沖區(qū)、布線和/或電子組件的熱負荷，可以從緩沖區(qū)器對堆疊進行冷卻。

16、在一個強烈優(yōu)選的實施例中，模塊包括結構支撐材料的背襯層(backing?layer)。背襯層有利地為熱成型堆疊提供結構支撐并封裝一個或多個電子器件和相應電子布線的至少一部分，從而保護這些電子組件免受向后方向的影響，同時為堆疊整體提供剛性和模量，從而使得堆疊能夠有利地相對較薄。

17、堆疊的組合厚度相對較薄有利地減少了載體和/或緩沖區(qū)對總模量的總體貢獻，并且重要地是，使得電子器件(例如，顯示器或傳感器)能夠與模塊的外部正面緊密接近。有利地，載體基板和緩沖層的組合厚度可以低于600μm，或甚至低于400或300μm。在一些實施例中，載體可以有利地薄至約350或250μm，可選地甚至更小，例如150-250μm。緩沖層的厚度可以根據(jù)所需的應用來選擇，由此較厚的層在制造過程中逐漸減少外觀缺陷的形成。發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，緩沖層的厚度范圍為50μm至300μm或甚至50-150μm足以減輕模塊制造期間的外觀缺陷和結構缺陷。

18、有利地，背襯層可以沿熱成型的堆疊的、與載體基板相對的背面而直接提供，例如，通過沿預形成的堆疊的背面應用可固化組合物，例如環(huán)氧樹脂。有利地是，背襯層可以通過注塑成型(injection?moulding)來提供。在優(yōu)選實施例中，將熱塑性聚合物組合物注射到注塑模具(mould)和熱成型的堆疊的背面之間限定的空間中。發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使通過注塑成型將背襯層應用到熱成型的堆疊上，也可以進一步防止熱成型的堆疊內(nèi)的缺陷。

19、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在注塑成型期間減輕缺陷形成與在注塑成型條件期間也具有最小結構完整性的緩沖區(qū)相關。具體地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在150℃下儲能模量至少為0.01mpa的緩沖材料額外地有效減輕了在注塑成型條件期間緩沖層的流動。因此，相對地，發(fā)現(xiàn)在加工期間熱機械緩沖層的儲能模量的范圍優(yōu)選為熱塑性載體的儲能模量的0.005-25％，優(yōu)選的0.01-10％內(nèi)，最優(yōu)選的0.02％-2.5％。

20、因此，通過性能的協(xié)同組合，在所有相關處理步驟(甚至包括注塑成型)過程中，緩沖層可以有效地減輕功能和外觀損壞。