ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ПУТЕМ ПОГРУЖЕНИЯ В ЖИДКОСТЬ Российский патент 2019 года по МПК B44C1/175 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к процессу переноса путем погружения в жидкость, к 3D (трехмерному) объекту, к которому был применен процесс переноса путем погружения в жидкость, так же, как и к системе для такого процесса переноса путем погружения в жидкость.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способы интеграции электронных устройств с 3D объектами известны в данной области техники. В US 2014/0257518 описывается, например, биоэлектронное устройство и способ изготовления такого устройства. Устройство из US 2014/02575 включает опору, сформированную посредством 3D (трехмерной) печати, с биологической составляющей и электронным устройством, объединенным или соединенным с опорой. Электронный компонент может, например, включать в себя по меньшей мере одно из твердых проводников, мягких проводников, изоляторов и полупроводников. Опора может быть сформирована, по меньшей мере, из одного из синтетических полимеров и естественных биологических полимеров. Биологическое устройство может включать, по меньшей мере, одно из животных клеток, растительных клеток, клеточных органелл, протеинов и ДНК (включая РНК).

СИД (светоизлучающие диоды) осуществляют революцию в мире освещения. Технология более не ограничена стеклянными колбами и трубками со стандартными системами крепления. СИД обладают очень малыми размерами и могут сочетаться или даже быть включенными в любые типы материалов: стекло, силикон, дерево, пластмасса, ткань. Это открывает целый новый мир для дизайнеров в области освещения. Например, осветительные устройства естественной формы являются очень привлекательными изделиями. Поэтому ищутся методы, которые позволят включать СИД в большие объекты естественной формы.

Традиционно СИД, как и другие полупроводниковые кристаллы, собирают с помощью автоматического оборудования с захватом и перемещением на плоских 2D (двухмерных) печатных платах. Эти печатные платы могут быть жесткими или гибкими. Гибкие печатные платы, такие как линейные СИД полоски, собираются в 2D, но их можно впоследствии сгибать и скручивать до определенных пределов. Это уже позволило открыть большое количество новых вариантов применения в освещении.

Изделия с внешним видом, схожим с 3D, могут быть изготовлены путем вставки, например, СИД полосок внутрь прозрачной 3D формы в сочетании со световодами. Этот способ ограничен способностью полоски гнуться, шириной шага расположения СИД на полоске и оптической конструкцией и эффективностью световодов.

Более продвинутые 3D электронные осветительные устройства могут быть изготовлены с помощью технологий с литым соединительным устройством (MID). В таких технологиях проводящие дорожки формируются на изделии, отлитом из подходящего полимерного материала. Это позволяет располагать СИД под любым углом и в любом направлении. Тем не менее, решение без захвата и перемещения предпочтительно для применения с поверхностями неровной формы, так как заполнение таких поверхностей электронными устройствами потребовало бы манипуляции с большим числом степеней свободы принимающей опорной подложки или инструмента размещения «под любым углом», что является дорогим решением. Примером электронных устройств, которые могут быть использованы, являются органические светоизлучающие диоды (ОСИД). Гибкие ОСИД обещают обеспечить возможность создания любых форм для излучения, но они все еще на ранней стадии разработки.

Следовательно, существует заинтересованность во включении электронных компонентов, таких как СИД, а также других электронных компонентов, таких как датчики, солнечные элементы и т.д., в 3D объекты (сложной формы). Тем не менее, известные на данный момент технологии, часто имеют условно оптимальный компромисс между гибкостью, электрической мощностью, простотой технологии, сложностью 3D объекта, который может быть изготовлен/обработан и т.д.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, аспектом данного изобретения является предоставление альтернативного процесса нанесения электронных устройств на 3D объект, которые, кроме того, позволяют, предпочтительно, по меньшей мере частично, избежать одного или более описанных выше недостатков. Аспектом изобретения является также предоставление альтернативного устройства, которое может быть использовано для такого процесса для нанесения электронных устройств на 3D объект, который, кроме того, позволяет, предпочтительно, по меньшей мере частично, избежать одного или более описанных выше недостатков. Еще одним аспектом изобретения является предоставление альтернативного 3D объекта, например, полученного путем такого (альтернативного) процесса, который, кроме того, позволяет, предпочтительно, по меньшей мере частично, избежать одного или более описанных выше недостатков.

В данном изобретении мы предлагаем - среди прочего - способ реализации электронного устройства 3D формы с, например, излучающей поверхностью на основе неорганических СИД. Нашей целью является применение способа иммерсионной технологии для переноса предварительно изготовленных плоских сборных изделий (с извлечением пользы из различных существующих или модифицированных способов изготовления подложек с захватом и перемещением (P&P) компонентов). Предварительно изготовленные плоские геометрические формы могут в значительной степени сочетаться с предполагаемой финальной 3D структурой применения. Данное изобретение может сделать возможным экономически эффективным изготовление электронных устройств с реальной 3D формой путем применения стандартных плоских 2D электрических цепей и технологий сборки. Применение, например, СИД в качестве источников света делает возможной существенную гибкость в цвете света, световом выходе (световом потоке), выборе компонентов (на этапах разработки), что было бы невозможно в случае решения с ОСИД. Кроме того, мы предлагаем здесь - среди прочего - способ изготовления с полностью цифровым управлением, который позволяет изготовить очень гибким и персонализированным способом электрическую цепь, состоящую из, например, сборки СИД, не светоизлучающих электронных компонентов, пассивных электронных компонентов и проводящих дорожек и т.д., и который позволяет создавать различные (разнообразные) финальные изделия из минимального числа составляющих элементов. Это сделает возможным экономически эффективное изготовление малых серий персонализированных изделий для освещения. Такой способ или процесс здесь называется (процессом) «гибридного аддитивного изготовления».

Перенос путем погружения в жидкость также известен как водопереносная печать, гидрографическая печать, гидрографическая технология, иммерсионная печать, водопереносная печать, подопереносное нанесение изображения, кубическая печать и т.д. Он представляет собой способ нанесения напечатанных шаблонов на трехмерную (3D) поверхность. Гидрографический процесс может быть применен к металлу, пластмассе, стекловолокну, стеклу, (жесткому) дереву, керамике и различным другим материалам. Тем не менее, другие материалы, даже биологического или человеческого происхождения, могут быть также нанесены. Перенос путем погружения в жидкость также широко известен как «печать погружением в воду» из-за того, что детали погружаются в воду. Тем не менее, другие жидкости могут, в принципе, быть использованы. Следовательно, изобретение не ограничено процессом переноса путем погружения с применением воды в качестве жидкости. «Жидкость» здесь также обозначается как «жидкость для переноса».

Среди прочего, в EP2495109 описано, что процесс переноса путем погружения в воду активно применяется для украшения предметов любого типа. Пленки могут быть нанесены на все типы подложек. В большинстве случаев, если предмет можно погрузить в воду, и его можно раскрасить с применением традиционных техник, процесс гидрографической печати можно применять. Известен перенос за счет давления жидкости, при котором пленка для переноса, изготовленная путем предварительного нанесения подходящего нерастворимого в воде рисунка для переноса с помощью чернил для переноса на растворимую в воде пленку (удерживающий лист), помещается в резервуар для переноса (жидкость для переноса) таким образом, чтобы пленка для переноса плавала на поверхности жидкости для переноса, и, пока пленка для переноса (растворимая в воде пленка) намочена жидкостью для переноса (вкратце, водой), объект вдавливается в жидкость в резервуаре для переноса, при том что объект приводится в контакт с пленкой для переноса, и за счет давления жидкости рисунок для переноса на пленке переносится и формируется на поверхности объекта. Как описано выше, на пленке для переноса заранее формируется (печатается) с помощью чернил рисунок для перевода на растворимой в воде пленке, и чернила рисунка для перевода находятся в высушенном состоянии. Таким образом, в процессе переноса необходимо применять активирующий агент, растворитель и им подобные к рисунку для переноса на пленке для переноса для возврата рисунка для переноса обратно во влажное состояние, аналогичное состоянию сразу после печати рисунка для переноса, т.е. для возврата рисунка для переноса обратно в состояние, когда он обладает адгезивным свойством, и это называется активацией. Затем после переноса наполовину растворенная растворимая в воде пленка удаляется путем очистки воды или подобной процедуры с объекта, вынутого из резервуара для переноса, и, таким образом, объект высушивается. Для того, чтобы защитить декоративный слой, сформированный и перенесенный на объект, объект подвергается нанесению верхнего покрытия во многих случаях.

В приведенном выше абзаце описан вариант осуществления обычного процесса переноса путем погружения в жидкость. Его элементы могут быть использованы в описываемом здесь процессе, но также могут быть и модифицированы.

Как было указано выше, здесь мы предлагаем применять процесс переноса путем погружения в жидкость для нанесения электронных компонентов на поверхности, в частности, на сложные поверхности, такие как изогнутые поверхности.

В первом аспекте изобретение предоставляет процесс переноса путем погружения в жидкость для нанесения одного или более электрических проводников и электронных компонентов на 3D объект (деталь), причем процесс включает:

- обеспечение фольги (здесь также обозначаемой как «пленка для переноса»), в частности, фольги на твердом носителе, на этапе обеспечения фольги;

- обеспечение одного или более электрических проводников («проводящих дорожек») и электронных компонентов, в частности, как электрических проводников, так и электронных компонентов, на фольге на этапе обеспечения электронных устройств, для обеспечения упомянутых электронных устройств;

- удаление (опционного) твердого носителя и расположение фольги на поверхности или в жидкости на этапе применения жидкости;

- перенос одного или более электрических проводников и электронного компонента на 3D объект, в частности, путем, по меньшей мере, частичного погружения 3D объекта в жидкость на этапе переноса.

Удивительно, но оказалось, что данный процесс обеспечивает преимущества с точки зрения гибкости, электрической мощности, простоты технологии и сложности 3D объектов, которые можно изготавливать/обрабатывать. Другие рассматриваемые технологии, такие как Формовка с нанесением пленки, 3D печать и фальцовка, применение бумажных цепей, применение растяжимых подложек, применение тонкой фольги или скрайбирование ПП (печатных плат) и т.д. могут быть лучше в одном из этих аспектов, но оказываются хуже в других аспектах (по меньшей мере, для данных объектов). Предоставляемый здесь процесс, тем не менее, предоставляет удивительно хороший компромисс между двумя или более из упомянутых желаемых характеристик, включающих гибкость, электрическую мощность, простоту технологии и сложность 3D объектов, которые можно применять или изготавливать.

3D объект, в принципе, может являться любым объектом. Часть объекта, или весь объект могут быть погружены в жидкость. Это та часть объекта, на которую переносятся электрические проводники и/или электронные компоненты (которая будет, по меньшей мере, частично или даже полностью окунаться (т.е. погружаться)). Эта часть объекта, здесь также обозначенная как часть объекта, может быть плоской или изогнутой. Часть объекта может включать один или более изгибов; она может иметь «неправильную» форму. Нанесение электронных устройств на практически плоскую поверхность может быть выполнено несколькими способами; процесс по изобретению, в частности, особенно выгодно выделяется, когда электронные устройства (и напечатанный шаблон) необходимо нанести на неплоские объекты. Тем не менее, изобретение не ограничено нанесением на неплоские части 3D объектов. Таким образом, именно 3D объект включает неплоскую часть 3D объекта, которая может включать один или более изгибов. 3D объект, или, в частности, часть 3D объекта может иметь сложную форму.

3D объект может являться декоративным объектом без какой-либо конкретной функции применения (за исключением (применяемых) электронных устройств), он может являться функциональным объектом, имеющим декоративные элементы, или он может являться полностью функциональным объектом. Примерами (функциональных) 3D объектов являются, например, шлем, приборная панель, часть мебели (рабочая поверхность, стол, стул, шкаф и т.д.), инструмент, бытовое устройство, игрушка, абажур, чехол смартфона, светильник, осветительное устройство для крепления на стену или потолок, медицинское устройство, элемент одежды (такой как одежда, ботинки, обувь и т.д.), надеваемое устройство (т.е. устройство, которое носится (примерами надеваемых устройств являются, например, часы, очки, контактные линзы, электронные ткани и интеллектуальные ткани, повязки для головы, шапки и кепки, украшения, такие как кольца, браслеты, и слуховые устройства, которые имеют такую конфигурацию, чтобы выглядеть как сережки)), и т.д. Такая часть 3D объекта может включать, например, изгиб в одном направлении или изгибы в двух направлениях. Кроме того, или как альтернатива, часть 3D объекта может включать две или более поверхности, расположенных под углами относительно друг друга (причем углы не равны 180°). Специалист в данной области техники поймет, какой тип 3D объектов может подходить для процесса переноса путем погружения в жидкость. Как указано выше, изобретение не ограничено нанесением на 3D объекты, имеющие неплоские части 3D объектов; т.е. изобретение может быть также применено к плоским 3D объектам (или их частям).

Фраза «нанесение одного или более электрических проводников и электронных компонентов на 3D объект», в частности, обозначает, что один или более электрический проводник и электронный компонент могут быть нанесены на часть 3D объекта. Здесь термин «электронное устройство», в частности, относится к, по меньшей мере, активному электронному компоненту. Кроме того, термин электронные устройства может также опционально включать проводники (для электрического соединения такого электронного компонента). Следовательно, термин «электронные устройства» здесь может относиться к электрическим проводникам и электронному компоненту, но, в частности, относится к, по меньшей мере, электронному компоненту. Кроме того, термин «электронные устройства» может в варианте осуществления также относиться к электрической цепи (включающей (активный) электрический компонент).

Данное изобретение, в частности, направлено на предоставление активного электронного компонента на 3D объекте (или его части), такого как твердотельного источника света, датчика, электронного солнечного элемента. Тем не менее, данное изобретение может быть также применено для нанесения только электрических проводников на 3D объект и/или пассивных электронных компонентов, таких как электронная сенсорная кнопка (хотя такие элементы могут также, как вариант, включать активные элементы, такие как твердотельный источник света для обозначения кнопки и/или обозначения статуса кнопки или системы; или датчик для определения прикосновения, и т.д.). Следовательно, в варианте осуществления (процесса переноса путем погружения в жидкость или 3D объект и т.д.) электронный компонент включает одно или более из твердотельного источника света, датчика, электронного солнечного элемента, электронной сенсорной кнопки, поверхности для батареи, твердотельного устройства хранения энергии (например, суперконденсатора), электрического интерфейса (соединителя), пассивного компонента, такого как резистор, катушка индуктивности, конденсаторы, и т.д. Термин «электронный компонент» может в варианте осуществления также включать множество (различных) электронных компонентов. Кроме того, термин «электрические проводники» может относиться к одному электрическому проводнику или ко множеству электрических проводников. Термин «электронные устройства» может, например, относится к сочетанию из одного набора, состоящего из одного или более электронных компонентов и электрических проводников, функционально соединненых друг с другом, а может также относиться ко множеству таких наборов, где наборы могут быть функционально соединены или нет. Например, 3D объект с двумя независимыми источниками света и электрическими цепями может быть предоставлен.

Электронные устройства здесь могут не обязательно быть частью замкнутой цепи. Например, источник питания может быть интегрирован в 3D объект до того, или после того, как применяется данный процесс. Кроме того, источник питания и электронные устройства могут быть физически соединены с источником питания, например, посредством соединителей (и затем сформировать цепь). Тем не менее, как вариант или дополнительно, электронные устройства могут питаться посредством индукционной передачи энергии. В последнем варианте осуществления электронные устройства могут включать замкнутую цепь, в частности, также включающую устройство, которое может индукционно заряжаться, такое как катушка для зарядки (что известно специалистам в данной области техники). Другие способы беспроводной зарядки могут также применяться, такие как емкостная зарядка. Следовательно, электронные устройства могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы заряжаться посредством физического контакта с электрическим источником питания или бесконтактным способом от электрического (бесконтактного) источника питания. Следовательно, в варианте осуществления 3D объект может также, как вариант, включать два или более соединителя для электрического соединения электронных устройств с источником питания. Как вариант или дополнительно, электронные устройства могут включать такое устройство, которое может заряжаться беспроводным способом, такое, например, как катушка для зарядки.

Как было указано выше, на этапе обеспечения фольги, в частности, обеспечивается фольга на твердом носителе («основании»). В общем, фольга является относительно тонким слоем, который может быть растворен в жидкости на этапе применения жидкости. Твердый носитель может быть использован как основание для фольги, например, на этапе нанесения электронных устройств и/или при нанесении напечатанного шаблона.

Как известно в данной области техники, твердый носитель и фольга обычно выполняются таким образом, чтобы твердый носитель мог быть относительно легко удален. Фольга, в частности, по меньше мере, частично, а, в частности, полностью растворима в жидкости. Следовательно, материал фольги и жидкости могут быть выбраны таким образом, чтобы фольга выполняла соответствующую функцию фольги, такую как основание для одного или более из напечатанных шаблонов, электрических проводников и электронного компонента. В качестве жидкости может быть применена, например, вода. В более общем случае, жидкость включает, в частности, жидкость на водной основе, такую как вода или сочетание воды и другой жидкости, такой как растворитель для фольги. Например, жидкость может в варианте осуществления включать смесь воды с чем-то одним или более из (изо)пропанола и этанола. В частности, жидкость выбирается таким образом, чтобы она была способна (по меньшей мере, частично) растворить фольгу. В отдельном варианте осуществления фольга включает растворимый в жидкости материал. Материал фольги, растворимый в воде или жидкости на водной основе, может являться поливиниловым спиртом. Следовательно, в варианте осуществления жидкость включает жидкость на водной основе, и, в частности, фольга включает растворимый в жидкости материал. Кроме того, в еще одном варианте осуществления растворимый в жидкости материал включает поливиниловый спирт.

Кроме того, как было указано выше, напечатанный шаблон может быть предоставлен. Этот напечатанный шаблон может, в частности, быть использован для декоративных целей и/или для обеспечения поддерживающего слоя или структуры для одного или более из электрических проводников и электронного компонента. В общем случае, именно этот напечатанный шаблон переносится на 3D объект, в то время как фольга (материал фольги) может быть по большей части растворен в жидкости. Напечатанный шаблон в иммерсионной печати известен в данной области техники. Напечатанный шаблон в данной области техники также известен как «графическое изображение». Также данный напечатанный шаблон может быть в основном декоративным, в основном функциональным, или являться сочетанием и того, и другого. Напечатанный шаблон может быть, например, напечатан печатающим устройством. Следовательно, в вариантах осуществления твердый носитель может быть гибким. Для предоставления такого напечатанного шаблона, в частности, может быть применен процесс печати, такой как глубокая печать, струйная печать и т.д. Как вариант, напечатанный шаблон может быть изготовлен до нанесения фольги на основание. В еще одном варианте осуществления напечатанный шаблон формируется на фольге после нанесения фольги на основание. Следовательно, в вариантах осуществления один или более из этапа обеспечения фольги и этапа обеспечения электронных устройств также включают обеспечение напечатанного шаблона на фольге. Как вариант, часть напечатанного шаблона может быть сформирована на этапе обеспечения фольги, а часть напечатанного шаблона может быть сформирована на этапе обеспечения электронных устройств. Относительно варианта осуществления формирования шаблона на этапе обеспечения электронных устройств, оно может включать одно или более из (i) нанесения шаблона до нанесения одного или более из электрических проводников и электронного компонента на фольгу, (ii) нанесение шаблона одновременно с нанесением одного или более из электрических проводников и электронного компонента на фольгу, и (iii) нанесения шаблона после нанесения одного или более из электрических проводников и электронного компонента на фольгу. Опять же, возможно нанесение части шаблона на более раннем этапе и части шаблона на более позднем этапе. Следовательно, в варианте осуществления напечатанный шаблон наносится на фольгу после нанесения одного или более из электрических проводников и электронного компонента на фольгу.

В частности, напечатанный шаблон могут быть в основном основан на акриловых чернилах. Следовательно, в вариантах осуществления напечатанный шаблон включает акриловые чернила, и растворимый в жидкости материал включает поливиниловый спирт (ПВС). Как вариант или дополнительно, напечатанный шаблон может включать один или более из эпоксиакрилата, уретанакрилата и полиэфиракрилата, и т.д. Таким образом, напечатанный шаблон, в частности, основан на акриловом материале, таком как акриловые чернила. В частности, материал напечатанного шаблона практически не растворим в жидкости. Таким образом, напечатанный шаблон может быть перенесен на 3D объект в целом без фольги (которая может раствориться в жидкости).

На фольгу (в частности, включающей напечатанный шаблон) наносятся один или более из электрических проводников и электронного компонента. В отдельном варианте осуществления этап обеспечения электронных устройств содержит печать или нанесение в виде покрытия упомянутых электрических проводников на упомянутую фольгу. Вместо или в дополнение к печати или нанесения в виде покрытия электрических проводников (также) могут быть применены одна или более другие технологии, такие как одна или более из распределения путем наливания, нанесения струей, ламинирования, и т.д. Подходящие материалы для такой печати или нанесения поверхности включают материалы, которые включают электропроводные материалы, и которые могут быть отверждены с помощью одного или более из подачи тепла и/или излучения (включая одно или более из УФ, видимого и ИК излучений). Как вариант или дополнительно высушивание при температуре окружающей среды может быть применено. Подходящие электропроводные материалы могут, например, включать один или более из металлического серебра или металлической меди, хотя другие варианты могут быть также возможны.

В отдельном варианте осуществления процесс переноса путем погружения в жидкость, в соответствии с тем, как он здесь определен, может, таким образом, (также) включать нанесение одного или более из пасты, чернил и полоски фольги, где одно или более из пасты, чернил и полоски фольги включают одно или более из отверждаемого материала, содержащего серебро, и отверждаемого материала, содержащего медь. Следовательно, такой отверждаемый материал может включать материал, который может быть отвержден с помощью, например, тепла и/или излучения. Электрические проводники могут быть, например, получены путем одного или более из струйной печати, глубокой печати, трафаретной печати, распределения путем наливания и т.д. электропроводного материала. В варианте осуществления электропроводный материал отверждается с помощью тепла, в частности, при температуре, выбранной из интервала 50-150°С. Материал, содержащий серебро, и материал, содержащий медь, могут, например, являться чернилами, такими как поставляемые компаниями DuPont, Cabot, Novacentrix (например, DuPont CB028, Cabot Ag-IJG-100-S1, Metalon JS-15BP, Metalon ICI-002). Кроме того, серебряные пасты в качестве материала, содержащего серебро, могут быть поставлены компаниями Henkel, Masterbond, Epoxy Technology (например, Henkel Eccobond 3103WVL, Masterbond EP21TDCSFL, Epotek ED1003). Следует отметить, что придание твердости или отверждение может быть применено в виде процесса с одним этапом или в виде процесса с несколькими этапами. Например, может быть полезно с точки зрения прочности электрических проводников осуществить, по меньшей мере, частичное отверждение или придание твердости электропроводного материала. Кроме того, с точки зрения гибкости и переноса может быть выгодно не полностью отверждать или придавать твердость электропроводный материал. Следовательно, в частности, применяется процесс с несколькими этапами, в котором электропроводный материал (электрических проводников на фольге) частично отверждается или делается твердым до иммерсионного переноса, а окончательно отверждается или делается твердым уже после переноса на 3D объект (см. также ниже). Как было упомянуто выше, отверждаемый материал может, например, являться пастой. Кроме того, для обеспечения электропроводных проводников могут быть применены, например, отверждаемые чернила или паста, содержащие серебро или наносеребро, или наномедь, или ламинирование медной фольги, сконфигурированной либо до ламинирования, либо сконфигурированной после ламинирования, например, посредством фотолитографии.

В целом, сначала могут быть нанесены проводники, а затем электронный компонент. Как вариант, можно изменить эту последовательность, или применить сочетание печати и нанесения (электронного компонента). Для нанесения электронного компонента на фольгу, например, клеящий материал может быть применен. В частности, этот клеящий материал является (таким образом) также электропроводным. Этот клеящий материал может быть использован для присоединения электронного компонента к фольге (и/или напечатанному рисунку). Электронный компонент может быть приклеен к клеящему материалу, и может быть таким образом соединен с электрическими проводниками.

Таким образом, в еще одном варианте осуществления этап обеспечения электронных устройств содержит локальное распределение или печать электропроводного материала соединителя на упомянутой фольге и размещение упомянутого электронного компонента на упомянутой фольге, где электропроводный материал соединителя сконфигурирован таким образом, чтобы он функционально соединял электронный компонент и электрические проводники. В качестве электропроводного материала соединителя может быть выбран один или более из электропроводного клеящего материала и материала легкоплавкого припоя. Материал припоя может включать сплавы для припоя, которые обычно состоят из таких элементов, как Sn, In и Bi. Примером является 58Bi42S, имеющий температуру плавления 138°С. В частности, легкоплавкий припой может плавиться в интервале 75-150°С. В варианте осуществления распределение может включать подачу пасты с помощью сжатого воздуха через тонкую иглу. Чернила могут быть слишком жидкими для распределения. Струйная печать может больше подходить для чернил, которая может включать подачу капель, например, чернил, содержащих наносеребро, на подложку.

Как обозначено выше, в частности, напечатанный шаблон доступен до нанесения клеящего материала и электронного компонента. Таким образом, фраза «нанесение упомянутого электронного компонента на упомянутую фольгу» может, фактически, также подразумевать нанесение упомянутого электронного компонента на упомянутую фольгу, включающую указанный напечатанный шаблон. Какой бы порядок ни был применен, электронный компонент может быть также связан с напечатанным шаблоном. Напечатанный шаблон (и его материал) может также выполнять функцию основания для электронной структуры, включающей электрические проводники и/или электронные компоненты (и также электропроводный клеящий материал), так как, в частности, один или более из электрических проводников и электронного компонента переносятся на 3D объект (на его часть) вместе с напечатанным шаблоном. В еще одном варианте осуществления напечатанный шаблон может быть сконфигурирован таким образом, чтобы выполнять оптические функции, такие как одна или более из распределения света (функция рассеивания света), отражения света, локального экранирования света для обеспечения снижения яркости, и т.д. Таким образом, в соответствии с тем, как он здесь обозначен, напечатанный шаблон или часть напечатанного шаблона могут быть также нанесены в то же самое время (и/) или после нанесения упомянутого одного или более из электрических проводников и электронного компонента на упомянутую фольгу.

После нанесения электрических проводников и/или электронного компонента (и электропроводного клеящего материала или припоя) можно начинать этап применения жидкости. На данном этапе твердый носитель (при его наличии) может быть удален с фольги. Это может быть выполнено до помещения фольги на поверхность или внутрь жидкости. Как вариант, твердый носитель может быть удален в жидкости. В отдельном варианте осуществления жидкость содержит растворитель для твердого носителя. Обычно твердый носитель будет удален до помещения фольги на поверхность или внутрь жидкости, что известно в данной области техники. Таким образом, в варианте осуществления процесса переноса путем погружения в жидкость, в соответствии с тем, как он здесь определен, на этапе применения жидкости сначала удаляется твердый носитель, а затем фольга помещается на поверхность или внутрь жидкости.

Обычно может быть выгодно размягчить (содержащий чернила) напечатанный шаблон. Это может способствовать плавному нанесению напечатанного шаблона на 3D объект. Такое размягчение может, таким образом, сделать возможным нанесение напечатанного шаблона на 3D объект (практически) без (нежелательных) сгибов. Кроме того, часть 3D объекта, на которую может понадобиться нанести электронные устройства и напечатанный шаблон, может быть предварительно обработана, например, клеящим материалом для облегчения присоединения одного или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона к упомянутой 3D части. Например, можно нанести грунтовку, такую как поставляемая компаниями HGArts, TWN Industries и т.д., на 3D часть. Таким образом, в варианте осуществления один или более из этапа применения жидкости и этапа переноса могут также включать одно или более из (i) размягчения (содержащего чернила) напечатанного шаблона (когда напечатанный шаблон (и фольга) находятся на поверхности (или внутри) жидкости) и (ii) предварительную обработку, по меньшей мере, части 3D объекта, такую как предварительная обработка с помощью грунтовки. Грунтовка может облегчить присоединение одного или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона к упомянутой 3D части.

Фольга может быть помещена в жидкость. В частности, фольга может быть помещена на поверхность жидкости, на которой она может плавать. Тем не менее, как вариант, фольга может быть (частично) погружена. В последнем случае может быть все же желательно сконфигурировать фольгу таким образом, чтобы она располагалась практически горизонтально (плавала на одном уровне в жидкости).

Одно или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона могут быть, в частности, нанесены на 3D объект, когда, по меньшей мере, часть фольги растворится в жидкости. Одно или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона могут быть нанесены на 3D объект различными способами. 3D объект может перемещаться из положения над жидкостью (и над одним или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона) сверху вниз в жидкость, тем самым физически соприкасаясь с одним или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона. Как вариант, 3D объект могут вводить в жидкость, но в обход одного или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона, и подводить его снизу к одному или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона. В частности, в случае электрических проводников и/или электронных компонентов, этот последний способ может быть предпочтительным. Такой способ упростит поддержание соединения электрических компонентов. Это может быть важно, например, для электрических компонентов, имеющих оптические функции. Таким образом, в варианте осуществления процесса, такого, как он здесь описан, на этапе переноса 3D объект, по меньшей мере, частично погружается в жидкость до переноса, и перенос осуществляется за счет перемещения 3D объекта из области под одним или более из электрических проводников и электронного компонента (и напечатанного шаблона) в положение над жидкостью.

После удаления 3D объекта из жидкости, получается 3D объект с одним или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона. Как вариант, 3D объект, или, по меньшей мере, часть, на которую нанесены один или более из электрических проводников, электронного компонента и напечатанного шаблона, может быть вымыта (промыта) растворителем для фольги. Такое промывание может применяться для удаления, по меньшей мере, части оставшегося материала фольги (если он вообще остался). Кроме того, как указано ниже, электропроводный материал теперь может быть затвержен или сделан твердым, или еще более затвержен или сделан твердым. Например, как указано выше, электропроводный материал мог быть частично затвержен или сделан твердым до погружения, и теперь его можно окончательно затвердить или сделать твердым после нанесения на 3D объект. Здесь выражение «частично отвержден или сделан твердым» подразумевает, что электропроводный материал не полностью затвержен или сделан твердым, а он еще более мягкий или хрупкий, чем после полного затвердения. Как вариант, этот этап может включать нанесение одного или более из дополнительных электрических проводников и дополнительного электронного компонента на 3D объект (или его часть).

Кроме того, как вариант, может быть нанесено верхнее покрытие на материал, наносимый на 3D часть. Такое верхнее покрытие может улучшить целостность и устойчивость материала, нанесенного на 3D часть. Как вариант, верхнее покрытие может пропускать излучение (такое как одно или более из УФ, видимого и ИК). Это может быть особенно важно для электронного компонента, имеющего оптическую функцию, такого как оптический датчик или источник света, и т.д. В еще одном варианте осуществления верхнее покрытие может быть сконфигурировано таким образом, чтобы обеспечивать оптическую функциональность, такую как одно или более из распределения света (функция рассеивания света), отражения света, локального экранирования света для обеспечения снижения яркости, и т.д. В еще одном другом варианте осуществления верхнее покрытие может обеспечить функции биосовмещения, биорезистентности или биоразложения. Это особенно важно для устройств, относящихся к типу «био-электронных устройств», и применяемых в устройствах для ношения, например, в области здравоохранения или быта.

Таким образом, в еще одно варианте осуществления после этапа переноса процесс также включает один или более из (i) этапа отверждения, где этап отверждения включает отверждение электрических проводников, и (ii) этап нанесения покрытия, где этап нанесения покрытия включает нанесение верхнего покрытия на, по меньшей мере, часть 3D объекта, включающую упомянутые электронные устройства.

Изготовление схем сложной естественной формы, начиная с предоставления в виде 2D схемы, может быть достаточно сложным. Таким образом будут применяться ограничения, и, следовательно, потребуются правила конструирования. Здесь предлагается использовать способ, известный как «проекция Меркатора» для перевода желаемой 3D конфигурации в 2D схему. Эта 2D схема является тем, что изготовляется до переноса путем погружения в жидкость на 3D объект. Таким образом, в варианте осуществления процесс может также включать получение из виртуальной 3D модели (финального) 3D объекта 2D схемы электронных устройств на фольге, и осуществление процесса переноса путем погружения в жидкость в соответствии с 2D схемой. Это также позволяет включить отверстия в фольге для максимального соответствия 3D объекту (аналогично преобразованию 3D в 2D поверхности глобуса с использованием проекций Меркатора). Таким образом, изобретение также предоставляет методологию разработки конструкции для обратного конструирования плоской (2D) подложки и ее электрических схем таким образом, чтобы после перевода на 3D объект получалась желаемая финальная конфигурация. Это может потребовать сгибов (но так, чтобы эти сгибы, в частности, не подвергали опасности электрическую функциональность) или могут быть выполнены надрезы в 2D фольге таким образом, чтобы после переноса на 3D форму снова получался предполагаемый финальный результат.

Изобретение также предоставляет возможность получить 3D объект, такой, как получается с помощью процесса по изобретению. В отдельном варианте осуществления изобретение предоставляет 3D объект, включающий часть объекта, в частности неплоскую часть 3D объекта, и многослойную структуру, присоединенную к упомянутой (неплоской) части 3D объекта, где многослойная структура включает (i), как вариант, верхнее покрытие, (ii) один или более из электрических проводников и электронного компонента, и (iii) (как вариант) напечатанный шаблон, где, в частности, один или более из электрических проводников и электронного компонента, в частности, электронные устройства, и напечатанный шаблон сконфигурированы расположенными между (неплоской) частью 3D объекта и верхним покрытием (и где электронные устройства (таким образом), в частности, включают один или более из электрических проводников и электронного компонента, в частности упомянутые электрические проводники и указанный электронный компонент).

Как указано выше, одно или более из электрических проводников и электронного компонента, в частности, электронные устройства, и напечатанный шаблон сконфигурированы расположенными между (неплоской) частью 3D объекта и верхним покрытием. В варианте осуществления одно или более из электрических проводников и электронного компонента сконфигурированы расположенными между напечатанным шаблоном и верхним покрытием. В еще одном другом варианте осуществления одно или более из электрических проводников и электронного компонента, по меньшей мере, частично заключены в напечатанный шаблон.

В еще одном отдельном варианте осуществления 3D объекта неплоская часть 3D объекта может (как вариант) включать один или более изгибов. Кроме того, в частности, электронный компонент может включать один или более из твердотельного источника света, датчика и электронного солнечного элемента. Тем не менее, электронный компонент может, как вариант или дополнительно, также включать один или более из других электронных компонентов, упомянутых здесь. Кроме того, в частности, один или более из неплоской части 3D объекта и верхнего покрытия являются проводящими для света. Кроме того, 3D объект может также, как вариант, включать два или более соединителя для электрического соединения электронных устройств с источником питания. Предполагая применение в области освещения, одно или более из части объекта и верхнего покрытия могут пропускать излучение, в частности, свет видимого спектра (см. также выше). Например, (полое) изогнутое стеклянное тело может быть использовано в качестве 3D объекта. В таком варианте осуществления свет может быть также (по меньшей мере, частично) направлен в тело, так как в общем случае тело не будет полностью покрыто в рамках описанного здесь процесса. Конечно, источник света может быть также сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечивать свет от компонента в направлении от 3D объекта (и его части). Как вариант или дополнительно, напечатанный шаблон может пропускать свет.

Таким образом, в вариантах осуществления один или более, в частности, все перечисленные далее особенности могут быть включены: (i) способ изготовления 2D электронных схем на временной растворимой в жидкости пленке, например, из поливинилового спирта, (ii) способ переноса 2D электронных устройств на 3D конфигурацию (3D объект), (iii) элемент-носитель, который определяет полностью финальную форму электронного устройства. Способ изготовления этого носителя может быть способом, основанным на цифровой печати, так как это позволит изготавливать нестандартные геометрические формы продукта, (iv) стандартные электронные компоненты, например, СИД, (v) стандартные электропроводные чернила для изготовления электропроводной схемы с помощью технологий текущего уровня техники, например, струйной печати, распределения и т.д., (vi) стандартный электропроводный материал соединителя для электрического соединения электрических компонентов с электрическими цепями, (vii) покрывающий слой, который вмещает электронные компоненты.

В еще одном аспекте изобретение предоставляет систему, включающую: (i) устройство для нанесения электронных устройств, сконфигурированное для нанесения электронных устройств на фольгу на этапе обеспечения электронных устройств, где электронные устройства содержат электрические проводники и электронный компонент; (ii) устройство для переноса путем погружения в жидкость, сконфигурированное для переноса электронных устройств на 3D объект путем, по меньшей мере, частичного погружения 3D объекта в жидкость на этапе переноса; и (iii) устройства для обработки после погружения, сконфигурированного для нанесения верхнего покрытия на, по меньшей мере, часть 3D объекта. Такое устройство может быть, в частности, сконфигурировано для реализации описанного здесь процесса. И наоборот, процесс, описанный здесь, в частности, может быть применен на устройстве, таком как описанное здесь. Устройство может быть также сконфигурировано реализовывать один или более из описанных здесь отдельных вариантов осуществления процесса. Для этого устройство может, как вариант, включать один или более дополнительных элементов, таких как выбранные из группы, состоящей из элемента для перемещения, элемента для окунания, элемента для распыления, элемента для отверждения, элемента для высушивания, элемента для промывки, элемента для соединения, элемента для резки фольги и т.д. Устройство обработки после погружения может, как вариант, также быть сконфигурировано для нанесения дополнительных электронных устройств и/или дополнительных проводников на 3D объект.

Термин «практически» здесь, как во фразе «практически полностью состоит из» будет понятен специалисту в данной области техники. Термин «практически» может также включать значения, аналогичные терминам «полностью», «целиком», «весь» и т.д. Таким образом, в таких выражениях термин «практически» может быть опущен. Где это применимо, термин «практически» может также относиться к 90% или более, как, например, к 95% или более, в частности, к 99% или более, еще более конкретно, к 99,5% или более, включая 100%. Термин «включает» включает в себя значения, при который термин «включает» означает «состоит из». Термин «и/или», в частности, относится к одному или нескольким словам до и после термина «и/или». Например, фраза «элемент 1 и/или элемент 2» и похожие фразы могут относиться к одному или более из элемента 1 и элемента 2. Термин «включающий» может иметь значения, соответствующее фразе «состоящий из», но может также иметь другое значение, соответствующее фразе «содержащий, по меньшей мере, заданные элементы и, как вариант, один или более других элементов».

Более того, обозначения первый, второй и третий и им подобные в описании и в формуле изобретения использованы для разграничения между схожими элементами, а не обязательно для описания последовательности или хронологического порядка. Следует понимать, что обозначения, использованные таким образом, взаимозаменяемы при определенных обстоятельствах, и что варианты осуществления изобретения, описанные здесь, способны работать с другой последовательностью, отличной от описанной или проиллюстрированной здесь.

Устройства здесь, среди прочего, описаны в процессе работы. Как будет ясно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или устройствами в процессе работы.

Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления скорее иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники будут способны разработать множество альтернативных вариантов осуществления, не выходя за рамки объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные знаки, расположенные между скобками, не следует интерпретировать как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола «включает» и его производных не исключает наличие элементов или этапов, отличных от тех, что указаны в формуле изобретения. Применение единственного числа к элементу не исключает множественности таких элементов. Изобретение может быть применено с помощью оборудования, включающего несколько отдельных элементов, и с помощью соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения, описывающим устройство, в котором перечислено несколько средств, несколько из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом оборудования. Сам факт того, что определенные средства перечислены во взаимно несвязанных зависимых пунктах формулы изобретения, еще не указывает на то, что сочетание этих средств не может быть использовано в качестве преимущества.

Изобретение также относится к устройству, включающему одну или более из характерных признаков, описанных в описании и/или изображенных на приложенных чертежах. Изобретение также относится к способу или процессу, включающим один или более из характерных признаков, описанных в описании и/или изображенных на приложенных чертежах.

Различные аспекты, обсуждаемые в данном патенте, могут совмещаться для получения дополнительных преимуществ. Кроме того, некоторые из этих признаков могут сформировать основу для одной или более выделенной заявок.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут далее описаны, только в качестве примера, со ссылкой на приложенные схематические чертежи, на которых соответствующие ссылочные символы обозначают соответствующие детали, и на которых:

Фиг. 1 схематически отображает некоторые этапы процесса, описанного здесь;

Фиг. 2А и 2В схематически отображают некоторые аспекты изобретения; и

Фиг. 3 схематически отображает систему, которая может быть использована для процесса, описанного здесь.

Чертежи не обязательно предоставлены в масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Предлагается способ изготовления 2D электронных схем на временной фольге. Эта фольга частично растворима в специальной жидкости, например, включает поливиниловый спирт и растворима в воде. Фольга и 2D электронные схемы плавают на поверхности жидкости. Когда 3D объект погружается через фольгу в воду, 2D электронные схемы наносятся на объект. Таким образом создается 3D электронная схема.

Предлагается неограничивающий вариант осуществления последовательности процесса, который заключается в следующем:

1. Начать с растворимой в жидкости печатной фольге, например, из поливинилового спирта;

2. Намотать фольгу на твердый носитель;

3. Напечатать схему на фольге, например, с помощью струйной печати или глубокой печати с применением электропроводных чернил;

4. Спекать чернила, например, при 120°С для того, чтобы гарантировать электропроводность;

5. Нанести электропроводный клеящий материал, например, с помощью распределения или трафаретной печати;

6. Расположить электрические компоненты в электропроводном клеящем материале;

7. Отвердить электропроводный клеящий материал, например, при 120°С для того, чтобы гарантировать электрическое соединение;

8. Удалить носитель;

9. Позволить фольге плавать на поверхности жидкости, например, воды; при этом схема и компоненты, в частности, должны быть направлены вверх, а растворимый в воде слой должен быть направлен в сторону воды;

10. Распылить активатор (пластификатор в растворе) на напечатанную сторону фольги для размягчения чернил;

11. Предварительно обработать 3D объект для улучшения адгезии, например, путем обработки грунтовкой (такой как, например, коммерчески доступной Kunstoff Primer, когда объект включает пластмассовые части объекта);

12. Погрузить 3D объект через пленку в воду. Напечатанный слой со схемой и компонентами обернется вокруг и приклеится к 3D объекту;

13. Промыть остатки растворимого полимера на внешней поверхности 3D объекта;

14. Дать продукту высохнуть;

15. Завершить электрическое соединение посредством соединения внешних цепей с маленькими проводами; и

16. Как вариант, нанести прозрачное (пропускающее свет) верхнее покрытие, например, посредством распыления (например, нанести посредством распыления или погружения одно или более из акрилового, уретанового, эпоксидного, полиэфирного и силиконового покрытий. Такое покрытие может быть прозрачным или цветным).

Некоторые из этих этапов процесса изображены на фиг. 1. Фиг. 1 схематически отображает некоторые этапы процесса, как указано выше, изображая (этап 3) печати схемы на фольге, например, с помощью струйной печати или глубокой печати, в частности, с помощью струйной печати и распределения с применением электропроводных чернил (таких как, например, Cabot Ag-IJG-100-S1 (чернила с наносеребром)); (этап 5) нанесения электропроводного клеящего материала (например, Henkel Eccobond 3103WVL в качестве клеящей пасты с серебром), например, с помощью распределения или трафаретной печати; (6) расположения электрических компонентов в электропроводном клеящем материале; (этап 10) распыление активатора (пластификатора в растворе, такого как, например, dippdivator от компании MST-design) на напечатанную сторону фольги для размягчения чернил; и (этап 12) погружения 3D объекта через пленку в воду. Напечатанный слой со схемой и компонентами обернется вокруг и приклеится к 3D объекту. Эта фигура 1 изображает схематически вариант осуществления 3D объекта 20, имеющего часть 21 объекта, которая имеет одну или более кривых или изгибов 221, т.е. она не плоская. Кроме того, фигура схематически изображает фольгу 110 с напечатанным шаблоном 40. На него нанесены проводники 130. Электропроводный материал соединителя обозначен ссылочным символом 132. Электрические компоненты обозначены ссылочным символом 140. В качестве примера некоторые отдельные варианты осуществления обозначены на фигурах (1; 2В): твердотельный источник 141 света, датчик 142, электронный солнечный элемент 143, электронная сенсорная кнопка 144. Они приведены только в качестве примера; 3D объект по изобретению может включать одно или более из электрических проводников 130, твердотельного источника 141 света, датчика 142, электронного солнечного элемента 143 и электронной сенсорной кнопки 133. Ссылочный знак 30 обозначает жидкость («жидкость для переноса») для процесса переноса путем погружения в жидкость, которая имеет поверхность 31. Следует отметить, что на фиг. 1 - для упрощения - твердый носитель не был отображен (см., тем не менее Фиг. 2а). Следует отметить, что альтернативные конфигурации и процессы могут быть также осуществимы. Как можно понять из описания, не все 16 перечисленных выше этапов являются необходимыми и/или альтернативные этапы могут быть добавлены. Например, электронный компонент 140 может быть, как вариант, по меньшей мере, частично заключен в напечатанный шаблон 40. 3D объект на Фиг. 1 имеет, по меньшей мере, один изгиб на этом схематичном чертеже.

В общем варианте осуществления процесс может включать, например, ламинирование материала, содержащего медь (Cu), нанесение (размещение) фольги (ПВС) на твердом носителе (например, намотку фольги на носитель), печать проводника на фольге, приклеивание электронного(ых) компонента(ов) к фольге, предварительную обработку 3D объекта, отделение от носителя, перенос путем погружения, и промывка (очистка) для удаления, по меньшей мере, части оставшейся фольги (ПВС) с 3D объекта.

Фиг. 1 схематически отображает вариант осуществления, в котором фольга 110 располагается на жидкости 30. В частности, фольга может быть таким образом расположена на поверхности 31 жидкости, на которой она может плавать. Тем не менее, как вариант, фольга 110 может быть (частично) погружена в жидкость 30 (не изображено).

Фиг. 2А и 2В схематически отображают некоторые аспекты изобретения. Фиг. 2А схематически отображает твердый носитель 120 с многослойной структурой, включающей фольгу 110 и выгравированный или напечатанный шаблон 40. На нем могут быть нанесены электронные устройства 140 (не изображены). В качестве примера изображены только электрические проводники 130 и электропроводный материал 132 соединителя. Эта фигура может, например, схематически изображать этап до нанесения электронного компонента. Вариант осуществления более позднего этапа изображен на фиг. 2В, где электронные устройства 10 нанесены на 3D объект 20 с частью 21 объекта. Здесь изображена многослойная структура 150, включающая напечатанный шаблон 40, проводники 130 и электрические компоненты 140, как и верхнее покрытие 50. В качестве примера один из электронных компонентов включает источник 141 света, а другой схематически изображенный компонент может включать один или более их твердотельного источника 141 света, датчика 142, электронного солнечного элемента 143 и электронной сенсорной кнопки 144. Ссылочный знак 2 обозначает электрический источник питания для (беспроводного) питания электрического(их) компонента(ов) 140. Ссылочные знаки 11 обозначают соединители. Как вариант или дополнительно, ссылочный знак 12 обозначает устройство для приема электрической энергии посредством беспроводной передачи, такое как катушка (в таком случае соединители 11 не обязательно присутствуют). Верхнее покрытие 50 может пропускать свет 3 от, например, твердотельного(ых) источника(ов) 141 света.

Фиг. 3 очень схематично отображает систему 1000, включающую устройство 1100 для нанесения электронных устройств, сконфигурированное для нанесения электронных устройств 10 на фольгу 110 на этапе обеспечения электронных устройств, где электронные устройства 10 включают электрические проводники 130 и электронный компонент 140; устройство 1200 для переноса путем погружения в жидкость, сконфигурированное переносить электронные устройства 10 на 3D объект 20 путем, по меньшей мере, частичного погружения 3D объекта 20 в жидкость 30 на этапе переноса; и устройство 1300 для обработки после погружения, сконфигурированное наносить верхнее покрытие 50 на, по меньшей мере, часть 3D объекта 20. Ссылочный знак 1400 схематически отображает опциональные другие элементы системы, такие как устройство для перемещения, система распыления, система окунания и т.д. Тем не менее, такие элементы могут быть также интегрированы в один или более из устройства 1100 для нанесения электронных устройств, устройства 1200 для переноса путем погружения в жидкость и устройства 1300 для обработки после погружения. Устройство для нанесения электронных устройств может - среди прочего - быть сконфигурировано для нанесения одного или более из электрических проводников и электронного компонента на фольгу (с возможной подложкой). Устройство 1200 для переноса путем погружения в жидкость - среди прочего - может быть сконфигурировано для погружения 3D объекта в жидкость и последующего удаления 3D объекта из жидкости. Устройство для обработки после погружения может включать одно или более из устройства для промывания, для смывания остающейся фольги, устройства для нанесения опционных электронных устройств для нанесения дополнительных электронных устройств, устройство для нанесения покрытия для нанесения верхнего покрытия и т.д., и т.д.

Эта приведенная выше последовательность процесса была экспериментально реализована. Среди прочего, электропроводные дорожки из чернил с наносеребром были вручную распределены на коммерческой напечатанной пленке из ПВС. Дорожки подверглись спеканию при 120°С. Фольга была помещена в плавающем состоянии на поверхность заполненного водой контейнера. Края пленки из ПВС были надрезаны, чтобы избежать скручивания. Сферический стеклянный объект протолкнули через эту фольгу в воду, тем самым перенеся схему и СИД на колбу. В другом эксперименте схема и СИД были перенесены на предварительно обработанную грунтовкой подложку ABS с полукуполами с углом 20°. Плавающая фольга может являться фольгой из ПВС со слоем чернил, нанесенным с помощью цифровой печати. Эту фольгу часто используют для декорирования любых типов объектов с применением гидропечати. Эта технология также называется иммерсионной печатью, переводом с помощью воды, гидрографикой или печатью погружением в воду. Вместо воды другой растворитель может быть использован в сочетании с фольгой, которая будет растворяться в этом растворителе. Электропроводная схема должна быть достаточно гибкой для сочетания с геометрией 3D объекта. Электропроводные клеящие материалы или чернила могут быть нанесены посредством распределения, трафаретной печати или струйной печати. Температура плавления ПВС (180°С) позволяет осуществлять отверждение при повышенных температурах, что увеличивает электрическую проводимость схемы. Принимающая 3D подложка может быть предварительно обработана грунтовкой для оптимальной адгезии с многослойной фольгой. Дополнительные нижние слои, например, диэлектрики, могут быть нанесены. 2D схема может быть перенесена с помощью жидкости. Технология гидропечати взята за основу для подхода, примененного в данном изобретении. Ограничения и правила разработки возникнут при автоматизированном способе переноса на потенциально очень неравномерные формы. Остающийся поливиниловый спирт и напечатанные чернила необходимо локально удалить для соединения с 3D схемой. Это может быть выполнено путем применения воды и органического растворителя. Вместо погружения 3D объекта в воду, объект может подниматься из резервуара с водой через фольгу. Это является преимуществом для соединения схемы, или когда, например, используются СИД, излучающие вверх. Верхнее покрытие, например, прозрачный акриловый лак, может быть нанесен для защиты схемы и компонентов или для добавления дополнительной функциональности, например, слоя для рассеивания.

Изготовление схем сложной естественной формы, начиная с предоставления в виде 2D схемы, может быть достаточно сложным. Таким образом будут применяться ограничения, и, следовательно, потребуются правила конструирования. Здесь предлагается использовать способ, известный как «проекция Меркатора» для перевода желаемой 3D конфигурации в 2D схему. Эта 2D схема является тем, что изготовляется до переноса путем погружения в жидкость на 3D объект. Это может являться частью методологии разработки конфигурации, так как это позволит конечному потребителю получить персонализированный продукт для освещения. На основании набора базовых элементов (строительных блоков), таких как, например, (1) набора предварительно заданных геометрических форм, (2) СИД и электронных частей, (3) вариантов схем, можно будет реализовывать пожелания потребителей с применением оцифрованного способа (включая контроллеры правил конструирования) при получении финального продукта.

Доступные материалы в предложенной технологии деформируемы только частично. Это означает, что в процессе переноса материалы (в основном, листовые материалы) не смогут соответствовать новой форме. Один подход заключается в предоставлении возможности сгибать линии. Другой способ мог бы заключаться во введении «разрезающих линий». Эти разрезающие линии облегчили бы локальное сгибание, или даже можно было бы рассмотреть возможность вырезать части схемы (материала носителя). Как вариант, можно рассмотреть возможность адаптации технологии таким образом, чтобы в процессе переноса путем погружения в жидкость не оставалось материалов с полной площадью (а только металлические линии и собранные части). При таком подходе будет достигнуто гораздо более простое «сворачивание», однако за счет гораздо более хрупкой конструкции.

Определенное число модификаций процесса и материала для рассматриваемого процесса (такого, как описанный в варианте осуществления 1) могут быть представлены. Это может быть, например одно или более из (i) модификации плавающего слоя таким образом, чтобы, например, этот плавающий слой (сейчас ПВС) оставался на конечном продукте; (ii) добавления дополнительных слоев в структуру, например, диэлектрических слоев на неизогнутой стадии или стадии этапа В, таким образом, чтобы облегчить «деформацию» в процессе перехода от 2D к 3D геометрии; (iii) добавления дополнительных слоев уже к плавающей структуре: например, защитных нижних или верхних диэлектрических слоев, улучшающих адгезию слоев (как для адгезии с 3D геометрической формой, так и для слоя, принимающего следующий слой схемы); (iv) применение аналогичного подхода к дорожкам проводников: если их можно будет сконструировать «растяжимыми» либо за счет выбора материала, либо за счет конструкции (с изогнутыми формами), либо и того, и другого, тогда станет реалистичным также более легкий перенос (или более сложные формы); (v) применения, в основном, ПВС с водой в способе гидрографической печати. С целью, например, лучшего удержания на поверхности, оптимизированного времени реализации процесса, оптимизированных механических условий, и т.д. можно рассмотреть возможность выбора других материалов, например, на основе сочетания органической жидкости и неорганического плавающего слоя.

Обеспечение контакта для перенесенной схемы может быть реализовано определенным числом способов. Очевидно, следует рассмотреть возможность нанесения (в процессе изготовления), например, стандартного соединителя в слое проводника. Или может быть применен любой другой способ. Тем не менее, мы предлагаем применение более специализированного способа: специальный способ заключается в сочетании (1) удлинения слоя проводника (со структурой, схожей с ответвлениями) перенесенного слоя проводника с (2) предварительно нанесенными электрическими контактами (например, металлическими выступами), которые уже находятся на/в носителе 3D устройства для освещения. В процессе переноса схемы удлиненные области слоя проводника должны пересекаться с электрическими контактами, после чего (если омический контакт еще не достигнут) постоянный омический контакт может быть реализован с помощью, например, этапа локального нагрева, этапа лазерной сварки, нанесения капли электропроводного клея, и т.д.

В дополнение к, или как альтернатива СИД и сборкам СИД другие варианты применения также возможны, такие как активные выключатели, элементы хранения и т.д.

В целом, был описан перенос однослойной схемы. Однако стоит рассмотреть возможность последовательного повторения процесса переноса определенное количество раз таким образом, чтобы получить многослойную схему. Очевидно, что это сделает возможным получение более сложных и, следовательно, более специфичных с точки зрения области применения решений. Эти несколько слоев могут являться «слоями одного типа», или они могут быть собраны в структуру в соответствии с определенной задачей; например, нижний(ие) слой(и) могут выполнять функции электрического источника питания и/или логические функции, в то время как верхний слой может являться слоем, содержащим СИД. Возможно, придется реализовать очевидные вертикальные электрические соединения между этими слоями. Здесь мы рассматривали два возможных подхода. В первом применяется ранее описанное «соединение добавленных контактов с выступами», при котором выступы будут выступать через вытянутые выступающие области множества слоев, и далее постоянный омический контакт будет обеспечен в этой области. Второй способ будет заключаться в создании (например, с помощью лазера) контактных точек между структурой слоев посредством, например, реакции, схожей с реакцией оплавления или плавления.

В еще одном варианте осуществления предлагается для осень сложный форм применять многократный перенос слоев, которые теперь не будут накладываться (только если частично, для обеспечения электрических соединений между слоями). Способ наподобие «строчки», таким образом, предлагается, в котором «ленты» фольги для переноса будут «оборачиваться» вокруг 3D структуры, таким образом, чтобы обеспечить максимальное покрытие при обеспечении функциональности с точки зрения освещения. Ленты схемы могут быть электрически соединены друг с другом одним из предложенных выше способов (что в общем случае потребует наложения слоев, по меньшей мере, в области электрического соединения).

Изобретение предоставляет процесс переноса путем погружения в жидкость для нанесения электронных устройств на 3D объект, причем процесс включает: (i) обеспечение фольги на твердом носителе на этапе обеспечения фольги; (ii) обеспечение электрических проводников и электронного компонента на фольге на этапе обеспечения электронных устройств для обеспечения упомянутых электронных устройств; (iii) удаление твердого носителя и расположение фольги на или в жидкости на этапе применения жидкости и (iv) перенос электронных устройств на 3D объект на этапе переноса, так же как и 3D объект, получаемый в результате такого процесса. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Процесс переноса путем погружения в жидкость для нанесения электронных устройств (10) на 3D (трехмерный) объект (20), причем упомянутый процесс содержит:

- обеспечение фольги (110) на твердом носителе (120) на этапе обеспечения фольги;

- обеспечение электрических проводников (130) и электронного компонента (140) на фольге (110) на этапе обеспечения электронных устройств для обеспечения упомянутых электронных устройств (10);

- удаление твердого носителя (120) и расположение фольги (110) на или в жидкости (30) на этапе применения жидкости;

- перенос электронных устройств (10) на 3D объект (20) на этапе переноса.

2. Процесс переноса путем погружения в жидкость по п. 1, в котором жидкость (30) содержит жидкость на водной основе и в котором фольга (110) содержит растворимый в жидкости материал.

3. Процесс переноса путем погружения в жидкость по п. 1 или 2, в котором один или более из этапа обеспечения фольги и этапа обеспечения электронных устройств также включают обеспечение напечатанного шаблона (40) на фольге (110).

4. Процесс переноса путем погружения в жидкость по п. 3, в котором напечатанный шаблон (40) содержит акриловые чернила и в котором растворимый в жидкости материал содержит поливиниловый спирт (ПВС).

5. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2 или 4, в котором этап обеспечения электронных устройств содержит печать или нанесение упомянутых электрических проводников (130) на упомянутую фольгу (110).

6. Процесс переноса путем погружения в жидкость по п. 5, содержащий нанесение одного или более из пасты, чернил и полоски фольги, при этом одно или более из пасты, чернил и полоски фольги содержит одно или более из отверждаемого материала, содержащего серебро, и отверждаемого материала, содержащего медь.

7. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2, 4 или 6, в котором этап обеспечения электронных устройств содержит локальное распределение или печать электропроводного материала (132) соединителя на упомянутой фольге (110) и размещение упомянутого электронного компонента (140) на упомянутой фольге (110), при этом электропроводный материал (132) соединителя сконфигурирован функционально соединять электронный компонент (140) и электрические проводники (130) и при этом электропроводный материал содержит электропроводный клеящий материал.

8. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2, 4 или 6, в котором один или более из этапа применения жидкости и этапа переноса дополнительно содержат одно или более из (i) размягчения содержащего чернила напечатанного шаблона (40) и (ii) предварительной обработки по меньшей мере части 3D объекта (20).

9. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2, 4 или 6, в котором на этапе переноса 3D объект (20) по меньшей мере частично погружается в жидкость (30) до переноса, и при этом перенос осуществляется путем перемещения 3D объекта (20) из положения под электронными устройствами (10) в положение над жидкостью (30).

10. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2, 4 или 6, в котором после этапа переноса упомянутый процесс дополнительно содержит один или более из (i) этапа отверждения, при этом этап отверждения содержит отверждение электрических проводников (130), и (ii) этапа нанесения покрытия, при этом этап нанесения покрытия содержит нанесение верхнего покрытия (50) на по меньшей мере часть 3D объекта (20), содержащую упомянутые электронные устройства (10).

11. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2, 4 или 6, в котором электронный компонент (140) содержит один или более из твердотельного источника (141) света, датчика (142), электронного солнечного элемента (143) и электронной сенсорной кнопки (144).

12. Процесс переноса путем погружения в жидкость по любому из пп. 1, 2, 4 или 6, причем упомянутый процесс дополнительно содержит получение из виртуальной 3D модели финального 3D объекта (20) 2D (двухмерной) конфигурации электронных устройств (10) на фольге (110) и выполнение процесса переноса путем погружения в жидкость в соответствии с 2D конфигурацией.

13. 3D объект (20), содержащий неплоскую часть (21) 3D объекта и многослойную структуру (150), присоединенную к упомянутой неплоской части (21) 3D объекта, при этом многослойная структура (150) содержит (i) верхнее покрытие (50), (ii) электронные устройства (10) и (iii) напечатанный шаблон (40), при этом электронные устройства (10) и напечатанный шаблон (40) сконфигурированы между неплоской частью (21) 3D объекта и верхним покрытием (50), при этом электронные устройства (10) содержат электрические проводники (130) и электронный компонент (140).

14. 3D объект (20) по п. 13, в котором неплоская часть (21) 3D объекта содержит один или более изгибов (221), при этом электронный компонент (140) содержит одно или более из твердотельного источника (141) света, датчика (142) и электронного солнечного элемента (143), при этом одно или более из неплоской части (21) 3D объекта и верхнего покрытия (50) пропускают свет (3) и при этом 3D объект (20) дополнительно содержит два или более соединителя (11) для электрического соединения электронных устройств (10) с источником (2) питания.

15. Система (1000), содержащая:

- устройство (1100) для нанесения электронных устройств, сконфигурированное для нанесения электронных устройств (10) на фольгу (110) на этапе обеспечения электронных устройств, при этом электронные устройства (10) содержат электрические проводники (130) и электронный компонент (140);

- устройство (1200) для переноса путем погружения в жидкость, сконфигурированное для переноса электронных устройств (10) на 3D объект (20) в жидкости (30) на этапе переноса; и

- устройство (1300) для обработки после погружения, сконфигурированное для нанесения верхнего покрытия (50) на по меньшей мере часть 3D объекта (20).