具有NFC天线的印刷电路板

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板，该印刷电路板机械地支撑多个电气部件和/或电子部件并且可插入到电子吸烟装置中。所提及的印刷电路板包括至少一个柔性部分和至少一个刚化部分，该至少一个柔性部分包括NFC天线，其中，这两个部分附接在共用的柔性层堆叠体上。

背景技术

尤其是用于消耗尼古丁、烟草、液体调味物质和其他可抽吸的植物基材料的电子吸烟装置正越来越受欢迎。这些装置通常在解剖学上被成形为使得壳体在用户的手中特别舒适。因此，电子吸烟装置是手持式的且可移动的。为了实现无线功能，通常使用连接器和/或悬空引线将已调谐好的天线连接到刚柔PCB。例如，在US2014224267中描述了用于对电子香烟进行无线充电的感应充电系统。因此，所描述的电子香烟包括其中印刷有接收线圈的柔性层压印刷电路板(PCB)。具有用于充电的无线模块的手持式电子装置的无线模块的另一示例是US2015116156。然而，共用的PCB不够柔性，以至于不能用在特别薄且精致的手持式电子香烟的实施例中。而且，采用无线充电模块增加了生产成本并且因需要额外一组组装步骤而使得设计的多样性降低。

期望的是提供一种柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板具有集成的天线，该天线作为单个柔性印刷电路板的一部分安装在电子吸烟装置中。特别期望的是减少这种柔性印刷电路板的制造成本和组装步骤。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种柔性印刷电路板，其中所有无线天线集成在所提及的柔性印刷电路板上。

上述问题通过一种印刷电路板来解决，该印刷电路板机械地支撑用于电子吸烟制品的多个电气部件和/或电子部件，该多个电气部件和/或电子部件经由导电轨道电连接。印刷电路板包括至少一个柔性部分和至少一个刚化部分，其中，柔性部分和刚化部分包括共用的柔性层堆叠体，该共用的柔性层堆叠体包括至少一个结构化金属层，该至少一个结构化金属层形成导电轨道和/或电气部件。刚化部分进一步包括至少一个刚化层堆叠体，该至少一个刚化层堆叠体包括至少一个结构化金属层，该至少一个结构化金属层形成导电轨道和/或电气部件，其中，该刚化层堆叠体布置在共用的柔性层堆叠体的至少一个表面上。根据本发明，柔性部分中的共用的柔性层堆叠体的结构化金属层的至少一部分被构造为电磁线圈，该电磁线圈形成NFC天线，并且该共用的柔性层堆叠体和刚化层的对应的结构化金属层的至少一部分被构造成一起用作适用于进行无线充电的电磁感应线圈。

优选地，印刷电路板的刚性可以由层数限定。可以在印刷电路板的每个表面上设置双层部分，该双层部分优选地为柔性的。还可设想，在印刷电路板的每个表面上设置四层部分，特别地，该四层部分比双层部分柔性小。术语“柔性”在本上下文中指尤其可弯曲的。印刷电路板的柔性特别是在将该印刷电路板附接在电子吸烟装置的壳体中时是有利的。这样，在壳体呈方形形状的情况下，可以利用壳体的边缘处的特别大量的空间。另外，在壳体呈圆形形状或用户个人调整的形状的情况下，印刷电路板的柔性部分的柔性是非常有利的。

在共用的柔性层堆叠体的柔性部分处附接NFC天线特别是对于整个印刷电路板的自动化制造过程来说是有利的。可以通过将印刷电路板叠层的柔性部分的内部层留空来调制线圈。这消除了向印刷电路板添加单独的电磁线圈形成部件的需要，特别地降低了产品成本。优选地，共用的柔性层堆叠体的柔性部分包括至少两个层。优选地，第一柔性层是顶部助焊层和/或底部助焊层并且附接至第二柔性层。优选地，第二层是介电层，更优选地是附接至共用的柔性层堆叠体的第二介电层和/或第四介电层。优选地，共用的柔性层堆叠体包括柔性芯板，该柔性芯板包括聚酰亚胺。顶部柔性层和底部柔性层可以被设计为天线版图(antenna artwork)。例如，在对印刷电路板进行印刷之前或期间，可以使用设计工具在柔性部分上生成线圈形状的方向图。在设计期间，可设想，改变线圈的物理值，比如线圈的长度和宽度、轨道宽度、轨道之间的间隙大小、轨道厚度和圈数。可设想，由此形成的线圈进一步涂覆有印刷电路板的每个表面上的至少一个介电层和/或顶部助焊层。优选地，介电层是预浸料1080。

使用设计工具生成的线圈形状的方向图可能无法以期望的方式自动工作。为了提供合理的方向图，可设想将方向图与矢量网络分析工具联系起来，用于测量天线的实际值、比如阻抗。优选地，针对期望的频率来计算天线方向图的值。该计算能够实现线圈性能一致性、均匀性并降低制造成本。

在优选的实施例中，NFC天线是方形形状。优选地，天线所包括的侧向长度和宽度介于30mm到90mm的范围内、优选地为65mm。优选地，天线所包括的轨道宽度介于300μm到600μm的范围内、优选地为500μm。NFC天线可以进一步包括在轨道之间的至少一个间隙，该至少一个间隙介于300μm到600μm的范围内、优选地为500μm。可设想，轨道厚度为35μm，并且圈数为2。优选地，这种NFC天线适用于高频传输，该高频传输优选地介于10MHz到90MHz的范围内、更优选地为13.56MHz。优选地，NFC天线实现的数据传输速率高达424kBit/s。

还有利的是，将电磁感应线圈至少部分地附接在刚化层上以适用于进行无线充电。优选地，电磁感应线圈能够传输介于100到300KHz的范围内的低频率，以用于无线充电。因此，可设想，与NFC天线不同，电磁感应线圈需要规格更厚更长的铜。为了实现这一点，可以使用柔性印刷电路板的所有层，并且用铜将各层缝合在一起以得到类似于导线的3D导体。为了实现收发高达100KHz的频率，印刷电路板的刚化部分可以在每个表面上包括至少6层。优选地，刚化部分包括顶部阻焊层和底部阻焊层、顶部丝印层和底部丝印层、顶部刚性层和底部刚性层、第一介电层和第五介电层、接地层(GND)和电源(Vsupp)层以及第二介电层和第四介电层。优选地，印刷电路板的刚化部分和柔性部分一同包括顶部助焊层和底部助焊层。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，共用的柔性层堆叠体和刚化层通过过孔互连。通过过孔互连特别便宜且容易实施。由于柔性印刷电路板仅载有至少很少的电气部件，因此优选地在刚化部分中有足够的空间用于过孔缝合。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，该印刷电路板进一步包括无线协议天线，该无线协议天线适用于收发包括频率为2.4GHz的电磁信号。优选地，无线协议天线进行蓝牙、WI-Fi、Zigbee、Thread等的收发。优选地，无线协议天线施加在印刷电路板的刚化部分的至少一个表面上。还优选地，无线协议天线是用于超高频的芯片天线。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，该印刷电路板可折叠成具有两条较短边和两条较长边的矩形形状，其中，该NFC天线在这两条较短边之一的边界上。电子吸烟制品最普遍使用的形状优选地与矩形笔类似。为了实现将包括部件的印刷电路板附接到壳体中，可设想，该印刷电路板可折叠成具有两条较短边和两条较长边的矩形形状。因此，将NFC天线附接至矩形笔的较短边是有利的。在这种情况下，优选地，NFC天线靠近可替换吸嘴。所述可替换吸嘴可以经由NFC天线与电子吸烟制品通信。优选地，吸嘴包括具有可吸食液体的可替换烟弹。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，该印刷电路板可折叠成具有两条较短边和两条较长边的矩形形状，其中，感应线圈布置在这两条较短边之间的中心。在中心和/或在刚化部分的两条短边之间调制或布置用于无线充电的感应线圈是特别有利的。在这种情况下，优选地，已组装的电子吸烟制品可在充电站的中心处充电。优选地，用户无需注意定位电吸烟制品(例如，感应线圈是否在特定位置处接触充电站)而是会自动且直观地将装置放置在中间。附加地或替代性地，可设想，将NFC天线布置或调制到较短边之一。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，这些过孔是缝合过孔。优选地，这些缝合过孔将至少两个金属层缝合在一起。缝合过孔有利于确保较短的信号返回路径。可设想，缝合过孔对印刷电路板上的热进行分配。这在具有感应线圈的部分处是尤其有利的。在这种情况下，印刷电路板在水平方向上更具传导性，其中，热量至少是横向进行的。因此，共用的柔性层堆叠体可能比迹线更冷，其中，穿过刚化部分的缝合过孔产生更多层间的传导率，从而向共用的柔性堆叠体携带和散发热量。还可设想，使用对从轨道高频辐射的电磁波的屏蔽效果。优选地，过孔彼此间隔关注频率的波长的最少1/10。在这种情况下，间距足够小以屏蔽撞击波。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，刚化部分进一步包括第二刚化层堆叠体，该第二刚化层堆叠体包括至少一个结构化金属层，该至少一个结构化金属层形成导电轨道和/或电气部件，其中，共用的柔性层堆叠体和这两个刚化层的对应的结构化金属层的至少一部分通过过孔互连并且被构造成一起用作感应线圈。可设想，导电轨道将各电气部件彼此电连接和/或电连接到至少一个天线。优选地，感应线圈至少部分地布置在柔性层堆叠体上。布置在至少两个刚化层堆叠体和柔性层堆叠体上的感应线圈可以弯曲到介于25°到160°的范围内的角。具有以这种方式调制的印刷电路板的电吸烟制品可以包括用于在至少一个边缘上进行无线充电的感应线圈。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，共用的柔性层堆叠体和两个刚化层堆叠体各自包括两个结构化金属层，这两个结构化金属层均通过过孔互连并且被构造成一起用作感应线圈。优选地，这种感应线圈可以介于30°到130°的范围内的角度折叠。在使用不同频率与其他装置和/或无线功率传输通信的情况下，可能期望附接至少三个、更优选地四个天线。所使用的被构造并且包括在至少两个刚化层堆叠体中的感应线圈的数量根据所需通信频率和/或无线功率传输频率的数量而变化。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，感应线圈所包括的表面积为400-500mm

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，感应线圈包括由互连的结构化金属层形成的有效导线，该有效导线的总截面积为0.05-0.3mm

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，这些金属层是铜层。也可以使用其他导电金属。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，这些铜层是1/2盎司(oz)的铜层，即这些铜层包括厚度为18μm的层。可设想，将铜层组合成3盎司的铜层。

优选地，顶部柔性层和底部柔性层的厚度介于0.01mm到0.03mm的范围内、更优选为0.018mm。还优选地，柔性芯板的厚度范围介于0.01mm到0.1mm的范围内、更优选地为0.05mm。

优选地，顶部阻焊层和底部阻焊层的厚度介于0.02mm到0.03mm的范围内、更优选地为0.025mm。优选地，包括铜层的顶部刚性层和底部刚性层的厚度介于0.01mm到0.03mm的范围内、更优选地为0.018mm。优选地，第一介电层和第五介电层的厚度介于0.1mm到0.2mm的范围内、更优选地为0.15mm。还优选地，GND层和Vsupp层的厚度介于0.01mm到0.03mm的范围内、更优选地为0.018mm。第二介电层和第四介电层的厚度介于0.05mm到0.09mm的范围内、更优选地为0.068mm。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，NFC天线所包括的表面积为200-250mm

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，NFC天线包括宽度，该宽度平行于这些较短边测得，为10-20mm、优选地为13-17mm、最优选地为15mm。NFC天线的宽度可以根据比如期望的频率和/或柔性部分的给定面积等各种要求而变化。还可设想，NFC天线包括宽度，该宽度平行于这些较短边测得，为65mm。

根据另一实施例，印刷电路板的特征在于，感应线圈包括宽度，该宽度平行于这些较短边测得，为10-20mm、优选地为13-17mm、最优选地为15mm。感应线圈的宽度可以根据比如给定的布置面积等各种要求而不同。

附图说明

本发明的另外的优点、目的和特征将仅通过示例在以下参考附图的描述中进行描述。在附图中，不同实施例中的相似部件可以具有相同的附图标记。

在附图中：

图1具有感应线圈、无线协议天线和NFC天线的印刷电路板的俯视图；

图2a印刷电路板的刚化部分和柔性部分的侧视图；

图2b具有缝合过孔的印刷电路板的刚化部分和柔性部分的侧视图；

图3包括印刷电路板的电子吸烟制品的示意图；

具体实施方式

图1示出了具有感应线圈10、无线协议天线11a和NFC天线8的印刷电路板1的俯视图。所示印刷电路板1是可折叠的并且可插入到电子吸烟制品的壳体(图3所示)中。优选地，印刷电路板1进一步包括两条较短边12a、b和两条较长边12c、d，其中，吸嘴可布置在较短边12a、b中的至少一边上(此处未示出)。印刷电路板1包括刚化部分3和柔性部分2，其中，这两者布置在共用的柔性层堆叠体的至少一个表面4a、b上。

柔性部分2和刚化部分3进一步包括结构化金属层5、7(用作NFC天线8和感应线圈10)。优选地，结构化金属层5、7包括铜。在所示实施例中，柔性部分2中所包括的一个金属层5、7被形成为乌拉姆螺旋(ulam spiral)，其中，金属层5、7包括围绕以90°角弯曲的中心而延伸的至少一个轨道。可构想，沿着短边12a、b测得的NFC天线的宽度W2介于10mm到30mm的范围内。优选地，刚化部分3中所包括的结构化金属层5、7被形成为螺旋。金属层5、7包括至少一个轨道，轨道围绕中心延伸。沿着短边12a、b测得的感应线圈的宽度W1可以介于10mm到30mm的范围内。

在大多数实施例中，除了天线8、10、11a之外，印刷电路板1还支撑多个电气部件和/或电子部件11。优选地，所有部件11、8、10、11a一起作用并且实现不同的功能，比如无线充电、收发超高频率和/或近场通信。优选地，刚化层堆叠体6和柔性层堆叠体4中的一些层包括缝合内部金属层的过孔。还优选地，用过孔9调制和缝合感应线圈10以形成3D导体(优选地导线)。

优选地，无线协议天线11a可布置在印刷电路板1中的至少一个表面4a、b上。在图1中，无线协议天线11a布置在第一刚化层堆叠体6a处、靠近短边12a。优选地，NFC天线8布置在柔性层堆叠体4上、靠近印刷电路板1的较短边12b。感应线圈10布置在第二刚化层堆叠体6b上、靠近较短边12a。可设想，感应线圈10可布置在两条短边12a、b之间的中心(在图3示出)中。

图2a示出了印刷电路板1的刚化部分3和柔性部分2的侧视图。所示出的印刷电路1包括在顶部表面和底部表面4a、b上的分层结构。刚化部分3和柔性部分2附接在共用的柔性层堆叠体4上。优选地，顶部表面4a在刚化部分3处包括顶部助焊层100、顶部丝印层101、顶部阻焊层102、顶部刚性层103、介电层1 104、GND层105和介电层2 106。还优选地，底部表面4b在刚化部分3处包括底部助焊层113、底部丝印层112、底部阻焊层111、底部刚性层110、介电层5 109、Vsupp层108和介电层4 107。

优选地，顶部阻焊层102和底部阻焊层111包括阻焊剂。优选地，顶部阻焊层102和底部阻焊层111的厚度为0.025mm。优选地，顶部刚性层103和底部刚性层110包括铜。优选地，顶部刚性层103和底部刚性层110的厚度为0.018mm。介电层1 104和介电层5 109包括高Tg FR4芯板。优选地，介电层1 104和介电层5 109的厚度为0.150mm。优选地，GND层和Vsupp层包括铜或其他金属层。优选地，GND层和Vsupp层的厚度为0.018mm。优选地，介电层2 106和介电层4 107包括预浸料1080。介电层2 106和介电层4 107的厚度为0.068mm。共用的柔性层堆叠体4包括柔性芯板、顶部柔性层4c和底部柔性层4d。优选地，顶部柔性层和底部柔性层4c、d的厚度为0.018mm，并且柔性芯板4的厚度为0.05mm。优选地，顶部柔性层和底部柔性层4c、d包括铜或其他金属层。还优选地，柔性芯板4包括聚酰亚胺。

图2b示出了具有缝合过孔9的印刷电路板1的刚化部分3和柔性部分2的侧视图。印刷电路板1包括如图2a中所描述的相同的分层结构。除此之外，这些层都由过孔9缝合。优选地，刚化部分3和/或柔性部分2包括直径介于50μm到10μm的范围内的盲孔。优选地，这些孔通过激光制出或等离子体刻蚀在至少一个表面4a、b上。优选地，这些孔延伸至GND层105、顶部柔性层4c、底部柔性层4d、Vsupp层108或底部刚性层110。优选地，从这些孔中清除剩余的合成树脂并且填充金属(优选地铜)，以电互连各层。因此，优选地，电镀缝合过孔，并且使金属填充孔穿过印刷电路板1的各层。

图3示出了包括印刷电路板1的电子吸烟制品的示意图。印刷电路板1进一步包括感应线圈10和NFC天线8。优选地，天线10、8两者均被构造在印刷电路板1的层5、7中，这些层包括金属和过孔(未示出)。优选地，感应线圈10布置在至少一个刚化部分3(为第一刚化层堆叠体6a和/或第二刚化层堆叠体6b)上。优选地，NFC天线8布置在至少一个柔性部分2(为柔性层堆叠体4)上。在此实施例中，感应线圈10布置在两个柔性部分2之间。优选地，NFC天线8布置在印刷电路板1的至少一个柔性部分2上。

感应线圈10包括宽度W1和长度L1。优选地，宽度W1介于5mm到35mm的范围内，并且长度L1介于10mm到45mm的范围内。NFC天线8包括宽度W2和长度L2。优选地，宽度W2介于5mm到35mm的范围内，并且长度L2介于10mm到45mm的范围内。还可设想，宽度W1或W2以及长度L1或L2根据比如层数和所需的轨道圈数等变量而变化。可设想，长度L2和宽度W2与感应线圈10的长度L1和宽度W1近似。

鉴于现有技术，本申请人保留对本申请文献中披露的、是本发明的必要特征的所有特征提出保护的权利，只要这些特征是新的，无论是单独来看还是组合来看。此外，应注意，在附图中描述了特征，这些特征可以单独地是有利的。本领域技术人员将直接认识到，图中所披露的特定特征也可以是有利的，而无需采用此图的进一步特征。此外，本领域技术人员将认识到，优点可以从一个或多个图中所披露的多样化特征的组合中演变而来。

附图标记列表

1印刷电路板

2柔性部分

3刚化部分

4共用的柔性层堆叠体/柔性芯板

4a、b 共用的柔性层堆叠体的表面

4c、d 顶部柔性层和底部柔性层

5结构化金属层

6刚化层堆叠体

6a 第一刚化层堆叠体

6b 第二刚化层堆叠体

7结构化金属层

8NFC天线

9过孔

10 电磁线圈/感应线圈

11 电气部件和/或电子部件

11a无线协议天线

12 矩形形状

12a、b两条较短边

12c、d两条较长边

W1 感应线圈的宽度

W2 NFC天线的宽度

L1 感应线圈的长度

L2 NFC天线的长度

100顶部助焊层

101顶部丝印层

102顶部阻焊层

103顶部刚性层

104介电层1

105GND层

106介电层2

107介电层4

108Vsupp层

109介电层5

110底部刚性层

111底部阻焊层

112底部丝印层

113底部助焊层