CN101467503B - 用于电子部件的次基台 - Google Patents

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Abstract

提供一种次基台，用于将电子部件设置在基片上。次基台包括头部件以及从头部件伸出的至少一个基片接合件。头部件包括至少两个相互隔开的导电部分，每个导电部分包括适合与电子部件相连的部件触点和适合使所述的导电部分与包括在所述基片内的电路接触的并且设置在所述的基片侧上的基片触点。本发明的次基台可用于将电子部件如发光二极管附着到织物基片上，而不需要将电子部件直接焊接在基片上。

Description

用于电子部件的次基台
技术领域
本发明涉及用于在基片上设置电子部件的次基台(submount)，并且涉及包括在基片上设置的这样一种次基台的装置。
背景技术
在日常生活中使用许多类型的织物。同时，在日常生活中电子设备的使用也显著增多，所述电子设备比如是显示设备、移动电话、多媒体播放器、导航设备和不同种类的传感器。
当将电子设备集成到织物上时，出现了一些新的应用领域，例如基于织物的显示设备、可以告知当前位置并指出去往期望位置的方向的衣物、等等。
为了实现电子部件的最终织物集成，相互连接的基片如驱动电路应该完全由织物构成。
进而，部件在织物基片上的无障碍安装，要求电子部件尽可能地小，并且电子部件要广泛地分布在织物基片上，以使织物保持它的柔软和柔韧的特性。
在GB2396252A中描述了将电子部件集成到织物上的一种方法，这篇文献描述了一种包括发光二极管的纺织织物。纺织织物包括导电电极，例如可将导电电极编织到织物中，或者印刷或刺绣到织物上。电极与发光二极管一起形成矩阵式可寻址显示器。
在这个专利申请中，通过与导电环氧树脂的粘结，或者通过固定压接接触件到电极上并且将发光二极管连接器焊接到压接接触件上来连接发光二极管，将发光二极管连接器附着到织物电极上。
然而，使用导电的环氧树脂将分布式电子部件如发光二极管直接附着到织物基片上，是极其精密耗时的工艺。
在织物基片上直接焊接电子部件通常也可能是有问题的，例如由于几种织物纤维如聚酯的熔融温度很低。
于是，在本领域中需要将电子部件设置在织物基片上的装置和方法，其能够被使用而与织物纤维的性质无关，且所述装置和方法非常适合于自动化设置，并且可提供电子部件在织物基片上的鲁棒性附着。
发明内容
本发明的一个目的是至少部分地满足本领域的需要并克服现有技术的困难。因而，一个目的是提供用于电子部件的次基台，所述的次基台可安装在织物基片上从而将电子部件附着到基片上并且将电子部件连接到包括在所述织物基片中的电路上，所述次基台可以附着到基片上而不需要焊接或类似操作。
这个目的通过按照本发明的次基台至少部分地满足。
于是，在第一方面，本发明提供一种次基台，用于将电子部件设置在基片上，所述的次基台包括头部件，头部件具有上侧和基片侧，所述头部件包括至少两个相互隔开的导电部分，每个导电部分包括适合与电子部件相连的部件触点和适合使所述的导电部分与包括在所述基片内的电路接触的并且设置在所述的基片侧上的基片触点，所述头部件还至少包括从所述头部件的基片侧伸出的第一基片接合件和第二基片接合件，所述第一基片接合件和所述第二基片接合件在垂直于所述第一基片接合件和所述第二基片接合件的主延伸方向的平面内分别具有扁长形状横截面(oblong cross section)，其中所述第一基片接合件的扁长形状横截面的长轴相对于所述第二基片接合件的扁长形状横截面的长轴形成15°到165°的角度。
头部件的形状例如可以是环、板、或按钮等。基片接合件可以穿过基片并与所述的基片接合，通常是织物基片中的织物纤维，以便保持次基台就位，使头部件的基片侧面对基片。通过使用基片接合件的这个接合动作，次基台可以附着到基片上而不需要将其焊接或粘结到基片上。基片触点设置在头部件的基片侧。当将次基台设置在基片上时，可以这样设置次基台：使这些基片触点与包括在基片中的导电电极的电路发生接触。
有益的作法是，基片接合件具有扁长形状横截面区域，因为这将带给基片接合件优选的折叠方向，即折叠轴自动地沿着该横截面的长轴。当要在自动操作过程中折叠所述基片接合件时，这是特别有益的。此外，当基片接合件用于夹住电极时，通过增加接触面积在电极和基片接合件之间可获得良好的连接。
此外，在次基台中，第一基片接合件的扁长形状横截面的长轴相对于第二基片接合件的扁长形状横截面的长轴可以形成一个角度，这个角度在典型情况下从15°到165°。在某些类型的织物基片中，不同类型的导电电极(如阴极电极和阳极电极)设置在非平行的方向，例如垂直的方向。在这种情况下，有益的作法是，对于每一个扁长形状横截面的基片接合件进行设置，以使它们的横截面的细长方向基本上平行于对应的导电电极的方向，因为这样做将使导电电极和基片接合件之间的接触面积最大化。
在本发明的实施例中，至少一个基片触点至少部分地由基片接合件构成。于是，电的连接和基片的接合可通过相同的物理结构实现，并且基片上的电路可以很容易地从次基台上达到，即使基片上的电路位于基片的相对侧亦是如此，这是因为基片接合件能够穿过基片的缘故。
在本发明的实施例中，至少一个基片接合件在本质上是针形的。优选这个形状是因为这样的元件容易穿过织物基片的缘故。
在本发明的实施例中，基片接合件的长度超过了其上要设置次基台的基片的厚度。使用这样的基片接合件可以穿过基片，例如达到在基片后侧上设置的导电电极。
在本发明的实施例中，至少一个基片接合件是可以折叠的。可以在基片的后侧折叠所述的可以折叠的基片接合件，以保证到基片的接合，并且进一步在基片接合件和基片之间夹住电极以便获得电连接。
在本发明的实施例中，至少一个基片触点可包括具有锯齿表面的部分。例如，在隔离外层中包围基片中的导电电极的情况下，基片触点的锯齿部分可以穿过隔离，从而形成与导电电极的电连接。
一个或多个电子部件可以连接到次基台的部件触点，例如从如下的组中选择出来的电子部件：发光二极管、集成电路封装、传感器、执行装置、和半导体部件。
在本发明的实施例中，头部件的一部分可以包括按扣的阳部件，所述按扣的阳部件包括接合突起，用于与按扣的阴部件的接合凹槽接合。可选地，头部件的一部分可以构成按扣的阴部件，所述按扣的阴部件包括接合凹槽，用于与按扣的阳部件的接合突起接合。
在这样一些实施例中，要附着到次基台上的电子部件具有合适的形状，以便按扣配合(snap-fitting)在头部件上，以使电子部件构成按扣的相应的阳部件或阴部件。
这种按扣处理方法是有益的，因为不需要将部件焊接或粘结到头部件上，并且当需要时电子部件可以被容易地替换。
在本发明的实施例中，在至少一个基片触点上可以设置导电的粘结材料。
为了增加在基片触点和其上要附着次基台的导电电极之间的接触面积并且固定所述触点，有益的作法是，在基片触点上设置导电的粘结材料。
本发明在第二方面涉及包括织物基片的一种装置，所述的织物基片具有前侧和后侧，所述的装置包括至少两个分开的导电电极，和至少一个本发明的次基台，其中：所述次基台的第一基片接合件和第二基片接合件从织物基片前侧穿过所述的织物基片，并且每个所述的导电电极与所述的次基台的分开的基片触点接触。
在本发明的第二方面的实施例中，基片的导电电极可以夹在次基台的基片触点和基片本身之间、或者在头部件和基片前侧之间、或者在基片接合件和基片后侧之间。
在本发明的第二方面的实施例中，所述第一基片接合件和所述第二基片接合件可以通过所述的织物基片延伸到它的后侧，并且所述第一基片接合件和所述第二基片接合件的分别位于织物基片后侧的部分向织物基片的后侧表面弯曲。通过使基片接合件完全穿过织物基片，并且向基片的表面弯曲基片接合件的穿过部分，可将次基台牢固地附着到基片上。
进而，当在基片的后侧设置导电电极时，可经由到延伸至所述后侧的基片接合件的一部分的接触，将导电电极连接到所述的次基台上。
在本发明的实施例中，可在基片的导电电极上设置隔离层以便相互隔离相邻的电极。在这样一种装置中，隔离层可由基片触点穿过，例如由前述的基片触点的锯齿表面穿过，从而形成从所述的导电电极到所述的基片触点的电连接。
附图说明
现在参照表示本发明的当前优选实施例的附图，较详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1示意地表示本发明的次基台；
图2a-2e说明在基片上设置本发明的次基台的方法；
图3说明本发明的次基台的一个当前优选的实施例；
图4说明本发明的次基台的另一个当前优选的实施例；
图5说明本发明的次基台的另一个当前优选的实施例。
具体实施方式
本发明的一个方面涉及一种次基台，该次基台可用于将电子部件附着到基片上，尤其是附着到织物或其它柔性的基片上，在这里的基片包括导电电极的电路，电子部件应该连接到所述的电路上。
如这里所用的，“电子部件”涉及本领域的普通技术人员公知的任何电子部件，其中包括“但不限于”：有源和无源的部件、集成电路、传感器、执行装置、等。次基台例如非常适合于发光二极管。此外，本发明的次基台可用于附着多个电子部件的组合。
本发明的次基台特别适合于通常称之为“表面安装器件”这种类型的电子部件，但也适合于其它类型的电子部件封装，甚至于适合于所谓的“裸管芯”集成电路。
如这里所用的“织物”涉及用织物纤维生产的材料，并涉及编织、纺织织物材料和非纺织物材料两者。织物纤维包括天然纤维(如羊毛和棉花)和合成纤维(如聚酯和尼龙)两者。
在一般情况下，适合于用在本发明中的织物基片包括导电电极，例如由不导电的纱线分开的导电纱线的形式。一个例子是具有交织的或刺绣的导电电极的纺织聚酯纤维。例如，导电电极可由涂银的聚酯纤维构成。但是任何类型的包括导电电极电路的织物基片都期望用在本发明中。
图1示意地表示本发明的次基台的一个说明性的实施例。次基台100包括头部件101，在头部件101上可以设置电子部件150。
头部件101包括两个导电部分102、103，借助隔离材料104将这两个部分相互隔开。
每个导电部分102、103分别提供部件接触区112、113，一个或多个电子部件可以连接到这些部件接触区。将电子部件150附着到部件接触区112、113的方法包括(但不限于)焊接、用导电胶的粘结、和按扣(snapping)。
所示的头部件101的形状大体上是平直的主体，但可以采用基本上任何物理形式，如平直的或圆屋顶形状的按钮、阴或阳按钮、圆环、等。
此外，每个导电部分102、103分别包括基片接触区122、123。
基片接触区122、123设置在头部件101的基片侧，即设置在头部件的适合于面对其上要安置次基台的基片的那一侧。
对于基片接触区122、123进行设置，以便形成从导电电极电路到电子部件150的电连接，所述的导电电极的电路设置在其上要设置次基台的基片上，所述的电子部件150设置在头部件101上并且连接到部件接触区112、113。
此外，将基片接合件132、133设置在次基台上，基片接合件132、133从头部件101的基片侧突出出来以便与基片接合，并且将次基台保持在基片上。
基片接合件132、133应该能够并且适合于穿过基片并且与基片材料接合。
基片接合件在这个实施例中是从头部件延伸出来的针的形状。
在这个优选实施例中，基片接合件132、133由可折叠的材料制成，通常是金属或合金，它们的长度超过其上要设置次基台的基片的厚度。在这种情况下，允许基片接合件穿过基片，以使每个基片接合件的一部分在基片的后侧上伸出。然后，向基片后侧的表面弯曲/折叠穿过的基片接合件。
通过在基片后侧弯曲/折叠基片接合件，将次基台牢固设置在基片上。
在图1所示的实施例中，基片接合件132、133是由导电材料制成的，通常是导电金属(如Al，Fe，Au，Ag，Cu，Pb)或任何导电的合金，并且分别形成基片接触区122、123的一部分。于是，在这个实施例中，可以使用基片接合件132、133与基片上的电路进行电接触。
在附图系列2a-2c中表示的是在织物基片上的本发明的次基台装置。提供上述实施例的次基台100和织物基片200，织物基片200包括第一和第二导电电极201、202(图2a)。在这个实施例中，将导电电极201、202设置在织物基片的同一侧，即相对于次基台100的头部件的期望位置的后侧上。
允许次基台100的基片接合件从基片的前侧(基片的头部件侧)到与其相对的基片的后侧穿过基片200(图2b)。
为了在次基台100和导电电极201、202之间产生接触，在第一电极201的上方折叠第一基片接合件132，并且在第二电极202的上方折叠第二基片接合件133(图2c)。于是，(i)次基台牢固地设置在织物基片上，并且(ii)基片上的电极夹在基片和基片接合件之间，并因此与次基台发生了电接触。
图2d表示的是这个实施例的变型，这里的第一和第二导电电极201’、202’设置在基片的相对的两侧。在这个变型中，第一电极201’夹在基片200和基片后侧上的基片接合件132之间，而第二电极202’夹在头部件101上的基片接触区123和基片200之间。
图2e表示的是另一个变型，这里的第一和第二导电电极201”、202”设置在基片的前侧。在这个变型中，第一电极201”夹在基片200和头部件101上的基片接触区122之间，而第二电极202”夹在基片200和头部件101上的基片接触区123之间。
从图2d显然可以看出，基片接合件133不与任何导电电极接触，因此在这个实施例中，这个基片接合件有必要形成基片接触区123的一部分。
从图2e显然可以看出，任何基片接合件都不与任何导电电极接触，并且在这个实施例中，任何基片接合件并不必形成任何基片接触区的一部分。
在本发明的次基台的优选实施例中，比如图3所示，基片接合件332、333都是针形的，并且具有扁长形状横截面(与基片接合件的延伸方向交叉)，即横截面的形状具有一个延伸的主尺寸(长轴)。
基片接合件的扁长形状横截面指定了天然的折叠方向，使折叠是沿着该横截面的长轴进行的。进而，具有扁长形状横截面的基片接合件对于电极提供很大的接触面积。
优选的是，基片接合件的横截面的长侧基本上平行于导电电极。例如，已经开发了织物基片，其中具有不同目的的导电电极(例如阳极电极和阴极电极)相互并不平行地设置，如相互垂直。因此，在用于这样一种基片的次基台中，优选的是，基片接合装置展现出相对应的设置，即第一基片接合件332的长轴相对于第二基片接合件333的长轴形成一个角度。
头部件301主要由绝缘的不导电的材料如塑料形成。头部件301的前表面包括凹槽340，部件接触区312、313位于该凹槽中。
在一个优选实施例中，如图4所示，次基台400的头部件401代表按扣的阳部件。这种次基台特别适合于连接到电子部件470，电子部件470具有代表按扣的阴部件的形状。头部件401包括接合突起450，用于与电子部件470中的凹槽480接合。
在头部件401的基表面上设置头部件401的第一部件触点412。在突起450的顶部设置头部件401的第二部件触点413。
为了进行连接，电子部件470具有设置在基表面上的第一连接器471，和设置在接合凹槽480中的第二连接器472。于是，当电子部件被按扣锁(snap-locked)在次基台上时，设置在头部件的基表面上的第一部件触点412就连接到第一连接器471上，所述的第一连接器471是设置在电子设备的基表面上的。此外，设置在接合突起450上的第二部件触点413就接触到第二连接器472，所述的第二连接器472是设置在电子部件的接合凹槽480中。为获得工作状态良好的按钮的所用的接合凹槽和接合突起的精确设计以及适合该目的的材料是本领域的普通技术人员公知的，对于理解本发明并非是必要的。
在下一个实施例中，如图5所示，在基片接触区122、123上设置导电的粘结材料162、163。
虽然本发明的次基台在没有导电粘结剂的情况下的功能良好，但由于存在到织物表面的机械连接，所以可能有很大的电阻损耗。再有，织物内的循环应力可能最终导致机械连接的松动，这在电连接中可能导致较高的电阻损耗和可能的断裂。
为了克服由于机械连接很差引起的电阻损耗，在次基台的基片触点上放置少量的导电粘结剂。可选地，还可能将少量的粘结剂放在织物表面的接触点上。当将次基台设置在基片上时，次基台和基片之间的机械压力还将使粘结剂进一步粘结次基台到织物上。这种连接不仅更加牢固地将次基台紧固到基片上，而且对于基片的导电电极还产生较好的电连接，因为导电粘结剂渗入到织物表面内并在基片的电极和次基台的基片触点之间产生更多的导电路径。
本领域的普通技术人员将会认识到，仅仅有必要将导电粘结剂162、163设置在基片触点122、123将要与基片的导体接触的位置上。因此，即使图5中表示的导电粘结剂分布在基片触点的整个区域，但在实际上，只在一个较小的部分提供粘结剂。
合适的导电粘结剂材料包括(但不限于)导电环氧基(epoxy base)粘结剂，例如(但不限于)Loctite3800单罐环氧树脂和Chemance6500双罐环氧树脂，和导电的粘结胶带，例如(但不限于)3M双面粘结铜导带。本领域的普通技术人员将会认识到适合于用在本发明中的其它导电粘结材料。
本领域的普通技术人员将会认识到，可以改变上述的实施例，例如，使次基台的头部件代表按扣的阴部件，并且使电子部件代表按扣的阳部件。
此外，头部件的部件触点的准确位置以及电子部件的连接器都是可以修改的。
在上述实施例中，将部件触点设置在次基台的头部件的上侧。本发明不仅限于此，在某些情况下，有益的作法是将电子部件附着到头部件的基片侧。在其他情况下，有益的作法是，使电子部件附着到头部件的上侧和基片侧这两者上。
本领域的普通技术人员认识到，本发明决不限于以上所述的优选实施例。相反，在所附的权利要求书的范围内，许多改进和变化都是可能的。例如，头部件可以包括多于两个的相互隔离的导电部分。例如，头部件可以包括三个、四个、或者更多个导电部分，每个导电部分具有部件接触区和基片接触区。因此，次基台还可以包括多于两个的基片接合装置，例如基片接合件在这里形成基片触点的部分，并且头部件包括多于两个的电绝缘的部分。
本发明的次基台可用于连接不同类型的电子部件到织物基片上。例如，单个的发光二极管需要两个分开的连接，阳极和阴极，而另外的电子部件需要多个连接，例如晶体管，它需要三个分开的连接。可选地，多个电子部件可以连接到单个的次基台上。例如，提供四个分开的连接的次基台可用于连接三个分开的发光二极管(三个分开的阴极和一个共用的阳极)。
本发明的次基台的头部件进一步还包括封装的集成电路、裸管芯集成电路、无源的或有源的部件、光学透镜、散热器、传感器、和/或电池。
当本发明的次基台要附着到基片上时，已经将电子部件(一个或多个)附着在次基台上，或者在次基台已经附着到基片上以后再将电子部件附着到次基台上。
次基台本质上可以有任意的形状。但优选的是，基片触点的位置要适合于与织物基片中的导电电极的位置匹配。
为了与基片材料接合，基片接合件可以是有倒钩的，以使基片接合件可以穿入基片，但倒钩可阻止基片接合件从基片上拨出来。
包括在基片中的导电电极可以通过设置在电极上的隔离层隔离。为了使次基台与这样隔离的电极电接触，例如可以通过加热局部地除去隔离层以便露出导电材料。可选地，可以对于基片触点进行设计，以使它们可以穿过隔离层，与导电电极接触。如本领域的普通技术人员所认识的，可以通过多种方式设计次基台的基片触点，从而使其能穿过隔离层。例如，基片触点可以具有锯齿形部分，例如具有锯齿表面轮廓，它可以刺破导电电极的隔离层。
此外，次基台的基片接合件进一步可用于将附加的构件附着到基片后侧上，例如通过夹持。这样的附加构件的例子包括(但不限于)按扣的阳部件或阴部件、
Figure GSB00000390889700101
型紧固件、等。
设置在本发明的织物基片上的本发明的次基台装置可用于几种不同的目的。例如，当要将发光二极管连接到次基台的时候，并且这里的织物中的导电电极形成可寻址矩阵，所述的装置可形成织物显示装置，例如用在衣物上。
总之，本发明提供一种次基台，用于在基片上设置电子部件。次基台包括头部件和至少一个从头部件突出出来的基片接合件。头部件包括至少两个相互隔离的导电部分，每个导电部分包括：部件触点，适合于与电子部件相连；设置在所述基片侧上的基片触点，适合于使所述的导电部分与包括在所述基片中的电路相互接触。
本发明的次基台可以用于将电子部件如发光二极管附着到织物基片而不需要在将电子部件直接焊接到基片上。

Claims (16)

1.一种次基台(100)，用于将电子部件(150)设置在基片上，所述的次基台包括头部件(101)，所述头部件具有上侧和基片侧，所述头部件(101)包括至少两个相互隔开的导电部分(102、103)，每个导电部分(102、103)包括用于使电子部件连接到其上的部件触点(112、113)和使所述的导电部分与包括在所述基片内的电路接触并且设置在所述基片侧上的基片触点(122、123)，所述头部件还至少包括从所述头部件(101)的基片侧伸出的第一基片接合件(332)和第二基片接合件(333)，所述第一基片接合件(332)和所述第二基片接合件(333)在垂直于所述第一基片接合件(332)和所述第二基片接合件(333)的主延伸方向的平面内分别具有扁长形状横截面，其中所述第一基片接合件(332)的扁长形状横截面的长轴相对于所述第二基片接合件(333)的扁长形状横截面的长轴形成15°到165°的角度。
2.根据权利要求1所述的次基台，其中：至少一个所述的基片触点(122、123)至少部分地由基片接合件(132、133)构成。
3.根据前述权利要求中任何一个所述的次基台，其中：至少一个所述的基片触点(122，123)包括具有锯齿表面的部分。
4.根据权利要求1或2所述的次基台，其中：至少一个电子部件(150)连接到所述的部件触点(112，113)，所述的至少一个电子部件(150)包括：有源和无源的部件、集成电路、传感器或执行装置。
5.根据权利要求1或2所述的次基台(400)，其中：所述的头部件(401)的一部分构成按扣的阳部件，所述阳部件包括接合突起(450)，用于与按扣的阴部件的接合凹槽接合。
6.根据权利要求5所述的次基台(400)，其中：构成按扣的所述阴部件的电子部件(470)被按扣锁在所述接合突起(450)上，所述阴部件包括接合凹槽(480)。
7.根据权利要求1或2所述的次基台，其中：所述的头部件的一部分构成按扣的阴部件，所述阴部件包括接合凹槽，用于与按扣的阳部件的接合突起接合。
8.根据权利要求7所述的次基台，其中：构成按扣的所述阳部件的电子部件被按扣锁在所述的头部件接合凹槽上。
9.根据权利要求1或2所述的次基台，其中：在至少一个所述的基片触点(122、123)上设置导电的粘结材料(162、163)。
10.一种装置，包括具有前侧和后侧的织物基片(200)，并且包括至少两个分开的导电电极(201、202)，以及至少一个根据权利要求1-9中任何一个所述的次基台(100)，其中：所述的次基台的所述第一基片接合件(132)和所述第二基片接合件(133)从所述织物基片(200)的前侧穿过所述的织物基片(200)，并且其中：每个所述的导电电极(201、202)都与所述的次基台(100)的分开的基片触点(122、123)相接触。
11.根据权利要求10所述的装置，其中：所述的导电电极(201、202)夹在所述的基片触点(122、123)和所述的织物基片(200)之间。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其中：导电的粘结材料将至少一个所述的基片触点(122、123)粘结到所述的导电电极(201、202)之一上。
13.根据权利要求10或11所述的装置，其中：所述第一基片接合件(132)和所述第二基片接合件(133)通过所述织物基片(200)延伸至所述织物基片的后侧，并且其中：所述第一基片接合件(132)和所述第二基片接合件(133)的分别位于所述后侧的部分向所述织物基片(200)的后侧表面弯曲。
14.根据前述权利要求10所述的装置，其中：至少一个所述的导电电极(201、202)设置在所述织物基片(200)的后侧上，并且经由到延伸至所述后侧的基片接合件(132、133)的一部分的接触而连接到所述的次基台(100)上。
15.根据权利要求10或11所述的装置，其中：基片触点(122、123)穿过设置成隔离导电电极(201、202)的隔离层，以便形成从所述的导电电极(201、202)到所述的基片触点(122、123)的电连接。
16.根据权利要求10或11所述的装置，其中：按扣的阴部件或阳部件设置在所述织物基片(200)的后侧上，并且通过与所述的基片接合件(132、133)的接合而被保持。
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