CN103619590B - 可拉伸电路组件 - Google Patents

Abstract

一种可拉伸电路组件，包括：第一和第二印刷电路板；包括连接到第一和第二印刷电路板的端部的分立导线或柔性电路；以及分立导线或柔性电路以及第一和第二印刷电路板的部分嵌入其中的可拉伸互连。柔性电路的主表面垂直于或基本垂直于可拉伸互连的主表面。制造可拉伸电路组件的方法包括以下步骤：提供电互连、第一印刷电路板和第二印刷电路板；使该电互连成形成具有振荡构造；以及形成可拉伸互连以使得电互连、第一印刷电路板的一部分和第二印刷电路板的一部分嵌入在可拉伸互连中。

Description

可拉伸电路组件

背景技术

1.技术领域

本发明涉及可拉伸电路。更具体地，本发明涉及可拉伸电路，其基于聚合物，且包括嵌入在该可拉伸电路中的导线或柔性电路。

2.背景技术

已知的可拉伸电路利用柔性印刷电路来实现。尽管柔性电路可弯曲，但它们不能拉伸。为了提供能够伸长的电连接，将柔性电路折叠使得它们能够滑动。这种已知的柔性电路能以特定的弯曲间隙来回滑动且预期耐用超过200000次滑动循环。当柔性电路的弯曲间隙减小时，失效发生前的循环数量按指数减少。

美国专利No.7,337,012B2教示一种可拉伸电路，包括具有用导电材料填充的微通道的可拉伸聚合物体。美国专利No.7,337,012B2未讨论将可拉伸电路连接到其它组件所必须的电端子。美国专利No.7,337,012B2使用液体或膏体形式的导体。在衬底中形成微通道，然后通过挤压液体或膏体进入微通道来形成导体。因此，导体采用微通道的形状。在美国专利No.7,337,012B2中使用的液体和膏体具有比铜线的体电阻率高得多的体电阻率，高达3至10倍的范围内。较高的电路产生较低性能的电路，这将不适用于很多电子应用。

美国专利申请公开No.2009/0317639A1教示常规的利用柔性电路的可拉伸电路。通过激光切割或管芯切割柔性电路以在柔性电路中形成图案，来形成该可拉伸电路。然后，去除柔性电路的数个部分以限定可拉伸导电元件。然后将这种常规可拉伸电路嵌入在聚合物中。然而，在这种常规的可拉伸电路中，柔性电路和导电图案在相同的面上，这导致聚合物的厚度大于最佳。此外，这种可拉伸电路不使用导线。

国际专利申请No.WO 2010/086034 A1也教示了常规的可拉伸电路。可拉伸电路的数个部分具有不同硬度，这允许可拉伸电路拉伸。为了形成可拉伸电路，对柔性电路进行激光切割，且去除柔性电路中不需要的数个部分。然后，将所得到的可拉伸电路嵌入在聚合物中。导电图案在与电路主体相同的面上，这导致聚合物的厚度大于最佳。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供可拉伸电路组件，其包括嵌入在可拉伸互连中的导线或柔性电路。

在本发明的第一优选实施例中，一种可拉伸电路组件包括第一和第二印刷电路板；包括连接到第一和第二印刷电路板的端部的分立导线；以及分立导线以及第一和第二印刷电路板的一部分嵌入其中的可拉伸互连。

该可拉伸电路组件优选地还包括应变消除线，该应变消除线嵌入在可拉伸互连中且布置成防止可拉伸互连被拉伸以致使所述分立导线被损坏。分立导线的端部优选地被焊接到第一和第二印刷电路板分立导线优选地具有振荡构造。分立导线优选地包括通过线性部分连接的半圆形部分。

在本发明的第二优选实施例中，一种可拉伸电路组件包括第一和第二印刷电路板；包括连接到第一和第二印刷电路板的端部的柔性电路；以及柔性电路以及第一和第二印刷电路板的一部分嵌入其中的可拉伸互连。柔性电路的主表面垂直于或基本垂直于可拉伸互连的主表面。

该可拉伸电路组件优选地还包括应变消除线，该应变消除线嵌入在可拉伸互连中且布置成防止可拉伸互连被拉伸使得所述柔性电路被损坏。柔性电路的端部优选地被焊接到第一和第二印刷电路板。柔性电路优选地具有振荡构造。柔性电路优选地包括通过线性部分连接的半圆形部分。

在本发明的第三优选实施例中，制造可拉伸电路组件的方法包括以下步骤：提供电互连、第一印刷电路板和第二印刷电路板；使该电互连成形为具有振荡构造；以及形成可拉伸互连以使得电互连、第一印刷电路板的一部分和第二印刷电路板的一部分嵌入在可拉伸互连中。

电互连优选地包括导线和柔性电路之一。形成可拉伸互连的步骤优选地是通过注模进行的。形成可拉伸互连的步骤优选地使用聚合物。制造可拉伸电路组件的方法还包括以下步骤：将电互连的端部附连到第一印刷电路板和第二印刷电路板。

参照附图，根据本发明的优选实施例的以下详细描述，本发明的上述和其他特征、元件、特性和优点将变得显而易见。

附图简述

图1A是根据本发明的第一优选实施例的可拉伸电路组件的俯视平面图。

图1B是根据本发明的第一优选实施例的可拉伸电路组件的仰视平面图。

图1C是根据本发明的第一优选实施例的显示出导线的可拉伸电路组件的俯视平面图。

图2A是根据本发明的第一优选实施例的可拉伸电路组件的透视图。

图2B是根据本发明的第一优选实施例的显示出导线的可拉伸电路组件的透视图。

图3A是根据本发明的第二优选实施例的可拉伸电路组件的俯视平面图。

图3B是根据本发明的第二优选实施例的可拉伸电路组件的仰视平面图。

图3C是根据本发明的第二优选实施例的显示出柔性电路的可拉伸电路组件的俯视平面图。

图4A是根据本发明的第二优选实施例的可拉伸电路组件的透视图。

图4B是根据本发明的第二优选实施例的显示出柔性电路的可拉伸电路组件的透视图。

图5A和5B示出根据本发明的第三优选实施例的在制造可拉伸电路组件的方法中使用的注模。

图6示出根据本发明的第三优选实施例的在制造可拉伸电路组件的方法中使用的柔性电路。

图7A-7C示出根据本发明的第三优选实施例的在制造可拉伸电路组件的方法中使用的模芯的俯视平面图。

图8A-8C示出根据本发明的第三优选实施例的在制造可拉伸电路组件的方法中使用的模芯的侧视图。

具体实施方式

图1A-2B示出根据本发明的第一优选实施例的具有导线13的可拉伸电路组件10。图3A-4B示出根据本发明的第二优选实施例的具有柔性电路23的可拉伸电路组件20。图5A-8B示出根据本发明的第三优选实施例的制造可拉伸电路组件的方法。

具有导线的可拉伸电路组件

图1A-2B示出根据本发明的第一优选实施例的可拉伸电路组件10。可拉伸电路组件10包括两个印刷电路板11a、11b、连接在两个印刷电路板11a、11b之间的可拉伸互连12以及连接至两个印刷电路板11a、11b且嵌入在可拉伸互连12中的导线13。

优选地形成可拉伸互连12，使得导线13和两个印刷电路板11a、11b嵌入在可拉伸互连12中。可拉伸互连12由可拉伸的材料形成，使得两个印刷电路板11a、11b之间距离可通过拉伸可拉伸互连12而增加。可拉伸互连12优选为诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）之类的聚合物；然而，还可使用其它适当的可拉伸材料，诸如氨基甲酸酯、聚氨酯弹性体、烃橡胶/弹性体以及聚醚嵌段酰胺(PEBA)。

尽管在图1A-2B中仅示出了连接两个印刷电路板11a、11b的一个可拉伸互连12，但可具有一个以上的连接两个印刷电路板的可拉伸互连。尽管在图1A-2B中仅示出了两个印刷电路板11a、11b，但也可连接两个以上的印刷电路板。例如，两个可拉伸互连可将三个印刷电路板一起连接成一串，其中中间印刷电路板的两侧连接到与串端部的印刷电路板相连的可拉伸互连之一。另一个示例是两个可拉伸互连在一端连接至同一印刷电路板的同一侧，且在另一端连接至分别的印刷电路板。还可使用粘合剂来更牢固地将可拉伸互连12附连到两个印刷电路板11a、11b。可使用任何适当的粘合剂。

导线13优选地通过使用焊料14附连到印刷电路板11a、11b。然而，导线13可利用任何适当的方法附连到印刷电路板11a、11b。例如，导线13可通过与导电环氧树脂粘合剂接合、夹紧、压力配接件和压接来附连到印刷电路板11a、11b。导线13可以由任何适当的导电材料制成。导线13优选由诸如铜、银、金或铝之类的导电金属制成。导线13可有涂层或无涂层。如果导线13无涂层，则可拉伸的互连12充当各导线13之间的电介质以防止相邻导线13之间短路。导线13优选为用于商业销售的批量制造的离散线。即，与美国专利No.7,337,012B2中通过挤压液体或膏体进入衬底中的微通道形成的导体相比，导线13是在被嵌入在可拉伸互连12中之前形成的。

尽管在图中未示出，但可具有一根以上的导线13，这些导线13在俯视图中观看时具有相同形状，但在横截面图中观看时彼此垂直分离。例如，可使用两根导线13，其中一根导线13焊接到印刷电路板11a、11b的顶部，而另一根导线13焊接到印刷电路板11a、11b的底部。当然，使得一根以上的导线13在从横截面中观看时彼此间隔开要求可拉伸互连12比仅使用一根导线13要厚。

在图1C和2B中，可拉伸互连12被示为透明，使得能够看到导线13的形状。导线13优选地具有如图1C和2B所示的振荡或弯曲形状，使得当可拉伸电路组件10沿印刷电路板11a、11b之间的方向拉伸时，导线13的形状改变。例如，导线13可具有与如图1C和2B所示的线性部分相连的半圆部分。取代半圆部分，导线13可具有三角形部分或其它类似形状的部分。导线13还可能不包括线性部分且具有半圆部分或彼此连接的其它适当形状。其它构造也是可能的，只要在可拉伸互连12被拉伸时导线13不被损坏且保持通过导线13传送的信号的信号完整性即可。可拉伸电路组件10的拉伸范围通常在可拉伸互连12的长度的0%至约125%之间。

可由应变消除线15取代导线13中的一根或多根。应变消除线15防止可拉伸互连12被过度拉伸，这保护导线13免受损坏。优选地，如图1A-2B所示，顶部和底部导线13由应变消除线15取代。然而，可不使用应变消除线15；可使用一根应变消除线15，例如在可拉伸互连12的中间；以及可使用两根以上的应变消除线15，例如，与导线13交替。

应变消除线15可由任何适当的材料形成，包括例如金属或碳纤维。应变消除线15优选地具有与图1A-2B所示的导线13相同的形状；然而，应变消除线15还可具有与导线13不同的形状。

可将任何适当的印刷电路板用于印刷电路板11a、11b。尽管在图1A-2B中未示出，但印刷电路板11a、11b可包括用于处理和/或修改通过可拉伸电路组件10传送的信号的有源或无源部件。尽管在图1A-2B中未示出，但印刷电路板11a、11b优选地包括用于将可拉伸电路组件10连接到具有相应电连接器的电气装置的电连接器。印刷电路板11a、11b可经由表面安装连接器（诸如板至板、夹紧、压力配接件或弹簧销）附连到电气装置，或者可被嵌入在二次印刷电路板内，对其钻孔且镀铜以形成通孔互连。

具有柔性电路的可拉伸电路组件

图3A-4B示出根据本发明的第二优选实施例的可拉伸电路组件20。可拉伸电路组件20包括两个印刷电路板21a、21b、连接在两个印刷电路板21a、21b之间的可拉伸互连22以及连接至两个印刷电路板21a、21b且嵌入在可拉伸互连22中的柔性电路23。

可拉伸互连22优选地形成为使得柔性电路23和两个印刷电路板21a、21b嵌入在可拉伸互连22中。柔性电路23优选地嵌入在可拉伸互连22内，使得柔性电路23的主表面垂直于或基本垂直于可拉伸互连22的主表面。通过布置柔性电路23的主表面垂直于或基本垂直于可拉伸互连22的主表面，可增加柔性电路23的长度而不增加可拉伸互连22的厚度。由于柔性电路23的振荡形状，当柔性电路23的长度增加时，可能需要增加可拉伸互连22的宽度。通过增加柔性电路23的长度，可拉伸电路组件20的拉伸范围增加。

可拉伸互连22由可拉伸的材料形成，使得两个印刷电路板21a、21b之间距离可通过拉伸可拉伸互连22而增加。可拉伸互连22优选为诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）之类的聚合物；然而，还可使用其它适当的可拉伸材料，诸如氨基甲酸酯、聚氨酯弹性体、烃橡胶/弹性体以及聚醚嵌段酰胺(PEBA)。

尽管在图3A-4B中仅示出了连接两个印刷电路板21a、21b的一个可拉伸互连22，但可具有一个以上的连接两个印刷电路板的可拉伸互连。尽管在图3A-4B中仅示出了两个印刷电路板21a、11b，但也可连接两个以上的印刷电路板。例如，两个可拉伸互连可将三个印刷电路板连接成一串，其中中间印刷电路板的两侧连接到与串端部的印刷电路板相连的可拉伸互连之一。另一个示例是两个可拉伸互连在一端连接至同一印刷电路板的同一侧，且在另一端连接至分别的印刷电路板。还可使用粘合剂来更安全地将可拉伸互连22附连到两个印刷电路板21a、21b。可使用任何适当的粘合剂。

柔性电路23优选地通过使用焊料附连到印刷电路板21a、21b。然而，柔性电路23可利用任何适当的方法附连到印刷电路板21a、21b。例如，柔性电路23可通过与导电环氧树脂粘合剂接合、夹紧、压力配接件和压接附连到印刷电路板21a、21b。柔性电路23的端部优选具有L形或反L形。柔性电路23的端部优选地插入印刷电路板21a、21b中的孔26。在柔性电路板23的端部插入印刷电路板21a、21b中的孔26之后，柔性电路23的端部被焊接到印刷电路板21a、21b。

典型地，柔性电路23包括具有用于传送电信号的一个或多个导线的柔性塑料衬底。柔性塑料衬底可以是聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）、透明导电聚酯或任何其它适当的柔性材料。导线可以由任何适当的导电材料制成。柔性电路23可包括处理和/或修改通过可拉伸电路组件10传送的信号的无源和/或有源组件。尽管在图中未示出，但可具有一个以上的柔性电路23，这些柔性电路23在俯视图中观看时具有相同形状，但在横截面图中观看时彼此垂直分离。例如，可使用两个柔性电路23，一个柔性电路23焊接到印刷电路板21a、21b的顶部，而另一个柔性电路23焊接到印刷电路板21a、21b的底部。当然，使得一个以上的柔性电路23在从横截面中观看时彼此间隔开要求可拉伸互连22比仅使用一个柔性电路23要厚。

在图3C和4B中，可拉伸互连22和印刷电路板21a、21b被示出为透明的，使得能够看到柔性电路23的形状。柔性电路23优选地具有如图3C和4B所示的振荡形状，使得当可拉伸电路组件20沿印刷电路板21a、11b之间的方向拉伸时，柔性电路23的形状改变。例如，柔性电路23可具有与如图3C和4B所示的线性部分相连的半圆部分。取代半圆部分，柔性电路23可具有三角形部分或其它类似形状的部分。柔性电路23中还可能不包括线性部分且具有半圆部分或彼此连接的其它适当形状。其它构造也是可能的，只要在可拉伸互连22被拉伸时柔性电路23不被损坏且保持通过柔性电路23传送的信号的信号完整性即可。可拉伸电路组件20的拉伸范围通常在可拉伸互连22的长度的0%至约125%之间。

可由应变消除电路25取代柔性电路23中的一个或多个。应变消除线25防止可拉伸互连22被过度拉伸，这保护柔性电路23免受损坏。优选地，如图3A-4B所示，顶部和底部柔性电路23由应变消除电路25取代。然而，可不使用应变消除电路25；可使用一个应变消除电路25，例如在可拉伸互连22的中间；以及可使用两个以上的应变消除电路25，例如，与柔性电路23交替。

应变消除电路25通常由柔性电路（正如柔性电路23那样）制成，但不具有任何导线。然而，应变消除电路25可由任何适当的材料形成，包括例如金属或碳纤维。应变消除电路25优选地具有与图1A-2B所示的柔性电路23相同的形状；然而，应变消除电路25还可具有与柔性电路23不同的形状。

可将任何适当的印刷电路板用于印刷电路板21a、21b。尽管在图2A-4B中未示出，但印刷电路板21a、21b可包括用于处理和/或修改通过可拉伸电路组件20传送的信号的有源或无源部件。尽管在图3A-4B中未示出，但印刷电路板21a、21b优选地包括用于将可拉伸电路组件20连接到具有相应电连接器的电气装置的电连接器。印刷电路板21a、21b可经由表面安装连接器（诸如板至板、夹紧、压力配接件或弹簧销）附连到电气装置，或者可嵌入在二次印刷电路板内，钻孔且镀铜以形成通孔互连。

制造可拉伸电路组件的方法

图5A-8B示出根据本发明的第三优选实施例的制造可拉伸电路组件的方法。尽管以下讨论的制造可拉伸电路组件的方法涉及使用柔性电路，然而该讨论同样适用于制造利用导线代替柔性电路的可拉伸电路组件，但使用导线代替柔性电路除外。

图5A和5B示出根据本发明的第三优选实施例的注模30。图5A示出空注模30，且图5B示出印刷电路板31a、31b和柔性电路32位于注模30中但在任何聚合物被诸如到注模30之前的注模30。注模30包括模顶部30a、模芯30b和用于使模顶部30a与模芯30b对齐的定位销30c。模顶部30a和模芯30b限定聚合物被注入的注入区域30d。注模30包括在聚合物被注入到注模30时用于密封注入区域30d的密封件30e。注模30包括孔30f，通过孔30f注入聚合物。尽管在图5A中仅示出一个孔30f，但注模30可具有一个以上的孔。例如，注模30可在注模30每侧上具有孔。

现在将讨论使用注模30制造可拉伸电路组件的步骤。如图6所示制造柔性电路组件32’。可使用任何适当的方法制造柔性电路组件32’。如以上参考各柔性电路23所解释的，柔性电路组件32’包括具有用于传送电信号的一根或多根导线的柔性塑料衬底。柔性电路组件32’还可包括无源和/或有源部件。柔性电路组件32’被分成各个柔性电路32，且被形成为使得柔性电路32的端部优选地具有L形或反L形。柔性电路32的端部优选地被布置成使得端部垂直于或基本垂直于端部之间的透性电路32的部分。

图7A示出空模芯30b。模芯30b包括第一行销30b1和第二行销30b2。第一行销30b1和第二行销30b2可沿彼此反平行的方向A和B相对于彼此移动。图7A-7C中示出的第一行销30b1和第二行销30b2中的销被成形以形成柔性电路32中的半圆形部分。然而，销可具有不同的形状以在柔性电路32中形成不同形状，如上所解释的。

在制造柔性电路32之后，将柔性电路32加载到模芯30b中，使得柔性电路32被布置在如图7B所示的第一行销30b1和第二行销30b2的销之间。可用应力释放电路代替柔性电路中的一个或多个。在柔性电路32被加载在模芯30b中之后，通过如图7C所示沿方向B移动第一行销30b1并且通过沿方向A移动第二行销30b2来关闭模芯30b。通过闭合模芯30b，柔性电路32被成形成具有振荡形状，且半圆部分通过线性部分连接，如上所述。优选地，柔性电路32被插入到印刷电路板31a、31b中的孔中，并且在将任何聚合物注入到模芯30b之前附连到印刷电路板31a、31b。如上所述，柔性电路32优选地焊接到印刷电路板31a、31b；然而，可使用其它适当的方法拉将柔性电路32附连到印刷电路板31a、31b。

图8A-8C是根据本发明的第三优选实施例的模芯30b的侧视图。与图7A-7C所示的模芯30b相比，图8A和8B中所示的模芯30b被简化之处在于图8A和8B中所示的模芯30b仅具有四行销：两个第一行销30b1和两个第二行销30b2。模芯30b可具有任何数量的第一行销30b1和第二行销30b2。除第一行销30b1和第二行销30b2之外，模芯30b还包括基底30b3和收缩板30b4。

在模芯30b关闭之后，利用定位销30c使模芯30b与模顶部30a配合。为了简化起见，图8A-8C仅示出模芯30b和注入区30d。在模芯30b和模顶部30a配合之后，如图8A所示，聚合物的第一注料被注入到注模30的注入区30d。允许聚合物的第一注料凝固。在聚合物的第一注料凝固之后，如图8B所示，收缩板30b4沿方向C移动，使得第一行销30b1和第二行销30b2的顶部与基底30b3的顶表面对齐。

如图8C所示，在第一行销30b1和第二行销30b2的顶部与基底30b3的顶表面对齐之后，模芯30（包括第一行销30b1和第二行销30b2、基底30b3和收缩板30b4）沿方向D移动，使得在基底30b3的顶表面和来自于在注入区30d中的聚合物的第一注料的凝固聚合物的底表面之间形成间隙。

在基底30b3的顶表面和来自于聚合物的第一注料的凝固聚合物的底表面之间形成间隙之后，聚合物的第二注料被注入到注模30中。允许聚合物的第二注料凝固。在聚合物的第二注料凝固之后，注模30打开且从注模30中移出可拉伸电路组件。

在从注模30中移出可拉伸电路组件之后，可将可拉伸电路组件切割成分立电路，可向其组装或连接辅助部件，可对其进行测试，并且可在其上进行接合操作。接合操作包括例如将可拉伸电路组件的印刷电路板31a、31b接合到金属刚性构件、机架、外壳或其它柔性印刷电路/印刷电路板组件。

应当理解，本发明的上述描述仅是示例性的。本领域的普通技术人员可设计出多种替代方案和修改，而不背离本发明。因此，本发明旨在包含落入所附权利要求的范围的所有此类变更、修改和变型。

Claims (10)

1.一种可拉伸电路组件，包括：

第一和第二印刷电路板；

柔性电路，每个所述柔性电路具有在宽度上的所述柔性电路的最小尺寸，具有与所述柔性电路的宽度垂直的厚度，连接到所述第一和第二印刷电路板，并且包括沿所述柔性电路的厚度相互间隔开的两个或更多个导线；以及

可拉伸互连，所述可拉伸互连具有在厚度上的所述可拉伸互连最小尺寸；其中

所述柔性电路的厚度与所述可拉伸互连的厚度基本相同；

所述柔性电路被嵌入所述可拉伸互连内从而使所述可拉伸互连的厚度平行于或基本平行于所述柔性电路的厚度。

2.如权利要求1所述的可拉伸电路组件，还包括应变消除电路，所述应变消除电路嵌入在所述可拉伸互连中且布置成防止所述可拉伸互连被拉伸以致使所述柔性电路被损坏。

3.如权利要求1所述的可拉伸电路组件，其特征在于，所述柔性电路的端部被焊接到所述第一和第二印刷电路板。

4.如权利要求1所述的可拉伸电路组件，其特征在于，所述柔性电路具有振荡构造。

5.如权利要求1所述的可拉伸电路组件，其特征在于，所述柔性电路包括通过线性部分连接的半圆形部分。

6.如权利要求1所述的可拉伸电路组件，其特征在于，所述第一和第二印刷电路板的一部分嵌入所述可拉伸互连内。

7.一种制造可拉伸电路组件的方法，包括以下步骤：

提供柔性电路、第一印刷电路板和第二印刷电路板，每个所述柔性电路具有在宽度上的所述柔性电路的最小尺寸，具有与所述柔性电路的宽度垂直的厚度，并且包括沿所述柔性电路的厚度相互间隔开的两个或更多个导线；

使所述柔性电路成形成具有振荡构造；以及

形成可拉伸互连使得：

所述可拉伸互连具有在厚度上的所述可拉伸互连最小尺寸；

所述柔性电路的厚度与所述可拉伸互连的厚度基本相同；

所述柔性电路被嵌入所述可拉伸互连内从而使所述可拉伸互连的厚度平行于或基本平行于所述柔性电路的厚度。

8.如权利要求7所述的制造可拉伸电路组件的方法，其特征在于，形成可拉伸互连的步骤是通过注模进行的。

9.如权利要求7所述的制造可拉伸电路组件的方法，其特征在于，形成可拉伸互连的步骤使用聚合物。

10.如权利要求7所述的制造可拉伸电路组件的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所述柔性电路的端部附连到第一印刷电路板和第二印刷电路板。