CN105374804A - 一种智能可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能可穿戴设备，包括一系统级封装模块，所述系统级封装模块包括一基板、一元件层和一封装层；所述元件层设置在所述基板表面，且包括存储芯片、主控芯片和电源管理芯片；所述封装层覆盖所述元件层。具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长的特点。

Description

一种智能可穿戴设备
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种智能可穿戴设备。
背景技术
近年来，智能可穿戴设备行业炙手可热，各大硬件厂商纷纷推出各自的产品。智能可穿戴设备是人类科学技术发展到今天，由低功耗的硬件技术、嵌入式软件技术、精密制造技术相结合的产物。智能可穿戴设备也必须具有可穿戴设备的基本属性，那就是用户平时佩戴的舒适性。用户佩戴的舒适性就决定了智能可穿戴设备必须是体积小、重量轻。这就要求产品尺寸小，同时功能足够强大，如何实现这样的目标是各大厂商一直在思考的问题。
随着半导体应用技术的发展，电子元器件集成度越来越高，封装尺寸越来越小，功耗越来越低，使得在智能穿戴设备狭小的空间内集成多种应用功能成为了可能。针对珠宝及配饰类产品，由于传统的珠宝配饰生产工艺是以脱蜡、浇注等工艺生产，所以此类产品与电子部件结合的部分会造成无法装配，容易出现防水问题以及脱蜡和浇注等技术会造成的产品公差问题。中国实用新型专利公开CN204652783U公开了一种智能穿戴功能模块标准化封装结构，如图1所示，包括PCB电路板2、充电电池5、充电PIN针6、封装体外壳7以及封装体盖板1，所述的PCB电路板上焊接有传感器3和LED指示灯4；所述的充电PIN针通过注塑封装在封装体外壳的中间位置处，并通过导线与充电电池相连接。上述结构解决了电子元器件与传统珠宝配饰加工装配的问题，使可穿戴设备壳体可以与芯片封装体部分分开，互相不影响其功能性，并能解决充电以及防水问题。
但是上述设备内部硬件采用电路板结构实现，即在印刷电路板上根据需要设置不同功能模块，将芯片、传感器、其他电子元件等焊接贴装，再与电源模组等连接组成。由于受上述硬件体积及功能限制，其体积及可靠性并未达到广大用户满意的程度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种体积小、可靠性高、成本低的包括系统级封装模块的智能可穿戴设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种智能可穿戴设备，包括一系统级封装模块，所述系统级封装模块包括一基板、一元件层和一封装层；所述元件层设置在所述基板表面，且包括存储芯片、主控芯片和电源管理芯片；所述封装层覆盖所述元件层。
进一步的，所述元件层还包括传感器芯片。
进一步的，所述封装层上设有开窗，所述开窗贯穿整个封装层，所述开窗内设置有LED指示灯。
进一步的，所述元件层还包括无源器件。
进一步的，所述元件层包括多个所述存储芯片。
进一步的，所述传感器芯片为加速度传感器芯片。
进一步的，所述元件层还包括蓝牙模块。
进一步的，所述基板背面设置有引脚焊点。
进一步的，所述元件层包括RF匹配电路。
进一步的，所述基板为BT树脂、陶瓷、玻璃、硅片或其他有机材质基板。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的智能穿戴设备，采用系统级封装模块，具有体积小、重量轻、成本低的特点，同时封装层能够起到耐磨，防腐蚀，防酸碱，防紫外线，防水防尘等作用，提高了设备可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为现有技术的可穿戴设备封装结构示意图；
图2为本发明实施例一的可穿戴设备的封装模块剖面示意图
图3为本发明实施例一的可穿戴设备的封装模块正面元件层示意图；
图4为本发明实施例一的可穿戴设备的封装模块背面示意图；
图5为本发明实施例二的可穿戴设备的封装模块的剖面示意图；
图6为本发明实施例二的可穿戴设备的封装模块的正面示意图；
标号说明：
1、封装体盖板；2、PCB电路板；3、传感器；4、LED指示灯；5、充电电池；6、充电PIN针；7、封装体外壳；21、基板；22、元件层；23、封装层；24、焊点；25、开窗；26、LED指示灯。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「顶」、「底」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」、「周围」、「中央」、「水平」、「横向」、「垂直」、「纵向」、「轴向」、「径向」、「最上层」或「最下层」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明最关键的构思在于:利用系统级封装方式封装基板上的各模块芯片或晶圆，大大减小了智能可穿戴设备的体积。
请参照图2，一种智能可穿戴设备，包括一系统级封装模块，所述系统级封装模块包括一基板、一元件层和一封装层；所述元件层设置在所述基板表面，且包括存储芯片、主控芯片和电源管理芯片；所述封装层覆盖所述元件层。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：具有体积小、重量轻、成本低的特点，同时封装层能够起到防水防氧化等效果，提高了设备可靠性和使用寿命
进一步的，所述元件层还包括传感器芯片。
进一步的，所述封装层上设有开窗，所述开窗贯穿整个封装层，所述开窗内设置有LED指示灯。
进一步的，所述元件层还包括无源器件。
进一步的，所述元件层包括多个所述存储芯片。
由上述描述可知，能提供程序和数据的存储功能。
进一步的，所述传感器芯片为加速度传感器芯片。
由上述描述可知，能够记录运动轨迹，实现运动记录、睡眠记录、健康记录等功能。
进一步的，所述主控芯片包括蓝牙模块。
由上述描述可知，能够提供近距离无线通信，实现设备与智能终端的连接。
进一步的，所述基板背面设置有引脚焊点。
由上述描述可知，将引脚焊点设置在基板背面，能够进一步减小设备尺寸。
进一步的，所述元件层包括RF匹配电路。
由上述描述可知，能够与外部天线进行连接。
进一步的，所述基板为BT树脂、陶瓷、玻璃、硅片或其他有机材质基板。
由上述描述可知，与现有技术的PCB电路板相比，本发明的基板厚度小，重量轻，且可塑性强。
实施例一
请参照图2和图3，本发明实施例一为一种基于系统级封装的智能可穿戴设备，系统级封装(SystemInaPackage，简称SIP)是将多种功能芯片或裸晶片晶圆，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，能最大限度地灵活利用各种不同芯片资源和封装互连优势，尽可能地提高性能，降低成本。通过采用先进SiP封装技术，不仅使得整个产品体积更小，具有耐磨，防腐蚀，防酸碱，防紫外线，防水防尘等优点。
如图2所示，本发明的智能可穿戴设备包括系统级封装模块，所述系统级封装模块包括基板21、元件层22和封装层23，所述基板材料为BT树脂、陶瓷、玻璃、硅片或其他有机材料，优选的，其可为柔性基板，以增强基板可塑性，有利于调整可穿戴设备的外形尺寸以及内部结构；封装层23的材料则可以是酚醛类、聚酯类、环氧类或有机硅树脂，优选环氧树脂材料。如图3所示，基板21表面的元件层22包括存储芯片、传感器芯片、主控芯片、电源管理芯片以及必要的其他元器件。存储芯片、传感器芯片、电源管理芯片、其他元器件均通过基板电路与主控芯片连接。各芯片及其他元器件连接后，对基板正面对元件层22采用封装层23进行封装，所述封装层覆盖整个元件层。所述封装层优选覆盖整个基板表面，但也可覆盖基板表面一部分，只要覆盖了元件层的所有芯片和器件即可。封装层23的厚度等于或大于最厚的芯片及其他元器件厚度，为了保证封装性能的同时尽可能减小结构尺寸，优选封装层厚度略大于最厚的芯片及其他元器件厚度，例如比最厚的芯片及元器件厚0.2-2μm，优选1μm。
本发明的系统级封装结构采用多晶片的平面2D封装，即：上述各芯片及其他元器件呈图3所示的平铺式排列，具体各芯片的位置可根据电路连接情况而定。其中，上述各芯片及其他元器件优选为独立设置的芯片或器件，芯片可以是封装完成的芯片，与其他元器件通过SMT方式贴装在基板表面，也可以是裸晶片，通过引线键合或倒装焊接等方式与基板连接，能够进一步减小封装结构尺寸。
所述存储芯片可以为NORFlash芯片，存储芯片可以包括2个或两个以上，以提供程序和数据的存储功能。
所述传感器芯片为加速度传感器芯片，优选为MEMS三轴加速度传感器芯片，能够记录运动轨迹，实现运动记录、睡眠记录、健康记录等功能。
所述主控芯片包括蓝牙模块，基于低功耗蓝牙技术，提供近距离无线通信功能，实现设备与智能终端的连接。
所述电源芯片一端与主控芯片连接，另一端连接电源引脚以实现与外部电源的连接。所述电源芯片可以为可充电电源。
所述其他元器件可包括多个晶体振荡器、电容、电感、以及多个贴片电阻等无源器件以及必要的其他有源器件，优选包括两个晶体振荡器。
可选的，所述元件层22还包括RF匹配电路，能够与外部天线进行连接。可根据可穿戴设备的外形和接口规格设置天线，以达到最好的匹配性能。
如图4所示为本实施例基板背面的结构示意图，基板背面设置有多个引脚焊点24，所述引脚焊点通过贯穿基板的引线与基板正面的各芯片及器件连接，以进一步减小封装尺寸，所述引脚包括电源引脚、开关引脚、信号引脚等，除了与基板正面的芯片和器件连接以外，所述焊点24还连接外部电源、开关、天线等。外围设备如按键开关、天线以及电池等通过这些引脚与芯片相连接，调试接口可供二次开发。
本实施例采用系统级封装基板，在保证电路功能的前提下，相对于现有技术的PCB电路板结构大大减小了封装体积和重量，同时，有了封装层的保护，能够避免水、氧对电路的影响，提高器件的可靠性和使用寿命。
实施例二
如图5所示，本发明的实施例二在实施例一的基础上增加了LED指示灯26，图5所示为剖面示意图，图6所示为正面俯视图，图中未示出其他芯片。封装层23完成后，对LED指示灯的位置进行激光切割形成开窗25，所述开窗25贯穿整个封装层，露出基板表面，在开窗中安装LED指示灯26，LED指示灯根据需要可以是单色灯珠，也可以是红绿蓝三色灯珠，本实施例优选白色LED，为系统提供指示功能。所述LED等通过基板电路与主控芯片连接。
综上所述，本发明通过将SIP封装技术应用到智能穿戴产品中，发挥其特长和优势，使得整个产品体积小，具有耐磨，防腐蚀，防酸碱，防紫外线，防水防尘等优点，进而产品极具独特的抗恶劣环境能力。因而和同类功能的结构件产品相比，具有使用性能更佳，使用寿命自然更长等无可比拟的优势。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能可穿戴设备，其特征在于，包括一系统级封装模块，所述系统级封装模块包括一基板、一元件层和一封装层；所述元件层设置在所述基板表面，且包括存储芯片、主控芯片和电源管理芯片；所述封装层覆盖所述元件层。
2.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述元件层还包括传感器芯片。
3.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述封装层上设有开窗，所述开窗贯穿整个封装层，所述开窗内设置有LED指示灯。
4.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述元件层还包括无源器件。
5.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述元件层包括多个所述存储芯片。
6.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述传感器芯片为加速度传感器芯片。
7.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述主控芯片包括蓝牙模块。
8.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述基板背面设置有引脚焊点。
9.根据权利要求1-7任一项所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述元件层还包括RF匹配电路。
10.根据权利要求1-7任一项所述的智能可穿戴设备，其特征在于，所述基板为BT树脂、陶瓷、玻璃、硅片或其他有机材质基板。
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