CN105874606A - 包封适形电子系统和器件及其制作和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本文呈现了包封适形电子器件、包封适形集成电路(IC)传感器系统以及制作并使用包封适形电子器件的方法。披露了一种包括柔性衬底的适形集成电路器件，其中，电子电路附接至该柔性衬底。柔性包封层附接至柔性衬底上。该柔性包封层包盖在该柔性衬底与该包封层之间的该电子电路。针对一些配置，该包封层和该柔性衬底是由可伸展且可弯曲的非导电聚合物制造的。该电子电路可以包括具有多个器件岛状物的集成电路传感器系统，该多个器件岛状物经由多个可伸展的电互连电性地且物理地相连。

Description

包封适形电子系统和器件及其制作和使用方法
相关专利申请的交叉引用和优先权申明
本申请要求2014年1月6日提交的美国临时专利申请号61/924,111以及2014年3月4日提交的美国临时专利申请号61/947,709的优先权权益，这两个申请均通过引用以其各自的全部内容结合在此并且用于所有目的。
技术领域
本披露的多个方面通常涉及柔性且可伸展的集成电路(IC)电子器件。更具体地，本披露的多个方面涉及具有包封IC器件岛状物的适形电子系统。
背景技术
集成电路(IC)是信息时代的基石和当今信息技术产业的基础。集成电路(亦称为“微芯片”)是一组互连电子部件(如晶体管、电容器和电阻器)，这些互连电子部件被蚀刻或被压印到微型半导体材料(如硅或锗)晶片上。集成电路呈现各种形式，如一些非限制性示例，包括微处理器、放大器、闪存、专用集成电路(ASIC)、静态随机存取存储器(SRAM)、数字信号处理器(DSP)、动态随机存取存储器(DRAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)以及可编程逻辑。集成电路用于不可胜数的产品中，包括：个人计算机、膝上计算机和平板计算机、智能电话、宽屏电视机、医疗仪器、通信和联网设备、飞机、飞行器和汽车。
集成电路技术和微芯片制造的发展已经引起了芯片尺寸的稳定下降以及电路密度和电路性能的增加。半导体集成规模已经发展到这样一个阶段，其中，单个半导体芯片可以在小于美分的硬币空间中容纳数千万至多于数百亿的器件。此外，在现代微芯片中的每根导电线的宽度可以被制成小至零点几纳米。半导体芯片的运行速度和整体性能(例如，时钟速度和信号净切换速度)已随同集成水平增加了。为了跟上片上电路切换频率和电路密度的增加，半导体封装体目前提供比仅几年前的封装体更大的引脚数、更大的功率耗散、更多的保护以及更高的速度。
常规微芯片通常是刚性结构，其在正常操作条件下不被设计成弯曲或伸展的。同样地，大多数微芯片和其他IC模块通常被安装在类似刚性的印刷电路板(PCB)上。使用刚性IC和刚性PCB的工艺通常对于要求可伸展或可弯曲电子器件的应用是不兼容的。因此，已经针对在柔性聚合物衬底之上或之中的嵌入式微芯片提出了许多方案。这进而使得许多有用的器件配置无法使用刚性硅基电子器件以其他方式成为可能。然而，这些方案中的许多方案使用嵌入式芯片，嵌入式芯片比构成柔性印刷电路板组件(FPCBA)的单独的柔性聚合物层更薄。这种方案对于“薄芯片”配置是不兼容的。此外，用于制作柔性电路的可用工艺常常要求多层昂贵的材料，这不仅增加了材料和制造成本，而且导致非期望厚度的复合结构。
发明内容
本文披露的是具有包封IC器件岛状物的包封适形电子集成电路(IC)器件和适形电子系统，包括其制作方法和使用方法。举例来讲，存在多种描述的用于包封适形电子器件(如适形电子传感器组件)的系统和方法。例如，所述传感器组件可以用于感测、测量或以其他方式量化运动，包括哺乳类受试者的至少一个身体部位的运动和/或肌肉活动。在一些示例中，这种适形电子传感器组件可以被配置成用于直接附接于、靠放、并监视人类身体部位的运动。所披露的多种包封方法可以例如增加在此所描述的适形电子器件的耐用性、舒适度和/或美学吸引力，并且提供例如多功能性、成本节约和扩大能力。
本文还披露了用于将适形电子器件的至少一部分包封到柔性和/或可伸展材料(如软质弹性材料)中的多种工艺。披露了多种方法，用于包封相对脆的适形电子器件(如柔性印刷电路板组件(FPCBA))，以生成被保护免受机械和/或环境损害的更健壮的器件。本披露的创造性方面还涉及适形电子器件，这些适形电子器件包括包封整个适形电子器件的包封壳体。包封壳体可以被冲压、被模制或者以其他方式从适形电子器件的剩余部分中单独地被制造。包封壳体可以被模制或以其他方式被生成为单件一体结构，该单件一体结构被布置于适形电子器件的多个部分之上并且层压或以其他方式附接于其上。替代地，包封壳体可以被模制或以其他方式在两个或更多个单独的壳体部件中生成，该包封壳体可以与示例适形电子器件耦接、组装或以其他方式组合以提供包封的适形电子器件。
本披露的多个方面涉及适形集成电路(IC)器件。在实施例中，适形IC器件包括柔性衬底，其中，电子电路附接至柔性衬底上。柔性包封层附接至柔性衬底上。柔性包封层包盖在柔性衬底与包封层之间的电子电路。针对一些配置，包封层和柔性衬底是由可伸展且可弯曲的非导电聚合物制造的。聚合物可以包括聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅树脂、或聚氨酯或者其任何组合。电子电路可以包括具有至少一个感测器件和至少一个控制器器件的集成电路传感器系统。电子电路可以包括多个间隔开的器件岛状物，该多个器件岛状物经由多个可伸展的电互连电性地且物理地相连。
根据本披露的其他方面，披露了多种适形电子器件。在实施例中，适形电子器件包括细长的柔性聚合物衬底以及被配置为附接至该柔性聚合物衬底上的器件岛状物的多个表面安装技术(SMT)部件。多个可伸展互连电连接这些SMT部件。适形电子器件还包括附接至柔性聚合物衬底上的柔性聚合物包封层。柔性聚合物包封层包盖在柔性衬底与包封层之间的这些SMT部件和可伸展互连。
本披露的其他方面涉及用于制作柔性集成电路的方法以及用于使用柔性集成电路的方法。一方面，披露了一种用于包封适形电子器件的方法。该方法包括：接纳或提供第一硅树脂薄片；接纳或提供第二硅树脂薄片；将该第一硅树脂薄片放入组件固定件中；将第一剂粘接剂点涂到第一硅树脂薄片上；将多个柔性印刷电路板组件(FPCBA)放置于组件固定件中的第一剂粘接剂的顶部上；将第二剂粘接剂点涂到柔性印刷电路板组件上；将第二硅树脂薄片放置于组件固定件中的第二剂粘接剂的顶部上以创建堆叠；并且通过辊式层压机传输具有所述第一和第二硅树脂薄片以及所述柔性印刷电路板组件的所述组件固定件。
该方法可以进一步单独地或以任何组合的方式包括：在将第二硅树脂薄片放置在第二剂粘接剂的顶部上之前清洗第一和第二硅树脂薄片的键合表面；在清洗键合表面之前检查硅树脂薄片；在将FPCBA放置在第一剂粘接剂的顶部上之前清洗柔性印刷电路板组件的两侧；在清洗FPCBA的两侧之前检查FPCBA；在通过辊式层压机传输组件固定件之前将保护层压薄片放置在组件固定件之上；从辊式层压机中移除组件固定件并且允许第一和第二剂粘接剂固化；和/或从固化堆叠中裸片切割多个包封适形电子器件。
以上发明内容不旨在呈现本披露的每个实施例或每个方面。相反，前述发明内容仅提供对在此所陈述的一些新颖方面和特征的范例。当与附图和所附权利要求书结合时，以上特征和优点以及本披露的其他特征和优点将容易从代表实施例的以下详细描述中变得明显。
附图说明
图1是根据本披露的多个方面的具有包封层的适形电子器件的示例的侧视图图解。
图2是根据本披露的多个方面的具有多个包封层的适形电子器件的示例的侧视图图解。
图3A和图3B分别是根据本披露的多个方面的包封适形电子器件的平面视图图解和透视图图解。
图4是在图3A和图3B中所呈现的适形电子器件沿图3A中的线4-4取得的一部分的横截面侧视图图解。
图5是工艺流程图，图解了根据本披露的多个方面的一种用于使用包模工艺来包封适形电子器件的示例性方法。
图6是工艺流程图，图解了根据本披露的多个方面一种用于使用层压工艺来包封适形电子器件的代表性方法。
图7A至图7F呈现了根据本披露的多个方面的用于使用包模工艺来包封电子传感器器件的代表性板状模制工具。
图8A至图8D是根据本披露的多个方面的各包封适形电子器件的透视图图解。
图9A和图9B分别是根据本披露的多个方面的包封适形电子器件的平面视图图解和底部透视图图解。
图10A和图10B分别是根据本披露的多个方面的另一个包封适形电子器件的顶部和底部透视图图解。
图11A至图11H是根据本披露的多个方面的各种其他包封适形电子器件的顶部和底部透视图图解。
图12A至图12D展示了根据本披露的多个方面的具有可选纤维特征件的包封适形电子器件。
图13A至图13C分别是根据本披露的多个方面的具有“华夫格(waffle)”包封架构的适形电子器件的示例的透视图、平面视图和侧视图图解。
图14是根据本披露的多个方面的用于包封适形电子器件的又另一种代表性方法的示意性图解
本披露易有各种修改和替代形式，并且一些代表性实施例已经通过举例在这些附图中示出并且将在此详细地描述。然而，应理解，创造性方面不限于在附图中所展示的具体形式。相反，本披露将覆盖落入如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的修改、等效物、以及替代方案。
具体实施方式
本披露易受许多不同形式的实施例的影响。在附图中示出并且将在此详细描述代表性实施例，其中，理解的是本披露将被认为是本披露的原理的示范并且不旨在将本披露的宽泛方面限制于所展示的实施例。在这种程度上，例如在摘要、发明内容和具体实施方式部分中披露而未在权利要求书中明确陈述的元素和限制不应被通过暗示、推理或其他方式单独地或全体地结合到权利要求书中。出于本具体实施方式的目的，除非明确地否认或逻辑上禁止：单数包括复数并且反之亦然；并且单词“包括(including)”或“包含(comprising)”或“具有(having)”意味着“包括但不限于(including withoutlimitation)”。此外，例如，近似表示的单词，如“约(about)”、“几乎(almost)”、“基本上(substantially)”、“近似(approximately)”等等在此可以在“处于(at)、接近(near)或几乎处于(nearly at)”、或者“在其3-5％内(within 3-5％of)”、或者“在可接受的制造容差内(within acceptable manufacturing tolerances)”或其任何逻辑组合的意义上被使用。
应当理解，在此详细讨论的特征、功能和概念的任何和所有组合被设想作为发明主题的一部分(假设这些概念互相不一致)。例如，尽管外观上不同，除非明确否认或以其他方式逻辑上禁止，在此描绘并讨论的单独的系统和器件以及功能元件部分可以各自呈现以上和以下关于其他披露的实施例描述的各种形式、可选配置以及功能替代方案中的任何一种。应认识的是，以上介绍和以下更详细讨论的各概念可以用许多方式中的任何方式实现，因为所披露的概念不局限于实现方式的任何具体方式。具体实现方式的示例和应用主要是为了说明性目的而提供的。
关于在与本文的原理的各个示例有关的具体实施方式中描述的部件、衬底、层或其他表面，针对“顶部”和“底部”的任何空间引用主要用于指示各元件/部件关于部件或衬底以及彼此的相对位置、对准和/或朝向。除非明确声明，这些术语不必受限于特定的参考系(例如，重力参考系)。因此，对部件、衬底或层的“底部”的引用不一定要求所指示的部件、衬底或层面向地面。类似地，诸如“在……之上”、“在……之下”、“在……上方”、“在……下方”等其他空间引用术语不一定指示任何特定的参考系(诸如重力参考系)，而是主要用于指示各元件/部件相对于衬底(或其他表面)和彼此的相对位置、对准和/或朝向。此外，在具体实施方式中的“布置在……上”和“布置在……之上”的术语使用包含“嵌入在……中”和“部分地嵌入在……中”的含义，并且反之亦然。此外，具体实施方式中对特征件A“被布置在特征件B上”、“被布置在特征件B之间”、或“被布置在特征件B之上”的提及涵盖其中特征件A与特征件B相接触的示例，以及其中其他层和/或其他部件被定位在特征件A与特征件B之间的示例。
术语“柔性的”和“可伸展的”以及“可弯曲的”(包括其词根和衍生词)，当用作形容词来修饰电气线路、电气系统和电气器件或设备时旨在包含电子器件，这些电子器件包括至少一些具有顺从或弹性性质的部件，从而使得电路分别能够收缩、伸展和/或弯曲，而不开裂或打破或折中其电气特性。这些术语还旨在包含具有多个部件(无论这些部件自身是否是单独可伸展的、柔性的或可弯曲的)的电路，这些部件以这种方式配置以便当施加于可伸展的、可弯曲的、膨胀的或以其他方式顺从的表面上时调节并保持功能。在视为“极度可伸展的”配置中，当抵挡高平移应变(如在-100％至100％、-1000％至1000％，并且，在一些实施例中，高至-100,000％至+100,000％的范围内)和/或高旋转应变(如，至180°或更大的程度)时电路能够伸展和/或压缩和/或弯曲，而不破碎或打破并且同时基本上维持在非应变状态下发现的电气性能。
本文中所提及的包封离散“岛状物”或“封装体”是例如以“器件岛状物”安排被安排的并且自身能够执行在此所描述的功能性或其一部分的离散操作器件。操作器件的这种功能性可以包括例如集成电路、物理传感器(例如，温度、PH、光、辐射等)、生物传感器、化学传感器、放大器、A/D和D/A转换器、集光器、机电换能器、压电致动器、光发射电子装置(例如，LED)以及其任何组合。使用一个或多个标准IC(例如，在单晶硅上的CMOS)的目的和优点是使用高质量的、高性能的且高功能的电路部件，这些电路部件用已知的工艺可容易获得并且大量生产，并且其提供了一系列的功能性和数据生成，远优于由无源装置产生的那些功能性和数据生成。在离散岛状物的边缘上或按照直径测量的尺寸可以从约但不限于10微米(μm)至100微米中变化。
本文中所描述的示例通常涉及用于包封适形电子技术(如，例如，用于感测、测量或以其他方式量化运动(包括至少一个身体部位的运动和/或肌肉活动)的适形传感器)的系统和方法。在一些示例中，这种适形传感器可以被配置成用于检测和/或量化身体部位或其他物体的运动。这些方法可以帮助增加本文中所描述的适形电子器件的耐用性、舒适度和/或美学吸引力，以及提供例如多功能性、成本和扩大能力。
根据本文中所描述的代表性系统、方法和设备中的至少一些，示例适形传感器提供了适形感测能力，提供了与表面的机械透明紧密接触(如身体的皮肤或其他部位或者物体的表面)以改进对身体的生理信息或者与至少一个物体相关联的其他信息的测量和/或分析。本文中所描述的示例系统、方法和器件的适形传感器可以形成为贴片。这些贴片是柔性且可伸展的，并且可以由布置在柔性的和/或可伸展的衬底之中或之上的适形电子器件和适形电极形成。在各示例中，适形电极可以与适形传感器一体形成，或者可以被制成可与适形传感器分离。
本文中所描述的示例系统、方法和设备可以用于人类受试者或非人类动物受试者。适形传感器可以被安装并且被使得符合例如人类或非人类动物的身体的皮肤或其他部位或者物体的表面。
本文所披露的多种适形传感器系统和器件可以用于感测、测量和/或以其他方式量化与身体部位或其他物体相关联的至少一个参数。在另一个示例中，本文所描述的多种系统、方法和设备可以被配置成用于使用指示与身体部位或其他物体相关联的至少一个参数的数据的分析结果，用于如医学诊断、医疗、体育活动、运动、物理治疗和/或临床目的的这些应用。可以对使用所披露的适形传感器的至少一些传感器基于感测与身体部位或其他物体相关联的至少一个参数所收集的数据连同基于感测身体的其他生理测量结果收集的数据进行分析，以提供与医学诊断、医疗、身体状态、体育活动、运动、物理治疗和/或临床目的有关的有用信息。当使用本文中所描述的较薄的、适形的且可穿戴的传感器和测量设备(具有这种传感器)执行这种感测时，这些测量和度量不受测量设备的大小、重量或放置的阻碍。
本文中所描述的示例系统、方法和设备提供用于创建、建立并部署薄且适形的电子器件，这些电子器件在各式各样的应用(既在身体内又在身体外)中是有用的。示例适形传感器包括采用新形状因数的硅基电子器件和其他电子器件，从而允许创建非常薄且适形的器件。
本文中所描述的包括适形传感器的示例系统、方法和设备可以被配置成用于监测身体运动和/或肌肉活动、并且收集指示监测的测量数据值。该监测可以实时、连续地、系统性地、以不同时间间隔、和/或当被请求时执行。此外，本文中所描述的系统、方法和设备中的至少一些可以被配置成用于将测量数据值存储到系统的存储器和/或将测量数据值传达(传输)至外部存储器或其他存储设备、网络、和/或场外计算设备。在本文中的任何示例中，外部储存设备可以是服务器，包括数据中心中的服务器。可适用于根据本文原理的实施例的任何实施例的计算设备的非限制性示例包括：智能手机、平板计算机、膝上计算机、平板触摸计算机、电子阅读器或其他电子阅读器或者手持式或穿戴式计算设备、或其他游戏系统。
这些示例系统、方法和设备可以用于提供超薄且适形的电极，这些电极帮助对受试者进行监测和诊断，包括当与同身体部位或其他物体相关联的至少一个参数的测量组合时。当与药物制剂组合时，此信息可以用于监测和/或确定受试者组织，包括治疗方案的顺应性和效果。
该示例适形传感器可以被配置成用于提供各种感测模态。示例适形传感器可以配置有子系统，如遥测、功率、功率管理、处理以及构造和材料。共享相似设计和部署的各种各样的多模态传感系统可以基于这些示例电子设备来制造。
根据所披露的概念的多个方面，适形传感器可以被配置成包括用于对靠近该适形传感器的物体或身体部位的至少一个参数执行测量的电子器件。示例适形传感器系统可以包括用于执行加速度测量和肌肉激活测量中的至少一项测量的电子器件。在其他示例中，适形传感器系统可以包括用于执行至少一项其他测量的电子器件，如但不限于心率测量、电活动测量、温度测量、水化水平测量、神经活动测量、电导测量、环境测量和/或压力测量。例如，适形传感器可以被配置成用于执行这些不同类型的测量中的两种或更多种测量的任何组合。
现在参照附图，其中，贯穿该若干张视图相同参考数字指代相同的部件，图1展示了通常在100处指定的适形电子器件，该适形电子器件包括衬底110、电子电路120和包封层130。针对一些实现方式，适形电子器件100被配置成用于提供适形感测和/或监测能力。器件100可以提供与表面的机械透明紧密接触(例如，皮肤或身体的其他部位或者物体的表面)，以改进对身体的生理信息或者与至少一个物体相关联的其他信息的测量和/或分析。
例如，衬底110可以是软的、柔性的或以其他方式可伸展的非导电材料衬底，该衬底可以适形于其上布置有适形电子器件100的表面轮廓。这种表面的示例包括但不限于人类或动物或任何其他对象的身体部位。例如，可以在适形电子器件100中使用的合适衬底110包括聚合物或聚合物材料。适用的聚合物或聚合物材料的非限制性示例包括但不限于聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅树脂、或聚氨酯。适用的聚合物或聚合物材料的非限制性示例包括塑料(包括热塑性、热固性塑料或者生物可降解塑料)、弹性体(包括热塑性弹性体、热固性弹性体或者生物降解可弹性体)以及纤维织物(包括天然纤维织物或合成纤维织物)、如但不限于丙烯酸酯、缩醛缩聚物、生物可降解聚合物、纤维素聚合物、含氟聚合物、尼龙、聚丙烯腈聚合物、聚酰胺酰亚胺聚合物、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物和改性聚乙烯、聚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚亚苯基氧化物和聚亚苯基硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯树脂、基于砜的树脂、基于乙烯基的树脂、或这些材料的任何组合。在示例中，本文中的聚合物或聚合物材料可以是UV可固化聚合物，如但不限于UV可固化硅树脂。
衬底110可以使用任何合适的工艺形成，包括例如铸造、模制、冲压或任何其他合适的工艺。此外，衬底110可以包括其他特征件，例如，孔、突出物、沟槽、凹痕、非导电互连或任何其他特征。在一些示例中，可以充当器件岛状物或互连的座位的沟槽可以在衬底110上形成。
例如，电子电路120可以是任何合适的电子电路，该电子电路可运行以提供感测、检测或以其他方式量化与其上布置有适形电子器件100的受试者或表面(例如，动物或人类身体部位或其他物体)相关联的至少一个参数。例如，电子电路120被配置成用于测量、检测、感测或者以其他方式量化运动、肌肉活动、温度(例如，身体温度)、脉冲、湿度、压力等。电子电路120可以包括一个或多个传感器系统以及一个或多个其他部件(例如，互连)。该一个或多个传感器系统以及一个或多个其他部件布置在一个或多个器件岛状物上。该一个或多个器件岛状物被安排成一种基于所产生的全部适形电子器件的期望尺寸和一致性的空间配置。
包括在电子电路120中的该一个或多个传感器系统可以包括至少一个部件以执行至少一项传感器测量。该至少一项传感器测量的非限制性示例包括加速度测量、肌肉激活测量、心率测量、电活动测量、温度测量、水化水平测量结果、神经活动测量、电导测量、环境测量果、和/或压力测量。作为非限制性示例，传感器系统可以包括加速计(如但不限于单轴加速计或3轴加速计)、陀螺仪(如但不限于3轴陀螺仪)、神经传导研究(NCS)部件、肌电图学(EMG)部件、脑电图(EEG)部件、和/或心电图(ECG)部件中的一项或多项。
可以被包括在电子电路120中的其他部件的非限制性示例包括至少一个电池、调整器、处理单元、存储器(如但不限于只读存储器、闪存、和/或随机存取存储器)、输入接口、输出接口、通信模块、无源电路部件、有源电路部件等。在示例中，适形电子器件100包括至少一个微控制器和/或其他集成电路部件。在示例中，电子电路120包括至少一个线圈，如但不限于启用近场通信(NFC)的线圈。在另一个示例中，电子电路120包括射频识别(RFID)部件。同样，电子电路120可以包括具有双接口、电可擦除可编程存储器(EEPROM)的动态NFC/RFID标签集成电路。
可以基于例如合并到整个电子电路120(包括传感器系统)中的部件的类型、整个适形电子器件100的预期尺寸以及整个适形电子器件100的一致性预期程度确定器件岛状物的配置。作为非限制性示例，可以基于有待构造的整个适形电子器件100的类型确定一个或多个器件岛状物的配置。例如，整个适形电子器件100可以是可穿戴式适形电子结构，或者是有待布置在柔性和/或可伸展物体中的无源或有源电子结构(包括介入导管的膨胀或可膨胀表面)。可选地，可以基于有待在整个适形电子器件100的预期应用中使用的部件确定器件岛状物的配置。示例应用包括运动传感器、温度传感器、神经传感器、水化传感器、心脏传感器、流量传感器、压力传感器、设备监视器(例如，智能设备)、呼吸节律监视器、皮肤电传导监视器、电接触或其任何组合。一个或多个器件岛状物可以被配置成包括至少一个多功能传感器，包括温度、应变和/或电生理学传感器、组合的运动/心脏/神经传感器、组合的心脏/温度传感器等。在2013年11月22日提交的题为“用于感测和分析的适形传感器系统的配置(Configuration of Conformal Sensor Systems for Sensing and Analysis)”的美国临时专利申请号No.61/907,973中描述了电子电路和包括电子电路的适形电子器件的示例，其通过引用以其全部内容结合在此并且用于所有目的。
包封层130布置在电子电路120的至少一部分以及衬底110的至少一部分上，从而使得包封层130包封电子电路120的至少一部分。在一些配置(如所示的配置)中，包封层130是由气密密封电子电路120的由衬底110暴露的多个部分(例如，表面)的材料形成的。可选地，包封层130可以通过包封适形电子器件100的大部分或全部充当“包封壳体”。针对一些实现方式，包封层130布置在电子电路120的器件岛状物和互连上以便气密密封器件岛状物和互连。在这些实例中，包封层130可以包括孔、孔径或以其他方式的开口，从而使得包括在电子电路120中的一个或多个传感器被暴露(例如，以接触动物或人类的皮肤或身体部位，或者任何其他物体)。由包封层130来气密密封电子电路120的至少一部分可以帮助保护电子电路120的部件免受腐蚀因素，包括来自腐蚀化学制品、灰尘、潮湿、氧化等的损害。
图1的包封层130可以由软的、柔性的且非导电的材料形成。在一些示例中，包封层130是由与衬底110相同的材料形成的。在其他示例中，可以使用不同的材料来形成包封材料130。可以在包封层130中使用的合适材料包括例如聚合物或聚合物材料。适用的聚合物或聚合物材料的非限制性示例包括但不限于聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅树脂、或聚氨酯。适用的聚合物或聚合物材料的非限制性示例包括塑料(包括热塑性、热固性塑料或者生物可降解塑料)、弹性体(包括热塑性弹性体、热固性弹性体或者生物降解可弹性体)以及纤维织物(包括天然纤维织物或合成纤维织物)、如但不限于丙烯酸酯、缩醛缩聚物、生物可降解聚合物、纤维素聚合物、含氟聚合物、尼龙、聚丙烯腈聚合物、聚酰胺酰亚胺聚合物、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物和改性聚乙烯、聚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚亚苯基氧化物和聚亚苯基硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯树脂、基于砜的树脂、基于乙烯基的树脂、或这些材料的任何组合。在示例中，聚合物或聚合物材料可以是UV可固化聚合物，如紫外线(UV)可固化硅树脂。
继续参照图1，可以使用任何合适的工艺(例如，铸造、模制、冲压或任何其他已知的或以下研发的制造方法)来形成包封层130。此外，包封层130可以包括各种各样的可选特征件，如，孔、突出物、沟槽、凹痕、非导电互连或任何其他特征件。通过非限制性示例，包封层130可以使用包模工艺形成。通常，包模允许将之前制造的部分插入注塑模制机器的模具腔中，该模具腔在第一部分上或周围形成新的塑料部分、截面或层。一种这样的包模工艺包括直接铸造液体材料，该液体材料能够在布置于衬底110上的电子电路120上形成包封层130。然后可以对液体材料进行固化(例如，冷却并凝固)。可以在任何合适的条件下例如通过在经铸造的液体材料上施加压力、加热衬底和/或应用真空来执行固化。
作为另一个示例，可以使用层压工艺将电子电路120嵌入在包封层130中。例如，包封层130可以被预先浇注到薄片之中。液体粘接剂(例如，用来形成包封层的未固化的液体材料，或任何其他合适的粘接剂)然后可以布置于电子电路120和衬底110上。包封层130然后可以布置在粘接剂上并且施加压力以挤出多余的粘接剂。粘接剂然后可以固化以将包封层130固定地耦接于电子电路120和衬底130的至少一部分上，由此形成图1的适形电子器件100。
根据所披露的概念的多个方面，可以在包封适形电子器件的构造过程中使用粘接剂材料。进一步针对以上讨论的选项，在示例层压工艺中所使用的未固化的液体硅树脂可以充当一种类型的粘接剂并且例如经由固化(通过交联)变硬以粘接表面。在其他示例中，包括器件岛状物和电气互连的电子器件部件在包模之前可以使用压敏粘接剂粘着于预先固化的薄片上。压敏粘接剂的非限制性示例是基于橡胶的粘接剂。在示例中，在包括传感器部件(如温度传感器或电磁辐射传感器(如UV传感器))的贴片的构造中，可以将压敏硅树脂转移粘接剂或液体硅树脂粘接剂施加于预先固化的薄片上。本文中所描述的任何粘接剂可以是用于施加于表面上的可喷射或可涂刷的粘接剂。在随后的包模工艺过程中，相对于系统的其他部件，粘接剂可以帮助将电子部件保持在特定的位置和安排中，包括在多岛状物安排中。
在本文的示例器件的构造过程中，粘接剂材料可以用作层压工艺的一部分。例如，电子器件部件(包括器件岛状物和/或互连)可以在应用硅树脂薄片的顶层之前使用压敏硅树脂粘接剂粘着于预先固化的基层硅树脂薄片上，其中，未固化的液体硅树脂用于层压。在其他示例中，还可以使用压敏硅树脂粘接剂完成层压以将超薄电子器件嵌入在硅树脂薄片之间。层压可以是基于使用并不要求固化工艺的膜粘接剂。
图1的包封层130和/或衬底基板110可以被配置成用于帮助调节可以在适形电子器件100的一部分中例如由于伸展、弯曲、压缩、扭转或其他变形造成的应力或应变。作为示例，当适形电子器件100经受变形时，在从系统的更刚性的部分(例如，器件岛状物)过渡至更顺从的结构(例如，柔性和/或可伸展部件)处可以存在应力和/或应变的集中。应力集中的其他区域可以包括例如互连的边缘或互连耦接于器件岛状物的边界。包封层130可以由被配置成具有一定厚度并且/或者局部地布置在电子电路120的多个部分上的材料形成，从而使得通过调整中性机械平面相对于电子电路的功能部件的位置来使电子电路120的部件上的应力最小化。例如，用于形成包封层130的材料可以被局部地引入电子电路120的部件的区域中，如靠近电子电路120的部件的部分。当变形力施加于整个适形电子器件100上时，局部布置的包封层通过局部地在部件的区域中调整中性机械平面的位置来保护该部件免受施加的应力/应变。该中性机械平面相对于功能部件的受控放置可以使得：当适形电子器件100经受变形力时，在该部件的区域中施加很小乃至不施加应力或应变。
在图1所展示的实施例中，包封层130和/或衬底110可以具有超薄厚度并且具有良好的机械和光学性质。可选地，包封层130可以具有在约0.05mm至约0.5mm范围内的厚度。此外，相对于包封层130和/或衬底110的未变形长度，包封层130和/或衬底110可以具有在约200％至约800％(或者针对一些配置，约300％、约400％、约500％、约600％或约700％)范围内的伸长率。在一些示例中，包封层130和/或衬底110具有约每英寸40磅(ppi)至约200ppi(或者针对一些配置，约60ppi、约80ppi、约100ppi、约120ppi、约140ppi、约160ppi或约180ppi)的抗裂强度。作为另一个选项，包封层130和/或衬底110可以具有由硬度计测量的约10A(例如，根据肖氏A硬度标度(Shore A Hardness Scale))至约60A至更高的硬度，例如，约20A、约30A、约40A、约50A或约60A。针对一些配置，包封层130和/或衬底110在约350nm至约1,000nm的光波长之间可以具有大于约90％的光透明度。包封的适形电子器件100的总厚度(例如，在其最厚点处)可以在约0.20mm至约1.0mm的范围内。针对一些配置，包封层130和/或衬底110可以是透明的。在其他示例中，包封层130和/或衬底110可以是半透明的或着色的。在一些示例中，可以使用多个薄包封层来包封适形电子器件。
接下来参照图2，根据本披露的多个方面来示出代表性包封适形电子器件。类似于在图1中所表示的器件架构，如一些非限制性示例，图2的适形电子器件200包括耦接于衬底210的电子电路220。衬底210和电子电路220可以基本上分别类似于关于适形电子器件100描述的衬底110和电子电路120。例如，衬底210和电子电路220可以各自呈现以上关于图1中所展示的相应结构描述的各种形式、可选配置和功能替代方案中的任何一种。
图2中的一系列包封层(第一、第二、第三和第四包封层230a、230b、230c和240d)(统称为“包封层”)分别按顺序布置在衬底210和电路220上，其中，顶部三层230b-d作用以巩固第一包封层230a。每个包封层230a-d可以是超薄层，例如，具有在约0.05mm至约0.5mm范围内的厚度。图2的包封层230a-d可以由以上关于图1的适形电子器件100的材料中的任何一种材料形成。虽然示出为具有四个包封层230a-d，可以使用任何数量的包封层来包封器件200。此外，虽然图2示出每个包封层覆盖器件200的整体宽度，在一些示例中，各包封层230a-d中的一个或多个包封层可以布置在电子电路220和/或衬底210的仅一部分上。例如，该多个包封层230a-d中的一个或多个包封层可以布置在靠近应力/应变集中的区域(例如，器件岛状物或互连边缘)，由此调整中性机械平面相对于电子电路的功能部件的位置。
图3A和图3B示出了被配置为可再充电贴片的被指定为300的示例适形电子器件的机械布局和系统层次架构。可以用单功能和多功能平台的各种机械和电气布局设计和实现该示例适形传感器系统电子器件技术。包括适形电子器件技术的设备使用嵌入聚合物层中的设计整合了可伸展形状系数。这些可以被制定成用于保护电路免受应变和实现超薄截面的机械柔性。例如，该设备可以配置有平均近似约1mm的厚度。在其他示例中，该贴片可以配置有更薄或更厚的截面尺寸。器件架构可以包括包含表面安装技术(SMT)部件的可重复使用的模块，如某些非限制性示例包括传感器模块302(例如，三轴加速计)、无线通信(例如，)和微控制器(MCU)模块304以及用于借助电极连接器313感测例如EMG、EEG和EKG信号的适形电极阵列模块312和314。这些适形电极阵列可以是一次性电极阵列310和312。该示例设备还可以包括电源316(如但功率为2mA-Hr或10mA-Hr的锂聚合物电池)、调节器318、功率传递线圈320(如但不限于迹线/空间比为1.5/2密耳(mil)的0.125盎司铜线圈)和存储器322。
如图3A和图3B的示例中所示，该示例适形传感器系统300的部件被配置为通过可伸展的互连件328互连的器件岛状物。可伸展的互连件328可以是导电的，从而促进部件之间的电通信，或者是不导电的，从而在经受到变形力(如但不限于扩展力、压缩力和/或扭转力)期间或之后帮助维持适形传感器设备的总体适形的期望的总体形状因数或相对纵横比。图3中的示例还示出了该示例适形传感器系统的部件可以安置在其上的、或以其他方式联接至其上的岛状物底座326的不同形状和纵横比，从而提供整体系统的必要功能性。
图3A和图3B的适形电子器件300包括电子电路耦接于其上的柔性衬底310(分别如图1和图2的柔性衬底110和210)。衬底310和电子电路至少部分地由柔性包封层330包封。包括在适形电子器件300中的电子电路包括多个器件岛状物(在附图中示出了其中的十个器件岛状物，在326处指示其中两个器件岛状物)，这些器件岛状物经由蛇形互连328电性地耦接在一起。在一些示例实现方式中，如在图3A至图3B中展示的，多个触点可以布置在适形电子器件300的任一末端或每个末端处。在其他示例实现方式中，适形电子器件不包括这种触点。器件岛状物可以包括如关于适形电子器件100或本文中所描述的任何其他适形电子器件所描述的任何数量的互连或任何数量的部件。
图4示出了适形电子器件300沿着图3A中的线4-4所取的一部分的横截面。如图4中所见的，器件300包括衬底310，该衬底为布置在衬底310上的基板340提供在底下的支撑。衬底310可以由例如RTV硅树脂或本文中所描述的任何其他合适的衬底材料形成。在一些示例中，衬底310可以具有约200μm的厚度。在一些示例中，基板可以由聚酰亚胺形成并且可选地可以具有约50μm的厚度。一个或多个电接触342布置在基板310上并且耦接于电子部件344。电子部件344可以是关于适形电子器件100或者本文中所描述的任何其他电子部件描述的任何部件。针对一些配置，电子部件344具有约500μm的厚度。电接触342可以由任何合适的导电材料(如铜)形成。电接触342可以具有约0.5μm的厚度。未与电子部件344耦接的电接触342的选择部分(上部和侧部)被绝缘层346覆盖。
包封层330布置在衬底310上，从而使得包封层完全包封整个适形电子器件300(或基本上该器件的全部)。在一些示例中，包封层330可以由RTV硅树脂或本文中所描述的任何其他包封材料形成。当适形电子器件300被示出并被描述为具有某些部件时，适形电子器件300可以包括在此所描述的其他部件中的任何部件，这些部件可以被配置成用于执行如在此所描述的任何合适的功能。针对一些示例架构，包封层330被配置成用于限定超薄厚度，从而使得当从电子部件的远端测量时包封层330的厚度约为200μm。在这种示例中，适形电子器件具有超薄的特征，例如，在其最厚点处具有小于约2mm或者在一些实施例中小于约1mm的最大厚度。
如图4所示，包封层330可以局部地在基板340、电子部件344和/或互连328的一部分之上或靠近其布置。例如，包封层可以在包括一个或多个电子部件、基板和/或互连的整个适形电子器件300器件结构的多个部分之上或靠近其布置。可以在适形电子器件300的部件的一部分(如靠近部件的部分)的区域中局部地引入包封材料，以当变形力施加于整个适形器件上时保护部件免受施加的应力或应变。例如，包封材料可以帮助局部地在部件的区域中调整中性机械平面的位置。该中性机械平面相对于功能部件的受控放置可以使得导致当整个适形电子器件300经受变形力时，在该部件的区域中施加很小乃至不施加应力或应变。
继续参照图4，基板刚度可以使得耦接于基板的互连经受更大的变形塑性应变(例如，伸展)。作为非限制性示例，由聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成的基板可以具有约6.894MPa的模数值以及约0.925MPa的C10(超弹性材料常数)。在确定整个适形器件的配置的过程中，可以对基板的尺寸和/或材料刚度连同控制包封材料的刚度性质和/或放置进行控制，以战略性地推进中性机械平面落入整个适形器件的区域中，从而防止接近无源部件和/或互连的这种应变集中。
本文还披露了用于制作包封适形电子器件的方法以及用于使用包封适形电子器件的方法。将参照附图中的图1至图4所示出的各种配置和特征件来对这些方法中的一些方法进行描述；仅通过解释和说明的方式来提供这种参考。在一些实施例(如在图5、图6和图14中所示出的那些方法)中，每种方法至少包括在其对应的附图中枚举的那些步骤。从每种方法中省略多个步骤(包括每种方法中的附加步骤)和/或修改呈现的顺序也在本披露的范围和精神之中。应进一步注意的是，前述方法中的每种方法都可以表示相关步骤的单一序列；然而，期望的是将以系统性且重复的方式实践这些方法中的每种方法。
图5呈现了流程图，示出了用于使用包模包封适形电子器件(如图1和图2的适形电子器件100和200、或在此所描述的任何其他适形电子器件)的示例性方法400。方法400在块402处以将衬底材料沉积在第一模具中开始。衬底材料可以包括例如用于形成衬底110、衬底210或在此所描述的任何其他衬底的衬底材料。在将衬底材料沉积到第一模具中之前，可以使用任何合适的工艺来清洗第一模具。在一些示例中，在添加衬底材料之前，将释放层(如蜡、油、肥皂水或任何其他合适的释放层)布置在第一模具上。在固化后，释放层可以允许将衬底从第一模具中轻易地移除。
在块404处，对衬底材料进行固化以形成软的且柔性的衬底。可以使用任何合适的固化工艺。例如，可以在第一模具上施加正压力，可以将第一模具加热到预定温度，和/或可以将真空施加于第一模具上。接下来在块406处将电子电路布置在固化的衬底上。电子电路可以包括例如电子电路120、电子电路220或在此所描述的任何其他电子电路(包括在图3A中标识的那些电子电路)。在图5的方法400的块408处，将包封材料布置在第二模具中。包封材料可以包括例如用于形成包封层130、包封层230的材料或在此所描述的任何其他包封材料。在一些示例中，在添加包封材料之前，将释放层(如蜡、油、肥皂水或任何其他合适的释放层)布置在第二模具上。在固化后，释放层允许将包封材料从第二模具中轻易地移除。
继续图5的示例方法，块410包括将第一模具定位在第二模具的倒转位置(例如，上下颠倒)中，该第一模具包括衬底和布置在衬底上的电子电路。然后，在块412处，对第一模具和第二模具进行固化以形成包封的适形电子器件。可以使用任何合适的固化工艺。例如，可以在第一模具和第二模具上施加正压力，可以将第一模具和第二模具加热到预定温度，和/或可以将真空施加于第一模具和第二模具上。在固化后，在414处，可以从第一模具和第二模具中移除包封的适形电子器件。
图6是流程图，该流程图示出了用于使用层压包封适形电子器件(如适形电子器件100、200)或在此所描述的任何其他适形电子器件的示例性方法500。图6的方法500在块502处以将完全固化的可伸展材料薄片切割成预定尺寸以形成衬底而开始。可伸展材料可以包括关于衬底110、衬底210所描述的材料或在此所描述的任何其他可伸展材料中的任何一种材料。然后，在块504处，未固化的层压材料布置于可伸展材料上。层压材料可以包括任何合适的材料，例如，用于形成在此所描述的衬底的可伸展材料。在一些示例中，层压材料可以包括用于形成包封层的材料。
接下来，在块506处，电子电路被布置在未固化的层压材料上。电子电路可以包括电子电路120、电子电路220或在此描述的任何其他电子电路。然后，例如，在块508处，将未固化的层压材料的多余量布置在电子电路上，从而使得电子电路完全被层压材料覆盖。在块510处，将完全固化的包封材料薄片(即，包封层)布置于未固化的层压材料上。包封层可以由参照包封层130描述的包封材料或者在此描述的任何其他包封材料中的任何一种包封材料形成。可以施加压力于包封层上以去除多余的层压材料。然后，在块512处，对包封材料进行固化以形成包封的适形电子器件。可以使用任何合适的固化工艺。例如，可以使用正压力、热或真空来固化层压材料。将层压层与衬底薄片、电子电路和包封薄片一起结合固化以形成包封的适形电子器件。
以下是示出了使用根据在此所描述的原理的工艺和方法形成的各个包封的适形电子器件的示例的一些代表性实现方式。这些示例仅用于说明性目的并且不旨在限制本披露的范围。
示例1
在此示例中，包括湿度传感器的适形电子器件(下文为“Ex 1器件”)是使用包模工艺包封的。Ex 1器件被包封以具有用于较高厚度测量的约6mm的最终厚度或者用于防水能力测量的约2mm的最终厚度。三个板状模制工具(第一板701、第二板702和第三板703)用于包模工艺并且在图7A至图7F中被示出。在图7A、图7C和图7E中示出的板表面用于形成帽盖，该帽盖用于打开Ex 1器件的一部分上的连接器以进行较高厚度测量，而在图7B、图7D和图7F中示出的板用于形成包封层以进行防水能力测量。可从德克公司(Dake Corporation)获得的型号44-226 25-Ton 5”-冲程自调平实验室液压机(Stroke Self-levelinglaboratory Hydraulic Press)可以用于前述模制工艺。两种不同的材料可以用于较高厚度测量和防水能力测量。在示例中，针对较高厚度测量，来自斯穆斯昂TM的可以用于形成包封层。在示例中，针对防水能力测量，蓝星RTV4545硅树脂可以用于形成包封层。可选地，其他合适的材料(例如，蓝星LSR4325)可以用于形成包封层和/或用于提高包封层的防水能力。可被使用的示例引物是来自Nusil硅树脂技术公司(Nusil Silicone Technology)的MED-142和MED-166。这些引物可以大幅增加包封材料对引物被施加于其上的表面的粘附力。
包封材料的前体(例如，或RTV4545)根据制造商的指示说明被混合、在真空下脱气并且在使用之前被存储在约4摄氏度处。可以用清洗液(如稀释的肥皂水或酒精)来喷射模制板701至703，以轻易地释放这些经模制的层。然后，经混合的包封材料被灌入板702的模制腔710中。板701被布置在板702上以形成第一闭合模具组件，并且该组件在约20,000psi的压力处在约30分钟时间内在应力中并且在约110华氏度的温度下被布置。30分钟后，将该组件从应力中移除。移除板701，保留第一包封材料薄片布置在板702上。第一薄片用作Ex 1器件的衬底。包封材料的多余飞溅被清洗掉。
接下来，用酒精清洗包括湿度传感器的Ex 1器件。引物被施加于电子电路上，并且被允许进行约30分钟的干燥处理。然后，将经清洗的Ex 1器件布置在衬底上。经混合的包封材料被灌入板703的模制腔712中。然后，仔细且缓慢地将板702放置在板703的顶部上，从而允许将滞留的空气放出去，并且形成第二闭合模具组件。第二组件被置于应力中，并且在约20,000psi的压力处以及约110华氏度的温度处维持约30分钟，以形成包封的Ex 1器件。可选地，例如，当存在可能使得使用较高压力会损坏结构的电子器件部件中的任何电子器件部件时可以使用更低的压力，包括在接近大气压力处的组件。在包模和层压过程中使用低压包封工艺可以实现高产能。在一些示例中，可以使用除了约110华氏度之外的其他温度来形成示例器件的包封层。从去除的模制和多余材料中去除包封的器件。
图8A至图8D是根据本披露的多个方面的各包封适形电子器件的透视图图解。例如，图8A和图8B分别示出了针对较高厚度测量包封的、通常在800A处指定的Ex 1器件的第一示例的顶视图和底视图。如所示，Ex 1器件800A的整体厚度约为5.85mm。包封层是光滑、柔软且无缺陷的。相比而言，图8C和图8D分别示出了针对防水能力测量包封的、通常在800B处指定的Ex 1器件的第二示例的顶视图和底视图。器件800B的整体厚度约为2.2mm并且最薄层约为0.21mm。如开裂和剥落部分的缺陷可能出现在包封器件的包封层较薄的边缘和/或底侧上。
示例2
使用包模工艺来包封适形电子器件(下文的“Ex 2器件”)，该Ex 2器件包括器件岛状物和互连。针对至少一些实施例，Ex 2器件与关于图2和图3A-B所描述的适形电子器件200和/或300相类似或者基本上完全相同，并且因此可以包括参照其讨论的相应的选项和特征中的任何选项和特征。然后使用基本上与用于包封Ex 1器件的包模工艺相同的工艺来包封Ex 2器件。在这个示例中，所使用的包封材料是蓝星RTV4545。在其他示例中，在形成Ex 2器件的过程中可以使用替代性包封材料。如所示的，包封的Ex 2器件具有约1mm的总厚度。图9A和图9B示出了包封的Ex 2器件的代表性实施例900的顶部和底部。在不毁坏Ex 2器件的功能性的情况下，在包封层中可见一些气泡并且在器件岛状物处或附近可以发生分层。
示例3
在这个示例中，使用层压工艺来包封湿度感测适形电子器件(下文的“Ex 3器件”)。在至少一些实施例中，Ex 3器件与Ex 1器件相类似或者基本上完全相同，并且因此可以包括参照其讨论的相应的选项和特征中的任何选项和特征。Ex 3器件被包封成具有约1.0mm至约1.5mm的厚度，用于防水和可靠性测量。
在这个示例中，使用道康宁OS-20TM清洗液或其他合适的清洗材料来清洗未经包封的Ex 3器件的表面，并且然后允许对其进行干燥处理。作为非限制性示例，使用无绒毛巾为Ex 3器件的表面涂覆道康宁OsTM引物的薄层，并且允许其在环境空气中固化至少约1小时。所使用的粘接剂材料可以是两部分(部分A和B)液体硅树脂，如SORTA-CLEAR(SMOOTH-ONTM)，或者也可以使用具有中等粘度的任何其他等效聚合物。液体硅树脂的部分A前体和部分B前体例如以约10:1的比值混合在一起，在真空下脱气并且在使用前存储于约4摄氏度的温度处。硅树脂橡胶薄片(例如，罗杰斯公司(Rogers Corp)，具有约0.25mm厚度的HT-6240或具有约0.15mm厚度的PF-60-x4)被切割成具有约5cm乘以6cm尺寸的多片。硅树脂橡胶薄片的填料的一侧被去除。使用刷子将液体硅树脂薄层布置在第一硅树脂橡胶薄片上。第一硅树脂薄片被用作基层。
将Ex 3器件布置在第一薄片上，并且将过量的液体硅树脂布置在Ex 3器件上。将第二硅树脂薄片布置在Ex 3器件和第一硅树脂薄片之上，从而使得Ex 3器件被夹在或者被层压在两个硅树脂薄片之间。可以使用辊来施加压力，以去除多余的液体硅树脂。层压的Ex3器件固化至少约5小时，同时维持在约20-30磅的压力上。在这个示例中，固化过程持续约24小时，以完全固化液体硅树脂。在另一个示例中，在环境温度下通过使用如但不限于5的快速固化硅树脂来将固化过程加速至5分钟。可以使用刻刀将经包封的Ex3器件切割成单独的样本贴片。图10A和图10B分别示出了包封的Ex 3器件的代表性实施例1000的顶部和底部。所展示的Ex 3器件在各位置处的厚度可以在使用0.15mm厚的硅树脂薄片时范围为从约0.33mm至约2.13mm、或者在使用0.25mm厚的硅树脂薄片时范围为从约0.6mm至约2.33mm。
示例4
使用层压工艺来包封另一个代表性适形电子器件(在下文称为“Ex 4器件”)。在这种配置中，Ex 4器件包括嵌入式近场通信(NFC)微芯片。用于层压过程的液体硅树脂是具有低粘度的蓝星RTV4545。使用基本上与Ex 3器件相同的层压过程来包封Ex 4器件。图9A和图9B因此可以分别代表经包封的Ex 4器件的顶部和底部。Ex 4器件在各位置处的厚度当使用0.15mm厚的硅树脂薄片时小于约0.7mm，并且当使用0.25mm厚的硅树脂薄片时小于约1mm。
示例5
接下来转向图11A至图11F，使用层压工艺来包封又另一个适形电子器件(在下文称为“Ex 5器件”)。Ex 5器件与本文描述的Ex 2器件相类似或者基本上完全相同，并且因此可以包括参照其讨论的相应的选项和特征中的任何选项和特征。在所展示的实施例中，用于层压过程的液体硅树脂是具有低粘度的蓝星RTV4545。使用基本上与在以上讨论的Ex 3器件相同的层压过程来包封Ex 5器件。用于包封的硅树脂薄片是透明的、着色的或半透明的。图11和图11B分别示出了用透明的或半透明的(或基本上透明的)硅树脂薄片包封的Ex 5器件的第一代表性实施例1100A的顶视图和底视图。图11E和图11F分别示出了用着色硅树脂薄片包封的Ex 5器件的第三代表性实施例1100C的顶视图和底视图。在图11C至图11H中呈现的Ex 5器件安排具有使用透明、半透明或着色的硅树脂薄片包封的多岛状物结构(例如，IC器件岛状物链)。图11A至图11H的经包封的Ex 5器件1100A、1100B、1100C和1100D的厚度例如当用0.076mm厚的硅树脂薄片包封时小于约0.20mm并且例如当用0.25mm厚的硅树脂薄片包封时小于约0.70mm。
使包括功能RFID芯片并且使用包模和层压方法形成的湿度感测器件(即，Ex 1和Ex 3器件)分别经受防水测量。将三个(3个)Ex 1器件和六个(6个)Ex 3器件(三个为0.15mm的层压器件，并且三个为0.25mm的层压器件)浸入在自来水和0.7X PBS溶液中，并且在约37摄氏度与约50摄氏度的温度之间循环28天，其中，约每7天进行一次周期性测量条件改变。浸渍深度在约15cm至20cm的范围内，并且器件被连续浸渍约28天，其中，每7天更换一次电解液。可以用RFID读取器周期性地(例如，每小时一次)测量器件，以监测器件的可行性。器件在测量周期结束时保持在工作状态。每个器件的外观检验并不揭示液体损害或渗透到经包封的器件中的任何显著的标志。跟随防水测量，每个进入保护(IP)评级过程重新测试所有器件。IP评级过程提供了一种评估器件或产品的环境能力的标准方法。简而言之，将所有器件都浸入在约1米深的水中持续约30分钟(在IP7过程中要求完全浸渍至1米持续30分钟)。外观检验并不揭示针对包模的且0.25mm硅树脂薄片层压的器件的任何显著的变化。可以在0.15mm的硅树脂薄片层压器件上形成一些分层。这些器件通过了IP7评级测试。
示例6
图12A至图12D示出了针对经包封的适形电子器件中的应变限制、强度增强和美学效果使用纤维织物的示例。在这些示例中，电子结构包括器件岛状物以及使用可伸展的电互连而互连的电子部件。电子结构布置在可以为了不同的美学效果而具有不同颜色的材料上。例如，形成图12A的适形电子器件1200A的基座的一部分的材料是黄色的，则给予示例系统黄色外观。在图12B中，形成适形电子器件1200B的基座的一部分的材料是绿色的，则给予示例系统绿色外观。相比较而言，针对图12C，形成适形电子器件1200C的基座的一部分的材料是浅灰色的，则给予示例系统浅灰色外观。按照图12D，示出了图12B的示例系统的相反侧，示出了被包括以形成示例系统的基座的绿色材料。这些并入基座中的附加纤维织物部分可以提供附加的强度和加固，并且帮助利用任何形式的变形限制电子结构经受的应变。
所披露的经包封的适形电子器件架构中的任何一种架构可以配备有一个或多个FPCBA应变限制器，该应变限制器：(1)将应变限制在单一方向上(例如，单轴的或单向的应变限制器)，(2)将应变限制在多个方向上(例如，多轴的或多向的应变限制器)，(3)仅限制伸展，(4)仅限制弯曲，(5)仅限制扭转，或者(6)仅限制伸展和弯曲、仅限制伸展和扭转、或仅限制弯曲和扭转。针对一些配置，应变限制器被配置成用于在产品的预定“设计窗口”内(例如，在至失败的0-85％的伸展性范围内)轻易地伸展。相反地，应变限制器然后可以被配置成用于在产品的预定“设计限制”处或附近(例如，在至失败的伸展性范围的最后15％内)立即增加应变限制。至少针对一些配置，令人期望的是将伸展限制维持在高达限制器/产品的终极力评级处。针对伸展限制，经包封的适形电子贴片可以一次性地开始经历约20％的全局伸长率上的塑性形变；在这个示例中，应变限制器被设计成将伸展完全限制在15％的全局伸长率处。相比而言，针对弯曲限制，限制器完全地防止或消除在自身上将贴片弄皱。至少针对一些理想的应变限制器：拉力强度大于约5lbf；完全伸展之前的最大伸长率小于约15％；当进行包封时将力最小化以伸展至15％的伸长率。
现在参照图13A至图13C，示出了一种用于包封在其中的适形电子器件的“华夫格”类型的柔性印刷电路板组件(FPCBA)壳体1300。如以下参照图14所描述的，所产生的具有FPCBA壳体1300的经包封的适形电子器件可以使用液体硅树脂材料由混合模制和层压工艺制造。所展示的华夫格设计FPCBA壳体1300导致大约23％的力减少以在可比的非华夫格设计(例如，平面设计)之上伸展。已经确定可以通过利用选择的硬度计评级对柔性材料进行配置来调节力伸展比。例如，硅树脂硬度计中50％的减少导致FPCBA壳体1300中大约50％的力伸展减少。除了其他优点以外，在图13至图13C中示出的华夫格设计通过限制组件可以经历的形变的类型和量利用较小的横截面来帮助支撑可伸展的互连。
示例华夫格壳体1300的另一个优点是通过将材料从壳体的其中为密封这些IC器件岛状物之一的多个部分中最小化或消除而实现的成本节约。举例来讲，FPCBA壳体1300包括多个隔间，即沿着壳体的长纵向间隔开的部分中空的、拱形的第一、第二、第三和第四隔间1302-1305。每个所述隔间1302-1305嵌套在一个或多个IC器件岛状物或其他电子模块中。凹陷周边1306围绕前三个隔间1302-1304，从而使得凹间隙1307-1309(图13C)将四个隔间1302-1305分开。当与平面包封设计比较时(例如，将图13C与图11D进行比较)，可以看出，隔间1302-1305之上或之间的多余材料的大部分已经被消除。圆角和倒棱缘帮助进一步减少在所展示的实施例中的材料花费。
另一个显著的优点是，华夫格几何结构允许设计者在优选位置处将变形局部化，并由此限制可以由华夫格设计FPCBA壳体1300经历的变形。通过提供横向定向的、延伸约整个壳体宽度的细长隔间，当被纵向地间隔开时，图13A至图13C中的设计例如通常限制纵向伸展(即，壳体1300沿着主中心轴的AL伸长率)、纵向扭转(即，绕主中心轴的扭转)、以及横向弯曲(即，绕中心横轴AT的挠曲)的变形。这并非是说所有其他类型的变形被消除了；而是，当与之前枚举的那些相比，其他类型的变形被减少了。在替代配置中，可以重新配置拱形隔间(例如，改造、重定向和/或重定位)，从而使得变形被限制为沿着横轴(次轴)伸展并且沿着纵轴(主轴)弯曲。这种设计还通过减小将组件恢复成平面性质的弹力来帮助减少用户对适形器件的可察觉性。
如所示出的，华夫格设计FPCBA壳体1300具有约66mm的长度L、在其最宽点处约34mm的主宽度W、以及在其最窄点处(例如，图3B中的中心)约31mm的次宽度。华夫格设计FPCBA壳体1300具有由第四隔间1305限定的约3.14mm的第一(最大)厚度T1；由第一、第二和第三隔间1302-1304限定的约2.64mm的第二(中间)厚度T2；以及由凹陷周边1306限定的约1.22mm的第三(最小)厚度T3。至少针对一些实施例，令人期望的是，壳体1300是由足够软的材料制造的以符合人类的身体，该壳体连续穿戴一段预期的时间是舒适的，该壳体是生物适合的并且具有低敏感性、和/或足够坚固而不开裂或允许损坏内部电子器件。
图14是概略地展示了一种用于利用混合注塑模制层压工艺来包封适形电子器件的代表性方法1400的流程图。如以上指出的，至少针对一些实施例，方法1400至少包括在图14中枚举的那些步骤。然而，方法1400可以省略所展示的步骤中的一些步骤、包括附加的步骤、和/或修改所呈现的顺序。在块1401处，方法1400以例如来自蓝星LSR4325的液体硅树脂(LSR)顶部薄片的液体注塑模制(LIM)开始。块1402包括检查LSR顶部薄片(#1LSR)。LSR顶部薄片可以手动地或经由自动化采样或通过其他已知的或下文研发的IC元件部分的机器人高速视觉检查方法被检查。这种部件检查可以根据针对工程复查研发的质量接受规格由制造商执行。
如针对一些实施例不令人期望的，在图14中用虚线示出的块1403包括LSR顶部薄片的键合表面的异丙醇(IPA)清洗。至少针对在其中包括块1403的那些方法，LSR顶部薄片被放置在例如清洗上，其中，粘接侧向上，然后跨表面随意地喷射IPA，其中，例如使用洁净室通用4x4棉布去除多余的IPA。经清洗的LSR部分然后被放置在托盘上以例如干燥至少5分钟。然后，在块1404处，LSR底部薄片的键合表面被O2等离子体清洗。等离子体清洗可以包括将O2等离子体聚萘二甲酸乙二醇酯远离每个部分至少10mm但不多于20mm定位，当尝试确保所有表面看见等离子体时在扫除运动中将等离子体施加于表面。LSR部件的键合表面的批量等离子体清洗可以是自动的或手动的。
在清洗后，在块1405处，LSR顶部薄片被放置在组件固定件中。通过非限制性示例，LSR顶部薄片(LSR#1)被放置在底部组件固定件中，同时确保LSR部件恰当地居中并且与铝组件固定件平齐。这可以包括LSR顶部薄片到多腔组件固定件中的机器人或操作员放置。然后，在块1406处，第一剂粘接剂被分配至顶部薄片腔中。这可以包括使用气动粘接剂分配剂自动地或手动地分配粘接剂(剂#1)以将粘接剂(例如，3140、室温硫化型硅橡胶(RTV)硅树脂粘接剂涂层)施加于LSR部件上(例如，到顶部薄片腔中)。
成接纳批纸行程开始以传入柔性印刷电路板组件(FPCBA)，其中到来的FPCBA板被货运至LSR并且在具有盖子和泡沫衬垫的托盘中被接纳。在块1407处，到来的FPCBA可以手动地或经由自动采样器件被检查，例如，以确保所有部件已经发货并接纳而没有弯曲或严重损坏。这可以包括确认使得所有FPCBA岛状物对称地分隔开，而不被不恰当地伸展、压缩或弯曲。如针对一些实施例不令人期望的，在图14中用虚线示出的块1408包括FPCBA的顶表面和底表面的异丙醇(IPA)清洗。至少针对在其中包括块1408的一些方法，FPCBA被放置在其裸片侧向上的清洗上。跨表面喷射IPA，其中，例如使用泡沫刷子去除多余的IPA。FPCBA然后翻转过来，并且IPA被喷射到背侧上，其中，例如使用4x4去除多余的IPA。经清洗的FPCBA被放置在托盘上以例如干燥至少5分钟。接下来，在块1409处，FPCBA的两侧都被O2等离子体清洗。等离子体例如利用远离至少10mm但不多于20mm定位的O2等离子体聚萘二甲酸乙二醇酯清洗FPCBA的两侧，当尝试确保所有表面被暴露于等离子体时在扫除运动中将等离子体施加于表面。FPCBA随后翻转过来，并且针对正侧重复等离子体清洗。FPCBA表面的批量等离子体清洗可以是自动的或手动的。
在块1410处，将经清洗的FPCBA放置于组件固定件中。在示例中，将FPCBA面向下放置于顶部组件固定件中而确保其恰当地居中。自动地或由操作员将FPCBA放置在多腔组件固定件中的粘接剂的顶部上是可用的选项。例如，使用棉签施加不强烈的压力，直到粘接剂开始从FPCBA与LSR顶部薄片之间的边缘处挤出。然后，在块1411处，第二剂粘接剂被分配至组件固定件中。这可以包括使用气动粘接剂分配器自动地或手动地分配粘接剂(剂#2)以将粘接剂(3140)施加于FPCBA的背侧。
在块1412处，图14的方法1400以例如来自蓝星LSR4325的液体硅树脂(LSR)底部薄片的液体注塑模制(LIM)继续。这可以按照与LSR顶部薄片的LIM非常相同的方式(块1401)执行。块1413包括检查LSR底部薄片(#2LSR)。这个步骤可以按照以上关于块1402解释的那个方式相同或相似的方式执行。同样地，可以可选地执行如在块1414处指示的LSR底部薄片的键合表面的异丙醇(IPA)清洗。然后，在块1415处，LSR底部薄片的键合表面被O2等离子体清洗。可以参照块1403和1404以分别执行在块1414和1415处呈现的步骤。一旦被恰当地清洗，在块1416处，LSR底部薄片被放置在组件固定件中并且被锁定在位。这可以包括由机器人或者操作员将LSR底部薄片放置到组件固定件中。使用外部LSR匹配特征件(如在当前相对的LSR部件中的补偿支柱和槽缝)，#2LSR部件被放置在FPCBA组件上。支柱被推入到位而确保所有支柱和孔已经正确匹配。
在块1417处，多腔组件固定件被进给、被牵引或以其他方式被运输通过辊式层压机。针对方法1400的这个部分，可选的保护层压薄片可以被放置在组件固定件之上。块1417可以包括在相对的横向侧上调整辊高度以确保辊被设置在期望/预定的高度上。在启动层压工艺之前，辊速度可以被设置为慢速或可获得的最慢速度。组件固定件可以通过辊式层压机一遍或多遍。针对其可以是完全地或部分地自动化的代表性多途径场景，例如利用在第一方向上被进给通过辊的固定件启动第一轮运行。针对第二轮运行，该固定件被重新定位并且然后再次被进给通过辊。在第二轮运行之前，可以重新调整辊高度。与第二编非常相像，可以通过首先重新定位并紧缩辊高度、重新定位固定件、并且然后进给固定件通过辊而执行第三轮运行。可以如需要或期望的执行一轮或多轮附加遍。
图14的方法1400继续至块1418，其中，将组装堆叠从固定件中去除并且被留出以进行固化。这可以包括从组装堆叠中剥离或以其他方式去除层压薄片，并将组装堆叠放置在固化托盘上。在存在多余粘接剂的情况下(例如，已经挤出到堆叠的背侧上)，任何溢流的粘接剂可以从组装堆叠中切掉并去除。组装部件然后被轻轻放在指定的干燥托盘上并且被留在架子上，例如，至少持续约24小时。块1419然后要求进行裸片切割，而在块1420处要求最终检查。
这些模具中的一个或多个模具可以配备有溢流渠道，从而使得在层压过程中多余的粘接剂可以“挤流出”或以其他方式流出超过功能部件的腔并进入外围上的碎片区域中，该碎片区域可以在组装和固化之后被切割/去除。这些溢流渠道帮助降低了在插入压力中之前添加至模具的粘接剂的量极精确的需要。已经确定使得较低模数胶可以充当液体硅树脂橡胶(LSR)与电子部件之间的缓冲。还已经确定的是，层状模数结构影响器件的可靠性、可变形性和感觉。可以提供模制硅树脂的特征件以捕捉板，并且确保其在组装过程中和之后处于放松/应力中性状态中。
尽管在此已经说明和例示了各种发明实施例，但本领域技术人员将容易想到用于进行在此描述的功能和/或获得结果和/或一个或多个优点的各种其他部件和/或结构，并且这些变化和/或修改各自被视为在在此描述的发明实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易地了解到，在此描述的所有参数、尺寸、材料和构型均意图是示例，并且实际参数、尺寸、材料、和/或构型将取决于使用发明传授内容的一种或多种具体应用。本领域技术人员将认识到，或仅能够使用不超过常规实验来确定在此描述的特定发明实施例的许多等同例。因此，应当理解，前述实施例仅通过举例方式呈现，并且发明实施例可以与具体描述不同地来实施。本披露的发明实施例涉及在此描述的每个单独的特征件、系统、物品、材料、成套工具和/或方法。此外，如果此类特征件、系统、物品、材料、套件和/或方法并不相互冲突，两个或更多个此类特征件、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合均包括在本披露的发明范围内。
本发明的上述实施例可以用各种方式中的任一种方式实现。例如，一些实施例可以使用硬件、软件或它们的组合来实现。在实施例的任何方面至少部分以软件实现时，可以在任何适合的处理器或处理器集合上执行软件代码，无论是设置在单个装置或计算机中还是分布在多个装置/计算机之间。此外，可以将在此描述的技术作为提供了至少一个示例的方法来体现。作为该方法的一部分执行的动作可以按照任何适合的方式进行排序。因此，可以构建以下实施例：其中，各个动作以与所示顺序不同的顺序执行，从而可以包括尽管在说明性实施例中作为顺次动作示出但却是同时执行一些动作。
虽然已经展示并描述了本披露的具体实施例和应用，应理解的是，本披露不限制于在此披露的精确的构造和构成中并且在不背离如在所附权利要求书中定义的本发明的精神和范围的情况下各种修改、变化和更改可以从前述说明中变得显而易见。

Claims (29)

1.一种适形集成电路(IC)器件，包括：
柔性衬底；
附接至所述柔性衬底上的电子电路；以及
附接至所述柔性衬底上的柔性聚合物包封层，所述柔性聚合物包封层包盖在所述柔性衬底与所述包封层之间的所述电子电路。
2.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层包括可伸展且可弯曲的非导电材料。
3.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层是由聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅树脂、或聚氨酯或者其任何组合制造的。
4.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层被配置成用于气密密封所述电子电路。
5.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层是由紫外线(UV)可固化硅树脂制造的。
6.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述柔性衬底包括可伸展且可弯曲的非导电聚合物材料。
7.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述柔性衬底是由聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅树脂、或聚氨酯或者其任何组合制造的。
8.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述电子电路包括具有至少一个感测器件和至少一个控制器器件的集成电路传感器系统。
9.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述电子电路包括多个间隔开的器件岛状物，所述多个器件岛状物经由多个可伸展的电互连电性地且物理地相连。
10.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层经由液体硅树脂粘接剂涂层粘接至所述柔性衬底上。
11.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层被配置成用于通过调整中性机械平面相对于所述电子电路的功能部件的位置来帮助调节在所述适形IC器件的预定部分上的应力或应变或者两者。
12.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层和所述衬底两者都具有在约200％至约800％范围内的伸长率。
13.如权利要求1所述的适形IC器件，其中，所述包封层和所述衬底具有在约1.0mm至约2.0mm的范围内的总体厚度。
14.如权利要求1所述的适形IC器件，进一步包括布置在所述柔性聚合物包封层的顶部上的一系列柔性聚合物包封层。
15.如权利要求1所述的适形IC器件，进一步包括布置在所述衬底上的基板以及布置在所述基板上的电接触，其中，所述电子电路附接至所述电接触。
16.一种适形电子器件，包括：
细长的柔性聚合物衬底；
多个表面安装技术(SMT)部件，所述多个表面安装技术部件被配置为附接至所述柔性聚合物衬底的多个器件岛状物；
电连接所述SMT部件的多个可伸展互连；以及
附接至所述柔性聚合物衬底上的柔性聚合物包封层，所述柔性聚合物包封层包盖在所述柔性衬底与所述包封层之间的所述SMT部件和所述可伸展互连。
17.一种用于包封适形电子器件的方法，所述方法包括：
接纳第一硅树脂薄片；
接纳第二硅树脂薄片；
将所述第一硅树脂薄片放入组件固定件中；
将第一剂粘接剂点涂到所述第一硅树脂薄片上；
将多个柔性印刷电路板组件(FPCBA)放置于所述组件固定件中的所述第一剂粘接剂的顶部上；
将第二剂粘接剂点涂到所述柔性印刷电路板组件上；
将所述第二硅树脂薄片放置于所述组件固定件中的所述第二剂粘接剂的顶部上以创建堆叠；并且
通过辊式层压机传输具有所述第一和第二硅树脂薄片以及所述柔性印刷电路板组件的所述组件固定件。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括在所述将所述第二硅树脂薄片放置在所述第二剂粘接剂的顶部上之前清洗所述第一和第二硅树脂薄片的键合表面。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括在所述清洗所述键合表面之前检查所述第一和第二硅树脂薄片。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述接纳所述第一和所述第二硅树脂薄片包括从液体硅树脂中对所述薄片进行液体注塑模制。
21.如权利要求17所述的方法，进一步包括在将所述FPCBA放置在所述第一剂粘接剂的顶部上之前清洗所述柔性印刷电路板组件的两侧。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括在所述清洗所述FPCBA的所述两侧之前检查所述FPCBA。
23.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一和第二硅树脂薄片包括多个互补配合特征件，所述多个互补配合特征件被配置成用于确保所述硅树脂薄片在所述组件固定件中被正确地对准。
24.如权利要求17所述的方法，进一步包括在所述通过所述辊式层压机传输所述组件固定件之前将保护层压薄片放置在所述组件固定件之上。
25.如权利要求17所述的方法，其中，所述通过所述辊式层压机传输所述组件固定件包括通过所述辊式层压机多遍进给所述组件固定件。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述组件固定件通过所述辊式层压机被放置在每一遍的不同朝向上。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述辊式层压机的辊高度每一遍通过所述辊式层压机针发生变化。
28.如权利要求17所述的方法，进一步包括从所述辊式层压机中移除所述组件固定件并且允许所述第一和第二剂粘接剂固化。
29.如权利要求28所述的方法，进一步包括从所述固化堆叠中裸片切割多个包封适形电子器件。
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