CN107073280A - 在电池和电路之间建立物理和电气连接的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种在电池和电路板之间建立物理和电气连接的方法。该方法包括将导电材料形成的纹理施加到电池外表面的一部分。纹理是由多个突出物填充的区域。突出物可以被配置成部分贯穿固定到电路板的接触表面并停留在该接触表面内。可以将具有纹理表面的电池紧压在电路板上，导致突出物的区域贯穿接触表面。该方法可以导致电池和电路板电气连通，并且适用于各种医疗设备内。

Description

在电池和电路之间建立物理和电气连接的方法

背景技术

医疗设备越来越普遍地是从由板载电池供电的电路提供功能的电子设备。诸如传感器、压电-电气元件、收发器和存储介质之类的额外的部件也可以被集成到医疗设备中。电气医疗设备的正常工作需要所有部件和组件材料都适于在人体上或人体内的长期使用，并且从而将不会侵蚀患者或向患者引入有毒元素。与制造植入级电路和电气部件相关联的成本可能很高，并且制造过程可能是耗时的。

发明内容

各实施例提供了用于将电池或其他电源耦合到电路的改进方法、表面处理和电池。在实施例中，电池可以包括纹理化导电表面，例如一个或多个电池端子，其被配置为提供通往接触部的电连接。在实施例中，纹理化表面可以包括突出物的区域，突出物可以是尖的、带倒刺的、圆锥的等。在一些实施例中，突出物可以被配置成部分穿透接触表面，提供除电连接之外的物理连接。在一些实施例中，纹理化表面可以与电池外壳是一体的。其他实施例，电池可以包括粘附到电池外壳的导电表面的纹理化表面，例如施加于电池的一个或多个端子的纹理化导电层。

各实施例可以用于将电池电气和物理地连接到具有电路板的医疗设备。在组装这样的医疗设备期间，可以将电池的纹理化表面按压到医疗设备的导电表面上，直到纹理化表面接合接触层以形成物理和电气连接。

实施例包括一种用于在电池和电路之间建立物理和电气连接的方法。实施例方法可以包括在电池外部的导电部分上形成纹理化表面，并将电池的纹理化表面按压到电路的接触表面上。施加到或形成于电池上的纹理化表面可以包括诸如尖峰、倒刺、小块或圆锥形状等凸起的突出物的区域，其可以被配置成部分穿透一个或多个接触层。例如，一个或多个接触层可以包括铜层，铜层由金层覆盖，金层由保护性聚合物层覆盖，并且突出物可以被配置成穿透保护性聚合物层并且接合(或部分穿透)金层。在实施例中，该方法还可以包括在将纹理化表面按压到接触表面上之前，向电池纹理化表面和接触表面之一或两者施加粘合剂。

附图说明

给出附图以辅助描述本公开的实施例，并且附图仅仅被提供用于对实施例的例示而不是对实施例的限制。

图1是根据各实施例的连接到具有纹理的电池的IC模块的侧视图。

图2是根据各实施例的固定到电池的图1的IC模块的侧视图。

图3是根据各实施例的连接到具有交替纹理的电池的IC模块的侧视图。

图4是根据各实施例的固定到电池的图3的IC模块的侧视图。

图5是示出了根据各实施例的在电池和IC模块之间建立物理和电气连接的方法的过程流程图。

图6是示出了根据各实施例的在电池和IC模块之间建立物理和电气连接的方法的过程流程图。

具体实施方式

将参考附图详细描述各实施例。只要可能，就将在所有附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。对特定示例和实施方式的引用是用于例示的目的，而并非意在限制公开内容或权利要求的范围。可以设计替代的实施例而不脱离公开内容的范围。此外，公开内容的公知元件将不会被详细描述或将被省略，以免使公开内容的相关细节难以理解。

本文中使用术语“医疗设备”指代可以施加于或植入患者体内并被配置成执行各种医疗功能中的任一种的任何电子设备。使用医疗设备作为示例性实施方式描述了各实施例部件、表面处理和方法；然而，可以将各实施例与需要牢固附接的电池或电源的任何电路一起使用。

本文中为了清晰起见使用词语“第一”、“第二”、“第三”和类似术语来区分各种所述的元件，而并非意在将权利要求限制于元件的特定次序或等级。

各实施例包括可以具有沿着电池外部的至少一部分的纹理表面的电池。纹理表面可以被设计成接合(例如，固定到)电路板的接触表面。在电路板的连接或接触方向上施加于电池的压力可以导致电池到电路板的接触表面的电气和物理接合。

各实施例包括用于电池的表面处理以及在电池和电路元件之间建立牢固连接的方法。该方法很适于用在医疗设备的组装中，因为该方法不需要可能对人体解剖造成伤害的结合剂。该方法可以包括将纹理施加到电池表面。将纹理施加到电池表面可以包括创建填充有突出物的区域。这样的突出物可以包括尖峰、针、脊、锥体、角锥、倒刺等，并可以取决于所选择的构造方法。

电池的纹理化区域可以被按压到电路元件的接触表面上。可以施加压力，直到突出物与粘附到电路板的接触表面接合或形成电连接。在一些实施例中，突出物可能在施加压力期间变形，导致突出物的端部变平或展开，这可能用来提供通往接触表面的物理连接。作为使得个体突出物不能后退通过贯穿孔的突出物变形的结果，可以保持物理连接。通过这种方式，电池可以电气和物理连接到电气设备的接触表面。通过电池表面上的突出物进行的接触表面的接合可以改进电池和接触部之间的电气连接，由此使得电流能够在电池端子和接触部之间流动。

保护层可以施加到接触表面的外部，这样可以降低或防止接触表面氧化，并且设置于电池表面上的突出物可以被设计成穿透保护层，以便电气接合下方的接触表面。通过这种方式，即使在保护层施加于接触表面时，突出物的区域也可以与接触表面进行物理和电气连接。

向电池添加纹理化表面和实施例方法可以很适合用于医疗设备的组装中。具有用于接合接触表面的纹理化表面的电池可以在组装过程中的任何时候被按压成与电路板连接。可以在工厂中形成连接，在工厂中，辊子可以对电池和电路施加压力。替代地，可以由技术人员在使用医疗设备之前的时候手工将电池按压到电路。

图1示出了在实施例方法的阶段期间示例性电池100的侧视截面图。电池100可以具有纹理化表面110，其以从电池100表面向外延伸的突出物112的区域为特征。这样的突出物112可以被配置成在施加压力的情况下与固定到电路板130的一侧的接触表面140接合。在电池100的与纹理化表面110相反的一侧上朝向接触表面140施加力可能导致电池100连接到电路板130。因为纹理化表面由导电材料构成，该接合能够经由纹理化表面110到接触表面140的物理和电气连接而使电池100和电路板130电气连通。该连接使得电荷能够从电池100端子通过纹理化表面110和突出物112流入接触表面140并到达电路板130。

在各实施例中，保护层142可以全部或部分覆盖接触表面140。这样的保护层142可以通过限制接触表面140暴露于周围环境而降低或防止接触表面140的氧化。纹理化表面110可以被设计成贯穿保护层142，以便接合下方的接触表面140。保护层142可以是膜、聚合物涂层、聚合物、膜、粘合涂层、粘合膜等。

如图1和3中所示，电池100可以具有在电池100外部的一部分上的纹理化表面110。在一些实施例中，纹理化表面110可以在例如材料沉积方法中直接形成于电池100的表面上。在一些实施例中，纹理化表面110可以与电池外壳一体形成。在一些实施例中，独立的预先形成的纹理化表面110可以粘附到电池100的外部。可以经由本文所述的实施例方法将电池100容易地粘附成与电路板130的接触表面140物理和电气连接。这样的电池100可以有利的用于医疗设备，因为可能不需要使用潜在有害的结合剂。

图2示出了在过程的最后阶段中图1的电池100，其被固定到电路板130的接触表面140。采用从电池100表面向外延伸的突出物112的区域的形式的纹理化表面110，其经由部分穿孔接合固定到电路板130的接触表面140。在一些实施例中，可以使用辊子240在电池100上施加力，由此将纹理化表面110压入接触表面140中。由于突出物112的纹理化表面110区域穿透接触表面140，突出物112可以例如通过弯曲、扭曲、变平等而变形。每个突出物112可以被捕获于接触表面140内，不能后退通过入口孔径，因为变形的形状或取向可能与预先插入的突出物112不同。

可以使用各种技术改进纹理化表面110和接触面140之间的结合。例如，静电力可以进一步辅助维持纹理化表面110到接触表面140的连接。作为另一示例，可以在将电池100连接到电路板130期间任选地施加粘合剂，以改进纹理化表面110和接触表面140之间的结合。作为又一示例，在制造或使用电池期间通过纹理化表面110流入接触表面140中的电流可以创建合金区，合金区可以辅助将表面结合在一起。作为另一个示例，在接合期间加热纹理化表面110和/或接触表面140还可以强化其间的结合。在一些实施例中，突出物112可以具有小于目标接触表面140的厚度的高度。例如，厚度为七千分之一英寸的目标接触表面140可以保证突出物的高度为七十到一百微米。突出物的半径可以是半毫米到四分之一毫米。在各实施例中，包括堆叠配置的多个接触表面140可能由于容纳更深的突出物112穿透而能够使用更大高度或直径的突出物112。在一些实施例中，例如采用柔性电子器件或柔性电路的那些实施例中，突出物112可以具有大于、等于或小于接触表面140的高度，允许突出物112完全穿透接触表面并延伸到电路130中。突出物112的区域可以由比接触表面140更强的材料构造，以确保在部分贯穿之前不会发生突出物变形。在图示的示例中，每个突出物112具有尖峰或圆锥形状，其使得能够容易刺穿接触表面140并在插入一个或多个接触表面140时易于变形。尽管突出物112被示为具有尖峰或圆锥形状，但本领域的技术人员将认识到，突出物112可以具有任何适合的形状。

在一些电子设备中，接触表面140可以仅具有(例如，铜或金)的单一导电材料层，具有任选的保护层。在一些实施例中，保护层142可以设置于接触表面140顶部。例如，单一接触表面140可以是铜层，并且保护层142可以是聚合物层，以防止氧化。替代地，具有任选的保护层的金叶层可以用作单一接触表面140。

在一些实施例中，接触表面140可以由多个材料层组成，例如施加在铜导电层之上的金导电层。在接合过程期间不施加粘合剂的实施例中，可能希望包括金层，因为金容易被电池表面上的突出物变形。这允许金原子在突出物周围流动，并且因此可以在纹理化表面110和接触表面140之间创建强结合。在这样的实施例中，可以在多层接触表面140的顶部上设置类似的聚合物保护层142。

图3示出了纹理化表面310的替代构造，其具有包括倒刺状形状的突出物312的区域。像图1中所示的突出物112的区域那样，带倒刺的突出物可以被设计成接合固定到电路板130的接触表面140。

图4示出了纹理化表面310的替代构造到接触表面140的连接。纹理化表面310到接触表面140的接合可以将电池100物理和电气连接到电路板130。个体突出物312具有倒刺形状，其被配置成在将电池100紧压接触表面140时停留在接触表面140中。突出物312的倒刺形状提供的增大的表面与表面接触可以导致与接触表面140的更强的物理连接，以及电池100和接触部之间的更低的电阻。

可以使用各种技术改进纹理化表面110和接触面140之间的结合。例如，流经纹理化表面110倒刺进入接触表面140中的电流可以创建辅助结合的合金区。作为另一个示例，在接合期间加热纹理化表面110和/或接触表面140可以强化其间的结合。

附图中电池100、纹理化表面110和突出物112的区域、接触表面140、以及电路板130的相对尺寸和形状旨在仅仅用于例示的目的。可以修改这些元件中任一个的尺寸和形状以适合特定目的或一般目的。具体而言，突出物112的区域可以在宽度上薄得多，以便接合具有低电阻的接触表面140，并且可以根据适于特定接触表面140的穿透的深度而更长或更短。类似地，个体部件的构造仅仅用于例示的目的，并且部件的尺寸和位置将取决于特定设计。

图5示出了根据各实施例的在电池和图1-4的电路板之间建立物理和电气连接的实施例方法500。

在方框502，可以在电池上创建或施加纹理。纹理化表面可以是适于例如通过刺穿或部分贯穿而接合接触表面的凸起的突出物的区域。这样的突出物可以是尖峰、锥体、针、角锥、倒刺等。例如，电气区域蒸汽沉积技术可以用于在电池外部上构建纹理化表面。替代地，可以在组装时将冲压镍条焊接到电池的表面。在一些实施例中，可以与电池外壳一体地模制纹理。用于将纹理化表面创建或施加到电池的精确技术不限于任何特定方法，并且本文描述的技术仅用于示例性目的。

可以采用纹理化表面的任何定位和图案。纹理化表面元件的形状和尺寸也可以根据目标接触表面的组分和厚度而变化。例如，具有保护性聚合物层的单一铜或金接触表面可以容许高度70微米并且直径四分之一毫米的突出物，而具有聚合物膜的铜和金的多层接触表面可以容许高度大约100微米并且直径半毫米的个体突出物尺寸。

在创建纹理化表面时可以采用多种方法。出于例示的目的，电气气相沉积、电化学加工、微焊接、其他形式的材料沉积和3D印刷都是用于向电池表面施加纹理的可能方法。在替代的实施例中，可以通过电池接触部和/或壳体材料的机械加工或变形(例如，通过模制、机械加工、冲压或研磨)在电池表面中形成纹理。可以在组装电池之前或之后在电池接触表面上完成这样的机械加工或变形。在另一实施例中，例如通过模制、机械加工、冲压或研磨位于经由点焊或类似技术附接于电池的镍条上或来自该镍条的纹理化表面，可以在独立于电池的导电材料中形成纹理。在又一实施例中，电池外壳可以形成有纹理，纹理例如通过外壳的金属冲压而在电池组装之前被集成到端子上。纹理化工艺和用于纹理化表面构造的导电材料的选择可以由从业者确定。

在方框504中，可以向电池施加压力，以将其按压到接触表面上，以便促成与接触表面的接合。可以改变电池的取向以平行于电路板接触表面对准纹理化表面。可以在接触表面方向上向电池的与纹理化表面相反的一部分施加力，由此将纹理化表面按压到接触表面中并使两者接合。在各实施例中，可以在工厂中安装电池，并且可以使用诸如辊子等机械设备将电池的纹理化表面按压到电路板接触表面上。在一些实施例中，可以恰好在使用主机设备之前安装电池，并且可以由技术人员手动将电池按压到电路板接触表面中。

在方框506中，保护层(如果有的话)被电池纹理化表面刺穿以建立连接。电池纹理化表面被设计成推动通过保护层并电气接合接触表面，并且任选地部分贯穿接触表面。突出物可以具有充分的硬度和尺寸，以进入并停留在接触表面介质中。使纹理化表面与接触表面接合导致电池和电路板的接触表面之间的电气和物理连接。如上所述，纹理化表面可以作为接触压力的结果而部分变形进入接触表面，这可以用于形成物理结合，以用于将电池保持在接触表面。在一些实施例中，可以通过突出物的形状，例如经由图3-4中所示的倒刺来维持纹理化表面到接触表面的连接。通过这种方式，可以将电池容易且廉价地固定到电路板。

图6示出了根据各实施例的在电池和图1-4的电路板之间建立物理和电气连接的另一实施例方法600。

在方框502中，可以将纹理化表面创建或施加在电池表面的一部分上。可以采用上文参考图5所述的方式执行这一操作。

在方框602中，可以将粘合剂施加于纹理化表面或接触表面。在各实施例中，可以在工厂中进行组装，并可以为粘合剂凝固分配时间。可以在很长的组件构造中使用导电环氧树脂，因为它们很适于将纹理化表面固定到接触表面，但可能需要很长的凝固期。在各实施例中，在组装时间分配很短的情况下，可以使用置于纹理化表面和接触表面之间的粘合剂膜改进纹理化表面到接触表面的接合。粘合剂在干燥时可能收缩，将纹理化表面拉到更接近接触表面并且改进接合。像组件的所有部件那样，粘合剂可以安全地施加到或插入人体，并且可以用后被丢弃。

各实施例改进了在方框602中对粘合剂的使用，因为表面粗糙度和/或来自电池表面的突出物能够通过粘合剂按压以直接接触，并且在一些情况下，部分穿透接触表面以创建电连接。于是，即使在电池和接触表面之间有一层粘合剂时，表面突出物可以实现通往接触表面的低电阻电气连接。在方框602中施加粘合剂之后，可以如图5中所述的执行方框504和506中的剩余操作。

以单数形式，例如使用冠词“一”或“所述”对权利要求要素进行任何引用都不应被解释为将要素限制为单数。

相关领域的技术人员将认识到，可以使用所公开实施例的各方面的很多可能的修改和组合，同时仍然采用相同的基本底层机制和方法。出于解释的目的，已经参考具体实施例撰写了前面的说明。然而，以上例示性论述并非意在进行穷举或将公开内容限制到公开的精确形式。根据以上教导，很多修改和变化是可能的。选择并描述实施例以解释公开内容及其实际应用的原理，并使本领域其他技术人员能够最好地利用公开内容和具有适于所考虑的特定使用的各种修改的各实施例。于是，公开内容并非意在限于本文所示并描述的所公开技术的实施例和各个方面，而是要被赋予与以下权利要求和原理以及本文公开的新颖特征一致的最宽范围。

Claims (21)

1.一种电池，包括：

位于所述电池的外部的导电部分上的纹理化表面。

2.根据权利要求1所述的电池，其中所述纹理化表面是突出物的区域。

3.根据权利要求1所述的电池，其中所述纹理化表面是多个尖的突出物。

4.根据权利要求3所述的电池，其中所述尖的突出物具有带倒刺的形状或圆锥形状。

5.根据权利要求1所述的电池，其中所述纹理化表面设置在电池端子上。

6.根据权利要求1所述的电池，其中所述纹理化表面与电池外壳是一体的。

7.根据权利要求1所述的电池，其中所述纹理化表面直接粘附到所述电池。

8.根据权利要求1所述的电池，其中所述纹理化表面固定到所述电池的外部的一部分。

9.一种将电池固定到电路板的方法，包括：

在电池外部的一部分上形成具有多个表面元件的纹理化表面；以及

将所述电池外部的所述纹理化表面按压到接触表面上，以使所述多个表面元件接合所述接触表面。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述纹理化表面包括凸起的突出物的区域。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述凸起的突出物具有尖峰形状。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述凸起的突出物具有带倒刺的形状或箭头形状。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述纹理化表面被施加到电池端子。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述纹理化表面是由导电材料构造的，使得将所述表面元件与所述接触表面接合使所述电池与所述电路板电气连通。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个接触表面包括铜层和金层。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述铜层、金层和保护性聚合物层被设置成堆叠构造。

17.根据权利要求9所述的方法，还包括在将所述纹理化表面按压到所述接触表面上之前，向所述纹理化表面和所述接触表面之一或两者施加粘合剂。

18.根据权利要求17所述的方法，其中施加粘合剂还包括：

在所述纹理化表面和所述接触表面之间放置粘合剂膜。

19.一种电池，包括用于将所述电池电连接到电路板的接触表面的表面纹理装置。

20.根据权利要求19所述的电池，其中用于将所述电池电连接到接触表面的所述表面纹理装置还将所述电池物理连接到所述接触表面。

21.根据权利要求19所述的电池，其中将所述电池电连接到接触表面的所述表面纹理装置完全或部分贯穿所述接触表面。