CN108432353B - 柔性电子系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性电子系统包括具有彼此相对的第一和第二接触焊盘的柔性电子基板和基底基板，第一和第二接触焊盘中的一个电气耦合到电池。与第一和第二接触焊盘相邻的激活器配置成允许闭合电气电路或开路电气电路中的至少一个。

Description

柔性电子系统及其方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月28日提交的美国临时专利申请序列号62/271,511的优先权，其内容通过引用并入本文，如同完全包含在本文中一样。

技术领域

本公开一般涉及电子系统，并且具体涉及柔性电子系统。

发明内容

以下阐述本文公开的某些实施例的概述。应该理解，这些方面仅仅是为了向读者提供这某些实施例的简要概述而呈现的，并且这些方面并不意图限制本公开的范围。实际上，本公开可以涵盖可能未在下面阐述的各种方面。

本公开涉及可变形、可挤压、可弯曲、可折叠、拉动、按压、可拉伸、可扭曲或其组合的柔性电子系统的实施例包括具有彼此相对的第一和第二接触焊盘的柔性电子基板和基底基板，第一和第二接触焊盘中的一个电气耦合至电池。与第一和第二接触焊盘相邻的激活器配置成允许闭合或开路的电气电路中的至少一个。将第一接触焊盘耦合到第二接触焊盘的激活器变形，从而闭合电气电路并激活能量源。在一个实施例中，激活器包括填充有导电流体的腔室，并且隔离器被嵌入腔室内。导电流体选自包括汞、含水盐、碱液、酸溶液、具有离解颗粒的溶剂或基于三乙二醇二甲基醚（Triethylenglykoldimethylether）的溶液的材料。在另一个实施例中，激活器包括主体部分、钩和将主体部分耦合到钩的弹簧。在又一个实施例中，激活器包括具有安装在支撑件上的第一端和远离支撑件一定距离的第二端的膜。在再又一个实施例中，激活器是晶闸管电路并且继电器耦合到晶闸管电路。该系统还包括剥离器（peeler），该剥离器可移除地耦合到基底基板。

根据本公开的另一个示例性实施例，一种柔性电子系统包括接触焊盘组件，所述接触焊盘组件包括第一接触焊盘和第二接触焊盘，激活器耦合在第一和第二接触焊盘与柔性电子基板之间。激活器和接触焊盘组件设置在柔性电子基板中，当系统变形时，激活器或者从接触焊盘脱离或者与接触焊盘接合。当激活器从接触焊盘组件去耦时，系统处于闭合电气电路中。当激活器耦合到接触焊盘组件时，系统处于开路电气电路中。

根据本公开的另一示例性实施例，一种形成柔性电子系统的方法包括：提供柔性电子基板；在柔性电子基板中设置接触焊盘组件；将基底基板应用于柔性电子基板；以及在柔性电子基板中设置激活器。接触焊盘组件包括第一和第二接触焊盘，并且激活器被放置在接触焊盘之间。一旦系统变形，激活器或者从接触焊盘组件脱离或者与接触焊盘组件接合。

附图说明

当参照附图阅读以下对某些示例性实施例的详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中相似的字符贯穿附图代表相似项目，其中：

图1是根据本公开的示例性柔性电子系统的透视图。

图2A是根据本公开的具有集成激活器的柔性电子系统的所描述的实施例的横截面视图。

图2B是描绘在柔性电子系统弯曲之后的图2A的集成激活器的状态的横截面视图。

图3A是根据本公开的具有被拉伸或拉动的集成激活器的柔性电子系统的另一所描述的实施例的横截面视图。

图3B是描绘在柔性电子系统被按压或挤压之后的图3A的集成激活器的状态的横截面视图。

图4A是根据本公开的具有集成激活器的柔性电子系统的另一所描述的实施例的横截面视图。

图4B是描绘在力被施加在柔性电子系统的一部分上之后的图4A的集成激活器的状态的横截面视图。

图5是根据本公开的具有晶闸管电路的柔性电子系统的另一所描述的实施例的简化示意性视图。

具体实施方式

呈现以下描述以使本领域技术人员能够制作和使用所描述的实施例，并且在特定应用及其要求的上下文中提供以下描述。对所描述的实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是容易清楚的，并且在不脱离所描述的实施例的精神和范围的情况下，可将本文中定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，所描述的实施例不限于所示出的实施例，而是被赋予与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。

图1图示了根据本公开的示例性柔性电子系统100。柔性电子系统100形成为膜状或片状，然而，取决于应用，柔性电子系统100可以获得应用不同的几何形状、大小、形状、厚度、重量、颜色。取决于应用，容易附接到至少一个部位的柔性电子系统100是一次性的、可回收的、可变形的、可拉伸的、可扭曲的、可弯曲的和可挤压的。该部位包括任何人体部分102，包括动物、产品、包装的对象的任何表面，计算机和电子机器104等。

如图1所描绘的柔性电子系统100的横截面视图现在在图2A和2B中图示并被标记为200。柔性电子系统200包括柔性电子基板202、基底基板204和安装在柔性电子基板202上的柔性保护盖206。柔性电子基板202形成为膜状或片状。如所描绘的，柔性电子基板202是单个层并且可以被制造为多个电子层，这取决于应用。在一些实施例中，可以折叠单个电子层202以替代地形成多个电子层。导电迹线可以被图案化到电子基板上以在安装在柔性电子基板202上或集成到柔性电子基板202中的部件之间传送信号。柔性电子基板202可以由任何合适类型的材料形成。

设置在柔性电子基板202上的包括两个接触焊盘208、210。取决于应用，可以在基板202上提供多于或少于两个的接触焊盘。取决于应用，接触焊盘208、210可以设置在电子基板202上、集成到电子基板202中、印刷到或层压到电子基板202上。在一些实施例中，接触焊盘208、210形成为部件的一部分，其然后经由迹线或互连电气耦合到一个或多个其他部件。所述部件可以是传感器、处理器、计算机可读介质、通信接口、ASIC、电池、电容器、晶体管、电阻器、LED、换能器和任何电子部件。接触焊盘208电气耦合到诸如电池的能量源，并且接触焊盘210电气耦合到至少一个部件。为了简单起见，从图省略了诸如电池和其他部件的部件。如图2A所示，加载的弹簧216将接触焊盘210耦合到柔性保护盖206的内壁。接触焊盘208、210由安装在支撑结构212上或固定地附接到支撑结构212的激活器214分离或隔离。激活器214和支撑结构212可以由任何类型的非导电材料形成和制造。在一个示例中，激活器214可以是加载的非导电弹簧。在另一个示例中，激活器214可以是弹簧加载的膜或片。激活器214防止电池容量损失并且在柔性电子系统200的初始使用之前使电池损耗最小化。激活器214还防止接触焊盘208、210免受由环境引起或暴露于环境引起的腐蚀反应、湿气和气体压力。

基底基片204与该部位接触的是粘合剂层。形成为膜状或片状的剥离器218覆盖粘合剂层。在一些实施例中，粘合剂材料可以在应用剥离器218之前形成、涂覆或应用到基底基板204的下表面。一旦系统200准备好在所述部位上使用，简单地从基底基板204移除剥离器218，并在所述部位上应用粘合剂表面。在一些实施例中，系统200可以通过将剥离器218附接回到基底基板204的粘合剂表面来再使用或重复使用，以供稍后使用或当需要时再使用或重复使用。与基底基板204的粘合剂表面相对的上表面通过任何类型的附接技术附接到电子基板202。取决于应用，在一些实施例中，基底基板204可以由多个层形成。

设置在电子基板202上的柔性保护盖206也形成为膜状或片状。柔性保护盖206可以由诸如塑料、薄玻璃、纤维复合材料、薄金属、织物、硅树脂等的材料形成。柔性保护盖206也可以由单层材料或多层材料形成。

当柔性电子系统200在任何方向上（例如向上、向下、向右、向左、侧向或因此的组合）变形（诸如弯曲、折叠、挤压、拉动、按压、拉伸、扭曲或其组合）时，这种运动使激活器214卸载从而机械地从接触焊盘208、210脱离或释放。一旦激活器214从接触焊盘208、210完全脱离，接触焊盘接触，从而闭合电气电路并激活柔性电子系统200。如图2B中所描绘的，柔性电子系统200变形（例如向下弯曲或折叠），直到激活器214从接触焊盘208、210完全脱离。接触焊盘208、210接触，从而闭合电气电路并激活柔性电子系统200。

图3A和3B图示了根据本公开的柔性电子系统300的另一个所描述的实施例。柔性电子系统300在构造上类似于图2A和2B的系统200。与图2A和2B中的系统200相比，激活器314包括钩324、从钩324延伸的弹簧或偏置元件322以及由第一接触焊盘308支撑的主体部分326。激活器314可以由任何类型的导电材料形成。预成型片可用于形成或模制激活器的结构或形状，如图3A和3B所图示的。如所示的激活器314的几何形状决不限制本公开。其他几何形状、形状和大小可以在系统中使用。为了将激活器314的主体部分326附接到接触焊盘308，可以使用各种方式的附接技术。还提供耦合到任何类型的部件的第二接触焊盘310。接收部分320形成在接触焊盘310的顶表面上。接收部分320的形状符合钩324的形状。两个接触焊盘308、310都设置在柔性电子基板302上。与其中接触焊盘208、210位于电子基板202的不同表面上的图2A和图2B图示的接触焊盘208、210不同。如图3A和3B所描绘的接触焊盘308、310，接触焊盘位于与基底基板304相邻的同一表面上。在一些实施例中，可以在接触焊盘308、310设置在基板上之前将可选的层或膜设置在基底基板304上。使用双手将拉动力或拉伸力PL应用到系统300的两端使得激活器314的钩324从接触焊盘310的接收部分320机械地脱离。如图3A所描绘的，在激活器314从接触焊盘310机械地脱离之后，系统300被解激活。

为了激活柔性电子系统300，简单地保持系统的两端并向内朝向系统300的中心应用诸如按压或挤压的力PH使得激活器314的钩324机械地接合接触焊盘310的接收部分320。在一些实施例中，释放后的拉伸力PL可以促进激活器314机械地接合接触焊盘310的接收部分320。一旦激活器314与接触焊盘310完全接合，从而闭合电气电路并激活柔性电子系统300，如图3B所描绘的。

图4A和4B图示了根据本公开的柔性电子系统400的另一个所描述的实施例。柔性电子系统400在构造上类似于图2的系统200。与图2中的系统200相比，激活器414被填充有导电流体，并且隔离器424嵌入激活器414内并将激活器414分成两个流体填充腔室422a、422b。导电流体可以是汞、含水盐、碱液、酸溶液、具有离解颗粒的溶剂、基于三乙二醇二甲基醚的溶液等。隔离器424可以由各种厚度的玻璃、塑料、聚合物等形成。激活器414夹在接触焊盘408、410之间。嵌入的隔离器424被配置成隔离接触焊盘408、410，从而使电气电路处于开路。为了激活系统400，简单地朝向基底基板404应用力F使得系统变形。继续向内施加力F直到隔离器424破裂或裂开并且激活器414的腔室422中的导电材料将激活器与接触焊盘408、410流体地接合，如图4B所描绘的。在一些实施例中，隔离器424可以由在系统400变形期间溶解在腔室422a、422b中的任何类型的材料形成。一旦隔离器424变形，包含在激活器414的腔室422a、422b中的导电材料或流体流体地接合。激活器和接触焊盘408、410因此闭合电气电路并激活柔性电子系统400。

图5图示了根据本公开的柔性电子系统500的另一个所描述的实施例。不同于图1中的系统100，柔性电子系统500包括激活器、所图示的晶闸管电路514、至少一个电子部件562和能量源560（即，电池）。部件562经由晶闸管电路514电气耦合到接触焊盘510，而电池560电气耦合到另一个接触焊盘508。在一个实施例中，部件562是开关元件。在一些实施例中，部件562可以是继电器。为了激活系统500，简单地利用外力触发开关元件562，从而使晶闸管电路514在栅极接收到电流触发时导通，并且晶闸管电路514在两端的电压被反向的同时继续导通，从而闭合电气电路并激活柔性电子系统500。

上面描述的实施例已经作为举例示出，并且应该理解，这些实施例可以容许各种修改和替代形式。应该进一步理解的是，权利要求不意图限于所公开的特定形式，而是覆盖落入本公开的精神和范围的所有修改、等同和替代。

虽然已经参考各种实施例描述了本公开，但将理解，这些实施例是说明性的，并且本公开的范围不限于它们。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已经在上下文或特定实施例中描述了根据本专利的实施例。功能在本公开的各种实施例中可以以不同方式按块分离或组合，或者以不同的术语描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可以落入如所附的权利要求中所限定的本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种柔性电子系统，包括：

柔性电子基板，具有彼此相对的第一接触焊盘和第二接触焊盘；

所述第一接触焊盘和所述第二接触焊盘中的一个电气耦合到能量源；

具有粘合剂层的基底基板；以及

设置在所述柔性电子基板上的激活器，与所述第一接触焊盘和所述第二接触焊盘相邻的所述激活器被配置成允许闭合电气电路或开路电气电路中的至少一个，其中在所述激活器从接触焊盘机械地脱离之后，所述柔性电子系统被解激活。

2.根据权利要求1所述的柔性电子系统，其中，将所述第一接触焊盘耦合到所述第二接触焊盘的所述激活器变形，从而闭合电气电路并激活所述能量源。

3.根据权利要求2所述的柔性电子系统，其中，所述激活器包括填充有导电流体的腔室并且隔离器嵌入所述腔室内。

4.根据权利要求3所述的柔性电子系统，其中，所述导电流体选自包括汞、含水盐、碱液、酸溶液、具有离解颗粒的溶剂或基于三乙二醇二甲基醚的溶液的材料。

5.根据权利要求2所述的柔性电子系统，其中，所述激活器包括主体部分、钩和将所述主体部分耦合到所述钩的弹簧。

6.根据权利要求2所述的柔性电子系统，其中，所述激活器包括膜，所述膜具有安装在支撑件上的第一端和远离所述支撑件一定距离的第二端。

7.根据权利要求2所述的柔性电子系统，其中，所述激活器是晶闸管电路。

8.根据权利要求7所述的柔性电子系统，还包括耦合到所述晶闸管电路的继电器。

9.根据权利要求1所述的柔性电子系统，还包括剥离器，所述剥离器可移除地耦合到所述基底基板。

10.根据权利要求1所述的柔性电子系统，其中，所述系统能够变形、挤压、弯曲、折叠、拉动、按压、拉伸、扭曲或其组合。

11.一种柔性电子系统，包括：

接触焊盘组件，所述接触焊盘组件包括第一接触焊盘和第二接触焊盘；

激活器，耦合在所述第一接触焊盘和所述第二接触焊盘之间；以及

柔性电子基板；

其中所述激活器和所述接触焊盘组件设置在所述柔性电子基板中，当所述系统变形时，所述激活器从接触焊盘脱离或与接触焊盘接合，其中在所述激活器从接触焊盘机械地脱离之后，所述柔性电子系统被解激活。

12.根据权利要求11所述的柔性电子系统，其中当所述激活器从所述接触焊盘组件去耦时，所述系统处于闭合电气电路中。

13.根据权利要求11所述的柔性电子系统，其中当所述激活器耦合到所述接触焊盘组件时，所述系统处于开路电气电路中。

14.一种形成柔性电子系统的方法，包括：

提供柔性电子基板；

将接触焊盘组件设置在所述柔性电子基板中；

将基底基板应用到所述柔性电子基板；以及

将激活器设置在所述柔性电子基板中；

其中所述接触焊盘组件包括第一接触焊盘和第二接触焊盘，将所述激活器放置在所述第一接触焊盘和所述第二接触焊盘之间，其中在所述激活器从接触焊盘机械地脱离之后，所述柔性电子系统被解激活。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，一旦所述系统变形，使所述激活器与所述接触焊盘组件脱离或接合。

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