CN108603311B

CN108603311B - 电子条带纱线

Info

Publication number: CN108603311B
Application number: CN201680080374.6A
Authority: CN
Inventors: 蒂拉克·基西里·迪亚斯
Original assignee: Nottingham Trent University
Current assignee: Nottingham Trent University
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2036-12-23
Also published as: CN108603311A; KR20180124845A; KR102670196B1; EP3397799B1; AU2016383119B2; WO2017115083A1; EP3397799A1; GB201523093D0; US20190003084A1; US10458048B2; AU2016383119A1

Abstract

电子装置(4、24)依次或连续地沿着在非导电柔性平坦支撑材料(50)的薄片上的多个横向间隔的离散线(10)安装；且所述薄片被切开或剥离于所述线之间以创造各呈支承一系列所述装置的条带的形式的至少两个纱线。每一条带的宽度可与所述安装的一个或多个装置的条带的宽度大体上相同；通常小于所述一个或多个装置的条带的宽度的两倍。所述支撑材料可呈穿过安装台(54)的连续长度的形式，且在所述安装台上，一系列所述电子装置大体上平行于所述材料的穿过方向安装于所述线中。

Description

电子条带纱线

技术领域

本发明涉及结合电子装置的纱线的制造。其对保护装置和到其的电连接的此类纱线具有特别应用。纱线的优选使用是并入到例如织品内，但预料到其它使用。

背景技术

国际专利公开案第WO2006/123133号和第W02011/010093号(其内容被以引用的方式并入本文中)公开复丝纱(包含界限于纱丝之间的操作性装置)和一种其制造方法。公开的纱线的细丝可为纺织纤维，例如，聚酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺。纱细丝中的一或多个可导电且耦合到被界限装置以形成到其的电连接。这些细丝可为精炼纯金属细丝电线或呈镀覆有铜、镍、金或银的薄膜的聚合单丝纱的形式。所述一或多个装置可呈例如一硅酮芯片、铁磁性聚合芯片或相变芯片的各种形式中的任一个。

参考还涉及日本专利说明书第2013189718A号和美国专利公开案第2013/092742号，在此并入其公开内容。两者都描述在保护性外层或护套内的携载电子装置的纱线。以上国际公开的纱线是有效的且可在织品中使用。然而，在装置具有电连接的情况下，连接将暴露于纱线表面上，且由此因与其它纱线或元件的接触或因外部状况而受到损坏。日本和美国参考案在一定程度上解决这问题，但不提供解决方案。

发明内容

在第WO2016/038342号下公开的我们的国际专利申请(下文被称作“我们的国际申请”)中，其公开内容也在此被以引用的方式并入，我们公开一种电子功能性纱线，包括形成芯的多个载体纤维；用沿着所述芯延伸的导电互连件安装于所述芯上的一系列电子装置；在所述芯、所述装置和所述互连件周围的多个包装纤维；以及在所述包装纤维周围的固持套筒，其中所述芯、所述装置和所述互连件界限于固持于所述套筒中的多个包装纤维内。互连件可包括延伸纱线的长度的至少一个导体。通过在载体纤维上安装装置和互连件，其更易于固持在纱线的主体内和包装纤维内。

本发明还涉及将支承安装的电子装置的载体用于用作纱线或在以上引用的专利公开案中描述的种类的纱线中使用。

特定地说，其涉及此类纱线或细丝纤维的制造。根据本发明，电子装置依次或连续地沿着在非导电柔性平坦支撑材料的薄片上的多个横向间隔的离散线安装；且所述薄片被切开或剥离于所述线之间以创造各呈支承一系列所述装置的条带的形式的至少两个纱线或细丝纤维。每一条带的宽度可与所述安装的一个或多个装置的条带的宽度大体上相同；通常小于所述一个或多个装置的条带的宽度的两倍。因此，在支撑材料的厚度通常不超过10μm的情况下，且在装置的宽度通常不超过800μm的情况下，支承装置的条带可因此用作纱线或条带用于在许多应用中单独地或在套筒内功能性和装饰性地使用。

支撑材料可按通过安装台抽取的连续长度的形式提供，其中所述一系列电子装置大体上平行于材料的穿过方向装设于离散线中。然后可将抽取的材料再卷绕于辊上用于后续切开或剥离，或直接传到其被划分成条带的切割装置。弱化线可形成于装置的线之间以在紧接在已安装电子装置后将不切开或剥离材料的情况下有助于后续切开剥离。支撑材料将通常自身被作为胶带从辊抽取，但可从另一来源传递；例如，直接从其自身的制造。

呈根据本发明制造的条带的形式的纱线或细丝纤维可补充有用于将其附接到另一表面或主体的例如按钮、扣眼、卡钩或孔眼的构件。在材料的长度上存在多个装置的情况下，它们将通常安装于同一侧上。这种布置意味着相对侧可例如带有使条带能够轻易地附接到另一表面的粘合剂。在一些实施例中，平坦材料可在其与安装有装置的面相对的面上涂布有导电材料。此层可自身呈分开的薄片、条带或多个条带的形式。然而，装置可当然安装于材料的两侧上，并且这可有助于当正使用不同形式的装置时的安装过程。

在本发明中使用的平坦支撑材料薄(通常2.0-7.0μm厚)，且优选材料是聚合物薄片或胶带，通常是聚酯。其它选项是聚酰胺、聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚-氧二苯撑-均苯四甲酰亚胺(Kapton)、聚苯并咪唑或基于芳族聚酰胺的材料。所述材料应具有高熔点，通常高于350℃，且具有高等级的热和化学稳定性。这种情形的原因是为了确保其可承受在将互连件耦合到电子装置时产生的热量。

根据本发明制造的具有安装于其上的电子装置的条带可单独地使用，或用作用于将条带(支承装置)围封于套筒中的纱线或细丝纤维的基础。此纱线或纤维可并入于织物中。在一个实例中，条带可形成在我们的国际申请中描述的种类的纱线中的芯。在此实施例中，可解开包装纤维；即，包装纤维大体平行于纱线轴线延伸，但可选择性地捆束或缠绕以填充装置之间的空间。单独的填料材料也可用于此目的。这些选项可用以保持沿着纱线的长度且在装置之间的大体上均匀横截面。可选择包装纤维和填料材料(如果使用的话)以促进或阻止复合纱线对水分的吸收。

并入于体现本发明的纱线中的电子装置可呈许多形成，包含操作性装置，例如，硅芯片信令装置；光、声音或符号产生器；微控制器和能量收集装置。特别适合于在本发明的纱线中使用的是超薄电子裸片。本发明还适合于射频识别装置(RFID)，其中天线沿着在RFID芯片的两侧上的材料的长度延伸。此类天线或耦合到装置的互连件可安装于装置前的材料上，例如，通过数字印刷，且然后将所述装置安装于其上。

附图说明

本发明现将通过实例且参看随附示意图来描述，其中：

图1是形成根据本发明制造的纱线或细丝纤维的支承电子装置的平坦材料的条带的放大平面图；

图2也未按比例，是支承根据本发明的电子装置的材料薄片的平面图；

图3绘示根据本发明的用于在平坦材料上安装电子装置和导电互连件的程序；

图4绘示用于在我们的国际申请中描述的种类的复合纱线中合并条带的程序；

图5展示在根据本发明的方法中的通过安装和切割台从辊抽取的平坦支撑材料；且

图6展示图5中展示的方法的变化，其中将支承装置的支撑材料再卷绕于第二辊上。

具体实施方式

在图1中展示的非导电平坦材料的长度呈通常属于聚酯的环形的条带2的形式，但可以使用如本文中指出的其它材料。安装于条带上的是电子装置4，各自具有在沿着条带2的任一方向上自其延伸的导电互连件6。通过粘合剂将装置紧固到材料，且如以下描述，导电互连件6在装置与材料之间附接到电子装置4，且沿着材料的表面延伸。它们还将通常粘附到材料。考虑到条带的最终用途，条带的宽度将通常尽可能靠近条带上装置中的最宽装置的宽度，且优选地不超过最宽装置的两倍。举例来说，如果最宽装置的宽度是400μm，那么胶带或条带的宽度将不超过800μm。安装装置的条带的总厚度优选地不大于其宽度；换句话说，不大于800μm。出于功能性或装饰性目的，所述条带可单独地或在织物中用作纱线或细丝纤维。

图2绘示图1中展示的种类的多个条带可在非导电平坦材料薄片上创造的方式。将多个电子装置安装于薄片上，布置成离散线10。装置不必都相同；一些装置(8)可具有附接的互连件；其它可不具有，且所述装置可沿着其相应线不同地间隔。所述薄片也可形成有弱化线14以有助于将薄片划分成图1中展示的种类的条带。多个条带可因此在单个工艺中制造，且自其切割、剥离或撕开供按需要使用。应理解，薄片可自身为穿过安装台的材料的环形长度的部分，然后切割所述材料以界定条带的所要的长度，且划分或切开以自身创造条带。

需要时，以上描述的种类的条带可补充有用于作为制造或组装过程的部分将其附接到另一主体或表面的构件。可能最简单地，当将装置安装于平坦材料的一侧上时，可将一层粘合剂涂覆于另一侧。在最上部具有装置的条带可然后易于紧固于表面上用于识别或装饰目的。也可装配其它形式附接物，例如，按钮、扣眼、卡钩和孔眼，以匹配在其它主体或表面上的互补形式。在分开的条带或平坦材料上安装装置前或后，可在所述条带上或在所述平坦材料的薄片或连续长度上实现此补充。

图3绘示具有附接的导电互连件6的每一电子装置4可安装于图2中的薄片上的方式。导电互连件6通过焊盘16附接到每一电子装置4，且粘合剂18的按钮施加到焊盘16之间的每一装置。将装置和互连件放在条带或薄片上，且粘合剂被固化或允许固化以保证相应装置的位置。粘合剂将通常还用以将互连件保持在适当位置。在不同程序中，导电互连件6可首先安装于条带或薄片上，例如，通过数字印刷，且然后通过足够热量和压力使电子装置4位于或固持于适当位置以固化粘合剂18的按钮且熔化焊盘16上的焊料以完成安装和互连件与相应装置之间的连接。但这种程序确实需要条带或薄片的材料容忍施加的热量和压力。在这方面，聚酯满足要求。其它合适的材料基于聚苯并咪唑或芳族聚酰胺，例如，PBI、Vectran、Kapton或Normex。在安装后，每一电子装置4伴随条带2与导电互连件6的近端的其邻近长度可围封于保护性聚合微舱20中，所述聚合微舱然后变为界定其尺寸的装置的部分。

图4绘示类似于在我们的国际申请中描述的技术的技术，用于在具有包装纤维的套筒中围封支承电子装置的以上描述的种类的条带。在其微舱中且与其互连件(如果使用的话)一起承载电子装置24的条带22围绕第一导辊26居中馈送到圆盘28中的中心开口。套筒纤维30和包装纤维32从相应的第二和第三导辊馈送到在圆盘28的周边周围的交替开口36和38。从圆盘28，将包装纤维32馈送到也收纳承载装置的条带22的中心管40。套筒纤维30穿过静止纱线导管42，且然后穿过可旋转圆柱形纱线导引件44到纤维互相套结以形成套筒的针筒46。按与针织过程相称的速率从针筒46抽取完成的复合纱线。用于包装纤维的合适材料为聚酯、聚酰胺、基于聚苯并咪唑或芳族聚酰胺(例如，PBI、Vectran Normex Normex)。套筒纤维的材料通常基于纺织物，且基于复合纱线的最终既定用途来选择。

图展示在支撑材料上在其相应系列或序列中很紧密地间隔的安装的电子装置。但应了解，这间距当然可根据所得条带或纱线的希望的最终用途来选择。如果纱线将用于织物中，那么沿着纱线的在装置之间的距离可很大，且被选择以使相应装置位于织物中。

如上所指出，可在本发明的实践中使用的装置通常具有多达800μm、通常至少100μm的宽度。一些芯片具有大约400μm的宽度，但更小尺寸是可能的。通常，装置将按直线布置以有助于将薄片切开或另外划分成条带，但应了解，可易于创造和切割成形的线。所述过程的一个产品是支承如图2所展示的装置的布置线的薄片。然而，所述过程可适于在连续薄片或胶带上安装装置，所述连续薄片或胶带可按需要切割和切开以产生任何需要长度的多个条带。可按这方式制造个别薄片，但装置可安装于材料的连续长度上；例如，取自辊，且针对特定用途，自其切割或剥离需要的任何长度的段。这技术可用以创造个别条带，或多个邻近条带。根据本发明的用于实现此的方法绘示于图5和6中。

图5展示可将电子装置和互连件的座架安装于从辊52抽取的非导电柔性平坦支撑材料50上的方式。通过安装台54抽取材料，其中按以上参看图3描述的方式安装装置和互连件。材料直接继续前进到固化台56，并且然后到切割装置58，在切割装置处，将材料切开成多个条带60，每一个支承如上所述的一系列电子装置。安装台54以根据所得相应条带的既定用途安装沿着相应线间隔的选定装置。在一些情况下，这间距可较大。应了解，安装和固化台以及切割装置可为计算机驱动，且由此被编程以按高效制造工艺创造具有所述所需的装置和间距的纱线。

切割装置可由创造弱化线的划刻装置代替，这导致材料呈可易于撕成条带的胶带的形式。每一条带然后自身可用作纱线或细丝纤维用于在例如电子装置可发挥功能的织物中使用，或其长度可用作到产品的附接件，用于识别或其它目的。它们也可以在以上参看图4描述的种类的复合纱线的形成中使用。图6展示类似于图5的程序的安装程序，但具有划刻装置62来代替切割装置58。将支承装置和互连件的被划刻的材料再卷绕到第二辊64上，供存储和后续使用。划刻创造弱化线，弱化线使个别条带能够从材料按需要撕开。划刻装置可当然加以省略，在所述情况下，在需要时，必须在单独的操作中将材料切开成条带用于如上所述使用。在另一选项中，从材料切开或撕开的条带可单独地卷绕到个别辊上供其自身存储和后续使用。

Claims

1.一种制造结合电子装置(4、24)的电子功能性复合纱线的方法，包括：沿着非导电柔性平坦支撑材料(50)的薄片上的多个横向间隔的离散线(10)连续地安装所述电子装置；以及在所述离散线之间剥离所述薄片以创造各支承一系列所述装置的至少两个条带(2、22)，所述条带的宽度不超过所述电子装置中的最宽的电子装置的宽度的两倍；

特征在于，居中支承所述电子装置(4、24)的所述条带(2、22)馈送通过通道，围绕所述通道的侧具有包装纤维(32)，以围绕所述条带形成纤维组合件，所述包装纤维大体平行于纱线轴线延伸，或者捆束或缠绕以填充所述电子装置之间的空间，以保持沿着所述纱线的长度且在所述电子装置之间的大体上均匀横截面；将所述纤维组合件和套筒纤维(30)馈送到套筒形成单元内，在所述套筒形成单元中围绕所述组合件形成套筒，以形成电子功能性复合纱线；以及从所述套筒形成单元撤出所述电子功能性复合纱线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中非导电柔性平坦支撑材料(50)的所述薄片呈穿过安装台(54)的连续长度的形式，且在所述安装台上，一系列所述电子装置(4、24)大体上平行于所述材料的穿过方向安装于所述多个横向间隔的离散线(10)中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中材料的所述连续长度是从辊抽取。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述电子装置(4、24)在其形成到辊(64)内前安装于所述非导电柔性平坦支撑材料(50)上。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述电子装置包含连接到其且被定向以从每一电子装置(4、24)在相对方向上沿着每一条带(2、22)延伸的导电互连件(6)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述导电互连件是天线。

7.根据权利要求5所述的方法，其中在将所述电子装置(4、24)安装到所述互连件(6)之前，将所述导电互连件(6)安装于所述非导电柔性平坦支撑材料(50)的表面上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述导电互连件(6)印刷在所述非导电柔性平坦支撑材料(50)的所述表面上。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述导电互连件(6)到每一电子装置(4、24)的连接在所述电子装置与所述非导电柔性平坦支撑材料(50)之间。

10.一种电子功能性复合纱线，包括由非导电柔性平坦支撑材料(50)制成的条带(2、22)，其上安装有多个电子装置(4、24)，其中所述条带的宽度不超过所述电子装置中的最宽的电子装置的宽度的两倍，支承所述电子装置的所述条带是从在其上的多个横向间隔的离散线(10)中支承连串的所述电子装置的所述材料的长度剥离的条带；

特征在于，多个包装纤维(32)安置于所述条带和电子装置周围，所述包装纤维大体平行于纱线轴线延伸，或者捆束或缠绕以填充所述电子装置之间的空间，以保持沿着所述纱线的长度且在所述电子装置之间的大体上均匀横截面；且套筒纤维(30)安置于所述包装纤维周围，其中所述条带(2、22)被界限在所述多个包装纤维(32)内，所述多个包装纤维(32)被固持于由所述套筒纤维形成的套筒中。

11.根据权利要求10所述的纱线，其中导电互连件(6)从每一电子装置(4、24)在相对方向上沿着所述条带延伸。

12.根据权利要求11所述的纱线，其中所述导电互连件(6)包括天线。

13.根据权利要求10到12中任一权利要求所述的纱线，其中每一电子装置(4、24)围封于保护性聚合微舱(20)中。