CN109983537A - 印刷电子装置的功能性衬底 - Google Patents
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Abstract
一种由功能性衬底形成的电路装置。该电路装置(100)包括功能性衬底组件(104)和形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件(102)。形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件与衬底组件相互作用以执行功能以及修改功能性衬底组件。电路装置通常需要无源基底材料(106)，除了机械支撑之外，该无源基底材料在装置操作中不起功能性作用。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月1日提交的美国临时实用新型专利申请号62/428,878的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
本发明一般涉及由功能性衬底组件形成的电路装置。具体地，该衬底具有设计成与印刷电子装置相互作用以执行机械支撑以外的功能的特性。
印刷或真空形成的电子装置越来越多地用于各种各样的应用，包括便携式电子装置、标牌、照明、产品识别、包装柔性电子装置(例如可以卷绕或弯曲的那些)、光伏装置、医疗和诊断装置，天线(包括RFID天线)、显示器、传感器、薄膜电池、电极等。与使用其他方法制造的电子装置相比，印刷电子装置具有多种优势，包括其在柔性装置(如显示器)中的应用，其中其被设计成卷绕、扭曲或弯曲。
通常，印刷或真空形成的电子装置形成在衬底上以在处理期间支撑它们。衬底通常由诸如玻璃或金属的材料构成。这些材料是被动/无源(passive)的，因为除机械支撑外，它们在装置操作中不起功能性作用。然而，有时需要或至少期望衬底或在其上形成的初始层是功能性的，因为衬底具有设计成与电子装置相互作用以执行机械支撑以外的功能的特性。
因此，本发明公开了一种由功能性衬底组件形成的电路装置。形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件与衬底组件相互作用以执行功能以及修改功能性衬底组件。
发明内容
以下呈现简化的发明内容，以便提供对所公开的创新的一些方面的基本理解。该发明内容不是广泛的概述，并且不旨在标识关键/重要元素或描绘其范围。其唯一目的是以简化形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
在其一个方面，本文公开和要求保护的主题包括由功能性衬底形成的电路装置。该电路装置包括功能性衬底组件和形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件。形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件与衬底组件相互作用以执行功能以及修改功能性衬底组件。电路装置通常需要基底材料，例如玻璃、不锈钢或塑料。一旦构造了电路装置，就可以移除或可以不移除基底材料。基底材料是无源的，因为除了机械支撑之外，它在装置操作中不起功能性作用。
在另一实施例中，电路装置包括表面声波(SAW)装置，其被设计为结合放大器用作振荡器中的频率稳定元件。振荡器由形成在衬底组件上的逻辑电路组件控制。逻辑电路组件结合天线激活和调制振荡器以发送或接收信息。
在另一实施例中，电路装置包括功能性衬底组件，该功能性衬底组件包括磁性材料。电子组件包括具有磁阻并且与衬底组件中的磁性区域相互作用的线圈。然后，电路装置用作信息存储的形式，例如数字位。衬底组件的磁性材料也可以用作磁条。这种相互作用允许磁条被电路以及要读取的状态修改。
为了实现前述和相关目的，本文结合以下描述和附图描述了所公开创新的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用本文公开的原理的各种方式中的一些，并且旨在包括所有这些方面及其等同物。当结合附图考虑时，从以下详细描述中，其他优点和新颖特征将变得明显。
附图说明
图1说明了根据所公开的架构的具有印刷电子元件的电路装置的侧面透视图。
图2A说明了根据所公开的架构的具有表面声波装置的电路装置的顶部透视图。
图2B说明了根据所公开的架构的包括接收功能和发送功能两者的电路装置的顶部透视图。
图3说明了根据所公开的架构的电路装置的顶部透视图，其中在表面上形成的电子装置可以致使装置发出声波和/或超声波信号。
图4A说明了根据所公开的架构的电路装置的顶部透视图，其中衬底包括磁性材料。
图4B说明了根据所公开的架构的电路装置的顶部透视图，其中衬底包括磁性材料并且用作磁条。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对其的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践创新。在其他情况下，以框图形式说明了公知的结构和装置，以便于对其进行描述。
公开了一种电路装置，其由功能性衬底形成，因为该功能性衬底具有设计成与电子装置相互作用以执行机械支撑以外的功能的特性。该电路装置包括功能性衬底组件和形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件。形成在功能性衬底组件上的印刷电子元件与衬底组件相互作用以执行功能以及修改功能性衬底组件。
除了众所周知的创建电路块的方法之外，电路装置100也可以用于许多替代方法中。例如，已经对硅晶片上的晶体管、二极管和存储器单元进行了实验，并且已经创建了功能性装置(诸如显示驱动器)和低频RFID装置。在这些装置100中使用的材料包括有机半导体，例如基于聚苯胺(polyaniline)、非晶硅和金属氧化物的有机半导体。
首先参考附图，图1说明了电路装置100，其具有形成在功能性衬底组件104上的印刷电子元件102。具体地，如本领域所知的在不影响本发明的整体概念的情况下，电路装置100可以是任何合适的大小、形状和配置。本领域普通技术人员将理解，如图1所示的电路装置100的形状和大小仅用于说明目的，并且电路装置100的许多其他形状和大小完全在本公开的范围内。此外，尽管电路装置100的尺寸(即，长度、宽度和高度)是对于良好性能的重要设计参数，但是电路装置100可以是在使用期间确保最佳性能和灵敏度的任何形状或大小。
通常，功能性衬底组件104包括压电、磁性或介电特性，这些特性与印刷电子元件102相互作用以执行功能。通过在电子元件102的制造中使用的一个或更多个步骤以允许相互作用来修改108功能性衬底组件104。电子元件102通常被称为“印刷”，但是其他方法(诸如真空沉积、蚀刻或本领域已知的任何其他合适方法)可用于在功能性衬底104上构建电子电路。通常通过使用基于导电金属的墨在衬底上印刷电子电路或其他组件或装置来制造印刷电子装置102。
通常，电路装置100需要用于构建它们的基底材料106，例如玻璃、不锈钢、或塑料(例如聚酰亚胺(polyimide)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(polyethylene tetraphalate))或本领域已知的任何其它合适的基底材料。一旦电路装置100构造完成，就可以或可以不移除该基底材料106。然而，该基底材料106将被描述为无源的，因为除了机械支撑之外，它在电路装置100操作中不起功能性作用。
在图2A的发送器200中示出了功能性衬底104如何与形成在衬底104的表面上的电子电路组件102组合以构建电路装置100的一个示例性实施例，其中表面声波(SAW)装置202被设计为用作振荡器中的频率稳定元件。SAW装置202是众所周知的装置，其基于声波在合适的衬底208(例如石英或铌酸锂)的表面中的传播而在高频下起功能性作用。SAW装置202还可以执行诸如频率控制、滤波和感测的功能。这些SAW装置202广泛用于诸如蜂窝电话之类的物品中。SAW装置202也通常通过将诸如铝的金属沉积到衬底上并在该层中形成限定图案来形成。
在该实施例中，SAW装置202被设计成结合放大器204用作振荡器中的频率稳定元件，诸如在所需的频率下操作的一个或更多个晶体管(或本领域已知的其他合适的装置)。振荡器由构建在石英或铌酸锂衬底208上的逻辑电路206控制。该电路206可以激活振荡器但也对其进行调制，从而结合在衬底208上或在衬底208外部形成的天线210，装置可以发送信息，诸如存储在逻辑内的代码或从传感器导出的数据。电路的功率可以通过能量收集或者可选地使用基底的压电特性，从在衬底208上或在外部的电池212获得。
图2B示出了发送器/接收器装置214的替代实施例。替代发送器/接收器装置214包括接收功能和发送功能两者，以及可选地包括滤波器216。可以使用该发送器/接收器装置214，以与其他系统建立双向通信。例如，发送器/接收器装置214可以充当蓝牙收发器、WiFi系统的接入点，或者在优选实施例中，充当RFID读取器。
该实施例的功能性衬底组件218通常由石英、铌酸锂或本领域已知的其他合适的衬底材料制成。逻辑和/或RF电子装置220位于衬底组件218上，以与SAW谐振器222相互作用以用于频率控制。SAW滤波器216与在衬底218上或在衬底218外部形成的天线224的结合允许装置发送和接收信息，诸如存储在逻辑内的代码或从传感器导出的数据，以及建立与其他系统的双向通信。
图3说明了声学发声器装置300的替代结构，其中功能性衬底302是压电塑料膜或陶瓷。形成在表面上的电子装置304可以致使装置300发出声波和/或超声波信号，并且还可以根据需要接收它们。通常的应用是发射与促销活动、贺卡等相关的声音。
衬底302通常是压电塑料膜，例如PVDF，其中驱动电子装置304形成在表面上。驱动电子装置304与顶部导体306以及基部导体308相互作用，以致使装置300发射和/或接收声波和/或超声波信号。
图4A说明了替代结构400，其中衬底402是磁性材料，例如氧化铁、钢或基于其他磁性金属在其处于氧化态时的材料。然后，电子组件404，诸如线圈或呈现磁阻的其他装置，可以与衬底402中的磁性区域以及读取/写入点406相互作用，然后作为信息存储的形式。然后，该装置可以存储数字位(其用于控制电子电路404的动作)以及数据，诸如用于RFID芯片的识别信息。
此外，由于磁性存储装置本身不是二进制的，因此可以存储模拟值，当按顺序寻址时，模拟值可以是模拟波形的样本，例如可以被播放到扬声器的语音或音乐；这样的模拟值也可以实现回放装置。
在替代结构500中，图4B示出了形成在磁性衬底504上的有源电子元件502，其中衬底504的磁性材料用作磁条506。具体地，来自电子电路502的读取/写入点508与磁条506相互作用。这种相互作用允许磁条506被电子电路502以及要读取的状态修改。该相互作用可以用在RFID装置中，该RFID装置被设计成在磁条型读取/写入装置和RFID读取/写入装置之间是可互操作的。
在使用磁性材料作为基底衬底的情况下，高磁导率可用于增加在表面上形成的线圈的电感，允许它们以比其他可能方式低的频率与电容器谐振。
以上描述的内容包括所要求保护的主题的示例。当然，出于描述所要求保护的主题的目的，不可能描述组件或方法的每个可想到的组合，但是本领域普通技术人员可以认识到所要求保护的主题的许多进一步组合和置换是可能的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这些改变、修改和变化。此外，关于具体实施方式或权利要求中使用术语“包括(include)”的范围，这样的术语旨在具有包括性，这与术语“包含(comprising)”在用作权利要求中的过渡词时被解释为“包含”的方式类似。
Claims (20)
1.一种电路装置，包括：
功能性衬底组件；和
形成在所述功能性衬底组件上的印刷电子元件；和
其中，形成在所述功能性衬底组件上的所述印刷电子元件与所述衬底组件相互作用以执行功能以及修改所述功能性衬底组件。
2.根据权利要求1所述的电路装置，还包括与所述功能性衬底组件通信的基底材料。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其中，所述基底材料包括玻璃、不锈钢、聚酰亚胺即polyimide或聚对苯二甲酸乙二醇脂即polyethylene tetraphalate。
4.根据权利要求3所述的电路装置，其中一旦所述电路装置构造完成，移除所述基底材料。
5.根据权利要求3所述的电路装置，其中，一旦所述电路装置构造完成，保留所述基底材料。
6.根据权利要求1所述的电路装置，其中，所述功能性衬底组件包括压电膜或陶瓷。
7.根据权利要求6所述的电路装置，其中，形成在所述功能性衬底组件上的所述印刷电子元件致使所述电路装置发射声波或超声波信号。
8.一种电路装置，包括：
功能性衬底组件；和
表面声波装置即SAW装置，其通过在所述衬底组件上沉积金属并在所述金属中形成限定图案而形成；和
其中所述SAW装置与放大器一起用作振荡器中的频率稳定元件，以与所述衬底组件相互作用以执行功能以及修改所述功能性衬底组件。
9.根据权利要求8所述的电路装置，其中所述功能性衬底组件包括石英或铌酸锂。
10.根据权利要求8所述的电路装置，还包括形成在所述衬底组件上的逻辑电路，所述逻辑电路激活并调制所述振荡器。
11.根据权利要求10所述的电路装置，还包括与所述逻辑电路和所述振荡器通信以发送信息的天线。
12.根据权利要求11所述的电路装置，其中，所述天线形成在所述衬底组件上。
13.根据权利要求11所述的电路装置，其中所述天线在所述衬底组件外部。
14.根据权利要求11所述的电路装置，还包括用于频率控制的SAW谐振器和SAW滤波器，所述SAW谐振器和所述SAW滤波器与所述逻辑电路和所述振荡器通信以接收和发送信息。
15.一种电路装置，包括：
功能性衬底组件，其包括磁性材料；和
形成在所述功能性衬底组件上的电子元件；和
其中，形成在所述功能性衬底组件上的所述电子元件与所述衬底组件中的磁性区域相互作用，以执行功能以及修改所述功能性衬底组件，所述功能性衬底组件可以用作信息存储的形式。
16.根据权利要求15所述的电路装置，其中所述磁性材料包括氧化铁或钢。
17.根据权利要求15所述的电路装置，其中所述电子元件包括线圈，所述线圈具有磁阻以与所述衬底组件的所述磁性区域相互作用。
18.根据权利要求17所述的电路装置，其中所述电子元件还包括读取/写入点。
19.根据权利要求15所述的电路装置，其中所述功能性衬底组件的所述磁性材料用作磁条。
20.根据权利要求19所述的电路装置，其中所述功能性衬底组件的修改允许所述磁条由电路以及由要读取的状态修改。
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