CN110213885A - 一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法，该方法是在柔性电路板封装于抗压壳体结构和底部防水封装层形成的腔体内，形成“岛”结构，在每个“岛”结构上预留电路扩展接口，通过导联线作为“桥”与电路扩展接口连接，形成岛桥结构。该电路主要可作为水下类皮肤系统，完成诸如温度、流速、电导率、水压等水下数据任务，具有柔性可延展的特点，又因其基于“岛桥结构”设计而成，因此可以贴合在异型结构或者动态结构表面，该封装方法可实现电路的防水绝缘、耐盐腐蚀、深海抗压的静态防护。该方法可将整个电路所承受水压均匀地分散到岛结构所贴附的水下机器人身上，减少深水压强对电路元器件产生的影响，延长系统的使用寿命。

Description

一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法

技术领域

本发明涉及柔性电子领域，涉及一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法。

背景技术

海洋信息的测量和监控对我国经济发展、国防建设具有关键性战略意义，携带有各类传感和检测仪器的新型水下航行器、机器人在我国的海洋开发与国防中将起到巨大作用。新型水下机器人及其所负载的传感检测系统正朝着微小型化、柔性异形化和仿生化方向发展，在面向海洋战略中的水下隐身、环境探测、水下攻防方面有颠覆性意义。小型的、可以被复杂构型所承载的、以及形状可变的传感系统将成为适应水下机器人的发展趋势。而近些年来，可延展柔性机电系统的发展，又为这一趋势提供了技术支撑。但是，深水环境下，巨大的水压对电路系统造成的影响却不可忽视，对电路系统进行耐压防护，能够保持系统的稳定性，延长系统的使用寿命。不同于其他器件的封装技术，可延展的电路系统需要面对的不仅是绝缘的问题，还有深水环境下巨大的压强和盐水腐蚀，同时要保证电路的延展性不受任何影响，这就需要提出一种新型的封装工艺，寻找新的封装材料。

发明内容

本发明提供一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法，结构上具有极高的力学强度及良好的化学惰性，能够显著降低深海环境下电路系统受到的水压，有助于推动水下类皮肤传感系统的实际应用。

本发明通过以下的技术方案实现：

一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法，是将电路元器件制作于柔性电路板上，在柔性电路板上、下分别设置抗压壳体结构和底部防水封装层，抗压壳体结构边缘与底部防水封装层边缘完全键合将柔性电路板整个封装于其中，形成一个“岛”结构，在每个“岛”结构的底部防水封装层上可根据需要预留有若干电路扩展接口，通过具有延展性的导联线作为“桥”与电路扩展接口连接，从而将多个“岛”结构相连。

所述的柔性电路板可以实现温度、水压、盐度、流速等水下信息采集的功能，所使用的集成电路可以是普通的硅材料芯片，所使用的阻容器件可以是普通贴片式电阻电容，所使用的传感器可以是基于柔性电子技术制作而成的柔性传感器。

本发明的“岛桥结构”的柔性电路，“岛”结构是用于搭载并保护电路元器件，将其制成小岛结构，通过抗压壳体结构及防水封装层对元器件进行保护，“桥”结构实现各岛结构间的数据、信号传输。

所述的抗压壳体结构采用球面结构，其球面曲率半径、厚度、与电路接触面的面积根据柔性电路板的尺寸进行设计，通过防水耐压测试检测是否符合设计要求，柔性电路板的尺寸往往小于1cm。

所述的底层防水封装结构的尺寸要根据“岛”结构的柔性电路板的尺寸设计，并与抗压壳体结构边缘应完全键合密封连接，键合处要稍大于柔性电路板边缘以保证电路板完全嵌入封装层和壳体结构的内部。

所述的防水封装层，在材料上，可以选用PDMS、硅胶、树脂、或其他高分子复合材料；制作工艺上，抗压壳体结构、防水封装层可采用模具固化成型，模具通过微加工工艺、或3D打印技术实现。

所述的具有延展性的导联线是液态金属、导电银浆等导电材料包裹于绝缘材料内并采用蜿蜒自相似结构设计实现其延展性，所述的电路扩展接口，根据实际情况，确定所需的个数和设计尺寸。可用于对电路封装后的功能测试，也可用于将多个岛结构外扩相联；在岛结构内部的导联线设计上也可采用和“桥”结构的导联线同样的材料和制作工艺，保证腔体内的导联线具有同样良好的延展性。

本发明的柔性“岛桥结构”电路的封装方法，具有以下有益效果：

除了基本的绝缘防水功能外，采用本发明的方法可以将电路系统在万米级水深承受的压强降低到安全范围内，保证了水下传感系统在万米级水深环境下功能的稳定性，对于电路板上任何的电路元器件，包括集成电路、阻容器件、柔性传感器等其他常用元器件均能起到良好的耐压防护作用。另外，所采用的封装材料可具有良好的化学惰性，除了能够承受高盐度的海水腐蚀，在化学成分复杂的污染水域中，电路仍然能够保持功能的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种具体“岛桥结构”电路的整体示意图，包括抗压壳体结构1，柔性电路板2，具有延展性的导联线3，底部防水封装层4，电路扩展接口5，电路元器件6；

图2为本发明一个“岛”结构的示意图，

图3为封装过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本专利做进一步的详细说明，是对本发明的解释而不是限定。

图1所示为封装完毕后的柔性“岛桥结构”的电路示意图，该电路主要可作为水下类皮肤系统，封装内容包括对柔性电路板的防水封装和耐压封装。防水封装包括对电路的绝缘和耐腐蚀防护；耐压封装在防水封装的基础上，对电路进行万米级水深下的水压防护。基于“岛桥结构”的柔性电路作为系统中间层，可以完成诸如温度、流速、电导率、水压等水下数据任务，具有柔性可延展的特点，又因其基于“岛桥结构”设计而成，蜿蜒结构设计而成的导联线具有延展性，因此可以贴合在水下仿生机器人等异型结构或者动态结构的表面。

图2所示为封装完毕后，单独“岛”结构，其中柔性电路板2的大小和形状根据实际情况一般设计成圆形，直径一般不超过1cm，厚度在0.1mm左右。

“岛”结构内：抗压壳体结构和底层防水封装层键合连接形成腔体，电路元器件通常包括集成电路、阻容元器件、传感器等等都制作在柔性电路板上，被封装在腔体的内部，受到抗压壳体结构的保护。

如图3所示，抗压壳体结构1可以采用高分子聚合物如PDMS制备而成，首先根据所要防护的电路板的尺寸计算出壳体结构的球面曲率半径和所需厚度，再利用模具组做出该球面结构，最后将未固化的材料填充于模具中，固化后制作而成。模具可通过3D打印、微加工工艺制作而成。

底层防水封装层4的尺寸一般根据柔性电路板2确定，一般厚度在2mm左右，直径比电路板直径稍大1mm-2mm，与抗压壳体结构1的底部面积相同以保证二者完全键合并将柔性电路板2完全封装在内。底层防水封装层4通过模具滴涂未固化的高分子材料，固化后制成，制作工艺与抗压壳体结构1相似。

此外，底层防水封装层上预留电路扩展接口5，可实现外部和内部电路的通信。该接口可以做的极小，比如可以供针脚插入即可。通过具有延展性的导联线3可以将几个岛结构相连，此外，在每个岛结构内柔性电路板之间、电路元器件之间也均可采用同样的导联线进行连接，可用于电路的功能测试，或者将几个电路结构相联在一起，形成一个传感网络。

本发明的封装方法可实现电路的防水绝缘、耐盐腐蚀、深海抗压的静态防护，可将整个电路所承受水压均匀地分散到岛结构所贴附的水下机器人身上，减少深水压强对电路元器件产生的影响，延长系统的使用寿命。

Claims (8)

1.一种柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，该方法是将电路元器件制作于柔性电路板上，在柔性电路板上、下分别设置抗压壳体结构和底部防水封装层，抗压壳体结构边缘与底部防水封装层边缘完全键合将柔性电路板整个封装于其中，形成一个“岛”结构，在每个“岛”结构的底部防水封装层上可根据需要预留有若干电路扩展接口，通过具有延展性的导联线作为“桥”与电路扩展接口连接，从而将多个“岛”结构相连。

2.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的抗压壳体结构采用球面壳体。

3.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的防水封装层采用PDMS、硅胶、树脂、或其他高分子复合材料。

4.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的抗压壳体结构、防水封装层可采用模具固化成型，模具通过微加工工艺、或3D打印技术实现。

5.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的具有延展性的导联线是导电材料包裹于绝缘材料内并采用蜿蜒自相似结构设计实现其延展性。

6.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的导电材料为液态金属、导电银浆。

7.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的柔性电路板的直径不超过1cm。

8.根据权利要求1所述的柔性“岛桥结构”电路的封装方法,其特征在于，所述的电路元器件为集成电路、阻容器件、传感器、变压器等。