CN110545711A - 具有可折叠电路层的可伸缩电子贴片 - Google Patents

Abstract

一种电子贴片包括可折叠电路层，所述可折叠电路层包括可折叠网络，所述可折叠网络包括：多个电子模块，所述多个电子模块包括多个电子部件；以及柔性带，所述柔性带连接所述多个电子模块，其中，所述柔性带包括与所述多个电子模块中的所述多个电子部件导电连接的导电电路。相邻电子模块可以在垂直于所述可折叠电路层的相反方向上波浪状起伏。所述电子贴片还包括包封所述可折叠电路层的弹性层。

Description

具有可折叠电路层的可伸缩电子贴片

背景技术

本申请涉及电子设备，并且具体地涉及可以粘附至人类皮肤或物体表面(包括弯曲表面)上的电子贴片。

可穿戴标签是特定类型的电子贴片。通常，不仅可以将电子贴片或贴纸贴在人类身体上还可以将其贴在诸如商业化产品(比如计算机、机械装置和衣物)、包装材料和运输箱等其他物体上。电子贴片可以通过NFC、蓝牙、WiFi或其他方法与智能电话或其他设备无线地通信。

电子贴片可以用于追踪物体、用于执行功能，比如产生声音、光或振动等。随着应用和人类需要变得更加精细且复杂，电子贴片需要执行的任务数量迅速增长。因为物体的复杂曲率，经常需要电子贴片适形于弯曲的表面。另外，物体的曲率可以随着时间推移而改变。

可穿戴标签或贴片可以使用WiFi、蓝牙或NFC技术与智能电话和其他设备通信。近场通信(NFC)是一种使得短距离内的两个设备能够通过13.56MHz频率范围内的无线电波在短时间段内建立通信信道的无线通信标准。NFC可以是用于彼此接近的两个设备之间的数据传输的有用技术。因为NFC需要两个设备彼此接近(小于10cm)，因此其比如蓝牙和Wi-Fi等其他无线技术更安全。因此，其可以被视为一种用于建立用于数据传输的快速双向连接的简单且安全的工具。NFC是一种双向通信工具，设备/卡之一可以具有无源NFC标签，所述标签可以降低成本并且仍然以与任何其他RFID标签相同的方式来表现。

蓝牙是用于在相对较长距离、几十米上交换数据的另一无线技术标准。蓝牙使用来自固定设备或移动设备的从2.4GHz到2.485GHz的短波长UHF无线电波。蓝牙设备已经演化以满足可穿戴电子装置所需要的对低功率解决方案的渐增需求。受益于相对较长的读取距离和有源通信，蓝牙模块帮助可穿戴贴片在没有任何人类干涉的情况下持续监测重要信息，这在许多应用中赋予蓝牙优于NFC解决方案的优点。

可穿戴标签(或贴片)是可以由用户穿戴的电子贴片。需要可穿戴电子贴片直接保持在用户的皮肤上并运行几小时到几个月的延长的时间段。电子贴片可以包含微电子系统，并且可以使用NFC、蓝牙、WiFi、或其他无线技术来访问。可穿戴认证标签可以用作类似于条形码的“密码”。例如，其可以用于识别用户的智能电话以用于认证目的。其还可以与不同的传感器(比如生命体征监测、移动轨迹、皮肤温度测量、以及ECG检测)集成以用于其他目的。

尽管最初开发努力，但常规可穿戴设备仍然面临以下若干缺点：它们可能无法为穿戴它们的用户提供足够的舒适度；它们可能无法保持贴在用户身上持续所需时间长度；它们通常在美学上并不吸引人。

具有传感器功能、计算功能和通信功能的可穿戴电子贴片通常需要在柔性印刷电路上组装多个半导体芯片。半导体芯片是刚性的并且具有三个维度，而印刷电路由聚合物基板制成，所述聚合物基板可以是柔性的但是不可变形以响应皮肤的通常由于下面的肌肉运动而引起的曲率变化。人类皮肤可以以高百分比的变形四处移动，而常规的电子贴片不能以与皮肤相同的应变量移动，这是用户感觉不适的一个原因。

常规电子贴片的另一缺点是刚性聚合物基板不允许对皮肤有很大的透气性。汗和水分的累积会导致皮肤的不适和刺激，尤其是在穿戴它持续一段延长的时间段之后。另外，它们的刚性基板很难适形于弯曲表面。

此外，常规的可穿戴设备通常不够稳健以在贴有电子贴片的身体运动期间维持重复伸长。在受力时，电子贴片中的不同层可能折断或脱层，从而导致贴片无法工作。

因此，需要更柔性的电子贴片，其可以更长时间地粘附到皮肤上并且对于穿戴的用户来说也是舒适的。

发明内容

本公开试图解决常规电子贴片中的前述限制。所公开的电子贴片是高度顺应性的并且更加可伸缩性的，同时还能够支撑可穿戴电子贴片中的电路、芯片以及其他电子部件。所公开的电子贴片可以改变其物理形状和尺寸以缓解比如重复伸长等应力，因此提高耐久性。所公开的电子贴片可以在更长时间段内保持贴在皮肤上，从而忍受肌肉运动，同时提供与皮肤的不断接触。

所公开的电子贴片同样是透气的。可伸缩性和透气性使得所公开的电子贴片对用户更加舒适。

在一个总体方面，本发明涉及一种电子贴片，包括可折叠电路层，所述可折叠电路层包括可折叠网络，所述可折叠网络包括：多个电子模块，所述多个电子模块包括多个电子部件；以及柔性带，所述柔性带连接所述多个电子模块，其中，所述柔性带包括与所述多个电子模块中的所述多个电子部件导电连接的导电电路。相邻电子模块可以在垂直于所述可折叠电路层的相反方向上波浪状起伏。所述电子贴片还包括包封所述可折叠电路层的弹性层。

系统的实施方式可以包括以下各项中的一项或多项。所述多个电子模块可以包括：第一电子模块；沿第一平面方向位于第一电子模块两侧上的第二电子模块；沿第二平面方向位于第一电子模块两侧上的第三电子模块，其中，第一电子模块可以在与第二电子模块和第三电子模块的波浪状起伏方向相反的方向上波浪状起伏。第一电子模块和第二电子模块可以被成行地定位，其中，第一电子模块和第三电子模块可以与所述行垂直地成列定位。所述多个电子模块和柔性带可以在他们之中限定孔，这部分地形成可折叠网络。弹性层可以具有低于0.3Gpa的杨氏模量。弹性层可以包括弹性体材料或粘弹性聚合物材料。所述多个电子模块可以形成在支撑基板上。支撑基板可以具有高于0.5Gpa的杨氏模量。第一支撑基板可以具有聚酰亚胺、聚乙烯、对苯二甲酸酯、PEEK、聚酯、芳族聚酰胺、复合物、玻璃环氧树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯。所述多个电子模块中的电子部件可以具有一个或多个半导体芯片。所述一个或多个半导体芯片可以与外部设备无线通信。所述多个电子模块中的电子部件可以包括天线电路，所述天线电路被配置成在与外部设备通信时接收或发射无线信号。结合所述第一导电电路或所述第二导电电路的所述一个或多个半导体芯片可以基于近场通信(NFC)、Wi-Fi、蓝牙或RFID无线通信标准与外部设备无线通信。所述多个电子模块中的电子部件可以包括电容器、电感器、电阻器、金属焊盘、二极管、晶体管或放大器。

在另一总体方面，本发明涉及一种电子贴片，所述电子贴片包括可折叠电路层，所述可折叠电路层包括：可折叠基板，所述可折叠基板包括由折叠线分离的多个区段，其中，所述可折叠基板被配置成沿所述折叠线折叠；导电电路；以及多个电子部件，所述多个电子部件位于所述多个区段中的不同区段上，其中，所述导电电路被配置成跨所述多个区段连接所述多个电子部件；以及弹性层，所述弹性层包封波浪状电路层。

系统的实施方式可以包括以下各项中的一项或多项。基板在截面上可以具有锯齿形状。折叠线可以基本上彼此平行。

在另一总体方面，本发明涉及一种电子贴片，包括：第一电路层，包括基本扁平的第一基板和第一导电电路；第二电路层，包括基本扁平的第二基板和第二导电电路；波浪状带，所述波浪状带连接所述第一电路层和所述第二电路层，其中，所述波浪状带包括连接所述第一导电电路和所述第二导电电路的第三导电电路；以及弹性层，所述弹性层包封所述第一电路层、所述第二电路层和所述波浪状带。

系统的实施方式可以包括以下各项中的一项或多项。所述波浪状带可以在垂直于基本扁平的第一基板或基本扁平的第二基板的方向上波浪状起伏。所述波浪状带可以具有包括自基本扁平的第一基板或基本扁平的第二基板的平面向外的弯折、折叠或环的蛇形形状或锯齿形状。基本扁平的第一基板和基本扁平的第二基板可以基本上彼此平行。可以通过利用包括具有波浪状轮廓的凹槽的模具压制扁平电路层来制造波浪状带。所述电子贴片可以进一步包括：多个波浪状带，所述多个波浪状带连接第一电路层和第二电路层，其中，所述多个波浪状带在其中限定至少一个开口。第一支撑基板可以具有高于0.5Gpa的杨氏模量。第一支撑基板可以包括聚酰亚胺、聚乙烯、对苯二甲酸酯、PEEK、聚酯、芳族聚酰胺、复合物、玻璃环氧树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯。波浪状带可以具有低于0.3Gpa的杨氏模量。弹性层可以具有低于0.3Gpa的杨氏模量。弹性层可以包括弹性体材料或粘弹性聚合物材料。第一电路层或第二电路层中的至少一个可以包括与第一导电电路和第二导电电路连接的一个或多个半导体芯片。结合所述第一导电电路或所述第二导电电路的所述一个或多个半导体芯片可以与外部设备无线通信。第一导电电路或第二导电电路中的至少一个可以包括天线电路，所述天线电路可以在与外部设备通信时接收或发射无线信号。结合所述第一导电电路或所述第二导电电路的所述一个或多个半导体芯片可以基于近场通信(NFC)、Wi-Fi、蓝牙或RFID无线通信标准与外部设备无线通信。所述电子贴片可以进一步包括：粘附层，位于所述弹性层下方并且被配置成粘附至用户的皮肤上。第一电路层或第二电路层中的至少一个可以包括与导电电路连接的一个或多个传感器、致动器或化学递送设备。第一电路层或第二电路层中的至少一个可以包括从由电容器、电感器、电阻器、金属焊盘、二极管、晶体管和放大器组成的组中选择的一个或多个电子部件。

在附图、说明书和权利要求书中详细描述了这些和其他方面、其实施方式以及其他特征。

附图说明

图1展示了贴在用户的皮肤上的可穿戴电子贴片的使用。

图2A和图2B分别是根据本发明的一些实施例的所例示可伸缩可穿戴电子贴片的截面图和透视图。

图3A是根据本发明的一些实施例的另一所例示可伸缩多层电子贴片的分解透视图。

图3B是图3A中的可伸缩电路层的详细透视图。

图4A至图4C是截面图，示出了根据本发明的一些实施例的所例示可伸缩可穿戴电子贴片的制造。

图5A至图5C分别是根据本发明的一些实施例的具有可折叠电路层的所例示可伸缩可穿戴电子贴片的俯视图和截面图。

图6A至图6D是根据本发明的一些实施例的具有可折叠电路层的另一所例示可伸缩可穿戴电子贴片的透视图。

图7是可伸缩可穿戴电子贴片的截面图，所述可伸缩可穿戴电子贴片包括图6A至图6D中具有可折叠电路层的所例示可伸缩可穿戴电子贴片。

具体实施方式

参照图1，电子贴片100粘附至个人的皮肤110以用于测量身体生命体征。可以将电子贴片100放置在前额、手、手腕、手臂、肩膀、腰部、腿部、脚部、或身体的其他部位上。在本申请中，术语“电子贴片”还可以被称为“电子贴纸”或“电子标签”。

如以上所讨论的，可穿戴电子贴片面临以下若干挑战：比如淋浴或洗澡、游泳、锻炼、保持体重等人类日常活动涉及肌肉运动和皮肤运动。电子贴片因而需要响应性地将其物理尺寸改变为能够粘附至皮肤上持续延长的时间段。电子贴片还可能被衣物、手、或其他物体一天无数次地摩擦。虽然创可贴贴片一般不能在皮肤上超过一周，但是常规的电子贴片通常具有硬得多的基板，这使得它们比创可贴贴纸更容易被摩擦掉。另外，常规的电子贴片佩戴起来不舒适，因为它们是不可伸缩的、非柔性的、并且不透气的。

本公开旨在克服常规的子贴片中的这些缺点，并且提供高度可伸缩、顺应性且耐久的可穿戴无线贴片，所述可穿戴无线贴片也可以由用户舒适地穿戴。参照图2A和图2B，电子贴片200包括弹性层205、第一电路层210、第二电路层220、以及连接第一电路层210和第二电路层220的一个或多个波浪状带240。所述一个或多个波浪状带240的宽度远大于它们的厚度。第一电路层210和第二电路层220基本是扁平的并且基本彼此平行。第一电路层210、第二电路层220和所述一个或多个波浪状带240嵌入或包封在弹性层205中。

第一电路层210包括导电电路215和一个或多个半导体芯片218。第二电路层220包括导电电路225和一个或多个半导体芯片228。所述一个或多个波浪状带240包括导电电路245，所述导电电路连接分别在第一电路层210和第二电路层220中的导电电路215和导电电路225。导电电路245可以搁置或嵌入波浪状带240之一中。

导电电路215和导电电路225可以可选地包括天线电路，所述天线电路通过与半导体芯片218、228一起工作，可以基于NFC标准、RFID、Wi-Fi、蓝牙或其他类型的无线通信标准与外部设备通信。外部设备的示例包括智能电话、计算机、移动支付设备、扫描仪和读取器(例如，RFID读取器)、医疗设备、安全系统、个人识别系统等。与电子贴片200兼容的无线通信包括在13.56MHz附近的频率范围内的NFC、在约915MHz处的UHF RFID、2.4Ghz或5Ghz频率范围内的蓝牙等。

第一电路层210和第二电路层220可以包括比如半导体芯片、电阻器、电容器、电感器、二极管(包括例如光敏类型和发光类型)、传感器、晶体管、放大器等电子部件。所述传感器还可以测量温度、加速度和移动、以及化学物质或生物物质。所述电子部件还可以包括电机械致动器、化学注射器等。半导体芯片218、228可以执行通信、逻辑、信号或数据处理、控制、校准、状态报告、诊断、和其他功能。

弹性层205由比如弹性体材料或粘弹性聚合物材料等非导电材料制成。弹性层205用作第一电路层210、第二电路层220和所述一个或多个波浪状带240的聚合物基体。弹性层205可以由具有低杨氏模量和高破坏应变的材料制成。在一些实施例中，弹性层205具有小于0.3Gpa的杨氏模量。在一些情况下，弹性层205可以具有小于0.1Gpa的杨氏模量从而提供增强的柔性和粘着能力。适用于弹性层205的材料包括弹性体、粘弹性聚合物(比如硅酮)以及医用级聚氨酯，所述医用级聚氨酯是用来覆盖和保护伤口的透明医用敷料，其具有透气性且适形于皮肤。

另一方面，第一电路层210和第二电路层220包括支撑基板211、221，所述支撑基板由足够刚性的材料制成以支撑导电电路215、225和半导体芯片218、228。在一些实施例中，第一电路层210和第二电路层220可以具有大于0.5Gpa的杨氏模量，比如在1.0Gpa到10Gpa之间的范围内。适用于第一电路层210和第二电路层220的材料的示例包括聚酰亚胺、聚酯、芳族聚酰胺、复合物、玻璃环氧树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯。在一些实施例中，第一电路层210和第二电路层220厚于0.001mm，以在制造过程中允许足够的强度以支撑电路和芯片。第一电路层210和/或第二电路层220可以包括一个或多个导电金属层，以提供附加布线能力。在一些实施例中，第一电路层210和第二电路层220薄于0.2mm，以为电子贴片200提供柔性和可弯曲性。

所述一个或多个波浪状带240具有在与电子贴片200的平面方向垂直的法线方向上波浪状起伏的弯曲或波浪形状。所述一个或多个波浪状带240还可以被表征为具有带有自电子贴片200或第一电路层210以及第二电路层220的平面向外的弯折、折叠或环的蛇形形状或锯齿形状。

当电子贴片200被穿戴在用户的皮肤上时，用户皮肤通常响应于用户的身体(从而肌肉)的移动而伸缩(或压缩)，从而在不同的移动位置适形于用户的皮肤。作为响应，波浪状带240可以通过至少部分地展开它们的弯曲或波浪形状中的一些而伸长，而不会对导电电路215、225、245或半导体芯片218、228施加过大的张力。因此，当电子贴片200被穿戴在用户的皮肤上时，导电电路215、225、245和电子部件可以在重复的伸缩和压缩下保持完整并维持正常功能。

此外，波浪状带240之间的间隙250为电子贴片200提供透气性。弹性层205通常可以由聚合物材料制成，所述聚合物材料是透气的并且允许来自用户皮肤的水分渗透并释放到空气中。另一方面，第一电路层210和第二电路层220刚性越大，水分越难渗透。较大的刚性贴片和致密的支撑基板可能防止水分被呼出并且给用户带来不适。波浪状带240之间的间隙250允许水分或抽吸渗透穿过弹性层205并显著改善用户的舒适度。

在一些实施例中，可以在弹性层205下方形成粘附层(未示出)，以允许电子贴片200被粘附至用户的皮肤上。粘附层可以是对压力敏感的，这允许顺从的可穿戴贴片在例如由拇指所施加的压力下紧紧地粘附至人类皮肤上。例如，粘附层可以由医用压力敏感型粘附剂制成。这种粘附剂的示例是医用级有粘附性的低变应原性压力敏感型粘附剂。

在一些努力中，印刷电路带可以在电路板的平面内具有蛇形形状。然而，平面内的蛇形形状不适合可穿戴电子贴片；它们在伸缩时产生扭曲，这通常会产生裂缝并且可能破坏电路层内和与电路层的连接点处的导电电路。此外，扭曲还会产生自平面向外的竖起，这可能会给穿戴的用户带来不适。相反，本发明公开的波浪状带在法线方向上波浪状起伏并且从而可以伸长和伸缩而不会对导电电路产生扭曲或过大的内部张力。垂直于扁平第一基板的波浪状起伏方向提供了显著的性能优点和制造优点。与扁平基板平行的波浪状起伏相比，其允许更好的可伸缩性。并且其通过折叠或压制等实现简单的制造工艺。

在一些情况下，第一电路层210、第二电路层220和波浪状带240使用柔性印刷电路工艺形成在公共支撑基板上。连接所述多个电路层不需要复杂的组装，这简化了制造工艺并为产品带来了额外的完整性。

在一些实施例中，参照图3A和图3B，电子贴片300包括弹性层310、可伸缩电路层320和形成在可伸缩电路层320下方的粘附层350。可伸缩电路层320包括弹性层325和由嵌入弹性层325中的波浪状带340连接的电路模块330的网络。

电路模块330包括导电电路335和半导体芯片338。波浪状带340包括连接不同电路模块330上的导电电路335的导电线345。导电电路345可以搁置或嵌入它们对应的波浪状带340中。

导电电路335可以可选地包括天线电路，所述天线电路通过与半导体芯片338一起工作，可以基于NFC标准、RFID、Wi-Fi、蓝牙或其他类型的无线通信标准与外部设备通信。外部设备的示例包括智能电话、计算机、移动支付设备、扫描仪和读取器(例如，RFID读取器)、医疗设备、安全系统、个人识别系统等。与电子贴片300兼容的无线通信包括在13.56MHz附近的频率范围内的NFC、在约915MHz处的UHF RFID、2.4Ghz或5Ghz频率范围内的蓝牙等。

电路模块330可以包括比如半导体芯片、电阻器、电容器、电感器、二极管(包括例如光敏类型和发光类型)、传感器、晶体管、放大器等电子部件。所述传感器还可以测量温度、加速度和移动、以及化学物质或生物物质。所述电子部件还可以包括电机械致动器、化学注射器等。半导体芯片338可以执行通信、逻辑、信号或数据处理、控制、校准、状态报告、诊断、和其他功能。

弹性层325用作电路模块330和波浪状带340的聚合物基体。弹性层310、325可以由具有低杨氏模量和高破坏应变的粘弹性聚合物材料制成。在一些实施例中，弹性层310、325具有小于0.3Gpa的杨氏模量。在一些情况下，弹性层310、325可以具有小于0.1Gpa的杨氏模量从而提供增强的柔性和粘着能力。适用于弹性层310、325的材料包括弹性体、粘弹性聚合物(比如硅酮)以及医用级聚氨酯，所述医用级聚氨酯是用来覆盖和保护伤口的透明医用敷料，其具有透气性且适形于皮肤。

另一方面，电路模块330由足够刚性的材料制成，以支撑导电电路335和半导体芯片338。在一些实施例中，电路模块330可以由具有大于0.5Gpa的杨氏模量(比如在1.0Gpa到10Gpa之间的范围内)的材料制成。适用于电路模块330的材料的示例包括聚酰亚胺、聚酯、芳族聚酰胺、复合物、玻璃环氧树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯。在一些实施例中，电路模块330厚于0.001mm，以在制造过程中允许足够的强度以支撑电路和芯片。电路模块330可以包括一个或多个导电金属层，以提供附加布线能力。在一些实施例中，电路模块330薄于0.2mm，以为电子贴片300提供柔性和可弯曲性。

波浪状带340具有在与电子贴片300的平面方向垂直的法线方向上波浪状起伏的弯曲或波浪形状。波浪状带340还可以被表征为具有带有自电子贴片300或电路模块330的平面向外的弯折、折叠或环的蛇形形状或锯齿形状。

在图3A和图3B中，为了简化说明，波浪状带340以两个所例示(即，X和Y)方向示出。通常，所公开的电子贴片中的波状带340可以在电路模块330的平面内以其他取向(相对于电路模块330的边缘从0到360度变化)对齐。

当电子贴片300被穿戴在用户的皮肤上时，用户皮肤通常响应于用户的身体(从而肌肉)的移动而伸缩(或压缩)，从而在不同的移动位置适形于用户的皮肤。作为响应，波浪状带340可以通过至少部分地展开它们的弯曲或波浪形状中的一些而伸长，而不会对导电电路335或半导体芯片338施加过大的张力。因此，当电子贴片300被穿戴在用户的皮肤上时，导电电路335和电子部件可以在重复的伸缩和压缩下保持完整并维持正常功能。应当注意的是，波浪状带340可以在可伸缩电路层320的平面内以正交或其他方向来布局。电子贴片300在任何平面内方向上都是可伸缩且可压缩的。

此外，波浪状带340之间的间隙348为电子贴片300提供透气性。弹性层325和310通常可以由聚合物材料制成，所述聚合物材料是透气的并且允许来自用户的皮肤的水分渗透并释放到空气中。另一方面，电路模块330刚性越大，水分越难渗透。较大的刚性贴片和致密的支撑基板可能防止水分被呼出并且给用户带来不适。波浪状带340之间的间隙348允许水分或抽吸渗透穿过弹性层325和310并用于显著地改善用户的舒适度。

在一些情况下，电路模块330和波浪状带340可以使用柔性印刷电路工艺形成在公共片状支撑基板上。连接所述多个电路层不需要复杂的组装，这简化了制造工艺并为产品带来了额外的完整性。

粘附层350允许电子贴片300粘附至用户的皮肤上。粘附层可以是对压力敏感的，这允许顺从的可穿戴贴片在例如由拇指所施加的压力下紧紧地粘附至人类皮肤上。例如，粘附层可以由医用压力敏感型粘附剂制成。这种粘附剂的示例是医用级有粘附性的低变应原性压力敏感型粘附剂。

参照图4A和图4B，可以使用以下步骤中的一个或多个来制造所公开的可伸缩可穿戴电子贴片。首先制备单个扁平电路层400。扁平电路层400包括图2A和图2B中所示的位于第一电路层210、第二电路层220以及波浪状带240上的半导体芯片218、228和导电电路215、225(未示出)、导电电路245、以及其他电子部件。

如图4A所示，扁平电路层400夹在上模具410与下模具430之间。上模具410和下模具430分别包括凹槽415、425和435、445，用于在压制期间为半导体芯片218、228保持空间。凹槽415、435配对以便为半导体芯片218提供间隙。凹槽425、445配对以便为半导体芯片228提供间隙。上模具410和下模具430分别包括凹槽420、440，所述凹槽具有与波浪状带240的形状兼容的波浪状轮廓。当上模具410和下模具430在压力下保持彼此压靠时，扁平电路层400的(中间)部分遵循凹槽420、440的轮廓被压制，这形成了具有在层法线方向上波浪状起伏的波浪状带240。

在压制之后，参照图4B，扁平电路层400被变换为第一电路层210和第二电路层220，所述第一电路层和所述第二电路层包括基本上扁平的基板211、221、连接第一电路层210和第二电路层220的波浪状带240。波浪状带240以导电电路245来嵌入或搁置。凹槽420和440的形状被配置成在波浪状带240中产生与扁平电路层400的平面方向垂直的法线方向上波浪状起伏的弯曲或波浪形状。波浪状带240还可以被表征为具有带有自第一电路层210以及第二电路层220的平面向外的弯折、折叠或环的蛇形形状或锯齿形状。

之后，参照图4C，围绕第一电路层210、第二电路层220和波浪状带240形成弹性层205，这产生了电子贴片200。弹性层205可以由如上所述的合适的聚合物材料通过层压或模塑形成，包括但不限于注塑、传递模塑、真空模塑、基体模塑、旋转模塑、挤出模塑、吹塑。弹性层205用作第一电路层210、第二电路层220和波浪状带240的聚合物基体，其保护电子部件和电路并提供进一步的柔性和舒适度。

在一些实施例中，参照图5A，可折叠电路层500包括可折叠支撑基板505和电子元件510。电子元件510可以包括导电电路、半导体芯片、电阻器、电容器、电感器、二极管(包括例如光敏类型和发光类型)、传感器、晶体管、放大器的一部分。所述传感器还可以测量温度、加速度和移动、以及化学物质或生物物质。所述电子部件还可以包括电机械致动器、化学注射器等。半导体芯片可以执行通信、逻辑、信号或数据处理、控制、校准、状态报告、诊断、和其他功能。可折叠支撑基板505还可以包括一个或多个导电金属层，以提供附加布线能力。

可折叠支撑基板505由足够刚性的材料制成以支撑电子元件510。在一些实施例中，可折叠支撑基板505可以具有大于0.5Gpa的杨氏模量，比如在1.0Gpa到10Gpa之间范围内。适用于可折叠支撑基板505的材料的示例包括聚酰亚胺、聚乙烯、对苯二甲酸酯、PEEK、聚酯、芳族聚酰胺、复合物、玻璃环氧树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯。

在可折叠电路层500中，电子元件510分布在由折叠线515分离的不同部分或区段中。折叠线515可以通过模塑、压制和刻痕来制备。可折叠电路层500还包括跨折叠线515布局的柔性导电线，所述柔性导电线连接电子元件510的不同部分。在一些实施例中，折叠线515基本彼此平行。

参照图5B，可以对可折叠电路层500进行压制、折痕或折叠以制备波浪状电路层520。在折叠之后，可折叠电路层500的截面具有自初始可折叠电路层500的平面向外波浪状起伏的锯齿形状。

在一些实施例中，参照图5C，可以与图4C中所示的类似地围绕波浪状电路层520形成弹性层540，从而产生电子贴片550。弹性层540可以由如上所述的合适的聚合物材料通过层压或模塑来形成，包括但不限于注塑、传递模塑、真空模塑、基体模塑、旋转模塑、挤出模塑、吹塑。弹性层用作波浪状电路层520的聚合物基体，其保护电子部件和电路并提供进一步的柔性和舒适度。

图2A至图2B和图4A至图4C中所示的电子贴片550与电子贴片200之间的一个不同之处在于电子贴片550中的所有或大多数电子部件和导电电路位于可折叠支撑基板505的波浪状部分上，而在电子贴片200中，大多数电子部件定位于由一个或多个波浪状电路层连接的扁平电路层上。

在一些实施例中，参照图6A，与本发明公开的可伸缩电子贴片兼容的可折叠电路层600包括由柔性带630连接的电子模块620至625的可折叠网络610。电子模块620至625可以包括比如导电电路、半导体芯片、电阻器、电容器、电感器、二极管(包括例如光敏类型和发光类型)、传感器、晶体管、以及放大器等电子部件。所述传感器还可以测量温度、加速度和移动、以及化学物质或生物物质。所述电子部件还可以包括电机械致动器、化学注射器等。半导体芯片可以执行通信、逻辑、信号或数据处理、控制、校准、状态报告、诊断、和其他功能。所述多个电子模块中的电子部件可以包括天线电路，所述天线电路可以在与外部设备通信时接收或发射无线信号。

柔性带630由可弯曲或弹性材料形成，并且包括导电电路，所述导电电路连接导电电路、半导体芯片以及不同电子模块620至625中的其他电子部件。电子模块620至625和柔性带630在其间限定孔640，这在可折叠扁平的电路层600中形成可折叠网络610。在一些实施例中，柔性带630和电子模块620至625中的基板可以通过比如切割、激光烧蚀、冲压等技术由同一基板层形成。

参照图7，电子贴片700可以进一步包括弹性层710，在所述弹性层中嵌入有可折叠扁平电路层600或可折叠网络610。类似于上述弹性层(图2A中的205和图3B中的325)，弹性层710用作电子模块620至625和柔性带630的弹性(聚合物)基体。弹性层710可以由具有低杨氏模量和高破坏应变的粘弹性聚合物材料制成。在一些实施例中，弹性层710可以具有小于0.3Gpa的杨氏模量。在一些情况下，弹性层可以具有小于0.1Gpa的杨氏模量从而提供增强的柔性和粘着能力。适用于弹性层的材料包括弹性体、粘弹性聚合物(比如硅酮)以及医用级聚氨酯，所述医用级聚氨酯是用来覆盖和保护伤口的透明医用敷料，其具有透气性且适形于皮肤。弹性层710足够柔性以允许并适形于可折叠扁平电路层600或可折叠网络610的折叠或折皱。

另一方面，电子模块620至625形成在由足够刚性的材料制成的基本扁平的支撑基板上，以支撑半导体芯片和其他电子部件。在一些实施例中，电子模块620至625可以由具有大于0.5Gpa的杨氏模量(比如在1.0Gpa到10Gpa之间范围内)的材料制成。适用于电路模块330的材料的示例包括聚酰亚胺、聚酯、芳族聚酰胺、复合物、玻璃环氧树脂和聚萘二甲酸乙二醇酯。在一些实施例中，电子模块620至625厚于0.001mm，以在制造过程中允许足够的强度以支撑电路和芯片。电子模块620至625可以包括一个或多个导电金属层，以提供附加布线能力。

图6A示出了采用扁平配置的可折叠网络610。参照图6B至图6D，可折叠网络610可以以不同的配置折叠或折皱。应当注意的是，可折叠电路层600不仅可以与图5A中的可折叠电路层500类似地沿平面方向上的直线折叠，可折叠电路层600还可以同时在两个方向上折叠，如图6B至图6D所示。换句话说，与以平行折叠线515(图5A至图5C)折叠的电子元件510不同，同一行或列内的相邻电子模块620至625可以在层法线方向的相反方向上波浪状起伏。例如，电子模块621与同一行中的两个相邻电子模块622、623对齐，并与同一列中的其他相邻电子模块624、625排齐。电子模块621可以在与电子模块622至625的波浪状起伏方向相反的层法线方向上移位。

在另一视图中，可折叠网络610和可折叠电路层600可以局部地折皱、折叠或褶皱，而不是沿预定方向上的平行折叠线折叠。在一些实施例中，可折叠网络610和可折叠电路层600也可以形成折纸类型的结构。

上述公开的可折叠电路层的优点在于它们可以非常柔性地适应穿戴电子贴片的个人的体形和位置的变化。它们的箔或折皱状态、可折叠电路层可以由以与相邻电子模块之间的平均距离相关的数学分形关系缩放的厚度来表征，这提供了沿法线方向和平面方向两者的柔性和可伸缩性。

应当注意的是，其他类型的可折叠网络或可折叠电路层也与本发明公开的电子贴片兼容。例如，柔性带可以配置成螺旋形状或盘绕形状，以提供将进一步的柔性。此外，可折叠电路层中的可折叠网络可以以针织或编织结构来实现，以支持可伸缩性、柔性以及可靠的机械强度和耐久性。

尽管本文献包含许多细节，但是这些细节不应被解读为是对所要求保护的发明范围或者可能要求保护的内容的范围的限制，而应被解读为是对特定于具体实施例的特征的描述。在单独的实施例的背景下在本文献中所描述的某些特征还可以组合地在单个实施例中实现。与此相反，在单个实施例的背景下描述的不同特征也可以分开地或以任何适合的子组合形式在多个实施例中实现。此外，尽管上文中特征可以被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初也是如此要求保护的，但是在一些情况下，可以从组合中除去来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变化。

仅仅描述了一些示例和实施方式。在不背离本发明精神的情况下，可以进行其他实施方式、改变、更改和对所描述的示例和实施方式的增强。例如，所公开的电子贴片的电子部件的应用和类型不受上文所给出的示例限制；它们可以适用于许多其他领域。适用于电子贴片的不同层的材料也不受所提供的示例的限制。弹性层、波浪状电路层和扁平电路层、呼吸开口以及电子部件的布局和形式可以具有其他配置而不背离本发明。

Claims (20)

1.一种电子贴片，包括：

基板，所述基板包括：

第一个平的部分；

第二个平的部分；以及

波浪状带，所述波浪状带连接所述第一个平的部分和所述第二个平的部分，

其中，所述波浪状带在垂直于所述第一个平的基材或所述第二个平的基材的方向上波浪状起伏，其中，所述波浪状带在所述第一个平的基材和所述第二个平的基材的上方和下方移位；

第一导电电路，位于所述基板的所述第一个平的部分上；

第二导电电路，位于所述基板的所述第二个平的部分上；

第三导电电路，位于所述波浪状带上，其中，所述第三导电电路与所述第一导电电路和所述第二导电电路连接；以及

弹性层，所述弹性层包封所述基板、所述第一导电电路、所述第二导电电路和所述第三导电电路。

2.如权利要求1所述的电子贴片，其中，所述波浪状带被配置成在所述电子贴片被用户穿戴时响应于所述用户的运动而展开和伸长。

3.如权利要求1所述的电子贴片，其中，所述波浪状带具有包括自所述第一个平的基材或所述第二个平的基材的平面向外的弯折、折叠或环的蛇形形状或锯齿形状。

4.如权利要求1所述的电子贴片，其中，所述基板的所述第一个平的部分和所述第二个平的部分彼此平行。

5.如权利要求1所述的电子贴片，进一步包括：

多个波浪状带，所述多个波浪状带连接所述第一个平的部分和所述第二个平的部分，其中，所述多个波浪状带在其中限定至少一个开口。

6.如权利要求1所述的电子贴片，其中，所述弹性层包括弹性体材料或粘弹性聚合物材料。

7.如权利要求1所述的电子贴片，其中，所述波浪状带由柔性材料形成。

8.如权利要求1所述的电子贴片，进一步包括：

一个或多个半导体芯片，位于所述第一个平的部分、所述第二个平的部分、或其组合上，其中，所述一个或多个半导体芯片与所述第一导电电路和所述第二导电电路连接。

9.如权利要求8所述的电子贴片，其中，所述一个或多个半导体芯片结合所述第一导电电路或所述第二导电电路被配置成与外部设备无线通信。

10.如权利要求8所述的电子贴片，其中，所述第一导电电路或所述第二导电电路中的至少一个包括被配置成接收或发射无线信号的天线电路。

11.如权利要求8所述的电子贴片，其中，所述一个或多个半导体芯片结合所述第一导电电路或所述第二导电电路被配置成基于近场通信(NFC)、Wi-Fi、蓝牙、或RFID无线通信标准与所述外部设备无线通信。

12.如权利要求1所述的电子贴片，进一步包括：

粘附层，位于所述弹性层下方并且被配置成粘附至用户的皮肤上。

13.如权利要求1所述的电子贴片，进一步包括：

与所述第一导电电路和所述第二导电电路连接的一个或多个传感器、致动器或化学递送设备。

14.如权利要求1所述的电子贴片，其中，所述第一导电电路或所述第二导电电路中的至少一个包括从由电容器、电感器、电阻器、金属焊盘、二极管、晶体管和放大器组成的组中选择的一个或多个电子部件。

15.一种用于制造电子贴片的方法，所述方法包括：

由一对模具压制扁平基板，其中，所述扁平基板包括第一个平的部分、第二个平的部分和扁平中间部分，其中，所述模具具有与所述中间部分相对应的波浪状轮廓，其中，所述扁平基板包括位于所述基板的所述第一个平的部分上的第一导电电路、位于所述基板的所述第二个平的部分上的第二导电电路、位于所述基板的所述扁平中间部分上的第三导电电路；

将所述基板的所述扁平中间部分变换成波浪状带，所述波浪状带在垂直于所述第一个平的基材或所述第二个平的基材的方向上波浪状起伏，其中，所述波浪状带连接到所述第一个平的部分和所述第二个平的部分；以及

通过将所述第一个平的部分、所述第二个平的部分、所述波浪状带、所述第一导电电路、所述第二导电电路和所述第三导电电路包封在弹性层中来形成电子贴片。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述波浪状带在所述第一个平的基材和所述第二个平的基材的上方和下方移位。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述第三导电电路与所述第一导电电路和所述第二导电电路连接。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述扁平基板包括位于所述第一个平的部分、所述第二个平的部分或所述第一个平的部分和所述第二个平的部分两者上的一个或多个半导体芯片，其中，所述一个或多个半导体芯片与所述第一导电电路和所述第二导电电路连接。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述模具包括凹槽，所述凹槽被配置成在所述压制步骤期间提供用于使所述一个或多个半导体芯片通过的空间，其中，所述模具中的所述凹槽被配准至所述第一个平的部分和/或所述第二个平的部分。

20.如权利要求15所述的方法，其中，所述电子贴片包括多个波浪状带，所述多个波浪状带连接所述第一个平的部分和所述第二个平的部分，其中，所述多个波浪状带在其中限定至少一个开口。