CN110740565B - 柔性可拉伸电子器件 - Google Patents

Abstract

提供了一种柔性可拉伸电子器件，其包括多个柔性电路板和至少一个铰链，每两个柔性电路板通过一个铰链可转动的连接，铰链包括彼此绝缘的正极连接部和负极连接部，正极连接部与两个柔性电路板的正极电连接，负极连接部与两个柔性电路板的负极电连接；铰链包括能绕转动轴线相对转动的、固定于两个柔性电路板彼此绝缘的两个部分，当两个部分相对转动时，正极连接部始终接通两个柔性电路板的正极且负极连接部始终接通两个柔性电路板的负极。该柔性可拉伸电子器件采用柔性电路板和导电的铰链从而兼具柔性变形和可拉伸两个功能，适用于不同尺寸和形状的物体表面，而且在电路中不会产生应力集中，大大提高了电路的稳定性，实现了可靠的拉伸变形。

Description

柔性可拉伸电子器件

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，且特别涉及一种柔性可拉伸电子器件。

背景技术

柔性电子技术是将功能性的有机/无机材料电子器件制作在柔性高分子材料或薄金属基板上的新兴电子技术。相对于传统电子技术，柔性电子技术带来更大的灵活性，通过柔性电子技术制造的电子器件能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足设备的形变要求。相应的技术要求同样制约了柔性电子技术的发展。首先，柔性电子技术的在不损坏本身电子性能的基础上的伸展性和弯曲性，对电路的制作材料提出了新的挑战和要求；其次，柔性电子器件的制备条件以及组成电路的各种电子元件的性能相对于传统的电子元件来说仍然不足。

现有的商业柔性电路板(FPC)是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。利用柔性电路板可大大缩小电子产品的体积，适应电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。但柔性电路板没有拉伸性，难以实现可拉伸的柔性电子器件。

目前，大多数柔性可拉伸电子器件采用在柔性电路板上集成弯曲导线或岛桥结构的方案以实现拉伸变形，但是同时产生了应力集中，容易导致电路破坏或者从黏附表面脱落。同时，柔性可拉伸电子器件基本一体化设计制造，没有统一的连接接口，难以相互集成使用。

因此，亟待本领域技术人员解决的技术问题是，如何获得一种能够可靠拉伸的柔性可拉伸电子器件。

发明内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。本发明的目的在于提供一种柔性可拉伸电子器件，在拉伸该柔性可拉伸电子器件时不易造成电路损坏。

提供一种柔性可拉伸电子器件，其包括多个柔性电路板和至少一个铰链，所述铰链的转动轴线垂直于所述柔性电路板，每两个所述柔性电路板通过一个所述铰链可转动的连接，

所述铰链包括彼此绝缘的正极连接部和负极连接部，所述正极连接部与所述两个柔性电路板的正极电连接，所述负极连接部与所述两个柔性电路板的负极电连接；

所述铰链包括能绕所述转动轴线相对转动的彼此绝缘的两个部分，所述两个部分分别固定于所述两个柔性电路板，当所述两个部分相对转动时，所述正极连接部始终接通所述两个柔性电路板的所述正极且所述负极连接部始终接通所述两个柔性电路板的所述负极。

在至少一个实施方式中，所述正极连接部固定于所述两个柔性电路板中的一者并向另一者伸出以与所述另一者对接，所述负极连接部固定于所述两个柔性电路板中的所述另一者并向所述一者伸出以与所述一者对接；或者，

所述负极连接部和所述正极连接部均固定于所述两个柔性电路板中的一者并向所述两个柔性电路板中的另一者伸出以与所述另一者对接，所述柔性可拉伸电子器件包括限位部，所述限位部由绝缘材料制成，所述限位部固定于所述另一者并向所述一者伸出以与所述一者对接，所述限位部与所述正极连接部和/或所述负极连接部配合而限制所述两个柔性电路板在所述转动轴线的方向上彼此分开。

在至少一个实施方式中，所述正极连接部和所述负极连接部中的一者设于所述转动轴线上，另一者位于以所述转动轴线为中心的圆周上；或者

所述正极连接部和所述负极连接部均位于以所述转动轴线为中心的圆周上。

在至少一个实施方式中，沿着所述转动轴线观察，所述正极连接部和所述负极连接部中的至少一者具有以所述转动轴线为圆心的弧形。

在至少一个实施方式中，所述正极连接部和所述负极连接部中的所述至少一者具有大于180度小于360度的弧度。

在至少一个实施方式中，所述限位部包括在所述两个柔性电路板之间支撑的支撑柱，当沿着所述转动轴线观察时，所述支撑柱具有以所述转动轴线为圆心的弧形。

在至少一个实施方式中，所述限位部在所述铰链的径向上位于所述正极连接部和所述负极连接部之间。

在至少一个实施方式中，在所述铰链的径向上，在所述正极连接部和所述负极连接部之间设有绝缘部件，所述绝缘部件与所述正极连接部和/或所述负极连接部配合而限制所述两个柔性电路板在所述转动轴线的方向上彼此分开。

在至少一个实施方式中，所述绝缘部件由弹性材料制成，所述绝缘部件的径向内侧部或者径向外侧部与所述正极连接部和/或所述负极连接部凹凸匹配，从而所述正极连接部和/或所述负极连接部与所述绝缘部件沿所述铰链的轴向的相对运动受限制。

在至少一个实施方式中，所述铰链还包括导电垫片，所述导电垫片设于所述柔性电路板和与其对接的所述正极连接部和/或所述负极连接部之间，所述导电垫片由弹性材料制成。

本公开提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：

多个柔性电路板通过导电的铰链连接，当铰链旋转时，该柔性可拉伸电子器件具有不同的形状，比如具有更伸长的形状，或者更缩短的形状。该柔性可拉伸电子器件采用柔性电路板和导电的铰链从而兼具柔性变形和可拉伸两个功能，拉伸变形基于铰链转动而实现，适用于不同尺寸和形状的物体表面，而且在电路中不会产生应力集中，大大提高了电路的稳定性，实现了可靠的拉伸变形。

附图说明

图1a示出了本公开提供的柔性可拉伸电子器件处于一个拉伸状态。

图1b示出了图1a的柔性可拉伸电子器件处于另一个拉伸状态。

图2示出了本公开提供的柔性可拉伸电子器件的第一实施方式，包括第一电路板、第二电路板和铰链，还示出了包含第一电路板的零件和包含第二电路板的零件处于拆卸状态。

图3示出了本公开提供的柔性可拉伸电子器件的第二实施方式，包括第一电路板、第二电路板和铰链，还示出了包含第一电路板的零件和包含第二电路板的零件处于拆卸状态。

图4示出了本公开提供的柔性可拉伸电子器件的第三实施方式，包括第一电路板、第二电路板和铰链，还示出了包含第一电路板的零件和包含第二电路板的零件处于拆卸状态。

图5a示出了图2中的绝缘挡块与负极连接部的凹凸匹配的结构的一个具体实施方式。

图5b示出了图2中的绝缘挡块与负极连接部的凹凸匹配的结构的另一个具体实施方式。

图6a示出了图2中的导电垫片与负极连接部的凹凸匹配的结构的一个具体实施方式。

图6b示出了图2中的导电垫片与负极连接部的凹凸匹配的结构的另一个具体实施方式。

附图标记说明：

1第一电路板、2第二电路板、31功能区、32连接区、41正极、42负极、5铰链、51正极连接部、52负极连接部、521凸出部、53绝缘挡块、531凹陷部、54防脱挡块、6限位部、61支撑柱、7导电垫片。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

如图1a和图1b所示，本公开提供一种柔性可拉伸电子器件，其包括多个(至少两个)柔性电路板和至少一个连接两个柔性电路板(第一电路板1和第二电路板2)的铰链5。铰链5包括正极连接部51和负极连接部52，正极连接部51连接两个柔性电路板的正极41，负极连接部52连接两个柔性电路板1、2的负极42。铰链5具有转动轴线，转动轴线垂直于两个柔性电路板1、2。铰链5包括可绕其转动轴线相对转动的两个部分，两个柔性电路板1、2分别固定于上述两个部分从而能够相对于彼此绕转动轴线转动。当两个部分相对转动时，正极连接部51始终接通两个柔性电路板1、2的正极41且负极连接部52始终接通两个柔性电路板1、2的负极42。该两个部分可以为第一实施方式中的正极连接部51和负极连接部52，或者第二实施方式中的正极连接部51和负极连接部52二者和限位部6(下文详述)，或者第三实施方式中的正极连接部51和负极连接部52二者和限位部6。

多个柔性电路板通过导电的铰链5连接，当铰链5旋转时，该柔性可拉伸电子器件具有不同的形状，比如具有图1a所示的更伸长的形状，或者具有图1b所示的更缩短的形状。该柔性可拉伸电子器件采用柔性电路板和导电的铰链5从而兼具柔性变形和可拉伸两个功能，拉伸变形基于铰链5转动而实现，适用于不同尺寸和形状的物体表面，而且在电路中不会产生应力集中，大大提高了电路的稳定性，实现了可靠地拉伸变形。

图2至图4示出了本公开提供的柔性可拉伸电子器件的第一至第三实施方式。

如图2所示，在第一实施方式中，铰链5连接第一电路板1和第二电路板2，铰链5的正极连接部51和负极连接部52均包括基部和端部。正极连接部51的基部固定于第二电路板2，正极连接部51的端部与第一电路板1对接。负极连接部52的基部固定于第一电路板1，负极连接部52的端部与第二电路板2对接。

组装时，第一电路板1和第二电路板2彼此靠近直至负极连接部52的端部与第二电路板2对接，以及正极连接部51的端部与第一电路板1对接。当组装到位时，如果第一电路板1和第二电路板2欲相对于彼此在径向上移动，此时负极连接部52和正极连接部51绝缘地相碰从而彼此阻碍，进而起到一定的使第一电路板1和第二电路板2在径向上定位的作用。在径向上、在负极连接部52和正极连接部51之间可以设有绝缘部件(下文详述)以使得二者彼此绝缘。

负极连接部52可以为柱体并设于转动轴线上，正极连接部51位于以转动轴线为中心的圆周上。正极连接部51可以为筒体的一部分，当沿转动轴线观察时，铰链5的正极连接部51可以为弧形。正极连接部51的弧度即为第一电路板1相对于第二电路板2的转动的最大角度。

这样，负极连接部52和正极连接部51起到更好的使第一电路板1和第二电路板2在径向上定位的作用，而且正极连接部51还能起到较好的支撑作用以在第一电路板1和第二电路板2之间支撑二者。

更具体地，铰链5的正极连接部51可以具有大于180度小于360度的弧度。一方面可以提供使得柔性可拉伸电子器件具有较大的转动范围，在该转动范围内的任一位置均可以使第一电路板1和第二电路板2导通。另一方面，正极连接部51具有更好的支撑效果。

第一电路板1的正极41可以具有弧形部分，该弧形部分与正极连接部51对接，在第一电路板1和第二电路板2处于预定角度时，该弧形部分与正极连接部51的轴向端面完全接触。

负极42的外表面可以包裹有绝缘材料，从而当第一电路板1和第二电路板2相对转动时，即使负极42与正极连接部41接触也不会导致短路。或者，负极42的外表面不包裹绝缘材料，那么正极连接部51的弧度小于360度，第一电路板1和第二电路板2的相对转动范围最大可以为正极连接部51在圆周上缺失的部分所对应的角度，在例如图2的示例中，第一电路板1和第二电路板2的相对转动范围最大可以为大约正极连接部51在圆周上缺失的部分所对应的角度的一半。

在铰链5的径向上，在正极连接部51和负极连接部52之间还可以设有绝缘部件。绝缘部件可以与正极连接部51连接，其用于间隔正极连接部51和负极连接部52从而防止二者接触而短路。

如图5a和图5b所示，绝缘部件可以设于正极连接部51的端部从而与负极连接部52的基部接触。绝缘部件可以由弹性材料(例如，橡胶)制成，并且在径向内侧部具有凹陷部。例如，绝缘部件可以包括两个间隔180度设置的绝缘挡块53，两个绝缘挡块53的径向内侧部局部缺失从而形成凹陷部531，凹陷部531可以具有斜面或者弧形面从而在两个绝缘挡块53之间形成较其他部分更宽阔的空间。负极连接部52的端部具有凸出部521从而较基部大，负极连接部52的凸出部521可以容纳于该空间并与凹陷部531抵靠。

当组装第一电路板1和第二电路板2时，负极连接部52逐渐靠近第二电路板2并挤压绝缘挡块53的径向内侧部，绝缘挡块53受挤压变形，当负极连接部52的端部进入上述空间时，负极连接部52的凸出部521与绝缘荡开53的凹陷部531凹凸匹配，从而负极连接部52与绝缘挡块53沿轴向的相对运动受限制。

绝缘挡块53的凹陷部531形成的上述空间可以为球体的一部分(如图5b所示)，或者椎体的一部分(如图5a所示)。

在其他实施方式中，绝缘挡块53可以具有凸出部，负极连接部52可以具有凹陷部。

在其他实施方式中，绝缘挡块53可以连接于负极连接部52从而以径向外侧部与正极连接部51凹凸匹配，即凹陷部531可以位于绝缘挡块53的径向外侧部。

继续参考图2，柔性可拉伸电子器件还可以包括导电垫片7，导电垫片7由弹性材料制成，导电垫片7设于柔性电路板和与其对接的正极连接部51或者负极连接部52之间。当正极连接部51或者负极连接部52与柔性电路板对接时，导电垫片7受挤压弹性变形从而确保正极连接部51或者负极连接部52与柔性电路板对接可靠。

导电垫片7可以由导电海绵或者导电高分子材料制成。

在本实施方式中，导电垫片7可以设于第二电路板2以用于与负极连接部52对接。在其他实施方式中，导电垫片7还可设于第一电路板1以用于与正极连接部51对接；或者导电垫片7设于第一电路板1和第二电路板2二者。

如图6a和图6b所示，负极连接部52的端部可以具有沿轴向凸出的形状，比如为球形或者圆锥形，导电垫片7的与负极连接部52对接的面可以为平的或者凸出的。当负极连接部52与导电垫片7在轴向上对接时，导电垫片7受负极连接部52的挤压而变形从而与负极连接部52的端部可靠地接触，第一电路板1和第二电路板2可靠地连接。

如图3所示，在第二实施方式中，该柔性可拉伸电子器件具有与第一实施方式大致相同的结构，区别主要在于以下部分。

正极连接部51和负极连接部52均为柱体并位于以转动轴线为中心的圆周上，正极连接部51和负极连接部52均连接于第一电路板1并与第二电路板2对接。正极连接部51和负极连接部52与第二电路板2之间设有导电垫片7，两个导电垫片7例如均具有大于0度的弧度并且弧度相同。与正极连接部51和负极连接部52对接的两个导电垫片7的弧度即为第一电路板1和第二电路板2相对转动的最大角度。

当第一电路板1相对于第二电路板2转动时，正极连接部51和负极连接部52同时转动。绝缘挡块53设于第一电路板1，并在铰链5的径向上位于正极连接部51和负极连接部52之间，例如位于转动轴线上。

柔性可拉伸电子器件可以设有用于在第一电路板1和第二电路板2之间支撑二者并与正极连接部51和/或负极连接部52在铰链5的轴向上限位的限位部6，限位部6例如连接于第二电路板2并与第一电路板1对接。

限位部6可以包括支撑柱61和防脱挡块54。当沿着转动轴线观察，支撑柱61具有以转动轴线为圆心的弧形。支撑柱61例如位于正极连接部51和负极连接部52的径向外侧，并且具有比与正极连接部51和负极连接部52对接的两个导电垫片7更大的弧度。

支撑柱61与正极连接部51和负极连接部52两者连接于不同的电路板，这使得当第一电路板1和第二电路板2组装到位时，支撑柱61与负极连接部52和正极连接部51两者起到一定的使第一电路板1和第二电路板2在径向上定位的作用。

防脱挡块54例如可以连接于支撑柱61。类似于绝缘挡块53，防脱挡块54的径向内侧部具有凸出部或者凹陷部以与其径向内侧部的正极连接部51和负极连接部52凹凸匹配，从而限制第一电路板1和第二电路板2沿轴向的相对运动。

在不具有防脱挡块54的实施方式中，限位部6还可以与正极连接部51和/或负极连接部52挤压地装配从而起到限位作用。

如图4所示，在第三实施方式中，该柔性可拉伸电子器件具有与第二实施方式大致相同的结构，区别主要在于以下部分。

负极连接部52和正极连接部51为柱体，负极连接部52设于转动轴线上，正极连接部51位于以转动轴线为中心的圆周上。当沿转轴轴线观察时，限位部6呈弧形，并在径向上位于正极连接部51和负极连接部52之间。

与正极连接部51对接的导电垫片7呈弧形，其弧度与支撑柱61的弧度相同，二者的弧度即为第一电路板1和第二电路板2相对转动的最大角度。与负极连接部52对接的导电垫片7设于转动轴线上。支撑柱61由绝缘材料制成，从而防止正极连接部51和负极连接部52接触而使得电路短路，支撑柱61还起到支撑第一电路板1和第二电路板2的作用，以及安装防脱挡块54的作用。

在获得相同的转动范围时，第一实施方式的体积最小，第二实施方式次之，第三实施方式的体积最大。

在上述各实施方式中，正极连接部51和负极连接部52均可以互换。

柔性电路板可以包括功能区31和连接区32，功能区31用于安装功能部件，例如传感元件，连接区32用于与铰链5连接。

在上述各实施方式中，第一电路板1和第二电路板2通过铰链5可拆卸地连接，从而能够实现模块化集成，例如，当该柔性可拉伸电子器件用于人体时，不同的柔性电路板安装不同的功能部件从而检测人体的多项指标。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种柔性可拉伸电子器件，其特征在于，其包括至少两个柔性电路板和至少一个铰链(5)，所述铰链(5)的转动轴线垂直于所述柔性电路板，每两个所述柔性电路板(1、2)通过一个所述铰链(5)可转动的连接，

所述铰链(5)包括彼此绝缘的正极连接部(51)和负极连接部(52)，所述正极连接部(51)与所述两个柔性电路板(1、2)的正极(41)电连接，所述负极连接部(52)与所述两个柔性电路板(1、2)的负极(42)电连接；

所述铰链(5)包括能绕所述转动轴线相对转动的彼此绝缘的两个部分，所述两个部分分别固定于所述两个柔性电路板(1、2)，当所述两个部分相对转动时，所述正极连接部(51)始终接通所述两个柔性电路板(1、2)的所述正极(41)且所述负极连接部(52)始终接通所述两个柔性电路板(1、2)的所述负极(42)。

2.根据权利要求1所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于：

所述正极连接部(51)固定于所述两个柔性电路板(1、2)中的一者并向另一者伸出以与所述另一者对接，所述负极连接部(52)固定于所述两个柔性电路板(1、2)中的所述另一者并向所述一者伸出以与所述一者对接；或者，

所述负极连接部(52)和所述正极连接部(51)均固定于所述两个柔性电路板(1、2)中的一者并向所述两个柔性电路板(1、2)中的另一者伸出以与所述另一者对接，所述柔性可拉伸电子器件包括限位部(6)，所述限位部(6)由绝缘材料制成，所述限位部(6)固定于所述另一者并向所述一者伸出以与所述一者对接，所述限位部(6)与所述正极连接部(51)和/或所述负极连接部(52)配合而限制所述两个柔性电路板(1、2)在所述转动轴线的方向上彼此分开。

3.根据权利要求2所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，所述正极连接部(51)和所述负极连接部(52)中的一者设于所述转动轴线上，另一者位于以所述转动轴线为中心的圆周上；或者

所述正极连接部(51)和所述负极连接部(52)均位于以所述转动轴线为中心的圆周上。

4.根据权利要求1所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，沿着所述转动轴线观察，所述正极连接部(51)和所述负极连接部(52)中的至少一者具有以所述转动轴线为圆心的弧形。

5.根据权利要求4所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，所述正极连接部(51)和所述负极连接部(52)中的所述至少一者具有大于180度小于360度的弧度。

6.根据权利要求2所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，所述限位部(6)包括在所述两个柔性电路板(1、2)之间支撑的支撑柱(61)，当沿着所述转动轴线观察时，所述支撑柱(61)具有以所述转动轴线为圆心的弧形。

7.根据权利要求2所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，所述限位部(6)在所述铰链(5)的径向上位于所述正极连接部(51)和所述负极连接部(52)之间。

8.根据权利要求1所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，在所述铰链(5)的径向上，在所述正极连接部(51)和所述负极连接部(52)之间设有绝缘部件，所述绝缘部件与所述正极连接部(51)和/或所述负极连接部(52)配合而限制所述两个柔性电路板(1、2)在所述转动轴线的方向上彼此分开。

9.根据权利要求8所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，所述绝缘部件由弹性材料制成，所述绝缘部件的径向内侧部或者径向外侧部与所述正极连接部(51)和/或所述负极连接部(52)凹凸匹配，从而所述正极连接部(51)和/或所述负极连接部(52)与所述绝缘部件沿所述铰链(5)的轴向的相对运动受限制。

10.根据权利要求1所述的柔性可拉伸电子器件，其特征在于，所述铰链(5)还包括导电垫片(7)，所述导电垫片(7)设于所述柔性电路板和与其对接的所述正极连接部(51)和/或所述负极连接部(52)之间，所述导电垫片(7)由弹性材料制成。

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