CN112204821B - 具有液态金属和气体可渗透插头的连接器 - Google Patents

Abstract

提供了包括液态金属的电路连接器以及制造这种电路连接器的方法。一种示例电路连接器包括可伸缩壳体，可伸缩壳体包括具有第一粘度的液态金属，其中可伸缩壳体包括与该可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口。该电路连接器还可以包括被插入第一开口中的第一气体可渗透插头，其中第一气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

Description

具有液态金属和气体可渗透插头的连接器

背景技术

柔性连接器可以用于连接容纳在可穿戴设备或其他设备中的电气部件，可穿戴设备或其他设备需要在这种设备的不同部件之间具有一定的运动自由度。由于可穿戴设备的不同形式功能和大小，因此可以使用柔性定制连接器。通常，这样的定制连接器使用繁琐且费时的制作方法而制成。

发明内容

在一个示例中，本公开涉及一种电路连接器，该电路连接器包括可伸缩壳体，可伸缩壳体包括具有第一粘度的液态金属，其中可伸缩壳体包括与可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口。该电路连接器还可以包括插入第一开口中的第一气体可渗透插头，其中第一气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

在另一方面，本公开涉及一种制造电路连接器的方法，该电路连接器包括具有第一粘度的液态金属。该方法可以包括将第一气体可渗透插头插入与可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口中，其中第一气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。该方法还可以包括将第二气体可渗透插头插入与该可伸缩壳体的第二端部相关联的第二开口中，其中第二气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。该方法还可以包括用液态金属至少部分地填充可伸缩壳体，该液态金属是使用第一开口或第二开口中的任一开口而供应的。

在又一方面，本公开涉及一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括被配置为执行与该可穿戴设备相关联的第一功能的第一电路。该可穿戴设备还可以包括被配置为执行与该可穿戴设备相关联的第二功能的第二电路。该可穿戴设备还可以包括至少一个电路连接器，该电路连接器将第一电路和第二电路相互连接。至少一个电路连接器可以包括可伸缩壳体，该可伸缩壳体包括具有粘度的液态金属，其中该可伸缩壳体包括与该可伸缩壳体的端部相关联的开口。至少一个电路连接器还可以包括插入开口中的气体可渗透插头，其中该气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

本“发明内容”被提供以用简化的形式介绍选择的概念，其在下面的“具体实施方式”中被进一步地描述。本“发明内容”不旨在标识所要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的技术方案的范围。

附图说明

本公开通过示例的方式被说明，并且不受附图的限制，在附图中相同的参考标记指代相同的元素。附图中的元素为了简单和清楚被图示出，并且不一定按比例绘制。

图1示出了根据一个示例的电路连接器；

图2示出了根据一个示例的另一电路连接器；

图3示出了根据一个示例的又一电路连接器；

图4是根据一个示例的用于制造可伸缩电路连接器的方法的流程图；以及

图5是示出了根据一个示例的可伸缩连接器的使用的框图。

具体实施方式

本公开中所描述的示例涉及包括液态金属的电路连接器以及制造这样的电路连接器的方法。包括由包括铟/镓的液态金属制作的导体的电路连接器在商业制造情形下可能有用。液态金属可以有利地提供特别有用于可穿戴设备的真正可伸缩的电子元件。然而，这样的连接器在商业过程中难以制造。本公开中所描述的某些示例有利地使得柔性管能够被填充有液态金属，并且具有附接的商用连接器而没有液态金属的任何泄露。

在一些示例中，经烧结和经等离子处理的塑料、或者经其他表面能处理的塑料可以被形成为插头。这些插头中的两个插头可以被插入到高百分比伸长率弹性体管的端部中。在其他的一些示例中，经类似地表面处理的结合的聚酯纤维可以被形成为插头，并且插头中的两个插头可以被插入到高百分比伸长率弹性体管的端部中。在任一情况下，管此时可以是密封的并且是“干的”。使用注射器填充方法，液态金属(例如，镓/铟或汞)可以被注入到管中。随着液体进入管，空气被移位并且通过气体可渗透插头被排出。随着液态金属前端与插头接触，毛细管作用可以将液体中的一些吸入插头中。来自等离子体处理的高表面能量以及烧结过程中的小空隙体积可能阻止流体进一步迁移到插头中。结果可能是具有密封端部的被完全填充的可伸缩管。然后，可以将商用连接器压入插头的暴露端部中至送进(plunge)深度，在送进深度处其与液态金属接触。在该阶段，任何商用电路元件可以快速且可靠地被连接。类似地，任何商用电路元件可以在最短的时间内被更改。气体可渗透但仍能阻止液体的插头的使用可以允许用液态金属填充管系统的过程在设备制造中的稍后步骤期间被执行，例如在设备的最高级别组装期间被执行。

图1示出了根据一个示例的电路连接器100。电路连接器100可以包括可伸缩壳体102，该可伸缩壳体102可以被填充有液态金属106。在该示例中，电路连接器100可以具有两个端部(例如，被标记为第一端部和第二端部的端部)。气体可渗透插头104可以在电路连接器100的第一端部处被插入可伸缩壳体102的开口112中。电路连接器100的另一端部(例如，被标记为第二端部的端部)可以被耦合到附加电路110。在该示例中，可伸缩壳体102可以使用高百分比伸长率弹性体材料形成。液态金属106可以包括在环境温度是液体的金属。在该示例中，液态金属可以包括铟和镓的组合。在一个示例中，两种金属的胶态混合可以针对每一个镓分子包括两个铟分子。尽管铟具有约156摄氏度的熔点，但是可以使用铟与镓的组合，因为其具有约30摄氏度的熔点。在另一示例中，液态金属可以包括汞，汞具有大约-38摄氏度的熔点。液态金属106可以具有与之相关联的粘度。

继续参考图1，气体可渗透插头104可以由经等离子体处理的烧结塑料形成。在该示例中，压力和热量的组合可以将塑料珠结合在一起以形成插头。在另一示例中，气体可渗透插头104可以通过用诸如肥皂等表面活性剂对塑料进行化学处理而形成。此外，代替塑料插头，结合的聚酯纤维也可以通过对这样的纤维进行化学处理而用于形成气体可渗透插头。作为该过程的一部分，纤维股以一方式被定向以确保气体可渗透插头不是液体可渗透的。

仍参考图1，由于毛细管作用，液态金属106可以在可伸缩壳体102内流动。在流动某一距离之后，它可能停在静止点处。静止点可以靠近或邻近气体可渗透插头104的内表面。诸如卡口型连接器120的电连接器可以被插入到气体可渗透插头104中。在该示例中，卡口型连接器120可以被插入足够远以与液态金属106进行连接。因此，在该示例中，卡口型连接器的一部分122被示出为在卡口型连接器和液态金属106的静止点之间重叠。

尽管图1将可伸缩壳体示出为具有管状形状，但是基于针对电路连接器的要求，壳体可以具有其他形状。此外，尽管图1示出了气体可渗透插头的某种形状，但是它可以具有其他形状。

图2示出了根据一个示例的电路连接器200。电路连接器200可以包括可伸缩壳体202，其可以被填充有液态金属206。电路连接器200还可以包括另一可伸缩壳体204，其可以被填充有液态金属208。该两个壳体可以经由气体可渗透插头216相互连接，气体可渗透插头216可以用于附接该两个可伸缩壳体，如图2所示。在该示例中，电路连接器200可以具有两个端部。在液态金属206被填充到可伸缩壳体202中之后，气体可渗透插头210可以在电路连接器200的第一端部处被插入可伸缩壳体202的开口中。在液态金属208被填充到可伸缩壳体204中之后，另一气体可渗透插头212可以在电路连接器200的第二端部处被插入可伸缩壳体204的开口中。插头可以以与参考图1描述的类似方式形成。另外，用于形成图2中所示的各种部件的材料也可以以参考图1描述的类似方式被使用。

图3示出了根据一个示例的电路连接器300。电路连接器300可以包括可伸缩壳体302、304和306，其中每个可伸缩壳体可以分别被填充有液态金属308、310和312。气体可渗透插头322可以被插入到如图3所示的可伸缩壳体302的开口中。类似地，气体可渗透插头324可以被插入到可伸缩壳体304的开口中。在该示例中，电路连接器300可以通过相互连接T形气体可渗透插头314而在制造的至少一个阶段期间形成为T形。在使用T形气体可渗透插头布置填充可伸缩壳体中的每个可伸缩壳体之后，可以移除在虚线316下方示出的部分。备选地，可以将另一气体可渗透插头插入开口320中。插头可以以与参考图1描述的类似方式形成。另外，用于形成图3中所示的各种部件的材料可以以参考图1描述的类似方式被使用。

图4示出了根据一个示例的用于制造具有气体可渗透插头的连接器的方法的流程图。该方法可以用于制造电路连接器100、200、300，或具有气体可渗透插头的其他类似的连接器。步骤410可以包括将第一气体可渗透插头插入与可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口中，其中第一气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。作为该步骤的一部分，可以将先前描述的插头中的任何插头插入与可伸缩壳体相关联的开口中。

步骤420可以包括将第二气体可渗透插头插入与可伸缩壳体的第二端部相关联的第二开口中，其中第二气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。在一个示例中，作为该步骤的一部分，可以使用允许附加的可伸缩壳体被耦合的气体可渗透插头。因此，作为该步骤的一部分，取决于与电路连接器的特定用途相关联的要求，可以插入不同形状的气体可渗透插头。

步骤430可以包括用液态金属至少部分地填充可伸缩壳体，该液态金属使用第一开口或第二开口中的任一开口来供应。如前所述，该步骤可以包括使用注射器来用液态金属填充可伸缩壳体。另外，在将T形气体可渗透插头插入两个可伸缩壳体之间的情况下，可以使用参考图3所描述的T形气体可渗透插头来部分地填充可伸缩壳体。尽管图4以某一顺序示出了某一数量的步骤，但是可以以不同顺序执行附加的步骤。

图5示出了电路连接器与可穿戴设备510一起使用的示例配置。在该示例中，可穿戴设备510是包括第一电路512和第二电路514的手套。第一电路512可以在图5所示的区域中被安装在手套内侧。第二电路514可以在手指尖中的一个手指尖附近被安装到手套，如图5所示。先前描述的电路连接器可以用于相互连接第一电路512和第二电路514。

继续参考图5，第二电路514的示例细节被示为电路基板520的一部分。电路基板520可以是柔性基板。电路基板520可以包括处理器522、控制器524、存储器526、传感器528、显示器530、以及联网接口532。处理器522可以执行存储在存储器526中的指令。控制器524可以按需要提供附加的控制功能。存储器526可以是非易失性存储装置和易失性存储装置(诸如，闪存、DRAM、SRAM、或其他类型的存储器)的任何组合。传感器528可以包括触摸传感器、光强度传感器、色温传感器、压力传感器、接近传感器、GPS传感器和其他类型的传感器。显示器530可以是任何类型的显示器，例如LCD、LED、OLED、或其他类型的显示器。网络接口532可以包括通信接口，例如以太网、蜂窝无线电、蓝牙无线电、UWB无线电、或其他类型的无线或有线通信接口。尽管图5示出了电路基板520包括以某一方式布置和耦合的某一数目的部件，但是电路基板可以包括以不同方式布置和耦合的更少的或附加的部件。

继续参考图5，第一电路512可以经由电路连接器518和538耦合到第二电路514。这些电路连接器可以使用与图4中描述的过程类似的过程来制造。卡口型连接器或其他类型的布置可以用于将电路连接器内的液态金属与图5所示的相应电路相互连接。附加的电路连接器可以用于将第一电路512与设备516连接，设备516位于其手上具有可穿戴设备510的同一用户的手腕上。因此，类似于电路连接器540的电路连接器可以用于将第一电路512与设备516相互连接。这些电路连接器中的每个电路连接器可以包括卡口类型的接口(例如，542、544和546)，卡口类型的接口可以被耦合到位于设备516上的互补接口(例如，552、554和556)。

尽管图5示出了电路连接器的使用的一个示例配置，但是它可以用在其他应用中，诸如机器人和其他可穿戴设备。作为一个示例，本文所描述的电路连接器可以用作服务回路作为机械臂的一部分或在多个维度上移动的另一部分。可伸缩电路连接器在被实现为服务回路时可以有利地为可移动机器人部件提供高度的运动自由度。

最后，在一个示例中，本公开涉及一种电路连接器，该电路连接器包括可伸缩壳体，可伸缩壳体包括具有第一粘度的液态金属，其中可伸缩壳体包括与该可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口。该电路连接器还可以包括被插入第一开口中的第一气体可渗透插头，其中第一气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

液态金属可以包括铟和镓。液态金属可以包括汞。

可伸缩壳体还可以包括与该可伸缩壳体的第二端部相关联的第二开口，其中第二端部与第一端部相对。

电路连接器还可以包括被插入第二开口中的第二气体可渗透插头，其中第二气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。第一气体可渗透插头和第二气体可渗透插头中的每个气体可渗透插头可以包括烧结的塑料珠或结合的塑料珠。第一气体可渗透插头和第二气体可渗透插头中的每个气体可渗透插头可以包括经化学处理的聚酯纤维。

在另一方面，本公开涉及一种制造电路连接器的方法，该电路连接器包括具有第一粘度的液态金属。该方法可以包括将第一气体可渗透插头插入与可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口中，其中第一气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。该方法还可以包括将第二气体可渗透插头插入与该可伸缩壳体的第二端部相关联的第二开口中，其中第二气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。该方法还可以包括用液态金属至少部分地填充可伸缩壳体，液态金属是使用第一开口或第二开口中的任一开口被供应的。

用液态金属部分地填充可伸缩壳体可以包括使用第一开口或第二开口将液态金属注入可伸缩壳体中。

第一气体可渗透插头和第二气体可渗透插头中的每个气体可渗透插头可以包括烧结的塑料珠或结合的塑料珠。第一气体可渗透插头和第二气体可渗透插头中的每个气体可渗透插头可以包括经化学处理的聚酯纤维。

液态金属可以包括铟和镓。液态金属可以包括汞。

在又一方面，本公开涉及可穿戴设备，该可穿戴设备包括被配置为执行与该可穿戴设备相关联的第一功能的第一电路。该可穿戴设备还可以包括被配置为执行与该可穿戴设备相关联的第二功能的第二电路。该可穿戴设备还可以包括将第一电路和第二电路相互连接的至少一个电路连接器。至少一个电路连接器可以包括可伸缩壳体，可伸缩壳体包括具有粘度的液态金属，其中可伸缩壳体包括与该可伸缩壳体的端部相关联的开口。至少一个电路连接器还可以包括被插入该开口中的气体可渗透插头，其中气体可渗透插头对于至少具有第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

液态金属可以包括铟和镓。液态金属可以包括汞。气体可渗透插头可以包括烧结的塑料珠、结合的塑料珠、或经化学处理的聚酯纤维。

应该理解，本文描述的方法、模块和部件仅是示例性的。备选地或附加地，本文中所描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件执行。例如但不限于，可以使用的说明性类型的硬件逻辑部件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等。在抽象但仍然确定的意义上，实现相同功能的部件的任何布置是有效地“相关联”的，使得所期望的功能被实现。因此，本文中被组合以实现特定功能的任何两个部件可以被认为是彼此“相关联”，使得所期望的功能被实现，而不考虑架构或中间部件。同样，如此相关联的任何两个部件也可以被视为是彼此“可操作地连接”或“耦合”以实现所期望的功能。

与本公开中描述的示例相关联的功能中的一些还可以包括存储在非暂态介质中的指令。如本文所使用的，术语“非暂态介质”是指存储使机器(诸如，处理器)以特定方式操作的数据和/或指令的任何介质。示例性非暂态介质包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质包括例如硬盘、固态驱动器、磁盘或磁带、光盘或磁带、闪存、EPROM、NVRAM、PRAM、或其他这样的介质、或这样的介质的联网版本。易失性介质包括例如动态存储器，诸如DRAM、SRAM、高速缓存或其他这样的介质。非暂态介质与传输介质不同，但可以与传输介质结合使用。传输介质用于向机器或从机器传递数据和/或指令。示例性传输介质包括同轴电缆、光纤电缆、铜线、和无线介质(诸如无线电波)。

此外，本领域技术人员将认识到以上描述的操作的功能之间的界限仅是说明性的。多个操作的功能可以被组合到单个操作中，和/或单个操作的功能可以被分布在附加的操作中。此外，备选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且操作的顺序可以在各种其他实施例中被更改。

尽管本公开提供了特定示例，但是可以在不偏离如以下的权利要求书中阐述的公开的范围的情况下进行各种修改和改变。相应地，说明书和附图被看作是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改都旨在被包括在本公开的范围内。本文关于特定示例所描述的任何益处、优点、或问题的解决方案不旨在被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征或元素。

此外，本文所使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。另外，在权利要求中介绍性短语(诸如“至少一个”和“一个或多个”)的使用不应被解释为意味着由不定冠词“一”或“一个”对另一权利要求元素的引入将包含这种被引入的权利要求元素的任何特定权利要求限制为仅包含一个这种元素的发明，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词时。定冠词的使用也是如此。

除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意地区分这种术语所描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示这种元素的时间优先次序或其他优先次序。

Claims (20)

1.一种电路连接器，包括：

可伸缩壳体，包括具有第一粘度的液态金属，其中所述可伸缩壳体包括与所述可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口；以及

第一气体可渗透插头，被插入所述第一开口中，其中所述第一气体可渗透插头对于至少具有所述第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

2.根据权利要求1所述的电路连接器，其中所述液态金属包括铟和镓。

3.根据权利要求1所述的电路连接器，其中所述可伸缩壳体还包括与所述可伸缩壳体的第二端部相关联的第二开口，其中所述第二端部与所述第一端部相对定位。

4.根据权利要求3所述的电路连接器，还包括被插入所述第二开口中的第二气体可渗透插头，其中所述第二气体可渗透插头对于至少具有所述第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

5.根据权利要求1所述的电路连接器，其中所述第一气体可渗透插头包括烧结的塑料珠。

6.根据权利要求1所述的电路连接器，其中所述第一气体可渗透插头包括经化学处理的聚酯纤维。

7.根据权利要求4所述的电路连接器，其中所述第二气体可渗透插头包括结合的塑料珠。

8.根据权利要求4所述的电路连接器，其中所述第二气体可渗透插头包括经化学处理的聚酯纤维。

9.根据权利要求1所述的电路连接器，其中所述液态金属包括汞。

10.一种制造电路连接器的方法，所述电路连接器包括具有第一粘度的液态金属，所述方法包括：

将第一气体可渗透插头插入与可伸缩壳体的第一端部相关联的第一开口中，其中所述第一气体可渗透插头对于至少具有所述第一粘度的任何液体不是液体可渗透的；

将第二气体可渗透插头插入与所述可伸缩壳体的第二端部相关联的第二开口中，其中所述第二气体可渗透插头对于至少具有所述第一粘度的任何液体不是液体可渗透的；以及

用所述液态金属至少部分地填充所述可伸缩壳体，所述液态金属使用所述第一开口或所述第二开口中的任一开口被供应。

11.根据权利要求10所述的方法，其中用所述液态金属至少部分地填充所述可伸缩壳体包括使用所述第一开口或所述第二开口将所述液态金属注入到所述可伸缩壳体中。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一气体可渗透插头和所述第二气体可渗透插头中的每个气体可渗透插头包括烧结的塑料珠。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一气体可渗透插头和所述第二气体可渗透插头中的每个气体可渗透插头包括经化学处理的聚酯纤维。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述液态金属包括铟和镓。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述液态金属包括汞。

16.一种可穿戴设备，包括：

第一电路，被配置为执行与所述可穿戴设备相关联的第一功能；

第二电路，被配置为执行与所述可穿戴设备相关联的第二功能；以及

至少一个电路连接器，将所述第一电路和所述第二电路相互连接，其中所述至少一个电路连接器包括：

可伸缩壳体，所述可伸缩壳体包括具有第一粘度的液态金属，其中所述可伸缩壳体包括与所述可伸缩壳体的端部相关联的开口，以及

被插入所述开口中的气体可渗透插头，其中所述气体可渗透插头对于至少具有所述第一粘度的任何液体不是液体可渗透的。

17.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中所述液态金属包括铟和镓。

18.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中所述气体可渗透插头包括烧结的塑料珠。

19.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中所述气体可渗透插头包括经化学处理的聚酯纤维。

20.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中所述液态金属包括汞。

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