CN113490327A - 柔性电路结构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种柔性电路结构，包括柔性电路板与芯片，柔性电路板包括多层柔性板，柔性板包括基底层与导电层，柔性电路板包括本体部分与芯片安装部分，芯片设置在芯片安装部分，本体部分与芯片安装部分之间设有镂空区，镂空区环绕芯片安装部分，芯片安装部分中的至少两层导电层分别通过可延展导线与本体部分中的至少两层导电层连接。本申请对多层柔性板进行镂空区的分隔和可延展导线的连接，使芯片安装部分相对于柔性电路板的本体部分形成悬浮结构，达到将芯片与芯片安装部分的连接结构和本体部分进行形变解耦、对芯片安装部分的形变进行补偿的效果，提高了柔性电路结构的可靠性、变形能力及贴合度，并提升了柔性电路性能。
Description
技术领域
本申请涉及柔性电子技术领域，具体涉及一种柔性电路结构。
背景技术
近年来，各种不同材料的柔性衬底不断被开发出来，柔性芯片作为传统刚性芯片的补充应用在柔性衬底上，可以在不适合使用刚性芯片的情况下使用，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。但是，目前国内外的柔性芯片技术才刚刚起步，虽然通过特殊的晶圆减薄工艺、力学设计和封装设计，可以使得刚性芯片呈现出柔性和可弯曲变形的特征，但晶圆减薄工艺过程中极易对芯片造成损伤，导致硅芯片失效，同时也增加了芯片的制造成本。此外，现有柔性芯片的制备条件以及组成电路的各种电子器件的性能相对于传统的电子器件来说仍然不足，因此，柔性芯片目前尚不能完全替代传统刚性芯片的使用。对于目前尚不能实现柔性的刚性芯片，由于芯片与柔性衬底之间存在拉伸刚度、弯曲刚度的巨大差异，使得在柔性电路结构弯曲变形时，芯片引脚与柔性衬底的焊盘连接处存在明显的应力集中，容易造成系统失效，影响柔性电路结构的可靠性，同时，芯片与柔性衬底之间的拉伸刚度、弯曲刚度的巨大差异，也大大影响了柔性电路结构在较大变形中的柔性与贴合性。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供一种柔性电路结构，可以提高多层结构柔性电路的可靠性、变形能力及贴合度，并提升柔性电路性能。
为解决上述技术问题，本申请提供一种柔性电路结构，包括柔性电路板与芯片，所述柔性电路板包括多层柔性板，所述柔性板包括基底层与导电层，所述柔性电路板包括本体部分与芯片安装部分，所述芯片设置在所述芯片安装部分，所述本体部分与所述芯片安装部分之间设有镂空区，所述镂空区环绕所述芯片安装部分，所述芯片安装部分中的至少两层导电层分别通过可延展导线与所述本体部分中的至少两层导电层连接。
可选地，所述芯片安装部分中的各导电层在连接所述可延展导线的对应侧设有多个第一连接部，所述本体部分中的各导电层在朝向所述第一连接部的部分设有多个第二连接部，所述可延展导线的两端分别连接所述第一连接部与所述第二连接部。
可选地，所述可延展导线与位于同一层所述柔性板的所述第一连接部、所述第二连接部之间一体成型，所述基底层的对应所述可延展导线的区域除去形成所述镂空区。
可选地，所述芯片安装部分的一侧表面设有基板焊盘，所述基板焊盘与所述芯片的引脚或焊盘电连接，所述基板焊盘与所述第一连接部电连接。
可选地，所述基板焊盘与位于所述芯片安装部分中的不同导电层的所述第一连接部电连接。
可选地，所述可延展导线的层数小于或等于所述柔性电路板的导电层的层数。
可选地，所述芯片安装部分中的导电层包括用于所述柔性电路结构中位于所述芯片安装部分两侧的电路元件之间进行通讯的导电层。
可选地，所述可延展导线包括用于在所述芯片安装部分与所述本体部分之间进行电连接与机械连接的可延展导线和仅用于在所述芯片安装部分与所述本体部分之间进行机械连接的可延展导线。
可选地，所述可延展导线设置在所述芯片安装部分的四周，所述可延展导线的应变能力为30%~50%。
可选地，所述可延展导线的形状为蛇形和/或螺旋形。
本申请的柔性电路结构，包括柔性电路板与芯片，柔性电路板包括多层柔性板，柔性板包括基底层与导电层，柔性电路板包括本体部分与芯片安装部分，芯片设置在芯片安装部分，本体部分与芯片安装部分之间设有镂空区，镂空区环绕芯片安装部分，芯片安装部分中的至少两层导电层分别通过可延展导线与本体部分中的至少两层导电层连接。本申请对多层柔性板进行镂空区的分隔和可延展导线的连接，使芯片安装部分相对于柔性电路板的本体部分形成悬浮结构，达到将芯片与芯片安装部分的连接结构和本体部分进行形变解耦、对芯片安装部分的形变进行补偿的效果，提高了柔性电路结构的可靠性、变形能力及贴合度，并提升了柔性电路性能。
附图说明
图1是根据一实施例示出的柔性电路结构的局部结构示意图。
图2是根据一实施例示出的柔性电路结构的整体结构示意图。
图3是根据一实施例示出的柔性电路结构处于平面状态下的形态示意图。
图4是根据一实施例示出的柔性电路结构处于弯曲凸起状态下的形态示意图。
图5是根据一实施例示出的柔性电路结构处于弯曲下凹状态下的形态示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
图1是根据一实施例示出的柔性电路结构的局部结构示意图。如图1所示，本实施例的柔性电路结构，包括柔性电路板1与芯片2，柔性电路板1包括本体部分11与芯片安装部分12，芯片2设置在芯片安装部分12，本体部分11与芯片安装部分12之间设有镂空区13，镂空区13环绕芯片安装部分12，芯片安装部分12与本体部分11之间通过可延展导线3连接。
芯片安装部分12的一侧表面设有基板焊盘122，基板焊盘122与芯片2的引脚或焊盘电连接，芯片安装部分12的形状和面积根据芯片2的大小和形状进行设置，镂空区13环绕的形状与芯片安装部分12的形状匹配，镂空区13的尺寸可以根据芯片2的尺寸及贴合物体表面的可延展拉伸情况进行调整。图1所示芯片2的形状为方形，芯片安装部分12的形状对应为方形，镂空区13为方形环状镂空区。实际实现时，在保证芯片2的功能引脚充分引出的情况下，优选最小化芯片安装部分12的面积，以保证整体柔性最大化及高贴合度。本实施例采用的芯片2为8mm×8mm尺寸QFN-68封装的刚性芯片，镂空区13的内沿尺寸为10mm×10mm、外沿尺寸为13.5mm×13.5mm。
可选地，可延展导线3设置在芯片安装部分12的四周，可延展导线3的应变能力为30%~50%，以确保可延展导线3对芯片安装部分12具有支撑及拉伸，达到悬浮效果。可选地，可延展导线3的形状为蛇形和/或螺旋形，在使可延展导线3具有延展性的同时也使得可延展导线3变形时具有极小的阻抗变化，可以理解，可延展导线3的形状但不限于此。
请一并参考图2，柔性电路结构还可进一步包括外围芯片4、外围元件焊盘5、电气连接孔6及数据传输接口7，柔性电路板1呈长条状，但不限于此，数据传输接口7位于柔性电路板1的两端，外围芯片4、外围元件焊盘5、电气连接孔6分布在芯片安装部分12的周围。
通过镂空区13的分隔和可延展导线3的连接，使芯片安装部分12相对于柔性电路板1的本体部分11形成悬浮结构，将芯片安装部分12上的芯片连接结构独立于整体的柔性电路板1之外，达到将芯片2与芯片安装部分12的连接结构和本体部分11进行形变解耦的效果，避免柔性电路结构形变时芯片2与基板焊盘122连接的断裂和失效。同时，可延展导线3可以在柔性电路结构形变时发生变形，对芯片安装部分12的形变进行补偿，使得电路整体变形能力得到有效的加强，提高电路贴合性。如此，本申请的柔性电路结构可以具有更高的可靠性、形变能力和贴合性，尤其适用于使用刚性芯片或柔性相对较差的芯片，相对传统的全柔性电路，本申请将芯片安装部分12独立，解决了芯片2的弹性模量和柔性电路板1的弹性模量存在巨大差异的问题。
如图3所示，当柔性电路结构处于平面状态下时，可延展导线3能够对芯片安装部分12及芯片安装部分12上安装的芯片2起到支撑作用，确保芯片安装部分12、芯片安装部分12上安装的芯片2、芯片安装部分12上的基板焊盘在平面状态下受重力影响而产生的形变最小化，避免芯片2与基板焊盘连接的断裂和失效。在柔性电路结构贴合物体表面形成如图4和图5所示的凸起、下凹等弯曲状态时，悬浮状态的芯片安装部分12能够适应应变，由可延展导线3形变来对芯片安装部分12的位置变化进行补偿，使芯片安装部分12、芯片安装部分12上安装的芯片2、芯片安装部分12上的基板焊盘不产生材料变形，而蛇形或螺旋形的可延展导线3在变形时的阻抗变化极小，从而可以将形变所造成的导线电阻抗的变化最小化，同时使得电路整体变形能力得到有效的加强，提高电路贴合性。
请继续参考图1，柔性电路板1包括多层柔性板14，柔性板14包括基底层与导电层，基底层可以是柔性的PI、PET、PEN薄膜，导电层可采用延展性较佳的压延铜箔，不同层柔性板14的导电层之间通过基底层隔开，形成基底层、导电层交替设置的层叠结构。在本实施例中，柔性电路板1设有六层柔性板14，即设有六层导电层，本体部分11中的基底层和导电层分别与芯片安装部分12中的基底层和导电层一一对应，也就是说，本体部分11中的基底层和导电层分别与芯片安装部分12中的基底层和导电层的层数和排列方式一样。
芯片安装部分12中的至少两层导电层分别通过可延展导线3与本体部分11中的至少两层导电层连接，即导电层和可延展导线3的层数均至少为两层，可选地，可延展导线3的层数小于或等于柔性电路板1的导电层的层数，可延展导线3的层数是指可延展导线3在柔性电路板1的厚度方向上排列的层数，可延展导线3与其连接的导电层同层设置。实际实现时，可以根据芯片2引脚引出的数量、阻抗需求、绝缘需求、柔性电路板1的形变需求以及外围芯片4的走线方向和距离，确定可延展导线3的层数、柔性板14的堆叠数量及和可延展导线3的走线距离。
以图1所示位于顶层的导电层为例，芯片安装部分12中的各导电层在连接可延展导线3的对应侧设有多个第一连接部121，第一连接部121与基板焊盘122一一对应电连接，或者基板焊盘122还可以与位于芯片安装部分12中的不同导电层的第一连接部121电连接，以保证芯片2的引脚或焊盘被充分引出并可以使用具有更多引脚或焊盘的芯片。本体部分11中的各导电层在朝向第一连接部121的部分设有多个第二连接部111，可延展导线3的两端分别连接第一连接部121与第二连接部111。实际实现时，可延展导线3与位于同一层柔性板14的第一连接部121、第二连接部111之间一体成型，也即可以在对柔性板14上的导电层进行电路刻蚀时，同步形成可延展导线3、第一连接部121、第二连接部111以得到一体结构，在完成刻蚀后，基底层的对应可延展导线3的区域可通过激光刻蚀或激光切割的方式除去，从而形成镂空区13。在柔性电路板1的其它导电层制作可延展导线3、第一连接部121、第二连接部111时，可采用相同方式进行，最后，使镂空区13对齐，将完成刻蚀的多层柔性板14依次进行粘合，或者将刻蚀后的多层柔性板14两两进行粘合后再进行整体粘合，即可形成柔性电路板1的芯片安装部分12和本体部分11，并且芯片安装部分12相对本体部分11具有悬浮效果。
可选地，芯片安装部分12中的导电层包括用于柔性电路结构中位于芯片安装部分12两侧的电路元件之间进行通讯的导电层。在本实施例中，柔性电路板1设有六层柔性板14，即设有六层导电层，其中，顶层导电层和底层导电层用于芯片2的连接通讯，最中间两层导电层为用于芯片安装部分12左右电路信号互通的独立通讯层，余下两层导电层分别为供电层和接地层。请一并参考图1与图2，电气连接孔6用于实现不同层的导电层之间的电连接，外围芯片4以及外围元件焊盘5通过可延展导线3与芯片安装部分12的芯片2之间实现通信和信号传输，同时，芯片安装部分12中的最中间两层导电层为用于芯片安装部分12左右信号互通的独立通讯层，使得芯片安装部分12左右两侧的电路可以直接通过芯片安装部分12中的导电层及可延展导线3实现连接，不必绕行走线，有效缩小布线距离、提高阻抗匹配以及降低布线难度，灵活满足走线和布线的需求。此外，通过多层柔性板14和芯片安装部分12的悬浮结构，能够将更高性能和更多引脚的芯片2运用到柔性电路结构中，从而提高柔性电路结构的性能。
可选地，可延展导线3包括用于在与本体部分11之间进行电连接与机械连接的可延展导线3和仅用于在芯片安装部分12与本体部分11之间进行机械连接的可延展导线3。在一些实现中，综合对芯片安装部分12的支撑效果、芯片2的引脚数量、走线设计及电路的复杂程度，可延展导线3中的一部分可以仅起到对芯片安装部分12与本体部分11之间进行机械连接的作用，而不用于电连接，从而可以兼顾悬浮效果和走线需求。
本申请的柔性电路结构，具有如下技术效果：
（1）达到刚性芯片与柔性电路板变形解耦与补偿的目的，保证刚性芯片与柔性电路板上的焊盘的连接不会因为整体柔性电路板发生拉伸或弯曲变形而断裂和失效；同时保证整个电路的柔性，使整个电路贴合性能提高；
（2）解决了外围芯片、外围元件焊盘等走线问题，外围芯片、外围元件焊盘的走线可通过多层的可延展导线实现直接互联，有效缩小布线距离、提高阻抗匹配以及降低布线难度；
（3）可以根据应用场景等情况灵活选择可延展导线的层数，可延展导线对芯片安装部分的整体具有支撑作用，使芯片安装部分在平面状态下不会产生材料变形，将形变所造成的导线电阻抗的变化最小化，同时也能够将更高性能和更多引脚的芯片运用到多层柔性电路板中，从而提高柔性电路的性能；
（4）允许使用更多、更密的引脚芯片，通过多层结构能够确保芯片的引脚被充分运用，使用更高性能更高集成度的处理器，不仅有助于柔性电路性能的提升，而且能够实现减少外围处理器的数量，间接提高柔性电路的柔性。
本申请的柔性电路结构，包括柔性电路板与芯片，柔性电路板包括多层柔性板，柔性板包括基底层与导电层，柔性电路板包括本体部分与芯片安装部分，芯片设置在芯片安装部分，本体部分与芯片安装部分之间设有镂空区，镂空区环绕芯片安装部分，芯片安装部分中的至少两层导电层分别通过可延展导线与本体部分中的至少两层导电层连接。本申请对多层柔性板进行镂空区的分隔和可延展导线的连接，使芯片安装部分相对于柔性电路板的本体部分形成悬浮结构，达到将芯片与芯片安装部分的连接结构和本体部分进行形变解耦、对芯片安装部分的形变进行补偿的效果，提高了柔性电路结构的可靠性、变形能力及贴合度，并提升了柔性电路性能。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种柔性电路结构，其特征在于，包括柔性电路板与芯片，所述柔性电路板包括多层柔性板，所述柔性板包括基底层与导电层，所述柔性电路板包括本体部分与芯片安装部分，所述芯片设置在所述芯片安装部分，所述本体部分与所述芯片安装部分之间设有镂空区，所述镂空区环绕所述芯片安装部分，所述芯片安装部分中的至少两层导电层分别通过可延展导线与所述本体部分中的至少两层导电层连接。
2.根据权利要求1所述的柔性电路结构，其特征在于，所述芯片安装部分中的各导电层在连接所述可延展导线的对应侧设有多个第一连接部，所述本体部分中的各导电层在朝向所述第一连接部的部分设有多个第二连接部，所述可延展导线的两端分别连接所述第一连接部与所述第二连接部。
3.根据权利要求2所述的柔性电路结构，其特征在于，所述可延展导线与位于同一层所述柔性板的所述第一连接部、所述第二连接部之间一体成型，所述基底层的对应所述可延展导线的区域除去形成所述镂空区。
4.根据权利要求2所述的柔性电路结构，其特征在于，所述芯片安装部分的一侧表面设有基板焊盘，所述基板焊盘与所述芯片的引脚或焊盘电连接，所述基板焊盘与所述第一连接部电连接。
5.根据权利要求4所述的柔性电路结构，其特征在于，所述基板焊盘与位于所述芯片安装部分中的不同导电层的所述第一连接部电连接。
6.根据权利要求1所述的柔性电路结构，其特征在于，所述可延展导线的层数小于或等于所述柔性电路板的导电层的层数。
7.根据权利要求1所述的柔性电路结构，其特征在于，所述芯片安装部分中的导电层包括用于所述柔性电路结构中位于所述芯片安装部分两侧的电路元件之间进行通讯的导电层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的柔性电路结构，其特征在于，所述可延展导线包括用于在所述芯片安装部分与所述本体部分之间进行电连接与机械连接的可延展导线和仅用于在所述芯片安装部分与所述本体部分之间进行机械连接的可延展导线。
9.根据权利要求1所述的柔性电路结构，其特征在于，所述可延展导线设置在所述芯片安装部分的四周，所述可延展导线的应变能力为30%~50%。
10.根据权利要求1或9所述的柔性电路结构，其特征在于，所述可延展导线的形状为蛇形和/或螺旋形。
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