CN203055484U - 可拉伸电互连件、耦接接口及服装 - Google Patents

Abstract

一种包括至少一个导电纤维的电互连件、耦接接口及服装，所述至少一个导电纤维经配置以形成可拉伸的交错构造。

Description

可拉伸电互连件、耦接接口及服装

技术领域

本实用新型涉及适用于服装等的可拉伸电互连件领域，以及相应的制造方法。 

背景技术

现已意识到需要能够在电气系统中传送电流或传递电荷的耐磨电气互连件（也成为“电路矩阵”），其可适度地弯曲和拉伸，从而贴合诸如电子服装、柔性显示器、电子人工皮肤和个人健康助理等应用中人体的三维曲线表面。 

通常情况下，可拉伸电互连件的制造方法是使电互连件的金属导电薄膜沉积并结合在橡胶状弹性基片上，其中所述橡胶状弹性基片通常具有平面外波状图案或平面内扭曲图案。所述弹性基片用于使电互连件环绕人体进行一定程度的弯曲和拉伸。但是，弯曲和拉伸可能导致电互连件的金属导电薄膜与弹性基片之间有粘结断裂的趋势，且这可能引起短路以及电互连件的后续电气故障。已提出一些改进，包括使用聚合物CNT或石墨烯合成物来解决分层问题。但是，这些合成物的导电性不及金属。此外，现有的电互连件结构并不适用于环绕上述应用环境中的三维曲线表面反复进行弯曲和拉伸。 

除了形成电互连件的导电纤维外，传感器、致动器、电池和类似部件等电气部件通常也以电气方式连接到其上。但是，可能难以通过焊接技术来将电气部件的电极与电互连件的导电纤维连接，因为电气部件电极和导电纤维具有纤细且易碎的性质。 

实用新型内容

本实用新型旨在减轻上述问题中的至少一个问题。 

本实用新型可涉及几个广泛形式。本实用新型的实施例可包括本文所述不同广泛形式的一个或任意组合。 

在第一广泛形式中，本实用新型提供一种电互连件，所述电互连件包括至少一个导电纤维，其经配置以形成可拉伸的交错构造。 

优选地，所述可拉伸的交错构造可包括编织构造。 

优选地，所述导电纤维可包括以下项中的至少一项：导电聚合物、金属线、漆包金属线、涂覆有聚氨酯的金属线、镀金属的纺织纱线。 

优选地，所述电互连件可包括至少一个非导电纤维，其形成所述可拉伸的交错构造。 

优选地，所述非导电纤维可包括以下项中的至少一项：聚酯、尼龙、氨纶丝，以及这些项的合成物。 

在第二广泛形式中，本实用新型提供一种耦接接口，其用于以电气方式将导电纤维耦接到电气部件的电极，所述耦接接口包括： 

第一部分，其配置成以焊接方式耦接到所述导电纤维；以及 

第二部分，其以刚性方式从所述第一部分延伸，所述第二部分经配置以实现以下项中的至少一项：钩到和扎到所述电气部件的所述电极以与其耦接。 

优选地，所述第一部分可包括圆柱形构造。 

优选地，所述圆柱形构造可包括约2mm的直径。 

优选地，所述第二部分可包括形成环形和连环构造(loop configuration)中的至少一种构造的线，所述第二部分经配置以将所述电气部件的所述电极钩在或扎在其周围。 

优选地，所述线可包括约1mm的直径。 

优选地，本实用新型可包括导电浆料，其适用于覆盖至少所述耦接接口与以下项中的至少一项之间的耦接点：导电纤维和电气部件的电极。 

优选地，所述导电纤维可包括电互连件的导电纤维。 

在第三广泛形式中，本实用新型提供一种形成电互连件的方法，所述方法包括：使至少一个导电纤维形成可拉伸的交错构造。 

优选地，所述可拉伸的交错构造可包括编织构造。 

优选地，所述导电纤维可包括以下项中的至少一项：导电聚合物、金属线、漆包金属线、涂覆有聚氨酯的金属线、镀金属的纺织纱线。 

优选地，所述电互连件可包括至少一个非导电纤维，其形成所述可拉伸的交错构造。 

优选地，所述非导电纤维可包括以下项中的至少一项：聚酯、尼龙、氨纶丝，以及这些项的合成物。 

在第四广泛形式中，本实用新型提供一种方法，用于以电气方式经由耦接接口将导电纤维耦接到电气部件的电极，所述方法包括以下步骤： 

将所述耦接接口的第一部分焊接到所述导电纤维；以及 

将所述电气部件的所述电极与所述耦接接口的第二部分钩在或扎在一起，其中所述第二部分以刚性方式从所述第一部分延伸。 

优选地，所述第一部分可包括圆柱形构造。 

优选地，所述圆柱形构造可包括约2mm的直径。 

优选地，所述第二部分可包括形成环形和连环构造中的至少一种构造的线。 

优选地，所述线可包括约1mm的直径。 

优选地，本实用新型可包括包裹步骤，其用导电浆料包裹至少所述耦接接口与以下项中的至少一项之间的耦接点：电线和所述电气部件的所述电极。 

通常情况下，所述浆料可包括弹性体，其包括金颗粒和碳颗粒中的至少一种颗粒。 

在第五广泛形式中，本实用新型提供一种服装，其包括根据本实用新型的第一广泛形式形成的电互连件。 

有利地，在本实用新型中，所述至少一个导电纤维经配置以形成可拉伸的交错构造，例如，编织构造，其中所述至少一个导线纤维形成不结合到弹性基片的交错线圈。因此，所述交错线圈可在所述可拉伸的交错构造的结构内自由滑动并改变自己的几何形状，这有助于在环绕三维曲线表面弯曲并拉伸时维持电气性质。相反，传统方法涉及将电互连件以粘合方式结合到成弧形的独立橡胶状或硅酮状基片在现有技术中，可拉伸性受到结合整体性的限制，这可能容易导致应力集中于弹性基片的脊部部分和凹槽部分。 

本实用新型的其他优点包括：涉及一种相对简单的结构；重量相对较轻；以及可相对较为容易且较为节约成本地使用现有技术进行制造。此外，由于导电纤维与弹性纤维之间以交错方式形成一体，因此导电纤维可更自由地移动，且这可减轻应力集中于电互连件的编织线圈的脊部和凹槽部分中的情况。同样有利地，在电互连件的编织过程中，能够形成任意形状的织物，这与使用编织互连件的现有技术相对。 

同样有利地，所述耦接接口提供一种相对容易的方式来以电气方式将电互连件的导电纤维与诸如传感器等电气部件耦接。所述耦接接口的所述第一部分可有助于提供能够将相对纤细且易碎的导电线焊接到其上的更大表面区域。所述耦接接口的第二部分也可提供无需焊接即可将电气部件的相对纤细且易碎的电极钩到、系到或扎到其上的方便点。通过额外使用导电浆料来覆盖至少所述耦接接口与导线纤维和电气部件的电极中的至少一者之间的耦接点，也有助于提高导电性。所述浆料也可包括以下额外优点中的至少一个优点：(i)在所耦接的电气部件与电互连件之间实现应变消除；(ii)对湿气的惰性相对较高，从而减少氧化作用；(iii)有助于实现非焊接结合；以及(iv)能够轻易地变形，以覆盖所述耦接接口。 

附图说明

以下参阅附图对优选但非限定性实施例的详细说明有助于更为全面地了解本实用新型，其中： 

图1是根据本实用新型的实施例使用的漆包铜线的SEM显微照片； 

图2是描绘图1所示核心直径为20μm的漆包铜线的机电性质的图表； 

图3描绘用于形成根据本实用新型实施例的编织电互连件的示例性纬编圆形编织机； 

图4描绘根据本实用新型实施例的交错电互连件的微观结构； 

图5描绘在对本实用新型实施例进行测试期间所应用的三维冲压测试的示意图； 

图6描绘三维冲压测试的数学分析中所用的相关参数； 

图7描绘用于实施三维冲压测试的示例性装置； 

图8描绘根据本实用新型的一项实施例的交错电互连件的电气和机械性质； 

图9(a)到图9(c)描绘响应于三维冲压测试，根据本实用新型实施例形成的交错电互连件的几何形状变化； 

图10所示图表描绘对本实用新型的一项实施例进行的循环机电测试的结果； 

图11描绘使用根据本实用新型的一项实施例形成的20μm的交错电互连件的寿命周期； 

图12所示图表描绘根据本实用新型实施例形成的具有不同直径的铜线的交错电互连件的初始电阻； 

图13所示图表描绘根据本实用新型各实施例形成的具有不同直径的铜线的交错电互连件的相对电阻变化； 

图14所示图表针对根据本实用新型实施例形成的具有不同直径的铜线的交错电互连件，描绘其在测试期间受到78％平均织物应变时的平均寿命周期； 

图15(a)到15(b)所示微观结构图描绘在对本实用新型实施例进行疲劳测试期间，分别因铜线与不锈钢球之间的机械压缩，以及这两者之间的摩擦而对铜线造成的损坏； 

图16(a)到16(c)描绘根据本实用新型实施例的交错电互连件，其中分别使用单根铜线、两个经线中的双线、以及单个经线中的双线。 

图17所示图表描绘所测试的本实用新型实施例的相对电阻变化与平均应变； 

图18描绘根据本实用新型的一项实施例形成的可拉伸电互连件的平面结构； 

图19(a)到图19(b)描绘根据本实用新型实施例的交错电互连件的示例性编织过程，包括手工编织和机器编织； 

图20(a)到图20(b)描绘根据本实用新型实施例形成的编织电互连件的不同图案，其分别包括矩阵图案和阵列图案； 

图21所示图表描绘根据本实用新型的一项实施例一体形成于护膝垫中的可拉伸电互连件的电阻变化，其中穿戴护膝垫的对象在测试过程中反复不定地站立、弯身和行走； 

图22描绘用于将传感器电极耦接到电互连件的导电纤维的典型布置； 

图23描绘根据本实用新型进一步实施例的耦接接口，其中所述耦接接口配置成以电气方式将传感器电极耦接到电互连件的导电线。 

具体实施方式

现在将参阅图1到图21来描绘本实用新型的第一项实施例，其中可弯曲且可拉伸的电互连件通过将导电铜线与多个弹性聚酯纤维和氨纶丝编织在一起而一体形成。也参阅图22和图23来描述本实用新型的进一步实施例，其中耦接接口用于将诸如传感器等电气部件耦接到电互连件。 

传统技术涉及这样一种方法，其将电互连件以粘合方式结合到成弧形的独立橡胶状或硅酮状基片。在现有技术中，可拉伸性受到结合整体性的限制，这可能容易导致应力集中于弹性基片的脊部部分和凹槽部分。 

相反，本实用新型的实施例适用于电子服装和类似应用等应用，因为在使用中，编织电互连件结构的编织线圈能够适应环绕诸如人体部位等三维曲线表面的反复弯曲和拉伸，而不致使电互连件的电气性质显著减少。值得注意地，金属线在编织电互连件内交错，而不是结合到单独的弹性基件，因此电互连件的编织线圈能够在拉伸时滑动并改变自己的几何形状。因此，能够在反复弯曲或拉伸以贴合三维曲线体形状时大体维持电互连件内金属线的电气性质。 

电互连件通过将超细漆包金属线与聚酯和弹性氨纶丝一起共编织(co-knit)成平面、凸纹、连锁或其他任何编织构造而制成，所述编织构造具有类似于图18所示线圈的交错编织线圈(180)。金属线可编织到织物中，以同时位于经线(即，横向)和凸纹(纵向)方向上，这可通过使用嵌花编织图案来实现。当编织到电互连件中时，金属线可形成图20(a)所示的矩阵图案(200a)，或图20(b)所示的阵列图案(200b)。 

图4所示是交错电互连件的微观结构，其中金属线(40)、聚酯纤维(41)和氨纶丝(42)一体形成于经线(即，线圈行)中。由于核心直径为20μm的超细铜线的抗拉强度小于0.1N(参阅图2)，因此聚酯和从下供料的氨纶丝编入相同经线中，以便安全地进行制造操作。 

编织过程可通过手工完成，如图19(a)所示，或者更方便地，可使用纬编圆形编织机或横编织机完成，如图3和图19(b)所示。 

这些实施例中所用的超细漆包金属线包括超细漆包铜线，例如中国上海金恒超细漆包线有限公司(Shanghai Gold Ever Super Fine Enamelled Wire Co.，Ltd)所生产的超细漆包铜线。在替代性实施例中，可使用其他合适的导电金属线，包括银线或金线。有利地，此类漆包金属线适度地可弯曲，以与电互连件的编织弹性基片形成一体，且也通过聚氨酯薄膜而绝缘，从而在弹性基片纵向拉伸时减少短路的风险。铜线的直径范围介于20μm到80μm之间，且铜线涂覆有几微米厚的聚氨酯。 

图1中的SEM显微照片描绘用于本实用新型的实施例中的核心直径为20μm的示例性漆包铜线(10)。线的表面平滑，尽管因制造条件存在缺陷而可能存在某些微小杂 质，但漆包铜线(10)在交错于编织结构内之后仍保持完好无缺。通常情况下，20μm线的单位电阻是0.55欧姆/厘米。图2所示是该漆包铜线的机电性质。5cm长度铜线的初始电阻是约2.75欧姆，到发生电气故障之前，电阻增加19.27％到3.28欧姆，其中电气故障发生于施加0.1N的力而产生7％到8％的应变时。在拉力测试期间，漆包铜线的电阻Rc可用以下等式表示： 

R_c＝R₀+kε        (1) 

其中k是常数(k≈0.05)，且ε代表应变。 

在本实用新型的实施例中，编织的聚酯和弹性氨纶丝有助于提供电互连件的弹性基片。聚酯的介电常数是约3.2。编织的基片与氨纶丝能够承受反复的大范围变形，直至断裂(＞300％的应变)。此外，对可移动的曲线体形状而言，其相对较柔软和贴合。此外，在使用高效制造技术时，生产成本相对较低。 

使用三维冲压测试来证实交错电互连件在贴合三维曲线体方面的适用性。实验结果表明，在循环冲压测试期间，能够在三维变形的同时维持交错电互连件的电气完整性。已在实验中研究并将在下文详细描述可拉伸互连件的若干参数，包括导体直径，弹性氨纶丝的含量，以及织物结构。 

为了证实实施例包裹曲线形状的能力，以及适度地适应对象移动的能力，进行适用于纺织物的三维球冲压测试。球冲压仪器由以下项组成：固持测试样本的夹持机构；以及连接到英斯特朗(Instron)公司制造的万能材料试验机(Universal Materials Tester)的可移动组件的不锈钢球(50)。测试中所用的磨光不锈钢球(50)具有25.400±0.005mm的直径，且成球形。环状夹具的内直径为44.450±0.025mm。图5所示是三维冲压测试布置的示意图。 

通过使球移位而将不锈钢球(50)推入交错电互连件(51)样本中，相应的力由英斯特朗(Instron)进行记录。可拉伸互连件(51)的电阻同时由万用表进行记录。在电互连件与球(50)的接触区域以外的区域中，由于电互连件的厚度相对于它的其他尺寸而言十分薄，因此可将主要变形模式视作膜拉伸。在电互连件(51)与球(50)直接接触的区域中，发生一种复杂过程，包括电互连件的弯曲、剪切应变、侧向压缩、摩擦以及膜拉伸。为了简化分析，对交错电互连件(51)使用平均膜应变。在变形过程中，将总样本长度分成两个单独元件：L和S。如图6(a)和(6b)所示，由于总测量装置是对称的，因此仅研究样本的右半部分。在图6(a)中D＜r，且在图(6b)中，D＞r。根据直角三角形的主要性质，L可用下列等式表示： 

$L=\sqrt{D^2+R^2-2\mathrm{Dr}}---\left(2\right)$

其中D是不锈钢球底点的垂直位移，R和r分别是环状夹具和球的半径。 

球与织物之间的接触区域的弧长用符号S表示。当位移D小于球的半径r时，弧长S的相应弧度θ₁可用以下等式进行计算： 

θ₁＝arctan[R/(r-D)]-arctan(L/r)    (3) 

当球的位移D大于球的半径r时，相应弧度θ₂将用以下等式表示： 

θ₂＝π-arctan[R/(D-r)]-arctan(L/r)    (4) 

球与织物之间的接触区域的弧长S可用以下等式确定： 

S＝rθ_1/2    (5) 

因此，样本 

在球冲压测试期间的平均应变可用以下等式确定： 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}=(L+S-R)/R\×100\%---\left(6\right)$

如图7所示，交错电互连件样本(70)牢固地紧固在环状夹具中而不拉紧。含有金属导体线的经线位于样本的中间部分中，实现该状态的方法是在将样本放入夹具(71)之前，在样本上形成与夹具形状相同的圆圈。金属导体线连接到与个人计算机(73)相连的数字万用表(72)。在通过英斯特朗万能材料试验机(Instron Universal Material Tester)用球冲压附件进行三维变形的同时记录电阻。 

在第一项三维球冲压测量中，交错电互连件拉伸，直到其发生电气或机械故障。球以300mm/min的速度推入样本中。电阻以100ms的时间间隔进行记录。图8所示是一个测试样本的电气和机械特性，所述特性随所施加的平均应变而变，所述平均应变用上述等式2到等式6进行计算。编织的弹性基片至多可在对可移动不锈钢球施加600N的峰值力时，拉伸到300％的应变。交错电互连件能够维持稳定电阻，直到拉伸程度超出100％的平均伸长，其中所述平均伸长是弹性基片的机械断裂应变的三分之一。 

这种令人满意的性能有助于铜线与弹性基片之间进行交错结合，其可通过编织结构来实现。当编织结构进行二维拉伸时，力-位移曲线中存在三个一般性变形阶段。纱线内或纤维之间的摩擦在初始阶段中最具影响力；纱线弯曲或“矫直”在曲线的主要区域中显著，此时弯曲的纱线具有抗弯曲并拉直的倾向。最后，纱线侧向压缩和轴向伸长在曲线的较后部分中最为显著。当覆盖三维不锈钢球的交错电互连件在100％应变内拉伸时，将出现两个明显现象。首先，每个线圈的几何形状将改变；第二，包括铜线的纱线段在线圈线脚之间自由转移。如图9(a)所示，在冲压测试之前，铜线具有均匀的未拉伸连 环构造。每个线圈的长度l_lo可用以下等式表示： 

l_lo＝2r₁(2π-φ)+2l₁    (7) 

其中r₁是上下圈的半径，l₁是上下圈之间的距离。因此，导体的总长度l_c可大体从以下等式得出： 

l_c＝l_lol_s/l₂     (8) 

其中l_s是编织电互连件的总长度，且l₂是两个相邻线圈之间的距离。当受到球的冲压时，将发生一个复杂过程，在该过程中，线圈中各段出现弯曲、剪切应变、膜拉伸和侧向压缩。线圈的几何形状将以不均匀的方式改变。图9(b)描绘当样本拉伸到约40％的平均应变时，与球直接接触的矩形线圈的几何形状。此时，每个单元的长度l_u1可用以下等式表示： 

l_u1＝d₁+d₂+2h    (9) 

但是，不与钢球接触的线圈具有不同的几何形状变化。图9(c)描绘六角形构造。此时，每个单元的长度l_u2可用以下等式确定： 

l_u2＝2(a+b+c+d)      (10) 

因此，铜线在三维变形后的总长度l’_c可用以下等式表示： 

l′_c＝∑l_u1+∑l_u2      (11) 

因此，铜线在三维冲压实验中的平均轴向应变 可用以下等式确定： 

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ϵ}}_c}=({l^{\′}}_c-l_c)/l_c\×100\%---\left(12\right)$

铜线在发生线圈段转移时轴向拉伸。为了确定铜线的等效应变，在三维冲压测试之前和之后对线圈长度进行测量。下面的表1列出了铜线为伸长而发生的平均轴向应变： 

表1．编织基片伸长不同的金属线的平均轴向应变 

这与所测试的其他实施例样本一致，因此我们发现，当织物伸长到30％时，拉曼 (Raman)显微镜所测量的最大纤维应变小于1％。 

超过100％应变时，电阻几乎随平均应变线性增加，类似于图2所示漆包铜线的拉伸性能。我们还发现，在发生电气故障后，编织的弹性基片仍然能够拉伸，这表明，此类高弹性的可拉伸性基片适用于可变形曲线体上的弹性电子装置。 

三维循环冲压测试中还证明了交错电互连件的耐久性。球以500mm/min的速度推入样本中。如图10所示，在5000个循环中，基于最大移位是22mm(约基片的46％平均应变)，样本的最小和最大电阻分别是44.15欧姆和44.35欧姆。电阻变化是0.45％，用下式进行计算： 

(R_max-R_min)/R_max×100％     (13) 

在对实施例的替代性测试中，不锈钢球以500mm/min的速度对编织物进行循环冲压。在1250个循环中，基于编织物的平均应变是160％，实施例的最小和最大电阻分别是9.17欧姆和9.30欧姆。用等式13计算，电阻变化为1.40％，这表明，编织物实施例相当耐久。 

上述实验测试所得的证据表明，在重复变形的曲线形状上，交错电互连件具有持久性和电气完整性。为了确定交错电互连件的疲劳时间，在发生电气故障前以给定的标称位移(应变)对两个到四个样本进行三维循环冲压测试。观察交错电互连件的平均寿命。 

图11描绘在施加从40％到200％的平均应变时，交错电互连件的平均寿命周期。平均应变为40％时，包括直径为20μm的铜线的样本能够经受住5000个冲压循环。为了估计交错互连件(interlaced interconnect)的疲劳寿命，使用Coffin-Manson定律。交错电互连件的平均寿命是纤维应变的函数，且可用以下等式进行估计： 

$N=5.22{\left(\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ϵ}}_c}\right)}^{-12.11}---\left(14\right)$

为了适应样本随曲线表面的运动，弹性电互连件需要具有高度导电性、可拉伸性，电稳定性以及较长的疲劳时间。上述交错电互连件表现出覆盖变形的曲线体的各种潜能，其具有令人满意的可拉伸性和耐久性。为了进一步提高性能，基于交错电互连件的功能来检查若干参数的影响。这些参数包括漆包铜线的直径、氨纶丝的量，以及编织机的规格。 

交错电互连件用直径从20μm到80μm的各种铜线制成。在三维冲压测试中，用长度为25cm的样本来评估初始电阻、可拉伸性和耐久性。 

图12证实，这些互连件的初始电阻R_i符合横截面均匀的导体的电阻定律，也就是说， 

R_i＝4ρll(πd²)     (15) 

其中l是电互连件中漆包铜线的线圈长度，且d是铜线的直径。因此，对于相同的样本长度，用于制造交错电互连件的铜线越粗，该交错电互连件的导电性就越强。 

在单向拉伸测试中，较细的线能够相对于较粗的线而沿轴向进行更大程度的拉伸。但是，在三维冲压测试中，在发生电气故障之前，用50μm铜线制成的电互连件样本的可拉伸性最大，如图13所示。这种独特现象在疲劳时间测量的分析中更为明显。图14描绘用各种直径的漆包铜线制成、处于78％平均应变的交错电互连件的平均寿命。我们观察到，在循环三维冲压测试下，直径是50μm的样本相对于用相对较细的线制成的样本而言更为耐久。 

这一意外结果促使我们进行进一步调查。基于对三维冲压测试期间连环构造的几何形状改变的分析，铜线的应变分布具有以下几个分量：因弯曲、侧向压缩、扭转和轴向拉伸而引起的应变，以及因机械压缩和线与不锈钢球之间的摩擦而引起的局部应变。铜线的应变对交错互连件的可拉伸性和耐久性而言至关重要。在单纯拉伸测试中，由于铜线与钢球之间没有机械压缩和摩擦，因此较细铜线的弯曲和扭转刚性较低，因此相应的应变分量也很小。因此，预期较细的线更为耐久。但是，在三维冲压测试中，疲劳首先是由因铜线与球之间的高度侧向压缩和摩擦所引起的机械磨损而导致的。图15(a)和15(b)描绘在经历平均应变为78％的疲劳测试之后，漆包铜线的损坏。显然，球与基片之间的机械磨损发生于与不锈钢球直接接触的区域内。线受到局部化的扭曲和摩擦。织物不与球直接接触的区域中未发生任何故障。换言之，疲劳主要是由球与基片之间的高度压缩和摩擦所引起的机械磨损而导致的，而不是循环膜拉伸的作用。因此，机械压缩和摩擦的影响超过导致交错电互连件的寿命不同的纤维直径的影响。图15(a)描绘因线与球之间的机械压缩而引起的损坏(150a)，而图15(b)描绘因线与球之间的机械摩擦而引起的损坏(150b)。 

可将多根铜线并入编织的电互连件结构中，以适应较大电流。图16(a)到图16(c)描绘由直径为30μm的单根/多根铜线制成的交错电互连件。具体而言，图16(a)描绘使用单根铜线的交错电互连件(160a)，图16(b)描绘在两个经线中使用双线的交错互连件(160b)，且图16(c)描绘在一个经线中使用双线的交错互连件(160c)。交错电互连件中的导体由两个经线中的一根或两根铜线，以及一个经线中的两根铜线构成。下面的表2列出了长度为25cm的初始电阻的性能，以及约78％应变下的疲劳时间。使铜线加倍后，初始电阻将下降到一半，这点已预期到。两个经线中有双线的样本的寿命周期是只有单线的样本的两倍。但是，所述样本的导电性和疲劳时间仍然远低于由单根50 μm铜线制成的交错电互连件。 

表2.样本的电阻和寿命 

弹性氨纶丝能够提高交错电互连件的弹性性质。如图17所示，在三维冲压测试中，具有从下供料的氨纶丝的样本可以多于不具有氨纶丝的样本的100％应变进行拉伸。不同的交错电互连件能够通过分别添加40和70旦尼尔的氨纶丝来制成。表3中列出了25cm互连件的初始电阻，以及78％应变下的疲劳时间。初始电阻不受氨纶丝量的影响，而具有70旦尼尔氨纶丝的样本的寿命增加了20％。铜线被较大量的氨纶丝所覆盖，从而避免了与球的机械压缩和摩擦。因此，通过使用较大量的氨纶丝可提高抗疲劳性。 

表3.具有不同量氨纶丝的电阻和寿命 

根据上述的实验结果，在冲压测试中，局部机械压缩和摩擦对抗疲劳性的影响明显大于因铜线的弯曲和扭转应变而引起的影响。为了进一步确定该观察结果，进行另一项实验，其中，将相同的材料和织物结构用于两个电互连件，但通过改变编织机的规格(每单位长度的针数)来改变织物的紧密度。因此，标号大的织物基片每单位长度将具有更多的线圈，也就是说，在更加紧密填充的织物中，因铜线的弯曲和扭转而引起的变形应变更大。我们使用30μm铜线和通过规格22和规格25编织机共编织的弹性互连件。如表4所示，与预期相同，由于铜长度增加，因此由25规格的机器制成的样本具有更大的初始电阻。78％应变下的寿命周期不受编织线圈中铜线的变形应变的改变影响，也就是不受编织机规格的改变影响。 

表4.不同规格编织机的电阻和寿命 

除了说明可拉伸性和耐久性之外，本实用新型的实施例也说明可洗性。参照标准 AATCC135而自动地对在经线方向上均含有铜线的22个样本实施例进行30个循环的机洗。我们发现，18个样本能够承受30个循环以上的洗涤而电阻恒定，而4个样本在至少3个洗涤循环完成后测试失败。该结果表明，交错电互连件可进行洗涤，从而用于适宜穿戴的应用。可在未来防止出现失败的样本，方法是在将导体编入编织的织物中之前，用化学或机械绝缘来保护导电线。 

总结说来，本实用新型的实施例提供一种交错的可拉伸电互连件，其适度地可弯曲和可拉伸，以反复贴合三维曲线体。超细漆包金属线并入弹性编织织物结构中。所述电互连件呈现出令人满意的导电性、较大可拉伸性和耐久性。它在40％平均应变下的三维冲压疲劳测试中达到了5000个以上寿命循环。进一步的调查表明，在三维冲压测试中，影响抗疲劳性的最主要因素是金属线与不锈钢球之间的机械压缩和摩擦，而金属线的直径起次要作用。三维冲压测量中的此类可拉伸和耐久性能表明，所述交错弹性互连件能够包裹可变形的曲线体形状。一个实例应用是使用交错互连件的可拉伸传感器矩阵，其用于适宜穿戴的电子装置。 

图21描绘样本实施例的测试结果，所述样本实施例采用包括可拉伸交错电互连件的护膝形式，在测试中，电阻针对不同身体姿势来进行测量，包括站立、膝盖以不同角度弯曲，以及行走。显然，响应于膝盖的运动，电互连件的电阻保持大体不变。因此，本实用新型的实施例可适当地穿戴在人体上，以实时监控人类活动，手势以及人类生命体征。 

在进一步实施例中，提供耦接接口，以将诸如传感器、致动器和电池等电子部件与交错电互连件耦接。 

图22描绘将传感器部件(220)的接口电极(220a)与电互连件(221)的导电纤维(221a)连接的当前布置。电极(220a)是镀银尼龙纱线，其易碎且纤细，因此不适于焊接到导电纤维(221a)。 

图23描绘有助于使电互连件的导电纤维(230)与传感器(231)的柔软电极(231a)紧密接触的进一步实施例。耦接接口包括第一部分(232a)，其采用直径约为2mm的圆柱形卷筒的形式。第二部分(232b)以刚性方式从所述第一部分延伸，且包括由直径约为1mm的金属线形成的闭合环。 

如图23所示，第一部分的圆柱形卷筒(232a)提供相对较宽的表面，以相对容易地将电互连件的导电线(230)焊接到其上。此外，环(232b)提供相对较宽的结构，以轻松地将电气部件的电极(231a)钩到或系到其上，而不需要进行焊接。形成耦接接口的环(232b)的线相对于电气部件的电极而言直径相对较大。 

在将电极(231a)扎到环(232b)且将导电纤维(230)焊接到圆柱形部分(232a) 之后，将导电浆料(233)覆盖在整个耦接接口上，包括耦接接口与所述电极(231a)和与所述导电纤维(230)的接触点。所述将料(233)是包括以下项中的至少一项的弹性体：铜、金、银和碳颗粒。 

在该耦接接口实施例的测试中，进行三维球冲压测试。将样本紧固在环状夹具中而不拉伸，连接点位于中间部分中。当样本受到不锈钢球的冲压时，以0.05秒/数据的速度来记录电阻。钢球的速度是305毫米/分。我们发现，电阻在150％平均膜应变内保持稳定，这表明，当前方法十分适用于在可拉伸电子装置中进行钢挠结合的连接。 

本实用新型的实施例满足适于穿戴的电子装置的各种要求。因此，它们可用于人体上，以实时提供生物医学和人类活动监控，手势以及人类生命体征。例如，可拉伸电互连件可并入穿戴于对象上的服装中，且可方便地将一系列传感器连接在一起，并与电互连件相连，从而监控对象的生命生物医学体征。 

所属领域的一般技术人员将认识到，在不超出本实用新型的范围的情况下，本实用新型允许存在具体描述内容以外的各种变化和修改。所有此类变化和修改可由所属领域的一般技术人员轻松了解，且如上文宽泛地所述，应将所有此类变化和修改视作落在本实用新型的精神和范围内。应了解，本实用新型包括所有此类变化和修改。本实用新型也包括说明书中单独或统一提及或指出的所有步骤和特征，以及任意两个或两个以上所述步骤或特征的任意和所有组合。 

本说明书中对任何现有技术的参考不是，且不应视作认可或以任何形式暗示该现有技术形成公知常识的一部分。 

Claims (27)

1.一种电互连件，所述电互连件包括至少一个导电纤维，其经配置以形成可拉伸的交错构造。 

2.根据权利要求1所述的电互连件，其中所述可拉伸的交错构造包括编织构造。 

3.根据权利要求1或2所述的电互连件，其中所述导电纤维包括以下项中的至少一项：导电聚合物、金属线、漆包金属线、涂覆有聚氨酯的金属线，以及镀金属的纺织纱线。 

4.根据权利要求1或2所述的电互连件，其包括形成所述可拉伸的交错构造的至少一个非导电纤维。 

5.根据权利要求3所述的电互连件，其包括至少形成所述可拉伸的交错构造的至少一个非导电纤维。 

6.根据权利要求4所述的电互连件，其中所述非导电纤维包括以下项中的至少一项：聚酯、尼龙、氨纶丝，以及这些项的合成物。 

7.根据权利要求5所述的电互连件，其中所述非导电纤维包括以下项中的至少一项：聚酯、尼龙、氨纶丝，以及这些项的合成物。 

8.一种耦接接口，其用于以电气方式将导电纤维耦接到电气部件的电极，所述耦接接口包括： 

第一部分，其配置成以焊接方式耦接到所述导电纤维；以及 

第二部分，其以刚性方式从所述第一部分延伸，所述第二部分经配置以实现以下项中的至少一项：钩到和扎到所述电气部件的所述电极以与其耦接。 

9.根据权利要求8所述的耦接接口，其中所述第一部分包括圆柱形构造。 

10.根据权利要求9所述的耦接接口，其中所述圆柱形构造包括约2mm的直径。 

11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的耦接接口，其中所述第二部分包括形成环形和连环构造中的至少一种构造的线，所述第二部分经配置以将所述电气部件的所述电极钩在或扎在其周围。 

12.根据权利要求11所述的耦接接口，其中所述线包括约1mm的直径。 

13.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的耦接接口，其包括导电浆料，所述导电浆料适用于覆盖至少所述耦接接口与以下项中的至少一项之间的耦接点：所述导电纤维和所述电气部件的所述电极。 

14.根据权利要求11所述的耦接接口，其包括导电浆料，所述导电浆料适用于覆盖至少所述耦接接口与以下项中的至少一项之间的耦接点：所述导电纤维和所述电气部件的所述电极。 

15.根据权利要求12所述的耦接接口，其包括导电浆料，所述导电浆料适用于覆盖至少所述耦接接口与以下项中的至少一项之间的耦接点：所述导电纤维和所述电气部件的所述电极。 

16.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的耦接接口，其中所述导电纤维包括电互连件的导电纤维。 

17.根据权利要求11所述的耦接接口，其中所述导电纤维包括电互连件的导电纤维。 

18.根据权利要求12所述的耦接接口，其中所述导电纤维包括电互连件的导电纤维。 

19.根据权利要求13所述的耦接接口，其中所述导电纤维包括电互连件的导电纤维。 

20.根据权利要求14所述的耦接接口，其中所述导电纤维包括电互连件的导电纤维。 

21.根据权利要求15所述的耦接接口，其中所述导电纤维包括电互连件的导电纤维。 

22.一种服装，其包括根据权利要求1到2中任一权利要求形成的电互连件。 

23.一种服装，其包括根据权利要求3形成的电互连件。 

24.一种服装，其包括根据权利要求4形成的电互连件。 

25.一种服装，其包括根据权利要求5形成的电互连件。 

26.一种服装，其包括根据权利要求6形成的电互连件。 

27.一种服装，其包括根据权利要求7形成的电互连件。 

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