KR20170049599A - 임베디드 전기 컴포넌트를 갖는 패브릭 - Google Patents

임베디드 전기 컴포넌트를 갖는 패브릭 Download PDF

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Abstract

장치는 섬유(74)로 형성된 패브릭(62); 및 제1 및 제2 수직 섬유 안내 구조물을 갖는 전기 컴포넌트(20)를 포함하고, 섬유들 중 제1 섬유는 제1 섬유 안내 구조물 내에 납땜되고 섬유들 중 제2 섬유는 제2 섬유 안내 구조물 내에 납땜된다.

Description

임베디드 전기 컴포넌트를 갖는 패브릭{FABRIC WITH EMBEDDED ELECTRICAL COMPONENTS}
본 출원은 2014년 9월 30일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/057,368호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패브릭에 실장된 전기 컴포넌트들을 갖는 전자 디바이스에 관한 것이다.
패브릭은 금속 와이어 및 기타 전도성 섬유가 제공될 수 있다. 이들 섬유는 전기 컴포넌트를 위해 신호를 전달하는 데 사용될 수 있다. 전자 디바이스는 전기 컴포넌트를 포함하는 패브릭으로 형성될 수 있다.
패브릭에 전기 컴포넌트를 실장할 때 문제가 발생할 수 있다. 주의를 기울이지 않으면, 패브릭에 가해지는 스트레스로 인해 전기 컴포넌트가 제거되는 경향이 있다. 신호 경로가 제대로 격리되지 않으면 단락이 발생할 수 있다. 지나치게 눈에 띄는 실장 배열은 보기 흉할 수 있다.
전자 디바이스용 패브릭에 전기 컴포넌트를 실장하기 위한 개선된 기술을 제공함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
전자 디바이스는 얽힌 섬유(intertwined fiber)로 형성된 패브릭을 포함할 수 있다. 전기 컴포넌트는 섬유에 실장될 수 있다. 섬유는 전기 컴포넌트와 전자 디바이스 내의 제어 회로부 사이에서 신호를 전달하는 전도성 섬유를 포함할 수 있다.
컴포넌트 접촉부는 컴포넌트용 패키지 상에 형성될 수 있다. 각각의 컴포넌트는 전기 접속부를 사용하여 패브릭 내의 섬유에 결합될 수 있다. 패브릭은 경사(warp) 및 위사(weft) 섬유들 또는 다른 적합한 패브릭을 갖는 직조 패브릭(woven fabric)일 수 있다.
제1 전기 접속부는 제1 접촉부와 제1 섬유 사이에 형성될 수 있다. 제2 전기 접속부는 제2 접촉부와 제2 섬유 사이에 형성될 수 있다. 선택적 추가 접속부는 또한 하나 이상의 다른 섬유로 제조될 수 있다. 접속부는 상이한 유형의 접속 재료 및/또는 상이한 유형의 접속 구조물을 사용하여 형성될 수 있다.
패브릭의 섬유가 컴포넌트와 중첩되게 하여 컴포넌트를 제 위치에 고정시키는 데 도움이 되는 패브릭 구성이 또한 사용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 전자 디바이스의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 패브릭에 실장된 전기 컴포넌트를 포함하는 전자 디바이스를 형성하기 위한 예시적인 장비의 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 패브릭을 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 직조 장비의 측면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 전기 컴포넌트들을 패브릭에 실장하기 위한 예시적인 픽앤플레이스 머신의 측면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 예시적인 패브릭의 일부분의 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 패브릭에의 전기 컴포넌트의 부착을 용이하게 하는 데 사용될 수 있는 유형의 패키지를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유에 부착한 후의 도 7의 전기 컴포넌트의 사시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 경사 섬유들의 두 세트 사이에 위사 섬유가 어떻게 삽입될 수 있는지를 도시하는 직조 머신의 일부분의 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 위사 섬유가 경사 섬유들 사이에 삽입된 후 전자 컴포넌트를 위사 섬유와 정렬시키는 데 픽앤플레이스 머신이 어떻게 사용될 수 있는지를 도시하는 도 9의 직조 머신의 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른, 픽앤플레이스 머신을 이용하여 위사 섬유에 전자 컴포넌트를 부착한 후의 도 10의 직조 머신의 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른, 직조 머신 내의 리드가 위사 섬유를 제 위치로 밀고 있는 구성의 도 11의 직조 머신의 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른, 픽앤플레이스 머신이 상부 경사 스레드(thread) 내의 신호 경로에 전기 컴포넌트를 부착할 수 있도록 위사 섬유로부터의 리드의 제거 및 전기 컴포넌트의 상부에서의 상부 경사 스레드의 이동 후의 도 12의 직조 머신의 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 위사 및 경사 섬유들 둘 모두에 전기 컴포넌트를 부착한 후에 어떻게 직조 공정이 계속될 수 있는지를 도시하는 도 13의 직조 머신의 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 전자 디바이스용 패브릭을 형성하는 동안 섬유에 전기 컴포넌트를 부착 시에 수반되는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 16은 일 실시예에 따른, 섬유 부착을 위한 평행한 홈을 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 사시도이다.
도 17은 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 실장한 후의 도 16에 도시된 유형의 예시적인 전기 컴포넌트의 평면도이다.
도 18은 일 실시예에 따른, 도 17의 예시적인 전기 컴포넌트 및 패브릭의 측면도이다.
도 19는 일 실시예에 따른, 패브릭에 통합된 예시적인 컴포넌트의 개략도이다.
도 20은 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 결합되는 원형 형상을 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 결합되는 C 형상을 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 결합되는 정사각형 형상을 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 결합되는 십자형 형상을 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 결합되는 사다리꼴 형상을 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 25는 일 실시예에 따른, 패브릭 내의 섬유들에 결합되는 만곡 및 직선 에지들의 조합을 갖는 형상을 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 26은 일 실시예에 따른 권축 섬유 접속부(crimped fiber connection)를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 27은 일 실시예에 따른, 둥근 에지 프로파일을 갖는 컴포넌트 본체 상에 한 쌍의 권축 섬유 접속부들을 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 28은 일 실시예에 따른, 압입(press-fit) 섬유 접속부를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 29는 일 실시예에 따른, 클램프형 섬유 접속부(clamped fiber connection)를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 30은 일 실시예에 따른, 성형 섬유 접속부(molded fiber connection)를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 31은 일 실시예에 따른, 체결구 기반 섬유 접속부를 형성하는 체결구를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 32는 일 실시예에 따른, 용접된 섬유 접속부(welded fiber connection)를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 33은 일 실시예에 따른, 컴포넌트 주위를 랩핑한(wrapped) 섬유들로 형성된 랩핑된 섬유 접속부를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는 패브릭을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 컴포넌트가 패브릭에 실장될 수 있다. 전기 컴포넌트들은 오디오 컴포넌트, 센서, 발광 다이오드 및 다른 광 기반 컴포넌트, 버튼, 커넥터, 배터리, 마이크로전자기계 시스템 디바이스, 집적 회로, 패키지된 컴포넌트, 개별 컴포넌트 예컨대 인덕터, 저항기 및 커패시터, 스위치, 및 다른 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 디바이스(10)는 제어 회로부, 및 전기 컴포넌트들에 전기 신호를 제공하기 위한 배터리와 같은 전원을 포함할 수 있다.
패브릭을 포함하는 전자 디바이스는 셀룰러 전화, 태블릿 컴퓨터, 손목 시계 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비를 위한 액세서리일 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스는 전자 장비용 착탈식 외장 케이스일 수 있거나, 스트랩일 수 있거나, 손목 밴드 또는 헤어 밴드일 수 있거나, 디바이스용 착탈식 커버일 수 있거나, 스트랩을 갖거나 전자 장비 및 다른 품목들을 수용하고 전달할 수 있는 다른 구조물을 갖춘 케이스 또는 가방일 수 있거나, 목걸이 또는 암밴드일 수 있거나, 전자 장비 또는 다른 품목들이 삽입될 수 있는 지갑, 슬리브, 포켓, 또는 다른 구조물일 수 있거나, 의자, 소파, 또는 다른 좌석의 일부일 수 있거나, 의류의 품목의 일부일 수 있거나, 임의의 다른 적합한 패브릭 기반 품목일 수 있다. 필요하다면, 패브릭은, 랩톱 컴퓨터, 임베디드 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 모니터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 또는 다른 핸드헬드(handheld)나 휴대용 전자 디바이스와 같은 전자 디바이스, 손목시계 디바이스와 같은 더 작은 디바이스, 펜던트(pendant) 디바이스, 헤드폰이나 이어피스(earpiece) 디바이스, 안경 또는 사용자의 머리에 착용하는 다른 장비에 임베드된 디바이스, 또는 다른 착용형 또는 소형 디바이스, 텔레비전, 임베디드 컴퓨터를 포함하지 않는 컴퓨터 디스플레이, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스(navigation device), 패브릭 기반 장비가 키오스크(kiosk) 내에 또는 자동차나 다른 차량 내에 장착되어 있는 시스템과 같은 임베디드 시스템, 이러한 디바이스들 중 둘 이상의 기능을 구현하는 장비, 또는 다른 전자 장비의 일부를 형성하는 데 사용될 수 있다.
전기 컴포넌트가 실장된 패브릭은 전자 디바이스의 전부 또는 일부를 형성할 수 있거나, 전자 디바이스용 하우징 벽의 전부 또는 일부를 형성할 수 있거나, 전자 디바이스의 내부 구조물들을 형성할 수 있거나, 또는 다른 패브릭 기반 구조물들을 형성할 수 있다. 패브릭 기반 디바이스는 연성일 수 있고(예를 들어, 디바이스가 가벼운 터치로 전달되는 패브릭 표면을 가질 수 있음), 강성 느낌을 가질 수 있고(예를 들어, 디바이스의 표면이 뻣뻣한 패브릭으로 형성될 수 있음), 거칠수 있고, 평활할 수 있고, 리브 또는 다른 패턴화된 텍스처를 가질 수 있고/있거나, 플라스틱, 금속, 유리, 결정질 재료, 세라믹, 또는 다른 재료의 비-패브릭 구조물들로 형성된 부분들을 갖는 디바이스의 일부로서 형성될 수 있다.
도 1의 예시적인 구성에서, 디바이스(10)는 상부면(12-1) 및 측벽(12-2)과 같은, 패브릭으로 형성될 수 있는 부분들을 갖는다. 전기 컴포넌트(20)는 패브릭 내의 섬유에 실장되어 있다. 필요하다면, 패브릭 내의 개구는 버튼(22), 버튼(16), 및 커넥터(18)와 같은 컴포넌트를 수용하는 데 사용될 수 있거나 컴포넌트들(16, 18, 22)과 같은 컴포넌트들은 생략될 수 있다. 필요하다면, 정합 장비 또는 다른 물품들을 수용하기 위해 패브릭에 개구가 형성될 수 있다(예를 들어, 디바이스(10)가 케이스로서 사용될 때). 전기 컴포넌트(20)는 디바이스(10)의 패브릭에 행 및 열을 갖는 규칙적인 어레이로 실장될 수 있거나, 의사-무작위 패턴으로 실장될 수 있거나, 선형 어레이로 실장될 수 있거나, 또는 다른 적합한 패턴들을 사용하여 디바이스(10)의 패브릭 내에 통합될 수 있다. 도 1의 예에서, 컴포넌트(20)는 디바이스(10)의 상부 표면 및 디바이스(10)의 에지를 덮는다. 컴포넌트(20)는 또한 디바이스(10)의 하부 표면을 덮을 수 있거나, 디바이스(10)의 표면들의 일부 또는 전부의 일부분만을 덮을 수 있거나, 또는 디바이스(10)의 단일 측면의 일부 또는 전부 상에 형성될 수 있다. 도 1의 컴포넌트(20)의 예시적인 레이아웃은, 도 1의 디바이스(10)의 예시적인 형상이 단지 예시로서 제공된다.
하나 이상의 컴포넌트(20)가 실장된 패브릭을 포함할 수 있는 예시적인 전자 디바이스의 개략도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 입출력 디바이스(26)를 포함할 수 있다. 디바이스(26)는 컴포넌트(20)를 포함할 수 있다. 제어 회로부(24)는 동작 중에 디바이스(26) 및 컴포넌트(20)에 전기 신호를 제공하기 위해 패브릭 내의 전도성 섬유 및/또는 다른 전도성 신호 경로를 사용할 수 있다. 컴포넌트(20)는 터치 센서 어레이, 음향 센서 어레이, 다른 센서들의 어레이, 오디오 컴포넌트 어레이, 커넥터 어레이, 디스플레이, 상태 표시기, 로고, 장식 패턴, 또는 제어 회로부(24)에 의해 제어되고/되거나 디바이스(10)용 배터리 또는 다른 전원에 의해 전력이 공급되는 다른 패브릭 기반 구조물들을 형성하는 데 사용될 수 있다.
필요하다면, 제어 회로부(24)는 디바이스(10)의 동작을 지원하기 위한 저장 및 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 저장 및 프로세싱 회로부는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적 프로그래밍가능 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 제어 회로부(24) 내의 프로세싱 회로부는 디바이스(10)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 프로세싱 회로부는 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서, 기저대역 프로세서 및 다른 무선 통신 회로, 시스템 온 칩 프로세서, 전력 관리 유닛, 음성 칩, 주문형 집적 회로 등에 기초할 수 있다.
입출력 디바이스들(26)과 같은 디바이스(10) 내의 입출력 회로부(예컨대, 컴포넌트들(20) 및/또는 다른 컴포넌트들)는 데이터가 디바이스(10)에 공급되고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공될 수 있게 하는 데 사용될 수 있다. 입출력 디바이스(26)는 버튼, 조이스틱, 스크롤 휠, 터치 패드, 키패드, 키보드, 마이크로폰, 스피커, 톤 발생기, 진동기, 카메라, 터치 센서와 같은 센서, 용량성 근접 센서, 광 기반 근접 센서, 주변 광 센서, 나침반, 자이로스코프, 가속도계, 수분 센서, 발광 다이오드 및 다른 시각 상태 표시기, 데이터 포트, 커넥터, 스위치, 오디오 컴포넌트, 집적 회로 등을 포함할 수 있다. 사용자는 입출력 디바이스(26)를 통해 커맨드들을 공급함으로써 디바이스(10)의 동작을 제어할 수 있고/있거나 입출력 디바이스(26)의 출력 리소스들을 사용하여 디바이스(10)로부터 상태 정보 및 다른 출력을 수신할 수 있다. 디바이스(10) 내의 패브릭에 실장된 컴포넌트(20)는 입력을 수집하고/하거나 출력을 제공하는 데 사용될 수 있고/있거나 다른 컴포넌트(26)는 입력을 수집하고/하거나 출력을 제공하는 데 사용될 수 있다.
제어 회로부(24)는 디바이스(10) 상에서 운영 체제 코드 및 애플리케이션들과 같은 소프트웨어를 실행하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10)의 동작 중에, 제어 회로부(24) 상에서 실행되는 소프트웨어는 하나 이상의 디스플레이 상의 사용자에 대한 이미지를 표시할 수 있고, 입출력 디바이스(26) 내의 다른 디바이스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(24) 상에서 실행되는 소프트웨어는 하나 이상의 센서(예컨대, 용량성 터치 센서, 기계적 센서, 열 센서, 힘 센서, 스위치, 버튼, 터치 스크린 디스플레이, 및 다른 컴포넌트)를 사용하는 사용자로부터의 입력을 처리하는 데 사용될 수 있고, 상태 표시기 출력 및 다른 시각적 및/또는 오디오 출력을 제공하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(24)는 또한 진동 및 다른 물리적 출력(예를 들어, 햅틱 출력)을 제공하기 위해 디바이스(26)를 사용할 수 있다. 디바이스(26)는, 예를 들어, 버튼 누름, 터치 입력 또는 다른 사용자 활동과 관련하여 사용자에게 물리적 피드백(예를 들어, 진동)을 제공하는 솔레노이드, 진동기, 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 패브릭 온도, 텍스처, 크기, 및 형상과 같은 패브릭 속성의 변화는 또한 사용자에게 출력을 전달하기 위해 디바이스들(26)을 사용하여 생성될 수 있다.
디바이스(10)용 패브릭에 하나 이상의 전기 컴포넌트를 실장하는 데 사용될 수 있는 유형의 예시적인 장비가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 3의 장비에는 섬유 소스(28)로부터의 섬유들이 제공될 수 있다. 섬유 소스(28)에 의해 제공된 섬유들은 단일 스트랜드(strand) 필라멘트일 수 있거나 또는 단일 스트랜드 필라멘트들을 얽히게 함으로써 형성된 스레드, 얀 또는 다른 섬유일 수 있다. 섬유는 중합체, 금속, 유리, 흑연, 세라믹, 천연 재료 예컨대 면 또는 대나무, 또는 다른 유기 및/또는 무기 재료들 및 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 금속 코팅과 같은 전도성 코팅이 비도전성 섬유 코어 상에 형성될 수 있다. 섬유는 또한 단일 필라멘트 금속 와이어 또는 스트랜드 와이어(stranded wire)로 형성될 수 있다. 섬유는 절연성이거나 전도성일 수 있다. 섬유는 전체 길이를 따라 전도성일 수 있거나 또는 전도성 세그먼트(예를 들어, 절연 전도성 섬유로부터 중합체 절연을 국부적으로 제거함으로써 노출되는 금속 부분들)를 가질 수 있다. 얽힌 필라멘트로 형성된 스레드 및 다른 다중 스트랜드 섬유는 전도성 섬유와 절연 섬유의 혼합물을 포함할 수 있다(예를 들어, 외부 절연 층이 있거나 없는 금속 섬유 또는 금속 코팅 섬유는 고형 플라스틱 섬유(solid plastic fiber) 또는 절연성인 천연 섬유와의 조합으로 사용될 수 있음).
섬유 소스(28)로부터의 섬유는 얽힘 장비(30)를 사용하여 얽히게 될 수 있다. 장비(30)는 직조 툴, 편직 툴, 편조된 패브릭을 형성하기 위한 툴, 또는 소스(28)로부터의 섬유를 얽히게 하기 위한 다른 장비를 포함할 수 있다. 장비(30)는 자동화될 수 있다. 예를 들어, 장비(30)는 소스(28)로부터 섬유들을 조작하고 얽히게 하는 컴퓨터 제어형 액추에이터를 포함할 수 있다.
컴포넌트(20)는 장비(30)를 이용하여 형성된 패브릭 내의 섬유에 부착될 수 있다. 예를 들어, 픽앤플레이스 툴(32)과 같은 컴퓨터 제어형 장비는 컴포넌트(20)를 섬유에 부착시키는 데 사용될 수 있다. 컴포넌트(20)는 전도성 접촉부(예를 들어, 금속 또는 다른 전도성 재료로 형성된 접촉부)를 가질 수 있다. 장비(32)는 솔더 조인트, 전도성 접착제 접속부(예컨대, 전도성 에폭시 접속부), 용접부, 권축 접속부, 스프링 접촉부, 클램프를 사용하여 형성된 접속부, 체결구, 또는 전도성 섬유에 대해 금속 접촉부를 가압하는 다른 구조물 등과 같은 전도성 접속부를 사용하여 컴포넌트(20) 내의 각 전도성 접촉부를 개개의 전도성 섬유에 부착할 수 있다. 장비(32)가 툴(30)에 의해 패브릭으로 형성되는 소스(28)로부터의 섬유에 컴포넌트(20)를 부착하기 위해 솔더를 사용하는 배열이 본 명세서에서 때때로 예로서 설명된다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 임의의 적합한 전도성 부착 메커니즘은 각각의 컴포넌트(20) 내의 하나 이상의 단자를 디바이스(10)용 패브릭 내의 개개의 전도성 섬유에 전기적으로 결합시키는 데 사용될 수 있다. 접착제 및 다른 부착 메커니즘은 또한 절연 섬유를 컴포넌트(20)에 부착하는 데 사용될 수 있다.
얽힘 툴(30) 및 픽앤플레이스 툴(32)을 사용하여 임베디드 컴포넌트(20)를 갖는 패브릭 및 다른 구조물(34)을 형성한 후에, 추가적인 프로세싱 단계가 장비(36)를 사용하여 수행될 수 있다. 장비(36)는 장비(32, 30)에 의해 생성된 패브릭을 이용하여 디바이스(10)를 위한 제어 회로부(24), 컴포넌트(26) 및 다른 구조물을 조립하기 위한 장비를 포함할 수 있음으로써, 완성된 디바이스(10)의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다. 장비(36)는 사출 성형 툴, 코팅을 적용하기 위한 툴, 절단 및 기계가공 장비, 체결구, 접착제 및 다른 부착 메커니즘을 사용하여 구조물들을 함께 부착하기 위한 어셈블리 장비, 인쇄 회로 및 다른 신호 경로 기판 상의 커넥터를 상호접속하기 위한 장비 등을 포함할 수 있다.
필요하다면, 얽힘 툴(30)은 직조 머신일 수 있다. 예시적인 직조 장비가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 직조 장비(30)는 소스(70)와 같은 경사 섬유의 소스를 포함한다. 소스(70)는 드럼 또는 회전축(44)을 중심으로 방향(46)으로 회전하는 드럼(42)과 같은 다른 구조물을 포함할 수 있다. 경사 섬유(40-1) 및 경사 섬유(40-2)는 드럼(42)이 회전함에 따라 디스펜싱(dispensing)될 수 있다.
경사 섬유(40-1)는 컴퓨터 제어형 포지셔너(50-1) 및 니들(48-1) 또는 다른 섬유 안내 구조물들을 사용하여 위치설정될 수 있다. 경사 섬유(40-2)는 컴퓨터 제어형 포지셔너(50-2) 및 니들(48-2) 또는 다른 섬유 안내 구조물들을 사용하여 위치설정될 수 있다. 포지셔너들(50-1, 50-2)은 수직축(52)을 따라 이동할 수 있다(예를 들어, 경사 섬유(40-1)를 아래쪽으로 이동시키면서 경사 섬유(40-2)를 위로 이동시켜 섬유들(40-1, 40-2)의 위치를 바꾸기 위해).
셔틀(58) 또는 다른 위사 섬유 위치설정 장비는 경사 섬유들(40-1, 40-2) 사이에 위사 섬유(60)를 삽입하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 위사 섬유(60)를 도 4의 배향에서 페이지 안팎으로 이동시킴으로써). 셔틀(58)이 매번 통과한 후에, 리드(55)는 방향(56)으로 이동되어(그리고 이어서 수축되어) 경사 섬유들(40-1, 40-2) 사이에 방금 삽입된 위사 섬유를 이전에 직조된 패브릭(62)에 밀어 넣음으로써 만족스럽게 타이트한 직조가 생성됨을 보장할 수 있다. 이러한 방식으로 직조된 패브릭(62)은 드럼(66)이 회전축(68)을 중심으로 방향(64)으로 회전함에 따라 드럼(66) 상에서 수집될 수 있다.
도 4의 장비는, 컴퓨팅 장비를 사용하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장비는 포지셔너들(50-1, 50-2)을 사용하여 니들들(48-1, 48-2)의 위치들을 제어할 수 있고 컴퓨터 제어형 포지셔너는 리드(55), 셔틀(58), 및 드럼들(42, 66)의 이동을 제어하는 데 사용될 수 있다. 컴퓨팅 장비는 또한 패브릭(62) 내에 컴포넌트(20)를 설치하기 위한 장비를 제어할 수 있다. 하나의 적합한 배열을 이용하여, 도 3의 픽앤플레이스 머신(32)과 같은 컴퓨터 제어형 장비는, 컴포넌트(20)를 패브릭(62) 내의 섬유들에 납땜하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 픽앤플레이스 머신이 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 픽앤플레이스 머신(32)은 컴퓨터 제어형 포지셔너(84)와 같은 컴퓨터 제어형 액추에이터를 포함할 수 있다. 포지셔너(84)는 픽앤플레이스 헤드(82)를 위치설정하는 데 사용될 수 있다. 헤드(노즐)(82)는 진공 흡착 구조물 또는 컴포넌트(20)와 같은 컴포넌트들을 파지하기 위한 다른 파지 디바이스를 포함할 수 있다. 컴포넌트(20)는 테이프의 릴(reel) 또는 다른 적합한 컴포넌트 디스펜싱 구조물 상에서 머신(32) 내로 공급될 수 있다.
섬유(74)(예를 들어, 직조 패브릭 내의 경사 섬유 또는 위사 섬유)와 같은 패브릭(62) 내의 섬유에 컴포넌트(20)를 실장하기를 원하는 경우, 헤드(82)는 전도성 재료(76)가 컴포넌트(20)와 섬유(74) 사이에 개재되도록 위치설정될 수 있다. 섬유(74)는 베어 메탈 와이어, 금속 코팅 절연 섬유, 국부적으로 박리된 절연 코팅을 갖는 금속 와이어 또는 금속 코팅 절연 섬유, 적어도 하나 이상의 금속 섬유 또는 금속 코팅 섬유를 포함하는 다중 스트랜드 섬유, 또는 다른 전도성 섬유일 수 있다. 컴포넌트(20)는 접촉부(78)와 같은 금속 접촉부를 가질 수 있다. 전도성 재료(76)는 접촉부(78)를 전도성 섬유(74)에 접속시키고 이로 인해 컴포넌트(20)를 섬유(74)에 전기적 및 기계적으로 결합시키기 위한 솔더, 전도성 접착제, 또는 다른 전도성 재료일 수 있다. 솔더와 같은 전도성 재료(76)는 헤드(82) 내의 가열 요소 및/또는 외부 열원을 사용하여 가열(리플로우)되는 솔더 페이스트의 형태로 디스펜싱될 수 있다. 솔더 페이스트(76)는 머신(32) 내의 테이프 릴 상에 컴포넌트(20)와 함께 전달될 수 있고, 컴포넌트(20)를 섬유(74)에 부착하는 공정의 일부로서 적용될 수 있고/있거나, 컴포넌트(20)를 실장하기 전에 섬유(74)에 적용될 수 있다. 필요하다면, 상이한 유형의 솔더가 단일 컴포넌트 상에 상이한 접촉부(78)를 위한 조인트를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 온도에서 용융(유동)하는 솔더가 다른 접속부들을 형성하는 데 사용될 수 있다.
도 6은 픽앤플레이스 툴(32)을 사용하여 컴포넌트(20)가 실장될 수 있는 섬유(74)를 갖는 예시적인 패브릭의 평면도이다. 도 6의 예에서는, 패브릭(62)은 평직을 가지며 경사 섬유들(40-1, 40-2) 및 위사 섬유들(60)을 포함하는 직조 패브릭이다. 일반적으로, 패브릭(62)은 임의의 얽힌 섬유(74)(직조된, 편직된, 편조된 등)를 포함할 수 있다. 도 6의 평직 패브릭은 단지 예시적인 것이다. 패브릭(62)은 전도성 섬유를 포함할 수 있고/있거나 전도성 및 절연 섬유의 혼합물을 포함할 수 있다. 컴포넌트(20)의 접촉부(78)는 패브릭(62) 내의 전도성 섬유에 전기적으로 결합될 수 있다.
컴포넌트(20)의 접촉부(78)가 섬유(74)에 납땜될 수 있는 유형의 예시적인 납땜 위치(86)가 도 6에 도시되어 있다. 컴포넌트(20)는 2개 이상의 단자(접촉부(78)), 3개 이상의 단자, 4개 이상의 단자, 또는 다른 적합한 수의 단자를 가질 수 있다. 컴포넌트(20)가 각각 한 쌍의 단자를 갖는 구성에서, 하나의 단자는 전도성 경사 섬유에 결합될 수 있고 다른 단자는 전도성 위사 섬유에 결합될 수 있거나, 제1 및 제2 단자들은 공통 전도성 경사 섬유 또는 2개의 상이한 전도성 경사 섬유에 결합될 수 있거나, 제1 및 제2 단자들은 공통의 전도성 위사 섬유 또는 2개의 상이한 전도성 위사 섬유에 결합될 수 있다. 컴포넌트(20)가 각각 3개 이상의 단자를 갖는 구성에서, 경사 및 위사 섬유들의 추가적인 조합이 단자들에 결합될 수 있다. 컴포넌트에 대한 한 쌍의 납땜 위치(86)는 수평으로 인접한 섬유(74) 상에 위치될 수 있거나, 수직으로 인접한 섬유(74) 상에 위치될 수 있거나, 패브릭(62)을 가로질러 연장되는 대각선을 따라 위치될 수 있거나, 절연 섬유(74) 또는 접속부들이 제조되어 있지 않은 다른 섬유(74)를 개재시킴으로써 분리되는 섬유(74) 상에 형성될 수 있거나, 또는 섬유(74) 상의 임의의 다른 적합한 제1 및 제2 개개의 위치들 상에 위치될 수 있다.
도 7은 패브릭(62) 내의 섬유(74)에 부착될 수 있는 유형의 예시적인 전기 컴포넌트의 사시도이다. 도 7의 예에서는, 컴포넌트(20)는 패키지(90)와 같은 패키지를 갖는다. 패키지(90)는 플라스틱, 세라믹, 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 컴포넌트(20)는 디바이스(92)와 같은 하나 이상의 전기 디바이스를 포함할 수 있다. 디바이스(92)와 같은 디바이스는 하나 이상의 반도체 다이 또는 다른 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(92)는 실리콘 집적 회로, 실리콘 기반 마이크로전자기계 시스템 디바이스 예컨대 센서, 커패시터, 인덕터 또는 저항기, 발광 다이오드 또는 광 검출기를 형성하는 화합물 반도체 다이, 마이크로폰용 멤브레인 또는 센서나 다른 컴포넌트용 다이빙 보드 구조물, 또는 반도체 스위치나 드라이버 회로를 형성하도록 구성된 반도체 기판, 또는 다른 적합한 전기 디바이스일 수 있다. 디바이스(92)는 전도성 차폐 구조물들을 사용하여 차폐될 수 있고 패키지(90)와 같은 인클로저 내에 수납될 수 있다. 필요하다면, 인쇄 회로 기판, 또는 트레이스를 갖는 다른 기판은 패키지(90) 내에 봉지될 수 있다(예를 들어, 디바이스(92)는 사출 성형 기술을 사용하여 플라스틱 패키지 본체 내에 인쇄 회로 및 디바이스(92)를 수납하기 전에 인쇄 회로에 실장될 수 있음). 컴포넌트(20) 내의 신호 라인은 인쇄 회로 또는 컴포넌트(20) 내의 다른 구조물들 상의 금속 트레이스(94)로 형성될 수 있다. 금속 트레이스(94)는 전기 디바이스(92)의 단자 또는 다른 회로부를 컴포넌트(20) 내의 컴포넌트 접촉부에 결합시키는 데 사용될 수 있다.
필요하다면, 패키지 본체(90)에는 섬유(74)를 수용하고 유지하는 섬유 안내 구조물들이 제공될 수 있다. 안내 구조물들은 기둥, 벽, 또는 다른 돌출부, 홈을 형성하는 편평한 편측 및 만곡 리세스, 돌출부 및 리세스의 조합, 또는 섬유(74)를 수용하고 섬유(74)가 본체(90)로부터 미끄러지는 것을 방지하는 것을 돕는 다른 구조물들을 포함할 수 있다. 도 7의 예시적인 예에서, 패키지 본체(90)는 홈(96, 96')과 같은 홈을 갖는다. 본체(90)의 상부 표면은 평행한 홈을 가지며, 본체(90)의 하부 표면은 수직 홈을 갖는다.
컴포넌트(20)에 대한 접촉부는 이러한 홈 내에 또는 본체(90)의 외측 상의 다른 곳에 형성될 수 있다. 예를 들어, 접촉부(78A)와 같은 제1 접촉부는 홈들(96) 중 제1 홈 상에 형성될 수 있고, 접촉부(78B)와 같은 제2 접촉부는 홈들(96) 중 제2 홈 상에 형성될 수 있다. 접촉부들(78A, 78B)은 솔더-양립가능한 금속으로 형성될 수 있다. 트레이스(94)는 접촉부들(78A, 78B)을 디바이스(92)의 개개의 전기 단자 및/또는 패키지 본체(90) 내의 다른 회로부에 결합시킬 수 있다. 필요하다면, 컴포넌트(20)는 추가적인 접촉부를 가질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 접촉부는 홈(96')에 형성될 수 있고 다른 전도성 섬유에 납땜될 수 있다. 절연 섬유 및 다른 섬유는 또한 접착제를 사용하여 홈(96')에 실장될 수 있다(예를 들어, 임의의 전기 신호 경로를 제공하지 않고 구조적 지지를 제공하기 위해). 도 7의 배열은 단지 예시적인 것이다.
도 7의 예에서, 컴포넌트(20)는 세로축(100)을 따라 연장되는 세장형 형상을 갖는다. 접촉부(78B)는 축(100)에 평행하게 연장되는 패키지(90) 내의 홈을 따라 연장된다. 접촉부(78A)는 수직축(102)을 따라 연장되는 패키지(90) 내의 홈을 따라 연장된다. 패브릭(62) 내에 설치될 때, 축(100)은 위사 섬유(60)와 정렬될 수 있고 축(102)은 경사 섬유들(40-1, 40-2)과 정렬될 수 있다(또는 그 반대). 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 접촉부(78B)는 솔더(76B)를 사용하여 위사 섬유(60)에 납땜되는 위사 섬유 접촉부일 수 있고 접촉부(78A)는 솔더(76A)를 사용하여 경사 섬유(40-1)에 납땜되는 경사 섬유 접촉부일 수 있다. 경사 섬유(40-2)는 접착제를 사용하여 패키지(90)에 부착되지만 컴포넌트(20) 내의 접촉부에 전기적으로 결합되지 않는 절연 섬유일 수 있거나, 경사 섬유(40-2)는 홈(58') 내의 접촉부에 납땜되는 전도성 섬유일 수 있다.
필요하다면, 솔더(76B) 및 솔더(76A)는 상이한 유형의 솔더로부터 형성될 수 있고 상이한 용융 온도를 나타낼 수 있다. 이는 패브릭(62)이 장비(30)를 사용하여 직조됨에 따라 픽앤플레이스 장비(32)를 사용하여 패브릭(62)에 컴포넌트(20)를 부착하는 것을 용이하게 할 수 있다.
직조 작업 중에 패브릭(62)에 컴포넌트(20)를 실장 시에 수반되는 예시적인 단계들이 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13, 및 도 14에 도시되어 있다.
도 9는 패브릭(62)을 생성하는 데 사용되는 직조 머신의 일부분의 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 직조 패브릭(62)은 경사 섬유들(40-1, 40-2)과 얽혀 있는 위사 섬유들(60')을 포함한다. 도 4에 도시된 유형의 장비를 사용하여, 위사 섬유(60)와 같은 위사 섬유는 경사 섬유(40-1) 및 경사 섬유(40-2) 사이에 삽입될 수 있다.
위사 섬유(60)의 삽입 후에, 도 3의 픽앤플레이스 머신(32)과 같은 픽앤플레이스 머신은 도 10에 도시된 바와 같이, 컴포넌트(20)가 위사 섬유(60)와 정렬되게 할 수 있다.
이어서, 픽앤플레이스 머신(32)은 도 11에 도시된 바와 같이 솔더(76B)를 사용하여 위사 섬유(60)에 컴포넌트(20)의 접촉부(78B)를 납땜할 수 있다. 솔더(76B)는 제1 용융 온도(T1)(예를 들어, 180℃ 또는 다른 적합한 온도)를 가질 수 있다.
컴포넌트(20)가 접촉부(78B)를 사용하여 위사(60)에 납땜된 후, 리드(55)는 방향(56)으로 이동(예를 들어, 회전)되어 도 12에 도시된 바와 같이 경사 섬유들(40-1, 40-2) 사이의 제 위치에 위사 섬유(60)를 가압할 수 있다. 리드(55)가 이동함에 따라, 컴포넌트(20)는 컴포넌트(20)가 부착되는 위사 섬유(60)의 임의의 회전에 응답하여 자유롭게 회전할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 이어서, 리드(55)는 방향(57)으로 이동될 수 있고 니들들(48-1, 48-2)은 경사 섬유(40-1) 및 경사 섬유(40-2)의 위치를 전환하도록 이동될 수 있다. 경사 섬유들이 위치를 바꿈에 따라, 컴포넌트(20)에 인접한 경사 섬유는 패키지(90)의 상부 표면 상의 경사 섬유 홈들(96, 96') 내에 수용되고, 이에 따라 패브릭(62) 내의 제 위치에 컴포넌트(20)를 고정시킨다. 컴포넌트(20)를 고정하고 전기 결합 공정을 완료하기 위해, 픽앤플레이스 머신(32)은 솔더(76A)를 사용하여 홈(96) 내의 경사 라인에 접촉부(78A)를 솔더링할 수 있다(그리고, 필요하다면, 패키지(90)의 대향 단부에서 실제 접촉부 또는 더미 접촉부를 사용하여 홈(96') 내의 경사 라인에 솔더 접속부를 형성할 수 있음). 솔더(76A)는 제2 용융 온도(T2)(예를 들어, 160℃ 또는 다른 적합한 온도)를 가질 수 있다. 용융 온도(T2)는 용융 온도(T1)보다 낮을 수 있으므로, 경사 섬유(들)에 대한 제2 솔더 조인트를 형성하는 데 사용되는 납땜 작업들은 이전에 형성된 위사 섬유용 솔더 조인트를 방해하지 않는다.
경사 섬유 납땜 작업이 완료되면, 도 14에 도시된 바와 같이, 위사 섬유(60)를 경사 섬유들(40-2, 40-1)을 통해 다시 통과시킴으로써 직조를 계속할 수 있다.
임의의 적합한 수의 컴포넌트(20)는 픽앤플레이스 머신(32)을 사용하여 패브릭(62)에 납땜될 수 있다(예를 들어, 하나, 둘 이상, 열 이상, 백 이상, 천 이상, 5,000 미만, 1000 내지 100,000, 500,000 초과 등). 패브릭(62)에 납땜되는 컴포넌트는 모두 동일한 유형일 수 있거나 상이한 유형의 컴포넌트의 혼합물이 사용될 수 있다.
도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13 및 도 14에 도시된 유형의 작업들을 사용하여 패브릭(62)을 형성 시에 수반되는 예시적인 단계들이 도 15의 흐름도에 도시되어 있다.
단계(120)에서, 위사 섬유(60)는 직조 머신(30)에서 셔틀(58)을 사용하여 경사 섬유들(40-1, 40-2) 사이에 삽입될 수 있다.
단계(122)에서, 픽앤플레이스 머신(32)은 솔더(76B) 및 접촉부(78B)를 사용하여 컴포넌트(20)를 위사 섬유(60)에 납땜할 수 있다(즉, 패키지(90)의 세로축(100)이 위사 섬유(60)에 평행하게 연장되도록).
단계(124)에서, 리드(55)는 위사 섬유(60)를 제 위치로 밀어 넣는다. 컴포넌트(20)는 섬유(60)의 임의의 회전에 따라 자유롭게 회전할 수 있다.
단계(126)에서, 경사 섬유들(40-1, 40-2)의 위치가 서로 바뀐다. 이 공정의 일부로서, 경사 섬유들 중 하나 이상이 컴포넌트(20)의 패키지(90)에 형성된 홈 구조물 또는 다른 안내 구조물들 내에 수용된다. 픽앤플레이스 머신(32)은 하나 이상의 경사 섬유를 컴포넌트(20)에 납땜한다. 예를 들어, 홈(96) 내의 경사 섬유(40-1)는 솔더(76A)를 사용하여 접촉부(78A)에 납땜될 수 있다. 솔더(76A)는 솔더(76B)보다 낮은 용융점을 가질 수 있으므로, 솔더(76B)로 형성된 솔더 조인트는 솔더(76A)를 사용하여 솔더 조인트를 형성하는 동안 지장받지 않는다.
이어서, 도 15의 라인(128)으로 도시된 바와 같이 직조가 계속될 수 있다.
필요하다면, 패브릭(62) 내의 전도성 섬유를 컴포넌트(20) 내의 접촉부에 고정하기 위해 다른 배열이 사용될 수 있다(예를 들어, 권축 금속 탭, 금속 접촉부로 라이닝된 홀, 패키지(90)를 비스듬히 또는 다른 구성으로 가로질러 연장되는 홈, 전도성 섬유 상에 클램프하는 패키지(90) 내의 정합 부품들 등). 일부 섬유는 패키지(90)와 중첩될 수 있으며, 패키지(90) 및 컴포넌트(20)를 패브릭(62) 내의 제 위치에 유지하는 것을 도울 수 있다. 이러한 유형의 배열에서 패키지(90)에 사용될 수 있는 구성이 도 16에 도시되어 있다.
도 16의 컴포넌트(20)의 패키지(90)는 제1 홈(96-1) 및 제2 홈(96-2)을 가지며, 이들 각각은 컴포넌트(20)에 대한 개개의 전기 접촉부를 가질 수 있다. 홈들(96-1, 92-2)은 컴포넌트(20)의 대향 단부(측면) 상에 형성되고 패브릭(62) 내의 개개의 전도성 섬유들(예를 들어, 경사 또는 위사 섬유들)을 수용하도록 구성되는 평행한 홈 또는 다른 섬유 안내 구조물들일 수 있다.
도 17은 경사 섬유들(40) 중 제1 경사 섬유(40A)가 홈(96-1) 내의 접촉부에 납땜되고 제2 경사 섬유(40B)가 홈(96-2) 내의 접촉부에 납땜된 예시적인 구성의 도 16의 전기 컴포넌트(20)의 평면도이다. 3개의 경사 섬유(40E)가 패키지(90)와 중첩된다. 필요하다면, 하나의 경사 섬유(40E)가 패키지(90)와 중첩될 수 있거나 셋 이상의 섬유(40E)가 패키지(90)와 중첩될 수 있다. 경사 섬유(40E)는 섬유들(40A, 40B) 사이에 놓이고 섬유들(40A, 40B)에 평행하게 연장된다. 섬유(40E)는 절연 섬유 또는 전도성 섬유일 수 있다.
도 18은 라인(130)을 따라 취해지고 방향(132)으로 보여지는 도 17의 컴포넌트(20)의 측단면도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 경사 섬유(40E)는 패키지(90)용 보유 포켓을 형성함으로써 패브릭(62) 내의 위사 섬유(60)의 상부 상에서 제 위치에 컴포넌트(20)를 유지하는 것을 도울 수 있다.
일반적으로, 컴포넌트(20)는 임의의 적합한 유형의 컴포넌트 실장 장비 및 섬유 얽힘 장비를 사용하여 임의의 적합한 섬유 얽힘 작업들 동안(예를 들어, 직조, 편직, 편조 동안 등) 패브릭(62) 내로 임베드될 수 있다. 실장 장비는 솔더를 용융하고, 용접부를 형성하고, 접착제를 경화하고, 패키지(90)를 성형하는 것 등을 위해 가열 요소를 포함할 수 있고/있거나, 나사를 패키지(90) 내로 나사결합하고, 금속 탭을 권축하고, 그렇지 않으면 컴포넌트(20)를 기계적으로 프로세싱하기 위한 기계적 장비를 포함할 수 있다(예를 들어, 섬유와의 전기 접속부를 형성하기 위하여). 또한, 실장 장비는 접착제를 디스펜싱하고, 광(예를 들어, 레이저 광)을 적용하고, 섬유를 조작하는 것 등을 위한 장비를 포함할 수 있다.
도 19의 개략도에 도시된 바와 같이, 컴포넌트(20)는 하나 이상의 개개의 전기 접속부(134)를 사용하여 하나 이상의 섬유(74)에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 접촉부(96)를 가질 수 있다. 컴포넌트(20)는 임의의 적합한 형상(원형, 직사각형, 구형, 상자 형상, 피라미드형 등)을 갖는 본체를 가질 수 있고, 임의의 적합한 재료(플라스틱, 유리, 세라믹, 결정질 재료, 금속, 섬유 기반 복합체 등)로 형성된 본체를 가질 수 있고, 발광 컴포넌트, 집적 회로, 발광 다이오드, 통신 회로부 및/또는 각각의 컴포넌트가 디스플레이의 픽셀로 동작하게 하는 발광 다이오드 드라이버 회로부와 같은 트랜지스터 기반 회로부와 패키징되는 발광 다이오드, 개별 컴포넌트 예컨대 저항기, 커패시터 및 인덕터, 마이크로폰 및/또는 스피커와 같은 오디오 컴포넌트, 터치 센서와 같은 센서(공동-위치된(co-located) 터치 센서 프로세싱 회로부를 갖거나 갖지 않음), 가속도계, 온도 센서, 힘 센서, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 디바이스, 트랜스듀서, 솔레노이드, 전자석, 압력 센서, 광 센서, 근접 센서, 버튼, 스위치, 2-단자 디바이스, 3-단자 디바이스, 4개 이상의 접촉부를 갖는 디바이스 등과 같은 임의의 적합한 전자 디바이스 또는 디바이스를 포함할 수 있다. 전기 접속부(134)는 솔더, 전도성 접착제, 용접부, 성형 패키지 부품, 기계적 체결부, 랩핑된 섬유 접속부, 압입 접속부, 및 다른 기계적 접속부를 사용하거나, 전도성 구조물들 사이의 전기적 단락을 형성하기 위한 임의의 다른 적합한 배열을 사용하여 형성될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 컴포넌트(20)는 하나 이상의 섬유(74)에 접속되는 원형 본체를 가질 수 있다.
도 21은 섬유(74)에 결합되는 C 형상 본체를 갖는 예시적인 컴포넌트의 도면이다.
도 22는 컴포넌트(20)의 본체(90)가 어떻게 정사각형 형상을 가질 수 있는지를 도시한다.
도 23은 컴포넌트(20)의 본체(90)가 어떻게 십자형을 가질 수 있는지를 도시한다.
도 24는 컴포넌트(20)의 본체(90)가 어떻게 사다리꼴 형상을 가질 수 있는지를 도시한다.
도 25의 예에서는, 본체(90)는 만곡 및 직선 에지들의 조합을 갖는 형상을 갖는다.
필요하다면, 본체(90)를 위한 다른 형상이 사용될 수 있다. 도 20, 도 21, 도 22, 도 23, 도 24 및 도 25의 예들은 단지 예시적인 것이다. 또한, 임의의 수의 섬유(74)는 이들 본체 유형 중 임의의 유형 및/또는 다른 형상의 컴포넌트들(20)에 결합될 수 있다(예를 들어, 하나의 경사 섬유 및 하나의 위사 섬유, 2개의 경사 섬유 및 하나의 위사 섬유, 2개의 위사 섬유 및 하나의 경사 섬유, 다수의 경사 섬유, 다수의 위사 섬유, 임의의 시간의 3개 이상의 섬유, 편직되거나 편조된 패브릭의 섬유 등).
또한, 도 26, 도 27, 도 28, 도 29, 도 30, 도 31, 도 32 및 도 33은 다양한 접속 배열들(예컨대, 도 19의 접속부(134)의 예)을 도시하는 예시적인 컴포넌트(20)(또는 컴포넌트(20)의 부분들)의 측면도들이다.
도 26은 접촉부(96)가 섬유(74)에 권축 전기 접속부를 형성하는 금속(예를 들어, 굽힘가능한 금속 탭) 또는 다른 전도성 재료로 형성된 구성의 컴포넌트(20)의 측면도이다.
도 27은 한 쌍의 권축 섬유 접속부가 섬유(74)에 제조되고 본체(90)가 둥근 에지 프로파일을 갖는 구성의 컴포넌트(20)의 측면도이다.
도 28은 압입 섬유 접속부를 갖는 예시적인 전기 컴포넌트의 측면도이다. 이러한 유형의 배열에서, 섬유(74)는 본체(90)의 부분들(162)을 일시적으로 외측으로 펼치게 하는 좁은 개구(160)를 통해 강제된다. 부분들(162)이 방향(164)으로 이완되는 경우, 섬유(74)는 접촉부(96)에 대해 가압된다.
도 29에 도시된 바와 같이, 본체(90)는 접착제(140)를 사용하여 결합되는 2개의 부분을 가질 수 있으므로써, 섬유(74)를 접촉부(96)에 대해 트래핑한다(즉, 컴포넌트(20)는 섬유(74)에 클램프형 섬유 접속부를 형성할 수 있음).
도 30은 접촉부(96) 및 섬유(74) 주위에서 본체(90)가 어떻게 성형되는지를 도시한다(예를 들어, 플라스틱 성형 장비를 사용하여). 접촉부(96)는 예를 들어 패브릭 형성 공정 중에 섬유(74) 상에 권축되는 금속 구조물일 수 있다. 도 30에 도시된 유형의 성형 접속부는, 섬유(74) 주위에서 본체(90) 내에 플라스틱을 성형하거나 또는 그렇지 않으면 열을 사용함으로써 형성되어, 플라스틱 또는 다른 재료가 섬유(74)와 전기 접속부를 형성하기 위해 원하는 형상으로 성형되게 할 수 있다.
도 31에 도시된 바와 같이, 나사(142)와 같은 체결구가 본체(90) 내로 나사결합되어 섬유(74)를 접촉부(96)에 대해 유지할 수 있다.
도 32에 도시된 바와 같이, 레이저 광(146) 또는 다른 소스로부터의 열이 섬유(74)(예를 들어, 금속 섬유)를 접촉부(96) 상에 용접하는 데 사용될 수 있다. 용접 접속부는 솔더를 사용하지 않고서 형성될 수 있거나 솔더 기반 접속 배열 또는 다른 전기 접속부와 조합될 수 있다.
도 33의 예시적인 배열에서, 하나 이상의 섬유 루프(74)가 접촉부(들)(96)에 대해 본체(90) 주위에 랩핑됨으로써 섬유(들)(74)와 컴포넌트(20) 사이에 랩핑된 섬유 전기 접속부를 형성한다.
필요하다면, 섬유(74)를 컴포넌트(20)에 결합시키는데 추가적인 유형의 접속부들이 사용될 수 있다. 도 26, 도 27, 도 28, 도 29, 도 30, 도 31, 도 32 및 도 33의 배열들은 단지 예시적인 것이다.
일 실시예에 따르면, 섬유들로 형성된 패브릭, 및 제1 및 제2 수직 섬유 안내 구조물들을 갖는 전기 컴포넌트를 포함하는 장치가 제공되며, 섬유들 중 제1 섬유는 제1 섬유 안내 구조물 내에 납땜되고 섬유들 중 제2 섬유는 제2 섬유 안내 구조물 내에 납땜된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 섬유 안내 구조물들은 제1 및 제2 수직 홈들이고, 제1 및 제2 섬유들은 전도성 섬유이다.
다른 실시예에 따르면, 제1 섬유는 제1 유형의 솔더를 사용하여 제1 홈 내의 제1 금속 접촉부에 납땜되고, 제2 섬유 섬유들은 제1 유형의 솔더보다 낮은 용융점을 갖는 제2 유형의 솔더를 사용하여 제2 홈 내의 제2 금속 접촉부에 납땜된다.
다른 실시예에 따르면, 장치는 제1 및 제2 섬유들을 통해 전달되는 신호를 사용하여 컴포넌트를 제어하는 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 패브릭의 섬유들에 납땜된 전기 컴포넌트들의 어레이 중 하나이다.
다른 실시예에 따르면, 패브릭은 직조 패브릭을 포함하고, 섬유들은 위사 섬유들 및 경사 섬유들을 포함하고, 제1 섬유는 위사 섬유들 중 하나이며, 제2 섬유는 경사 섬유들 중 하나이다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는, 전기 디바이스, 및 전기 디바이스를 수납하는 플라스틱 패키지를 포함하며, 제1 및 제2 홈들은 플라스틱 패키지 내에 형성된다.
다른 실시예에 따르면, 플라스틱 패키지는 세로축을 따라 연장되는 세장형 형상을 가지며, 제1 홈은 세로축에 평행하게 연장된다.
다른 실시예에 따르면, 플라스틱 패키지는 제2 홈에 평행하게 연장되고 경사 섬유들 중 하나를 수용하는 제3 홈을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 발광 다이오드를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 센서를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 경사 및 위사 섬유들로 형성된 직조 패브릭, 및 제1 및 제2 접촉부들을 갖는 전기 컴포넌트를 포함하는 장치가 제공되며, 경사 섬유들 중 제1 섬유는 제1 접촉부에 납땜되고, 경사 섬유들 중 제2 섬유는 제2 접촉부에 납땜되고, 패브릭 내의 경사 섬유들 중 적어도 하나는 제1 및 제2 섬유들 사이에 놓이고 전기 컴포넌트와 중첩되는 절연 경사 섬유이다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 경사 섬유들은 전도성 경사 섬유이고, 전기 컴포넌트와 중첩되는 절연 경사 섬유는 제1 및 제2 섬유들 사이에 놓이고 전기 컴포넌트와 중첩되는 적어도 3개의 절연 경사 섬유들 중 하나이다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 발광 다이오드를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 센서를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제어 회로부, 적어도 일부의 전도성 경사 섬유들 및 전도성 위사 섬유들을 포함하는 경사 및 위사 섬유들을 갖는 직조 패브릭, 및 전도성 경사 섬유들 및 전도성 위사 섬유들을 통해 제어 회로부에 의해 제공되는 신호에 의해 제어되는 전기 컴포넌트들의 어레이를 포함하는 전자 디바이스가 제공되며, 각각의 전기 컴포넌트는 전도성 위사 섬유들 중 하나에 납땜되는 제1 접촉부를 갖는 제1 홈을 갖고, 각각은 전도성 경사 섬유들 중 하나에 납땜되는 제2 접촉부를 갖는 제2 홈을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 제1 홈에 평행한 세로축을 따라 연장되는 세장형 패키지를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 제1 접촉부는 제1 유형의 솔더를 사용하여 납땜되고, 제2 접촉부는 제1 유형의 솔더보다 낮은 용융 온도를 갖는 제2 유형의 솔더를 사용하여 납땜된다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 발광 다이오드를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제2 홈은 제1 홈에 수직하게 연장되고, 제1 홈은 플라스틱 패키지의 하나의 표면 상에 형성되고, 제2 홈은 플라스틱 패키지의 대향 표면 상에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 섬유들로 형성된 패브릭, 및 패브릭의 형성 중에 패브릭 내에 실장되는 전기 컴포넌트를 포함하는 장치가 제공되며, 전기 컴포넌트는 적어도 제1 전기 접속부를 이용하여 섬유들 중 제1 섬유에 결합되는 제1 접촉부 및 제2 전기 접속부를 이용하여 섬유들 중 제2 섬유에 결합되는 제2 접촉부를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 전기 접속부들은, 용접된 접속부, 솔더 접속부, 전도성 접착제 접속부, 권축 금속 접속부, 클램프형 섬유 접촉 접속부, 체결구 기반 접속부, 성형 접속부, 랩핑된 섬유 접속부, 및 압입 접속부로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 섬유는 경사 섬유이고 제2 섬유는 위사 섬유이다.
다른 실시예에 따르면, 패브릭은 직조 패브릭을 포함하고 전기 컴포넌트는 패브릭의 직조 중에 섬유들에 실장된다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트는 집적 회로, 발광 다이오드, 트랜지스터 기반 회로부와 패키징되는 발광 다이오드, 저항기, 커패시터, 인덕터, 오디오 컴포넌트, 터치 센서, 가속도계, 온도 센서, 힘 센서, 마이크로전자기계 시스템 디바이스, 트랜스듀서, 솔레노이드, 전자석, 압력 센서, 광 센서, 근접 센서, 버튼, 및 스위치로 구성되는 그룹으로부터 선택된 컴포넌트를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 전기 접속부들은 제1 및 제2 개개의 용융점들을 갖는 솔더들로 형성된 솔더 접속부들을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 섬유 얽힘 장비(fiber intertwining equipment)를 사용하여, 패브릭을 생성하기 위해 섬유들을 얽히게 하는 단계, 및 섬유들을 얽히게 하는 동안, 각각의 전기 컴포넌트 상의 적어도 제1 및 제2 접촉부들을 섬유들 사이의 개개의 섬유들에 전기적으로 접속시킴으로써 패브릭 내에 전기 컴포넌트들을 실장하는 단계를 포함하는 패브릭 기반 물품을 형성하기 위한 방법이 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 섬유들은 경사 및 위사 섬유들을 포함하며, 섬유 얽힘 장비는 직조 장비를 포함하고, 섬유들을 얽히게 하는 단계는 경사 및 위사 섬유들을 직조하여 패브릭을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 컴포넌트들을 실장하는 단계는, 컴포넌트들 중 적어도 하나를, 그 컴포넌트의 제1 접촉부를 경사 섬유들 중 하나에 부착하고 그 컴포넌트의 제2 접촉부를 위사 섬유들 중 하나에 부착함으로써 실장하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 접촉부들을 부착하는 것은 개개의 제1 및 제2 상이한 온도에서 용융하는 솔더를 사용하여 접속부들을 형성하는 것을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 접촉부들을 부착하는 것은, 용접, 솔더 접속부, 전도성 접착제 접속부, 권축 금속 접속부, 클램프형 접촉 접속부, 체결구 기반 접속부, 성형 접속부, 랩핑된 섬유 접속부, 및 압입 접속부로 구성된 그룹으로부터 선택된 전기 접속부들을 사용하여 접속부들을 형성하는 것을 포함한다.
전술한 사항은 단지 예시적인 것이며, 기술된 실시예들의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 상기의 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (31)

  1. 장치로서,
    섬유들로 형성된 패브릭(fabric); 및
    제1 및 제2 수직 섬유 안내 구조물들을 갖는 전기 컴포넌트
    를 포함하며, 상기 섬유들 중 제1 섬유는 상기 제1 섬유 안내 구조물 내에 납땜되고 상기 섬유들 중 제2 섬유는 상기 제2 섬유 안내 구조물 내에 납땜되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섬유 안내 구조물들은 제1 및 제2 수직 홈들이고, 상기 제1 및 제2 섬유들은 전도성 섬유인, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 섬유는 제1 유형의 솔더를 사용하여 상기 제1 홈 내의 제1 금속 접촉부에 납땜되고, 상기 제2 섬유 섬유들은 상기 제1 유형의 솔더보다 낮은 용융점을 갖는 제2 유형의 솔더를 사용하여 상기 제2 홈 내의 제2 금속 접촉부에 납땜되는, 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섬유들을 통해 전달되는 신호를 사용하여 상기 컴포넌트를 제어하는 회로부를 추가로 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 상기 패브릭의 상기 섬유들에 납땜된 전기 컴포넌트들의 어레이 중 하나인, 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 패브릭은 직조 패브릭(woven fabric)을 포함하고, 상기 섬유들은 위사 섬유(weft fiber)들 및 경사 섬유(warp fiber)들을 포함하고, 상기 제1 섬유는 상기 위사 섬유들 중 하나이며, 상기 제2 섬유는 상기 경사 섬유들 중 하나인, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는,
    전기 디바이스; 및
    상기 전기 디바이스를 수납하는 플라스틱 패키지를 포함하며, 상기 제1 및 제2 홈들은 상기 플라스틱 패키지 내에 형성되는, 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 플라스틱 패키지는 세로축을 따라 연장되는 세장형 형상을 가지며, 상기 제1 홈은 상기 세로축에 평행하게 연장되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 플라스틱 패키지는 상기 제2 홈에 평행하게 연장되고 상기 경사 섬유들 중 하나를 수용하는 제3 홈을 추가로 포함하는, 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 발광 다이오드를 포함하는, 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 센서를 포함하는, 장치.
  12. 장치로서,
    경사 및 위사 섬유들로 형성된 직조 패브릭; 및
    제1 및 제2 접촉부들을 갖는 전기 컴포넌트
    를 포함하며, 상기 경사 섬유들 중 제1 섬유는 상기 제1 접촉부에 납땜되고, 상기 경사 섬유들 중 제2 섬유는 상기 제2 접촉부에 납땜되고, 상기 패브릭 내의 상기 경사 섬유들 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 섬유들 사이에 놓이고 상기 전기 컴포넌트와 중첩되는 절연 경사 섬유인, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 경사 섬유들은 전도성 경사 섬유이고, 상기 전기 컴포넌트와 중첩되는 절연 경사 섬유는 상기 제1 및 제2 섬유들 사이에 놓이고 상기 전기 컴포넌트와 중첩되는 적어도 3개의 절연 경사 섬유들 중 하나인, 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 발광 다이오드를 포함하는, 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 센서를 포함하는, 장치.
  16. 전자 디바이스로서,
    제어 회로부;
    적어도 일부의 전도성 경사 섬유들 및 전도성 위사 섬유들을 포함하는 경사 및 위사 섬유들을 갖는 직조 패브릭; 및
    상기 전도성 경사 섬유들 및 상기 전도성 위사 섬유들을 통해 상기 제어 회로부에 의해 제공되는 신호에 의해 제어되는 전기 컴포넌트들의 어레이
    를 포함하며, 각각의 전기 컴포넌트는 상기 전도성 위사 섬유들 중 하나에 납땜되는 제1 접촉부를 갖는 제1 홈을 갖고, 각각은 상기 전도성 경사 섬유들 중 하나에 납땜되는 제2 접촉부를 갖는 제2 홈을 갖는, 전자 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 상기 제1 홈에 평행한 세로축을 따라 연장되는 세장형 패키지를 갖는, 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 접촉부는 제1 유형의 솔더를 사용하여 납땜되고, 상기 제2 접촉부는 상기 제1 유형의 솔더보다 낮은 용융 온도를 갖는 제2 유형의 솔더를 사용하여 납땜되는, 전자 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 발광 다이오드를 포함하는, 전자 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 홈은 상기 제1 홈에 수직하게 연장되고, 상기 제1 홈은 상기 플라스틱 패키지의 하나의 표면 상에 형성되고, 상기 제2 홈은 상기 플라스틱 패키지의 대향 표면 상에 형성되는, 전자 디바이스.
  21. 장치로서,
    섬유들로 형성된 패브릭; 및
    상기 패브릭의 형성 중에 상기 패브릭 내에 실장되는 전기 컴포넌트
    를 포함하며, 상기 전기 컴포넌트는 적어도 제1 전기 접속부를 이용하여 상기 섬유들 중 제1 섬유에 결합되는 제1 접촉부 및 제2 전기 접속부를 이용하여 상기 섬유들 중 제2 섬유에 결합되는 제2 접촉부를 갖는, 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기 접속부들은, 용접된 접속부, 솔더 접속부, 전도성 접착제 접속부, 권축 금속 접속부(crimped metal connection), 클램프형 섬유 접촉 접속부(clamped-fiber contact connection), 체결구 기반 접속부, 성형 접속부, 랩핑된 섬유 접속부(wrapped-fiber connection), 및 압입 접속부(press-fit connection)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 섬유는 경사 섬유이고 상기 제2 섬유는 위사 섬유인, 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 패브릭은 직조 패브릭을 포함하고 상기 전기 컴포넌트는 상기 패브릭의 직조 중에 상기 섬유들에 실장되는, 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 집적 회로, 발광 다이오드, 트랜지스터 기반 회로부와 패키징되는 발광 다이오드, 저항기, 커패시터, 인덕터, 오디오 컴포넌트, 터치 센서, 가속도계, 온도 센서, 힘 센서, 마이크로전자기계 시스템 디바이스, 트랜스듀서, 솔레노이드, 전자석, 압력 센서, 광 센서, 근접 센서, 버튼, 및 스위치로 구성되는 그룹으로부터 선택된 컴포넌트를 포함하는, 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기 접속부들은 제1 및 제2 개개의 용융점들을 갖는 솔더들로 형성된 솔더 접속부들을 포함하는, 장치.
  27. 패브릭 기반 물품을 형성하기 위한 방법으로서,
    섬유 얽힘 장비(fiber intertwining equipment)를 사용하여, 패브릭을 생성하기 위해 섬유들을 얽히게 하는 단계; 및
    상기 섬유들을 얽히게 하는 동안, 각각의 전기 컴포넌트 상의 적어도 제1 및 제2 접촉부들을 상기 섬유들 사이의 개개의 섬유들에 전기적으로 접속시킴으로써 상기 패브릭 내에 전기 컴포넌트들을 실장하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 섬유들은 경사 및 위사 섬유들을 포함하며, 상기 섬유 얽힘 장비는 직조 장비를 포함하고, 상기 섬유들을 얽히게 하는 단계는 상기 경사 및 위사 섬유들을 직조하여 상기 패브릭을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트들을 실장하는 단계는, 상기 컴포넌트들 중 적어도 하나를, 그 컴포넌트의 상기 제1 접촉부를 상기 경사 섬유들 중 하나에 부착하고 그 컴포넌트의 상기 제2 접촉부를 상기 위사 섬유들 중 하나에 부착함으로써 실장하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접촉부들을 부착하는 것은 개개의 제1 및 제2 상이한 온도에서 용융하는 솔더를 사용하여 접속부들을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접촉부들을 부착하는 것은, 용접, 솔더 접속부, 전도성 접착제 접속부, 권축 금속 접속부, 클램프형 접촉 접속부, 체결구 기반 접속부, 성형 접속부, 랩핑된 섬유 접속부, 및 압입 접속부로 구성된 그룹으로부터 선택된 전기 접속부들을 사용하여 접속부들을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
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