專利名稱：柔性電路組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及柔性電路組件技術(shù)。更具體地說，本發(fā)明涉及能夠象可佩戴的計算機那樣操作的柔性電路。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)電路和顯示器屏幕結(jié)合通常被用于為用戶儲存和顯示信息。示范性的電路/顯示器組合包括個人計算機、計算器和小型備忘記事本。在這些裝置中電路系統(tǒng)和顯示器屏幕通常被裝在剛性的塑料外殼中。這些外殼是用來保護通常由非柔性材料制成的電路系統(tǒng)和熒光屏的。例如，計算機的元器件和它們的相關(guān)電路通常被放在硬塑料“主板”。主板的塑料不考慮充分的柔韌性，如果對它施加相當大的扭矩，它將啪地一聲斷裂。另外，顯示器屏幕通常是由非柔性的玻璃制成的，并且呈現(xiàn)類似的性質(zhì)。這些性質(zhì)限制了用這些元器件制成的裝置在象衣袋和錢包那樣的實用環(huán)境中操作，因為如果不受堅硬的外殼保護，這些裝置在處境危險即下落時可能被損壞。
本發(fā)明的概述在一個實施方案中，揭示了一種密封的柔性電路。該柔性電路包括至少一個柔性基材層和淀積在所述的至少一個柔性基材層上的導(dǎo)電材料。該柔性電路還包括眾多元器件，這些元器件固著在柔性基材上，并且通過導(dǎo)電材料實現(xiàn)彼此間的電連接；以及柔性的顯示器屏幕，該顯示器屏幕附著在至少一個柔性基材層上，并且與眾多元器件中的至少一個元器件電耦合。
在另一個實施方案中揭示了一種柔性的計算裝置。這種柔性的計算裝置包括柔性基材，該柔性基材包括眾多柔性層，而且每個柔性層都被固定粘接到相鄰的每個柔性層上，以致在柔性的計算裝置受到彎曲時，所述的眾多柔性層將作為一個構(gòu)件，所述的眾多柔性層包括一個頂層。所述的柔性計算裝置還包括淀積在至少一個柔性層上的導(dǎo)電材料和眾多元器件，每個元器件都通過導(dǎo)電材料與至少一個其它的元器件電耦合，而且其中一些元器件固著在柔性基材的頂層上。另外，該柔性的計算裝置還包括柔性的顯示器屏幕，該顯示器屏幕附著在柔性基材的頂層上，并且通過一部分導(dǎo)電材料與眾多元器件中的至少一個元器件電耦合。
各種各樣的實施方案可以全部被集成到一個象折疊式皮包或腕帶那樣的柔性組件中并且能夠在其中操作。
附圖簡要說明通過下面的詳細介紹和附圖，本發(fā)明的各個方面和各種實施方案將被更清晰地理解。這種介紹僅僅是為了舉例說明的目的而不是為了限制本發(fā)明的范圍。在附圖中

圖1是按照本發(fā)明的示范實施方案的柔性電路；圖2是柔性電路的另一個實施方案，它具有兩層柔性基材；圖3是按照本發(fā)明的的柔性電路的局部剖視圖；圖4是按照本發(fā)明的示范實施方案眾多元器件之間的示范電連接的局部剖視圖5是揭示附著在示范柔性電路上并且被環(huán)氧樹脂珠滴覆蓋的元器件的局部剖視圖；圖6是被電連接在柔性基材上并且被環(huán)氧樹脂珠滴覆蓋的元器件的俯視圖；圖7是揭示一些允許柔性電路象計算裝置那樣操作的元器件的方框圖；圖8A-8C揭示按照本發(fā)明的一個實施方案優(yōu)選的用戶輸入的各個方面；圖9是一個作為有顯示器屏幕和用戶輸入的計算裝置被實現(xiàn)的柔性電路的實施方案；圖10A-10B揭示本發(fā)明的一個實施方案，該實施方案考慮到易于沿著絞鏈區(qū)折疊；圖11是一個示范實施方案的分解圖，通過這個實施方案顯示器屏幕可以附著到并且被集成到柔性電路中；圖12是另一個示范實施方案，通過這個實施方案顯示器屏幕可以附著到并且被集成到柔性電路中；圖13是另一個示范實施方案，通過這個實施方案顯示器屏幕可以附著到并且被集成到柔性電路中而且包括各種各樣的顯示驅(qū)動芯片；圖14是另一個示范實施方案，通過這個實施方案顯示器屏幕可以附著到并且被集成到柔性電路中；圖15A-15D揭示跨絞鏈區(qū)連接諸導(dǎo)電材料部分的各個方面；
圖16A-16C展示可以用來變更柔性電路的有效總長度的可被非必選地實現(xiàn)的屬性；圖17A-17B是本發(fā)明的柔性電路的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的各個方面；圖18A-18B是被集成到折疊式皮包中的示范柔性電路；圖19A-C揭示具有輸入端口并且被集成到折疊式皮包中的示范柔性電路的各個方面；圖20揭示一個具有接收智能卡的開端口并且被集成到折疊式皮包中的柔性電路的一個實施方案；圖21A-21B揭示用于與智能卡通信的接端口的各個方面。
本發(fā)明的詳細介紹更一般地說，本發(fā)明的一個實施方案包括有至少一個，優(yōu)選有幾個元器件附著在上面的全柔性的電路。該電路還優(yōu)選包括柔性的顯示器。在優(yōu)選實施方案中，該柔性的顯示器是柔性的液晶顯示器(LCD)。在本文中使用的術(shù)語“柔性電路”包括任何電路并且是可能實現(xiàn)的，例如可以作為能夠接收信息并且完成運算的計算裝置被實現(xiàn)。
按照本發(fā)明，柔性電路應(yīng)該如此地凹凸不平，以致足以使它耐受幾種類型的機械應(yīng)力。另外，在一個實施方案中該電路應(yīng)該被這樣密封，以致它可以經(jīng)得起暴露在象水那樣的外部環(huán)境中。
為了將本發(fā)明的柔性電路集成到象折疊式皮包或腕帶那樣的柔性外殼中，該柔性電路應(yīng)該擁有某些特征。例如，如果被集成到折疊式皮包中，那么該柔性電路應(yīng)該至少在某個局部區(qū)域能夠經(jīng)得起該電路將遭受的反復(fù)折疊和展開。在優(yōu)選實施方案中，該柔性電路還可以具有永久性的折痕，以致該柔性電路可以沿著所述折痕對折，以便增加供元器件附著的總表面積同時保持總有效長度最小。
例如，該柔性電路應(yīng)該即使在被反復(fù)折疊和展開或經(jīng)受扭曲、剪切或壓縮應(yīng)力時仍然是可供使用的。在本文中使用的術(shù)語“折疊”將特指褶痕和絞鏈區(qū)兩者。褶痕可以被定義為在柔性電路中半徑與該柔性電路的厚度相比非常小的折痕。換言之，當柔性電路發(fā)生褶皺時，該柔性電路的兩個部分本質(zhì)上是彼此共平面的。鉸鏈區(qū)是具有較大的彎曲半徑的大折痕，以致在柔性電路沿著鉸鏈區(qū)折疊時，在該柔性電路的兩個部分之間有細小的空間。
圖1是本發(fā)明的柔性電路100的示范實施方案的簡化形式。在這個實施方案中，柔性電路100包括至少一層柔性基材102、定位在柔性基材102上的導(dǎo)電材料104和定位在柔性基材102上的至少一個元器件106。但是，為了便于解釋，圖1所示的柔性電路100還包括第二元器件108。
本文中使用的術(shù)語“柔性基材”既可以指絕緣的柔性基材又可以指導(dǎo)電的柔性基材，取決于該術(shù)語的使用場合。
在一個實施方案中，柔性基材102可能能夠為柔性電路提供絕緣層。為了實現(xiàn)本發(fā)明，可以接受的絕緣的柔性基材102的實例包括丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚酯、聚酯薄膜或其他塑料。
此外，柔性電路100的厚度應(yīng)該足夠薄，以致在集成到(例如)折疊式皮包中時，它不使折疊式皮包明顯地變厚。優(yōu)選的是，柔性基材的厚度小于1mm。在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明利用大約0.2mm厚的聚酰亞胺柔性基材和大約1.2mm厚的元器件。
在另一個實施方案中，柔性電路100可以包括柔性的許多層柔性基材102。這個實施方案將在下邊更詳細地討論。
覆蓋在柔性基材102上面的是由導(dǎo)電材料104組成的導(dǎo)電的相互連接圖案。導(dǎo)電材料可以是任何傳導(dǎo)電荷的材料，例如金屬或?qū)щ娪湍?。?dǎo)電材料104中的金屬或?qū)щ娪湍梢岳霉饪涛g法或通過印刷被施加到基材上，取決于所用的是導(dǎo)電材料104的類型。這個過程可以用一個或多個用柔性基材102和導(dǎo)電材料104的一個或多個附加層重復(fù)。
在圖1所示實施方案中，導(dǎo)電材料104起電連接柔性電路100中的元器件106和108的作用。按照本發(fā)明的一個實施方案的柔性電路100至少可以沿著一條軸線被折疊起來。因此，該連接材料104至少在某些位置處還可以為折疊做準備。
在另一個實施方案中，柔性基材102可以用導(dǎo)電的柔性基材(例如特氟隆)制造。在這實施方案中，電連接不是由導(dǎo)電材料制成的，而是由柔性基材102本身制成的。不同于覆蓋型連接材料，一些部分的柔性基材102被除掉，而剩下的導(dǎo)電部分起電連接元器件的作用。
元器件106和108可以是各種各樣現(xiàn)有的電氣元件，例如集成電路芯片。這些元器件106和108被安裝在柔性基材102上裸露的導(dǎo)電表面上。這個裸露的導(dǎo)電表面可以用內(nèi)部互連材料104制作。另外，裸露的導(dǎo)電表面可能是未被除掉的導(dǎo)電的柔性基材102的一些導(dǎo)電部分。
圖2揭示本發(fā)明的示范實施方案，其中柔性電路100包括兩個柔性基材層，上層202和下層204。如圖所示，上層202和下層204彼此分開。但是，按照本發(fā)明的一個實施方案，這兩層可以被牢固地連接在一起。優(yōu)選的是，這兩層以這樣的方式連接，以致它們發(fā)生彎曲時作為單一的構(gòu)件起作用。例如，這兩層可以通過熱固性丙烯酸粘接劑或類似的東西連接在一起。
導(dǎo)電材料104的膜層淀積在兩個柔性基材層(202和204)上。首先取出上層202，將導(dǎo)電材料104淀積在元器件206和208下方的區(qū)域中，而這兩個元器件優(yōu)選都牢固地附著在柔性的上層202上。在每個區(qū)域的下面都有一個允許導(dǎo)電材料104貫穿上層102的通道(未示出)。本文中使用的術(shù)語“通道”指的是貫穿柔性基材層并且用導(dǎo)電材料部分填充或全部填充的通孔。
另外，一部分導(dǎo)電材料104還淀積在一部分下層204上。因此，導(dǎo)電材料104可以被想象成從上層202上開始，穿過上層202，然后在下層204上延伸，再回到上層202的下側(cè)，并借此把元器件206和208電連接在一起。用這種方法，可以有更多的表面放置導(dǎo)電材料104以便電連接各個元器件。同樣，這考慮到更多的互連，因為可以形成多層并且因此制造商不必擔心各個導(dǎo)電材料104部分彼此交叉。因此，在柔性電路100的元器件之間允許更多的電連接。同樣，這允許用最小的空間實現(xiàn)大量的連接。
元器件206和208優(yōu)選坐落在柔性基材200通常將不發(fā)生折疊或彎曲的特定位置上。這些元器件優(yōu)選被環(huán)氧樹脂層覆蓋。
在偏離折痕位置或大幅度彎曲的區(qū)域放置元器件考慮到用剛性的環(huán)氧樹脂封裝全部元器件并且為這些元器件提供剛性。環(huán)氧樹脂還起對元器件實施防止密封和防止機械應(yīng)力引起的元器件故障的作用。
現(xiàn)在參照圖3，它展示依據(jù)本發(fā)明的示范實施方案的柔性電路100的局部剖視圖。該局部剖視圖展示柔性基材下層304和柔性基材上層302。柔性基材上層302有通道穿過它并且用導(dǎo)電材料310填充的通道308A。導(dǎo)電材料310允許上層302的上表面與淀積在下層304的上表面上的導(dǎo)電材料310電耦合。
上層302還貫穿它的通孔308B。本文中使用的術(shù)語“通孔”將特指未用導(dǎo)電材料填充的通道。換言之，本文中使用的“通孔”是在柔性基材中沒有任何柔性基材的區(qū)域。
如圖所示，有一個通孔308B和一個通道308A。但是，這僅僅是一個實例，正象熟悉這項技術(shù)的人能夠輕易地實現(xiàn)的那樣，通道的數(shù)目取決于在該柔性電路中有多少層以及在元器件之間需要多少互連。此外，通孔的數(shù)目將影響數(shù)個膜層結(jié)合在一起的一塊柔性基材的剛度，通孔越多提供的基材越柔軟。
在優(yōu)選實施方案中，兩個膜層302和304在沒有導(dǎo)電材料310或通過這兩個膜層的通孔或通道的地方全都被粘接在一起。優(yōu)選的是，把這兩層粘接到一起的粘接劑306被涂布在柔性電路的周界周圍且沒有導(dǎo)電材料的地方，以便維持該柔性電路的整個周界的密封。
元器件可以利用標準方法(如絲焊或錫焊)連接到裸露的導(dǎo)電區(qū)域上。此外，這些元器件可以利用導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂通過把元器件的電連接粘接到導(dǎo)電材料上與柔性電路連接。在另一個實施方案中，元器件的電連接可以有附著在元器件上的焊料凸起。在這個實施方案中，柔性電路的上層302可以有穿過它的通孔，該通孔使下層304上的導(dǎo)電材料暴露出來。然后，把元器件放在該柔性電路上使所述凸起對準通孔。一旦放好，給連接區(qū)加熱使焊料凸起流入該通孔，借此把元器件電連接到下層304上。
圖4展示柔性電路100的示范實施方案的局部剖視圖。所示的實施方案包括三個元器件，第一元器件400、第二元器件416和第三元器件428。在這個特定的實施方案中，三個元器件全部被電連接在一起，下面將更詳細地討論。但是，原本熟悉這項技術(shù)的人將易于理解所示的互連僅僅是舉例說明而且三個元器件不需要全部被電連接到一起。
所示的實施方案包括三層柔性基材。具體地說，這個實施方案包括上層440、中層441和底層442。各種各樣的導(dǎo)電材料層被淀積在相鄰的膜層之間。
第一元器件400是通過把元器件的引線402錫焊到焊接區(qū)404實現(xiàn)與第一導(dǎo)電層406的電連接的。正象技術(shù)上眾所周知的那樣，焊接區(qū)是由鋁合金組成的。元器件引線402借助通孔405穿過上層440。優(yōu)選的是，元器件400借助環(huán)氧樹脂407的珠滴涂層牢固地附著在上層440上。焊接區(qū)404把元器件的引線402電耦合到第一層導(dǎo)電材料406上。
另外，第一導(dǎo)電層406借助通道408與安排在中層441和底層442之間的第二導(dǎo)電層410電耦合。借助通道408的電連接允許把第一元器件400分別電耦合到第一和第二導(dǎo)電層406和410。
第一導(dǎo)電層406通過連接器415跨過鉸鏈區(qū)430與第三導(dǎo)電層411電耦合。鉸鏈區(qū)430和連接器415兩者下面將更詳細地討論。如上所述，第三導(dǎo)電層411與第二元器件416電耦合。換言之，第二元器件416是通過把元器件引線414錫焊到焊接區(qū)413上實現(xiàn)與第三導(dǎo)電層411的電連接的。
第二導(dǎo)電層410通過連接器417跨過鉸鏈區(qū)430被電耦合到第四導(dǎo)電層418上。第四導(dǎo)電層418與第三元器件428電耦合。第三元器件428借助穿過通孔422被焊接區(qū)424固定的絲焊引線426以及借助通道420被電耦合到第四導(dǎo)電層418上。絲焊工藝是借助自動化的機械實現(xiàn)的，而且在技術(shù)上是眾所周知的。
按圖4所示的方式安排導(dǎo)電材料將把所有的元器件都電耦合到一起。這可能是符合要求的，例如，如果第一元器件是產(chǎn)生分別滿足第二或第三元器件416和428需要的時鐘信號的時鐘。
正象前面陳述的那樣，優(yōu)選的是每個元器件或數(shù)組元器件被環(huán)氧樹脂珠滴覆蓋。圖5展示用環(huán)氧樹脂珠滴504覆蓋元器件500的示范實施方案。如圖所示，元器件500以類似于參照圖4所介紹的方式通過絲焊引線502電耦合到導(dǎo)電材料(未示出)上。環(huán)氧樹脂珠滴504至少為兩個目的服務(wù)。第一，珠滴504使元器件500牢固地附著在柔性基材506上。第二，珠滴為元器件500形成堅硬的保護涂層，該涂層防止機械應(yīng)力和壓力施加在元器件500上。
圖6是附著在柔性基材602上的元器件的俯視圖。如上所述，元器件600可以借助各種各樣的已知技術(shù)附著到柔性基材602上。如圖6所示，元器件600借助眾所周知的絲焊工藝通過絲焊連接器603把導(dǎo)電材料604的各個裸露部分連接到元器件600上。以這種方式，元器件400可以通過連接材料604的每個不同的裸露部分與眾多不同的元器件連接。優(yōu)選的是，焊接區(qū)(未示出)使絲焊連接器牢固地附著到導(dǎo)電材料604上。連接材料604的裸露部分、絲焊連接器603和元器件600全都被環(huán)氧樹脂涂層608覆蓋(封裝)。這個環(huán)氧樹脂涂層608在某些實施方案中覆蓋不止一個元器件400。被環(huán)氧樹脂通信608封裝的區(qū)域與柔性基材602相比剛性比較大，而且在本文中被稱為部位。這樣提供的密封允許元器件600經(jīng)受機械壓力和應(yīng)變，而且具有浸沒在液體中的能力。正象下面將要更詳細地討論的那樣，被環(huán)氧樹脂覆蓋的區(qū)域(部位)應(yīng)該在柔性基材602上這樣排列，以致它們不接觸柔性電路100將要被折疊的位置，或者離所述位置太近。因此，不僅元器件600附著到柔性基材602上的方式是重要的，而且它們在柔性基材602上的位置也是非常重要的。
在一個實施方案中，所述電路是計算裝置。在本文中使用的術(shù)語“計算裝置”指的是任何可以接收數(shù)據(jù)并且完成對數(shù)據(jù)的操作的裝置。例如，本文中使用的術(shù)語計算裝置包括計算機、計算器、個人備忘記事本、視頻游戲等。但是，本發(fā)明的用途不受計算裝置的限制，在本文中包含的教導(dǎo)可以被熟悉這項技術(shù)的人輕易地應(yīng)用于任何需要柔韌性的電路。
圖7揭示作為計算裝置被實現(xiàn)的示范柔性電路。該柔性電路100包括中央處理器(CPU)702。中央處理器702借助中央總線710與用戶輸入704、顯示器屏幕706、以及內(nèi)存708連接和通信。該柔性電路100接收來自電源712的電力。此外，柔性電路100還可以包括外部的輸入/輸出端口714，以便接收來自外部來源的信息和/或電力。
中央處理器702可以是任何市場上可以買到的處理器，例如摩托羅拉8080，英特爾“奔騰”芯片等。在優(yōu)選實施方案中，中央處理器702是能夠與標準的個人計算機(PC)通信的8位的微處理器。與標準的個人計算機之間的通信是通過輸入/輸出(I/O)端口714進行的。另外，中央處理器702應(yīng)該能夠驅(qū)動顯示器屏幕706和接收來自用戶輸入704的信息。再者，中央處理器702可以具有驅(qū)動它運行的內(nèi)部時鐘(未示出)。這個時鐘也可以在中央處理器702的外部。
用戶輸入704可以是任何能夠接收來自用戶的輸入信息并且把這些輸入信息傳送給中央處理器702的輸入裝置。適當?shù)妮斎胙b置可以包括鍵盤、鼠標、輔助鍵盤、聲音接收器(如麥克風)、光敏輸入、溫度傳感器、壓力傳感器等類似的東西。優(yōu)選的是，用戶輸入704包括至少一個無觸點的輔助鍵盤。多重無觸點輔助鍵盤可以通過把用戶輸入704放在柔性電路100通常不被折疊或彎曲的各個位置而得以形成。在一個實施方案中，用戶輸入704可以被集成到顯示器屏幕706中。
顯示器屏幕706可以是任何能夠顯示從中央處理器702收到的信息的熒光屏。優(yōu)選的是，顯示器屏幕706是柔性的LCD顯示器屏幕。在優(yōu)選實施方案中，顯示器屏幕706還可以是對觸摸敏感的“觸摸屏”，以致用戶僅僅通過觸摸顯示器的屏幕706就可以操縱位置和改變數(shù)據(jù)的位置。LCD顯示器可以由安裝在位于柔性基材和顯示器屏幕706之間的市售的TCP連接器上的芯片驅(qū)動。另外，行和列可以由安裝在柔性電路本身上的芯片馬區(qū)動。
在另一個優(yōu)選實施方案中，顯示器屏幕106可以是兩面都能看的光透射顯示器。本文中使用的術(shù)語“顯示器屏幕”指的是最終把信息移交給柔性電路的用戶的裝置。但是，正象熟悉這項技術(shù)的人能夠輕易地理解的那樣，用來把信息傳遞給用戶的替代裝置是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。例如，顯示器屏幕706可能被用來把信息傳遞給用戶的語音輸出代替或者伴有語音輸出。另外，為了向信息的用戶發(fā)出警報，可以把引起電路振動或發(fā)射光線的裝置添加到該柔性電路上。此外，可以有多個顯示器屏幕706，為了形成更大的顯示器，優(yōu)選把所有的顯示器屏幕都電耦合到一起并且全都連接到柔性電路100中通常不被折疊的位置。
存儲器708可以是能夠把數(shù)據(jù)儲存在計算裝置中的任何類型的存儲器。這樣的存儲器包括但不限于任何市面上可以買到的隨機存取存儲器(RAM)和類似的東西。在一個實施方案中，存儲器708是512K的低功率靜態(tài)隨機存取存儲器。在另一個實施方案中，存儲器708包括隨機存取存儲器和非易失性(閃存)存儲器二者。
優(yōu)選的是，柔性電路100是便攜式裝置，但是，非便攜式裝置也在本發(fā)明的考慮之內(nèi)。在便攜式實施方案中，電源712通常是電池，優(yōu)選可充電電池。為了使電路100具有更大的柔韌性，電源712可以是柔性的可充電電池。在這個實施方案中，電源712可以通過充電電源與該電源感應(yīng)耦合再次充電。在這個實施方案中，電源712可以包括電感線圈，該線圈靠近固定的充電電源的充電線圈時將作為互感器的接收部分起作用，因此可以給電源712充電。在另一個實施方案中，電源712以第二備份電源(未示出)作后盾，該備份電源可以永久地集成在計算裝置100中，也可以是可更換的。
外部輸入/輸出端口714可以采取幾種不同的形式，而且在柔性電路100中可以包括不止一個外部輸入/輸出端口。一般地說，外部輸入/輸出端口714可供柔性電路100有效地接收來自外部來源的信息和/或把信息傳送出去。例如，輸入輸出端口714可以是為了與個人計算機的電纜或電池充電器的專用電纜一起使用而設(shè)計的4針接線器。此外，外部輸入輸出端口714可以是直接串行或并行傳輸數(shù)據(jù)的連接，例如RS-232口或USB口。另外，外部輸入輸出端口714可以是能夠接收或發(fā)射紅外(IR)信號或光信號的紅外(IR)或光探測器/發(fā)射器。在另一個實施方案中，外部輸入輸出端口714可以是射頻(RF)調(diào)制解調(diào)器或?qū)ず魴C。在又一個實施方案中，外部輸入輸出端口714可能是能夠撥電話號碼的語音撥號器。
此外，外部輸入輸出端口714可能是能夠發(fā)射數(shù)據(jù)和/或接收來自外部來源(例如，個人計算機)的數(shù)據(jù)的天線。在這個使用天線的實施方案中，天線可以被直接模塑到柔性電路中。換言之，天線可能連接在柔性電路的頂部上，或者采取另一種辦法，它可能被置于柔性電路的膜層之間。這個天線還可能如上所述作為充電用的感應(yīng)線圈發(fā)揮作用。
在另一個實施方案中，外部輸入輸出端口714可以包括連接智能卡的觸點。在這個實施方案中，外部輸入輸出端口714優(yōu)選這樣配置，以使它能夠從智能卡上讀取信息并且能夠把信息寫入智能卡。以這種方式，外部輸入輸出端口714可以被看成是指使“從屬”智能卡的“主卡”。進一步說，智能卡本身可以包括輸入輸出端口，從而允許該智能卡接收來自外部來源的信息，然后再由外部輸入輸出端口714讀出。為了使外部輸入輸出端口714能與接觸式智能卡交換信息，以下述方法形成外部輸入輸出端口714可能是優(yōu)選的，即故意使柔性電路100發(fā)生這樣的變形，以致一部分導(dǎo)電材料將被暴露出來并且可以與智能卡發(fā)生實際的接觸。這將在下面更詳細地介紹。
在進一步的實施方案中，外部輸入輸出端口714可能是能夠把信息發(fā)送給私人網(wǎng)絡(luò)(Personal Area Network)的諸單元的裝置，以便創(chuàng)造“可佩戴的計算機”。換言之，外部輸入輸出端口714或許能夠接收來自眾多設(shè)備的信息并且能夠把信息發(fā)送給眾多設(shè)備，其中每臺設(shè)備可能都有它們自己的外部輸入輸出端口。以這種方式，外部輸入輸出端口714可以使柔性電路100在“集線輻接(hub and spoke)”配置中作為隨身佩戴的外設(shè)(例如眼鏡、手表或助聽器)之間的中繼站發(fā)揮作用。
因此，根據(jù)被包括的是何種類型的外部輸入輸出端口714，柔性電路100或許能夠與任何數(shù)量的外設(shè)(例如，智能卡，非接觸式智能卡、信用卡仿真裝置、打印機、磁盤、掃描儀等)通信。上述被識別的輸入輸出裝置不相互排斥。換言之，具有許多被這樣集成到柔性電路中的輸入輸出裝置在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
剛剛介紹的各種元器件僅僅是為數(shù)不多的幾種可能被集成到本發(fā)明的柔性電路100中的元器件。正象下面將更詳細地討論的那樣，柔性電路100可以包括附加的元器件。再者，由于本發(fā)明優(yōu)選把所有的元器件都集成到密封單元中，所以柔性電路性是不能簡單地變更的，而且任何變更的企圖都可能導(dǎo)致柔性電路的損壞。這提高了本發(fā)明的安全性水平，以致任何未經(jīng)批準的個人都不可能改變該柔性電路。
圖8A揭示輸入裝置704的優(yōu)選實施方案。輸入裝置704包括許多在被觸摸時可以接收來自用戶的信息的輸入鍵802。鍵802可以是任何類型能夠接收信息的鍵，例如，它們可能是類似于傳統(tǒng)的計算器所用的輔助鍵盤按鍵，在這種場合按下鍵將引起鍵下面的電路系統(tǒng)的行和列之間的接觸。在優(yōu)選實施方案中，鍵802不是這種類型的“接觸鍵”，而是無觸點的電容鍵盤。在這個優(yōu)選實施方案中，輸入裝置704是把任何電容型、電感型或觸點型夾層耦合鍵并入使用戶輸入數(shù)據(jù)變得容易的輔助鍵盤或?qū)О?，而且是所謂的無觸點的輸入裝置。在另一個實施方案中，輸入裝置與顯示器在相同的位置上。這樣的裝置通過在顯示器的各個膜層上印刷導(dǎo)電材料予以實現(xiàn)的。
圖8A中值得一提的一個鍵是開關(guān)鍵802A。這個開關(guān)鍵802A可能是用于接通和斷開電路的主要裝置，取決于當前該電路是否正在使用。但是，如果柔性電路是以這樣的方式在可折疊的外殼中實現(xiàn)的，以致所有的鍵802可以被同時觸摸，則可以沒有開關(guān)鍵802A。例如，在柔性電路與折疊式皮包結(jié)合成一體時，就可能是這樣。在折疊式皮包合攏時，折疊式皮包的兩側(cè)彼此接觸，因此所有的鍵802都被觸摸。
圖8B揭示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的無觸點的用戶輸入裝置704。這個用戶輸入裝置704包括許多鍵814a、814b和814c。在圖8B中只展示了3個鍵(814a、814b和814c)，但是人們將容易理解鍵814的數(shù)目是可以變化的。
每個鍵都可以通過連接材料816被連接到電源812上。每個鍵還可以與敏感元件81 8連接。優(yōu)選的是使完整的用戶輸入裝置814附著在柔性基材上。在優(yōu)選實施方案中，鍵814實際上與柔性基材810結(jié)合成一體。在替代實施方案中，鍵814牢固地附著在柔性基材810的表面上。
優(yōu)選的是用具有本征電容的材料制作鍵814，這種材料的一個實例是銅。電源812提供在短暫的時間周期內(nèi)給每個鍵814的電容器(用虛線表示)充電的初始電荷。優(yōu)選的是這個時間周期大約為10毫秒。然后，電源812關(guān)閉。電源一關(guān)閉，儲存在鍵814的本征電容器中的電壓就開始放電。敏感元件818檢測這種放電并且計時。如果鍵(例如814a)當前未被按下，該鍵將在規(guī)定的時間內(nèi)放電到某個水平。敏感元件818優(yōu)選被編程，以便了解這個規(guī)定時間的具體時間。但是，如果用戶正在觸摸這個鍵，那么這個鍵的電容就被改變。這種電容的變化(增大電容量)使這個鍵放電變得比較緩慢。敏感元件檢測這種放電速度的下降，以這種方式敏感元件可以檢測正在按的是哪個鍵814。
現(xiàn)在參照圖8C，該圖揭示了鍵814a更詳細的模型及其相關(guān)的電路。如圖8C所示，只展示了一個鍵及其相關(guān)的電路。但是，熟悉這項技術(shù)的人將容易理解同樣的電路系統(tǒng)將被應(yīng)用于用戶接口704上的每個鍵。
電源812提供脈沖輸出，該脈沖輸出將在足夠長的時間內(nèi)維持在高電平狀態(tài)以使鍵814a的本征電容得到充足的充電。為了減少給電容器充電所花費的時間，優(yōu)選提供一個二極管820。這個鍵814a相關(guān)的電路系統(tǒng)還可能包括一個電阻器822。眾所周知，這個電阻與814a的本征電容結(jié)合提供一種大體上隨著電阻器822的電阻和鍵814a的電容的乘積的乘積變化的電壓滯后曲線。這種滯后發(fā)生在電源812的輸出處于其低電平狀態(tài)而電容器已被充足電的時候。電壓通過電阻器822接地滯后(即電源812處于低電平狀態(tài))。敏感元件818監(jiān)視這種電壓滯后，并且優(yōu)選給敏感元件818編程，以便了解電容器兩端的電壓在某段時間內(nèi)是否已經(jīng)下降到某個電平，鍵814a是否已被按下。這是由于任何儲存電荷的物體(例如人的手指)觸摸鍵814a都將增大電容。
在優(yōu)選實施方案中，電源812提供10微秒的充電脈沖，而電阻器822和鍵814組成的RC電路的時間常數(shù)大約為3微秒。
圖9是基于本發(fā)明的柔性電路100的一個示范實施方案的功能方框圖。在這個實施方案中，柔性電路100包括柔性基材900。柔性基材900具有3塊面板，第一面板901、第二面板902和第三面板903。第一面板901具有附著在它上面的顯示器屏幕904。第二面板902具有附著在它上面的用戶輸入裝置905。在這個實例中的用戶輸入裝置905包含許多以類似于計算器的方式排列的鍵906。第三面板903具有牢固地附著在它上面的中央處理器908和電池910。這三塊面板被兩個絞鏈區(qū)(第一絞鏈區(qū)912和第二絞鏈區(qū)914)分開。換言之，第一個絞鏈區(qū)912把第一面板901與第二面板902分開，第二絞鏈區(qū)914把第二面板902與第三面板903分開。第一和第二鉸鏈區(qū)(912和914)分別在柔性電路100可能被反復(fù)折疊的位置。當柔性電路與折疊式皮包結(jié)合成一體時，柔性電路100可以沿著絞鏈區(qū)被反復(fù)折疊。
電池910給中央處理器908提供電力。來自電池910的電力通過連接電池910和中央處理器908的導(dǎo)電材料部分916傳送給中央處理器908。中央處理器908通過導(dǎo)電材料部分918接收來自用戶輸入裝置905的輸入信號。導(dǎo)電材料部分918直接把中央處理器908和用戶界面905連接起來。導(dǎo)電材料部分918橫穿第二絞鏈區(qū)914。顯然，第二絞鏈區(qū)部分914中的導(dǎo)電材料部分918必須能耐得住反復(fù)折疊和展開，而且不失去其在中央處理器908和用戶界面905之間的傳導(dǎo)性。制造這種長壽命的導(dǎo)電材料區(qū)域的方法將在下邊討論。
另外，顯示器屏幕904與中央處理器908連接。兩者之間的連接可以通過導(dǎo)電材料部分920來實現(xiàn)。導(dǎo)電材料部分920橫穿第一絞鏈區(qū)912和第二絞鏈區(qū)914。所有配置在柔性基材900上的元器件都優(yōu)選定位于遠離第一鉸鏈區(qū)912和第二鉸鏈區(qū)914的區(qū)域中。以這種方式安排元器件將保證元器件不受柔性電路100在這些鉸鏈區(qū)范圍內(nèi)折疊的影響。
如圖9所示，柔性電路100被集成在一層柔性基材900上。為了形成更大的可以放置導(dǎo)電材料的表面積，可以使用許多個柔性基材層，就象前面討論的那樣。使用多層柔性基材還可以減少必須使用的導(dǎo)電材料的量。例如，如果連接顯示器904和中央處理器908的導(dǎo)電材料920在不同的層面上，則不必橫著穿越用戶界面905的邊緣，而可能在用戶界面905下面通過。通過允許這種直線連接，可能只需要使用較少的導(dǎo)電材料，而且電路的設(shè)計和制造可能將變得比較容易和廉價。
圖10A揭示一種高柔韌性與沿著鉸鏈區(qū)1002重復(fù)繞樞軸折疊的可靠性(例如，用于折疊式皮包的10,000次打開和合攏的重復(fù)循環(huán))相結(jié)合的柔性基材1000的示范構(gòu)型。鉸鏈區(qū)1002包括兩個切口部分1004和1006，這兩個部分都具有寬度W1。通過切除這兩個部分，柔性基材1000在鉸鏈區(qū)1002中變得更柔軟。所以，柔性基材100在鉸鏈區(qū)1002中折疊起來可能更容易，而且柔性電路與(舉例說)傳統(tǒng)的對折折疊式皮包結(jié)合成一體的影響被降低，該折疊式皮包能夠象正常的折疊式皮包一樣打開和合攏。
圖10B展示圖10A所示柔性基材1000處于合攏位置的側(cè)視圖，這種情況將在與對折折疊式皮包結(jié)合成一體時出現(xiàn)。絞鏈區(qū)1002變形成彎曲部分，該部分足夠大，足以容納附著在柔性基材上的所有元器件(未示出)以及制作折疊式皮包的材料。絞鏈區(qū)1002的彎曲半徑用r表示，并且該半徑大于下面將要介紹的褶痕的半徑。這就是為什么在圖示中柔性基材的上層1008和下層1010不接觸而柔性基材具有彎曲的鉸鏈區(qū)1002的原因。
再次參照圖10A，鉸鏈區(qū)的寬度W1取決于今后可能與柔性基材1000結(jié)合成一體的蒙皮尺寸。應(yīng)該注意，只有一個鉸鏈區(qū)1002被展示。但是，如果柔性電路將與三折的折疊式皮包結(jié)合成一體(即有兩個折疊位置)，則優(yōu)選在柔性基材1000中形成兩個這樣的鉸鏈區(qū)1002。進而，熟悉這項技術(shù)的人將理解柔性電路可能不需要這樣的鉸鏈區(qū)，也可能需要更多的鉸鏈區(qū)，這取決于應(yīng)用。
如上所述，當元器件被堅硬的環(huán)氧樹脂涂層覆蓋時它在該部位提供局部的剛性區(qū)。所以，在按照本發(fā)明設(shè)計柔性電路時這些部位優(yōu)選不被置于鉸鏈區(qū)1002附近，因為把這些部位放在絞鏈區(qū)1002附近將妨礙柔性基材的折疊能力。
按照本發(fā)明，有幾種可以把顯示器屏幕附著到柔性基材上的不同的方法。更一般的說，如圖11中的側(cè)視圖所示，顯示器屏幕1102被安排在許多層之間，其中之一是重疊在顯示器屏幕1102上面的支架1100。支架1100和顯示器屏幕1102兩者都附著在柔性基材1104上。因此，在圖11的實施方案中，這許多層是由顯示器屏幕支架1100、顯示器屏幕1102和柔性基材1104組成的。所有的膜層優(yōu)選用粘接劑(未示出)連接，該粘接劑把各個膜層牢固地(至少在局部區(qū)域)粘接在一起。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，把顯示器屏幕1102牢固地附著到柔性基材1104上不為該電路(為一個整體)提供最大的柔韌性。為了解決這個問題和為了提供更大的柔韌性，優(yōu)選的是以這樣的方式固定顯示器屏幕1102，以致它在柔性基材的表面上可以有限的范圍內(nèi)移動但不能移動得太遠。換言之，移動距離應(yīng)該以不切斷顯示器屏幕1102與柔性基材1104之間的連接為度。
例如，現(xiàn)在參照圖12，顯示器1202提供第一熱合片1204和第二熱合片1206附著在柔性基材1200上。正象眾所周知的那樣，第一和第二熱合片(1204和1206)的熱合材料包含能夠在柔性基材1200上傳導(dǎo)來自導(dǎo)電材料(未示出)的電流的導(dǎo)電材料。這依次允許顯示器1202的行和列被置于柔性基材1200上的電子元件驅(qū)動。這些行和列可以通過在顯示器1202的連接層1208的上下兩側(cè)上提供的連接被分別連接起來。
如圖所示，第一熱合片1204本身是折疊的，以便能夠把顯示器1202的連接層1208的底部以及柔性基材1200上的導(dǎo)電材料(未示出)兩者連接到連接層1208上。類似地，第二熱合片1206直接把基材1200連接到連接層1208的上側(cè)上。
在圖12的實施方案中，顯示器1202能夠在柔性基材1200上橫向往返移動，而并非只是分別被第一和第二熱合片1204和1206錨固。第一和第二熱合片1204和1206被置于顯示器1200的兩個相鄰的邊緣上。這允許沿著X和Y方向移動，因此允許顯示器1202在柔性基材1200上移動。這有利地允許柔性電路作為一個整體承受應(yīng)力，而LCD顯示器1202則不承受應(yīng)力。
圖12中的鄰邊構(gòu)型是優(yōu)選的，但是，在顯示器1200的對邊上有兩條熱合片1204和1206也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，這樣可能把顯示器1202在柔性基材1200上的移動限制在一個方向上。
在另一個優(yōu)選實施方案中，顯示器屏幕1200只利用一塊熱合片(例如，第二熱合片1206)附著。在這個實施方案中，如果顯示器屏幕1200包括單邊的行和列兩種連接，那么第二熱合片1206可能被附著到顯示器屏幕1200的行和列兩者上。
下面介紹用兩塊熱合片固定顯示器屏幕1200的優(yōu)選實施方案。但是，人們將容易理解下面使用兩條熱合片連接的實例可以簡單地用上述的一塊熱合片連接來實現(xiàn)，其方法是把(例如)第二熱合片1206連接到顯示器屏幕1200的行和列兩者上。
優(yōu)選的是把LCD顯示器1202象下面介紹的那樣附著到柔性基材1200上。首先，把柔性基材1200放平并且把顯示器1202面朝下放到柔性基材1200上(即顯示器面對著柔性基材1200)。然后，將第一熱合片附著到在柔性基材1200上有驅(qū)動顯示器1202的行(或列)的連接材料(未示出)的位置上。第一熱合片1204優(yōu)選利用導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂焊料附著到柔性基材1200上。然后，將第一熱合片1204顯示器1202的連接層1208的上側(cè)或下側(cè)。第一熱合片1204可以通過在升高的溫度下對第一熱合片1204和連接層1208施加機械力(即擠壓)使兩者牢固地粘接在一起附著到連接層1208上。另外，熱合片1204和連接層1208可以利用導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂粘接到一起。
然后將顯示器1202翻折回來使它的正面向上，即面朝著背離柔性電路1200的方向，再將第二熱合片1206附著到連接層1208的上側(cè)和在柔性基材1200上驅(qū)動列(或行)的導(dǎo)電材料(未示出)上。以剛剛介紹的方式把顯示器1202固定到柔性基材1200上允許顯示器1202在柔性基材1200上方“浮動”。
現(xiàn)在參照圖13，該圖展示具有眾所周知的TCP型的行驅(qū)動器1302和TCP型的列驅(qū)動器1304的顯示器1300。在這個實施方案中，顯示器1300優(yōu)選是LCD顯示器。這兩個驅(qū)動器提供指令，以使顯示器1300確定顯示器1300的某個像素是否將被激活。換言之，當某個像素所在的行和列兩者都被激活時，在顯示器1300的那個像素位置上的液晶偏移，所以失去它的不透明性。這在那個像素位置形成一個暗斑。這在技術(shù)上是眾所周知的，人們將容易理解不同類型的驅(qū)動器可以用來驅(qū)動能夠用各種各樣的顏色顯示圖象的LCD顯示器。行驅(qū)動器1302包括連接裝置1 306，該裝置附著在柔性基材及其上面的連接材料上，以便激發(fā)顯示器1300上不同的行。在圖13所示的實施方案中，行驅(qū)動器1302可以是由附著在一片附著在熱合片1316上的聚酰亞胺上的TCP驅(qū)動器芯片1 308組成的聚酰亞胺TCP包。行驅(qū)動器芯片1308允許柔性基材上的中央處理器(未示出)把預(yù)先定義的指令發(fā)送給顯示器1300以便驅(qū)動顯示器1300。換言之，中央處理器不必主動地控制顯示器1300，而是僅僅轉(zhuǎn)移一套預(yù)先定義的指令之一，以實現(xiàn)想要的響應(yīng)并借此減少中央處理器上的內(nèi)務(wù)操作。因為驅(qū)動器1302是柔性的，所以它可以被這樣折疊和彎曲，以致將它平放在顯示器1300之下。
列驅(qū)動器1304也包括附著在熱合片1318上的TCP驅(qū)動器芯片1312。如圖所示，行驅(qū)動器1302附著在顯示器1300的連接層1310的頂面上，而列驅(qū)動器1304附著在連接層1310的底面上。
現(xiàn)在參照圖14，該圖展示顯示器1400附著在柔性基材1414上。顯示器1400包括列驅(qū)動器1404和列驅(qū)動器1402。在圖14所示的視圖中各自的芯片1408和1412是不可見的，因為它們被放置柔性基材1414的底面上并且與柔性基材1414連接。在這個實施方案中，導(dǎo)電材料應(yīng)該安排在柔性基材1414的底面上并且借助焊接或?qū)щ姷沫h(huán)氧樹脂固定。
現(xiàn)在參照圖15A，該圖展示借助連接器1506實現(xiàn)連接材料的兩個部分1504a和1504b之間的連接的一個實施方案。連接材料和連接器1506兩者被連接起來并且牢牢地附著在柔性基材1500上。這種柔性基材1500具有預(yù)先設(shè)計好的鉸鏈區(qū)1502，該鉸鏈區(qū)在柔性基材1500可能被反復(fù)折疊和展開的位置上，例如，在與折疊式皮包結(jié)合成一體時。連接器1506被安排在連接材料的兩個部分1504a和1504b之間。在優(yōu)選實施方案中，連接器1506是由銅制成的。但是，正象熟悉這項技術(shù)的人容易理解的那樣，只要連接器1506是由能夠搬運電荷并且經(jīng)得起反復(fù)彎曲的物質(zhì)(例如銀、金、鎢、鋁或鋅)制成的，任何導(dǎo)電材料都可以使用。
通過使用連接器1506，導(dǎo)電材料(例如1504b)決不被迫彎曲得比由于被置于象折疊式皮包那樣的東西中時柔性電路的扭曲而引起的彎曲更嚴重，即決不被折疊。為了保證與導(dǎo)電材料1504b和連接器1506的電連接，連接器1506優(yōu)選與一部分導(dǎo)電材料1504b重疊并且被牢固地附著在導(dǎo)電材料1504b上。
現(xiàn)在參照圖15B，該圖展示有連接器1056的鉸鏈區(qū)的示范結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在圖15B中，許多層1506a和1506b構(gòu)成連接器1506。如圖所示，頂層1506a和底層1506b分別在柔性基材1500的頂面上和在其下面。但是，熟悉這項技術(shù)的人將容易理解只需要一個連接器。如圖所示，兩個連接器通過柔性基材1500被理解在一起。這個多余的部分保證如果連接器1506中有一塊斷裂在導(dǎo)電材料的兩個部分1504a和1504b之間的電連接可以仍然存在。這是通過具有連接器銷釘1508a和1508b得到保證的，這些銷釘是導(dǎo)電的，它們這樣穿過兩個部分1504a和1504b以及柔性基材1500，以致這兩個部分彼此電耦合，所以就導(dǎo)電材料而言它們?yōu)樾盘栐阢q鏈區(qū)中傳輸提供兩條可能的路徑。
圖15C展示在鉸鏈區(qū)上構(gòu)成連接器的替代方法。導(dǎo)電材料1504以展開的導(dǎo)電板1510為終點。在優(yōu)選實施方案中，這些板是鍍金的銅墊。在每個導(dǎo)電板之間是用導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂粘接劑制成的導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂橋1512。
圖15D展示圖15C中柔性基材1500的側(cè)視圖。如圖所示，從左到右有被連接在展開的連接墊片1510上的第一片導(dǎo)電材料。在圖左邊的連接墊片1510與圖右邊的連接墊片1511之間是環(huán)氧樹脂橋1512。這個導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂橋1512是柔性的并且起著電耦合兩條路徑的作用。在優(yōu)選實施方案中，導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂橋和相關(guān)的墊片都是用薄膜涂層1514覆蓋的。
下面的介紹揭示一些把本發(fā)明與折疊式皮包結(jié)合成一體的優(yōu)選實施方案。正象人們將理解的那樣，下述的教導(dǎo)并非僅僅限于折疊式皮包，而是可以以各種各樣的其它方式予以實現(xiàn)的。例如柔性電路可以集成到佩戴在用戶手腕上的電視游戲機中，或者集成到衣物制品中。
為了把本發(fā)明的柔性電路集成到幾種不同的外殼(即不同的折疊式皮包)中，柔性電路的總長度應(yīng)該是在不必更改制造工藝的情況下可變的。一種考慮到易于調(diào)節(jié)柔性電路1600的長度的解決辦法示于圖16A。鉸鏈區(qū)1601包括許多獨立的褶皺1602，每個褶皺1602都類似于手風琴。以這種方式，柔性電路1600的長度通過簡單地合攏手風琴式褶皺1602之一就可以改變。
圖16B以側(cè)視圖形式展示圖16A中的柔性電路1600。各個褶皺1602交替地上升到柔性電路1600平面以上再下降到該平面以下。
圖16C是手風琴式褶皺被展平后其中一個褶皺處于折疊狀態(tài)的側(cè)視圖。折疊在一起的褶皺1604使柔性電路1600的全長被縮短。這依次允許柔性電路1600按一個尺寸生產(chǎn)而且如此易于改變，以致它不必改變?nèi)嵝曰牡闹圃旃に嚲涂梢赃m合幾種不同類型的折疊式皮包。
優(yōu)選的是，柔性電路中所有的元器件都附著在柔性基材的一側(cè)。但是，元器件固定在柔性基材的兩側(cè)也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。如上所述，通過用環(huán)氧樹脂覆蓋層封裝來粘接元器件是優(yōu)選的。環(huán)氧樹脂覆蓋層的尺寸與怎樣才能使環(huán)氧樹脂更好地粘接到柔性基材上是成比例的。換言之，如果環(huán)氧樹脂覆蓋層太小，那么它將不與柔性基材粘接，而且受其支持覆蓋和粘接到柔性基材上的元器件只要柔性基材發(fā)生彎曲就將突然離開柔性基材。然而，如果環(huán)氧樹脂覆蓋層太大，那么柔性基材將變得太硬，以致無法有效地放到諸如折疊式皮包之類的東西之內(nèi)。因此，為了設(shè)計適合集成到折疊式皮包中的柔性電路，必須認真地安排被環(huán)氧樹脂覆蓋的元器件的部位，以致在這些區(qū)域中元器件既不靠近鉸鏈區(qū)、褶皺、又不靠近柔性電路的邊緣，而且用最少數(shù)量的將元器件粘接到柔性基材上的環(huán)氧樹脂便可以覆蓋它們。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，把所有的元器件放在一側(cè)并且把它們安排在剛剛介紹的部位中是在保證元器件牢固地附著在柔性基材上的同時仍然保持柔韌性的最有效的的方法。因此，在優(yōu)選實施方案中，柔性基材沿著褶皺線折疊，以使它可以被集成到比較小的區(qū)域中，但在安裝元器件的一側(cè)仍然有最大限度的表面積。
現(xiàn)在參照圖17A，該圖說明怎樣在保持柔性電路1700的總有效長度最小的同時保證安裝元器件的表面積比較大的優(yōu)選實施方案。該柔性電路1700具有后面板1702、左面板1704和右面板1706。左面板1704實際上正好是已形成褶皺并且被折疊起來可以與后面板共平面的柔性電路1700的一部分。右面板1706采用類似的方法成形。
后面板1702具有定義在分別形成左右面板1704和1706的褶皺成形時柔性電路1700總有效長度的長度L1。但是，在這種構(gòu)型中可以安裝元器件(例如1708和1710)的可用面積大約為柔性電路1700僅僅由平坦的后面板1702組成時的兩倍。換言之，如果后面板1702是唯一能夠安裝元器件的區(qū)域，那么總表面積將由L1×H1定義，其中H1是柔性電路的高度。但是，在左面板1704和右面板1706都沿著褶皺線折疊并且與后面板1702共平面的情況下，可以安裝元器件的總表面積是后面板的表面積L1×H1加左面板1704的面積L1/2×H1再加右面板的面積L1/2×H1。以這種方法，使安裝元器件的表面積有效地增加1倍。
通過增大表面積，有效地減少了柔性電路1700的總長度。如圖所示，左面板和右面板(1704和1706)的長度分別大約為L1/2。但是，正象原本熟悉這項技術(shù)的人將容易理解的那樣，這個數(shù)字可以根據(jù)應(yīng)用變得更小或更大。然而，在優(yōu)選實施方案中，這些左右面板的長度大約為柔性基材的長度的1/2。
圖17B展示圖17A中的柔性電路1700的側(cè)視圖。在這個實施方案中，柔性電路至少包含第一部位1720和第二部位1722。第一部位1720牢固地附著在左面板1704上，第二部位1722牢固地附著在后面板1702上。柔性電路1700在褶皺區(qū)1726形成褶皺以致左面板1704和后面板1702本質(zhì)上可以相互放在同一平面上。在優(yōu)選實施方案中，第一部位1720和第二部位1722被這樣安排在它們各自的平面上，以致當柔性電路1700沿著褶皺1726折疊時它們把相互接觸并且被空間S分開?？臻gS的寬度優(yōu)選盡可能地窄。以這種方式安排部位考慮到使柔性電路1700具有盡可能小的厚度同時只有附著在一個側(cè)面上的元器件。
現(xiàn)在參照圖18A，該圖是可以與柔性電路1804結(jié)合成一體的示范折疊式皮包的分解透視圖。如圖所示，其中包括折疊式皮包的頂層1802、柔性電路1804和折疊式皮包的底層1806。頂層1802優(yōu)選具有兩個切口1808和1810，它們分別提供適合柔性電路1804的顯示器屏幕1812和輔助鍵盤1814的開口。在優(yōu)選實施方案中，無論是屏幕還是輔助鍵盤都不直接暴露，而是每個都有在各自切口1808和1810中覆蓋它們的柔軟的透明薄膜。
柔性電路1804優(yōu)選具有針和線可以穿過的縫合凸舌1820，以便把上層1802和下層1806縫合到一起并將柔性電路1804牢固地固定在當中。在縫合柔性電路1804時，還優(yōu)選把柔性的泡沫塑料棒1816沿著主鉸鏈區(qū)放置。這將使柔性電路1804在折疊式皮包處于其合攏位置時避免太劇烈的折疊。上層1802和下層。1806分別包括柔性電路的外殼。優(yōu)選的是這些層是由柔軟的易彎曲的材料制成的。例如，該層可以由皮革、尼龍、鰻魚皮等材料制成。
圖18B是按照本發(fā)明被集成到對折的折疊式皮包1800中的柔性電路的另一個示范實施方案。在這個實施方案中，柔性電路的唯一的可見部分是用戶界面1814和顯示器屏幕1812。界面1814和顯示器1812兩者是可見的，因為折疊式皮包上通常將覆蓋這些元器件的部分都已被拆除。在這個實例中，用戶界面1814是由許多鍵1815組成的，這些鍵在被觸摸時把信息提供給中央處理器702(圖7)。用戶顯示器1812優(yōu)選柔性的液晶顯示器(LCD)。
被展示的折疊式皮包1800處于“打開”位置。換言之，折疊式皮包1800的兩層1802和1806已經(jīng)被展開。但是，正象眾所周知的那樣，在被放進個人的口袋中之前，折疊式皮包1800通常被折疊起來。
在圖18B中還展示了兩個敏感元件1818A和1818B。這兩個敏感元件檢測何時折疊式皮包是合攏的并借此引起被集成到折疊式皮包中的柔性裝置斷電。在一個實施方案中，敏感元件1818A和1818B是兩塊裸露出來的導(dǎo)電材料，它們在彼此接觸時(即折疊式皮包合攏時)形成電路并且表明應(yīng)該使計算裝置斷電。
圖19A展示有柔性電路基于本發(fā)明被集成在其中的折疊式皮包的示范組件。包括在折疊式皮包1900中的是升高的部分1902，該部分封裝輸入輸出連接1904。這將允許柔性電路通過連接器1908與外部的資源(例如個人計算機)交流信息。例如，在需要使柔性電路上的時鐘與用戶家里的計算機同步的時候，或者在用戶在他們家里的計算機上建立他們認為必須儲存在柔性電路中的全部信息并且通過連接器1908下載它的時候，這是有利的。
圖19B是連接1904的細節(jié)模型，它可以放在升高的部分1902范圍內(nèi)并且允許柔性電路與連接器1908連接。如圖所示，連接1904是一個固定的凸舌，該凸舌具有許多通信線1906，每條線都是連接通信電纜的針。另外，該凸舌或許是可延伸的并且呈鉤型，就象在圖19C中展示的那樣。
在圖20中展示了被集成在折疊式皮包2000中的柔性電路的另一個示范實施方案。這個折疊式皮包包括能夠插卡(例如，智能卡)的開口2002。
圖21A展示智能卡(未示出)的接口區(qū)的示范構(gòu)型2100。這個示范構(gòu)型2100優(yōu)選與智能卡的工業(yè)標準(ISO 7816方案)完全相同。如圖所示，在該構(gòu)型中有8個不同的部分，2102a、2102b、2102c、2102d、2102e、2102f、2102g和2102h。每個部分優(yōu)選直接通過延伸到柔性電路上表面的導(dǎo)電材料的裸露部分(隆起)2104被接觸。這些隆起部分2104優(yōu)選這樣配置在折疊式皮包之內(nèi)，以致在智能卡插入開口2002(圖20)時，隆起部分2104將使智能卡與柔性電路接觸并且實現(xiàn)電耦合。
圖21B展示有兩個隆起部分2104延伸到柔性電路100的上表面之外的柔性電路100的側(cè)視圖。優(yōu)選的是隆起部分2104是由延伸到柔性電路的上表面之外的通道中的一部分導(dǎo)電材料形成的。在一個實施方案中，隆起部分2104可以這樣形成，即在柔性電路100的下側(cè)施加機械壓力迫使通道中的一部分導(dǎo)電材料高于該柔性電路的上表面。舉例說，這可以通過使柔性電路的底部在準備形成隆起2104區(qū)域向上凸起來完成。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，柔性電路具有升高的隆起部分，這些部分穿過折疊式皮包的皮革伸出，所以允許與智能卡連接。
至此已經(jīng)介紹了本發(fā)明的各種示范實施方案、它們的一些優(yōu)點和非必選特征，顯然提出這些實施方案僅僅是為了舉例說明而不是為了限制。熟悉這項技術(shù)的人可能很容易在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下根據(jù)這些實施方案提出裝置的替代方案和改進方案以及補充實施方案。因此，本發(fā)明只受權(quán)利要求書及其等效實施方案的限制。
權(quán)利要求
1．一種密封的柔性電路，該電路包括至少一個柔性的基材層；淀積在至少一個柔性基材層上的導(dǎo)電材料；眾多元器件，這些元器件固著在柔性基材上，并且通過導(dǎo)電材料實現(xiàn)彼此之間的電連接；以及柔性的顯示器屏幕，它附著在至少一個柔性基材層上，并且至少與所述眾多元器件之一電耦合。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述至少一個元器件是微處理器。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的電路，進一步包括柔性的用戶輸入裝置，該裝置固著在至少一個柔性的基材層上，并且與該基材層電耦合。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的電路，進一步包括輸入裝置，該輸入裝置附著在至少一個柔性的基材層上，并且與微處理器電耦合，該輸入裝置接收來自用戶的信息，并且把收到的信息傳送給微處理器。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的電路，其中所述輸入裝置包括電壓裝置，該裝置用于形成第一電壓和和第二電壓，而且第二電壓低于第一電壓；眾多與電壓裝置電耦合的電容鍵盤，在電壓裝置形成第一電壓期間，這些鍵當中至少有一個被充電，并且在電壓裝置形成第二電壓時放電；以及感測裝置，該裝置與電容鍵盤電耦合以便給至少一個鍵的放電計時。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中眾多元器件中至少一個元器件通過接觸該柔性基材和所述的至少一個元器件兩者的粘接罩，固著在至少一個柔性基材層上。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的電路，其中所述眾多元器件中至少兩個被所述粘接罩覆蓋，所述的至少兩個元器件和所述的粘接罩定義一個部位。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述眾多元器件中的至少一個元器件通過焊接附著到至少一個柔性的基材層上。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的電路，其中至少一個元器件被環(huán)氧樹脂層覆蓋，該環(huán)氧樹脂層接觸所述的元器件和所述的至少一個柔性基材層。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中眾多元器件中的至少一個元器件通過絲焊附著到至少一個柔性基材層上。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其中至少一個元器件被環(huán)氧樹脂層覆蓋，該環(huán)氧樹脂層接觸所述的元器件和柔性基材。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中眾多元器件分組定位，每個組定義一個部位。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的電路，其中每個部位被一層環(huán)氧樹脂覆蓋，所述環(huán)氧樹脂提供機械穩(wěn)定性區(qū)域。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的電路，其中所述部位全部附著在柔性電路的一側(cè)，并且所述部位是這樣安排的，以致在折疊所述柔性電路時它們彼此不接觸。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的電路，其中所述部位這樣散布在至少一個柔性基材層上，以致每個部位定位在所述的至少一個柔性基材層的某個不被反復(fù)折疊的部分。
16．根據(jù)權(quán)利要求13的電路，其中每個部位被定位在柔性電路的同一側(cè)。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，進一步包括接收來自外部信息源的信息的外部輸入/輸出裝置。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的電路，其中所述的外部輸入/輸出裝置是為了把信息往智能卡上傳送和接收來自智能卡的信息而配置的。
19．根據(jù)權(quán)利要求1 8的電路，其中所述的外部輸入/輸出設(shè)備是在柔性電路的至少一側(cè)上的凹陷區(qū)，以致一部分導(dǎo)電材料可以接觸智能卡。
20．根據(jù)權(quán)利要求17的電路，其中所述的外部輸入/輸出裝置是為了把來自該電路的信息傳送到外部信息源而配置的。
21．根據(jù)權(quán)利要求17的電路，其中所述的外部輸入/輸出裝置是為了接收來自個人計算機的信息而配置的。
22．根據(jù)權(quán)利要求1 7的電路，其中所述的外部輸入/輸出裝置還接收來自外部電源的電力。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的電路，其中所述的外部輸入/輸出裝置是天線。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的電路，其中所述天線附著在至少一個柔性基材層上。
25．根據(jù)權(quán)利要求23的電路，其中所述電路包括至少兩個柔性基材層，而所述天線被置于所述的至少兩個膜層之間。
26．根據(jù)權(quán)利要求2的電路，進一步包括與微處理器電耦合、為微處理器供電的第一電源。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的電路，其中所述的第一電源是固著在所述柔性電路上的可充電電池。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的電路，其中所述的可充電電池是柔性的。
29．根據(jù)權(quán)利要求26的電路，進一步包括與所述的可充電電池電耦合的第二電源，所述的第二電源可以從柔性電路上拆下來。
30．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中柔性基材包括許多柔性基材層，而且這些柔性基材層被這樣粘接在一起，以致在所述柔性電路變形時，所有的膜層作為一個構(gòu)件。
31．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中柔性電路具有有效的總長度，該有效的總長度等于柔性電路最長的邊；而且至少一個柔性基材層包括一個絞鏈區(qū)，該絞鏈區(qū)被置于距柔性電路的末端的距離小于或等于有效總長度的大約一半，這個絞鏈區(qū)是所述柔性電路被反復(fù)折疊的區(qū)域。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的電路，其中附著在柔性電路上的眾多元器件不附著在絞鏈區(qū)上。
33．根據(jù)權(quán)利要求31的電路，進一步包括至少一個連接器，所述連接器使在絞鏈區(qū)一側(cè)上設(shè)置的導(dǎo)電材料與在絞鏈區(qū)另一側(cè)上設(shè)置的導(dǎo)電材料電耦合。
34．根據(jù)權(quán)利要求33的電路，其中所述的至少一個連接器是固著在至少一個柔性基材層上的銅連接器。
35．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述柔性電路具有有效的總長度，該有效的總長度等于柔性電路最長的邊；至少一個柔性基材層包括絞鏈區(qū)，在該絞鏈區(qū)中所述的柔性電路形成這樣的褶痕，以致柔性電路的有效的總長度被減少但可以安裝元器件的面積不減少。
36．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述柔性電路是為了象計算裝置那樣操作而配置的。
37．根據(jù)權(quán)利要求1的電路被配置在皮夾子中。
38．根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述的柔性顯示器屏幕是這樣附著在至少一個柔性基材層上的，以致該顯示器屏幕可以在至少一個柔性基材層上的某個區(qū)域中移動。
39．根據(jù)權(quán)利要求38的電路，其中所述的柔性顯示器屏幕是通過至少一片熱封材料附著到至少一個柔性基材層上的。
40．根據(jù)權(quán)利要求38的電路，其中所述的柔性顯示器屏幕通過第一片熱封材料和第二片熱封材料附著到至少一個柔性基材層上的，而所述的第一和第二片熱封材料被連接在柔性顯示器屏幕的相鄰的邊緣上。
41．一種柔性的計算裝置，包括包括眾多柔性層的柔性基材，其中每個柔性層都被固著粘接到相鄰的每個柔性層上，以致在所述柔性計算裝置被彎曲時，所述的眾多柔性層作為一個構(gòu)件，所述的眾多柔性層包括一個頂層；淀積在眾多柔性層上的至少一個膜層上的導(dǎo)電材料；眾多元器件，其中一些固著在柔性基材的的頂層上，每個元器件都通過所述的導(dǎo)電材料與至少一個其它的元器件電耦合；以及柔性顯示器屏幕，該柔性顯示器屏幕附著在柔性基材頂層上，并且通過一部分的導(dǎo)電材料與眾多元器件中的至少一個電耦合。
全文摘要
這項發(fā)明揭示了一種全柔性電路。在一個實施方案中,該柔性電路包括上面淀積有導(dǎo)電材料的柔性基材層。該柔性電路還包括眾多固著在柔性基材上并且通過導(dǎo)電材料實現(xiàn)互相電連接的元器件。另外,該柔性電路還包括附著在至少一個柔性基材層上并且至少與眾多元器件之一電耦合的柔性顯示器屏幕。
文檔編號G06F15/02GK1304633SQ99806941
公開日2001年7月18日 申請日期1999年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月1日
發(fā)明者勞倫斯·A·博德尼, 理查德·布賴恩, 杰克·W·泰賽 申請人:維爾洛季克公司