柔性電路、可穿戴器件及系統的制作方法

柔性電路、可穿戴器件及系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種柔性電路、可穿戴器件及系統。所述柔性電路包括：柔性基底層、形成于所述基底層表面的導線層以及結合于導電層表面的器件層；所述導線層包括功能電路及無線充電電路，所述器件層與所述功能電路電連接，所述無線充電電路包括無線充電線圈和匹配電路，所述無線充電線圈經匹配電路與所述功能電路電連接。所述柔性電路具有利用電磁感應方式實現的無線充電功能。本實用新型的柔性電路集成了無線充電功能，并具有柔、薄的特點，適合于可穿戴設備的應用。
【專利說明】
柔性電路、可穿戴器件及系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種可穿戴柔性電路，特別涉及一種集成有無線充電功能的柔性電路及其應用，屬于可穿戴設備技術領域。【背景技術】
[0002]可穿戴電子將現代電子設備與人相結合，可實現實時監測人體生理信息的功能， 在人體健康醫療領域具有重要的應用而受到人們的日益關注。但目前的可穿戴設備還是以傳統的硬板電路為主，還不能實現與人體的真正集成。同時，目前阻礙可穿戴設備普及的一個重要問題是電池的供電問題。
[0003]可穿戴電子設備由于穿戴于人體而要求其系統尺寸盡量的小，并具有一定的柔軟性以減小對人體舒適度的影響。同時，系統功耗要求盡量的小，以方便采用小型的電池作為電源，并適當延長電池的續航能力。專利CN203885481U和CN204581243U分別公開了以紐扣電池和鋰電池為電源的穿戴設備，但是這種穿戴設備仍以硬板電路制備，需要打開設備進行電池更換，降低了設備使用的便利性。
[0004]無線充電技術是近年來逐漸受到人們重視的充電技術，該技術能實現對電池的無導線無觸點充電。目前無線充電技術主要有三種方式，分別是電磁感應式、磁場共振式和無線電波式，并形成了幾大主流標準:QI標準、Power Matters Alliance標準、A4WP標準。無線充電技術的發展使其充電效率不斷提高，基本可達70%左右。同時，采用無線充電技術無需更換電子設備中的電池，提高了產品的設計余量。
[0005]目前的無線充電系統包括供電端和接收端，其中接收端包括充電線圈和匹配電路，其中充電線圈基本采用金屬導線進行繞制，匹配電路調整線圈的阻抗以實現阻抗匹配， 提高電磁波的耦合效率。但目前的充電線圈還不能做到柔性，影響了其在柔性電路及穿戴設備上的應用。因此，發展柔性無線充電功能，對于柔性電路和可穿戴設備是一個重要的研究內容。
【發明內容】

[0006]本申請的主要目的在于提供一種柔性電路及其應用，該柔性電路具有薄、柔性的特點，同時集成了無線充電功能，適用于可穿戴電子設備，從而克服了現有技術的不足。
[0007]為實現前述發明目的，本申請采用的技術方案包括:
[0008]本申請實施例提供了一種柔性電路，其所述柔性電路包括:柔性基底層、形成于所述基底層表面的導線層以及結合于導電層表面的器件層;所述導線層包括功能電路及無線充電電路，所述器件層與所述功能電路電連接，所述無線充電電路包括無線充電線圈和匹配電路，所述無線充電線圈經匹配電路與所述功能電路電連接。
[0009]進一步的，所述匹配電路包括:
[0010]阻抗調節電路，至少用以調整所述無線充電線圈的阻抗；
[0011]整流電路，至少用以將無線充電電路耦合的交流電壓轉變為直流電壓；
[0012]以及，穩壓電路，至少用以對所述直流電壓進行穩壓而形成穩定的直流電輸出。
[0013]在一些實施方案中，所述導線層分布于所述基底層表面。
[0014]在一些較佳的實施方案中，至少所述導線層的局部區域設于所述基底層內。
[0015]在一些較佳的具體實施方案中，所述導線層是通過印刷電子技術在所述基底層上制備形成。
[0016]較為優選的，印刷形成的所述無線充電線圈還經過金屬化后處理。
[0017]在一些實施方案中，所述無線充電線圈及所述匹配電路與功能電路分布于所述基底層表面的不同區域內。
[0018]在一些較佳的實施方案中，所述柔性電路還包含:充電識別器件，至少用以在所述柔性電路進行充電時關閉所述柔性電路的電源，從而使所述柔性電路處于關機充電狀態，以及在所述柔性電路處于非充電狀態時開啟所述柔性電路的電源。
[0019]進一步的，所述器件層包括至少一功能器件，所述功能器件與所述功能電路電連接。
[0020]在一些較佳實施方案中，所述器件層通過低溫焊接技術集成于所述導線層表面。
[0021]在一些較佳實施方案中，所述柔性電路還包括能夠絕緣電信號和隔磁的柔性隔離層，所述隔離層覆設在所述器件層上。
[0022]在一些實施方案中，所述基底層可選自聚合物薄膜材料，其中所述聚合物薄膜材料的材質可包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亞胺中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0023]較為優選的，所述柔性電路的整體厚度小于4_，優選小于2_。
[0024]本申請實施例還提供了前述的任一種柔性電路于制備可穿戴器件中的用途。
[0025]本申請實施例還提供了一種系統，其包括:
[0026]作為接收端的、前述的任一種柔性電路，所述柔性電路中的無線充電線圈作為接收線圈；
[0027]以及，供電端，包含與所述接收線圈配合的發送線圈。
[0028]與現有技術相比，本申請的優點包括:
[0029](I)通過將無線充電功能集成于柔性電路中，可以實現電源的無線近場充電，方便柔性電路的設計與使用；
[0030](2)無線充電線圈及導線層等均優選采用印刷電子技術制備，具有薄、柔性等優點，使所述柔性電路適于在可穿戴設備中應用。
【附圖說明】

[0031]圖1是本申請一實施例中一種柔性電路的剖視圖；
[0032]圖2是本申請一實施例中一種柔性電路的結構示意圖；
[0033]圖3是本申請一實施例中一種柔性電路的充電狀態示意圖；
[0034]圖4是本申請一實施例中一種柔性電路內匹配電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為了便于理解本申請，下面將參照相關附圖對本申請進行更全面的描述。附圖中給出了本申請的較佳實施方式。但是，本申請可以通過許多不同的形式來實現，并不限于下面所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本申請的公開內容理解的更加透徹全面。
[0036]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本申請的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本申請。
[0037]本申請實施例的一個方面提供的一種柔性電路包括柔性基底層和設于所述基底層上的導線層和器件層。
[0038]進一步的，所述柔性電路的無線充電功能采用電磁感應式實現。
[0039]在一些實施方案中，所述導線層包括功能電路及無線充電電路，所述器件層設置于所述導線層表面，并至少與所述功能電路電性接觸。
[0040]其中，所述功能電路是用以對器件層中的功能器件進行支持，例如可以包括與器件層中的溫度感應元件配合的測溫電路，與速度、位姿感應元件等配合的動作電路等，當然不局限于此。
[0041]進一步的，所述無線充電電路包括無線充電線圈和匹配電路，所述無線充電線圈經匹配電路與所述功能電路電連接。其中，匹配電路可提升無線充電線圈的工作效率。
[0042]進一步的，所述匹配電路包括:
[0043]阻抗調節電路，至少用以調整所述無線充電線圈的阻抗；
[0044]整流電路，至少用以將無線充電電路耦合的交流電壓轉變為直流電壓；
[0045]以及，穩壓電路，至少用以對所述直流電壓進行穩壓而形成穩定的直流電輸出。
[0046]更進一步的，所述阻抗調節電路通過調整所述無線充電線圈的串聯電阻和并聯電容的參數來調整充電線圈的阻抗，實現與無線充電發送器的阻抗匹配，而所述整流電路通過橋式整流電路將耦合的交流電轉變為直流電壓，以及，所述穩壓電路對直流電壓進行穩壓，形成穩定的直流輸出。
[0047]在一些實施方案中，所述導線層分布于所述基底層表面。
[0048]在一些實施方案中，至少所述導線層的局部區域設于所述基底層內。
[0049]優選的，所述導線層的厚度大于O而小于50μηι，尤其優選小于20μηι。
[0050]較為優選的，所述基底層上設有溝槽，所述導線層被整體收納于所述溝槽內。通過采用這樣的設計，可以使所述導線層在更為輕薄的情況下保持良好的抗彎折性能，進而使所述柔性電路更為輕薄、柔軟。
[0051]較為優選的，所述導線層可以是通過印刷電子技術在所述基底層上制備形成。
[0052]其中，所述印刷電子技術中采用的印刷材料包括納米金屬導電漿料或墨水，其中的納米金屬材料的材質可以包括銀、銅、鋁中的任意一種或兩種以上的組合(例如其合金)，但不限于此。
[0053]較為優選的，印刷形成的所述無線充電線圈還經過金屬化后處理。例如，在印刷形成所述無線充電線圈之后，還可以通過化學鍍或電鍍等方式對所述無線充電線圈進行金屬化后處理，如此可以調整或改善所述無線充電線圈的電性能。
[0054]進一步的，所述無線充電線圈及所述匹配電路與功能電路分布于所述基底層表面的不同區域內。
[0055]例如，在一些實施方案中，所述無線充電線圈可設置在匹配電路與功能電路的外圍或旁邊。其中，所述無線充電線圈的兩引腳端可以與匹配電路相連，而所述匹配電路可再與所述柔性電路內的電池及功能電路電連接。
[0056]較為優選的，所述匹配電路與功能電路分布于由所述無線充電線圈圍合形成的區域內。采用這種導線層布局，可以使所述導線層的結構更為簡潔有序和更高的集成度，以及使所述柔性電路更為柔、薄和更小的尺寸。[〇〇57]較為優選的，所述無線充電線圈與匹配電路連接后的諧振耦合頻率控制在lOOKHz ?210KHz。
[0058]較為優選的，所述無線充電線圈與匹配電路連接后，所述匹配電路的輸出功率大于或等于〇而小于5W。
[0059]在一些較佳的具體實施案例中，所述無線充電線圈與匹配電路連接后諧振耦合頻率控制在lOOKHz或125KHz左右，所述匹配電路同時整流輸出充電電壓，其輸出功率小于5W。
[0060]在一些較佳實施方案中，所述柔性電路還可包含:充電識別器件，至少用以在所述柔性電路進行充電時關閉所述柔性電路的電源，從而使所述柔性電路處于關機充電狀態， 以及在所述柔性電路處于非充電狀態時開啟所述柔性電路的電源。
[0061]例如，在柔性電路進行充電時，識別器件關閉柔性電路的電源通路，使柔性電路處于關機充電狀態。只有在不充電狀態時，柔性電路中的功能電路自動開啟并等待用戶的指令。
[0062]其中，所述電源可以是獨立的鋰電池等，并可貼附于所述柔性電路上。
[0063]在一些實施方案中，所述充電識別電路與所述匹配電路電連接。
[0064]在一些實施方案中，所述充電識別電路亦可設于所述匹配電路內。
[0065]進一步的，所述器件層包括至少一功能器件，所述功能器件與所述功能電路電連接。
[0066]從另一個角度講，所述器件層是實現電路功能的電子功能器件集合。
[0067]較為優選的，所述器件層通過低溫焊接技術集成于所述導線層表面。如此既可以實現器件層與導線層的緊固電性結合，亦不會在將兩者結合的過程中對柔性電路中的各結構層造成損傷。
[0068]優選的，所述器件層的厚度大于0而小于1_。
[0069]進一步的，所述功能器件包括采用印刷電子技術制備的電子器件和/或分立的電子元器件。
[0070]優選的，所述功能器件的尺寸大于0小于7mm*7mm，厚度大于0而小于1_。
[0071]進一步的，本申請中采用的印刷電子技術可以包括絲網印刷、噴墨印刷、凹版印刷、凸版印刷、柔版印刷、轉移印刷、氣溶膠印刷技術中的任意一種或兩種以上的組合，即混合印刷技術，且不限于此。
[0072]在一些較佳實施方案中，所述柔性電路還包括能夠絕緣電信號和隔磁的柔性隔離層，所述隔離層覆設在所述器件層上。其中，所述隔離層具有絕緣電信號和隔磁的作用，可以防止所述柔性電路的電信號泄露，以及防止人體接觸引起漏電，同時還可在減小所述無線充電線圈發熱的同時提高無線充電的效率。
[0073]較為優選的，所述隔離層的厚度小于2_。
[0074]較為優選的，所述導線層和器件層被封裝于由所述隔離層與所述基底層圍合形成的封閉空間內。
[0075]進一步的，所述基底層可以選自聚合物薄膜材料或復合薄膜材料，所述聚合物薄膜材料可以選自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚酰亞胺等，而所述復合薄膜材料包括不同聚合物的混合材料或多層聚合物薄膜材料。
[0076]較為優選的，所述基底層的厚度大于O而小于ΙΟΟμπι，尤其優選小于60μηι，尤其優選小于50μηι，尤其優選小于30μηι，尤其優選小于20μηι。
[0077]較為優選的，所述柔性電路的整體厚度大于O而小于4mm，優選小于2mm。本申請實施例的一個方面還提供的了前述的任一種柔性電路于制備可穿戴器件中的用途。
[0078]本申請實施例的一個方面還提供了一種系統，其包括:
[0079]作為接收端的、如前所述的任一種柔性電路，所述柔性電路中的無線充電線圈作為接收線圈；
[0080]以及，供電端，包含與所述接收線圈配合的發送線圈。
[0081]以下結合附圖及一些實施例對本申請的技術方案作進一步的說明。
[0082]請參閱圖1所示是本申請一典型實施方案中的一種柔性電路的結構示意圖。該柔性電路包括柔性基底層101、導線層102、器件層103和隔離層104等。
[0083]其中，所述柔性電路的無線充電功能采用電磁感應式實現。
[0084]所述導線層102內的無線充電電路可主要由無線充電線圈和匹配電路組成。
[0085]所述導線層可利用印刷電子技術于基底層表面制備形成。例如，可以在所述基底層上以納米銀墨水作為印刷材料，通過凹版印刷技術制備包含所述無線充電線圈、匹配電路和功能電路在內的所述導線層。
[0086]其中，所述納米銀墨水中的納米銀固含量優選在50?80wt%，印刷后的納米銀墨水經過100?150 °C烘烤20分鐘固化形成厚度大于0.5μηι而小于30μηι的導電線路(即所述導線層)。
[0087]優選的，為保證凹版印刷的所述無線充電線圈達到設計要求，所述無線充電線圈可采用電鍍銅技術等進行加厚，以改善其電性能。
[0088]所述無線充電線圈與匹配電路電連接。請參閱圖4所示是本申請的一實施方案中的一種匹配電路，通過調節匹配電路中的串聯電阻Rl及并聯電容Cl可以調節無線充電線圈的諧振頻率，使其諧振在10KHz左右。在充電過程中，無線充電線圈感應到的交流電壓通過整流電路轉換為直流電壓，再通過穩壓電路輸出穩定的、大于4V的直流電壓，其輸出功率小于5W。
[0089]請參閱圖2所示，在本申請的一較佳實施方案中，一種柔性電路包括柔性基底層201，所述柔性基底層表面形成有包含無線充電線圈202、功能電路203、匹配電路205和充電識別電路206的導線層，其中凹版印刷的功能電路203通過低溫焊接技術實現與電子功能器件204的集成，使電子器件204集成在導線層的表面并與功能電路保持電性結合。
[0090]其中，所述無線充電線圈202與匹配電路相連。穩壓電路與充電識別電路206(即前文所述的充電識別器)的輸入端相連，充電識別電路的輸出端分別與所述柔性電路中的電源和功能電路電連接。當充電識別電路檢測到柔性電路正在充電時，關閉柔性電路的電源通路進入充電狀態；當在非充電狀態時，充電識別電路開啟柔性電路的電源，并等待用戶的操作指令。
[0091]在本申請的又一較佳實施方案中，一種柔性電路的表面還可覆蓋有柔性隔離層， 以保證柔性電路適用于穿戴電子的應用。其中，該柔性隔離層可由聚合物材料摻雜鐵氧體磁粉構成，既具有絕緣的作用，防止柔性電路的電信號泄露;又具有隔磁的作用，減小充電線圈的發熱并提高無線充電的效率。
[0092]在前述實施方案中，所述柔性基底層101可采用聚合物薄膜，例如聚對苯二甲酸乙二酯薄膜，其厚度小于150M1，優選地，厚度小于60M1，進一步優選的，厚度小于30wii。
[0093]在前述實施方案中，優選將所述柔性電路的整體厚度控制于小于4_，尤其是小于 2mm，籍以使所述柔性電路能與人體體表更好的貼合，并給予人體更為舒適的體驗感。[〇〇94]當對本申請的柔性電路在進行充電時，請參閱圖3所示，可以將前述的任一種柔性電路放置于與之匹配的無線充電座上。無線充電座301通過發送線圈302將電能轉換為電磁信號，柔性電路303通過接收線圈(即內置的無線充電線圈)將電磁信號耦合整流輸出直流電壓給電源進行充電。[〇〇95]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0096]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。
【主權項】
1.一種柔性電路，其特征在于包括:柔性基底層、形成于所述基底層表面的導線層以及結合于導電層表面的器件層;所述導線層包括功能電路及無線充電電路，所述器件層與所述功能電路電連接，所述無線充電電路包括無線充電線圈和匹配電路，所述無線充電線圈經匹配電路與所述功能電路電連接。2.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于，所述匹配電路包括: 阻抗調節電路，至少用以調整所述無線充電線圈的阻抗； 整流電路，至少用以將無線充電電路耦合的交流電壓轉變為直流電壓； 以及，穩壓電路，至少用以對所述直流電壓進行穩壓而形成穩定的直流電輸出。3.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述導線層分布于所述基底層表面；或者，至少所述導線層的局部區域設于所述基底層內。4.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述導線層的厚度小于50μπι。5.根據權利要求4所述的柔性電路，其特征在于:所述導線層的厚度小于20μπι。6.根據權利要求3所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層上設有溝槽，所述導線層被整體收納于所述溝槽內。7.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述導線層是通過印刷電子技術在所述基底層上制備形成的導線層。8.根據權利要求7所述的柔性電路，其特征在于:印刷形成的所述無線充電線圈還覆設有金屬化層。9.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述無線充電線圈及所述匹配電路與功能電路分布于所述基底層表面的不同區域內。10.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述匹配電路與功能電路分布于由所述無線充電線圈圍合形成的區域內。11.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述無線充電線圈與匹配電路連接后的諧振耦合頻率控制在I OOKHz?21 OKHz。12.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述無線充電線圈與匹配電路連接后，所述匹配電路的輸出功率大于或等于O而小于5W。13.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于還包含:充電識別器件，至少用以在所述柔性電路進行充電時關閉所述柔性電路的電源，從而使所述柔性電路處于關機充電狀態，以及在所述柔性電路處于非充電狀態時開啟所述柔性電路的電源。14.根據權利要求13所述的柔性電路，其特征在于:所述充電識別器與所述匹配電路電連接;或者，所述充電識別器設于所述匹配電路內。15.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述器件層包括至少一功能器件，所述功能器件與所述功能電路電連接。16.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述器件層的厚度小于1mm。17.根據權利要求15所述的柔性電路，其特征在于:所述器件層通過低溫焊接技術集成于所述導線層表面。18.根據權利要求15所述的柔性電路，其特征在于:所述功能器件包括采用印刷電子技術制備的電子器件和/或分立的電子元器件。19.根據權利要求15所述的柔性電路，其特征在于:所述功能器件的尺寸小于7mm*7mm，厚度小于lmm〇20.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于還包括能夠絕緣電信號和隔磁的柔性 隔離層，所述隔離層覆設在所述器件層上。21.根據權利要求20所述的柔性電路，其特征在于:所述導線層和器件層被封裝于由所 述隔離層與所述基底層圍合形成的封閉空間內。22.根據權利要求20所述的柔性電路，其特征在于:所述隔離層采用主要由摻雜鐵氧體 磁粉的聚合物材料組成的隔離層。23.根據權利要求20所述的柔性電路，其特征在于:所述隔離層的厚度小于2_。24.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層選自聚合物薄膜材料。25.根據權利要求1或24所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層的厚度大于0而小于lOOun126.根據權利要求25所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層的厚度大于0而小于60y m〇27.根據權利要求26所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層的厚度大于0而小于50y m〇28.根據權利要求27所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層的厚度大于0而小于30y m〇29.根據權利要求28所述的柔性電路，其特征在于:所述基底層的厚度大于0而小于20y m〇30.根據權利要求1所述的柔性電路，其特征在于:所述柔性電路的整體厚度大于0而小 于 4mm〇31.根據權利要求30所述的柔性電路，其特征在于:所述柔性電路的整體厚度大于0而 小于2mm 〇32.—種可穿戴器件，其特征在于包括權利要求1-31中任一項所述的柔性電路。33.—種系統，其特征在于包括:作為接收端的、權利要求1 -31中任一項所述的柔性電路，所述柔性電路中的無線充電 線圈作為接收線圈；以及，供電端，包含與所述接收線圈配合的發送線圈。
【文檔編號】H02J50/12GK205725175SQ201620466841
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】顧唯兵, 崔錚
【申請人】蘇州納格光電科技有限公司