柔性电路组件 本发明的技术领域
本发明通常涉及柔性电路组件技术。更具体地说，本发明涉及能够象可佩戴的计算机那样操作的柔性电路。
本发明的现有技术
电路和显示器屏幕结合通常被用于为用户储存和显示信息。示范性的电路/显示器组合包括个人计算机、计算器和小型备忘记事本。在这些装置中电路系统和显示器屏幕通常被装在刚性的塑料外壳中。这些外壳是用来保护通常由非柔性材料制成的电路系统和荧光屏的。例如，计算机的元器件和它们的相关电路通常被放在硬塑料“主板”。主板的塑料不考虑充分的柔韧性，如果对它施加相当大的扭矩，它将啪地一声断裂。另外，显示器屏幕通常是由非柔性的玻璃制成的，并且呈现类似的性质。这些性质限制了用这些元器件制成的装置在象衣袋和钱包那样的实用环境中操作，因为如果不受坚硬的外壳保护，这些装置在处境危险即下落时可能被损坏。
本发明的概述
在一个实施方案中，揭示了一种密封的柔性电路。该柔性电路包括至少一个柔性基材层和淀积在所述的至少一个柔性基材层上的导电材料。该柔性电路还包括众多元器件，这些元器件固着在柔性基材上，并且通过导电材料实现彼此间的电连接；以及柔性的显示器屏幕，该显示器屏幕附着在至少一个柔性基材层上，并且与众多元器件中的至少一个元器件电耦合。
在另一个实施方案中揭示了一种柔性的计算装置。这种柔性地计算装置包括柔性基材，该柔性基材包括众多柔性层，而且每个柔性层都被固定粘接到相邻的每个柔性层上，以致在柔性的计算装置受到弯曲时，所述的众多柔性层将作为一个构件，所述的众多柔性层包括一个顶层。所述的柔性计算装置还包括淀积在至少一个柔性层上的导电材料和众多元器件，每个元器件都通过导电材料与至少一个其它的元器件电耦合，而且其中一些元器件固着在柔性基材的顶层上。另外，该柔性的计算装置还包括柔性的显示器屏幕，该显示器屏幕附着在柔性基材的顶层上，并且通过一部分导电材料与众多元器件中的至少一个元器件电耦合。
各种各样的实施方案可以全部被集成到一个象折叠式皮包或腕带那样的柔性组件中并且能够在其中操作。
附图简要说明
通过下面的详细介绍和附图，本发明的各个方面和各种实施方案将被更清晰地理解。这种介绍仅仅是为了举例说明的目的而不是为了限制本发明的范围。在附图中：
图1是按照本发明的示范实施方案的柔性电路；
图2是柔性电路的另一个实施方案，它具有两层柔性基材；
图3是按照本发明的的柔性电路的局部剖视图；
图4是按照本发明的示范实施方案众多元器件之间的示范电连接的局部剖视图；
图5是揭示附着在示范柔性电路上并且被环氧树脂珠滴覆盖的元器件的局部剖视图；
图6是被电连接在柔性基材上并且被环氧树脂珠滴覆盖的元器件的俯视图；
图7是揭示一些允许柔性电路象计算装置那样操作的元器件的方框图；
图8A-8C揭示按照本发明的一个实施方案优选的用户输入的各个方面；
图9是一个作为有显示器屏幕和用户输入的计算装置被实现的柔性电路的实施方案；
图10A-10B揭示本发明的一个实施方案，该实施方案考虑到易于沿着绞链区折叠；
图11是一个示范实施方案的分解图，通过这个实施方案显示器屏幕可以附着到并且被集成到柔性电路中；
图12是另一个示范实施方案，通过这个实施方案显示器屏幕可以附着到并且被集成到柔性电路中；
图13是另一个示范实施方案，通过这个实施方案显示器屏幕可以附着到并且被集成到柔性电路中而且包括各种各样的显示驱动芯片；
图14是另一个示范实施方案，通过这个实施方案显示器屏幕可以附着到并且被集成到柔性电路中；
图15A-15D揭示跨绞链区连接诸导电材料部分的各个方面；
图16A-16C展示可以用来变更柔性电路的有效总长度的可被非必选地实现的属性；
图17A-17B是本发明的柔性电路的优选结构的各个方面；
图18A-18B是被集成到折叠式皮包中的示范柔性电路；
图19A-C揭示具有输入端口并且被集成到折叠式皮包中的示范柔性电路的各个方面；
图20揭示一个具有接收智能卡的开端口并且被集成到折叠式皮包中的柔性电路的一个实施方案；
图21A-21B揭示用于与智能卡通信的接端口的各个方面。
本发明的详细介绍
更一般地说，本发明的一个实施方案包括有至少一个，优选有几个元器件附着在上面的全柔性的电路。该电路还优选包括柔性的显示器。在优选实施方案中，该柔性的显示器是柔性的液晶显示器(LCD)。在本文中使用的术语“柔性电路”包括任何电路并且是可能实现的，例如可以作为能够接收信息并且完成运算的计算装置被实现。
按照本发明，柔性电路应该如此地凹凸不平，以致足以使它耐受几种类型的机械应力。另外，在一个实施方案中该电路应该被这样密封，以致它可以经得起暴露在象水那样的外部环境中。
为了将本发明的柔性电路集成到象折叠式皮包或腕带那样的柔性外壳中，该柔性电路应该拥有某些特征。例如，如果被集成到折叠式皮包中，那么该柔性电路应该至少在某个局部区域能够经得起该电路将遭受的反复折叠和展开。在优选实施方案中，该柔性电路还可以具有永久性的折痕，以致该柔性电路可以沿着所述折痕对折，以便增加供元器件附着的总表面积同时保持总有效长度最小。
例如，该柔性电路应该即使在被反复折叠和展开或经受扭曲、剪切或压缩应力时仍然是可供使用的。在本文中使用的术语“折叠”将特指褶痕和绞链区两者。褶痕可以被定义为在柔性电路中半径与该柔性电路的厚度相比非常小的折痕。换言之，当柔性电路发生褶皱时，该柔性电路的两个部分本质上是彼此共平面的。铰链区是具有较大的弯曲半径的大折痕，以致在柔性电路沿着铰链区折叠时，在该柔性电路的两个部分之间有细小的空间。
图1是本发明的柔性电路100的示范实施方案的简化形式。在这个实施方案中，柔性电路100包括至少一层柔性基材102、定位在柔性基材102上的导电材料104和定位在柔性基材102上的至少一个元器件106。但是，为了便于解释，图1所示的柔性电路100还包括第二元器件108。
本文中使用的术语“柔性基材”既可以指绝缘的柔性基材又可以指导电的柔性基材，取决于该术语的使用场合。
在一个实施方案中，柔性基材102可能能够为柔性电路提供绝缘层。为了实现本发明，可以接受的绝缘的柔性基材102的实例包括丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酯、聚酯薄膜或其他塑料。
此外，柔性电路100的厚度应该足够薄，以致在集成到(例如)折叠式皮包中时，它不使折叠式皮包明显地变厚。优选的是，柔性基材的厚度小于1mm。在优选实施方案中，本发明利用大约0.2mm厚的聚酰亚胺柔性基材和大约1.2mm厚的元器件。
在另一个实施方案中，柔性电路100可以包括柔性的许多层柔性基材102。这个实施方案将在下边更详细地讨论。
覆盖在柔性基材102上面的是由导电材料104组成的导电的相互连接图案。导电材料可以是任何传导电荷的材料，例如金属或导电油墨。导电材料104中的金属或导电油墨可以利用光刻蚀法或通过印刷被施加到基材上，取决于所用的是导电材料104的类型。这个过程可以用一个或多个用柔性基材102和导电材料104的一个或多个附加层重复。
在图1所示实施方案中，导电材料104起电连接柔性电路100中的元器件106和108的作用。按照本发明的一个实施方案的柔性电路100至少可以沿着一条轴线被折叠起来。因此，该连接材料104至少在某些位置处还可以为折叠做准备。
在另一个实施方案中，柔性基材102可以用导电的柔性基材(例如特氟隆)制造。在这实施方案中，电连接不是由导电材料制成的，而是由柔性基材102本身制成的。不同于覆盖型连接材料，一些部分的柔性基材102被除掉，而剩下的导电部分起电连接元器件的作用。
元器件106和108可以是各种各样现有的电气元件，例如集成电路芯片。这些元器件106和108被安装在柔性基材102上裸露的导电表面上。这个裸露的导电表面可以用内部互连材料104制作。另外，裸露的导电表面可能是未被除掉的导电的柔性基材102的一些导电部分。
图2揭示本发明的示范实施方案，其中柔性电路100包括两个柔性基材层，上层202和下层204。如图所示，上层202和下层204彼此分开。但是，按照本发明的一个实施方案，这两层可以被牢固地连接在一起。优选的是，这两层以这样的方式连接，以致它们发生弯曲时作为单一的构件起作用。例如，这两层可以通过热固性丙烯酸粘接剂或类似的东西连接在一起。
导电材料104的膜层淀积在两个柔性基材层(202和204)上。首先取出上层202，将导电材料104淀积在元器件206和208下方的区域中，而这两个元器件优选都牢固地附着在柔性的上层202上。在每个区域的下面都有一个允许导电材料104贯穿上层102的通道(未示出)。本文中使用的术语“通道”指的是贯穿柔性基材层并且用导电材料部分填充或全部填充的通孔。
另外，一部分导电材料104还淀积在一部分下层204上。因此，导电材料104可以被想象成从上层202上开始，穿过上层202，然后在下层204上延伸，再回到上层202的下侧，并借此把元器件206和208电连接在一起。用这种方法，可以有更多的表面放置导电材料104以便电连接各个元器件。同样，这考虑到更多的互连，因为可以形成多层并且因此制造商不必担心各个导电材料104部分彼此交叉。因此，在柔性电路100的元器件之间允许更多的电连接。同样，这允许用最小的空间实现大量的连接。
元器件206和208优选坐落在柔性基材200通常将不发生折叠或弯曲的特定位置上。这些元器件优选被环氧树脂层覆盖。
在偏离折痕位置或大幅度弯曲的区域放置元器件考虑到用刚性的环氧树脂封装全部元器件并且为这些元器件提供刚性。环氧树脂还起对元器件实施防止密封和防止机械应力引起的元器件故障的作用。
现在参照图3，它展示依据本发明的示范实施方案的柔性电路100的局部剖视图。该局部剖视图展示柔性基材下层304和柔性基材上层302。柔性基材上层302有通道穿过它并且用导电材料310填充的通道308A。导电材料310允许上层302的上表面与淀积在下层304的上表面上的导电材料310电耦合。
上层302还贯穿它的通孔308B。本文中使用的术语“通孔”将特指未用导电材料填充的通道。换言之，本文中使用的“通孔”是在柔性基材中没有任何柔性基材的区域。
如图所示，有一个通孔308B和一个通道308A。但是，这仅仅是一个实例，正象熟悉这项技术的人能够轻易地实现的那样，通道的数目取决于在该柔性电路中有多少层以及在元器件之间需要多少互连。此外，通孔的数目将影响数个膜层结合在一起的一块柔性基材的刚度，通孔越多提供的基材越柔软。
在优选实施方案中，两个膜层302和304在没有导电材料310或通过这两个膜层的通孔或通道的地方全都被粘接在一起。优选的是，把这两层粘接到一起的粘接剂306被涂布在柔性电路的周界周围且没有导电材料的地方，以便维持该柔性电路的整个周界的密封。
元器件可以利用标准方法(如丝焊或锡焊)连接到裸露的导电区域上。此外，这些元器件可以利用导电的环氧树脂通过把元器件的电连接粘接到导电材料上与柔性电路连接。在另一个实施方案中，元器件的电连接可以有附着在元器件上的焊料凸起。在这个实施方案中，柔性电路的上层302可以有穿过它的通孔，该通孔使下层304上的导电材料暴露出来。然后，把元器件放在该柔性电路上使所述凸起对准通孔。一旦放好，给连接区加热使焊料凸起流入该通孔，借此把元器件电连接到下层304上。
图4展示柔性电路100的示范实施方案的局部剖视图。所示的实施方案包括三个元器件，第一元器件400、第二元器件416和第三元器件428。在这个特定的实施方案中，三个元器件全部被电连接在一起，下面将更详细地讨论。但是，原本熟悉这项技术的人将易于理解所示的互连仅仅是举例说明而且三个元器件不需要全部被电连接到一起。
所示的实施方案包括三层柔性基材。具体地说，这个实施方案包括上层440、中层441和底层442。各种各样的导电材料层被淀积在相邻的膜层之间。
第一元器件400是通过把元器件的引线402锡焊到焊接区404实现与第一导电层406的电连接的。正象技术上众所周知的那样，焊接区是由铝合金组成的。元器件引线402借助通孔405穿过上层440。优选的是，元器件400借助环氧树脂407的珠滴涂层牢固地附着在上层440上。焊接区404把元器件的引线402电耦合到第一层导电材料406上。
另外，第一导电层406借助通道408与安排在中层441和底层442之间的第二导电层410电耦合。借助通道408的电连接允许把第一元器件400分别电耦合到第一和第二导电层406和410。
第一导电层406通过连接器415跨过铰链区430与第三导电层411电耦合。铰链区430和连接器415两者下面将更详细地讨论。如上所述，第三导电层411与第二元器件416电耦合。换言之，第二元器件416是通过把元器件引线414锡焊到焊接区413上实现与第三导电层411的电连接的。
第二导电层410通过连接器417跨过铰链区430被电耦合到第四导电层418上。第四导电层418与第三元器件428电耦合。第三元器件428借助穿过通孔422被焊接区424固定的丝焊引线426以及借助通道420被电耦合到第四导电层418上。丝焊工艺是借助自动化的机械实现的，而且在技术上是众所周知的。
按图4所示的方式安排导电材料将把所有的元器件都电耦合到一起。这可能是符合要求的，例如，如果第一元器件是产生分别满足第二或第三元器件416和428需要的时钟信号的时钟。
正象前面陈述的那样，优选的是每个元器件或数组元器件被环氧树脂珠滴覆盖。图5展示用环氧树脂珠滴504覆盖元器件500的示范实施方案。如图所示，元器件500以类似于参照图4所介绍的方式通过丝焊引线502电耦合到导电材料(未示出)上。环氧树脂珠滴504至少为两个目的服务。第一，珠滴504使元器件500牢固地附着在柔性基材506上。第二，珠滴为元器件500形成坚硬的保护涂层，该涂层防止机械应力和压力施加在元器件500上。
图6是附着在柔性基材602上的元器件的俯视图。如上所述，元器件600可以借助各种各样的已知技术附着到柔性基材602上。如图6所示，元器件600借助众所周知的丝焊工艺通过丝焊连接器603把导电材料604的各个裸露部分连接到元器件600上。以这种方式，元器件400可以通过连接材料604的每个不同的裸露部分与众多不同的元器件连接。优选的是，焊接区(未示出)使丝焊连接器牢固地附着到导电材料604上。连接材料604的裸露部分、丝焊连接器603和元器件600全都被环氧树脂涂层608覆盖(封装)。这个环氧树脂涂层608在某些实施方案中覆盖不止一个元器件400。被环氧树脂通信608封装的区域与柔性基材602相比刚性比较大，而且在本文中被称为部位。这样提供的密封允许元器件600经受机械压力和应变，而且具有浸没在液体中的能力。正象下面将要更详细地讨论的那样，被环氧树脂覆盖的区域(部位)应该在柔性基材602上这样排列，以致它们不接触柔性电路100将要被折叠的位置，或者离所述位置太近。因此，不仅元器件600附着到柔性基材602上的方式是重要的，而且它们在柔性基材602上的位置也是非常重要的。
在一个实施方案中，所述电路是计算装置。在本文中使用的术语“计算装置”指的是任何可以接收数据并且完成对数据的操作的装置。例如，本文中使用的术语计算装置包括计算机、计算器、个人备忘记事本、视频游戏等。但是，本发明的用途不受计算装置的限制，在本文中包含的教导可以被熟悉这项技术的人轻易地应用于任何需要柔韧性的电路。
图7揭示作为计算装置被实现的示范柔性电路。该柔性电路100包括中央处理器(CPU)702。中央处理器702借助中央总线710与用户输入704、显示器屏幕706、以及内存708连接和通信。该柔性电路100接收来自电源712的电力。此外，柔性电路100还可以包括外部的输入/输出端口714，以便接收来自外部来源的信息和/或电力。
中央处理器702可以是任何市场上可以买到的处理器，例如摩托罗拉8080，英特尔“奔腾”芯片等。在优选实施方案中，中央处理器702是能够与标准的个人计算机(PC)通信的8位的微处理器。与标准的个人计算机之间的通信是通过输入/输出(I/O)端口714进行的。另外，中央处理器702应该能够驱动显示器屏幕706和接收来自用户输入704的信息。再者，中央处理器702可以具有驱动它运行的内部时钟(未示出)。这个时钟也可以在中央处理器702的外部。
用户输入704可以是任何能够接收来自用户的输入信息并且把这些输入信息传送给中央处理器702的输入装置。适当的输入装置可以包括键盘、鼠标、辅助键盘、声音接收器(如麦克风)、光敏输入、温度传感器、压力传感器等类似的东西。优选的是，用户输入704包括至少一个无触点的辅助键盘。多重无触点辅助键盘可以通过把用户输入704放在柔性电路100通常不被折叠或弯曲的各个位置而得以形成。在一个实施方案中，用户输入704可以被集成到显示器屏幕706中。
显示器屏幕706可以是任何能够显示从中央处理器702收到的信息的荧光屏。优选的是，显示器屏幕706是柔性的LCD显示器屏幕。在优选实施方案中，显示器屏幕706还可以是对触摸敏感的“触摸屏”，以致用户仅仅通过触摸显示器的屏幕706就可以操纵位置和改变数据的位置。LCD显示器可以由安装在位于柔性基材和显示器屏幕706之间的市售的TCP连接器上的芯片驱动。另外，行和列可以由安装在柔性电路本身上的芯片马区动。
在另一个优选实施方案中，显示器屏幕106可以是两面都能看的光透射显示器。本文中使用的术语“显示器屏幕”指的是最终把信息移交给柔性电路的用户的装置。但是，正象熟悉这项技术的人能够轻易地理解的那样，用来把信息传递给用户的替代装置是在本发明的范围内的。例如，显示器屏幕706可能被用来把信息传递给用户的语音输出代替或者伴有语音输出。另外，为了向信息的用户发出警报，可以把引起电路振动或发射光线的装置添加到该柔性电路上。此外，可以有多个显示器屏幕706，为了形成更大的显示器，优选把所有的显示器屏幕都电耦合到一起并且全都连接到柔性电路100中通常不被折叠的位置。
存储器708可以是能够把数据储存在计算装置中的任何类型的存储器。这样的存储器包括但不限于任何市面上可以买到的随机存取存储器(RAM)和类似的东西。在一个实施方案中，存储器708是512K的低功率静态随机存取存储器。在另一个实施方案中，存储器708包括随机存取存储器和非易失性(闪存)存储器二者。
优选的是，柔性电路100是便携式装置，但是，非便携式装置也在本发明的考虑之内。在便携式实施方案中，电源712通常是电池，优选可充电电池。为了使电路100具有更大的柔韧性，电源712可以是柔性的可充电电池。在这个实施方案中，电源712可以通过充电电源与该电源感应耦合再次充电。在这个实施方案中，电源712可以包括电感线圈，该线圈靠近固定的充电电源的充电线圈时将作为互感器的接收部分起作用，因此可以给电源712充电。在另一个实施方案中，电源712以第二备份电源(未示出)作后盾，该备份电源可以永久地集成在计算装置100中，也可以是可更换的。
外部输入/输出端口714可以采取几种不同的形式，而且在柔性电路100中可以包括不止一个外部输入/输出端口。一般地说，外部输入/输出端口714可供柔性电路100有效地接收来自外部来源的信息和/或把信息传送出去。例如，输入输出端口714可以是为了与个人计算机的电缆或电池充电器的专用电缆一起使用而设计的4针接线器。此外，外部输入输出端口714可以是直接串行或并行传输数据的连接，例如RS-232口或USB口。另外，外部输入输出端口714可以是能够接收或发射红外(IR)信号或光信号的红外(IR)或光探测器/发射器。在另一个实施方案中，外部输入输出端口714可以是射频(RF)调制解调器或寻呼机。在又一个实施方案中，外部输入输出端口714可能是能够拨电话号码的语音拨号器。
此外，外部输入输出端口714可能是能够发射数据和/或接收来自外部来源(例如，个人计算机)的数据的天线。在这个使用天线的实施方案中，天线可以被直接模塑到柔性电路中。换言之，天线可能连接在柔性电路的顶部上，或者采取另一种办法，它可能被置于柔性电路的膜层之间。这个天线还可能如上所述作为充电用的感应线圈发挥作用。
在另一个实施方案中，外部输入输出端口714可以包括连接智能卡的触点。在这个实施方案中，外部输入输出端口714优选这样配置，以使它能够从智能卡上读取信息并且能够把信息写入智能卡。以这种方式，外部输入输出端口714可以被看成是指使“从属”智能卡的“主卡”。进一步说，智能卡本身可以包括输入输出端口，从而允许该智能卡接收来自外部来源的信息，然后再由外部输入输出端口714读出。为了使外部输入输出端口714能与接触式智能卡交换信息，以下述方法形成外部输入输出端口714可能是优选的，即故意使柔性电路100发生这样的变形，以致一部分导电材料将被暴露出来并且可以与智能卡发生实际的接触。这将在下面更详细地介绍。
在进一步的实施方案中，外部输入输出端口714可能是能够把信息发送给私人网络(Personal Area Network)的诸单元的装置，以便创造“可佩戴的计算机”。换言之，外部输入输出端口714或许能够接收来自众多设备的信息并且能够把信息发送给众多设备，其中每台设备可能都有它们自己的外部输入输出端口。以这种方式，外部输入输出端口714可以使柔性电路100在“集线辐接(hub and spoke)”配置中作为随身佩戴的外设(例如眼镜、手表或助听器)之间的中继站发挥作用。
因此，根据被包括的是何种类型的外部输入输出端口714，柔性电路100或许能够与任何数量的外设(例如，智能卡，非接触式智能卡、信用卡仿真装置、打印机、磁盘、扫描仪等)通信。上述被识别的输入输出装置不相互排斥。换言之，具有许多被这样集成到柔性电路中的输入输出装置在本发明的范围内。
刚刚介绍的各种元器件仅仅是为数不多的几种可能被集成到本发明的柔性电路100中的元器件。正象下面将更详细地讨论的那样，柔性电路100可以包括附加的元器件。再者，由于本发明优选把所有的元器件都集成到密封单元中，所以柔性电路性是不能简单地变更的，而且任何变更的企图都可能导致柔性电路的损坏。这提高了本发明的安全性水平，以致任何未经批准的个人都不可能改变该柔性电路。
图8A揭示输入装置704的优选实施方案。输入装置704包括许多在被触摸时可以接收来自用户的信息的输入键802。键802可以是任何类型能够接收信息的键，例如，它们可能是类似于传统的计算器所用的辅助键盘按键，在这种场合按下键将引起键下面的电路系统的行和列之间的接触。在优选实施方案中，键802不是这种类型的“接触键”，而是无触点的电容键盘。在这个优选实施方案中，输入装置704是把任何电容型、电感型或触点型夹层耦合键并入使用户输入数据变得容易的辅助键盘或导板，而且是所谓的无触点的输入装置。在另一个实施方案中，输入装置与显示器在相同的位置上。这样的装置通过在显示器的各个膜层上印刷导电材料予以实现的。
图8A中值得一提的一个键是开关键802A。这个开关键802A可能是用于接通和断开电路的主要装置，取决于当前该电路是否正在使用。但是，如果柔性电路是以这样的方式在可折叠的外壳中实现的，以致所有的键802可以被同时触摸，则可以没有开关键802A。例如，在柔性电路与折叠式皮包结合成一体时，就可能是这样。在折叠式皮包合拢时，折叠式皮包的两侧彼此接触，因此所有的键802都被触摸。
图8B揭示根据本发明的一个实施方案的无触点的用户输入装置704。这个用户输入装置704包括许多键814a、814b和814c。在图8B中只展示了3个键(814a、814b和814c)，但是人们将容易理解键814的数目是可以变化的。
每个键都可以通过连接材料816被连接到电源812上。每个键还可以与敏感元件81 8连接。优选的是使完整的用户输入装置814附着在柔性基材上。在优选实施方案中，键814实际上与柔性基材810结合成一体。在替代实施方案中，键814牢固地附着在柔性基材810的表面上。
优选的是用具有本征电容的材料制作键814，这种材料的一个实例是铜。电源812提供在短暂的时间周期内给每个键814的电容器(用虚线表示)充电的初始电荷。优选的是这个时间周期大约为10毫秒。然后，电源812关闭。电源一关闭，储存在键814的本征电容器中的电压就开始放电。敏感元件818检测这种放电并且计时。如果键(例如814a)当前未被按下，该键将在规定的时间内放电到某个水平。敏感元件818优选被编程，以便了解这个规定时间的具体时间。但是，如果用户正在触摸这个键，那么这个键的电容就被改变。这种电容的变化(增大电容量)使这个键放电变得比较缓慢。敏感元件检测这种放电速度的下降，以这种方式敏感元件可以检测正在按的是哪个键814。
现在参照图8C，该图揭示了键814a更详细的模型及其相关的电路。如图8C所示，只展示了一个键及其相关的电路。但是，熟悉这项技术的人将容易理解同样的电路系统将被应用于用户接口704上的每个键。
电源812提供脉冲输出，该脉冲输出将在足够长的时间内维持在高电平状态以使键814a的本征电容得到充足的充电。为了减少给电容器充电所花费的时间，优选提供一个二极管820。这个键814a相关的电路系统还可能包括一个电阻器822。众所周知，这个电阻与814a的本征电容结合提供一种大体上随着电阻器822的电阻和键814a的电容的乘积的乘积变化的电压滞后曲线。这种滞后发生在电源812的输出处于其低电平状态而电容器已被充足电的时候。电压通过电阻器822接地滞后(即电源812处于低电平状态)。敏感元件818监视这种电压滞后，并且优选给敏感元件818编程，以便了解电容器两端的电压在某段时间内是否已经下降到某个电平，键814a是否已被按下。这是由于任何储存电荷的物体(例如人的手指)触摸键814a都将增大电容。
在优选实施方案中，电源812提供10微秒的充电脉冲，而电阻器822和键814组成的RC电路的时间常数大约为3微秒。
图9是基于本发明的柔性电路100的一个示范实施方案的功能方框图。在这个实施方案中，柔性电路100包括柔性基材900。柔性基材900具有3块面板，第一面板901、第二面板902和第三面板903。第一面板901具有附着在它上面的显示器屏幕904。第二面板902具有附着在它上面的用户输入装置905。在这个实例中的用户输入装置905包含许多以类似于计算器的方式排列的键906。第三面板903具有牢固地附着在它上面的中央处理器908和电池910。这三块面板被两个绞链区(第一绞链区912和第二绞链区914)分开。换言之，第一个绞链区912把第一面板901与第二面板902分开，第二绞链区914把第二面板902与第三面板903分开。第一和第二铰链区(912和914)分别在柔性电路100可能被反复折叠的位置。当柔性电路与折叠式皮包结合成一体时，柔性电路100可以沿着绞链区被反复折叠。
电池910给中央处理器908提供电力。来自电池910的电力通过连接电池910和中央处理器908的导电材料部分916传送给中央处理器908。中央处理器908通过导电材料部分918接收来自用户输入装置905的输入信号。导电材料部分918直接把中央处理器908和用户界面905连接起来。导电材料部分918横穿第二绞链区914。显然，第二绞链区部分914中的导电材料部分918必须能耐得住反复折叠和展开，而且不失去其在中央处理器908和用户界面905之间的传导性。制造这种长寿命的导电材料区域的方法将在下边讨论。
另外，显示器屏幕904与中央处理器908连接。两者之间的连接可以通过导电材料部分920来实现。导电材料部分920横穿第一绞链区912和第二绞链区914。所有配置在柔性基材900上的元器件都优选定位于远离第一铰链区912和第二铰链区914的区域中。以这种方式安排元器件将保证元器件不受柔性电路100在这些铰链区范围内折叠的影响。
如图9所示，柔性电路100被集成在一层柔性基材900上。为了形成更大的可以放置导电材料的表面积，可以使用许多个柔性基材层，就象前面讨论的那样。使用多层柔性基材还可以减少必须使用的导电材料的量。例如，如果连接显示器904和中央处理器908的导电材料920在不同的层面上，则不必横着穿越用户界面905的边缘，而可能在用户界面905下面通过。通过允许这种直线连接，可能只需要使用较少的导电材料，而且电路的设计和制造可能将变得比较容易和廉价。
图10A揭示一种高柔韧性与沿着铰链区1002重复绕枢轴折叠的可靠性(例如，用于折叠式皮包的10,000次打开和合拢的重复循环)相结合的柔性基材1000的示范构型。铰链区1002包括两个切口部分1004和1006，这两个部分都具有宽度W1。通过切除这两个部分，柔性基材1000在铰链区1002中变得更柔软。所以，柔性基材100在铰链区1002中折叠起来可能更容易，而且柔性电路与(举例说)传统的对折折叠式皮包结合成一体的影响被降低，该折叠式皮包能够象正常的折叠式皮包一样打开和合拢。
图10B展示图10A所示柔性基材1000处于合拢位置的侧视图，这种情况将在与对折折叠式皮包结合成一体时出现。绞链区1002变形成弯曲部分，该部分足够大，足以容纳附着在柔性基材上的所有元器件(未示出)以及制作折叠式皮包的材料。绞链区1002的弯曲半径用r表示，并且该半径大于下面将要介绍的褶痕的半径。这就是为什么在图示中柔性基材的上层1008和下层1010不接触而柔性基材具有弯曲的铰链区1002的原因。
再次参照图10A，铰链区的宽度W1取决于今后可能与柔性基材1000结合成一体的蒙皮尺寸。应该注意，只有一个铰链区1002被展示。但是，如果柔性电路将与三折的折叠式皮包结合成一体(即有两个折叠位置)，则优选在柔性基材1000中形成两个这样的铰链区1002。进而，熟悉这项技术的人将理解柔性电路可能不需要这样的铰链区，也可能需要更多的铰链区，这取决于应用。
如上所述，当元器件被坚硬的环氧树脂涂层覆盖时它在该部位提供局部的刚性区。所以，在按照本发明设计柔性电路时这些部位优选不被置于铰链区1002附近，因为把这些部位放在绞链区1002附近将妨碍柔性基材的折叠能力。
按照本发明，有几种可以把显示器屏幕附着到柔性基材上的不同的方法。更一般的说，如图11中的侧视图所示，显示器屏幕1102被安排在许多层之间，其中之一是重叠在显示器屏幕1102上面的支架1100。支架1100和显示器屏幕1102两者都附着在柔性基材1104上。因此，在图11的实施方案中，这许多层是由显示器屏幕支架1100、显示器屏幕1102和柔性基材1104组成的。所有的膜层优选用粘接剂(未示出)连接，该粘接剂把各个膜层牢固地(至少在局部区域)粘接在一起。
业已发现，把显示器屏幕1102牢固地附着到柔性基材1104上不为该电路(为一个整体)提供最大的柔韧性。为了解决这个问题和为了提供更大的柔韧性，优选的是以这样的方式固定显示器屏幕1102，以致它在柔性基材的表面上可以有限的范围内移动但不能移动得太远。换言之，移动距离应该以不切断显示器屏幕1102与柔性基材1104之间的连接为度。
例如，现在参照图12，显示器1202提供第一热合片1204和第二热合片1206附着在柔性基材1200上。正象众所周知的那样，第一和第二热合片(1204和1206)的热合材料包含能够在柔性基材1200上传导来自导电材料(未示出)的电流的导电材料。这依次允许显示器1202的行和列被置于柔性基材1200上的电子元件驱动。这些行和列可以通过在显示器1202的连接层1208的上下两侧上提供的连接被分别连接起来。
如图所示，第一热合片1204本身是折叠的，以便能够把显示器1202的连接层1208的底部以及柔性基材1200上的导电材料(未示出)两者连接到连接层1208上。类似地，第二热合片1206直接把基材1200连接到连接层1208的上侧上。
在图12的实施方案中，显示器1202能够在柔性基材1200上横向往返移动，而并非只是分别被第一和第二热合片1204和1206锚固。第一和第二热合片1204和1206被置于显示器1200的两个相邻的边缘上。这允许沿着X和Y方向移动，因此允许显示器1202在柔性基材1200上移动。这有利地允许柔性电路作为一个整体承受应力，而LCD显示器1202则不承受应力。
图12中的邻边构型是优选的，但是，在显示器1200的对边上有两条热合片1204和1206也在本发明的范围内。但是，这样可能把显示器1202在柔性基材1200上的移动限制在一个方向上。
在另一个优选实施方案中，显示器屏幕1200只利用一块热合片(例如，第二热合片1206)附着。在这个实施方案中，如果显示器屏幕1200包括单边的行和列两种连接，那么第二热合片1206可能被附着到显示器屏幕1200的行和列两者上。
下面介绍用两块热合片固定显示器屏幕1200的优选实施方案。但是，人们将容易理解下面使用两条热合片连接的实例可以简单地用上述的一块热合片连接来实现，其方法是把(例如)第二热合片1206连接到显示器屏幕1200的行和列两者上。
优选的是把LCD显示器1202象下面介绍的那样附着到柔性基材1200上。首先，把柔性基材1200放平并且把显示器1202面朝下放到柔性基材1200上(即显示器面对着柔性基材1200)。然后，将第一热合片附着到在柔性基材1200上有驱动显示器1202的行(或列)的连接材料(未示出)的位置上。第一热合片1204优选利用导电的环氧树脂焊料附着到柔性基材1200上。然后，将第一热合片1204显示器1202的连接层1208的上侧或下侧。第一热合片1204可以通过在升高的温度下对第一热合片1204和连接层1208施加机械力(即挤压)使两者牢固地粘接在一起附着到连接层1208上。另外，热合片1204和连接层1208可以利用导电的环氧树脂粘接到一起。
然后将显示器1202翻折回来使它的正面向上，即面朝着背离柔性电路1200的方向，再将第二热合片1206附着到连接层1208的上侧和在柔性基材1200上驱动列(或行)的导电材料(未示出)上。以刚刚介绍的方式把显示器1202固定到柔性基材1200上允许显示器1202在柔性基材1200上方“浮动”。
现在参照图13，该图展示具有众所周知的TCP型的行驱动器1302和TCP型的列驱动器1304的显示器1300。在这个实施方案中，显示器1300优选是LCD显示器。这两个驱动器提供指令，以使显示器1300确定显示器1300的某个像素是否将被激活。换言之，当某个像素所在的行和列两者都被激活时，在显示器1300的那个像素位置上的液晶偏移，所以失去它的不透明性。这在那个像素位置形成一个暗斑。这在技术上是众所周知的，人们将容易理解不同类型的驱动器可以用来驱动能够用各种各样的颜色显示图象的LCD显示器。行驱动器1302包括连接装置1 306，该装置附着在柔性基材及其上面的连接材料上，以便激发显示器1300上不同的行。在图13所示的实施方案中，行驱动器1302可以是由附着在一片附着在热合片1316上的聚酰亚胺上的TCP驱动器芯片1 308组成的聚酰亚胺TCP包。行驱动器芯片1308允许柔性基材上的中央处理器(未示出)把预先定义的指令发送给显示器1300以便驱动显示器1300。换言之，中央处理器不必主动地控制显示器1300，而是仅仅转移一套预先定义的指令之一，以实现想要的响应并借此减少中央处理器上的内务操作。因为驱动器1302是柔性的，所以它可以被这样折叠和弯曲，以致将它平放在显示器1300之下。
列驱动器1304也包括附着在热合片1318上的TCP驱动器芯片1312。如图所示，行驱动器1302附着在显示器1300的连接层1310的顶面上，而列驱动器1304附着在连接层1310的底面上。
现在参照图14，该图展示显示器1400附着在柔性基材1414上。显示器1400包括列驱动器1404和列驱动器1402。在图14所示的视图中各自的芯片1408和1412是不可见的，因为它们被放置柔性基材1414的底面上并且与柔性基材1414连接。在这个实施方案中，导电材料应该安排在柔性基材1414的底面上并且借助焊接或导电的环氧树脂固定。
现在参照图15A，该图展示借助连接器1506实现连接材料的两个部分1504a和1504b之间的连接的一个实施方案。连接材料和连接器1506两者被连接起来并且牢牢地附着在柔性基材1500上。这种柔性基材1500具有预先设计好的铰链区1502，该铰链区在柔性基材1500可能被反复折叠和展开的位置上，例如，在与折叠式皮包结合成一体时。连接器1506被安排在连接材料的两个部分1504a和1504b之间。在优选实施方案中，连接器1506是由铜制成的。但是，正象熟悉这项技术的人容易理解的那样，只要连接器1506是由能够搬运电荷并且经得起反复弯曲的物质(例如银、金、钨、铝或锌)制成的，任何导电材料都可以使用。
通过使用连接器1506，导电材料(例如1504b)决不被迫弯曲得比由于被置于象折叠式皮包那样的东西中时柔性电路的扭曲而引起的弯曲更严重，即决不被折叠。为了保证与导电材料1504b和连接器1506的电连接，连接器1506优选与一部分导电材料1504b重叠并且被牢固地附着在导电材料1504b上。
现在参照图15B，该图展示有连接器1056的铰链区的示范结构的侧视图。在图15B中，许多层1506a和1506b构成连接器1506。如图所示，顶层1506a和底层1506b分别在柔性基材1500的顶面上和在其下面。但是，熟悉这项技术的人将容易理解只需要一个连接器。如图所示，两个连接器通过柔性基材1500被理解在一起。这个多余的部分保证如果连接器1506中有一块断裂在导电材料的两个部分1504a和1504b之间的电连接可以仍然存在。这是通过具有连接器销钉1508a和1508b得到保证的，这些销钉是导电的，它们这样穿过两个部分1504a和1504b以及柔性基材1500，以致这两个部分彼此电耦合，所以就导电材料而言它们为信号在铰链区中传输提供两条可能的路径。
图15C展示在铰链区上构成连接器的替代方法。导电材料1504以展开的导电板1510为终点。在优选实施方案中，这些板是镀金的铜垫。在每个导电板之间是用导电的环氧树脂粘接剂制成的导电的环氧树脂桥1512。
图15D展示图15C中柔性基材1500的侧视图。如图所示，从左到右有被连接在展开的连接垫片1510上的第一片导电材料。在图左边的连接垫片1510与图右边的连接垫片1511之间是环氧树脂桥1512。这个导电的环氧树脂桥1512是柔性的并且起着电耦合两条路径的作用。在优选实施方案中，导电的环氧树脂桥和相关的垫片都是用薄膜涂层1514覆盖的。
下面的介绍揭示一些把本发明与折叠式皮包结合成一体的优选实施方案。正象人们将理解的那样，下述的教导并非仅仅限于折叠式皮包，而是可以以各种各样的其它方式予以实现的。例如柔性电路可以集成到佩戴在用户手腕上的电视游戏机中，或者集成到衣物制品中。
为了把本发明的柔性电路集成到几种不同的外壳(即不同的折叠式皮包)中，柔性电路的总长度应该是在不必更改制造工艺的情况下可变的。一种考虑到易于调节柔性电路1600的长度的解决办法示于图16A。铰链区1601包括许多独立的褶皱1602，每个褶皱1602都类似于手风琴。以这种方式，柔性电路1600的长度通过简单地合拢手风琴式褶皱1602之一就可以改变。
图16B以侧视图形式展示图16A中的柔性电路1600。各个褶皱1602交替地上升到柔性电路1600平面以上再下降到该平面以下。
图16C是手风琴式褶皱被展平后其中一个褶皱处于折叠状态的侧视图。折叠在一起的褶皱1604使柔性电路1600的全长被缩短。这依次允许柔性电路1600按一个尺寸生产而且如此易于改变，以致它不必改变柔性基材的制造工艺就可以适合几种不同类型的折叠式皮包。
优选的是，柔性电路中所有的元器件都附着在柔性基材的一侧。但是，元器件固定在柔性基材的两侧也在本发明的范围之内。如上所述，通过用环氧树脂覆盖层封装来粘接元器件是优选的。环氧树脂覆盖层的尺寸与怎样才能使环氧树脂更好地粘接到柔性基材上是成比例的。换言之，如果环氧树脂覆盖层太小，那么它将不与柔性基材粘接，而且受其支持覆盖和粘接到柔性基材上的元器件只要柔性基材发生弯曲就将突然离开柔性基材。然而，如果环氧树脂覆盖层太大，那么柔性基材将变得太硬，以致无法有效地放到诸如折叠式皮包之类的东西之内。因此，为了设计适合集成到折叠式皮包中的柔性电路，必须认真地安排被环氧树脂覆盖的元器件的部位，以致在这些区域中元器件既不靠近铰链区、褶皱、又不靠近柔性电路的边缘，而且用最少数量的将元器件粘接到柔性基材上的环氧树脂便可以覆盖它们。业已发现，把所有的元器件放在一侧并且把它们安排在刚刚介绍的部位中是在保证元器件牢固地附着在柔性基材上的同时仍然保持柔韧性的最有效的的方法。因此，在优选实施方案中，柔性基材沿着褶皱线折叠，以使它可以被集成到比较小的区域中，但在安装元器件的一侧仍然有最大限度的表面积。
现在参照图17A，该图说明怎样在保持柔性电路1700的总有效长度最小的同时保证安装元器件的表面积比较大的优选实施方案。该柔性电路1700具有后面板1702、左面板1704和右面板1706。左面板1704实际上正好是已形成褶皱并且被折叠起来可以与后面板共平面的柔性电路1700的一部分。右面板1706采用类似的方法成形。
后面板1702具有定义在分别形成左右面板1704和1706的褶皱成形时柔性电路1700总有效长度的长度L1。但是，在这种构型中可以安装元器件(例如1708和1710)的可用面积大约为柔性电路1700仅仅由平坦的后面板1702组成时的两倍。换言之，如果后面板1702是唯一能够安装元器件的区域，那么总表面积将由L1×H1定义，其中H1是柔性电路的高度。但是，在左面板1704和右面板1706都沿着褶皱线折叠并且与后面板1702共平面的情况下，可以安装元器件的总表面积是后面板的表面积L1×H1加左面板1704的面积L1/2×H1再加右面板的面积L1/2×H1。以这种方法，使安装元器件的表面积有效地增加1倍。
通过增大表面积，有效地减少了柔性电路1700的总长度。如图所示，左面板和右面板(1704和1706)的长度分别大约为L1/2。但是，正象原本熟悉这项技术的人将容易理解的那样，这个数字可以根据应用变得更小或更大。然而，在优选实施方案中，这些左右面板的长度大约为柔性基材的长度的1/2。
图17B展示图17A中的柔性电路1700的侧视图。在这个实施方案中，柔性电路至少包含第一部位1720和第二部位1722。第一部位1720牢固地附着在左面板1704上，第二部位1722牢固地附着在后面板1702上。柔性电路1700在褶皱区1726形成褶皱以致左面板1704和后面板1702本质上可以相互放在同一平面上。在优选实施方案中，第一部位1720和第二部位1722被这样安排在它们各自的平面上，以致当柔性电路1700沿着褶皱1726折叠时它们把相互接触并且被空间S分开。空间S的宽度优选尽可能地窄。以这种方式安排部位考虑到使柔性电路1700具有尽可能小的厚度同时只有附着在一个侧面上的元器件。
现在参照图18A，该图是可以与柔性电路1804结合成一体的示范折叠式皮包的分解透视图。如图所示，其中包括折叠式皮包的顶层1802、柔性电路1804和折叠式皮包的底层1806。顶层1802优选具有两个切口1808和1810，它们分别提供适合柔性电路1804的显示器屏幕1812和辅助键盘1814的开口。在优选实施方案中，无论是屏幕还是辅助键盘都不直接暴露，而是每个都有在各自切口1808和1810中覆盖它们的柔软的透明薄膜。
柔性电路1804优选具有针和线可以穿过的缝合凸舌1820，以便把上层1802和下层1806缝合到一起并将柔性电路1804牢固地固定在当中。在缝合柔性电路1804时，还优选把柔性的泡沫塑料棒1816沿着主铰链区放置。这将使柔性电路1804在折叠式皮包处于其合拢位置时避免太剧烈的折叠。上层1802和下层。1806分别包括柔性电路的外壳。优选的是这些层是由柔软的易弯曲的材料制成的。例如，该层可以由皮革、尼龙、鳗鱼皮等材料制成。
图18B是按照本发明被集成到对折的折叠式皮包1800中的柔性电路的另一个示范实施方案。在这个实施方案中，柔性电路的唯一的可见部分是用户界面1814和显示器屏幕1812。界面1814和显示器1812两者是可见的，因为折叠式皮包上通常将覆盖这些元器件的部分都已被拆除。在这个实例中，用户界面1814是由许多键1815组成的，这些键在被触摸时把信息提供给中央处理器702(图7)。用户显示器1812优选柔性的液晶显示器(LCD)。
被展示的折叠式皮包1800处于“打开”位置。换言之，折叠式皮包1800的两层1802和1806已经被展开。但是，正象众所周知的那样，在被放进个人的口袋中之前，折叠式皮包1800通常被折叠起来。
在图18B中还展示了两个敏感元件1818A和1818B。这两个敏感元件检测何时折叠式皮包是合拢的并借此引起被集成到折叠式皮包中的柔性装置断电。在一个实施方案中，敏感元件1818A和1818B是两块裸露出来的导电材料，它们在彼此接触时(即折叠式皮包合拢时)形成电路并且表明应该使计算装置断电。
图19A展示有柔性电路基于本发明被集成在其中的折叠式皮包的示范组件。包括在折叠式皮包1900中的是升高的部分1902，该部分封装输入输出连接1904。这将允许柔性电路通过连接器1908与外部的资源(例如个人计算机)交流信息。例如，在需要使柔性电路上的时钟与用户家里的计算机同步的时候，或者在用户在他们家里的计算机上建立他们认为必须储存在柔性电路中的全部信息并且通过连接器1908下载它的时候，这是有利的。
图19B是连接1904的细节模型，它可以放在升高的部分1902范围内并且允许柔性电路与连接器1908连接。如图所示，连接1904是一个固定的凸舌，该凸舌具有许多通信线1906，每条线都是连接通信电缆的针。另外，该凸舌或许是可延伸的并且呈钩型，就象在图19C中展示的那样。
在图20中展示了被集成在折叠式皮包2000中的柔性电路的另一个示范实施方案。这个折叠式皮包包括能够插卡(例如，智能卡)的开口2002。
图21A展示智能卡(未示出)的接口区的示范构型2100。这个示范构型2100优选与智能卡的工业标准(ISO 7816方案)完全相同。如图所示，在该构型中有8个不同的部分，2102a、2102b、2102c、2102d、2102e、2102f、2102g和2102h。每个部分优选直接通过延伸到柔性电路上表面的导电材料的裸露部分(隆起)2104被接触。这些隆起部分2104优选这样配置在折叠式皮包之内，以致在智能卡插入开口2002(图20)时，隆起部分2104将使智能卡与柔性电路接触并且实现电耦合。
图21B展示有两个隆起部分2104延伸到柔性电路100的上表面之外的柔性电路100的侧视图。优选的是隆起部分2104是由延伸到柔性电路的上表面之外的通道中的一部分导电材料形成的。在一个实施方案中，隆起部分2104可以这样形成，即在柔性电路100的下侧施加机械压力迫使通道中的一部分导电材料高于该柔性电路的上表面。举例说，这可以通过使柔性电路的底部在准备形成隆起2104区域向上凸起来完成。
在本发明的优选实施方案中，柔性电路具有升高的隆起部分，这些部分穿过折叠式皮包的皮革伸出，所以允许与智能卡连接。
至此已经介绍了本发明的各种示范实施方案、它们的一些优点和非必选特征，显然提出这些实施方案仅仅是为了举例说明而不是为了限制。熟悉这项技术的人可能很容易在不脱离本发明的精神和范围的情况下根据这些实施方案提出装置的替代方案和改进方案以及补充实施方案。因此，本发明只受权利要求书及其等效实施方案的限制。