电子功能性纱线的制作方法

本发明涉及并入有电子装置的纱线及其制造。本发明特定来说涉及其中装置及与装置的电连接受到保护的此类纱线。本发明的部分还有一种制造例如用于并入到织物产品中的纱线的方法，但其它用途也是预期的。

背景技术：

内容特此以引用方式并入的第WO2006/123133号国际专利公开案公开了一种多长丝纱线，其包含限定于纱线长丝之间的操作装置，且公开了所述纱线的制造方法。所述纱线长丝通常是聚酯或聚酰胺。所述纱线长丝中的一者或多者可为导电的，且耦合到装置以形成与装置的电连接。这些长丝可为呈聚合单长丝纱线的形式的金属长丝线，具有铜或银金属芯线。所述装置可以采取各种形式中的一种，例如硅芯片、铁磁聚合芯片或相变芯片。

还参考第2013189718A号日本专利说明书以及第2013/092742号美国专利公开案，它们的公开内容特此并入。两者均描述了在保护性外部层或鞘内携带电子装置的纱线。

技术实现要素：

以上国际公开案的纱线是有效的且可用于织物产品中。然而，在装置具有电连接的情况下，所述连接将暴露于纱线表面上，且进而因与其它纱线或元件的接触或因外部条件而受损。所述日本和美国参考案在某种程度上解决此问题，但并未提供解决方案。本发明的主要目的是避免此暴露的风险，且进而增强安装于纱线中的一系列装置中的装置的效率。另一目的是以互不侵入的方式在纱线中并入装置以及与装置的连接。根据本发明，一种电子功能性纱线包括：多条载体纤维，其形成芯；一系列电子装置，其安装于所述芯上，具有沿着所述芯延伸的导电互连件；所述芯、所述装置和所述互连件周围的多条装填纤维；以及所述装填纤维周围的保持套管，其中所述芯、所述装置和所述互连件被限定于保持在所述套管中的所述多条装填纤维内。所述互连件可包括延伸所述纱线的长度的至少一个导体。通过在载体纤维上安装所述装置和互连件，它们更容易保持于纱线的主体中和装填纤维内。装填纤维可以不扭绞；即，大体上平行于纱线轴线延伸，但可以选择性捆束或扭绞以填充装置之间的空间。也可以使用单独的填充物材料用于此目的。这些选项可用以沿着纱线的长度和在装置之间保留大体上均匀的横截面。可以选择装填纤维以及填充物材料(如果使用)以促进或防止复合纱线的水分吸收。在优选实施例中，载体纤维包含布置于平面阵列中的至少一些载体纤维，且电子装置可以全部安装于所述阵列的一侧上。所述装置可随后容易地安装于载体纤维中的至少两者上，但在许多应用中安装于一条载体纤维上可为足够的。这意味着不同装置可安装于不同载体纤维或载体纤维群组上。

并入于本发明的纱线中的电子装置可采取许多形式，包含例如硅芯片信令装置等操作装置，例如光、声音或符号产生器、微控制器和能量采集装置。超薄电子裸片尤其适合于在本发明的纱线中使用。

本发明的纱线中的装填纤维可彼此独立；即，相对可移动，但至少一些装填纤维可以经结合以保全纱线的完整性，尤其在装置周围。此结合可为粘合剂结合，或通过加热相关区域而建立。某种独立性是优选的，以允许当纱线弯曲或扭绞时的纤维相对移动。这有助于维持总体纱线直径上的高度均匀性。装填纤维可为天然纤维、人造纤维或者例如聚酯或聚酰胺等合成纤维，且通常具有10-15μm范围内的直径。

用于装置的载体纤维可具有与装填纤维相同的材料，但所述材料将通常具有高熔点，通常高于350℃，且具有高水平的热和化学稳定性。此原因是为了确保它们可以承受当互连件耦合到电子装置时产生的热。具有用于互连件的焊料垫的半导体芯片通常首先安装于载体纤维上，且互连件(例如，细铜线)可通过使用回流焊接技术而耦合到所述垫。此技术涉及在焊料垫上沉积少量的焊料膏，且随后施加热以使膏熔化且随后产生强金属结合。形成纱线芯的载体纤维必须在此过程完成时保持装置，且将通常具有10-100μm范围内的直径。例如PBI、Vectran或Normex等基于聚苯并咪唑或芳纶的纤维是可用作载体纤维的一些纤维的实例。通常所述芯将由四条载体纤维组成或包含四条载体纤维，其将并排延伸，从而为它们附接到的装置提供平台，但所述装置将不一定附接到或安装于形成所述平台的所有纤维上。装置自身通常封闭于聚合微型荚壳中，所述荚壳也封闭载体纤维的邻近长度以建立通常与装置和互连件上的焊料垫的附接。装置和载体纤维也可气密地密封于两个超薄聚合膜之间。通常为大约150μm直径的细铜线的互连件通常在载体纤维上和/或之间延伸。

保持套管可采取许多不同形式，且可以取决于装填纤维采取的形式以及(在某种程度上)纱线的既定用途而变化。其将通常为包括一条或多条天然、人造和合成纤维的纤维结构。典型的套管是交织的纤维结构，但也可使用互相环回的针织纤维结构。其功能是保留装置、载体纤维和互连件周围的装填纤维的布置。其可采取螺旋地缠绕在装填纤维周围的单独纱线、机织或针织织物结构或者机织或针织编织物的形式。但纤维或纱线结构是优选的，以最容易适应弯曲和扭绞。

本发明还针对一种制造并入有电子装置的纱线的方法。所述方法包括：在由多条载体纤维组成的芯上按顺序安装电子装置与耦合到所述电子装置的互连件；将带有所述安装的装置和互连件的所述载体纤维在中心馈送通过通道，其侧面周围具有装填纤维，从而形成所述芯周围的纤维组合件；将所述纤维组合件馈送到套管形成单元中，其中套管形成于所述组合件周围以形成复合纱线；以及从所述套管形成单元撤出所述复合纱线。具有安装的装置的芯被馈送通过的通道可在旋转盘中在中心形成，所述旋转盘具有其外围周围的单独开口，套管纤维被馈送通过所述开口以用于形成套管。当将编织套管时此布置是尤其合适的，因为编织纤维可通过旋转盘直接馈送到编织单元中，从而在装填纤维组合件周围形成套管。然而，如下文描述，套管纤维可为馈送到圆形经纱或纬纱针织头中的经纱或纬纱纤维。纱线可以从套管形成单元撤出，其中装填纤维组合件在拉挤成型过程中以由套管形成单元操作的速度决定的速率有效地拉出。如果将使用任何填充物材料，那么这可以在入口处添加到通道。在通道与套管形成单元之间可实现任何捆束或扭绞以填充具有装填纤维的装置之间的空间。

附图说明

现在将举例来说且参考所附示意图描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的纱线的分解透视图；

图2示出了根据本发明的纱线的制造中的阶段序列；

图3是根据本发明的第二实施例的纱线的纵向截面图；

图4是图3的纱线的横向横截面图；

图5图示了根据本发明的纱线的制造中用于在载体纤维上安装电子装置和导电互连件的程序；以及

图6示出了根据本发明的纱线的制造中的替代程序中的阶段序列。

具体实施方式

在图1中所示的纱线中，半导体芯片2密封于聚合微型荚壳4中，所述荚壳在四条100μm PBI载体纤维6周围延伸。所示的芯片为900μm长，且具有500×500μm的正方形横截面。两条150μm铜长丝互连件8从载体纤维6上方的荚壳4内的芯片2延伸。聚酯装填纤维10(直径10μm)在荚壳4、载体纤维6以及互连件8周围延伸。如图示，它们大体上平行于纱线轴线延伸，但可以捆束或扭绞以填充荚壳4之间的空间。也可以使用填充物(未图示)以用于此目的。围绕荚壳4的装填纤维的某种扭绞也可有价值地提供保护层，但这将取决于荚壳的形状。当荚壳4是矩形状的或圆柱形的形状时，所示的装填纤维的线性布置可为较适当的。不管选择何种布置，都可通过粘合剂或加热使装填纤维10中的一些结合在一起以提供荚壳周围的气密密封。也可通过将装置、其互连件以及载体纤维夹在两个通常超薄的聚合膜之间来建立气密密封。避免了外部装填纤维中的至少一些的结合，进而允许相对移动以适应纱线的弯曲或扭绞，而整体对纱线的均匀性的影响最小。

套管12包围装填纤维10以稳定纤维组合件，其中荚壳4和互连件8在其中保持于中心，且特定来说提供对互连件的额外保护以防止在使用期间的暴露和机械应力。因此，根据本发明的包含纱线的织物除了在使用期间的正常磨损和撕扯之外还可以经受例如洗涤和烘干，其中互连件以及安装于纱线中的芯片或其它装置的功能性受损的风险较小。所示的套管包括螺旋地缠绕在装填纤维10周围的单独纺织纱线14。替代形式的套管是机织或针织编织物。广泛多种纤维可以用于如上所述的套管，其通常是具有10-50μm范围内的直径的纤维的纺织结构。

图2中图示了用于制造本发明的纱线的过程。装填有例如半导体芯片等电子装置(图2中未图示荚壳4)的载体纤维6绕导引滑轮16递送到圆盘20中的中心通道18。在载体纤维6的相对侧上，装填纤维10也绕导引滑轮22递送到通道18。如果在制造的纱线中在载体纤维6周围需要更密集或相异的纤维层，那么在需要时可制作用于装填纤维10的多于两条递送路径。如果将在荚壳(4)之间插入填充物，那么这可在此阶段注入。在此阶段还应用装填纤维10的任何粘合剂或热处理。

包括载体纤维(6)和装填纤维(10)的组合件从通道18传递到套管单元24。在图2中所示的过程中，套管包括被递送通过圆盘20的外围中的开口的单独纺织纱线26，其在套管单元24中被针织、机织或编织。在组合件从通道18传递到套管单元24时实行装填纤维10的任何扭绞或捆束。完成的纱线如图示通常通过以适当速率拉动而从套管单元出现。

图3和图4图示了本发明的第二实施例，其中互连件30在与包括载体纤维的芯34相对的侧上在电子装置32上方延伸，且从每一装置的任一侧进入芯。每一装置通常是半导体封装裸片36，其在一侧上通过粘合剂层38附接到芯34且在另一侧上焊接有铜互连件30。装置36以及芯34和互连件30的附接区段封闭于聚合树脂微型荚壳42中。替代地或另外，所述装置、互连件和载体纤维可气密地密封于两个超薄聚合膜之间。在图4中以相对规则形成图示的装填纤维40是移动的，且可如图3中所示扭绞和/或捆束在微型荚壳周围和之间，以保留完成的复合纱线的大体上均匀横截面。如果需要则也可使用填充物用于此目的。包括纤维44的纺织套管包围装填纤维。

图5图示了每一电子装置32可如何安装于图3和图4中所示种类的纱线中的芯34上。将粘合剂层38施加于芯34中的一条或多条载体纤维；将承载焊料垫46的装置32安装于粘合剂层38上，且通过紫外线点固化使粘合剂结合固化。将铜线48放在焊料垫46上；施加焊料膏50且通过红外回流焊接使接头紧固。随后按需要切割铜线以产生个别互连件，或者在其将绕过一个或多个邻近装置的情况下保留。随后将所述装置以及线48和芯34的附接区段封闭于通过紫外线点固化而固结的树脂中以形成微型荚壳42。

图6中所示的制造过程特定图示了用于安装装填纤维且产生套管的替代技术。在其微型荚壳42和互连件中携带装置32的芯34围绕第一导引辊52在中心馈送到圆盘54中的中心开口。套管纤维56和装填纤维58从相应的第二和第三导引辊60馈送到圆盘54的外围周围的替代开口62和64。从圆盘54，装填纤维58馈送到中心管道66，所述中心管道还接纳携带装置和微型荚壳的芯34。套管纤维56穿过静止的纱线导引管68，且随后通过可旋转的圆柱形纱线导引件70到针筒72，在此纤维互相环回以形成套管。以与针织过程相称的速率从针筒72拉动完成的复合纱线。在图6的过程中，与上文提到的材料相同的材料可用于载体纤维；装填纤维和套管纤维。

中心管道66具有用于接纳装填纤维的经成形圆锥形开口，以确保装填纤维布置于芯34及其微型荚壳和互连件周围。管道66延伸纱线导引管68和可旋转圆柱形纱线导引件70的完整长度，以在套管纤维被定位以在针筒72中针织为套管时保持套管纤维内的装填纤维。因此，在完成的纱线中，套管内的装填纤维包围且封闭载体纤维、微型荚壳和互连件，从而确保互连件沿着芯延伸。图示的过程将使用经纱针织过程，其中圆柱形纱线导引件70振荡以在针织之前适当地定向套管纤维。所述过程可适用于纬纱针织，但在针织之前围绕管道64的纤维的定向更复杂。