可穿戴设备及其制造方法与流程

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可穿戴设备及其制造方法与流程

本发明涉及可穿戴设备,更详细地,涉及如下的可穿戴设备及其制造方法,即,通过使用在由纤维蓄积而成的纤维网形成有电路图案的可穿戴柔性印刷电路板,从而可提高可挠性、恢复性、防水性及透气性。



背景技术:

近来,在电子行业中,可穿戴设备作为智能手机的后续产品来备受瞩目。

可穿戴设备为对执行智能功能的同时可穿戴于身体,并对信息进行输入、输出及处理的电子设备的统称。

当前,世界上的可穿戴设备市场还处于初期阶段,但是相关的研发正加速进行,并且全球公司也陆续推出新产品,预计日后将形成正式市场,并迅速增长。

可穿戴设备除了手持式以外,还以穿戴于身体上的方式实现,可适用于可成为身体一部分的产品,可适用于基本可以穿的衬衫、裤子,眼镜、手镯、手表等饰品,鞋等多种产品。

典型地,可例举智能手表、智能眼镜等,智能手表执行戴于手腕的表的功能,并如同手机一般可执行电话功能,可实现短信、邮件、浏览网页等多种智能功能。智能眼镜包括眼镜功能、摄像头功能及视频观看功能。

另一方面,由于可穿戴设备为电子设备,因而需要可穿戴的印刷电路板,并且上述印刷电路板的性能对产品特性产生影响。

韩国公开专利公报第10-2015-0089283号中公开了可穿戴终端,上述可穿戴终端包括:通信部,用于与至少一个外部设备进行通信;存储器,用于存储所拍摄的影像及所感测的声音中的至少一种;身体信息测定部,用于从使用人员的身体中测定出身体信息;以及控制部,用于控制上述通信部,以根据测定到的上述身体信息,向上述外部设备传输上述存储的影像及声音中的至少一种,但是,上述可穿戴终端未提出有关用于对通信部、身体信息测定部、控制部等进行电连接的印刷电路板的具体技术。

韩国授权专利公报第10-1139970号中公开了如下的柔性印刷电路板的制造方法,即,上述柔性印刷电路板的制造方法的特征在于,包括:步骤1,在形成于柔性绝缘基板上的种子层上形成电路图案;步骤2,在上述电路图案上涂敷第一感光物质;步骤3,通过对上述第一感光物质进行曝光、显像来形成保护图案;步骤4,对上述种子层进行蚀刻;以及步骤5,对上述保护图案进行剥离,上述第一感光物质为液体状或膜型感光剂,可利用上述柔性印刷电路板的制造方法来实现具有可挠性的印刷电路板,但是由于基座部件为聚酰亚胺膜等柔性绝缘基板,因而不存在被折叠或褶皱后再次展开的恢复特性,并且不具有透气性,从而穿戴时可存在不便,因而可降低可穿戴设备的特性。



技术实现要素:

技术问题

本发明鉴于上述问题而提出,其目的在于,提供利用伸缩性优秀的可穿戴柔性印刷电路板来可穿戴于身体的可穿戴设备及其制造方法。

本发明的另一目的在于,提供如下的可穿戴设备及其制造方法,在可穿戴设备中使用在具有由纳米大小的纤维蓄积而成的多个气孔的纤维网形成有电路图案的可穿戴柔性印刷电路板,从而使可挠性、恢复性、防水性及透气性变得优秀。

解决问题的方案

用于实现上述目的的本发明一实施例的可穿戴设备的特征在于,包括:可穿戴柔性印刷电路板,在具有可挠性、透气性及防水性的基材形成有电路图案;以及功能模块,安装于上述可穿戴柔性印刷电路板。

上述可穿戴柔性印刷电路板可包括:基材,由纤维网形成,上述纤维网是由经过纺丝的高分子纤维蓄积而成的;以及电路图案,形成于上述基材。

上述纤维网可具有多个气孔。

上述电路图案可形成于上述纤维网的高分子纤维及气孔上,或者可形成于上述纤维网的纤维。

并且,上述电路图案可以为印刷于上述纤维网的导电浆料,上述导电浆料可以为Ag浆料或Cu浆料。

上述纤维网的气孔率可以为40%至80%,上述高分子纤维直径可以为3μm以下。

上述基材的厚度可以为20μm至100μm,当在上述基材的上侧面和下侧面分别形成上述电路图案时,形成于基材的上侧面和下侧面的电路图案可互不通电。

并且,上述基材的厚度可以为5μm至20μm,形成于上述基材的电路图案可进行上下通电。

尤其,上述纤维网可具有由上层、中间层及下层构成的3层纤维网结构,与上述上层及下层相比,位于上述中间层的纤维网的纤维直径纤细,或上述中间层的纤维网可以为无气孔网。

上述纤维网可处于无气孔状态。

并且,上述基材可包括:强度加强用支撑体;以及纤维网,层叠于上述强度加强用支撑体的一面或两面。

上述功能模块可执行身体状态测定功能、无线通信功能、电子设备控制功能、照明功能、振动感测功能、周边声音感测功能、位置感测功能、黑匣子功能、发热功能及动作感应功能中的至少一种功能。

在此情况下,上述功能模块可包括至少一个有源器件和至少一个无源器件。

并且,上述功能模块可包括:传感器单元;近距离通信模块,具有天线图案,使用于近距离无线通信;以及控制单元,在对由上述传感器单元感测到的感测信号进行信号处理后,利用上述近距离通信模块来以无线的方式向终端传输。

尤其,上述传感器单元包括用于检测使用人员的身体状态的生物传感器和用于感测周边环境的环境感测传感器中的至少一种。

上述无源器件可以为加热器图案。

本发明一实施例的可穿戴设备还可包括电源模块,上述电源模块与上述可穿戴柔性印刷电路板电连接,用于向上述功能模块输入电源。

用于实现本发明另一目的的可穿戴设备的制造方法的特征在于,包括:准备功能模块的步骤;准备可穿戴柔性印刷电路板的步骤,上述可穿戴柔性印刷电路板包括纤维网及形成于上述纤维网的电路图案,上述纤维网由对利用混合高分子物质及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝来取得的纤维蓄积而成;以及使上述功能模块与上述可穿戴柔性印刷电路板电连接的步骤。

其中,上述准备可穿戴柔性印刷电路板的步骤可包括:通过对利用混合高分子及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝而取得的具有多个气孔的纤维进行蓄积来形成由纤维网形成的基材的步骤;通过在上述纤维网印刷导电浆料来形成电路图案的步骤;以及使被印刷的上述导电浆料固化的步骤。

并且,在上述通过在上述纤维网印刷导电浆料来形成电路图案的步骤中,上述电路图案可以或者形成于上述纤维网的纤维及气孔上,或者形成于上述纤维网的纤维。

并且,在上述形成基材的步骤中,可在60~80%的湿度环境下利用上述纺丝溶液进行电纺丝,来蓄积上述褶皱形状的纤维,由此形成由纤维网形成的基材。

并且,在上述形成基材的步骤中,可通过在60%以下的湿度环境下利用上述纺丝溶液进行电纺丝,来蓄积上述直线形状的纤维,由此形成由纤维网形成的基材。

发明的效果

根据本发明,可利用伸缩性优秀的可穿戴柔性印刷电路板来实现可使身体的穿戴特性变得优秀的可穿戴设备。

根据本发明,包含于可穿戴设备的可穿戴柔性印刷电路板在由纤维蓄积而成的纤维网形成电路图案,从而与用于普通柔性印刷电路板的聚酰亚胺膜相比具有如下优点:可使弯曲特性变得优秀,并且可具有聚酰亚胺膜所不具有的恢复特性(即使被折叠或褶皱也可恢复到原来的平坦状态的特性)。

并且,在本发明中,在可穿戴设备中使用在具有由纳米大小的纤维蓄积而成的多个气孔的纤维网形成有电路图案的可穿戴柔性印刷电路板,从而可提高设备的可挠性、防水性、恢复性及透气性。

附图说明

图1为本发明第一实施例的可穿戴设备的结构图。

图2为本发明第二实施例的可穿戴设备的结构图。

图3为安装有本发明的可穿戴设备的智能服装的图。

图4为安装有本发明的可穿戴设备的智能眼镜的图。

图5为本发明第一实施例的可穿戴设备的结合状态的剖视图。

图6为本发明第二实施例的可穿戴设备的结合状态的剖视图。

图7为本发明第二实施例的可穿戴设备的另一结合状态的剖视图。

图8为本发明第一实施例的可穿戴设备的制造方法的流程图。

图9为本发明第二实施例的可穿戴设备的制造方法的流程图。

图10为用于说明适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的概念性剖视图。

图11为用于说明适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的概念性剖视图。

图12为用于说明适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的概念性剖视图。

图13为用于说明利用可穿戴柔性印刷电路板来实现的可穿戴设备的概念性结构图。

图14为用于说明用于制造适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的纤维网的电纺丝装置的示意图。

图15为适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的制造方法的流程图。

图16a及图16b为用于说明适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的制造方法的概念性剖视图。

图17为用于根据本发明来说明在纤维网形成电路图案的状态的部分示意图。

图18为用于根据本发明来说明在纤维网以另一种状态形成电路图案的部分示意图。

图19为用于说明在适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板形成具有褶皱的纤维的纤维网的方法的图。

图20为对适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板所使用的具有褶皱的纤维的纤维网进行拍摄的超声波扫描显微镜(SAM)照片。

图21为利用本发明的可穿戴柔性印刷电路板来实现的可穿戴柔性加热器的样本照片。

图22为表示可适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的基材的剖视图。

图23为对本发明的可穿戴柔性印刷电路板进行放大拍摄的超声波扫描显微镜照片。

图24为对在本发明的可穿戴柔性印刷电路板印刷有导电性电路图案的部分进行放大拍摄的超声波扫描显微镜照片。

图25为在本发明的可穿戴柔性印刷电路板中对被印刷的导电性电路图案进行放大拍摄的超声波扫描显微镜照片。

图26为表示在智能服装适用本发明的可穿戴柔性印刷电路板时的层叠结构的剖视图。

具体实施方式

以下,参照附图对用于实施本发明的具体内容进行说明。

参照图1,例如,本发明第一实施例的可穿戴设备400包括:功能模块70,用于执行身体状态测定功能、无线通信功能、电子设备控制功能、照明功能、振动感测功能、周边声音感测功能、位置感测功能、黑匣子功能、发热功能及动作感应功能中的至少一种功能;以及可穿戴柔性印刷电路板100,与上述功能模块70电连接,包括纤维网及形成于上述纤维网的电路图案,上述纤维网由利用混合高分子物质及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝而取得的高分子纤维蓄积而成。

上述功能模块70可根据模块的功能包括至少一个有源型电子部件和至少一个无源型电子部件,也可仅由无源型电子部件构成。形成于印刷电路板100的纤维网的电路图案起到连接有源型电子部件和无源型电子部件的作用。对此的详细事项将进行后述。

本发明的可穿戴设备具有伸缩性优秀的可穿戴柔性印刷电路板100,从而可使身体穿戴特性变得优秀,由此可与服装、帽子、鞋等穿戴物品形成为一体。

可穿戴柔性印刷电路板100执行基板或连接器的功能,在上述基板或连接器形成有用于向功能模块70的内外部输入/输出信号以及供电等的电线。

例如,可穿戴设备可适用为用于驱动智能衬衫、保罗科技衬衫、智能袜子、智能西装、导航夹克、智能鞋、身体尺寸测量服装,拥抱夹克,mimo婴儿监视器,救生衣、发热夹克、发热鞋垫、骑行夹克等可穿戴物品的设备。本发明的可穿戴设备并不局限于上述例,而可适用于使用可穿戴柔性印刷电路板100的所有情况。

在可穿戴设备中,在由纳米大小的纤维蓄积而成的具有多个气孔的纤维网110设置形成有电路图案120的可穿戴柔性印刷电路板100,从而可实现可挠性、防水性、恢复性及透气性优秀的设备。

例如,功能模块70为执行身体状态测定功能、振动感测功能、周边声音感测功能、动作感应功能、用于感测温度、湿度、气体、照度等周边环境的环境感测功能、无线通信功能、近场通信(NFC)标签功能、电子设备控制功能、照明功能、发热功能、位置感测功能、黑匣子功能中的一种功能或者执行它们的混合功能的模块。本发明的功能模块70并不局限于上述例,而可适用于使用可穿戴柔性印刷电路板100的多种情况。

其中,智能衬衫作为可测定心搏、体温、血压、呼吸、心率、心电图等的衬衫,可利用本发明的具有身体状态测定功能的功能模块来实现,保罗科技衬衫为测定穿戴人员的移动、心率、呼吸、能量输出、压力水平,并通过蓝牙向智能手机传输的衬衫,并且可安装包括可穿戴设备的身体状态测定功能及无线通信功能的功能模块,以执行上述衬衫的功能。

并且,智能袜子为如下袜子,即,通过分析施加于脚上的载荷程度来矫正步伐、并可计算步伐数、速度、所消耗的能量,智能西装为如下西装,即,在西装的口袋内部插入近场通信标签,从而若将手机放入口袋后取出,则可自动控制屏幕解锁、礼仪模式、名片传输、访问控制等手机的工作。

导航夹克为利用发光二极管(LED)和振动来指路的夹克,智能鞋为通过振动来指路的导航鞋,身体尺寸测量服装为在穿着服装的情况下测定身体尺寸以及有助于利用身体尺寸来进行适身的购物的服装,拥抱夹克为若触摸专用应用程序,则相连接的夹克会如同气球一般膨胀,从而带来拥抱感的夹克。

mimo婴儿监视器为除了婴儿的呼吸之外,还一同监控皮肤温度、姿势及活动状态,并一同传输婴儿和周边的声音和环境信息的设备,救生衣为当处于最坏状况或遇到困难时,通过克服外部状况来得到救助为止保持身体为目的具有发热功能、黑匣子功能、遇险信号传输功能等的救生衣,发热夹克及鞋垫为可发热的夹克及鞋垫,骑行夹克为可通过举起胳膊来控制方向指示器的夹克。为了实现这种可穿戴物品,可适用本发明的可穿戴设备。

参照图2,本发明第二实施例的可穿戴设备500包括:功能模块70;电源模块300,用于向上述功能模块70输入电源;以及可穿戴柔性印刷电路板100,对上述功能模块70和上述电源模块300进行电连接。

其中,可实现在可穿戴柔性印刷电路板100安装功能模块70及电源模块300的电连接结构,或可实现将可穿戴柔性印刷电路板100固定于功能模块70及电源模块300的电连接结构。

电源模块300可适用薄型结构的柔性电池。

如上所述,在本发明中,通过适用第一实施例的可穿戴设备400、第二实施例的可穿戴设备500来还可实现智能服装600(图3)及智能眼镜700(图4)。

参照图5至图7,在本发明的第一实施例的可穿戴设备中,可通过在可穿戴柔性印刷电路板100安装功能模块70来形成为一体,在第二实施例的可穿戴设备中,可通过在可穿戴柔性印刷电路板100安装电源模块300来形成为一体,并可通过形成于可穿戴柔性印刷电路板100的导电通孔(未示出)来对功能模块70和电源模块300进行电连接。

如后述,在本发明中,可穿戴柔性印刷电路板100包括:纤维网110,起到基材作用;以及电路图案120,形成于纤维网110,用于连接形成功能模块70的多个电子部件。

因此,如图5所示,第一实施例的可穿戴设备可通过如下结合结构来实现,即,至少一个功能模块70与可穿戴柔性印刷电路板100的纤维网110的一面相结合,并且功能模块70借助电路图案120来电连接。

如图6所示,第二实施例的可穿戴设备可通过如下结合结构来实现,即,电源模块300与可穿戴柔性印刷电路板100的纤维网110相结合,电路图案120和电源模块300借助导电通孔(未图示)电连接,或者如图7所示,功能模块70与可穿戴柔性印刷电路板100的纤维网110的一面相结合,电源模块300与纤维网110的另一面相结合,并借助电路图案120来使功能模块70及电源模块300电连接。

参照图8,在本发明第一实施例的可穿戴设备的制造方法中,准备功能模块70(步骤S300),准备可穿戴柔性印刷电路板100,上述可穿戴柔性印刷电路板100包括纤维网110及形成于上述纤维网的电路图案120,上述纤维网110由利用混合纤维成型高分子物质及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝来取得的纤维蓄积而成,并起到基材的作用(步骤S310);然后执行使上述电源模块与上述可穿戴柔性印刷电路板电连接的工序(步骤S320)。

并且,如图9所示,在本发明第二实施例的可穿戴设备的制造方法中,准备功能模块70及用于向上述功能模块输入电源的电源模块300(步骤S100),并准备可穿戴柔性印刷电路板100(步骤S110),然后执行利用上述可穿戴柔性印刷电路板100来使对上述功能模块70和上述电源模块300电连接的工序(步骤S120)。

参照图10,适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板100包括:纤维网110,由纤维蓄积而成且用作基材,上述纤维通过利用混合纤维成型高分子物质和溶剂的纺丝溶液进行电纺丝来取得;以及电路图案120,形成于上述纤维网110。

纤维网110由高分子纤维蓄积而成,因而弯曲特性显著优秀于使用于普通的柔性印刷电路板(FPCB)的聚酰亚胺(polyimide)膜,并具有即使被折叠或褶皱,也可恢复原来的平坦状态的聚酰亚胺膜所不具有的恢复特性。

即,如图17及图18所示,由于在构成纤维网110的多个纤维210的表面形成有电路图案120、121,因而如图11所示,当纤维网弯曲时,可借助各个纤维210的优异的可挠性和未形成电路图案120、121的部分,形成于纤维的电路图案120也一同发生弯曲,从而具有可挠性。并且,本发明的印刷电路板100由多个纤维210随机蓄积而成,因而在被折叠或褶皱后,可具有可穿戴柔性印刷电路板100所需的最小限度的恢复特性。

并且,纤维网110为由通过电纺丝来取得的纤维进行蓄积而成的网状薄片,因而纤维网110的厚度t可以尽可能薄,从而可适用于超轻薄的设备、可穿戴设备等未来型设备。

并且,纤维网110为由通过对混合纤维成型性高分子物质和溶剂的纺丝溶液进行电纺丝来取得的纤维蓄积而成的网状薄片,因而纤维网110的厚度t可以尽可能薄,最终,纤维网110可用作可穿戴柔性印刷电路板的基材,由此,可适用于超轻薄的设备、可穿戴设备等未来型设备。

例如,对于服装而言,可穿戴设备可适用于保健服装、娱乐服装、环境感应服装、军事用特殊用途服装等。

在此情况下,通过对纺丝溶液进行电纺丝来取得的纤维网110的纤维直径范围可以为例如400nm至3μm,纤维网110的厚度范围可以为0.005mm至5mm,优选地,可以为5μm至100μm。

纤维网110由通过电纺丝获取的纤维下落并蓄积而成,从而可形成为具有多个气孔的状态或无气孔状态。

纤维网110由通过电纺丝获取的纤维下落并蓄积而成,从而如图17及图18所示,可形成为具有多个微细气孔211的多孔性膜状态或无气孔膜状态。

其中,在纤维网110具有多个气孔211的情况下、可对可穿戴柔性印刷电路板赋予透气性,因而在被用作通过连接可穿戴于人体的服装及电子设备的各种部件来构成电路所需的印刷电路板方面,可穿戴柔性印刷电路板具有最佳的功能及结构。

即,在人体中,为了根据外部环境调节体温而产生汗,上述汗通过蒸发来以水蒸气状态向外部排出,具有透气性的本发明的可穿戴柔性印刷电路板可使从汗蒸发的水蒸气经过并向外部排出,从而与毫无透气性的以往的柔性印刷电路板相比,形成为将作为可穿戴印刷电路板所需的可挠性、透气性、防水性功能均具备的印刷电路板。

尤其,可通过电纺丝来使纤维网110的纤维的纤径达到3μm以下的纳米大小,从而使纤维网110的气孔大小变得微细,因而如图12所示,纤维网110可具有使气体通过,且防止液体通过的防水性及透气性,从而本发明的可穿戴柔性印刷电路板还可应用于被赋予防水功能的未来型设备。

例如,优选地,本发明的纤维网110的气孔率为40%至80%。但是纤维网110的气孔率可根据印刷于纤维网110的导电性电路图案120、121的占有率大不相同。

如上所述,适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板具有可挠性及透气性,具有在被折叠或褶皱后恢复的特性,并可防水,从而具有如下优点,即,具有可用作未来制造的设备的基板的优秀物性。

图13为用于说明利用本发明的可穿戴柔性印刷电路板来实现的可穿戴设备的概念性结构图,纤维网110为平板形状的薄片,在上述纤维网110中,可通过以多种图案对导电性物质进行图案化来形成电路图案120。

本发明的可穿戴设备具有在可穿戴柔性印刷电路板100安装有至少一个功能模块70的结构。

在图13中,举例示出上述功能模块70具有信号处理功能、感测功能、无线通信功能及加热功能的可穿戴设备。

本发明的可穿戴设备包括:可穿戴柔性印刷电路板,在纤维网110形成有电路图案120;控制单元130,用于执行信号处理和无线通信功能等;传感器单元140a,包括对用于远程诊疗的使用人员的心跳和呼吸进行测定的心电图传感器和肌电图传感器、血糖/血压传感器、用于感测周边环境的温度传感器、湿度传感器、气体传感器、照度传感器及红外线传感器中的至少一种;近距离通信模块140b,使用于近距离无线通信;天线图案160,使用于无线通信;以及加热器图案150,根据外部环境产生热量。

在控制单元130的一端配置有用于输入驱动电源Vcc的2个电源末端端子Vcc、GND,可在可穿戴柔性印刷电路板的背面以一体的方式设有用于向电源末端端子Vcc、GND供给驱动电源Vcc的电源模块300。

上述控制单元130可根据所需的信号处理量适用多种信号处理装置。由此,上述控制单元130需要紧凑的结构,因而能够以一体的方式或单独具备用于暂时存储处于信号处理中的数据的随机存取存储器(RAM)和用于存储各种程序和数据的存储设备。

并且,上述控制单元130执行如下无线通信功能,即,若接收由传感器单元140a感测的周边环境信息或利用于远程诊疗的与使用人员身体相关的生物信息,则向使用人员携带的终端传输。为此,上述控制单元130具有利用近距离通信模块140b和天线图案160来执行近距离无线通信的通信功能。

在通过无线通信传输的信息为生物信息的情况下,使用人员携带的终端起到通过移动通信网向远程服务器传输生物信息的中继器作用。

在本发明的可穿戴设备具有加热器图案150的情况下,上述控制单元130可执行如下功能,即,向加热器图案150供给电力,并基于从温度传感器测定到的测定温度来控制温度,以保持规定温度。如图3所示,若这种可穿戴设备通过附着于使用人员穿着的服装来使用,则构成智能服装600。

在此情况下,控制单元130、传感器单元140a、近距离通信模块140b等的各种电子部件与印刷电路板的导电性电路图案120相连接,利用印刷导电浆料的方法来直接在纤维网110形成天线图案160及加热器图案150。

作为适用于上述近距离通信模块140b的近距离通信(short range communication)技术,可利用近距离无线通信(NFC,Near Field Communication)、蓝牙(Bluetooth)通信、射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)通信、红外线通信(IrDA,infrared Data Association)、超宽带(UWB,Ultra Wideband)通信及紫蜂(ZigBee)通信等。

如图13所示,在可穿戴智能设备中,可在可穿戴柔性印刷电路板包括有源型电子部件,也可无需有源型电子部件,而可仅包括无源型电子部件。

例如,参照图21,通过利用丝网印刷工艺在纤维网110印刷导电浆料,来形成加热器图案150,并可利用导电性粘结剂在加热器图案150的两个端子附着一对电源末端端子。使用人员可将以如上所述的方式实现的可穿戴柔性加热器设计成所需的大小和图案来内置于服装。

例如,如图22所示,可利用在里料300与外料310之间插入本发明的可穿戴柔性印刷电路板100并贴合而成的布料来缝制冬季用保暖服装。

并且,作为印刷电路板仅包括无源型电子部件而无需有源型电子部件的例,利用导电浆料以形成规定区域的方式在纤维网110进行印刷,来以隔开间隔的方式形成一对导电性感测图案,并缝制于运动服的内侧,使得包括一对导电性感测图案的印刷电路板与使用人员的身体相接触,由此可作为用于感测使用人员的心搏数等的生物传感器来适用。

尤其,除了天线图案160及加热器图案150之外,根据需要,可在电路图案120形成其他形态的图案。

此时,优选地,利用多种印刷方法使导电浆料在纤维网110形成电路图案120。

上述导电浆料可以为Ag浆料或Cu浆料。

纤维网110可实现为单层结构,或可实现为由上层、中间层及下层构成的3层的纤维网结构。具体说明如下,与上层及下层相比,位于中间层的纤维网的纤维直径纤细或可呈无气孔的网。

即,在通过在上层印刷导电浆料来形成电路图案120的情况下,导电浆料可向上层的气孔渗透,此时,被定义为中间层纤维网的小直径纤维的相对小的气孔可防止从上层渗透的导电浆料通过上层向下层渗透。并且,在中间层为无气孔网的情况下,可彻底防止向下层渗透。

其中,优选地,中间层的纤维直径为400~500nm,优选地,上层和下层的纤维直径大于500nm。

如上所述,在被印刷的导电浆料不从纤维网110的一侧面经过另一侧面的情况下,优选地,具有约为20至100的厚度,在此情况下,可在上侧面和侧面形成互不相同的电路图案120。

在纤维网的厚度约为5至20的情况下,经印刷的导电浆料从一侧面向另一侧面经过,从而进行上下通电。例如,在使用于医疗用药物贴片的电路图案120的情况下,优选使用上下通电型结构,有必要相对稀释被用作这种上下通电用的导电浆料的浓度,并使导电性Ag、Cu粉末设定为具有大粒子。

将现有的聚酰亚胺膜用作基材的柔性印刷电路板无法实现上下通电型基板。

图14为用于说明用于制造适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的纤维网的电纺丝装置的示意图。

参照图14,在用于制造可穿戴柔性印刷电路板的电纺丝装置中,用于供给经搅拌的纺丝溶液的搅拌罐20与纺丝喷嘴40相连接,在与纺丝喷嘴40隔开的下部配置有以规定速度移动的传送带形状的接地收集器50,纺丝喷嘴40与高压发生器相连接。

其中,利用搅拌器30混合高分子物质及溶剂来制备纺丝溶液。此时,可使用不在搅拌器30中混合,而在投入于电纺丝设备之前预先混合的纺丝溶液。

然后,若向收集器50与纺丝喷嘴40之间输入高电压静电力,则在纺丝喷嘴40中将纺丝溶液制成超细纤维210来向收集器50纺丝,在收集器50蓄积有多个纤维210并形成无纺布形态的纤维网110。

更具体地说明如下,从纺丝喷嘴40排出的纺丝溶液经过借助高压发生器而带电的纺丝喷嘴40并作为纤维210来排出,之后纤维210依次层叠于以规定速度移动的传输带形状的接地收集器50,由此形成纤维网110。

参照图15,在本发明的可穿戴柔性印刷电路板的制造方法中,对混合高分子物质及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝来取得纤维210,通过对纤维210进行蓄积、压延来形成由所需厚度的纤维网110形成的基材(步骤S100),通过在上述纤维网印刷导电浆料来形成电路图案120、121(步骤S110)。然后,使被印刷的导电浆料固化(步骤S120)。

其中,在被印刷的导电浆料为Ag浆料的情况下,固化温度大致为150~420℃,因而,可根据使被印刷的导电浆料进行固化的温度考虑组成纤维的高分子的熔点。

即,可适用可耐于以如上所述的方式被印刷的导电浆料的固化温度的独立高分子或混合高分子,例如,聚氨酯(PU,polyurethane)可适用于200℃以下的低温固化,聚丙烯腈(PAN,polyacrylonitrile)及聚醚砜(PES,polyether sulfone)可适用于高于200℃的高温固化。

图23中示出对适用于本发明的可穿戴柔性印刷电路板的纤维网放大3000倍来进行拍摄的超声波扫描显微镜照片,图24中示出在将Ag浆料丝网印刷于纤维网后,对在120℃的温度下通过烧结来取得且电路图案配置于两侧的部分放大200倍来进行拍摄的超声波扫描显微镜照片,图25中示出对电路图案部分放大3000倍来拍摄的超声波扫描显微镜照片。

参照图14的纺丝装置及图16a,从纺丝喷嘴40排出的纺丝溶液经过借助高压发生器而带电的纺丝喷嘴40并作为纤维210来排出,之后在以规定速度移动的传送带形状的接地收集器50的上部依次层叠纤维210,由此可形成上述工序S100的纤维网110。

并且,在构成可穿戴柔性印刷电路板的基材仅仅使用单层纤维网110而使强度不足的情况下,如图26所示,将无纺布用作强度加强用支撑体,来在支撑体110c的一侧或两侧层叠第一纤维网110a、第二纤维网110b,从而可构成多层结构。

并且,如图16b,在上述工序S110中,通过在纤维网110印刷导电浆料来形成电路图案120。

若执行这种工序,则使电路图案120印刷在纤维网110。此时,如图17所示,导电浆料填充在纤维网110的纤维210及气孔211,从而可形成电路图案121,如图18所示,可仅在纤维网110的纤维210形成电路图案121。

另一方面,在本发明中,可适用具有实际褶皱的纤维的纤维网来使可穿戴柔性印刷电路板的可挠性极大化。

即,如图19所示,若通过电纺丝来使从纺丝喷嘴40排出的纤维210的旋转半径变小,则如图20的扫描电子显微镜(SEM)照片的实际褶皱形状的纤维通过蓄积来形成纤维网。其中,若从纺丝喷嘴40排出的纤维210的旋转半径大,则蓄积具有直线形状的纤维210。

这种从纺丝喷嘴40排出的纤维210的旋转半径与电纺丝的湿度环境及纺丝溶液中的高分子浓度有关。

首先,若在高湿度环境下进行电纺丝,则在从纺丝喷嘴40排出的纤维210中,使溶剂的挥发性加快,从而使纤维210的直径变粗且以小的旋转半径下落并蓄积,从而通过蓄积褶皱形状的纤维210来形成纤维网110。在本发明中,可将高湿度环境设定为60~80%。

换言之,若从纺丝喷嘴40排出的溶剂的浓度变低,则蓄积褶皱形状的纤维210。

与此相反地,在低湿度环境下,在从纺丝喷嘴40排出的纤维210中溶剂的挥发性变慢,从而使纤维直径变小,且以大的旋转半径下落并蓄积。因而,由大致直线形状的纤维210通过蓄积来形成纤维网110。此时,低湿度环境可设定为湿度小于60%的环境,优选地,湿度为45%以上且小于60%。

并且,若纺丝溶液中的高分子的浓度高,则包含于从纺丝喷嘴40排出的纤维210中的溶剂的浓度会变低,从而制成褶皱形状的纤维210,相反地,若高分子浓度低,则包含于纤维210中的溶剂的浓度会变高,从而制成直线形状的纤维210。

以上,以举例的方式示出并说明了本发明特定的优选实施例,但本发明并不局限于上述的实施例,在不脱离本发明思想的范围内,能够由本发明所属技术领域的普通技术人员进行多种变更和修改。

产业上的可利用性

本发明可适用于可穿戴设备,上述可穿戴设备通过使用在由纤维蓄积而成的纤维网形成有电路图案的可穿戴柔性印刷电路板,从而可提高可挠性、恢复性、防水性及透气性。

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