适形电子设备的制作方法

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年7月1日提交的美国临时申请号62/019,592号的权益，该申请的内容通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及具有柔性天线的可穿戴且柔性电子设备。更具体地，本发明的一些实施例涉及可佩戴在身体上的具有可伸展且柔性天线的柔性和/或可伸展电子设备、以及包括能量采集和短程无线通信(如射频识别(RFID)和近场通信(NFC))的应用。

背景技术：

柔性和/或可伸展电子器件领域由于未来对高性能且机械无约束的应用的需求而持续发展。板载电源已经是最大化柔性和/或可伸展性的限制因素。

概述

此处描述了可以在不具有板载电源的情况下运行的柔性和/或可伸展电子设备。本发明部分地基于可以经由例如近场通信来从设备中采集能量的柔性天线。由天线采集的能量可以为电连接至天线的芯片或集成电路供电。

本发明的一个方面涉及柔性天线，所述柔性天线包括：基础衬底；以及第一多个金属环，所述第一多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第一侧上。所述金属环电连接，由此在弯曲期间维持电连接性。而且，每个金属环包括至少两个弧段，每个弧段具有弧心和半径，其中，一个弧段的半径大于至少一个其他弧段的半径。

根据本发明的一些实施例，所述弧心在位于所述金属环之内与所述金属环之外之间交替。

根据本发明的一些实施例，所有所述弧心都在所述金属环之内。

根据本发明的一些实施例，所有所述弧心都在所述金属环之外。

根据本发明的一些实施例，所述天线在静止状态下是基本上平面的。

根据本发明的一些实施例，所述金属环之内的所述弧心被安排成几何图案。

根据本发明的一些实施例，所述金属环之外的所述弧心被安排成几何图案。

根据本发明的一些实施例，所述几何图案是矩形的、圆形的、椭圆形的、卵形的、八边形的、六边形的或五边形的。

根据本发明的一些实施例，所述金属环之内的所述基础衬底的一部分被移除，从而允许所述天线可伸展。

根据本发明的一些实施例，所述基础衬底被物理地分成多个单片化基础衬底，其中，至少一个金属环被布置在每个单片化基础衬底上。

根据本发明的一些实施例，所述基础衬底的厚度不大于100μm。

根据本发明的一些实施例，每个金属环的厚度不大于100μm。

根据本发明的一些实施例，所述金属环的每个弧段的半径大于其上布置有所述金属环的所述衬底的宽度。

根据本发明的一些实施例，所述天线可以适形于其被施加于的表面。

根据本发明的一些实施例，所述天线允许短程无线通信。

根据本发明的一些实施例，所述短程无线通信为近场通信(NFC)或射频识别(RFID)。

根据本发明的一些实施例，每个金属环包括从由铜、铝、金、铂、银、银膏以及具有金属纳米颗粒的膏状物组成的组中选择的金属。

根据本发明的一些实施例，所述基础衬底包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯或其组合。

根据本发明的一些实施例，所述天线进一步包括第二多个金属环，所述第二多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第二侧上，其中，所述第二多个金属环电连接至所述第一多个金属环。

根据本发明的一些实施例，所述天线进一步包括封装层和粘合剂层，其中，所述基础衬底和所述第一多个金属环夹置于所述封装层与所述粘合剂层之间。

根据本发明的一些实施例，所述封装层和/或所述粘合剂层是可透气的。

根据本发明的一些实施例，所述天线进一步包括封装层，其中，所述封装层嵌有所述基础衬底和所述第一多个金属环，由此弯曲所述封装层弯曲了所述天线。

根据本发明的一些实施例，所述天线进一步包括至少一个机械应力弱点，所述机械应力弱点在达到某个机械应力阈值时会断开。

根据本发明的一些实施例，每个金属环包括弧心在所述金属环之内的5个弧段以及弧心在所述金属环之外的5个弧段。

本发明的相关方面涉及一种用于近距离无线通信的柔性设备，所述柔性设备包括此处描述的天线以及电连接至该天线的芯片或集成电路。

根据本发明的一些实施例，所述短程无线通信为近场通信(NFC)。

根据本发明的一些实施例，所述柔性设备是可伸展的。

根据本发明的一些实施例，所述柔性设备可以适形于其被施加于的表面。

附图说明

图1是示意图，示出了示例性电子设备平台的三层截面结构。

图2是根据本发明的一些实施例的具有天线的柔性设备的示意图，其中，从线圈的一端到另一端的距离大约为28.65mm(如所示出的)。柔性印制电路板(柔性PCB)可以被配置为窄的花形带状物。示例性天线的中心部分可以保留为空的或者可以包括一个或多个电子部件。在其他示例中，其他尺寸和/或形状的天线也是适用的。

图3是根据本发明一些实施例的具有天线的示例性电子设备的示意图。

图4是示例性电子设备过程框图。

图5示出了示例性裸片尺寸以及NXP NTAG^TM 213裸片的I/O焊盘位置。

图6是遵循在本发明中概述的设计方法和规则的柔性且可伸展NFC射频识别(RFID)天线设计的示例的示意图。

图7是原型的图像。

图8A是天线设计的示意图。

图8B是截面A-A的示意图。

图8C是截面B-B的示意图。

图9A是示意图，示出了根据本发明的一些实施例的柔性天线100的自顶向下视图。

图9B是示意图，示出了相同的柔性天线100的相对侧视图。

图9C是示意图，示出了芯片或集成电路电连接至柔性天线。

图10是示意图，示出了根据本发明一些实施例的对柔性设备的操作。

图11A是天线设计的金属环的示意图。

图11B是天线设计的金属环的示意图。

图12是天线设计的金属环的示意图。

具体实施方式

下文是对与发明方法、设备以及系统有关的各个方面的及其实施例的更详细的说明，这些发明方法、设备以及系统用于使用不包括电源或者包括低功率电源的、作为非限制性示例的、用于如用户认证、移动支付、和/或位置跟踪等应用的柔性电子设备来进行定量分析。应认识的是，以上介绍和以下更详细讨论的各种概念可以用许多方式中的任何方式来实施，因为所公开的概念不局限于任何特定的实施方式。具体实施方式的示例和应用主要是为了说明性目的而提供的。

柔性天线和包括该天线的设备

此处描述了用于近场无线通信的柔性天线。本发明利用电连接的金属环可以响应于磁场而生成电流的现象。电流反过来可以为芯片或集成电路供电。可以执行本领域众所周知的标准电计算和/或仿真来确定金属环的数量以及功能性NFC/RFID天线的尺寸。

本发明的一个方面涉及柔性天线，所述柔性天线包括：基础衬底；以及第一多个金属环，所述第一多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第一侧上。所述金属环电连接，由此在弯曲期间维持电连接性。并且，每个金属环包括至少两个弧段(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)，每个弧段具有弧心和半径，其中，一个弧段的半径大于至少一个其他弧段的半径。

图9A示出了根据本发明的一些实施例的柔性天线100的自顶向下视图，并且图9B示出了相同的柔性天线100的相对侧视图。柔性天线100可以包括基础衬底110，以及采用同心方式安排并且被布置在基础衬底110的第一侧上的多个金属环120(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)。根据本发明的一些实施例，金属环之间的间隔可以足以避免使用和弯曲或伸展期间的短路。根据本发明的一些实施例，金属环120可以间隔开大约数微米的距离来相等地，例如，通过5μm至100μm、10μm至80μm、10μm至60μm或10μm至50μm。根据本发明的一些实施例，金属环120之间的间隔可以变化。根据本发明的一些实施例，金属环中的每一个金属环的宽度和高度可以基于电路的载流要求以及设备的物理或结构要求来选择。根据一些实施例，金属环中的每一个金属环可以具有在100nm至300μm、200nm至200μm、500nm至100μm、500nm至50μm、500nm至25μm、500nm至10μm、或1μm至50μm范围内的宽度。根据一些实施例，金属环中的每一个金属环具有在100nm至300μm、200nm至200μm、500nm至100μm、500nm至50μm、500nm至25μm、500nm至10μm、或1μm至50μm范围内的高度。

所述多个金属环120中的每一个金属环可以被电连接，由此形成感应线圈和/或天线。所述多个金属环120可以包括起始点126和结束点128。为了形成金属环120，连续的金属迹线可以从起始点126开始，形成多个环，并且在结束点128终止。根据本发明的一些实施例，起始点126电连接至至少一个过孔(例如，通孔)150。该过孔允许天线100电连接至在基础衬底110的第二侧上的芯片或集成电路。根据本发明的一些实施例，结束点128电连接至至少一个过孔(例如，通孔)152。根据本发明的一些实施例，起始点126可以电连接至至少一个焊料焊盘以便促进焊料连接至芯片、集成电路或另一个电子设备。根据本发明的一些实施例，结束点128可以电连接至至少一个焊料焊盘以便促进焊料连接至芯片、集成电路或另一个电子设备。

如图3、图9A、图9B、图9C中所示出的，金属环120中的每一个金属环可以被分成多个弧段(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多)，每个弧段包括弧心。可以将弧段分为两类：弧心在金属环之外的内部弧段122，以及弧心在金属环之内的外部弧段124。所述多个弧段可以包括交替的内部弧段和外部弧段。金属环之内的弧心可以被安排成几何图案(如矩形、圆形、椭圆形、卵形、八边形、六边形或五边形图案)。类似地，金属环之外的弧心可以被安排成几何图案(如矩形、圆形、椭圆形、卵形、八边形、六边形或五边形图案)。

根据本发明的一些实施例，相同环的外部弧段124具有基本上类似的半径。根据本发明的一些实施例，相同环的内部弧段122具有基本上类似的半径。

根据本发明的一些实施例，内部弧段122的半径小于相同环的相邻的外部弧段124的半径，例如，小至少2％、至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、或至少90％。根据本发明的一些实施例，内部弧段122的半径等于相邻的外部弧段124的半径。根据本发明的一些实施例，内部弧段122的半径大于相邻的外部弧段124的半径，例如，大至少2％、至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、或至少90％。

虽然图9A中所示出的柔性天线100包括5个内部弧段和5个外部弧段，但是可以使用其他段数。例如，内部弧段的数量可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个；而外部弧段的数量可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个。应当注意的是，内部弧段的数量不必与外部弧段的数量相同。

根据本发明的一些实施例，所有弧心都可以在金属环之内，例如，见图8A。根据本发明的一些实施例，所有弧心都可以在金属环之外，例如，见图12。根据本发明的一些实施例，一些弧心可以处于金属环之内，并且一些弧心可以处于金属环之外。根据本发明的一些实施例，两个相邻的弧可以具有相同的弧心，例如，见图11A。根据本发明的一些实施例，两个相邻的弧可以具有两个不同的弧心。

基础衬底110的厚度可以不大于300μm。通常，由于薄的基础衬底趋向于更灵活，所以其是优选的，并且在一些实施例中，可以忽略或移除基础衬底。优选地，基础衬底110的厚度不大于250μm、不大于200μm、不大于150μm、不大于100μm、不大于50μm、或不大于25μm。基础衬底110可以被物理地分成多个单片化衬底(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多)，其中，至少一个金属环被布置在每个单片化衬底上。作为说明性示例，当存在10个金属环和2个单片化衬底时，一个单片化衬底可以具有布置在其上的1、2、3、4、5、6、7、8或9个金属环，而另一个单片化衬底可以具有分别布置在其上的9、8、7、6、5、4、3、2、或1个金属环。根据一些实施例，单片化衬底可以间隔开5μm至500μm、10μm至400μm、10μm至300μm、10μm至200μm、10μm至150μm、10μm至100μm、或10μm至50μm。根据一些实施例，单片化衬底中的一些或全部单片化衬底可以直接接触且他们之间没有间隔。基本上可以将单片化衬底彼此分离，并且在连接相邻的金属环时，将单片化衬底连接。

基础衬底应当足够宽以容纳金属环。根据本发明的一些实施例，内部弧段的半径和/或外部弧段的半径大于其上布置有金属环的衬底的宽度。

根据本发明的一些实施例，柔性天线100可以可选地包括切口130，在该切口处，可以移除最里面的金属环之内的基础衬底110的一部分。例如，移除最里面的金属环之内的基础衬底材料的至少5％、至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、或至少90％。如此处所使用的，术语“最里面的金属环”指由在起始点126处开始的金属迹线形成的第一金属环。切口130可以具有任何几何形状。例如，切口130的形状可以基本上类似于金属环120的形状。切口130可以具有有助于堆叠和/或储放电子设备的预定义的形状(例如，预定义的几何或抽象形状)。

根据本发明的一些实施例，柔性天线100可以包括堆叠在彼此顶部的2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个基础衬底，其中，多个金属环120(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)采用同心方式安排并且被布置在每个基础衬底上。可以对齐和连接基础衬底中的每一个的过孔，以便允许所有金属环之间的电连接。改变金属环的数量可以用于调整天线的电特性，比如，从读取部件到天线的电感和互感。

柔性天线100的横向尺寸可以约为数毫米，例如，在5mm至45mm、10mm至40mm、或25mm至35mm的范围内。

如图9B中所示出的，柔性天线100可以包括基础衬底110的第二侧、过孔150和152、第一焊料焊盘或电极160、以及第二焊料焊盘或电极162。过孔150可以电连接至第一电极160，并且过孔152可以电连接至第二电极162。芯片或集成电路可以电连接(如通过焊接线或键合线)至第一电极160和第二电极162，从而使得天线100可以向芯片或集成电路提供电力或无线信号。根据本发明的一些实施例，多个金属环(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)可以采用同心方式安排并且被布置在基础衬底110的第二侧上。

根据本发明的一些实施例，柔性天线100可以夹置于封装层142(图9B中示出的)与粘合剂层140(图9A中示出的)之间。封装层142提供多项功能。例如，封装层142可以提供机械保护、设备隔离等。封装层142可能对可伸展电子装置具有显著益处。例如，低模量PDMS或硅酮结构可以显著增加伸展性的范围。封装层142还可以用作设备顶部上的钝化层以进行保护或电隔离。封装层142还可以减轻电子设备(如设备的易受应变诱发的故障的天线)上的应变和应力。粘合剂层140允许柔性天线100粘附在表面上并且适形于表面(如皮肤或设备或衣服)。粘合剂层140和/或封装层142可以进一步包括剥离内衬。粘合剂层140和封装层142中的可以各自独立地具有如矩形、圆形、椭圆形、卵形、八边形、六边形和五边形等形状。

根据本发明的一些实施例，柔性天线100可以嵌入或密封在封装层中，从而使弯曲封装层弯曲了天线100。封装层可以进一步与粘合剂层接触。

可以使用机械建模来确定柔性天线中的机械应变和弱点，并且指导天线设计。可以相应地设计和控制金属环的每个弧段的机械应力阈值。可以有意地将机械应力弱点包括在天线中，以便确保当达到某个机械应力阈值时，天线物理地断开。这可以用作具有被设计成当从皮肤或设备表面移除时断开和停止运行的天线的NFC或RFID标签的安全特征。在此实施例中，粘合剂层142可以足够坚固，从而使得将设备从表面移除所需要的力大到足以使得在移除时超过设备的应变阈值(例如，引起断裂)。可替代地，设备100可以放置在或附接在柔性表面、带或织物上，由此伸展该表面、带或织物超过预定义的量可能导致天线断开。

此处描述的柔性天线可以电连接至用于如近场通信(NFC)、蓝牙、zigbee、射频识别(RFID)以及红外传输等短程无线通信的一个或多个芯片或集成电路(图9C)。芯片或集成电路可以执行一个或多项功能。例如，芯片或集成电路可以产生用于认证的信号。相应地，本发明的一个方面涉及包括此处描述的柔性天线以及电连接至该天线的芯片或集成电路的柔性设备。根据本发明的一些实施例，柔性天线可以夹置于封装层与粘合剂层之间。粘合剂层允许柔性设备粘附在如皮肤、设备或织物等表面上。粘合剂层可以进一步包括剥离内衬。根据本发明的一些实施例，芯片或集成电路可以与粘合剂层接触。根据本发明的一些实施例，芯片或集成电路与封装层接触。可选地，可以将图形(例如，图像和/或标记)印刷在封装层、粘合剂层或两者的表面上或者将其嵌入在封装层、粘合剂层或两者中。根据本发明的一些实施例，图形可以是荧光的、磷光的、冷光的(例如，在黑暗中发光)或者以其他方式光敏或热敏的(例如，根据暴露于光和/或热而改变一个或多个特性)。例如，根据一些实施例，用于应用图形的墨水的至少一部分可以根据暴露或者暴露于热或光或其他电磁辐射的持续时间来改变颜色。

根据本发明的一些实施例，柔性设备可以嵌入或封装在封装层中。封装层可以进一步与粘合剂层接触。

用于短程无线通信的芯片或集成电路在本领域中是众所周知的并且没有在此处详细描述。根据本发明的一些实施例，柔性设备可以包括可以可选地通过电线或使用无线信号来电连接的两个或更多个芯片或集成电路。

根据本发明的柔性电子设备可以被配置为不具有板载电源，使得能够大大增加柔性电子设备的适形性程度。可以采用允许创建非常薄且柔性或可伸展电子设备的新的形状因数来配置此处的柔性电子设备。作为非限制性示例，柔性电子设备的平均厚度可以为大约2.5mm或更小、大约2mm或更小、大约1.5mm或更小、大约1mm或更小、大约500微米或更小、大约100微米或更小、或者大约75微米或更小、或者大约50微米或更小、或者大约25微米或更小。在示例实施方式中，可以折叠电子设备的至少一部分，或者可以使电子设备围绕并适形于不规则表面的一部分。在折叠电子设备的至少一部分的示例中，电子设备的平均厚度可以是大约5mm或更小、大约4mm或更小、大约3mm或更小、大约2mm或更小、大约1mm或更小、大约200微米或更小、大约150微米或更小、大约100微米或更小、或者大约50微米或更小。横向的平面内尺寸可以基于所期望的应用而变化。例如，横向尺寸可以大约为数厘米或厘米的数个部分。在其他示例中，柔性或可伸展电子设备可以被配置成具有其他尺寸、形状因数、和/或纵横比(例如，更薄、更厚、更宽、更窄、或许多其他变化形式)。

根据本发明的一些实施例，柔性天线或包括该天线的设备还可以是可伸展的。根据本发明的一些实施例，柔性天线或包括该天线的设备可以适形于其被施加于的任何表面(例如，在人或动物身体上或在不规则形状的设备上)。根据本发明的一些实施例，柔性天线或包括该天线的设备在静止状态下可以是基本上平面的或扁平的。根据本发明的一些实施例，可以在静止状态下弯曲柔性天线或包括该天线的设备，例如，如在球或把手等弯曲的表面上。

可以进行功能测试来检验设备的机械特性和功能。例如，功能测试可以是对每个NFC芯片的唯一标识(UID)的读取。为了测量，可以改变、测量和记录阅读器平面与天线/NFC芯片平面之间的距离(“工作距离”)。可以在制作过程期间和/或之后执行类似的NFC功能测试。测试设备可以与用于其他测量的设备相同。除了读出每个芯片的UID之外，可以每自定义规范地使用对每个芯片的某个自定义写入。可以使用相同的阅读器来执行写入步骤。对于读取步骤和写入步骤两者而言，通过使用具有大面积天线的阅读器，批量型过程是可能的。

材料和制造

还应注意，可以基于其特性来选择材料，这些特性包括刚度、柔性度、弹性度、或与材料的弹性模量相关的这类特性，包括杨氏模量、拉伸模量、体积模量、剪切模量等、和/或其生物降解性。

在柔性天线或设备包括非导电材料的示例中，非导电材料可以由具有弹性(例如，柔性和/或可伸展性)特性的任何材料形成，并且受制于所描述的每个整体柔性设备所需的弹性特性的关系。例如，非导电材料可以由聚合物或聚合材料形成。适用的聚合物或聚合材料的非限制性示例包括但不限于：聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅酮、塑料、弹性体、热塑弹性体、弹性塑料、恒温器、热塑性塑料、丙烯酸酯、缩醛缩聚物、生物可降解聚合物、纤维素聚合物、含氟聚合物、尼龙、聚丙烯腈聚合物、聚酰胺酰亚胺聚合物、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物和改性聚乙烯、聚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚亚苯基氧化物和聚亚苯基硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯树脂、基于砜的树脂、基于乙烯基的树脂、或这些材料的任何组合。在示例中，此处的聚合物或聚合材料可以是UV可固化聚合物。此处描述的任何示例性非导电材料可以用作密封剂材料或其他隔离材料。

根据本发明的一些实施例，基础衬底可以包括聚合物。各种聚合材料可以适合用于形成基础衬底。示例性材料包括但不限于：聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、酸乙二酯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚砜、环烯烃聚合物、聚芳酯或其组合。优选地，具有在此处指定的厚度的材料可以是柔性和/或可伸展的。根据本发明的一些实施例，基础衬底可以充当封装层。

各种聚合材料可以适合用于形成封装层。具有在此处指定的厚度的封装层可以是柔性和或可伸展的。优选地，封装层是可伸展和/或可透气的(即，可透过气体或空气的)。在允许水分传出可透气封装层的同时可透气封装层允许氧气传送至皮肤上，并且阻止水、污物以及其他微粒。根据本发明的一些实施例，封装层可以包括弹性体。有用的弹性体包括那些包括聚合物、共聚物、复合材料或聚合物和共聚物的混合物的弹性体。有用的弹性体包括但不限于：热塑性弹性体、苯乙烯材料、烯材料、聚烯烃、聚氨酯热塑性弹性体、聚酰胺、聚酰亚胺合成橡胶、PDMS、聚丁二烯、聚异丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯、聚氯丁烯以及硅酮。根据本发明的一些实施例，封装层可以充当基础衬底。根据本发明的一些实施例，密封剂可以是粘合剂。

根据本发明的一些实施例，粘合剂层可以是可透气的。根据本发明的一些实施例，粘合剂层包括皮肤粘合剂。适当的粘合剂包括基于丙烯酸的、基于糊精的、以及基于尿烷的粘合剂以及天然弹性体和合成弹性体。适当的示例包括非晶聚烯烃(例如，包括非晶聚丙烯)、(科腾)牌合成弹性体以及天然橡胶。其他示例性皮肤粘合剂包括：丙烯酸树脂基粘结剂、水状胶质粘合剂、水凝胶粘合剂、以及软硅酮粘合剂。根据本发明的一些实施例，皮肤粘合剂是具有剥离内衬的FLEXCON DERMAFLEX^TM H-566。根据一些实施例，粘合剂可以是可重复使用的，使设备能够移除和重新应用或者重新定位和应用到不同表面上。

在柔性天线或设备包括导电材料的示例中，导电材料可以是但不限于：金属、金属合金、银膏、具有金属纳米颗粒的膏状物、导电聚合物、或其他导电材料。在示例中，导电材料的金属或金属合金可以包括但不限于：铝、不锈钢、或过渡金属(包括铜、银、金、铂、锌、镍、钛、铬、或钯、或其任何组合)、以及任何适用的金属合金(包括含碳合金)。在其他非限制性示例中，适当的导电材料可以包括基于半导体的导电材料，包括基于硅的导电材料、氧化铟锡或其他透明的导电氧化物、或第III-IV族导体(包括GaAs)。基于半导体的导电材料可以掺杂。优选地，导电材料适合用于如蚀刻等标准精密加工过程。根据本发明的一些实施例，金属环可以由包括非金属导电材料的环代替，如碳纳米管、石墨烯、以及导电聚合物。在金属环由非金属导电材料形成的情况下，封装层可以充当基础衬底。

柔性天线或包括该天线的设备可以使用如光刻、电子束平版印刷术、湿蚀刻、反应离子蚀刻、材料沉积(例如，热分解、电子束沉积、化学气相沉积、原子层沉积、或物理气相沉积)、焊接、激光钻孔、轻触切、以及层压等标准制作过程来制造。例如，金属环可以通过在基础衬底上沉积铜层并创建预定义图案来制作。可以使用光刻或电子束平版印刷术以及湿蚀刻来移除任何不想要的铜。可以使用层压来堆叠多个层。可以将芯片或集成电路焊接或线连接至天线。柔性天线或设备的部件还可以通过三维打印来生产。

可替代地，如在于2014年9月22日提交的题为“Methods And Apparatuses For Shaping And Looping Bonding Wires That Serve As Stretchable And Bendable Interconnects(用于使充当可伸展且可弯折的互连的键合线成形和成环的方法和装置)”的共同拥有的美国专利申请号62/053,641中所描述的，根据本发明的天线可以通过直接将电线键合至芯片或集成电路来形成一个或多个环以及然后将电线的末端键合至芯片或集成电路来制造，该申请特此通过引用以其全部内容结合于此。

图4提供了用于生产柔性电子设备的示例性过程。这些过程可以实施用于以可行成本降低方式来进行大规模制造。例如，如图8A至图8C中所示出的，一个或多个柔性聚酰亚胺层中的每一者可以覆盖有两个铜层；包括铜环的天线可以在聚酰亚胺层上通过平版印刷(例如，电子束平版印刷或光平版印刷)以及后续的蚀刻来生产；如果存在两个或更多个柔性聚酰亚胺层，那么可以层压所述层并且可以通过例如激光钻孔来创建过孔；如芯片或集成电路等电子部件可以通过焊接或线键合来电连接至天线；以及然后，可以将设备封装进如硅酮或热塑性聚氨酯等柔性和/或可伸展材料中。还可以将粘合剂材料应用于一个表面上以便促使粘附到人或动物皮肤或者物体的表面上。

使用方法

根据此处所描述的示例性系统、方法和设备，提供了用于使用不包括电源或者包括低功率电源的柔性电子设备来进行定性和/或定量分析的技术。作为非限制性示例，低功率电源可以是提供低于大约25mAH、大约20mAH、大约15mAH、大约10mAH、大约5mAH或大约1mAH的电源。在示例中，低功率电源可以提供低于大约5mA峰值电流，如但不限于具有子5mA峰值电流的薄膜电池。柔性电子设备可以被配置成用于进行用户认证、移动支付、和/或位置跟踪。

可以使用包括更高功率电源的设备来实施根据此处所描述的原理的示例性方法中的任何示例性方法，其中，电源保持休眠或者被最小程度地用于根据此处所描述的原理而重复示例性电子设备的状态。

图10是示意图，示出了根据本发明的一些实施例的对柔性设备的操作。柔性设备可以安装到人的皮肤上，例如，在前臂上。计算设备处于远离柔性设备的适合于短程无线通信的距离处。例如，NFC是一组短程无线技术，通常需要10cm或更短的距离。计算设备可以产生可由柔性设备接收的信号(例如，电磁波)，该柔性设备的天线可以响应于该信号而生成电流。然后，电流可以为柔性设备的芯片或集成电路提供电力以产生发出信号，该发出信号可由同一计算设备或不同设备接收。发出信号可以用于执行一个或多个期望的功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)。

根据本发明的一些实施例，安装在人的皮肤上的柔性设备可以在根据皮肤的运动而弯曲和/或伸展的同时保持运行。柔性设备是可透气的，使其能够在长时间期间内穿戴，大约数天、数周或数月。

此处的柔性电子设备可以被配置为单用途设备。例如，位于用户的皮肤上时，该设备可以保持运行；但是一旦从皮肤上移除，例如因为(根据设计)天线的金属环断开，该设备就将停止其功能。

此处的柔性电子设备可以被配置为可以用于执行两项或多项定性和/或定量测量的设备(多用途设备)。例如，该设备可以被配置为用于执行此处所描述的示例性功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)的可重复使用的低成本系统。因此，柔性电子设备可以提供环境效益。

此处所描述的示例性系统、方法和设备可以有助于从计算设备(如但不限于用于为数据收集和/或分析系统供电的智能电话)进行能量采集。适用于根据此处的原理的示例性系统经、设备或方法中的任何一者的计算设备的非限制性示例包括：智能电话、平板计算机、膝上计算机、平板触摸计算机、电子阅读器或其他电子阅读器或者手持式、便携式或可穿戴计算设备、或(多个)其他游戏系统。

此处所描述的示例性系统、方法和设备还通过基本上消除对板载电源的需要而提供在电源电路设计方面的创新。这促成了对系统的电源电路的许多创新和不同设计。

此处所描述的示例性系统、方法和设备还提供了用于引导用户采用有助于能量采集的方便方式来部署柔性电子设备的创新方法。

可以使用此处所描述的示例性系统、方法和设备来生产具有降低的运行成本的可重复使用的低成本系统。描述了新颖的电源电路设计。还描述了仔细地将能量分为小量以允许满系统功率的新颖的启动顺序。低成本系统可以用于间歇性监测应用，其中，可能不需要持续的监测。例如，此处的系统可以用于在短时间期间内存储所采集的能量，足以允许柔性电子设备执行数据收集和/或数据分析。在另一个示例中，能量的一部分可以用于执行数据存储和/或数据传输。

在根据此处所描述的系统、方法和设备的柔性电子设备中的任何柔性电子设备中，可以将数据传输至系统的存储器并且/或者传达(传输)至外部存储器或其他存储设备、网络和/或板外计算设备。在此处的任何示例中，外部储存设备可以是服务器，包括数据中心中的服务器。

此处所描述的柔性电子设备中的任何柔性电子设备可以被配置成用于间歇性用途。

此处所描述的柔性电子设备中的任何柔性电子设备可以被配置为传感器单元、传感器贴片、监测设备、诊断设备、治疗设备或可以使用如此处所描述的采集的能量来操作的任何其他电子设备。作为非限制性示例，示例性电子设备可以是用户认证电子设备、移动支付电子设备、和/或位置跟踪电子设备。其他应用包括但不限于心率监测、运动感测、和睡眠监测。

在根据此处的原理的任何示例中，柔性电子设备可以被配置为具有经调整的适形性的柔性的、适形的电子设备。对适形性的控制允许生成可以适形于表面的轮廓的电子设备而不破坏电子设备的功能特性或电子特性。可以基于结构的灵活性和/或可伸展性的程度来对整体示例性电子设备的适形性进行控制和调整。适形电子设备的部件的非限制性示例包括处理单元、存储器(如但不限于只读存储器、闪存和/或随机存取存储器)、输入接口、输出接口、通信模块、无源电路部件、有源电路部件等。在示例中，适形电子设备可以包括至少一个微控制器和/或其他集成电路部件。在示例中，适形电子设备可以包括至少一个线圈，如但不限于近场通信(NFC)使能线圈。在另一个示例中，适形电子设备可以包括射频识别(RFID)部件。

根据本发明的一些实施例，适形电子设备包括具有双接口、电可擦除可编程存储器(EEPROM)的动态NFC/RFID标签集成电路。

适形电子设备可以配置有一个或多个设备岛状物。可以基于例如结合在整体柔性电子设备(包括传感器系统)中的部件的类型、整体柔性电子设备的预期尺寸、以及整体出柔性电子设备的预期适形性程度来确定设备岛状物的安排。

作为非限制性示例，可以基于有待构造的整体柔性电子设备的类型来确定一个或多个设备岛状物的配置。例如，整体柔性电子设备可以是可穿戴且适形的电子结构、或者有待布置在柔性和/或可伸展物体中的无源或有源电子结构。

作为另一个非限制性示例，可以基于有待在整体电子设备的预期应用中使用的部件来确定柔性电子设备的一个或多个设备岛状物的配置。其他示例性应用包括温度传感器、神经传感器、水合传感器、心脏传感器、运动传感器、流传感器、压力传感器、设备监视器(例如，智能设备)、呼吸节律监视器、皮肤电导监视器、电接触或其任何组合。在示例中，一个或多个设备岛状物可以被配置成包括至少一个多功能传感器，包括温度、应变和/或电生理传感器、组合式运动/心脏/神经传感器、组合式心脏/温度传感器等。

柔性电子设备可以被配置成不包括电源或者包括提供少量电源的电源，以执行一项或多项期望的功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)。因此，可以基于为电源部件所花费的降低的成本或无成本、或者避免或减少与照顾电源或者为电源充电相关联的成本来使柔性电子设备成本更低。由于结构中更少或更简化的部件，柔性电子设备可以较不复杂，并且因此，可以通过更低成本的制造过程来进行制造。假定可以不使用功率部件或者更低功率部件来生产柔性电子设备，则因为需要更少的材料，所以柔性电子设备可以是更加环保的。

适用于此处的示例性电子设备的电源的非限制性示例包括电池、燃料电池、太阳能电池、电容器、超级电容器和热电设备。电池的非限制性示例包括体低漏电电池和薄膜电池。

根据本发明的一些实施例，柔性电子设备可以通过能量采集来获得用于执行定量测量的电力。柔性电子设备的能量采集部件可以是可用于将一种形式的能量转换为另一种形式的能量(如但不限于电能)的任何部件。在一些示例中，该设备可以被配置成用于通过从热梯度、机械振动、横波和/或纵波的能量采集来获得用于执行此处所描述的示例性功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)的电力。横波或纵波可以由外部计算设备的至少一个部件来生成。柔性电子设备的能量采集部件是此处所描述的天线。适合用于柔性电子设备的能量采集部件的其他示例可以是超材料、光电子设备、热电设备、共振器、或可以被配置成用于耦合至一种形式的能量的其他部件。

作为非限制性示例，横波可以是电磁波或声波。作为非限制性示例，纵波可以是声波。

根据本发明的一些实施例，该设备可以被配置成用于通过基于来无线电波从外部计算设备的能量采集来获得用于执行此处所描述的示例性功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)的电力。在此示例中，可以在柔性电子设备中实施表面声波技术以便利用压电效应来将声波转换为电信号。例如，表面声波传感器可以包括用于进行转换的叉指换能器。

根据本发明的一些实施例，电子设备可以包括电容部件，并且所采集的电力可以用于对该电容部件进行充电。在一些示例中，电容部件可以是低漏电电容器或者超级电容器。适用于此处的任何系统或装置的低漏电电容器的非限制性示例包括铝电解电容器、铝聚合物电容器、或超低漏电钽电容器。对于一些示例性实施方式，铝电解电容器可以是比超低漏电钽电容器更好的选择。超级电容器可以提供比电解电容器或钽电容器更高的电荷密度，并且可以有用于需要输送电流尖峰的实施方式。根据本发明的一些实施例，超级电容器可以是电化学电容器。根据本发明的一些实施例，超级电容器可以用于补充或替代如电池(包括Li⁺电池、NiCd电池、NiMH电池或其他类似类型的电源)等电源。示例性测量设备可以被配置成用于使用存储在能量保留部件中的电力来开始此处所描述的示例性功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)。

假定不包括电源或包括低功率电源的柔性电子设备可以根据此处所描述的原理来进行操作，则可以采用许多新颖且不同的构型来安排部件。例如，可以采用许多不同的配置来安排电源电路的部件。

作为非限制性示例，来自对此处所描述的示例性功能(包括用户认证、移动支付、和/或位置跟踪)的执行的数据可以包括与数据收集相关的元数据(包括对何时收集数据和/或在哪里发生数据读取的指示)。可以通过经适当保护的同意书来使例如患者、医师、健康专家、运动从业医师、物理治疗师、定位器服务、支付处理代理等可以访问所收集的数据。

应当理解的是，本发明不限于此处所公开的特定方法、协议和试剂等，并且可能因此变化。此处所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由权利要求书限定。

除非上下文另外明确指明，如在此处和在权利要求书中所使用的，单数形式包括复数对象，反之亦然。除了在操作示例中，或者在另有说明的情况下，此处所使用的表示成分的量或反应条件等所有数字应当被理解为在所有实例中用术语“约”来修饰。

尽管任何已知方法、设备和材料可以用于对本发明进行实践或测试，但是此处公开了关于这一点的方法、设备和材料。

在以下编号的段落中列出了本发明的一些实施例：

第1段.一种柔性天线，包括

基础衬底；以及

第一多个金属环，所述第一多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第一侧上，其中：

(i)所述金属环电连接，由此在弯曲期间维持电连接性；以及

(ii)每个金属环包括至少两个弧段，每个弧段具有弧心和半径，其中，一个弧段的半径大于至少一个其他弧段的半径。

第2段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述弧心在位于所述金属环之内与所述金属环之外之间交替。

第3段.如第1段所述的柔性天线，其中，所有所述弧心都在所述金属环之内。

第4段.如第1段所述的柔性天线，其中，所有所述弧心都在所述金属环之外。

第5段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述天线在静止状态下是基本上平面的。

第6段.如第2或3段所述的柔性天线，其中，所述金属环之内的所述弧心被安排成几何图案。

第7段.如第2或4段所述的柔性天线，其中，所述金属环之外的所述弧心可以被安排成几何图案。

第8段.如第6或7段所述的柔性天线，其中，所述几何图案是矩形的、圆形的、椭圆形的、卵形的、八边形的、六边形的或五边形的。

第9段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述金属环之内的所述基础衬底的一部分被移除，从而允许所述天线可伸展。

第10段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述基础衬底被物理地分成多个单片化衬底，其中，至少一个金属环被布置在每个单片化衬底上。

第11段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述基础衬底的厚度不大于100μm。

第12段.如第1段所述的柔性天线，其中，每个金属环的厚度不大于100μm。

第13段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述金属环的每个弧段的半径大于其上布置有所述金属环的所述衬底的宽度。

第14段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述天线适形于其被施加于的表面。

第15段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述天线允许短程无线通信。

第16段.如第15段所述的柔性天线，其中，所述短程无线通信为近场通信(NFC)或射频识别(RFID)。

第17段.如第1段所述的柔性天线，其中，每个金属环包括从由铜、铝、金、铂、银、银膏以及具有金属纳米颗粒的膏状物组成的组中选择的金属。

第18段.如第1段所述的柔性天线，其中，所述基础衬底包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯或其组合。

第19段.如第1段所述的柔性天线，进一步包括第二多个金属环，所述第二多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第二侧上，其中，所述第二多个金属环电连接至所述第一多个金属环。

第20段.如第1段所述的柔性天线，进一步包括封装层和粘合剂层，其中，所述基础衬底和所述第一多个金属环夹置于所述封装层与所述粘合剂层之间。

第21段.如第20段所述的柔性天线，其中，所述封装层和/或所述粘合剂层是可透气的。

第22段.如第1段所述的柔性天线，进一步包括封装层，其中，所述封装层嵌有所述基础衬底和所述第一多个金属环，由此弯曲所述封装层弯曲了所述天线。

第23段.如第1段所述的柔性天线，进一步包括至少一个机械应力弱点，所述机械应力弱点在达到某个机械应力阈值时会断开。

第24段.如第2段所述的柔性天线，其中，每个金属环包括弧心在所述金属环之内的5个弧段以及弧心在所述金属环之外的5个弧段。

第25段.一种用于短程无线通信的柔性设备，该柔性设备包括

(a)天线，所述天线包括：

基础衬底；以及

第一多个金属环，所述第一多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第一侧上，其中：

(i)所述金属环电连接，由此在弯曲期间维持电连接性；以及

(ii)每个金属环包括至少两个弧段，每个弧段具有弧心和半径，其中，一个弧段的半径大于至少一个其他弧段的半径；

以及

(b)电连接至所述天线的芯片或集成电路。

第26段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述短程无线通信为近场通信(NFC)。

第27段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述弧心在位于所述金属环之内与所述金属环之外之间交替。

第28段.如第25段所述的柔性设备，其中，所有所述弧心都在所述金属环之内。

第29段.如第25段所述的柔性设备，其中，所有所述弧心都在所述金属环之外。

第30段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述设备在静止状态下是基本上平面的。

第31段.如第27或28段所述的柔性设备，其中，所述金属环之内的所述弧心被安排成几何图案。

第32段.如第27或29段所述的柔性设备，其中，所述金属环之外的所述弧心被安排成几何图案。

第33段.如第31或32段所述的柔性设备，其中，所述几何图案是矩形的、圆形的、椭圆形的、卵形的、八边形的、六边形的或五边形的。

第34段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述金属环之内的所述基础衬底的一部分被移除，从而允许所述天线可伸展。

第35段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述基础衬底被物理地分成多个单片化衬底，其中，至少一个金属环被布置在每个单片化衬底上。

第36段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述基础衬底的厚度不大于100μm。

第37段.如第25段所述的柔性设备，其中，每个金属环的厚度不大于100μm。

第38段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述金属环的每个弧段的半径大于其上布置有所述金属环的所述衬底的宽度。

第39段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述设备适形于其被施加于的表面。

第40段.如第25段所述的柔性设备，其中，每个金属环包括从由铜、铝、金、铂、银、银膏以及具有金属纳米颗粒的膏状物组成的组中选择的金属。

第41段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述基础衬底包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯或其组合。

第42段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述天线进一步包括第二多个金属环，所述第二多个金属环采用同心方式安排并且被布置在所述基础衬底的第二侧上，其中，所述第二多个金属环电连接至所述第一多个金属环。

第43段.如第25段所述的柔性设备，进一步包括封装层和粘合剂层，其中，所述天线和所述芯片或集成电路夹置于所述封装层与所述粘合剂层之间。

第44段.如权利要求43所述的柔性设备，其中，所述封装层和/或所述粘合剂层是可透气的。

第45段.如第25段所述的柔性设备，进一步包括封装层，其中，所述封装层嵌有所述天线和所述芯片或集成电路，由此弯曲所述封装层弯曲了所述天线。

第46段.如第25段所述的柔性设备，其中，所述天线进一步包括至少一个机械应力弱点，所述机械应力弱点在达到某个机械应力阈值时会断开。

第47段.如第27段所述的柔性设备，其中，每个金属环包括弧心在金属环之内的5个弧段以及弧心在金属环之外的5个弧段。

定义

除非另有说明或者在上下文中暗示，以下术语和短语包括以下提供的含义。除非另有明确说明或者在上下文中明显的，以下术语和短语不排除术语或短语已经在其涉及的领域中获得的含义。提供了用于辅助描述特定实施例的定义，而所述定义并不旨在限制所要求保护的发明，因为本发明的范围仅由权利要求书限制。进一步地，除非上下文另有要求，单数形式的术语应当包括复数形式，并且复数形式的术语应当包括单数形式。

如此处所使用的，参照对于实施例有用但有可能包括未指定元素(不论是否有用)的组合物、方法和其(多个)对应部件来使用术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”。

如此处所使用的，术语“基本上由......组成”指给定实施例所需的那些元素。该术语允许并不实质影响本发明的该实施例的(多个)基本且新颖或功能特性的元素的存在。

除非上下文明确地另有说明，单数形式的术语“一个”、“一种”以及“该”包括复数形式的指代物。类似地，除非上下文明确地另有说明，词语“或”旨在包括“和”。例如，当在列表中划分多个项目时，“或”或“和/或”应解释为是包括性的，即包括多个元素或元素列表中的至少一个元素，但也包括多于一个元素，并且任选地包括另外的未列出的项目。仅明确表示相反含义的术语，如“......中的仅一个”或“......中的恰好一个”或“由......组成”将是指包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。一般而言，当前面有排他术语如“任一个”、“......之一”、“......中的仅一个”、或“......中的恰好一个”时，如在此使用的术语“或”应仅被解释为指示排他性的替代方案(即“一个或另一个但非两者”)。

术语“柔性的”和“可弯折的”在本说明书中被用作同义词，并且指材料、结构、设备或设备部件被变形成弯曲或弯折的形状而不会经受带来显著应变(比如，表征材料、结构、设备或设备部件的破裂点的应变)的变换的能力。在示例性实施例中，柔性材料、结构、设备或设备部件可以被变形成弯曲的形状，而不会带来大于或等于5％的应变(在应变敏感区域中，对于一些应用，大于或等于1％，并且对于又其他应用，大于或等于0.5％)。如在本文中所使用的，一些(但不必是所有)柔性结构也是可伸展的。各种特性提供了本发明的柔性结构(例如，设备部件)，包括如低模量、抗弯刚度和抗挠刚度等材料特性、如小的平均厚度(例如，小于100微米，可选地小于10微米，并且可选地小于1微米)等物理尺寸、以及如薄膜和网格几何形状等设备几何形状。

“可伸展的”指材料、结构、设备或设备部件经受应变而不断裂的能力。在示例性实施例中，可伸展的材料、结构、设备或设备部件可以经受大于0.5％的应变而不断裂(对于一些应用，大于1％的应变而不断裂，并且对于又其他应用，大于3％的应变而不断裂)。如此处所使用的，许多可伸展结构也是柔性的。一些可伸展结构(例如，设备部件)被设计为能够经受压缩、伸长和/或扭曲，以便能够变形而不断裂。可伸展结构包括薄膜结构(包括如弹性体等可伸展材料)、能够进行伸长、压缩和/或扭曲运动的折弯结构、以及具有岛状物-桥状几何结构的结构。可伸展设备部件包括具有如可伸展电互连等可伸展互连的结构。

如此处所使用的，术语“可适形的”指具有足够低到允许设备、材料或衬底采用所期望的轮廓线轮廓(例如，允许与具有浮雕的图案或凹入特征的表面适形接触的轮廓线轮廓)的抗弯刚度的设备、材料或衬底。在某些实施例中，所期望的轮廓线轮廓是生物环境(例如，皮肤)中的组织的轮廓线轮廓。

如此处所使用的，术语“适形接触”指在设备与接收表面之间建立的接触，该接收表面可以例如是生物环境中的目标组织。在一个方面中，适形接触涉及设备的一个或多个表面(例如，接触表面)与组织表面的整体形状的宏观适应。在另一个方面中，适形接触涉及设备的一个或多个表面(例如，接触表面)与组织表面的导致基本上无空隙的紧密接触的微观适应。例如，在实施例中，适形接触涉及设备的(多个)接触表面与组织的(多个)接收表面的适应，从而使得实现紧密接触，其中，设备的接触表面的表面面积的小于20％不与接收表面物理接触；或者可选地，设备的接触表面的小于10％不与接收表面物理接触；或者可选地，设备的接触表面的小于5％不与接收表面物理接触。在一些实施例中，组织是皮肤组织。

如此处所使用的，术语“同心的”可以指两个或多个环沿着相同的路径或者具有相同的形状。另一方式而言，术语“同心的”指具有相同的形状的两个或更多个环紧挨着彼此对齐(水平地、垂直地或者两者)的能力。在一些实施例中，所述多个同心环可以具有共同的中心。在其他实施例中，所述多个同心环可以不具有共同的中心。例如，所述多个同心环可以具有共同的轴线。

如此处的说明书中所使用的，短语“至少一个”在参照一个或多个元素的列表的情况下，应被理解为意指选自该元素列表中的元素中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但不必包括在该元素列表内具体列出的每一个元素中的至少一个元素，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。这个定义还允许除了该元素列表内具体指明的元素之外可以任选地存在短语“至少一个”所指代的元素，而无论与具体指出的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等效地“A或B中的至少一个”、或等效地“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中指代至少一个(任选地包括多于一个)A，而不存在B(并且任选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中指代至少一个(任选地包括多于一个)B，而不存在A(并且任选地包括除A以外的元素)；在又另一个实施例中指代至少一个(任选地包括多于一个)A以及至少一个(任选地包括多于一个)B(并且任选地包括其他元素)；等。

除了在操作示例中，或者在另有说明的情况下，此处所使用的表示成分的量或反应条件的所有数字应当被理解为在所有实例中用术语“约”来修饰。当结合百分比使用时，术语“约”可以指所提及的值的±5％。例如，约100指从95到105。

尽管与此处所公开的方法和材料类似或等效的方法和材料可以用于实践或测试本公开，但是以下描述了适当的方法和材料。术语“包括(comprises)”指“包括(includes)”。缩略词“例如(e.g.)”源自拉丁语exempli gratia，并且此处用于指示非限制性示例。因此，缩略词“例如(e.g.)”是术语“例如(for example)”的同义词。

尽管此处详细描绘和描述了优选实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，可以在不偏离本发明的精神的情况下做出各种修改、添加、替代等，并且因此都被视为处于由随后的权利要求书定义的本发明的范围内。进一步地，在没有已经指明的程度上，本领域普通技术人员将理解的是，可以进一步修改此处所描述和展示的各种实施例中的任何一个实施例以将所示出的特征结合到此处所公开的其他实施例中的任何实施例中。

贯穿本申请所引用的所有专利和其他公开(包括文献参考、经授权的专利、公开的专利申请、以及共同未决专利申请)为了描述和公开例如在可能结合此处所公开的技术来使用的这种公开中所描述的方法的目的而通过引用明确地结合在此。仅为了在本申请的提交日期之前对这些公开进行公开而提供这些公开。关于此方面的任何事都不应该被解释为承认诸位发明人没有资格借助于先前的发明或者为了任何其他原因而先于这种公开。关于这些文档的内容的日期或表示的所有申明基于可用于诸位申请人的信息并且并不构成对这些文档的日期或内容的正确性的任何承认。

对本公开的实施例的描述并不旨在是详尽的或旨在将本公开限制在所公开的精确形式。尽管为了说明性目的而在本文中公开了本公开的特定实施例和示例，但如相关领域中的技术人员将认识到的，在本公开的范围内的各种等效修改是可能的。例如，虽然以给定顺序呈现了方法步骤或功能，但是替代性实施例可按不同的顺序来执行功能，或者可以基本上同时执行功能。此处所提供的本公开的教导可以视情况而应用于其他程序或方法。可将本文中所公开的各种实施例进行组合以提供进一步实施例。如有必要，可以修改本公开的方面，以采用以上参考和申请的组成物、功能和概念来提供本公开的又进一步实施例。

前述实施例中的任何实施例的特定元素可以被组合或者替代其他实施例中的元素。此外，虽然已经在这些实施例的上下文中描述了与本公开的特定实施例相关联的优点，但其他实施例也可以展现出这样的优点，并且并不是所有实施例都必然展现出这样的优点以便落入本公开的范围内。

示例

以下示例展示了本发明的一些实施例和方面。对相关领域中的技术人员将明显的是，在不变更本发明的精神或范围的情况下，可以执行各种修改、添加、替代等，并且这种修改和改变被包括在如随后的权利要求书中所定义的本发明的范围内。以下示例不以任何方式限制本发明。

通过以下示例来进一步展示此处所公开的技术，所述示例绝不应当被解释为进一步进行限制。

示例1：

此处所提供了用于使用可以用于许多不同功能(包括认证)的示例性可适形电子设备平台来进行原型制作、迭代、制造和测量的示例性部件、示例性制造过程以及示例性可靠性属性。在示例中，对本公开中的示例性电子设备的描述和属性有助于示例性电子设备的大规模制造能力和容量并且有助于使所制造的电子设备满足性能规格。

示例性电子设备可以被实施为基于近场通信/射频识别的(基于NFC/RFID的)电子设备。在非限制性示例中，电子设备可以安装在被布置为接近皮肤的物品上，可以使用一个或多个中间物品来将其耦合至皮肤上，或者可以是皮肤安装的“纹身”样式的设备。对与此处的“纹身”样式的设备有关的部件或属性的任何描述也适用于安装在被布置为接近皮肤的物品上的电子设备或者使用一个或多个中间物品来耦合至皮肤上的示例性电子设备。目标使用情况和应用的非限制性示例包括用户认证、移动支付和位置跟踪(假定具有可用的RFID阅读器基础设施)。该平台可以被配置成用于在没有电池或者其他电源(无电池模式)的情况下进行操作并且可以通过NFC能量采集来为其供电。

使用皮肤粘合剂和封装，可以将“纹身”样式的设备戴在皮肤上至少5至7天。在戴着“纹身”的同时，用户能够执行所有正常生活活动，即，洗澡、游泳、锻炼和出汗。示例性电子设备可以被配置为使得“纹身”是一次性的，并且一旦从皮肤移除就停止工作。

示例性电子设备可以被配置为使得“纹身”产品可以采用3层结构的形式。中间层(“镶嵌”)可以是附接有裸片NFC芯片的2金属层柔性PCB。顶层(远离皮肤)可以是将保护添加到柔性PCDB和裸片上的封装层，并且充当用于可选择的图形印刷的基底。在示例中，底层可以是用于使应用接触皮肤的可伸展皮肤粘合剂，如但不限于皮肤穿戴。图1示出了具有各种部件的3层结构的示例性示意图。

示例性设备可以包括跨越“纹身”区域的大部分的NFC/RFID天线。在示例性实施方式中，使用当前天线设计，可以使“纹身”的直径稍微大于约1英寸。可以从2金属层柔性PCB中的窄切口中建立示例性天线。在示例中，天线可以被配置为具有多达6个或更多个匝以及花状形状。图2和图3示出了示例性天线配置。其他示例性天线构型和配置同样适用。

示例性说明

表1示出了示例性电子设备的示例性说明。

表1.示例性说明

示例性电子设备制造过程流程

用于生产示例性电子设备的示例性过程流程概括在图4中的过程400流程框图中。其提供了可以实施来进行大规模制造的具有可行成本降低途径的过程流程的非限制性示例。过程400可以被划分成三个过程：柔性印刷电路板制作过程-柔性PCB制作410、裸片附接过程420、以及转换过程430。

柔性PCB：柔性PCB制作过程410可以包括以下步骤。在步骤412中，可由在每一侧都具有铜层的覆铜聚酰亚胺板来制作柔性PCB。可以将覆铜聚酰亚胺板预切割成如在例如图3、图8A或图9A中所示出的所期望的形状(或者在裸片附接之后)。在步骤414中，可以通过在聚酰亚胺中钻孔(例如，冲压、机械钻孔或激光钻孔)并且之后使用导电材料来对这些孔进行镀层和填充从而形成过孔(在聚酰亚胺板的相对侧之间提供电连接的通孔)。可以在步骤416中通过激光直接写或光刻并且在步骤418中通过蚀刻掉不想要的铜来形成铜迹线。在一些实施例中，可以在形成过孔之前形成迹线。柔性PCB的示例性说明和设计规则概括在表2中，该表包括了非限制性示例性考虑。

表2.柔性PCB的说明和设计规则

还可以利用其他柔性PCB选项，如但不限于含有铜的PET、含有蚀刻铝的PET、以及含有印刷银膏的PET。可以对说明和设计规则进行修改，以容纳不同的配置。可以通过包括在聚酰亚胺或其他基础衬底上形成迹线的添加过程来形成迹线。

在示例中，可能不存在针对铜迹线的铜涂饰层。

裸片附接：在步骤420中，可以根据任何已知过程来附接裸片。在示例中，各向异性导电膏(ACP)，如但不限于Delo(德国温达DELO工业粘合剂(DELO Industrial Adhesives))或者任何其他导电膏(包括热固化膏或者包括NiAu粒子的其他膏状物)，可以用于进行裸片附接。裸片的大小可以是0.505mm X 0.72mm。在各种示例中，裸片厚度可以是50μm+/-10μm以及120μm+/-15μm。可替代地，可以使用导线键合或众所周知的倒装芯片处理来附接裸片。

转换：转换过程430接收具有附接裸片的柔性PCB并且将其转换为在顶部和底部具有一个或两个内衬的电子设备(在此示例中，纹身结构)。在步骤432中，可以将具有裸片的柔性PCB的底表面层压到粘合剂层或者粘合剂层和内衬(例如，在使用之前用于存储和用于保护粘合剂层)。在步骤434处，可以将粘合剂内衬或粘合剂层和内衬切割(例如，通过激光或裸片)成预定义形状。在步骤436中，可以将柔性PCB的顶表面层压到顶部密封剂层。在步骤440处，在层压之前，顶部密封剂层可以预印刷有图形和/或标记。可替代地，在层压之后，顶部密封剂层可以预印刷有图形和/或标记。可以通过最终切割(例如，通过激光或裸片)来形成最终设备形状，以便形成预定义的(例如，“纹身”或)其他形状。在采用片状的形式来制作该设备的情况下，可以对个别设备进行轻触割或者穿孔切割以使得能够成片地生产设备。还可以应用顶部内衬或保护层来保护顶部密封剂层并且促进处理。

一旦产品采用这种形式，就仍可以在板中或者在辊中使用单行纹身(如但不限于，应终端客户的要求)来形成其他最终形式。具有良好效果的非限制性示例性皮肤粘合剂是1密耳厚的具有剥离内衬的FLEXCON DERMAFLEX^TM H-566(马萨诸塞州伦道夫富力产业(Flexcon Industries))。在示例中，密封剂可以是小于1密耳厚的热塑性聚氨酯(TPU)。在任何示例中，图形印刷(例如，图像、符号、指示符和标记)可以放在TPU顶部密封剂上。

示例性电子设备制造测量

用于验证示例性电子设备的非限制性示例性测量如下。可以对柔性PCB进行开路和短路测试。在过程流程开发的初始阶段，可以在迹线的端子对之间测量总电阻，包括针对非铜金属迹线。还可以执行电感测量。这两种测试可以在具有预定的采样速率的采样基础上来进行。可以根据NFC裸片供应商提供的裸片地图来执行裸片附接程序。

在裸片附接之后，可以在采样的基础上进行NFC功能测试-采样率最初可以更高。一旦裸片附接过程产量稳定，就可以相应降低采样率。可以使用基于NFC芯片供应商提供的参考设计的NFC/RFID阅读器来建立NFC功能测试。功能测试可以是对每一个NFC芯片的唯一标识(UID)的读取。为了测量，可以改变、测量和记录阅读器平面与天线/NFC芯片平面之间的距离(“工作距离”)。

可以在转换过程期间和/或之后执行类似的NFC功能测试。测试设备可以与用于其他测量的设备相同。除了读出每个芯片的UID之外，可以每自定义规范地使用对每个芯片的某个自定义写入。可以使用相同的阅读器来执行写入步骤。对于读取步骤和写入步骤两者而言，通过使用具有大面积天线的阅读器，批量型过程是可能的。

示例性电子设备NFC/RFID芯片

在示例性电子设备产品中，可以使用符合ISO 14443类型A和NFC论坛类型2规格的NXP NTAG 213芯片(加利福尼亚圣何塞恩智浦半导体(NXP Semiconductors))。

在示例性电子设备中使用裸片。图5示出了NTAGTM 213裸片轮廓、在裸片上的I/O焊盘位置、以及裸片尺寸。在此示例中，在裸片上共存在4个I/O，并且LA和LB I/O用于连接到示例性电子设备配置中的天线。此外，在LA与LB之间不存在极性。

示例性电子设备天线设计

具有不同天线设计的两个非限制性示例性电子设备配置如下。按照迹线和过孔大小来绘制天线设计两者。可以基于绘图互换格式或者绘图交换格式(DXF)CAD文件和/或Gerber(开放2D双层矢量图像格式)文件来制作示例性天线设计。

在图2和图3中分别示出了非限制性示例性天线设计A和B。在两个设计中都存在6匝天线迹线。6个匝被分成两组，并且在组之间，在聚酰亚胺中存在狭缝(100μm)。每组迹线位于宽度为620μm的窄聚酰亚胺切口上。天桥式金属层在天线迹线的两端之间提供连接。NFC裸片位于将天线迹线连接至裸片上的两个天线I/O(LA和LB)的金属着陆焊盘上。

设计A与设计B之间的差异在于裸片放置。在设计A中，裸片被放置为朝向花形天线的中心，而在设计B中，裸片被放置在狭缝区域处的两组天线迹线之间。基于此处所描述的原理，许多其他电子设备配置也是有可能的。

示例性电子设备可靠性测量

可以在两种变化型式中执行对示例性电子设备的可靠性测量-一种变化型式是针对存储/运输，其中，“纹身”在两侧都具有内衬；并且另一种变化型式是针对实际穿戴，其中，移除了两个内衬，并且“纹身”被安装在皮肤(或者耦合至皮肤上的其他物体)上。

对于存储场景，可以测量以下这些可靠性参数，可以修改确切的条件：

·高温存储：120C(暂定)，持续1000小时

·温湿偏置：85C和95％相对湿度(RH)，持续1000小时

·湿度测试：25C和95％相对湿度(RH)，失效时间

·热循环：0℃到100℃，2循环/小时，失效性测试

·热冲击：-10℃到60℃，15个循环，2分钟停留时间和10秒转移，失效性测试

·运输测试：重复冲击、撞击和坠落、压缩、振动

·静电放电(ESD)和电磁干扰(EMI)

对于穿戴场景，可以测量以下可靠性参数，可以修改确切的条件：

·湿度测试：25℃和95％相对湿度(RH)，失效时间

·温湿偏置：85℃和95％相对湿度(RH)，持续1000小时

·盐雾测试

·浸水测试和耐水性测试

·防晒霜、DEET(防蚊液)和保湿乳液抵抗测试

·示例性机电测试

·弯折

·压痕

·伸展(单轴的和双轴的)

示例2：

此处概述了一般设计方法、考虑和规则。图6的天线设计被用作示例以便展示设计参数，提供并解释了其表式。

通常，这些是设计可以遵循的考虑和规则：

1.可以执行标准电气计算和/或模拟来找出功能性NFC RFID圆形天线的匝数和直径。

2.每个天线匝或者一个或多个天线匝的子集组可以位于其自己的单片化基础衬底上，除了一匝与下一匝相连接的部分。例如，如果共使用了8个天线匝，那么这8个匝可以位于八个单片化基础衬底上，所述基础衬底中的每个基础衬底稍宽于所述匝。或者，具有2个匝的子组可以位于其自己的单片化基础衬底上-如此等等。

3.所有天线匝应当是同心的，以便最小化匝(在其基础衬底上)的整体总宽度。每个转弯的整个环可以被分成多个弧段，每个弧段具有其自己的半径。例如，跨越角度α的弧段AB可以取半径R_AB，而跨越角度β的下一个弧段BC可以取不同的半径R_BC。就柔性和可伸展性而言，有益的是，对于相应转弯，具有比基础衬底的宽度(w)大得多的半径-也就是说，R>>w。

4.天线匝的整个环可由上一点中所描述的多个弧段组成。每一个弧具有其弧心，或者在环之外或者在环之内。对于这两种情况，R>>w考虑是令人期望的。

5.在所有弧段都具有在环之内的弧心的情况下，优选地，对于简单几何结构，每个弧所跨越的角度之和是360度。在弧的中心在环之内和之外两者的情况下，规则要复杂得多。

以下给出了在图6中所示出的示例的规则。

天线设计布局参数：2^α＝360/n，其中，n是瓣数；r1和r2是分别形成瓣的外弧和内弧的半径；内弧是半圆并且外弧是半圆加上每一侧上对应于角度α的两个弧；R是圆沿着瓣的外侧的半径，其中，R＝r1+(r1+r2)/sin(α)。

天线迹线参数：迹线宽度(w1)和间隔(s1)；狭缝(s2)-被留出来作为迹线组之间的切口狭缝的间隔；在基材上留出来用于对天线进行裸片切割的间隔(s3)；天线切口总宽度(w)为：w＝L*w1+(L-1)*s1+s2+2*s3，其中，L是天线线圈匝的数量。

总可用天线设计参数：n：瓣数；r1和r2：瓣半径；w1和s1：迹线宽度和间隔；t：迹线/金属厚度；s2和s3：被留出来用于裸片切割的间隔；L：天线线圈匝的数量。

可以设计并控制天线匝的每个弧段的机械应力阈值，所述机械应力阈值允许整个天线环(即，所有天线匝及其基础衬底)在遇到大于所设计的阈值的机械应力时物理地断开。在一个示例中，这可以是这样的场景：在将天线环从启动安全特征的皮肤中移除时，天线环断开。

至少一个弧段可以被设计成R<＝w，以便有意地充当在某个应力值-阈值处断开的弱点。在R＝w的示例中，阈值应力为S1，并且在R＝1/2w的另一个示例中，阈值应力为S2。尽管不存在根据R/w来概述应力阈值的简明分析解决方案。但是熟悉本领域的人应当能够推断用于特定设计和材料构造的这种曲线。可以如此设计多个段，以确保天线环在达到阈值的时候在至少一个段处断开。以图6中的设计为例，半径为r2的所有弧段为设计上的弱点。而且，由于所有天线匝是同心的，所以只要最外面的匝具有R/w为使得段在阈值上断开的段，在内匝中的所有相应段就应当在其半径小于R时全部断开。

可以用于天线匝的金属迹线的材料包括但不仅限于铜、铝、银、银膏、含有纳米颗粒的膏状物。

可以用于基础衬底的材料包括但不仅限于聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酯(PE)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)。

天线匝的总数和整个环的直径两者可由所期望的天线电气性能来确定，每个匝的迹线宽度以及因此相应基础衬底的宽度(w)具有用于容纳直径内的那些匝的上限。另一方面，可以相对自由地改变迹线厚度以便调整整个环的总AC电阻从而实现最优天线质量因子(Q)。

尽管在此已经描述和展示了各种发明实施例，但本领域技术人员将容易想到用于进行在此描述的功能和/或获得结果和/或一个或多个优点的各种其他部件和/或结构，并且这些变化和/或修改各自被视为在在此描述的发明实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易地了解到，在此描述的所有参数、尺寸、材料和配置均意图是示例，并且实际参数、尺寸、材料、和/或配置将取决于使用发明传授内容的一种或多种具体应用。本领域技术人员将认识到，或仅能够使用不超过常规实验来确定在此描述的特定发明实施例的许多等同例。因此，应当理解，前述实施例仅通过举例方式呈现，并且发明实施例可以与具体描述不同地来实施。本公开的发明实施例涉及在此描述的每个单独的特征件、系统、物品、材料、成套工具和/或方法。此外，如果此类特征件、系统、物品、材料、套件和/或方法并不相互冲突，两个或更多个此类特征件、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合均包括在本公开的发明范围内。

采用多种方式中的任何方式来实施本发明的上述实施例，包括通过在说明书中提供的实施方式。例如，一些实施例可以使用硬件、软件或它们的组合来实现。在实施例的任何方面至少部分以软件实现时，可以在任何适合的处理器或处理器集合上执行软件代码，无论是设置在单个装置或计算机中还是分布在多个装置/计算机之间。

此外，可以将在此描述的技术作为提供了至少一个示例的方法来体现。作为该方法的一部分执行的动作可以按照任何适合的方式进行排序。因此，可以构建以下实施例：其中，各个动作以与所示顺序不同的顺序执行，从而可以包括尽管在说明性实施例中作为顺次动作示出但却是同时执行一些动作。