一种柔性射频线圈及其制备方法与流程

1.本发明属于射频电子技术领域，尤其涉及一种柔性射频线圈及其制备方法。


背景技术：

2.射频线圈在无线充电、通信天线、医疗等众多领域发挥了关键作用，而随着技术的不断发展，需求不断的更新，目前射频线圈的发展需求集中在柔性织物等可穿戴设备上，这就对射频线圈的柔韧性和贴附性提出了新的要求。
3.目前，射频线圈主要通过蚀刻覆铜板制作获得，基材主要以pi薄膜(聚酰亚胺)为主，例如fpc射频线圈，但这种线圈柔韧性差、pi基材的贴附性的舒适度不佳，并且其不具备拉伸性能，导致用户的整体穿戴体验较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种柔性射频线圈,以解决现有技术中柔性射频线圈的用户穿戴体验较差的问题。
5.在一些说明性实施例中，所述柔性射频线圈，包括：第一织布层、第一胶膜层、射频印刷层、第二胶膜层和第二织布层；所述第一胶膜层复合在所述第一织布层的表面，所述第二胶膜层复合在所述第二织布层的表面；所述射频印刷层封装于所述第一胶膜层和所述第二胶膜层之间；其中，所述射频印刷层包括不浸润液态金属的掩模及液态金属线圈，所述液态金属线圈形成在所述掩模中预留的线圈状的凹槽内。
6.在一些可选地实施例中，所述柔性射频线圈，还包括：介于所述第一胶膜层和所述第二胶膜层之间的一个或多个fpc连接件；其中，每个所述fpc连接件的第一端与所述液态金属线圈搭接，其第二端自所述第一织布层或第二织布层引出。
7.在一些可选地实施例中，所述fpc连接件的第二端自所述第一织布层和/或第二织布层引出，包括：所述第一织布层和/或第二织布层相对于所述fpc连接件的第二端的位置为开窗结构，并暴露所述fpc连接件的该端部。
8.在一些可选地实施例中，所述第一织布层和/或所述第二织布层相对于所述fpc连接件与液态金属线圈搭接的区域为不可拉伸的硬化区域。
9.在一些可选地实施例中，所述第一织布层和/或所述第二织布层为可拉伸程度在5％-15％的涤纶布。
10.在一些可选地实施例中，所述第一胶膜层和/或所述第二胶膜层为热塑性胶膜或压敏性胶膜。
11.在一些可选地实施例中，所述不浸润液态金属的掩模为由激光打印机打印形成的图案化的碳粉层。
12.在一些可选地实施例中，所述液态金属中至少混合有导电金属颗粒。
13.本发明的另一个目的在于提出一种柔性射频线圈的制作方法，以解决现有技术中工艺复杂、效率低、不利于环保等问题。
14.在一些说明性实施例中，所述柔性射频线圈的制作方法，包括：步骤1、获取由第一织布层和第一胶膜层构成的第一复合基材；步骤2、在所述第一复合基材的第一胶膜层的表面上形成不浸润液态金属的掩模；该掩模内形成有线圈状的凹槽；步骤3、将液态金属浆料印刷至所述掩模表面，使液态金属浆料填充于所述掩模的凹槽内，形成液态金属线圈；步骤4、获取由第二织布层和第二胶膜层构成的第二复合基材；步骤5、将所述第二复合基材的第二胶膜层一侧与所述第一复合基材的第一胶膜层一侧相对并复合。
15.在一些可选地实施例中，在步骤3和步骤4之间，还包括：步骤3.5、在所述液态金属线圈上搭接一个或多个fpc连接件，使液态金属线圈与所述fpc连接件的第一端搭接。
16.在一些可选地实施例中，在步骤4和步骤5之间，还包括：步骤4.5、在所述第二复合基材相对于所述fpc连接件的第二端的位置进行开窗处理，形成暴露所述fpc连接件的第二端的开窗结构。
17.与现有技术相比，本发明具有如下优势：
18.本发明实施例中的柔性射频线圈利用织布和胶膜复合，并封装液态金属，利用液态金属和织布的柔性特性，形成超柔性的柔性射频线圈，并且其织布表面提升了用户的穿戴舒适感，提升了用户体验。
附图说明
19.图1为本发明实施例中的柔性射频线圈的结构示意图；
20.图2为本发明实施例中的柔性射频线圈的层结构示意图；
21.图3为本发明实施例中的柔性射频线圈的工艺示意图；
22.图4为本发明实施例中的柔性射频线圈的结构示意图；
23.图5为本发明实施例中的柔性射频线圈的制作流程图；
24.图6为本发明实施例中的柔性射频线圈的制作流程图。
具体实施方式
25.以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。
27.本发明实施例中公开了一种柔性射频线圈，具体地，如图1-3所示，图1为本发明实施例中的柔性射频线圈的结构示意图，图2为本发明实施例中的柔性射频线圈的层结构示意图，图3为本发明实施例中的柔性射频线圈的工艺示意图。该柔性射频线圈100，包括：第一织布层1、第一胶膜层2、射频印刷层3、第二胶膜层4和第二织布层5；所述第一胶膜层2复
合在所述第一织布层1的表面，所述第二胶膜层4复合在所述第二织布层4的表面；所述射频印刷层3封装于所述第一胶膜层2和所述第二胶膜层4之间；其中，所述射频印刷层3包括不浸润液态金属的掩模31及液态金属线圈32，所述液态金属线圈32形成在所述掩模31中预留的线圈状的凹槽33内。
28.本发明实施例中的柔性射频线圈利用织布和胶膜复合，并封装液态金属，利用液态金属和织布的柔性特性，形成超柔性的柔性射频线圈，并且其织布表面提升了用户的穿戴舒适感，提升了用户体验。
29.本发明实施例中的液态金属线圈32可以为圆形线圈、方形线圈、亦或者其它结构的线圈图案，其具体形状可根据其功能需求及使用环境进行设计。
30.本发明实施例中的液态金属为室温液态的低熔点金属，具体地，液态金属可选用熔点在30℃以下的低熔点金属的单质或合金，不限于镓单质、镓铟共晶合金、镓锡共晶合金、镓铟锡共晶合金、镓铟锡锌共晶合金等。
31.本发明实施例中的液态金属的成型方式不限于打印、熔覆、喷涂、印刷、浸渍等。
32.在一些实施例中，本发明实施例中的液态金属为混合有导电金属颗粒的液态金属浆料，该导电金属颗粒不限于金、银、铜、铝、银包铜等。本发明实施例中通过在液态金属中混入导电金属颗粒，一方面可以极大的降低液态金属的表面张力，提升其粘附性，满足上辊印刷、穿透丝网等需求，避免缩线缩球问题等，另一方面，可改善液态金属的导电性能，降低其阻抗。
33.优选地，本发明实施例中的液态金属浆料中导电金属颗粒的占液态金属浆料的总体质量比在4％-10％，该配比下的液态金属浆料呈粘稠状，调节了其中液态金属的表面张力，使其可以良好的满足印刷的指标要求，可附着在辊体上并进行涂布印刷、亦可满足丝网印刷的过网要求。
34.本发明实施例中的第一织布层1和/或第二织布层5可选用无纺布、尼龙、水洗棉、涤纶、氨纶及多种材料混纺的织布等。优选地，第一织布层1和第二织布层5选用涤氨混纺布；其中，织布层的纱支粗细在30-100d(单位：丹尼)之间。
35.本发明实施例中的织布在复合基材上的作用之一在于提供一定的结构强度，控制柔性基材的整体可拉伸程度，避免柔性可拉伸复合基材由于拉伸程度过大，导致成型后的柔性可拉伸电路的结构稳定性下降的问题，使柔性可拉伸复合基材的最大拉伸程度不足以影响后续液态金属线圈和电子器件的结构稳定性。
36.一般的织布的可拉伸程度不超过100％，远低于胶膜的可拉伸程度，通过将两者复合一体，可将柔性复合基材的可拉伸程度保持与织布的可拉伸程度基本一致，进而达到避免拉伸过度，保护液态金属线圈和电子器件稳定性的目的。
37.本发明实施例中的第一胶膜层2和/或第二胶膜层4可选用热塑性胶膜或压敏性胶膜，例如聚氨酯pu、热塑性聚氨酯tpu、热塑性硫化橡胶tpv、硅胶等。本发明实施例中的胶膜层，自身具有柔性可拉伸的性能，其与织布形成复合基材上的作用不限于降低/消除织布的孔隙、提高液态金属在胶膜上的附着力、使织布表面毛糙平整化、提升一定的拉伸恢复力中的一种或多种。
38.优选地，本发明实施例中的织布选用可拉伸程度不低于1％、且不高于30％的织布。通过选用该织布制作的柔性可拉伸复合基材具有稳定性高的效果，由其所制作的柔性
可拉伸电路的可以满足中低拉伸需求，并且使用寿命长，不易损坏。优选地，本发明实施例中的织布选用可拉伸程度不低于5％，且不高于15％的涤纶布，该布经过复合后结构稳定性强，并且其表面适于贴附皮肤，可提升用户的穿戴体验。
39.本发明实施例中的可拉伸程度是指在基材相较于正常舒张状态的可拉伸范围。
40.优选地，本发明实施例中的第一织布层的厚度范围：0.05-0.15mm；第二织布层的厚度范围：0.05-0.15mm；第一胶膜层的厚度范围：0.05-0.15mm；第二胶膜层的厚度范围：0.05-0.15mm；液态金属线圈的厚度范围：0.01-0.05mm；碳粉层的厚度范围：0-0.005mm。本发明实施例中的柔性射频线圈采用上述厚度的各层进行复合后，柔性射频线圈的整体厚度可在0.45-0.65mm，厚度极薄的同时，保证了结构稳定性，提升了用户穿戴体验和质量的可靠性。
41.本发明实施例中的不浸润液态金属的掩模31可为图案化的碳粉层，该图案化的碳粉层内包含线圈状的用以填充液态金属的凹槽，该碳粉层可通过传统的激光打印机实现图案化印制，无需其它中间掩模，工艺简单成熟，成本低，精度高。并且该碳粉层可根据用户需求选用不同颜色，以此提升用户的视觉感官体验。本发明的另一些实施例中，不浸润液态金属的掩模31亦可以采用其它不浸润液态金属的材质，不限于聚四氟乙烯、蜡等。
42.本发明实施例中的柔性射频线圈可应用于无线充电线圈、磁共振线圈、rfid天线、传统天线、nfc天线等。其中，针对于rfid天线，其可无需设置外接电极或设置一外接电极，而针对无线充电线圈、磁共振线圈、nfc天线等，则可设置2个或2个以上的外接电极。
43.如图4所示，因此，在一些可选地实施例中，所述柔性射频线圈，还包括：介于所述第一胶膜层2和所述第二胶膜层3之间的一个或多个fpc连接件6；其中，每个所述fpc连接件6的第一端与所述液态金属线圈32搭接，其第二端自所述第一织布层1或第二织布层5引出。
44.优选地，fpc连接件6可采用三层结构，即包括pi膜、导电线路、pi膜的结构，导电线路的两端分别暴露在pi膜外，作为fpc连接件6的第一端电极和第二端连接，用以连接液态金属线圈32及外部线路。导电线路的材质不限于铜、铝等导电金属。本发明实施例中通过利用fpc连接件作为连接液态金属线圈32与外部线路的中间件，避免了液态金属线圈32与外部线路的直接连接，降低了液态金属线圈32的可焊接需求，同时利用传统的fpc连接件与外部线路连接，提升了柔性射频线圈的结构稳定性和可靠性。
45.优选地，在一些可选地实施例中，所述fpc连接件6的第二端自所述第一织布层1和/或第二织布层5引出，包括：所述第一织布层1和/或第二织布层5相对于所述fpc连接件6的第二端的位置为开窗结构7，并暴露所述fpc连接件6的该端部。
46.优选地，在一些可选地实施例中，所述第一织布层1和/或所述第二织布层5相对于所述fpc连接件6与液态金属线圈32搭接的区域为不可拉伸的硬化区域8。本发明通过将fpc连接件6与液态金属线圈32搭接的区域设置成不可拉伸结构，避免液态金属线圈32与fpc连接件6的端部的摩擦、位移，加强了连接处的稳定性，避免断路，以及减缓液态金属由于摩擦导致的氧化问题。具体地，将fpc连接件6与液态金属线圈32搭接的区域设置成不可拉伸的硬化区域8的方式不限于在局部架设不可拉伸的加强片(例如pi膜、pet膜等)，亦或者直接在该区域内涂覆硬化胶，待硬化胶固化后形成该不可拉伸的硬化区域。优选地，本发明实施例中的硬化区域8通过硬化胶实现，该硬化胶可直接渗入织物层内，从而不会增加柔性射频线圈的整体厚度，并且由于其直接渗入织物层内，可与织物层形成稳定结合，不易起皮和剥
落。
47.本发明的另一个目的在于提出一种柔性射频线圈的制作方法，以解决现有技术中工艺复杂、效率低、不利于环保等问题。
48.如图5所示，图5为本发明实施例中柔性射频线圈的制作方法的流程图，该所述柔性射频线圈的制作方法，包括：
49.步骤s1、获取由第一织布层和第一胶膜层构成的第一复合基材；
50.步骤s2、在所述第一复合基材的第一胶膜层的表面上形成不浸润液态金属的掩模；该掩模内形成有线圈状的凹槽；
51.其中，步骤s2中不浸润液态金属的掩模可通过激光打印机直接打印图案化的碳粉层形成。
52.步骤s3、将液态金属浆料印刷至所述掩模表面，使液态金属浆料填充于所述掩模的凹槽内，形成液态金属线圈；
53.优选地，将液态金属浆料印刷至所述掩模表面，可通过整版涂布的方式，利用掩模和胶膜层对液态金属浆料的选择性，实现液态金属线圈的成型。
54.步骤s4、获取由第二织布层和第二胶膜层构成的第二复合基材；
55.步骤s5、将所述第二复合基材的第二胶膜层一侧与所述第一复合基材的第一胶膜层一侧相对并复合。
56.本发明实施例中的复合方式不限于压制、热压等。
57.如图6所示，在一些可选地实施例中，在步骤3和步骤4之间，还包括：步骤s3.5、在所述液态金属线圈上搭接一个或多个fpc连接件，使液态金属线圈与所述fpc连接件的第一端搭接。
58.在一些可选地实施例中，在步骤4和步骤5之间，还包括：步骤s4.5、在所述第二复合基材相对于所述fpc连接件的第二端的位置进行开窗处理，形成暴露所述fpc连接件的第二端的开窗结构。
59.在一些实施例中，在步骤s5之后，还包括：
60.步骤s6、在第一织布层和/或第二织布层相对于液态金属线圈与所述fpc连接件的搭接处涂覆硬化胶，待硬化胶固化后，在该位置处形成硬化区域。
61.本发明实施例中的柔性射频线圈的制作方法，具有工艺简单，效率高，精度高等优势，并且利用传统且成熟的激光打印机形成作为掩模的碳粉层，可以满足用户的个性化的线圈制作，提升工艺的普适性。
62.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。