[发明专利]用于制造大尺寸电子器件阵列的基于剪纸设计的方法

说明书

提供了一种基于剪纸设计的制造方法和系统。该方法包括提供在初始状态下的用于安装电子器件的多个基板单元；提供至少一个连接器，所述至少一个连接器连接在初始状态下的多个基板单元中的相邻基板单元，其中该至少一个连接器包括由多个折痕限定的一个或多个可折叠区域和相互堆叠的n个可拉伸层；将连接器的一个或多个可折叠区域沿多个折痕折叠180°；以及翻转连接器的n个可拉伸层，并将n个可拉伸层展开为连接多个基板单元的一层平面预定图案。该制造方法和系统通过折叠和展开过程、将小面积的薄膜材料展开为大面积的网络。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月19日提交的美国临时申请序列号63/257,126的权益，该申请在此通过引用整体(包括任何表格、图或附图)并入本文。

背景技术

电子器件阵列在不同工业领域有着广泛的应用。例如在人体健康监测领域，智能坐垫、智能鞋垫和智能床垫等智能产品通常用来监测人体姿势、心率、就坐、运动和平躺时间，以提供健康建议。要实现这些监测功能，需要传感器阵列。例如，为了准确检测一个人的坐姿，需要在智能坐垫的坐位区域安装大约十个压力传感器，以实时监测压力分布。对于尺寸较大的智能床垫和智能地毯，需要甚至更多的传感器来实现智能功能。在结构健康监测领域，使用大规模的传感器阵列来检测结构的损坏位置、预测结构的剩余服务时间、或者为机械结构的维护提供建议以确保安全。例如，在对飞机表面进行无损检测时，超声波传感器阵列可以帮助快速定位损坏位置并检测损坏程度。对于大型设施，如飞机、桥梁或建筑物，在结构的关键部位设置振动传感器阵列以进行长期监测，有助于收集估计疲劳寿命以确保设施安全的负载历史。此外，大尺寸电子器件阵列通常用于大型显示设备，如安装在建筑物外墙上的显示屏幕。

目前有两种方法来制造电子器件阵列。第一种方法是使用柔性印刷电路(FPC)技术，来在制造过程中直接集成电子器件和电路，这是一种成熟的技术并且故障率低。然而，这种方法有几个问题。首先，阵列的尺寸受生产设备的最大允许面积的限制。第二，生产所需的基板材料的面积与阵列的面积一样大，但器件和导线所使用的面积只是整个面积的一小部分，并且其余的面积被浪费了。

第二种方法是在独立安装电子器件后用导线连接所有的电子器件。这种方法对于有少量器件的小型阵列有很大的优势。每个器件都可以独立维护或更换，通过改变导线的长度可以很容易地改变阵列的面积和器件的位置，而且生产和安装时不需要特殊设备。然而，对于大面积的密集阵列，这种方法大大增加了安装的难度和系统的重量，导致人为错误造成的故障概率很高。

此外，当电子器件的数量增加时，连接电路或导线的数量也相应地增加。由于电子器件是单独制造的分立元件，并且通过键合形成阵列网络，并且连接电路网络在安装电子元件的相邻节点之间提供物理连接，因此连接电路必须覆盖大的面积，并且制造这样的网络带来了一些挑战。例如，当采用导线或电缆来连接电子器件时，布线图案可能非常复杂，导致可靠性较差并且成本、重量和安装工作增加。这些问题的一个解决方案是在软片上制造连接电路网络，以获得高集成能力和高性能。然而，由于现有制造技术的能力限制，这种方法所覆盖的区域是有限的，并且柔性电路基板的大部分区域不能使用。

因此，缺乏以高效和低成本的方式制造大尺寸(large-format)电子器件阵列的方法。

发明内容

本领域仍然需要用于制造大尺寸电子器件阵列的方法和系统的改进的设计和技术。