關于智能穿戴設備天線包膠模的結構設計

朱華琴

【摘 ?要】智能可穿戴設備主要指的是一種便攜式的通信設備，可以直接穿在身上或者是作為掛飾等相關配件整合到用戶的衣物當中。當前，人們已經越來越重視智能穿戴設備的研究，逐步由原來的概念研究逐步向實體研究轉化，比如說智能手表、谷歌眼鏡、智能手環等逐步投入使用。智能手表屬于一種可以供人們佩戴的新型穿戴智能設備，這種設備可以和互聯網相連，在特殊條件下可以取代手機等設備的部分功能。由于當前智能設備的使用需求進一步增加，加強無線信號的接收發送具有非常重要的意義。本文重點對智能穿戴設備天線包膠模的結構進行研究和分析，以供參考。

【關鍵詞】智能穿戴設備;天線;包膠模結構設計

1 智能穿戴設備行業的概述

智能穿戴設備比手機等終端更可以更容易的融入人們的生活。智能穿戴設備能夠有效的采集、計算相關數據，并且向后臺服務器當中傳送，并且接受服務器的反饋，最終為人類提供相關的服務，可以有機的融入語音交互、顯示、振動，將社會生活和智能技術相結合。

當前的智能手表主要使用的是2G、3G的方式進行通信，高端設備融入了GPS、藍牙、WiFi的功能，不管是在人體做出的姿態，還是人體吸收、遮擋電磁波的情況，天線都需要具有較好的阻抗匹配性能，能夠提供全方位的方向性。在智能穿戴設備當中，體積相對較小，智能穿戴設備天線包膠模的結構設計需要具有較好的尺寸穩定性，線路精度高，適合的3d圓弧面，在當前應用前景越來越廣泛。

2 天線包膠模的相關概念

2.1 LDS天線的定義

LDS（Lase Direct Structuring）天線是德國LPKF公司開發的一種激光加工與電鍍工藝共同完成的3D-MID（Three-dimensional molded interconnect device）生產技術，主要是把一些普通的塑膠元件進行電氣互連，讓結構件具有防護和支撐的功能，與此同時可以和導體電路之間進行結合，形成天線的功能。簡而言之就是在注塑成型的塑料支架當中，通過激光技術進行三維電路的雕刻，接著進行電鍍，讓圖案形成三維金屬電路，這樣就可以讓塑料支架具有一定的電氣性能。

這種技術主要應用于汽車電子、手機天線、醫療助聽器等設備，在手機天線當中較為常用，通常可以將金屬片以塑膠熱熔的方式在手機背殼當中進行固定或者直接將其貼在手機背殼當中，LDS技術可以把天線通過激光雕刻的方式設計到手機外殼當中，不單單可以防止內部金屬的干擾，還可以讓手機的體積減小。

2.2 LDS天線工藝過程

LDS天線在設計和生產的過程中主要分為4個部分。首先是射出成型，在此過程中主要通過注塑機將一些特殊化學添加劑的專用熱塑性塑料進行注塑成型，其次需要進行激光活化，在此過程中通過激光光束進行活化，讓激光粉活化產生金屬核，這樣就會產生粗糙的表面，為后續金屬核的電鍍形成錨固點，第3步為電鍍在LDS生產的過程中是非常重要的一個部分，通過激光活化的乳膠表面進行化學鍍，可以產生5～8微米厚的金屬電路，這些電鍍材料主要有金屬鎳金屬銅，可以讓塑料具有一定的電特性。最后完成組裝，在組裝的過程中可以進行電路噴涂，具有較好的外觀效果。

2.3包膠模具的概念

包膠主要是一種二次注塑成型產品，通常由外包和主體兩個部分組成。在模具制造的過程中首先進行硬膠主體的制造，主體硬膠模具在設計的過程中依照正常設計程序，需要以硬膠成品為參照。在生產的過程中，首先將硬膠主體生產出來，接著在硬膠主體上放入外包模具當中，完成外包軟膠注塑生產工作。

3 智能手表LDS天線包膠模的結構設計

LDS天線包膠生產的過程中，出現的主要問題在于軟硬膠脫開以及走線斷裂，下面對這兩點進行具體分析。

3.1包膠力

在設備的研發試產過程中，軟膠邊緣容易出現脫開的情況，通過殼體邊緣的合理設計讓結構增強，可以有效的讓包膠力改善，在此過程中需要對抓膠結構進行合理的設計。

具體分析圖1可以發現，硬膠和軟膠之間的結合力相對較差，表帶和LDS天線前殼之間容易出現剝離。

對其原因進行分析，主要是表帶當中的材質和前殼原材料沒有很強的結合性，其次天線走線的過程中，金屬鍍層和軟件之間的結合力無法達到要求，與此同時表帶和前殼結合的結構設計過程中出現一定的缺陷，導致易剝離的問題。在解決的過程中，如圖二所示，前殼結構適當增加卡合槽，與此同時讓前殼硬膠和表帶軟膠的填充量增加，可以讓產品的結合性進一步增強。

3.2 LDS天線走線斷裂

通過顯微鏡進行觀察，發現走線斷裂的原因主要是兩點，一點為壓強，另外一個為溫度。溫度的問題主要可以提高一射的熱變形溫度的方法解決。其次，可以通過保護方式在LDS面上增加一定的耐溫保護層，這樣可以避免嵌件和形變等問題，而壓強的問題同樣可以有效的解決，首先可以讓澆口分散注塑壓力增加，其次可以加強模具的支撐，讓包膠壓力下出現的變形造成的走線斷裂問題有效解決。

如圖三所示天線斷裂的問題，主要原因是在天線進膠口的周圍注塑進膠的壓力較大。在此過程中沒有形成牢固的支撐而造成天線出現斷裂，如圖4所示，在模具上加大支撐，這樣可以讓天線斷裂的問題得到有效的改善，在后續設計的過程中需要防止天線靠近澆口，防止天線周圍模具懸空。

4 結論

隨著科學技術的進步，智能穿戴設備逐步開始發展，在整合了強大的功能后，依然需要保證具有良好的訊號質量，與此同時需要重視小型化，將產品體積大小縮到極限。在天線設計的過程中面臨著小尺寸以及多天線要求的挑戰，在設計的過程中，天線本身的大小仍存在其物理極限，一定要重視天線小型化和一體化的結合。本文重點對智能穿戴設備天線包膠結構設計進行分析，并且列舉了相關的實例，具體介紹一下LDS天線LDS天線包膠膜結構設計，有利于該技術的進一步推廣和使用。

參考文獻：

[1]封順天，可穿戴設備發展現狀及趨勢.中國電信股份公司北京研究院 北京，2015.

[2]宋博林，可穿戴設備的現狀和未來發展方向概述.武漢大學，2014.

（作者單位：上海歌爾聲學電子有限公司）