柔性电子纤维加强复合材料制造技术

本公开描述了多层纤维加强电子复合材料，其包含至少一个导电层和至少一个层压层，所述层压层还包含至少一个加强层。在多种实施例中，所述导电层为连续金属层、蚀刻金属层、金属接地平面、金属电源平面或电子电路层。在多种实施例中，所述层压层包括提供纤维加强的单向带亚层与多种膜层的布置。本文的所述复合材料可用作柔性电路板、强化的柔性电子显示器以及需要柔性和强度的其它组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的夺叉引用 本申请要求于2013年3月13日提交的美国临时专利申请序列号为61/780, 829 和2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列号为61/784, 968的优先权，这些专利申 请全文以引用的方式并入本文中。
本公开整体涉及多层电子复合物，尤其涉及柔性电子纤维加强复合物及其制造方 法。
技术介绍
电子器件依赖于元件和特征部（诸如电路和迹线）的精确位置和尺寸公差，甚至 达到微米级，并存在规模甚至更小的趋势。当前的柔性电子技术基于低强度、低模量、未加 强的塑料膜，其具有高热膨胀系数（CTE)、低热导率和高吸湿性，伴有因水溶胀而缺乏尺寸 稳定性以及介电性质劣化的问题。此类塑料膜必须相对厚以执行适当的功能，并具有足够 的机械性质以提供具有低拉伸的衬底，从而实现尺寸稳定性和足够的强度及抗撕裂性以提 供足够的耐久性。高热膨胀系数（CTE)在相对小的温度变化下提供不良的尺寸稳定性，并 且低热导率由于耗散因功率消耗电路元件生成的热而导致出现高温。缺乏热稳定性连同低 水溶胀性质因而为衬底提供的尺寸稳定性不足以经受制造过程、热应变，并且不足以提供 需要尺寸稳定性才能实现最佳性能的电子元件的服务耐久性和稳定性。 最终结果是：在柔性衬底上的印刷电子部件的分辨率、耐久性和稳定性目前受限 于衬底的性质。理想的是，薄柔性衬底应当具有足够高的传热系数以控制热流的平面方向 性。衬底的热膨胀和非热机械变形可对电子电路产生不稳定性和损坏。防潮性对于防止电 子电路受到损坏并提供一致且最佳的介电性质可能是至关重要的，并且使光滑的表面易于 接受导电材料的印刷和/或沉积在形成电子结构中是期望的。 当前可用的薄膜衬底的不适当和不稳定性在由其形成的电子结构的准确度和尺 寸方面产生局限性。因此，需要能够用于柔性电子复合物的薄、柔、尺寸稳定的衬底。由于 分层复合构造的可取向性，特别是由单向工程纤维的取向层构成的复合物的可取向性，此 类复合物可使其机械和热膨胀性质被设计，以匹配或补充在它们之内或在它们表面上并入 的电子元件的性质。此外，可类似地针对热传递的应用专门均匀性或方向性来优化热传导 性质。复合衬底的薄度减小因柔性电子元件的弯曲和挠曲导致的应变，特别是在内表面和 外表面上。另外，复合物的多层构造使得可以将对应变敏感的电子元件靠近弯曲中性轴定 位，以使因弯曲或挠曲导致的变形最小化。
技术实现思路
在本公开的多种实施例中，柔性电子复合系统包含柔性电子复合材料，该材料包 含至少一个导电层和至少一个纤维加强层压层。导电层包括非蚀刻铜膜、蚀刻铜膜、铜接地 平面、铜电源平面、电子电路等。纤维加强层压层包括例如单向纤维加强带与多种膜层的层 压体。在多种实施例中，纤维加强层压层为非导电层。在其它实施例中，纤维加强层压层为 导电的，诸如因在纤维加强层内存在金属成分或其它导电材料，例如，树脂和/或纤维中的 碳纳米粒子。 在多种实施例中，根据本公开的柔性电子复合系统还可以包含另外的电子硬件和 /或软件，比如写有代码的计算机芯片、电池、LED显示器、广播器线圈、压敏开关等。此类系 统可包括最终可上市的电子产品或可以作为电子元件进一步并入需要电子器件的产品中， 比如具有RFID跟踪的托盘，或具有娱乐、安全或跟踪电子器件的衣物。在多种实施例中，柔 性电子复合系统包含并入需要电子方面的消费者、工业、机构或政府产品之中或之上的柔 性电子复合材料。 在多种实施例中，单向纤维加强层形成适于在其上蚀刻或印刷电子电路的薄而光 滑的衬底。在多种实施例中，根据本公开的复合材料提供适于在其上蚀刻或印刷电子电路 的光滑表面。 在多种实施例中，本公开的电子复合系统克服了电子衬底的许多现有缺陷，诸如 低热导率、高衬底重量、低衬底耐久性、热和非热膨胀及收缩的不稳定性和不均匀性、以及 衬底与电子元件的热膨胀性质之间的不匹配性、缺乏防潮性并导致介电稳定性不稳定、以 及缺乏用于印刷和沉积电子元件及导电材料的足够的光滑度。 在多种实施例中，本公开的多层柔性电子复合物可通过根据需要反复添加导电和 /或非导电层以产生多层复合物而制造。在多种实施例中，制造柔性电子复合材料的方法包 括：将加强层添加到导电层上；任选地固化该复合物；任选地蚀刻导电层；以及任选地在其 上添加另外的导电层和/或非导电层。【附图说明】 为了提供对本公开的进一步理解而包括在内的并且作为本说明书一部分而并入 且构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并与说明书一起起到阐释本公开原 理的作用，在附图中： 图1示出了根据本公开的复合材料的一个实施例的透视图； 图2示出了根据本公开的复合材料的一个实施例的透视图； 图3示出了根据本公开的复合材料的一个实施例的透视图； 图4示出了根据本公开的复合材料的一个实施例的透视图； 图5示出了根据本公开的复合材料的一个实施例的透视图；并且 图6示出了可用在根据本公开的多种复合材料中的电路层的一个实施例的前视 平面图。【具体实施方式】 以下描述仅针对多种示例性实施例，而无意以任何方式限制本公开的范围、适用 性或构造。更确切地，以下描述旨在提供用于实施多种实施例包括最佳模式的方便例证。如 将变得显而易见的是，可在不脱离本公开的原理的情况下，对这些实施例中所述的元件的 功能和布置作出多种改变。 如本文更详细地描述，本公开的多种实施例通常包括多层柔性电子复合物，其包 含至少一个导电层和至少一个纤维加强层压层。在多种实施例中，所述至少一个纤维加强 层压层包含定向对齐的单丝。在多种实施例中，至少一个纤维加强层压层包含任何数量的 单向带，此类带在它们之间具有任何相对取向的纤维方向。 表1提供了可用在本公开的各个部分中的术语和定义的词汇表。 表1 :术语和宙2的简要词：T表 如上面提到的，现在参考图1，示出了根据本公开的复合材料的一个实施例。图I 以透视图显示了根据本公开的多种实施例的柔性电子显微加强复合材料102的图解说明。 在多种实施例中，复合材料102可以为导电的或非导电的。复合材料102可由多个层构成。 在多种实施例中，复合材料102包含例如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或多个或 更多个层。例如，复合材料102可包含至少一个正面层401、至少一个背面层406和至少一 个加强层，诸如加强层402、加强层403、加强层404和加强层405,如图所示。在多种实施例 中，正面层401和/或背面层406之一或两者可用导电材料印刷，或者说是适于沉积导电材 料。 诸如正面层401和背面层406的膜层是由电子材料的典型材料制成的涂层或膜， 这些材料诸如为聚酰亚胺、PEN、Mylar、玻璃、非晶娃、石墨稀、有机或无机半导体等。替代性 优选膜包括金属化膜或薄金属层。其它替代性优选实施例包括此类膜的夹层。其它替代性 优选实施例省略此类膜。 图1中所示的诸如加强层402、403、404和405之类的加强层可包含一个或任何数 量的单向带（"unitape"）亚层。单向带为具有通过树脂涂布的稀疏散布平行单丝的纤维 加强层。在多种实施例中，树脂可以为可固化树脂或任何类型的非固化树脂。在多种实施例 中，每个具有平行纤维的unitape亚层固有地以专门的方向定向取向，以在该选定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其包含：a.至少一个导电层；和b.至少一个含有至少一个加强层的层压层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·约瑟夫·道恩斯，克里斯托弗·迈克尔·亚当斯，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL