具有大拉伸性的一体化柔性基底与柔性电路及其制造方法技术

本发明专利技术公开了具有大拉伸性的一体化柔性基底与柔性电路及其制造方法，属于柔性电子技术领域。通过制备由多种具有不同弹性模量的材料组成的一体化柔性基底，然后将刚性元件置于高弹性模量区域的基底上，将柔性元件置于低弹性模量区域的基底上，再对其封装，得到柔性电路。本发明专利技术可以达到应变隔离的效果，满足对刚性元件保护的要求，提高了整体器件的稳定性和可靠性，实现柔性电路的柔性和拉伸性。

【技术实现步骤摘要】
具有大拉伸性的一体化柔性基底与柔性电路及其制造方法
本专利技术涉及一种具有大拉伸性的一体化柔性基底与相应柔性电路及其制造方法，属于柔性电子

技术介绍
柔性电子技术是一种新兴电子技术，利用这种技术，可以将电子器件制作在柔性的基底上，实现便携、弯折和拉伸等性能，有望被广泛应用于信息和医疗等领域。现阶段，单个柔性电子元件的制备和性能提高已经得到了快速的发展，而集成了刚性元件和柔性元件的柔性电路在系统层面的整体性能却一直没有得到很好的提升，这大大限制了柔性电子技术应用的进一步发展。从柔性电路的研究来看，最为常见的策略是通过应变隔离策略对刚性元件进行保护，来满足集成了刚性元件的柔性电路在拉伸性和稳定性方面的要求。尽管应变隔离是一个有效的策略，但在采取可以达到应变隔离效果的方法时，除了需要保护刚性元件，还需要兼顾到操作的工艺复杂度和整体的拉伸稳定性，并且不能带来新的问题隐患。现有技术1(Science2014,344,70)公开了一种应用岛桥结构和液体封装的方法，可以实现整体柔性电子系统的封装。岛桥结构确保了刚性元件的可靠性，并结合液体封装的方法，赋予了整体电路较好的弯折和拉伸性能。但正是由于使用了液体，在实际情况中不仅仅增加了工艺难度，还会存在液体泄漏和挥发的问题。现有技术2(AppliedPhysicsLetters2013,102,131904)公开了一种应用嵌入刚性基板的方法，来实现应变隔离。通过这样的方法，虽然柔性基底的拉伸不会对刚性基板上的元件造成破坏，但是柔性基底与刚性基板之间没有形成牢固的连接，导致柔性基底容易与内嵌的刚性基板脱离，从而使得整个器件发生意外形变而失效。现有技术3(CN108682665B)公开了一种应用改性衬底的方法来隔离柔性电路拉伸所引入的应变，以提高柔性电路的可靠性。所制造的柔性电路的改性后的基底为一体结构，且改性后的基底中未改性区域的弹性模量小于改性区域的弹性模量，从而实现应变隔离。上述方法由于采用改性膜的方法对基底进行改性，其制造精度会受到限制。而且，通过改性方法得到的改性基底只有两种不同弹性模量的区域，缺乏扩展性，不利于更加丰富的应用。因此，目前在柔性电路的系统层面的制造方法和性能上，仍然存在工艺复杂度高、整体拉伸性和可靠性差的问题。因而，开发一种工艺更简单、器件拉伸性好、可靠性高的柔性电路制造方法显得尤为必要。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种具有大拉伸性的一体化柔性基底与相应柔性电路，以及柔性电路的制造方法，通过优化制造工艺制备出由不同材料组合而成的一体化柔性基底，并在此基础上制备相应柔性电路，提高了整体柔性电路的可靠性和拉伸性。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。具有大拉伸性的一体化柔性基底，所述基底由两种以上具有不同弹性模量的柔性材料组合而成，弹性模量较高的柔性材料形成的区域承载刚性电子元件，弹性模量较低的柔性材料形成的区域承载柔性电子元件。本专利技术提供的一体化柔性基底可以承载各种电子元件，并能够在经受整体拉伸变形时对刚性电子元件进行保护，解决柔性电路中刚性电子元件与柔性电子元件的兼容性问题，实现整体柔性电路的拉伸性和稳定性。在一些具体实施方案中，弹性模量较高的柔性材料与弹性模量较低的柔性材料的弹性模量差异为5倍以上。在一些具体实施方案中，所述基底由硅胶或聚氨酯弹性体组合而成。在一些具体实施方案中，所述基底的高弹性模量材料为PDMS，低弹性模量材料为Ecoflex。在一些具体实施方案中，所述基底由两种以上具有不同弹性模量的柔性材料在长度、宽度、高度中的一个或多个维度拼接组合而成。在一些具体实施方案中，具有不同弹性模量的柔性材料通过化学方法、物理方法中的一种或多种连接固定，优选通过化学方法连接固定。在一些具体实施方案中，所述基底通过增材制造、印刷、浇筑中的一种或多种方法实现图形化制备后固化而成，优选通过增材制造实现图形化制备后固化而成。具有大拉伸性的一体化柔性电路，包括元件层和封装层，元件层由本专利技术提供的一体化柔性基底承载电子元件形成。在一些具体实施方案中，所述元件层由单层元件与绝缘层一并组成或多层元件与绝缘层一并组成。在一些具体实施方案中，所述封装层由一种聚合物构成，或者由多种聚合物拼接组合而成。上述一体化柔性电路的制造方法，包括如下步骤：(1)配置两种以上具有不同弹性模量的聚合物溶液；(2)将配置好的聚合物溶液依次图形化并固化，得到一体化柔性基底；(3)将刚性电子元件置于基底较高弹性模量区域，将柔性电子元件置于基底较低弹性模量区域，完成元件层的制备；(4)在元件层上层图形化制备一层封装层。在一些具体实施方案中，步骤(2)所述图形化通过增材制造、印刷、浇筑中的一种或多种方法实现，所述固化通过溶剂挥发、热固化、紫外固化中的一种或多种方法实现。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：1)多种不同弹性模量的材料组成的柔性基底，在为保护刚性元件提供应变隔离的同时，维持了整体柔性电路的柔性和拉伸性；2)一体化制造和一体化结构的基底，提高了整体器件的稳定性和可靠性；3)简易快速的工艺方案，提高了柔性电路制备效率的同时也确保了制造的精度。4)方法具有可扩展性，可适用不同柔性电路系统的封装需求。附图说明图1是本专利技术提供的具有大拉伸性的一体化柔性电路的制备方法的流程图。图2是本专利技术优选的增材制造实施方式中步骤S12的流程图。图3是本专利技术中使用导电银浆作为导线的具有单层元件的元件层的步骤S13的增材制造流程图。图4是本专利技术提供的具有大拉伸性的一体化柔性基底的示意图。附图标记：101-高弹性模量区域；102-低弹性模量区域。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。<第一实施方式>本专利技术的第一实施方式提供了一种具有大拉伸性的一体化柔性基底，所述基底由具有不同弹性模量的材料组合而成，具有一体化结构。本专利技术对柔性基底中所使用的材料种类和材料数量没有特别限制，只要是材料成型前为液态，可以实现固化成型并能相互之间拼接组合在一起即可。不受限制的，本专利技术中的柔性基底所使用的材料典型地可以为包括硅胶和聚氨酯弹性体在内的柔性材料。不受限制的，本专利技术中的柔性基底所使用的材料数量为两种或两种以上，典型地可以为两种。在柔性基底整体受到拉伸时，只需要两种在弹性模量上具有差异的材料即可同时实现柔性基底的拉伸性和可靠性。高弹性模量的区域基本不发生形变，因而提供了应变隔离，负责保护刚性元件；而低弹性模量的区域承载了绝大部分形变，提供优异的拉伸性能。本专利技术对柔性基底中所使用的不同材料的弹性模量和弹性模量上的差异程度没有限制。通常，可以以100kPa为分界线，100kPa以下为低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有大拉伸性的一体化柔性基底，其特征在于，所述基底由两种以上具有不同弹性模量的柔性材料组合而成，弹性模量较高的柔性材料形成的区域承载刚性电子元件，弹性模量较低的柔性材料形成的区域承载柔性电子元件。/n

【技术特征摘要】
1.具有大拉伸性的一体化柔性基底，其特征在于，所述基底由两种以上具有不同弹性模量的柔性材料组合而成，弹性模量较高的柔性材料形成的区域承载刚性电子元件，弹性模量较低的柔性材料形成的区域承载柔性电子元件。


2.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，弹性模量较高的柔性材料与弹性模量较低的柔性材料的弹性模量差异为5倍以上。


3.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，所述基底由硅胶或聚氨酯弹性体组合而成。


4.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，所述基底的高弹性模量材料为PDMS，低弹性模量材料为Ecoflex。


5.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，所述基底由两种以上具有不同弹性模量的柔性材料在长度、宽度、高度中的一个或多个维度拼接组合而成。


6.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，具有不同弹性模量的柔性材料通过化学方法、物理方法中的一种或多种连接固定。


7.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，具有不同弹性模量的柔性材料通过化学方法连接固定。


8.根据权利要求1所述的一体化柔性基底，其特征在于，所述基底通过增材制造、印刷、浇筑中的一种或多种方法实现图形化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冉，林荣赞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11