本发明专利技术公开了一种在预应变弹性基板上进行柔性电子图案化的方法，包括如下步骤：(1)在水平方向上以一定应变率拉伸弹性基板；(2)计算在自然态下的所述弹性基板上各点在拉伸态下对应的坐标，得到在自然状态下构成预期规则图案的离散元器件之坐标在拉伸态下对应的坐标，以及自然状态下互联结构在拉伸态下对应的互联结构；(3)将离散元器件布置在所述拉伸态下对应的坐标上，将互联结构布置在拉伸态对应的互联结构上；(4)释放基板，即可获得均匀分布的柔性电子图案。本发明专利技术可完成离散元器件从拉伸态到自由态的坐标变换，不需要制备掩膜，且不需较高的视觉对准功能，工艺简单，成本较低，大大提高了柔性电子器件图案设计的灵活性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电子离散元器件和互联结构的布置方法，特别是一种在预拉伸的弹性基板上布置离散电子元器件和互联结构的方法，使得当基板释放预应变后电子元器件间能构成预期图形。
技术介绍
柔性电子是指在可弯曲/可伸缩的柔性基板上布置或嵌入电路，从而实现电子产品能承受较大的弯曲、拉伸、扭转变形。通常情况下，各种聚合物因良好的变形能力和较好的绝缘性而被选为柔性基底材料。而所布置或嵌入的电路可以是本身具有变形能力的柔性电路，也可以是传统的刚性电路。柔性电子尝试将人体皮肤、肌肉等进行仿生设计，使得电子产品在保持传统功能的同时具有可卷曲性和可伸缩性，从而带来了一个全新的应用领域，如柔性显示器、电子皮肤，伸缩传感器等。自1994年首次展示印刷的全聚合物晶体管以来，人们开始关注于在柔性衬底上的集成电子器件。柔性电子一般由离散电子元件和互联结构阵列构成，柔性电路要求电子元器件之间具有可拉伸和弯曲的互联，且该互联经过若干次循环变形后还能保持完好。Gray等人使用微加工的弯曲电线作为互联结构，它能够在保持导电性的同时承受高达的线应变。Mandlik等人在金属薄膜上生成裂纹，这些微裂纹通过平面扭曲和变形能够促进金属弹性变形。Lacour等人将互联导体放在施加预应变的衬底上，在撤除预应变之后，即能得到自然起伏的互联导体。目前有人研究用互联导体和弹性基板生成可控屈曲结构(即波纹结构)作为刚性元器件的互联层的方法，该方法原理简单，设计灵活，可控性强，可通过调整互联导体的材料参数、截面、尺寸等，实现平面内或平面外的各种屈曲。使用这种方法制作出来的产品具有确定的波纹形状和尺寸，可铺展在心脏、手指等各种复杂曲面上，且具有极高的拉伸、弯曲性能，在很多领域都有良好的应用，如微机电系统、薄膜计量、生物学和光学设备等(参考文献Hanqing Jiang et al，PNAS. 2007，104，15607)。上述结构的出现反应了人们对方便快速的制造具有良好的可拉伸性和电性能的互联结构的需求。但是上述研究都着力于各种互联结构，而并未考虑基板在大应变状态下不均勻变形对离散元器件和互联结构布置方案的影响。他们都是将均勻分布的离散元器件铺展在有预应变的基板上，因为基板单轴拉伸后有很大的非线性变形，故在自然状态下，离散元器件之间的分布不再均勻，无法形成预期图案。由于很多电子器件大多时间是处于自然状态下使用，因此自然状态下各元器件间均勻分布或形成一定规则图案更有利于提高器件的性能。为使得离散元件在自然状态下规则分布，可在自然状态下的弹性基底背部印上预期图案(每个离散元件代表一个点，图案由若干点组成)，之后拉伸基板，寻找预期图案变形后每个离散元件所在位置(即所对应点)，并按此位置布置离散元件。用此种方法布置的离散元件在基板释放预应变后能很有效的呈现出预期图案，精度较高，但此种方法也有其劣势，如需预先做好图案模板，然后再把图案转移到基板上，同时还需要通过视觉系统检测到图案的位置并进行对准，工艺复杂，成本昂贵，灵活性较低。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的将均勻分布的离散元器件铺展在有预应变的基板上，并沉积薄膜生成波纹结构作为互联层，而离散元器件在自然状态下分布不规的问题，进而提出了一种在预应变橡胶基板上进行柔性电子图案化的方法，通过插值计算离散元器件与互联结构自然态与拉伸态下的对应分布规律，并按此规律分布离散元器件在有预应变的基板上，最后释放基板的预应变，就能得到在自然态下呈现预期图案的电子器件。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是一种在可伸缩电子预应变基板上的离散元器件和互联结构的布置方法，具体是按照以下步骤实现的(1)以一定应变率ε拉伸弹性基板。(2)计算弹性基板上自然态下各点在拉伸态下对应的坐标，获得对应关系，从而得到自然状态下离散元器件间构成规则图案的坐标及互联结构分别在拉伸态下对应的坐标和互联结构。其中，步骤O)中，所述对应关系为权利要求1.一种在预应变弹性基板上进行柔性电子图案化的方法，用于使离散元件和互联结构在基板上呈预期图案分布，其特征在于，该方法包括如下步骤(1)在水平方向上以一定应变率拉伸弹性基板；(2)计算在自然态下的所述弹性基板上各点在拉伸态下对应的坐标，获得两种状态下各点的对应关系，从而得到在自然状态下构成预期规则图案的离散元器件之坐标在拉伸态下对应的坐标，以及自然状态下互联结构在拉伸态下对应的互联结构；(3)将离散元器件布置在所述拉伸态下对应的坐标上，将互联结构布置在拉伸态对应的互联结构上；(4)释放基板，即可获得均勻分布的柔性电子图案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤O)中，所述计算在自然态下的所述弹性基板上各点在拉伸态下对应的坐标的具体过程为(2. 1)以拉伸方向和垂直该拉伸方向的竖直方向分别为X轴和Y轴，在所述弹性基板平面上建立平面坐标系，获得弹性基板在拉伸态下的自由边曲线y = f(x)，其中弹性基板上沿拉伸方向的边为自由边，垂直于拉伸方向的边为固定边；(2.2)获得基板上垂直于拉伸方向的任一直线χ = \在拉伸态下对应的曲线3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述互联结构对应关系为自然态下两离散元件点的线段所对应在拉伸态下的曲线，形成所述得到互联结构的具体过程为自然态下，在任意两离散元件点所连成的线段上取若干等分点，分别计算得它们在拉伸态下的坐标，之后在拉伸态下按一定插值路线在各等分点间进行插值形成曲线，即为该两离散元件点的互联结构。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述插值为二次插值，具体插值公式为5.根据权利要求2-4之一所述的方法，其特征在于，所述步骤(2. 中，获得直线y = Yi拉伸态下对应的曲线的具体过程为首先，将处于拉伸状态下的基板两条固定边间的长度213沿水平方向均勻划分成m块， 划分线记为Hij，其中m为正整数，j = 1,2,3,…，m-1 ；然后，对于每一划分线Hlj,假定竖直方向两条自由边间的距离为Lj，寻找划分比例满足g = t的点Yi，其中212为固定边的长度；最后，将每一划分线上的点Ji依次连接起来，则可得到自然态下弹性基板上直线y =Yi经基板拉伸后的近似变形曲线。全文摘要本专利技术公开了一种在预应变弹性基板上进行柔性电子图案化的方法，包括如下步骤(1)在水平方向上以一定应变率拉伸弹性基板；(2)计算在自然态下的所述弹性基板上各点在拉伸态下对应的坐标，得到在自然状态下构成预期规则图案的离散元器件之坐标在拉伸态下对应的坐标，以及自然状态下互联结构在拉伸态下对应的互联结构；(3)将离散元器件布置在所述拉伸态下对应的坐标上，将互联结构布置在拉伸态对应的互联结构上；(4)释放基板，即可获得均匀分布的柔性电子图案。本专利技术可完成离散元器件从拉伸态到自由态的坐标变换，不需要制备掩膜，且不需较高的视觉对准功能，工艺简单，成本较低，大大提高了柔性电子器件图案设计的灵活性。文档编号H01L21/50GK102244015SQ20111016458公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日专利技术者尹周平, 段永青, 陈建魁, 黄永安 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种在预应变弹性基板上进行柔性电子图案化的方法，用于使离散元件和互联结构在基板上呈预期图案分布，其特征在于，该方法包括如下步骤：（１）在水平方向上以一定应变率拉伸弹性基板；（２）计算在自然态下的所述弹性基板上各点在拉伸态下对应的坐标，获得两种状态下各点的对应关系，从而得到在自然状态下构成预期规则图案的离散元器件之坐标在拉伸态下对应的坐标，以及自然状态下互联结构在拉伸态下对应的互联结构；（３）将离散元器件布置在所述拉伸态下对应的坐标上，将互联结构布置在拉伸态对应的互联结构上；（４）释放基板，即可获得均匀分布的柔性电子图案。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永安，尹周平，段永青，陈建魁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83
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