CN105073411A - 柔性电子纤维加强复合材料 - Google Patents

Abstract

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。

Description

柔性电子纤维加强复合材料

相关申请的交叉引用

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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：术语和定义的简要词汇表

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1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、非晶硅、石墨烯、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，以在该选定的方向上限制拉伸并提供强度。在多种实施例中，双方向unitape构造的特征可在于第一unitape亚层以基本上(+/-几度)0°取向而设置，并且第二unitape亚层以基本上90°取向而设置。以相同的方式，各种单方向构造、双方向组合、三方向组合、四方向组合和其它unitape组合可适用于形成具有所需的定向或非定向加强的层压体。例如，在多种实施例中，可将四层单向带亚层使其纤维以基本上0°/+45°/+90°/+135°的相对取向进行层压，以形成总体交叉影线式和多方向加强。

在多种实施例中，适于加强unitape亚层的纤维类型包括UHMWPE(商品名Spectra、Dyneema)、Vectran、芳纶、聚酯、尼龙和其它纤维。取决于二次加工工序的温度要求和其它考虑，可能有必要选择高熔融温度纤维，诸如Vectran而不是UHMWPE，其在290°F以上熔化。UHMWPE具有用于柔性电子器件的优点，包括高强度、高热导率和优异的抗挠曲疲劳性。

与相同重量的传统机织织物相比，unitape加强层明显更薄、更平、更强且更耐撕裂。通常，当需要更耐久的电路材料时，选择更厚的衬底膜。相反，对于类似的或甚至改良的性质，可以利用包含根据本公开的薄纤维加强unitape层的衬底。

在多种实施例中，本公开的复合材料内的加强层包含至少一个在其中具有单丝的单向带，所有此类单丝以预定的方向位于所述带内，其中此类单丝的直径小于约60微米，并且其中在一组邻近的强化单丝内各个单丝之间的间距在以下范围内：邻接的和/或堆叠的单丝之间的间隙距离直至单丝大直径的约300倍。在多种实施例中，邻接的和/或堆叠的单丝形成一个或多个单丝层厚的加强层，具体取决于复合材料设计的强度和模量考虑。在多种实施例中，邻接和/或堆叠的单丝产生有益的但并非本发明需要的基本上平坦的加强层。

在多种实施例中，图1中所示的诸如加强层402、403、404和405之类的加强层内的单丝是挤出的。在多种实施例中，加强层包含至少两个单向带，每一个在其中具有挤出的单丝，所有此类单丝以预定的方向位于所述带内，其中此类单丝的直径小于约60微米，并且其中在一组邻近的强化单丝内各个单丝之间的间距在以下范围内：邻接的和/或堆叠的单丝之间的间隙距离直至单丝大直径的约300倍。在多种实施例中，邻接的和/或堆叠的单丝形成一个或多个单丝层厚(堆叠的)的加强层为，具体取决于复合材料设计的强度和模量考虑。

在多种实施例中，此类至少两个单向带包括其中无单丝的较大区域，并且其中此类较大的区域包括含有无单丝的较小区域的层状覆盖物。此类较小区域可包括用户计划的布置，以便在层压复合材料的各区之间提供不同的柔性。在多种实施例中，复合材料可包含加强层压层，其中至少两个单向带中的第一个包含的单丝处于与至少两个单向带中的第二个不同的预定方向。

在多种实施例中，图1中所示的诸如加强层402、403、404和405的加强层包括一叠层单向带，其中此类至少两个单向带的不同预定方向的组合由用户进行选择，以实现具有计划的定向刚性/柔性的层压体性质。在多种实施例中，复合材料包含沿着周边接合部附接的多个层压区段，以便例如在电子器件的PCB中提供可弯曲的接合部。例如，复合材料可包含沿着周边接合部附接与至少一个非层压区段的至少一个层压区段。在多种实施例中，复合材料包含沿着区域接合部附接的多个层压区段。

在多种实施例中，复合材料包含沿着区域接合部与至少一个单向带区段附接的至少一个层压区段。此外，在多种实施例中，复合材料包含沿着区域接合部与至少一个单丝区段附接的至少一个层压区段。另外，在多种实施例中，复合材料还包含至少一个刚性元件。

现在参考图2，以图解方式在透视图中示出了复合材料102的一个实施例。复合材料102包含至少一个导电层，比如连续铜层414，其可随后由制造商、分制造商或最终用户进行蚀刻，或按原样留在复合材料102内。在多种实施例中，这种导电层可包含可进行掩蔽和蚀刻以形成电路的任何金属化材料，诸如铜。一个或多个层的电路元件还可以使用导电银或银、金、铜、锌、碳基或半导体或有机电活性油墨或聚合物采用诸如凹版、柔性版、网纹辊、丝网印刷、喷墨印刷技术之类的印刷方法进行印刷。这些油墨可使用UV、室温催化剂固化或热固化而固化。典型的导电可印刷材料为：用于在需要细线分辨率、高导电率和低接触电阻的应用中用于收集电流的光伏应用使用的DupontSolametPV412银基材料，在需要高电导率的天线和通用印刷电子器件的丝网印刷中的Dupont5064银，用于丝网印刷高度稳定的电极系统的Dupont5874银基材料和7105碳基材料，用于印刷导电轨迹的Dupont5069银和5067碳柔性版印刷和Dupont5064银丝网印刷配方。可使用用于自调节加热器应用的Dupont7282正温度系数(PTC)碳电阻器/银印刷柔性加热元件。也可以使用银、碳和锌基油墨的各种组合来制造印刷柔性电池。对于冷光和发光应用而言，可以使用用于丝网印刷的DuPontLuxprint电致发光聚合物。对于需要更耐久或稳定的电子迹线或元件的应用，可以印刷NovacentricsMetalon-JS系列银基喷墨打印用油墨，丝网、喷墨柔性版和凹版印刷用Metalon-ICI系列低氧化铜油墨，以及MetalonHPS系列丝网印刷应用银基油墨，并可干燥所得的印刷元件、烧结并使用NovacentrixPulseForge光子后加工进行退火。

在该所示的实施例中，复合材料102可通过使用一个导电层部分或多个导电层部分构造而成。

在多种实施例中，例如，可将诸如铜层414的导电层在连续或不连续的区段或部分以平坦的布置方式设置，压贴或粘贴在共同的相邻共平面层上。如图2中所示，复合材料102包含第一膜层412a、层压层410、第二膜层412b和铜层414。在该特定实施例中，层压层410夹在膜层412a与412b之间，但在多种其它实施例中，可能需要不同的层布置。在多种实施例中，诸如图2，层压层410包括多层结构(诸如图1中所示)，其包含正面层401、加强层402、加强层403、加强层404、加强层405和背面层406，其中每个加强层可包含任何数量和取向的单向带，每个单向带包含单丝。

在多种实施例中，复合材料102可用作在其上印刷电路的衬底。本文的复合材料102的各种实施例的机械和热尺寸稳定性允许可较为容易地进行加工。纤维类型和含量以及对表面膜的选择产生了低热膨胀的材料或热膨胀与特定的方法或应用相匹配的材料。

现在参见图3，以图解方式在透视图中示出了复合材料102的一个实施例。复合材料102包含蚀刻铜层420形式的导电电路层。蚀刻铜层420可包含描记电子电路设计的蚀刻。在多种实施例中，复合材料102由多个分层的部分构成，由此在膜衬底上进行电路的预加工，并且用户根据需求添加单向带加强层。在图3所示的实施例中，复合材料102包含膜层412a、层压层410、膜层412b、蚀刻铜层420和膜层412c。在多种其它实施例中，可能需要不同的导电和非导电层布置。在多种实施例中，膜层412a和/或膜层412c可适于在其上印刷或沉积金属材料。在多种实施例中，诸如图3，层压层410包括多层结构(诸如图1中所示)，其包含正面层401、加强层402、加强层403、加强层404、加强层405和背面层406，其中每个加强层可包含任何数量和取向的单向带，每个单向带包含单丝。

现在参考图4，以图解方式在透视图中示出了复合材料102的一个实施例。复合材料102包含另外的导电层，即，铜接地平面层430。在所示的实施例中，复合材料102包含膜层412a、铜接地平面层430、层压层410、膜层412b、蚀刻铜层420和膜层412c。在多种实施例中，导电层为非蚀刻金属层、蚀刻金属层、金属接地平面层、金属电源平面层或电子电路层中的任一者。在多种实施例中，诸如图4，层压层410包括多层结构(诸如图1中所示)，其包含正面层401、加强层402、加强层403、加强层404、加强层405和背面层406，其中每个加强层可包含任何数量和取向的单向带，并且其中每个单向带包含单丝。

在多种实施例中，铜接地平面层430可与蚀刻铜层420直接相邻且共平面设置，或根据需要被任何数量的居间膜层或其它非导电或导电层隔开。在多种实施例中，诸如铜接地平面层420的导电层可作为电源平面而不是接地平面工作。在多种实施例中，复合材料102可包含任何数量的蚀刻铜层420和任何数量的铜接地平面或电源平面层430，它们与任何数量的膜层、层压层或任何其它导电和/或非导电层以任何布置互混以产生多层PCB。

现在参考图5，以图解方式在透视图中示出了复合材料102的实施例。在复合材料102的制造中，可将电路添加到复合材料的多个层上，再返回到一个或多个层压步骤以产生多层柔性复合PCB。复合材料102包含膜层412a、铜接地平面或铜电源平面层430、层压层410、膜层412b、蚀刻铜层420、膜层412c、电路层416(下文参照图6更详细讨论)和膜层412d。在多种实施例中，诸如图5，层压层410包括多层结构(诸如图1中所示)，其包含正面层401、加强层402、加强层403、加强层404、加强层405和背面层406，其中每个加强层可包含任何数量和取向的单向带，并且其中每个单向带包含单丝。在多种实施例中，复合材料102可包含任何数量的蚀刻铜层420、任何数量的电路层416和任何数量的铜接地平面或电源平面层430，它们与任何数量的膜层、层压层或任何其它导电和/或非导电层以任何布置互混，以产生多层PCB。例如，在多种实施例中，电路层416可在复合材料102中作为最顶部的层出现。在多种其它实施例中，电路层416可作为复合材料102内的顶层之下的层出现，例如被单个保护膜层覆盖，结果各种显示器、天线和光伏元件仍可运行和/或透过保护膜保持可见。

现在参见图6，示出了电子电路层416的一个实施例的前视平面图。这种电路层或任何可想到的电路层的实施例均可用在本公开的复合材料内。如本文所用的，电路层意指装配的电子部件，这意味着与裸露的蚀刻电路设计(参见上文的元件420)不同。在该特定实施例中，电路层416包含显示器613、天线615、光伏元件617、印刷电路619和分立的传感器625，但在其它实施例中，任何其它元件部分和布置均在本公开的范围内。

根据本公开的复合材料的重量通常在约10g/m²与约150g/m²之间，比如在约12g/m²与约133g/m²之间。此外，根据本公开的复合材料的拉伸强度通常在约35lb/in(35,000psi)与约515lb/in(73,000psi)之间。在多种实施例中，复合材料表现出约3％的伸长失效和约1200lb/in(1,200,000psi)与17,000lb/in(2,400,000psi)之间的模量。在多种实施例中，根据本公开的复合材料的厚度通常为约0.001英寸至约0.007英寸。在多种实施例中，根据本公开的复合材料的纤维或丝线的堆叠范围从并排或堆叠的到约300纤维直径的中心与中心距离。

在多种实施例中，制造柔性复合材料的方法包括：通过向至少一个导电层添加至少一个加强层而形成多层复合物；以及任选地通过压力、真空和/或热来固化所述多层复合物。在多种实施例中，所述方法还包括蚀刻所述导电层的步骤。在多种实施例中，所述方法还包括在所述任选的固化之前或之后向所述多层复合物中添加另外的导电和/或非导电层。在多种实施例中，在所述任选的固化之前和/或之后将非导电膜层添加到多层复合物中，诸如在任何导电和/或非导电层之间，或作为在多层复合物的一个或两个外表面上的外部绝缘或保护层。

在多种实施例中，通过使堆叠的层通过一套加热的夹辊、加热的压机、加热的真空压机、加热的带式压机或通过将层的叠堆放入真空层压工具并将该叠堆暴露于热中，使用压力和温度将多层复合材料内的各层合并和固化在一起。可将真空层压工具用真空袋覆盖，通过施加以提供压力的真空而密封到层压工具上。此外，可将外部压力(诸如高压釜中可用的外部压力)用于制造本文的复合材料的各种实施例，并可用于提高施加在层上的压力。高压釜提供的压力和真空的组合产生平坦、薄且整合良好的材料。在适当的环境下，考虑到诸如设计偏好、用户偏好、市场偏好、成本、结构要求、可用的材料、技术进展等，任何其它可以想到的层压方法也是可以的。

根据本公开的复合材料具有至少一个或多个优于传统一体式电路衬底的以下优点：高强度与重量比和强度与厚度比，防撕裂(rip-stop)，低或匹配的热膨胀，定制的介电性质，以及在平面和横向、平面外的工程化定向，提供定制的应用专门热传递性质的热导率。另外，由于在工程纤维中热和应力优先沿着取向的聚合物链行进，因此可将纤维加强类型、量和取向用于控制和定制热流和定向强度。

本公开的复合材料的应用包括但不限于紧密组装的电子封装、在使用过程中需要挠曲的电气连接和替换较重的线束的电气连接。此类产品形式包括柔性显示器、柔性太阳能电池和柔性天线等。

系统实施例包括但不限于：

单层实施例：一种复合材料，其包含至少一个可通过用户蚀刻的导电层，诸如连续铜层；

多层实施例：在膜衬底上预加工的电路，由此制造商、分制造商或用户添加unitape加强层和膜层；

逐层加工的实施例：将电路添加到单层材料上，然后返回到一个或多个层压步骤以产生多层柔性复合物。

根据本公开的复合材料可表现出一个或多个以下性质：

强度；

低拉伸；

可工程化以匹配所需的设计的强度性质；

密切匹配用在电子器件中的许多材料、新出现的技术和纳米技术的低CTE；

如下热膨胀，其可以为各向同性的以实现均匀、可预测和应变匹配的热膨胀。这样的性质使得小、精密标度的电路和电子元件被制成是以高分辨率的精密公差，并在宽温度变化内维持相对于彼此的该空间取向，因而电路元件将在所有方向和平面中维持设计性能公差；和/或

高各向同性或工程化各向异性面内模量，以提供较低的因机械负荷产生的面内机械拉伸，这使得机械性质类似于上述CTE均匀性。低拉伸意味着电路元件不改变尺寸，和/或特征部之间的距离不因负荷而改变。由高模量和工程化定向性质提供的尺寸稳定性改善电子元件和装置的分辨率和对准，这使得能够实现更小的电路设计以及并入更小更紧凑的晶体管、装置或电路元件，从而使得能够实现柔性电子器件的更高密度的电子设计和集成。由于电路的性能和可靠性取决于装置内的电极或元件之间的横向距离的特殊分辨率，在挠曲、弯曲或热循环下保持那些分辨率的能力以及在不同的电路或装置形式或层之间的叠加准确度和对准，因此在机械负荷、因弯曲或热应变而导致的挠曲下低拉伸、尺寸稳定的衬底将改善性能和装置稳定性。对于柔性显示器而言，尺寸稳定性改善图象分辨率和清晰度。低拉伸加强使得能够使用这样的聚合物材料：其具有优异的环境稳定性和耐降解性、优异的介电性质稳定性、氧和水分阻隔性或对水分或氧暴露的敏感性、耐紫外光暴露降解性或其它所需的性质，但具有阻碍将它们用作一体式、未加强衬底的不足的机械性质。包括这些方面的能力解决了用于柔性电子应用的现有衬底中存在的环境稳定性、使用寿命和耐久性/可靠性方面的主要局限性。

薄衬底形状系数改善装置的柔性，并使得能够实现更小的弯曲半径以实现最佳的柔性、可弯曲性和可轧制性，同时维持在操作上可靠的柔性电子元件。在电路、装置或元件上的弯曲应变与电路、装置或元件离中性轴的距离成比例，并且柔性衬底越薄，与中性轴的距离越小。在多种实施例中，根据本公开的复合材料具有一定的总体薄度，并适于电路、装置或其它元件在中性轴附近的位置，以使得因曲率、扭曲、弯曲或起皱而导致的应变和变形得到最大程度的降低。因此，在本公开的复合材料上的电路、装置或元件的使用寿命在多种实施例中得到提升。以上布置可使得能够将高分辨率电子装置、元件、电路、天线、RF装置和LED并到本文所公开的复合材料中或复合材料上。

本公开的复合材料的结构特征使电路的特征稳定化，因而因反复的热循环和负荷/振动循环而在电路中存在的元件疲劳和解散最小。在许多电子元件之间不受控的CTE失配在元件与衬底之间产生大的界面应力，这导致衬底上的元件损坏和破碎，从而使装置失效。

根据本公开的复合材料可由薄的均质、均匀的unitape制成，这些unitape可产生光滑的均匀层压体，所述层压体也为薄、光滑的且在性质及厚度上较为均匀。以上布置是由于单丝在各个unitape层内的均匀分布。Unitape可以按铺设角取向，以使得层压体可在所有方向具有均匀的性质，或可对性质进行定制以匹配装置、电路或其它要求。

产生具有单向层取向和平坦、光滑表面的均质、低拉伸、低CTE复合材料的能力，使得可以实现精确制造、沉积、印刷、激光烧蚀、显微机械加工、蚀刻、掺杂、气相沉积、涂布、3D打印、施加各种材料的多个薄层以及需要平坦或均匀材料的多种多样的其它共同过程。

本公开的复合材料的应用包括但不限于：具有集成天线和传感器的衣物；雷达和天线的共形应用；EMI、RF和静电保护；具有集成的太阳能电池、嵌入层压体中的导线和板载的平面储能装置的结构膜；用于封装跟踪的低成本集成RFID系统；柔性电路板；强化的柔性显示器；和柔性灯以及其他应用。

在多种实施例中，导电或非导电添加剂可包含在unitape层的粘合剂/树脂中，以改变复合材料的静电放电(ESD)或介电(DE)性质。在多种实施例中，可以使用阻燃粘合剂或聚合物，或可将阻燃剂添加到原本易燃的基体或膜中以改善阻燃性。

阻燃或自灭基体树脂，或层压或粘结粘合剂诸如Lubrizol88111，可独立使用或与阻燃添加剂相结合而使用。阻燃添加剂的实例包括：DOWD.E.R.593溴化树脂、DOWCorning3阻燃树脂和具有三氧化锑的聚氨酯树脂(诸如得自PDMNeptecltd.的EMC-85/10A)，但其它阻燃添加剂也可以是合适的。可用于改善阻燃性的阻燃添加剂包括FyrolFR-2、FyrolHF-4、FyrolPNX、Fyrol6和SaFRon7700，但其它添加剂也可以是合适的。阻燃或自灭特征也可通过以下方式添加到unitape层内的纤维上：使用阻燃纤维诸如Nomex或Kevlar、陶瓷或金属线丝线，在纤维制造过程期间直接向纤维配方中添加阻燃化合物，或通过将纤维用掺有上列阻燃化合物或其他适当的阻燃化合物的上浆聚合物或粘合剂涂布。用在层压体中的任何机织材料或稀松布材料(scrimmaterial)可由供应商进行阻燃性预处理，或在制造过程期间涂布和注入阻燃化合物。

在多种实施例中，可赋予或并入本公开的复合材料的其它特征包括但不限于：导电聚合物膜；集成薄柔性玻璃的能力；纤维的纳米涂层；将纳米材料集成到膜和基体中；集成EMI、RF和静电保护；封装以将电子装置的功能直接集成到封装中；与许多电路概念相似的分层构造，因而它们容易且有效地集成到柔性形式中；电阻；用于热管理和热耗散的热导率；光纤；以及使用多层结构的储能。

在替代性实施例中，可将丝线在加工成unitape前进行涂布以增加功能，诸如热传导、电容等。

在多种其它实施例中，可将金属和介电层包含在复合物内以增加功能，诸如太阳能电池的反射或用于储能的电容。

对本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以在本公开中作出多种修改和变型。因此，本公开旨在涵盖本公开的修改和变型，前提是这些修改和变型落在所附权利要求书及其等同物的范围内。

同样，在前文的描述中陈述了许多特征和优点，包括多种替代方案以及装置和/或方法的结构和功能的细节。本公开仅用于说明性意图，并因此并非旨在为穷举性的。对本领域的技术人员将显而易见的是，可以在本公开的原理内作出多种修改，特别是在零件的结构、材料、元件、部件、形状、大小和布置方面，所述修改的最大程度由表述所附权利要求书的术语的广泛、一般含义来指示。在这些多种修改不偏离所附权利要求书的精神和范围的情况下，它们旨在涵盖于所附权利要求书内。

Claims (13)

1.一种复合材料，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。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述导电层为非蚀刻金属层、蚀刻金属层、金属接地平面层、金属电源平面层或电子电路层中的任一者。

3.根据权利要求2所述的复合材料，其中所述导电层为蚀刻金属层，所述蚀刻金属描记电路设计。

4.根据权利要求1所述的复合材料，还包含至少一个膜层。

5.根据权利要求4所述的复合材料，其中所述至少一个加强层夹在两个所述膜层之间。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述加强层包含至少一个单向带亚层。

7.根据权利要求6所述的复合材料，其中所述单向带亚层包含涂有树脂的稀疏散布平行单丝。

8.根据权利要求7所述的复合物，其中所述单丝的直径小于约60微米，并且其中在一组邻近的强化单丝内各个单丝之间的间距在以下范围内：邻接的和/或堆叠的单丝之间的间隙距离直至所述单丝主直径的约300倍。

9.根据权利要求7所述的复合材料，其中所述至少一个单向带亚层的总数为四个，它们的单丝以基本上0°/+45°/+90°/+135°的相对取向进行布置。

10.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料为柔性、多层电路板。

11.一种柔性电子复合系统，其包含并入消费者、工业、机构或政府产品之中或之上的至少一种根据权利要求1所述的复合材料。

12.一种柔性电子复合系统，其包含：

至少一种根据权利要求1所述的复合材料；和

硬件和/或软件。

13.一种制造柔性电子复合材料的方法，其包括：

通过将至少一个加强层添加到导电层上而产生多层复合物；

任选地蚀刻所述导电层；

任选地将另外的导电和/或非导电层添加到所述多层复合物中和/或多层复合物上；以及

任选地固化所述多层复合物。