CN106252236A - 可伸缩电路基板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可伸缩电路基板及其制作方法，更详细地，涉及一种具有超过柔性基板所具有的柔软性而能够拉伸的伸缩性，且在发生弯曲、扭曲等大的变形的情况下也能够保持机械及电学特性的可伸缩电路基板及其制作方法。根据本发明，能够提供一种可伸缩电路基板，通过镀覆在基板表面的金属图案上的液态金属的润湿现象，液态金属图案能够确保聚合物基板所具有的程度的伸缩性，因此，在发生弯曲、拉伸、扭曲等物理变形的情况下也能够同时实现机械及电学性能，由此具有能够实现可穿戴触觉式界面、可伸缩的太阳能电池阵列、可伸缩显示器及可穿戴电子装置等的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种可伸缩电路基板及其制作方法，更详细地，涉及一种具有超过柔性基板的柔软性的能够拉伸的伸缩性，并且，在发生较大变形时，如弯曲、扭曲等，也能够保持机械特性和电学特性的可伸缩电路基板及其制作方法。
背景技术
印刷电路基板(PCB)是印刷精细铜布线的板，其可插入半导体、电容器、电阻等各种部件，是将各部件之间相互连接的电子器件，起到减小电子设备的尺寸以及提高性能的作用。
印刷电路基板作为集成电路(IC)的载体，广泛用于基本上不弯曲的平面电子元件。但是，人体和自然具有柔和的曲线形状，因此不具有柔软性的印刷电路基板的应用会受到限制。
因此，为了将作为克服不弯曲的平面与柔和曲线间的不协调且用于集成不弯曲的平面与柔和曲线的新一代智能设备的可穿戴式设备实用化，积极开发了可弯曲且具有柔软性的柔性基板。
现有的制作柔性基板的方法是在具有柔软性的基板(substrate)表面蒸镀金属的方法。即，现有技术中，在如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅橡胶、丙烯酸橡胶等基板表面，以蒸汽状态蒸镀如金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)等金属，并在蒸镀的金属薄膜表面形成图案，由此制作柔性电路基板。
然而，这样制作的电路基板，虽然在弯曲变形的情况下能够表现出稳定的电学性质，但是在发生10％以上的拉伸变形时，金属图案层会从柔性基板表面剥离，导致导电性能下降。
因此，现有技术中，利用在聚合物中混合碳纳米管(CNT)、碳黑(CB)、石墨(graphite)等且赋予导电性的物质来形成电路图案，从而解决了金属层与可伸缩基板之间的剥离问题。然而，这样制作的可伸缩电路基板，虽然具有即使发生100％以上的拉伸变形的情况下也能够表现出稳定的电学性质的优点，但是存在导电性弱的问题。
近来，Wagner和Rogers等人已报道了基于波纹形状的弯曲的图案的各种可伸缩电子装置。实现可伸缩电子装置的所述可伸缩电子装置需要形成波纹形状的图案，因此需要复杂的制作工艺。
与此相关的现有技术有韩国公开专利第10-2010-0123755号(可展开和折叠的电子装置)、韩国公开专利第10-2014-0121325号(可伸缩电子电路及其制作方法)等。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种在发生弯曲、拉伸变形的情况下也能够保持机械及电学特性的可伸缩电路基板及其制作方法。
并且，本发明的目的在于提供一种制作工艺容易的可伸缩电路基板及其制作方法。
并且，本发明的目的在于提供一种容易进行图案化的可伸缩电路基板及其制作方法。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)在晶片表面形成第一聚合物层；(b)在第一聚合物层表面涂覆金属膜来形成图案；(c)在图案上镀覆液态金属；以及(d)去除晶片。此时，本发明的步骤(c)利用根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的液态金属的性质来进行镀覆。
优选地，在本发明的步骤(a)中，可在晶片表面镀覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)来形成第一聚合物层。
优选地，在本发明的步骤(b)中，可在第一聚合物层上涂覆金属，所述金属选自由金(Au)、铬(Cr)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、锌(Zn)、镍(Ni)、锡(Sn)、铁(Fe)以及它们的组合组成的群。
优选地，在本发明的步骤(c)中使用的液态金属可以是由镓、铟以及锡构成的镓铟锡合金。
优选地，本发明的步骤(c)可包括：利用酸(acid)溶液的蒸汽来还原液态金属的氧化膜去除步骤；以及在执行氧化膜去除步骤之后，将被还原的液态金属镀覆在图案上的步骤。其中，被还原的液态金属具有其在金属材料表面上的湿润性大于在聚合物上的湿润性的特征。
优选地，在本发明的氧化膜去除步骤中，可利用盐酸(HCL)、氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)及硫酸(H2SO4)中的任意一种溶液的蒸汽来还原液态金属。
优选地，在本发明的氧化膜去除步骤中，可利用具有15wt.％至40wt.％浓度范围的酸(acid)溶液的蒸汽来还原液态金属。
优选地，在本发明的步骤(c)中，在形成有图案的金属膜和未形成图案的聚合物表面，可将液滴(droplet)形状的液态金属选择性地滚压(rolling)在所需的区域中而进行镀覆。
优选地，在本发明的步骤(c)中，可将液态金属滚压5秒至30秒。
优选地，本发明的步骤(b)可包括：涂覆步骤，在第一聚合物层表面涂覆金属膜；以及图案形成步骤，在执行涂覆步骤之后，对金属膜进行蚀刻，形成阳刻的图案。
优选地，本发明的涂覆步骤可包括以下步骤：在第一聚合物层表面涂覆铬(Cr)而形成铬层；以及在铬层上涂覆金(Au)。
优选地，在执行本发明的步骤(c)之后，还可包括在涂覆的液态金属表面形成第二聚合物层的步骤。
并且，本发明的可伸缩电路基板的制作方法，其另一个特征在于，包括以下步骤：(a)在晶片表面上涂覆金属膜而形成图案；以及(b)在图案上镀覆根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的液态金属。
并且，本发明的可伸缩电路基板，其又一个特征在于，包括：聚合物基板；金属膜，涂覆在基板表面，以形成电路图图案；以及液态金属，其镀覆在金属膜表面，以使从外部施加的信号沿着图案通电。此时，液态金属可由镓铟锡合金(Galinstan)来提供。
(三)有益效果
根据本发明，镀覆有液态金属的金属图案可确保聚合物基板所具有的程度的伸缩性，由此具有在施加弯曲、拉伸、扭曲等物理变形的情况下也能够同时实现机械及电学性能的优点。
并且，本发明提供一种可伸缩电路基板的制作方法，该制作方法包括将根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的液态金属镀覆在金属图案上的工艺，从而具有只需通过简单的工艺能够制作具有伸缩性的电路基板的优点。
并且，本发明中，不仅聚合物基板，而且形成在基板表面的电路图形状的图案也具有伸缩性，不会因物理变形而被剥离和断裂，因此可适用于可穿戴触觉式界面、可伸缩的太阳能电池阵列、可伸缩显示器及可穿戴电子装置等。
并且，本发明具有能够在毫米/微米级的精细图案上，利用液态金属的选择性的湿润性来形成具有均匀的边缘部分的电路图案的优点。
附图说明
图1a表示本发明的实施例的可伸缩电路基板。
图1b表示本发明的实施例的可伸缩电路基板的拉伸的形态。
图2是示出本发明的实施例的可伸缩电路基板的制作方法的框图。
图3是表示本发明的实施例的可伸缩电路基板的制作工艺的概念图。
图4表示在金属及非金属表面被氧化的液态金属与被还原的液态金属之间的湿润性差异。
图5是根据本发明的实施例而形成的液态金属图案的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图6是表示根据使用于去除液态金属的氧化膜的酸溶液的浓度的液态金属图案的边缘部分的均匀性的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图7是表示根据在形成有金属图案的基板表面被还原的液态金属的滚压时间的液态金属图案的均匀性的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图8表示对根据本发明的实施例来制作的液态金属图案和包括该图案的可伸缩电路基板，施加弯曲、拉伸等变形时也能保持电路基板和电路图案的机械特性。
图9表示对包括根据本发明的实施例来制作的液态金属线(metalwire)的可伸缩电路基板，施加弯曲、拉伸等变形时也能保持电学特性。
图10表示包括根据本发明的实施例来制作的液态金属线的可伸缩电路基板具有电学自恢复特性。
图11表示对具备电阻器、电感器、电容器及发光二极管的本发明的可伸缩电路基板施加弯曲、扭曲、拉伸的变形也能保持电学特性。
图12表示对包括与低通滤波器连接的液态金属线的可伸缩电路基板施加弯曲、扭曲、拉伸的变形也能保持机械及电学特性。
附图说明标记
10：可伸缩电路基板
30：输入单元
50：发光二极管(LED)
60：电容器(capacitor)
70：电阻器(resistor)
80：电感器(inductor)
101：聚合物基板
103：第二聚合物层
105：金属膜
107：液态金属
具体实施方式
以下，参照附图中记载的内容对本发明进行详细的说明。本发明并不限定于例示的实施例。各图中相同的附图标记表示执行实质上相同的功能的部件。
通过下面的说明能够自然地理解或更加明确本发明的目的和效果，但是本发明的目的和效果并不限定于下面记载的目的和效果。
通过下面的详细说明更加明确本发明的目的、特征及优点。并且，在说明本发明时，如果认为有关本发明的公知技术的具体说明有可能混淆本发明的要旨，则省略其详细的说明。
图1是示出本发明的实施例的可伸缩电路基板10的形态。图1a表示连接有输入电源及输出元件的可伸缩电路基板，图1b表示可伸缩电路基板受到拉伸力的作用而拉伸的形态。
参照图1，可伸缩电路基板10通过从作为电源的输入单元30接收电流来通电并输出信号。在本实施例中，在可伸缩电路基板10上可包括作为确认输出的元件的发光二极管(LED)50。另外，在可伸缩电路基板10上还可包括作为驱动电路的附加部件的电子元件，如电容器(capacitor)60、电阻器(resistor)70、电感器(inductor)80等。
在本实施例中，可伸缩电路基板10可包括聚合物基板101、金属膜105、液态金属107以及镀覆在液态金属107表面的聚合物层103。
在本实施例中，基板101可由聚合物材料制成。金属膜105可以涂覆在聚合物基板101的表面，以形成电路图的图案。液态金属107镀覆在金属膜105的表面，以便通过输入单元30从外部施加的信号沿所述图案通电。
所述液态金属107可以是由镓、铟、锡组成的合金的镓铟锡合金(Galinstan)。镓铟锡合金是由68.5wt.％的镓(Ga)、21.5wt.％的铟(In)以及10wt.％的锡(Sn)组成的合金，具有低熔点(-19℃)、高沸点(1300℃)、高导电性(3.46×106Sm-1)、高导热性(16.5Wm-1K-1)以及极低的蒸汽压。
并且，镓铟锡合金具有在空气中容易被氧化而表面形成具有粘性的胶状氧化膜的特性。这种液态金属107的氧化膜可利用酸溶液的蒸汽来去除。
液态金属107可以是利用酸溶液的蒸汽来去除表面所生成的氧化膜的镓铟锡合金。已去除氧化膜的镓铟锡合金在金属材料表面的湿润性大于在聚合物材料表面的湿润性。
因镀覆在金属膜105表面的液态金属107，涂覆在聚合物基板101表面的电路图形状的图案也可确保聚合物基板101所具有的程度的伸缩性，因此，如图1b所示，本发明的可伸缩电路基板，在弯曲、扭曲、拉伸的变形下也能够保持机械性能和电学性能。
图2是示出本发明的实施例的可伸缩电路基板10的制作方法的框图。参照图2，可伸缩电路基板10的制作方法可包括第一聚合物层形成步骤(S10)、图案形成步骤(S30)、液态金属镀覆步骤(S50)以及晶片(wafer)去除步骤(S70)。
在第一聚合物层形成步骤(S10)中，在晶片(未示出)表面涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)可形成由聚合物基板构成的第一聚合物层101。具体地，在第一聚合物层形成步骤(S10)中，可通过将旋转涂布机(spin coater)以800rpm的旋转速度旋转30秒，在具有500nm厚度的氧化硅层的硅片(Si wafer)上涂覆PDMS。然后，在加热板上以80℃的温度对涂覆有PDMS的晶片进行90分钟的固化处理。
图案形成步骤(S30)可包括金属膜涂覆步骤(S301)和阳刻的图案形成步骤(S303)。
在金属膜涂覆步骤(S301)中，在第一聚合物层101表面涂覆金属膜。金属膜涂覆步骤(S301)可包括：在第一聚合物层表面涂覆铬(Cr)形成铬层的步骤；以及在铬层上涂覆金(Au)的步骤。
优选地，在金属膜涂覆步骤(S301)中，利用后述的金属镀覆步骤(S50)中使用的液态金属107中所包含的不会被酸蚀刻的金属来进行涂覆。液态金属107中所包含的不会被酸蚀刻的金属有利于制作具有均匀的边缘部分的金属图案。以本实施例为例，在金属膜涂覆步骤(S301)中使用的金属可以是金(Au)、铬(Cr)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、锌(Zn)、镍(Ni)、锡(Sn)、铁(Fe)以及这些金属的组合，更优选地，可以是金(Au)或金和铬(Au/Cr)的组合。
在形成铬层的步骤中，可使用电子束蒸镀机(electron beamevaporator)在第一聚合物层形成步骤(S10)中涂覆于晶片表面的PDMS上涂覆10nm厚度的铬(Cr)。
然后，在涂覆金的步骤中，可在涂覆有铬(Cr)的表面依次涂覆100nm的金(Au)。通过如上所述的方式来涂覆的金和铬(Au/Cr)层会起到用于以后镀覆液态金属107的籽晶层(seed layer)的作用。
图案形成步骤(S30)中的阳刻的图案形成步骤(S303)可通过一般的光刻(lithography)工艺来实现。即，对通过金属膜涂覆步骤(S301)在第一聚合物层表面涂覆的金属膜105进行蚀刻而形成阳刻的图案。
液态金属镀覆步骤(S50)可包括液态金属的氧化膜去除步骤(S501)和被还原的液态金属镀覆步骤(S503)。
液态金属是指像汞或熔化金属一样，由金属离子和自由电子生成的液体，其因活动的自由电子而具有良好的导电性质。根据罗伯特森(Robertson)的溶解-扩散模型(dissolution-diffusion model)得知，这种液态金属会诱导出在固体金属上具有20°以下的接触角的润湿现象。
然而，对于一部分液态金属，当其吸附在固体金属上时，可保持90°以上的大的接触角。以本实施例为例，表现出这种动态现象的液态金属107可以是镓铟锡合金(Geratherm Medical AG，Germany)，其由商业上可以利用的镓、铟、锡的合金(68.5％的Ga、21.5％的In、10％的Sn)来组成。
当吸附在固体金属上时保持90°以上的大的接触角是因镓铟锡合金107被氧化而在表面生成的氧化膜。镓铟锡合金107因氧化膜而在固体金属表面无法诱导润湿现象，表现出有粘性的胶状动态现象。被氧化的液态金属107表面所生成的氧化膜可通过液态金属的氧化膜去除步骤(S501)去除。
在氧化膜去除步骤(S501)中，可利用盐酸(HCl)、氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)以及硫酸(H2SO4)中的任意一种酸溶液的蒸汽来还原镓铟锡合金。
用于去除液态金属107表面的氧化膜的酸溶液的浓度非常重要。当酸溶液的浓度低时，形成在液态金属表面的氧化膜没有被全部去除，因此难以产生将用作籽晶图案层的金属图案完全润湿的润湿现象，相反，当酸溶液的浓度高时，金属图案被蚀刻，因此难以形成具有均匀的边缘部分的电路图案。
由此，在本实施例中，为了寻找有效去除用作液态金属的镓铟锡合金的氧化膜的最佳盐酸溶液的浓度，制备了37wt.％、25wt.％、16wt.％.的盐酸溶液，并将利用这些溶液去除氧化膜的镓铟锡合金分别在形成有金属图案的第一聚合物层上滚压5秒钟，然后利用扫描电子显微镜(SEM)对镀覆有所形成的液态金属的图案进行观察。
结果，如图6的(a)和(b)所示，能够得知将通过37wt.％及25wt.％的盐酸溶液去除氧化膜的镓铟锡合金进行滚压而形成的液态金属图案在金属层上产生强烈的氧化反应，从而损坏液态金属图案的边缘部分。相反，将利用16wt.％的盐酸溶液去除氧化膜的镓铟锡合金进行滚压而形成的液态金属图案可具有均匀的边缘。因而，在本实施例中，利用16wt.％的盐酸溶液去除镓铟锡合金表面所生成的氧化膜，并将通过上述过程还原的镓铟锡合金使用于形成液态金属图案。
在被还原的液态金属镀覆步骤(S503)中，在氧化膜去除步骤(S501)之后可将被还原的液态金属107镀覆在图案上。以本实施例为例，在被还原的液态金属镀覆步骤(S503)中，可将通过酸溶液的蒸汽还原的镓铟锡合金覆盖(covering)在图案形成步骤(S30)中形成有阳刻的金属图案的第一聚合物层表面，然后通过滚压将液态金属107镀覆在图案上。
如图4所示，被还原的镓铟锡合金根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性。即，参照图4，能够确认出当镓铟锡合金被氧化时，在作为聚合物基板101的PDMS层和Cu、Au、Zn的金属层上均没有发生润湿现象，且以125°的接触角与表面接触，表现出胶状动态现象(图4的(a1)、(b1)、(c1)、(d1))。
相反，可确认出被还原的镓铟锡合金在PDMS层上表现出具有90°以上的接触角的疏水性(图4的(a2))，但在Cu、Au、Zn的金属层上发生润湿现象(图4的(b2)、(c2)、(d2))。
在本实施例中，如果在形成有图案的金属膜105和未形成有图案的聚合物基板101表面通过滚压液滴(droplet)形状的被还原的镓铟锡合金而进行镀覆，则被还原的镓铟锡合金完全润湿由金(Au)组成的图案部分。然后，从第一聚合物层上去除未形成有图案的聚合物表面上残留的镓铟锡合金液滴，由此可形成液态金属图案。
将如上所述的本发明的工艺即利用根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的被还原的液态金属的性质来镀覆液态金属的工艺称之为“选择性液态金属电镀(SLIM，selective liquid-metal plating)”工艺。如图5所示，通过本发明的SLIM工艺来形成的液态金属图案在10μm的分辨率下也具有均匀的边缘。
同时，在本实施例中，被还原的镓铟锡合金的滚压时间会影响到在边缘上形成均匀的图案。因而，为了掌握形成具有均匀边缘的图案的有效的镓铟锡合金液滴的滚压时间而实施的试验例如下。在形成有40μm、10μm、5μm的不同宽幅的金属图案的基板上，利用通过16wt.％的盐酸溶液去除表面的氧化膜的镓铟锡合金，并以5秒、30秒以及2分钟的各种滚压时间来处理被还原的镓铟锡合金。
结果，如图7所示，能够得知对于具有10μm以上的宽幅的金属图案，被还原的镓铟锡合金的最理想的滚压时间为5秒。即，经过5秒的滚压时间后可能会发生被还原的镓铟锡合金完全润湿金属图案的润湿现象，且可形成具有均匀的边缘的液态金属图案。
根据图7的(c1)至(c3)，当金属图案的宽幅为5μm时，为了使被还原的镓铟锡合金完全润湿金属图案，所需的被还原的镓银锡合金的滚压时间为30秒以上。
用于导电性图案的5μm以下宽幅的图案，在技术上难以形成均匀的边缘，然而在本实施例中，只要是具有10μm宽幅的图案就充分满足可伸缩电路基板的适用条件，能够广泛应用根据本发明的液态金属镀覆工艺的液态金属图案的形成方法。
然后，利用丙酮溶液冲洗包括镀覆有液态金属107的图案的第一聚合物层的表面，在加热板上以60℃的温度固化10分钟，并将丙酮溶液完全汽化。
本实施例的可伸缩电路基板的制造方法，在液态金属镀覆步骤(S50)之后，还可包括在镀覆的液态金属107表面形成第二聚合物层103的步骤。形成第二聚合物层103的步骤可理解为形成用于阻断沿着基板101表面形成的图案通电的电流的绝缘层。
形成第二聚合物层103的步骤，可在形成有液态金属图案的基板101表面涂覆聚合物溶液，并将基板101在加热板上以80℃的温度固化90分钟，由此在基板101上形成第二聚合物层103。以本实施例为例，用于形成第二聚合物层103的聚合物溶液可使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
本实施例的可伸缩电路基板的制作方法，在形成第二聚合物层103的步骤之后，可执行去除第一聚合物层形成步骤(S10)中使用的晶片的步骤(S70)。如果通过晶片去除步骤(S70)使基板103下部的晶片被去除，则在可伸缩电路基板10中基板单元只由聚合物材料构成，因此可增强电路基板的伸缩性。
并且，本发明的另一个实施例的可伸缩电路基板10的制作方法，可包括以下步骤：在晶片表面涂覆金属膜来形成图案；以及镀覆根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的液态金属。
此时，与图2的实施例不同，不会形成第一聚合物层，而是可在硅片表面直接涂覆金属膜105来形成图案，并在形成的图案上镀覆液态金属107，制作可伸缩电路基板。
通过这种方式制作时，如果在硅片表面涂覆金(Au)层之前，以薄的薄膜形状涂覆铬(Cr)层，则涂覆在金(Au)层下部的铬(Cr)层会起到增强金(Au)与晶片的氧化硅之间的蒸镀能力的作用。
除所述差异之外，通过镀覆液态金属来制作可伸缩电路基板的过程与图2所述的过程相同。
下面，参照图8至图12对根据本实施例来制作的液态金属图案及包括该液态金属图案的可伸缩电路基板的性能实验例进行详细的说明。
实验例1：可伸缩电路基板的机械特性分析
如图8的(a)至(e)所示，根据本发明的实施例，可将通过镀覆具有毫米/微米级(milli/microscale)的分辨率的液态金属107来形成的液态金属图案，以方形、线形以及文字形等各种形状形成在聚合物基板101上。
在图8的(f)及(g)中，制作出包括线形和方形的精细的液态金属图案的电路基板，并对该基板施加了基于弯曲(bending)的物理变形。结果，确认出液态金属图案并未从基板上剥离或断裂，而保持了机械物性。
并且，在图8的(h)至(g)中，将包括液态金属图案的可伸缩电路基板沿对角线方向拉伸(off-axis stretching)时，同样地，液态金属图案并未从基板上剥离或断裂，而保持了机械物性。
试验例2：可伸缩电路基板的电学特性分析
2-1.包括液态金属线的可伸缩电路基板的电学特性分析
为了确认在对本发明的实施例的可伸缩电路基板施加拉伸、扭曲、弯曲等变形的情况下是否保持电学特性，制作了包括宽幅为10μm、长度为20mm的液态金属线和宽幅为50μm、长度为20mm的液态金属线的可伸缩电路基板，并测量将制作的可伸缩电路基板在原基板长度的基础上拉伸(strain)100％的长度时的电阻(R)。
结果，如图9所示，将包括10μm((a1)至(a3))的液态金属线和50μm((b1)至(b3))的液态金属线的可伸缩电路基板10在原基板长度的基础上拉伸100％的长度时，其电阻分别增大13Ω和4Ω。
并且，能够确认出将拉伸的所述液态金属线恢复至原状时液态金属线的电阻恢复到初始值。
另外，如图9的(a3)和(b3)所示，能够确认出液态金属表面产生了一些裂纹(crack)，这是由液态金属的氧化层所导致的。这种裂纹不会对可伸缩电路基板10的电学特性产生任何影响。因为，与液态金属线的直径相比，产生裂纹的氧化层相对很薄，因此，氧化层下面的液态金属仍满足电学特性及机械特性。
相反，如图9的(c1)至(c3)所示，可以确认，现有的包括金属线的可伸缩电路基板，在原基板长度的基础上拉伸100％长度时被断开(disconnection)，而且即使将拉伸的所述液态金属线重新恢复至原长度也还处于绝缘状态。
由此可知，根据本发明的实施例来制作的包括液态金属线的可伸缩电路基板，即使通过拉伸变形和复原的伸缩作用下也能够保持电学特性。
2-2.包括与输出元件(LED)连接的液态金属线的可伸缩电路基
板的电学特性分析
根据本发明的实施例，将液态金属线与LED元件连接后，制作出包括这些的可伸缩电路基板，并确认在施加各种物理变形之后是否保持电学特性。
结果，如图9的(d1)至(d4)所示(供给3V的外部电压)，即使施加180°的弯曲、180°的扭曲，或者在原电路基板的长度的基础上再拉伸60％长度的物理变形时，LED元件也能够发光，由此可知其保持稳定的电学特性，通过图9的(e)的图表能够确认这些电压-电流特性。
图9的(f)表示将包括与元件连接的液态金属线的可伸缩电路基板10在扭曲180°的状态下进行拉伸时的标准化(normalized)的电阻(R＝Ra/R0)。
其中，Ra表示在拉伸状态下的电阻，R0表示在进行拉伸之前的电阻。结果，如图9的(f)的图表所示，能够确认在扭曲180°的状态下，即使以原长度的100％的长度进行拉伸时也能够保持一定的电阻值。
图9的(g)表示将包括与LED元件连接的液态金属线的可伸缩电路基板在扭曲180°的状态下，以原长度的60％的长度进行拉伸，并将此操作反复进行6000次时的电流-电压特性。
结果，如图表所示，可确认在反复拉伸6000次时与反复拉伸100次、2000次、4000次时相同地保持电流-电压特性，从而能够得知包括本发明中制作的液态金属线的可伸缩电路基板，在物理上反复进行大的变形和复原的伸缩作用下，也能够保持与变形之前相同的电学特性。
实验例3.确认包括与LED元件连接的液态金属线的可伸缩电路
基板的自恢复特性
从图10确认本发明的包括液态金属线的可伸缩电路基板10的自恢复特性。即，在连接液态金属线与LED元件之后，根据本发明的实施例来制作包括这些的可伸缩电路基板，然后用剪刀切断金属线而使其断开，但是即使不施加物理力的情况下也能够重新连接而自恢复电学特性，且从LED元件发光。
实验例4.可伸缩电路基板的实用性及有效性分析
为了使本发明的实施例的包括液态金属图案(或金属线)的可伸缩电路基板实用化，即使将其制作成与不具有柔软性及伸缩性的现有的电子器件集成的电子元件封装的形式也应保持电学特性。
由此，制作出通过本发明的实施例来制作的可伸缩电路基板，以及包括发光二极管50、电容器60、电阻器70、电感器80或低通滤波器的可伸缩电路基板，并分析它们的机械及电学特性。
4-1.与发光二极管、电容器、电阻器以及电感器集成的可伸缩电
路基板
将液态金属线与发光二极管、电容器、电阻器以及电感器连接之后，制作出包括所述器件的可伸缩电路基板，并确认在施加弯曲、扭曲、对角线方向的拉伸的物理变形时是否保持电学特性。
结果，如图11所示，确认到即使施加弯曲、扭曲、对角线方向的拉伸的变形，LED元件也能够发出亮光，从而本发明的实施例的可伸缩电路基板可与现有的电子器件集成，广泛应用为具有伸缩性的电子元件。
4-2.与低通滤波器集成的可伸缩电路基板
如图12所示，将本发明的实施例的液态金属线连接到低通滤波器，然后制作出包括这些的可伸缩电路基板，并分析机械及电学特性。图12的(a)表示包括与低通滤波器连接的液态金属线的可伸缩电路基板的形状，图12的(b)表示(a)的电路图。
为了确认包括与低通滤波器连接的液态金属线的可伸缩电路基板的机械特性，如图12的(c)至(f)所示，施加弯曲(90°)、扭曲(90°)以及在原长度的基础上拉伸30％的长度的物理变形，但是在这种大的变形情况下也能保持光学透明性。
并且，为了分析包括与低通滤波器连接的液态金属线的可伸缩电路基板的电学特性，利用函数发生器(function generator)来产生波形，利用示波器(oscilloscope)测量输出信号(Vout)，在此过程中施加拉伸(30％)的物理变形，从而在10kHz、0.1MHz及1MHz的频率下测量未拉伸和拉伸条件下的滤波器的电压并进行了比较。
结果，如图12的(g1)至(g3)所示，在低频率(10kHz)下，输出波形与输入波形基本相似，只有略微的差异，这是由电容器的充电导致的。在更高的频率(1MHz)下，输出电压相对于输入的方波形信号转换为三角形的波形。在低通滤波器中波形的这种形状是起因于依赖电容器频率的电抗(reactance)。
通过图12的(g1)至(g3)能够确认，在未拉伸条件(withoutstretching)和拉伸条件(stretching：30％)下的输出波形一致，由此可知，在本实验例中制作的包括与低通滤波器连接的液态金属线的可伸缩电路基板，即使对其施加拉伸等物理变形的情况下也能够保持稳定的电学性能。
以上通过典型的实施例对本发明进行了说明，但是本发明所属技术领域的普通技术人员能够理解，在不超出本发明的范畴的情况下能够对上述的实施例进行各种变形。因此，本发明的权利要求范围并不限定于上述实施例，而是根据权利要求书以及从权利要求书的等同概念导出的所有的变更或变形形态来决定。
Claims (16)
1.一种可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，所述可伸缩电路基板的制作方法包括以下步骤：
(a)在晶片表面形成第一聚合物层；
(b)在所述第一聚合物层表面涂覆金属膜来形成图案；
(c)在所述图案上镀覆液态金属；以及
(d)去除所述晶片，
其中，在所述步骤(c)中，利用根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的液态金属的性质来进行镀覆。
2.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，
在所述步骤(a)中，在所述晶片表面镀覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)来形成第一聚合物层。
3.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，在所述第一聚合物层表面涂覆金属，所述金属选自由金(Au)、铬(Cr)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、锌(Zn)、镍(Ni)、锡(Sn)、铁(Fe)以及它们的组合组成的群。
4.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，在所述图案上镀覆由镓、铟以及锡构成的液态金属。
5.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，所述步骤(c)包括：
利用酸溶液的蒸汽来还原所述液态金属的氧化膜去除步骤；以及
在执行所述氧化膜去除步骤之后，将被还原的液态金属镀覆在所述图案上的步骤，
其中，所述被还原的液态金属在金属材料表面上的湿润性大于在聚合物上的湿润性。
6.根据权利要求5所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在所述氧化膜去除步骤中，利用盐酸(HCL)、氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)及硫酸(H2SO4)中的任意一种溶液的蒸汽来还原所述液态金属。
7.根据权利要求6所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在所述氧化膜去除步骤中，利用具有15wt.％至40wt.％浓度范围的酸溶液的蒸汽来还原所述液态金属。
8.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，在形成有图案的金属膜和未形成图案的聚合物表面滚压液滴形状的所述液态金属而进行镀覆。
9.根据权利要求8所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，将所述液态金属滚压5秒至30秒。
10.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：
涂覆步骤，在所述第一聚合物层表面涂覆金属膜；以及
图案形成步骤，在执行所述涂覆步骤之后，对所述金属膜进行蚀刻，形成阳刻的图案。
11.根据权利要求10所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，所述涂覆步骤包括以下步骤：
在所述第一聚合物层表面涂覆铬(Cr)而形成铬层；以及
在所述铬层上涂覆金(Au)。
12.根据权利要求1所述的可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，在执行所述步骤(c)之后，还包括在涂覆的所述液态金属表面上形成第二聚合物层的步骤。
13.一种可伸缩电路基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在晶片表面涂覆金属膜而形成图案；以及
(b)在所述图案上镀覆根据吸附表面的材料不同而具有不同湿润性的液态金属。
14.一种可伸缩电路基板，其特征在于，包括：
聚合物基板；
金属膜，涂覆在所述基板表面，以形成电路图案；以及
液态金属，其镀覆在所述金属膜表面，以使从外部施加的信号沿着所述图案通电。
15.根据权利要求14所述的可伸缩电路基板，其特征在于，所述液态金属是镓铟锡合金。
16.根据权利要求15所述的可伸缩电路基板，其特征在于，所述液态金属是表面上生成的氧化膜被去除的镓铟锡合金，
氧化膜被去除的所述镓铟锡合金在金属材料表面的湿润性大于在聚合物材料上的湿润性。
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