CN109130496B - 一种制备柔性可延展多级结构互连线的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备柔性可延展多级结构互连线的方法及设备，包括机架，机架上设有承载平台；喷印模块，喷印模块通过水平横梁设置在承载平台上方，且其设有用于喷印的喷印机构，用于将喷印溶液喷印到基板上形成喷印图案；喷印平台机构，其可X向以及Y向运动设置在承载平台上；拉伸平台，设置在所述喷印平台机构上，其包括呈矩形分布的四个滑轨，在滑轨内设置若干与滑轨构成滑移配合的气缸，四个滑轨中心设置柔性可延展性基板，每个拉杆采用独立气缸进行控制，利用拉杆伸长以及气缸滑移来实现对柔性可延展性基板不同形状的变形并进行固定，从而实现在柔性可延展性基板上制备柔性电子的可延展性多级结构互连线。

Description

一种制备柔性可延展多级结构互连线的方法及设备
技术领域
本发明涉及柔性电子制造技术领域，尤其涉及一种制备柔性可延展多级结构互连线的方法及设备。
背景技术
柔性电子器件克服了传统电子脆硬的缺点，具有可弯曲性和可延展性，既能可延展性柔性电子够承受伸长、弯曲、扭转等复杂变形，能够满足各种复杂曲面的使用要求的同时，又能保持其良好的电学性能，可延展柔性电子器件可用于可折叠器件、柔性显示、人工肌肉、皮肤电子和可穿戴设备等方面，因此在信息、生物、医疗、能源等领域具有广泛的应用前景。
为了实现柔性电子器件的可延展性，功能器件之间需要用可延展柔性互连结构进行连接，实现隔离的功能器件之间的相互连接，并传递信号。为了实现柔性电子器件的可延展与可弯曲的特性，可延展柔性互连结构通常做成形状弯曲的结构，互连结构可以分为波纹形、马蹄形、Z字型和蛇形等结构，为了提高柔性电子的可延展性，设计一种多级结构的互连曲线。目前对于柔性电子的互连结构制备而言，先将所柔性电子互连结构制造出来，然后将可延展柔性互连结构粘接在弹性基板上，通过胶黏层与弹性基板固定。这种方法存在的问题是：一是制造工艺复杂，增加制造成本；二是可延展柔性互连结构与胶黏层和基底的不相容性会影响互连结构的拉伸性能，并且在拉伸过程中，互连结构的拉伸能力因受到胶黏层束缚而得不到充分的应用。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有制备柔性电子的互连结构中存在的缺点，提供一种制备柔性可延展多级结构互连线的方法及设备。
为实现上述目的，本发明提供一种制备柔性可延展多级结构互连线的设备及方法，通过所制备的柔性可延展多级结构互连线提高可延展性柔性电子器件的延展率，避免柔性电子在受到拉伸时功能器件失效。该方法特别适用于柔性电子器件中互连线的制备，操作简单方便。
为实现上述目的，本发明提供一种制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法，其步骤如下：
1)将柔性可延展性基板平铺在底板上，分别沿柔性可延展性基板四周进行n1、n2、n3和n4等分，并满足n1≥2,n2≥2，n3≥2，n4≥2，并且n1、n2、n3和n4均为整数；
2)柔性可延展性基板四周分别在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处使柔性可延展性基板所在的平面内向四个方向以不同的位移量进行移动；
3)使柔性可延展性基板四周在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处沿柔性可延展性基板四个方向的伸长量分别为ΔLij，柔性可延展性基板四周在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处的长度分别为Lij＝Li0+ΔLij，其预应变εij＝ΔLij/Lij，并满足i＝1,2,3,4，当i＝1时，j＝1,2,…,n1+1，当i＝2时，j＝1,2,…,n2+1，当i＝3时，j＝1,2,…,n3+1，当i＝4时，j＝1,2,…,n4+1；
4)将沿四周伸长的柔性可延展性基板固定在电流体动力学喷印设备的喷印平台上，移动喷印平台，并将喷印模块的喷头定位到柔性可延展性基板上的两个电极的其中一个电极，作为喷印路径的起始位置；
5)根据预喷印的柔性可延展多级结构互连线的形状，在柔性可延展性基板上的两个电极之间设置喷印路径；
6)以具有可延展性的导电材料为喷印溶液，根据预喷印的柔性可延展多级结构互连线的宽度，设定电流体动力学喷印的工艺参数；
7)电流体动力学喷印设备根据设定的工艺参数，从喷印路径的起始位置开始，沿着所设置的喷印路径，在固定的产生伸长的柔性可延展性基板上进行喷印，形成喷印轨迹图案；
8)完成喷印后，然后使柔性可延展性基板四周在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处沿柔性可延展性基板四个方向的长度恢复到原长Li0，其中i＝1,2,3,4，此时，在柔性可延展性基板上的两个电极之间的喷印轨迹图案沿着四周产生收缩，喷印轨迹图案向四周方向产生偏转失稳，从而得到柔性电子的柔性可延展多级结构互连线。
喷印路径可为直线、圆弧、椭圆形、抛物线、参数样条曲线、贝塞尔曲线、B样条曲线、NURBS曲线、Pythagorean-Hodograph曲线、其他类型多项式曲线中的一种或几种组合。
为实现上述目的，本发明也提供一种制备柔性可延展多级结构互连线的设备，其包括机架，所述机架上设有承载平台；
喷印模块，所述喷印模块通过水平横梁设置在承载平台上方，且其设有用于喷印的喷印机构，用于将喷印溶液喷印到柔性可延展性基板上形成喷印图案；
喷印平台，所述喷印平台可X向以及Y向运动设置在承载平台上；
拉伸平台，设置在所述喷印平台上，其包括呈矩形分布的四个滑轨，在所述滑轨内设置若干与滑轨构成滑移配合的气缸，四个滑轨中心设置柔性可延展性基板，所述柔性可延展性基板通过若干拉杆与各个气缸联动配合。
所述喷印模块包括固定底座以及沿垂直方向设置的喷印机构，所述喷印机构包括固定座、设置在固定座上可拆卸的注射器，在所述固定座的上端设置可沿垂直方向滑移的操作机构，所述注射器的柱塞部件与所述操作机构联动配合。
所述注射器通过软导管与所述喷印平台上方的喷头连接。
所述拉杆的一端设有用于夹持柔性可延展性基板的夹持部，另一端则与气缸联动配合。
所述拉杆一端可滑移设置在气缸壳内，且气缸壳上设有限位机构。
所述限位机构包括设置在电机壳上的电机以及与电机联动配合的丝杆。
本发明的有益效果：柔性可延展性基板四周分别在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处使基板所在的平面内向四个方向以不同的位移量进行移动，并对柔性可延展性基板的不同形状的变形并进行固定，通过喷印平台机构在X向以及Y向运动，通过喷印模块将喷印溶液喷印到产生不同形状的变形柔性可延展性基板上形成喷印轨迹图案，当释放变形的柔性可延展性基板的预拉伸力后，喷印轨迹图案在柔性可延展性基板上形成柔性电子的可延展性多级结构互连线，不但简化了柔性电子的可延展性互连结构制造工艺，降低制造成本，并且还提高了柔性电子器件的延展率。
附图说明
图1为本发明的流程图
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的喷印模块的结构示意图。
图4为本发明的喷印模块平面示意图。
图5为本发明的拉伸平台的结构示意图。
图6为本发明的拉伸平台的局部放大示意图。
具体实施方式
下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：
本发明提供一种制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法，其步骤如下：
1)将柔性可延展性基板平铺在底板上，分别沿柔性可延展性基板四周进行n1、n2、n3和n4等分，并满足n1≥2,n2≥2，n3≥2，n4≥2，并且n1、n2、n3和n4均为整数；
2)柔性可延展性基板四周分别在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处使柔性可延展性基板所在的平面内向四个方向以不同的位移量进行移动；
3)使柔性可延展性基板四周在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处沿柔性可延展性基板四个方向的伸长量分别为ΔLij，柔性可延展性基板四周在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处的长度分别为Lij＝Li0+ΔLij，其预应变εij＝ΔLij/Lij，并满足i＝1,2,3,4，当i＝1时，j＝1,2,…,n1+1，当i＝2时，j＝1,2,…,n2+1，当i＝3时，j＝1,2,…,n3+1，当i＝4时，j＝1,2,…,n4+1；
4)将沿四周伸长的柔性可延展性基板固定在电流体动力学喷印设备的喷印平台上，移动喷印平台，并将喷印模块的喷头定位到柔性可延展性基板上的两个电极的其中一个电极，作为喷印路径的起始位置；
5)根据预喷印的柔性可延展多级结构互连线的形状，在柔性可延展性基板上的两个电极之间设置喷印路径，喷印路径可为直线、圆弧、椭圆形、抛物线、参数样条曲线、贝塞尔曲线、B样条曲线、NURBS曲线、Pythagorean-Hodograph曲线、其他类型多项式曲线中的一种或几种组合；
6)以具有可延展性的导电材料为喷印溶液，根据预喷印的柔性可延展多级结构互连线的宽度，设定电流体动力学喷印的工艺参数，工艺参数包括喷头的直径、施加的工作电压、喷射高度、喷印溶液的流量、喷印平台的移动速度；
7)电流体动力学喷印设备根据设定的工艺参数，从喷印路径的起始位置开始，沿着所设置的喷印路径，在固定的产生伸长的柔性可延展性基板上进行喷印，形成喷印轨迹图案；
8)完成喷印后，然后使柔性可延展性基板四周在n1+1、n2+1、n3+1和n4+1等分点处沿柔性可延展性基板四个方向的长度恢复到原长Li0，其中i＝1,2,3,4，此时，在柔性可延展性基板上的两个电极之间的喷印轨迹图案沿着四周产生收缩，喷印轨迹图案向四周方向产生偏转失稳，从而得到柔性电子的柔性可延展多级结构互连线。
如图所示，本发明公开了一种制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的设备，其包括机架1，所述机架1上设有承载平台；
喷印模块4，所述喷印模块通过水平横梁设置在承载平台上方，且其设有用于喷印的喷印机构，用于将喷印溶液喷印到柔性可延展性基板上形成喷印图案，所述喷印模块可Z向滑移设置在水平横梁上，从而可对喷印机构的高度进行调节；
喷印平台机构2，所述喷印平台可X向以及Y向运动设置在承载平台上，而拉伸平台设置在该喷印平台机构上，使得拉伸平台可以X向或Y向移动；
拉伸平台3，设置在所述喷印平台上，其包括呈矩形分布的四个滑轨31，在所述滑轨内设置若干与滑轨构成滑移配合的气缸32，四个滑轨中心设置柔性可延展性基板34，所述性可延展性基板通过若干拉杆33与各个气缸联动配合，通过气缸沿滑轨移动，并且调整拉杆的距离，从而实现对柔性可延展性基板的不同形状的变形并进行固定，能够使柔性可延展性基板产生各种椭圆形、圆形或其他形状的不同形状的变形。
所述喷印模块包括固定底座41以及沿垂直方向设置的喷印机构，所述喷印机构包括固定座42、设置在固定座上可拆卸的注射器44，在所述固定座的上端设置可沿垂直方向滑移的操作机构43，所述注射器的柱塞部件与所述操作机构联动配合，所述操作机构采用卡槽结构，且所述操作机构可滑移设置在固定底座上，柱塞部件嵌设在该卡槽结构内，并被操作机构带动Z向运动。
所述注射器44通过软导管45与所述喷印平台上方的喷头46连接。在喷印机构的两侧分别设置光源与工业相机。
所述拉杆的一端设有用于夹持柔性可延展性基板34的夹持部，另一端则与气缸32联动配合。
所述拉杆33一端可滑移设置在气缸壳321内，且气缸壳上设有限位机构。所述限位机构包括设置在电机壳上的电机322以及与电机联动配合的丝杆323。
进一步的可以在柔性可延展性基板下端设置底板，起到对柔性可延展性基板的支撑作用。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法的设备，其特征在于：其包括机架，所述机架上设有承载平台；
喷印模块，所述喷印模块通过水平横梁设置在承载平台上方，且其设有用于喷印的喷印机构，用于将喷印溶液喷印到柔性可延展性基板上形成喷印图案；
喷印平台，所述喷印平台可X向以及Y向运动设置在承载平台上；
拉伸平台，设置在所述喷印平台上，其包括呈矩形分布的四个滑轨，在所述滑轨内设置若干与滑轨构成滑移配合的气缸，四个滑轨中心设置柔性可延展性基板，所述柔性可延展性基板通过若干拉杆与各个气缸联动配合，
制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法的步骤如下：
1）将柔性可延展性基板平铺在底板上，分别沿柔性可延展性基板四周进行n 1、n 2、n 3和n 4等分，并满足n 1≥2, n 2≥2，n 3≥2，n 4≥2，并且n 1、n 2、n 3和n 4均为整数；
2）柔性可延展性基板四周分别在n 1+1、n 2+1、n 3+1和n 4+1等分点处使柔性可延展性基板所在的平面内向四个方向以不同的位移量进行移动；
3）使柔性可延展性基板四周在n 1+1、n 2+1、n 3+1和n 4+1等分点处沿柔性可延展性基板四个方向的伸长量分别为ΔL ij，柔性可延展性基板四周在n 1+1、n 2+1、n 3+1和n 4+1等分点处的长度分别为L ij=L i0+ΔL ij，其预应变ε ij=ΔL ij/L ij，并满足i =1, 2, 3, 4，当i =1时，j = 1,2, …, n 1+1，当i =2时，j = 1, 2, …, n 2+1，当i =3时，j = 1, 2, …, n 3+1，当i =4时，j= 1, 2, …, n 4+1；
4）将沿四周伸长的柔性可延展性基板固定在电流体动力学喷印设备的喷印平台上，移动喷印平台，并将喷印模块的喷头定位到柔性可延展性基板上的两个电极的其中一个电极，作为喷印路径的起始位置；
5）根据预喷印的柔性可延展多级结构互连线的形状，在柔性可延展性基板上的两个电极之间设置喷印路径；
6）以具有可延展性的导电材料为喷印溶液，根据预喷印的柔性可延展多级结构互连线的宽度，设定电流体动力学喷印的工艺参数；
7）电流体动力学喷印设备根据设定的工艺参数，从喷印路径的起始位置开始，沿着所设置的喷印路径，在固定的产生伸长的柔性可延展性基板上进行喷印，形成喷印轨迹图案；
8）完成喷印后，然后使柔性可延展性基板四周在n 1+1、n 2+1、n 3+1和n 4+1等分点处沿柔性可延展性基板四个方向的长度恢复到原长L i0，其中i =1, 2, 3, 4，此时，在柔性可延展性基板上的两个电极之间的喷印轨迹图案沿着四周产生收缩，喷印轨迹图案向四周方向产生偏转失稳，从而得到柔性电子的柔性可延展多级结构互连线，
所述喷印模块包括固定底座以及沿垂直方向设置的喷印机构，所述喷印机构包括固定座、设置在固定座上可拆卸的注射器，在所述固定座的上端设置可沿垂直方向滑移的操作机构，所述注射器的柱塞部件与所述操作机构联动配合，所述拉杆的一端设有用于夹持柔性可延展性基板的夹持部，另一端则与气缸联动配合。
2.根据权利要求1所述的基于制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法的设备，其特征在于：所述注射器通过软导管与所述喷印平台上方的喷头连接。
3.根据权利要求1所述的基于制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法的设备，其特征在于：所述拉杆一端可滑移设置在气缸壳内，且气缸壳上设有限位机构。
4.根据权利要求3所述的基于制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法的设备，其特征在于：所述限位机构包括设置在电机壳上的电机以及与电机联动配合的丝杆。
5.根据权利要求1所述的基于制备柔性电子的可延展性多级结构互连线的方法的设备，其特征在于：喷印路径可为直线、圆弧、椭圆形、抛物线、参数样条曲线、贝塞尔曲线、B样条曲线、NURBS曲线、Pythagorean-Hodograph曲线、其他类型多项式曲线中的一种或几种组合。
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