CN109616449B - 柔性电子器件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性电子器件及其制造方法，包括第一柔性基板，在所述第一柔性基板上设置有电路及第一流道，所述第一流道呈蜿蜒状延伸，在所述第一流道内填充有非牛顿流体。该柔性电子器件在保证弯折性能的同时，能够为电路提供较好的抗冲击能力。

Description

柔性电子器件及其制作方法

技术领域

本发明涉及柔性技术领域，尤其是一种柔性电子器件及柔性电子器件的制作方法。

背景技术

柔性电子作为未来个性化可穿戴医疗装备的核心技术，得到了广泛的关注和各方面的支持。柔性电子器件(包括电路、传感器、电极、芯片等等)具有皮肤亲和性好，可拉伸，可弯折等作为器件方面的优点。目前对于柔性电子器件的需求不在满足于可弯折，可拉伸等功能，柔性衬底材料的研究也是柔性电子领域的重要部分。

目前的柔性衬底材料特性是可拉伸，可弯折，受力分布均一且不具有方向性，这种特性导致了电子器件和导线的受力分布一致，这能够拨正柔性基底及柔性导线在较大范围形变的条件下不会发生断裂，但柔性电子器件内的柔性电路在很小的形变范围小就会损坏。这种情况导致在外力作用下，柔性电路受力饱和而导线的拉伸性能尚未发挥。其次，在外力冲击下柔性电路相对导线更厚，首先承受了更多的冲击力，但柔性电路相对吸能能力比较差，在外力冲击下容易破损失效。在现有技术中，为了保证柔性电路在冲击下不受损害，需要制作较厚的柔性保护层，这一方面增加了柔性电子器件的厚度，另一方面又会对柔性电子器件的弯折性能造成影响。因此，柔性电路在受冲击时易于破损的性质已经成为限制柔性电子器件发展的主要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种柔性电子器件，该柔性电子器件在保证弯折性能的同时，能够为电路提供较好的抗冲击能力。

本发明提供了一种柔性电子器件，包括第一柔性基板，在所述第一柔性基板上设置有电路及第一流道，所述第一流道呈蜿蜒状延伸，在所述第一流道内填充有非牛顿流体。

进一步地，所述柔性电子器件还包括与所述第一柔性基板相连的第二柔性基板，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板同层设置，所述第二柔性基板上设置有电路及第二流道，所述第二流道呈蜿蜒状延伸，所述第二流道的延伸方向与所述第一流道的延伸方向不同，在所述第二流道内填充有所述非牛顿流体。

进一步地，在所述第一柔性基板上，蜿蜒状的所述第一流道均沿同一方向延伸，在所述第二柔性基板上，蜿蜒状的所述第二流道均沿同一方向延伸。

进一步地，所述第一流道的延伸方向与所述第二流道的延伸方向相互垂直。

进一步地，所述第一流道及所述第二流道均布设于所述电路的间隙中。

进一步地，蜿蜒状延伸的所述第一流道及所述第二流道呈波浪形、蛇形、锯齿形、正弦波形或S形。

进一步地，蜿蜒状延伸的所述第一流道及所述第二流道均为自相似图形。

进一步地，蜿蜒状延伸的所述第一流道及所述第二流道均为N阶自相似图形。

进一步地，所述电路为柔性电路。

本发明还提供了一种柔性电子器件的制作方法，该方法包括如下步骤：

提供一个第一柔性基板；

在所述第一柔性基板上制作电路及呈蜿蜒状延伸的第一流道；

在所述第一流道内填充非牛顿流体。

进一步地，提供一第二柔性基板，使所述第二柔性基板与所述第一柔性基板相连，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板同层设置；

将所述电路制作于所述第一柔性基板及所述第二柔性基板上，以及在所述第二柔性基板上制作呈蜿蜒状延伸的第二流道，并使所述第一流道的延伸方向与所述第二流道的延伸方向不同；

在所述第二流道内填充所述非牛顿流体。

综上所述，在本发明中，通过在第一衬底上形成呈蜿蜒状延伸的第一流道，并在第一流道内填充非牛顿流体，这能够使得柔性电子器件对于作用力的抗性具有各向异性，使得柔性电子器件在保证弯折性能的同时，在特定方向上保持其拉伸性能，但在其它特定方向上能够较好地对电路进行保护。进一步地，设置在柔性电子器件间隙的蜿蜒状延伸的流道可保证器件在特定方向的可拉伸性能，同时可节省衬底的空间。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例提供的柔性电子器件的结构示意图。

图2所示为本发明第二实施例提供的柔性电子器件的结构示意图。

图3所示为本发明第三实施例提供的柔性电子器件中容置槽的结构示意图。

图4所示为本发明第四实施例提供的柔性电子器件的容置槽的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本发明提供了一种柔性电子器件，该柔性电子器件在保证弯折性能的同时，能够为柔性电子器件中的电路提供较好的抗冲击能力。

图1所示为本发明第一实施例提供的柔性电子器件的主视结构示意图，如图1所示，在本发明的第一实施例中，柔性电子器件包括第一柔性基板10，在第一柔性基板10上设置有电路30及第一流道11，第一流道11呈蜿蜒状延伸，在第一流道11内填充有非牛顿流体40。

在本实施例中，通过在第一柔性基板10上设置填充有非牛顿流体40的第一流道11，由于非牛顿流体40的形变速率与产生的反作用力呈反函数关系，非牛顿流体40受到的冲击力越大，其产生的抵抗力就越大，因此，该柔性电子器件能够较好地抵抗外界的冲击；进一步地，由于第一流道11呈蜿蜒状延伸，当第一衬底受到沿第一流道11的延伸方向的作用力，如F1时，第一流道11会随着第一衬底的形变而产生较大的拉伸或弯曲，非牛顿流体40会在多个方向上受到第一流道11的侧壁施加的作用力，非牛顿流体40受力较为分散，第一流道11可以在作用力下产生较大的形变，非牛顿流体40产生的抵抗力较低，会随着第一流道11一起变形，因此，在该方向上，非牛顿流体40不会产生明显的作用；当在第一衬底所在的平面上，第一衬底受到垂直于第一流道11延伸方向的作用力，如F2时，此时，第一流道11在作用力下的形变较小，非牛顿流体40受力较为集中，非牛顿流体40就会对作用力产生较大的抵抗力，这能够抵抗该方向上的多用力对第一衬底上的电路30进行冲击，对电路30进行较好的保护。也即通过蜿蜒状延伸的第一流道11的设置，在柔性电子器件上产生了对于作用力的各向异性保护特性；与此同时，又因为非牛顿流体40具有流动性能，在较为缓慢的弯折及拉伸过程中，不会对电路30的原有性能造成影响，因此，这又能够保证柔性电子器件自身的弯折性能。

优选地，在本实施例中，电路30可以为柔性电路，这能够进一步地增加柔性电子器件自身的柔性。

在本实施例中，第一流道11可以为波浪形，该第一流道11可以通过事先在第一柔性基板10上开设凹槽，然后在凹槽上盖设盖板形成。

进一步地，在第一柔性基板10上，第一流道11均沿同一方向延伸。

在本实施例中，电路30可以为金、银、铜、铂等金属单质，或镓铟锡合金等液态合金，或ITO，AZO等无机金属氧化物，或PEDOT、导电银浆、结构导电聚合物(PAN\PE、PPY\PS)等有机导电材料，或石墨烯、碳纳米管等碳基导电材料制成。电路3011可以由上述材料通过磁控溅射、CVD、PVD、3D打印等方法形成。其中，磁控溅射、CVD、PVD为标准的半导体工艺，具有制备工艺精确、成本低、可批量化生产等优点，而3D打印方式具有工艺简单、可靠性高等优点。

第一柔性基板10可以为PDMS、PET、PE(聚乙烯)、聚丙烯(PP)，聚亚酰胺(PI)等有机聚合物或PLA(聚乳酸)，聚丙烯酰胺等水凝胶材料注塑而成。

非牛顿流体40可以由聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龙6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液等有机聚合物，或陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨等轻工业材料制作而成。有机聚合物溶液、陶瓷浆、油墨的流动性、黏度密度等性能可调，可加入其他功能性材料或颗粒，如加入磁性材料使其对外界磁场进行感知。

综上所述，在本实施例中，通过在第一柔性基板10上设置第一流道11，并使第一流道11呈蜿蜒状延伸，且在第一流道11内填充非牛顿流体40，这能够使得柔性电子器件对施加于其上的作用力产生各向异性的抵抗力，使得柔性电子器件在保证弯折性能的同时，在特定方向上保持其拉伸性能，但在其它特定方向上能够较好地对电路30进行保护。

图2所示为本发明第二实施例提供的柔性电子器件的结构示意图。如图2所述，本发明的第二实施例与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，柔性电子器件还包括第二柔性基板20，第一柔性基板10与第二柔性基板20相连，电路30同时形成于第一柔性基板10及第二柔性基板20上，在第二柔性基板20上还设置有第二流道21，第二流道21呈蜿蜒状延伸，第二流道21的延伸方向与第一流道11的延伸方向不同，在第二流道21内同样填充有非牛顿流体40。优选地，在第二柔性基板20上，所有第二流道21同样沿同一方向延伸，第一流道11的延伸方向与第二流道21的延伸方向相互垂直。

在本实施例中，在第一柔性基板10及第二柔性基板20上分别设置沿不同方向延伸的流道，因此，第一柔性基板10及第二柔性基板20的易拉伸方向及抗作用力的方向均不同。如图2所示，第一柔性基板10可以较好地抵挡Y方向的作用力，但在X方向具有较好地拉伸性能，而第二柔性基板20能够较好地抵挡X方向的作用力，但在Y方向上具有较好地拉伸性能。因此，本发明第二实施例提供的柔性电子器件能够适用于受力较为复杂，如运动护具、肩部柔性贴片等的情形中。与此同时，设置在柔性电子器件间隙的蜿蜒状延伸的流道可保证器件在特定方向的可拉伸性能，同时可节省衬底的空间。

在本实施例中，电路30可以按照常规的布设方法布设于第一柔性基板10及第二柔性基板20上，第一流道11及第二流道21可以布设于电路30的间隙中，这能够在不改变电路30布设方式的情况下提高柔性电子器件对于电路30的保护性能。

图3所示为本发明第三实施例提供的柔性电子器件中容置槽的结构示意图。如图3所示，本发明第二实施例提供的柔性电子器件与第一实施例提供的基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，蜿蜒延伸的第一流道11可以不为波浪形，如图3所示，为了便于理解，图3中以一条线来代替第一流道11的形状以对第一流道11的形状进行了简化，第一流道1112的形状也可以为方波形。同样地，第二流道21也可以如上述的形状。

可以理解地，在其它实施例中，蜿蜒延伸的第一流道11还可以但不限于为呈蛇形、锯齿形、正弦波形、S形等，只要其呈现蜿蜒状延伸即可。

图4所示为本发明第四实施例提供的柔性电子器件的容置槽的结构示意图，如图4所示，本发明第五实施例提供的柔性电子器件与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，蜿蜒延伸的第一流道11为自相似图形，以自相似方波形为例，在自相似方波形的Y方向上，即图4中竖直方向上可以分割出与整体方波形相似图形(见图4虚线框内)，这样能够使第一流道11更加蜿蜒曲折，同时还能够依据实际情况对柔性电子器件对作用力的各向异性进行调节。如在图4中，由于在Y方向上也具有蜿蜒状延伸的形状，因此，在Y方向上也具有一定的拉伸性能，同时，由于非牛顿流体40的存在，其同时还在较为猛烈的作用力下具有较好的抗冲击性能。

可以理解地，蜿蜒延伸的第一流道11也可以但不限于为自相似蛇形、自相似锯齿形、自相似波浪形等。

进一步地，蜿蜒延伸的第一流道11的自相似形可以为N阶自相似图形(N为正整数)，也即，在原始图形的一个部分内，还可以继续细化为多个与原始图形相似的图形，如图4所示，其在原始图形的一个部分内，如矩形框内，可以细化出一个与原始图形相似的图形，因此，可称之为二阶自相似图形。

可以理解地，第二流道21也可以为上述的图形。

本发明还提供了一种柔性电子器件的制作方法，该方法包括如下步骤：

提供一个第一柔性基板10；

在第一柔性基板10上制作电路30及呈蜿蜒状延伸的第一流道11；

在第一流道11内填充非牛顿流体40。

进一步地，该方法还包括：

提供一个第二柔性基板20，使第二柔性基板20与第一柔性基板10相连；

将电路30制作于第一柔性基板10及第二柔性基板20上，以及在第二柔性基板20上制作呈蜿蜒状延伸的第二流道21，并使第一流道11的延伸方向与第二流道21的延伸方向不同；

在第二流道21内同样填充非牛顿流体40。

综上所述，在本发明中，通过在第一衬底上形成呈蜿蜒状延伸的第一流道11，并在第一流道11内填充非牛顿流体40，这能够使得柔性电子器件对于作用力的抗性具有各向异性，使得柔性电子器件在保证弯折性能的同时，在特定方向上保持其拉伸性能，但在其它特定方向上能够较好地对电路30进行保护。进一步地，设置在柔性电子器件间隙的蜿蜒状延伸的流道可保证器件在特定方向的可拉伸性能，同时可节省衬底的空间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种柔性电子器件，其特征在于：包括第一柔性基板，在所述第一柔性基板上设置有电路及第一流道，所述第一流道呈蜿蜒状延伸，在所述第一流道内填充有非牛顿流体。

2.如权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于：所述柔性电子器件还包括与所述第一柔性基板相连的第二柔性基板，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板同层设置，所述第二柔性基板上设置有电路及第二流道，所述第二流道呈蜿蜒状延伸，所述第二流道的延伸方向与所述第一流道的延伸方向不同，在所述第二流道内填充有所述非牛顿流体。

3.如权利要求2所述的柔性电子器件，其特征在于：在所述第一柔性基板上，蜿蜒状的所述第一流道均沿同一方向延伸，在所述第二柔性基板上，蜿蜒状的所述第二流道均沿同一方向延伸。

4.如权利要求3所述的柔性电子器件，其特征在于：所述第一流道的延伸方向与所述第二流道的延伸方向相互垂直。

5.如权利要求2所述的柔性电子器件，其特征在于：所述第一流道及所述第二流道均布设于所述电路的间隙中。

6.如权利要求2所述的柔性电子器件，其特征在于：蜿蜒状延伸的所述第一流道及所述第二流道呈波浪形、蛇形、锯齿形、正弦波形或S形。

7.如权利要求6所述的柔性电子器件，其特征在于：蜿蜒状延伸的所述第一流道及所述第二流道均为自相似图形。

8.如权利要求6所述的柔性电子器件，其特征在于：蜿蜒状延伸的所述第一流道及所述第二流道均为N阶自相似图形。

9.如权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于：所述电路为柔性电路。

10.一种柔性电子器件的制作方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

提供一个第一柔性基板；

在所述第一柔性基板上制作电路及呈蜿蜒状延伸的第一流道；

在所述第一流道内填充非牛顿流体。

11.根据权利要求10所述的柔性电子器件的制作方法，其特征在于：该方法还包括：

提供一第二柔性基板，使所述第二柔性基板与所述第一柔性基板相连，所述第一柔性基板与所述第二柔性基板同层设置；

将所述电路制作于所述第一柔性基板及所述第二柔性基板上，以及在所述第二柔性基板上制作呈蜿蜒状延伸的第二流道，并使所述第一流道的延伸方向与所述第二流道的延伸方向不同；

在所述第二流道内填充所述非牛顿流体。

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