CN116056309A - 一种高粘附性的柔性基底及其加工方法 - Google Patents

一种高粘附性的柔性基底及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高粘附性的柔性基底及其加工方法，属于柔性电子器件加工技术领域。其包括：柔性基底，所述柔性基底用于与电子功能元件接触的表面均匀分布有微米级别的真空吸盘阵列。本发明提供的高粘附性的柔性基底，通过在柔性基底形成真空吸盘阵列，在加工集成中利用真空吸盘与电子功能元件吸附作用形成稳固的粘性，增强柔性基底和电子功能元件的粘附力，提高了柔性电子器件的服役寿命。同时，该真空吸盘阵列为微米级别，尺寸小，分布均匀，与电子功能元件附着力更强。

Description

一种高粘附性的柔性基底及其加工方法
技术领域
本发明涉及柔性电子器件加工技术领域，具体涉及一种高粘附性的柔性基底及其加工方法。
背景技术
近年来，可延展柔性电子器件以其独特的柔性、延展性和高性能等特点，在医疗与健康监测、脑机融合等领域得到了人们的广泛关注。可延展柔性电子器件服役过程中不可避免地需要承受大变形，但是其内部的电子功能元件和柔性基底之间的力学性能存在巨大差异，因此，电子功能元件和柔性基底之间的界面失效是不容忽视的问题。然而，柔性基底往往采用硅橡胶、水凝胶等具有良好生物兼容性的材料，这类材料通常具有较弱的表面粘附。一般表面改性和表面微结构是增强柔性基底表面粘附的两种方式，但这两者粘附增强效果有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高粘附性的柔性基底及其加工方法，解决了柔性电子器件中柔性基底与电子功能元件粘附作用不强，造成柔性电子器件服役寿命不长问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供一种高粘附性的柔性基底，包括：柔性基底，所述柔性基底用于与电子功能元件接触的表面均匀分布有微米级别的真空吸盘阵列。
进一步地，在所述的高粘附性的柔性基底中，所述真空吸盘阵列包括：分布在所述柔性基底与电子功能元件接触的表面呈阵列分布的圆柱形凸起，所述凸起上均连接有真空吸盘。
进一步地，在所述的高粘附性的柔性基底中，所述柔性基底和所述真空吸盘阵列采用为硅橡胶或水凝胶。
进一步地，在所述的高粘附性的柔性基底中，所述真空吸盘阵列分布的形状有矩形或圆形。
本发明还提供一种高粘附性的柔性基底加工方法，包括：
制备具有阵列分布微结构的初始模具，对所述初始模具进行拉伸得到目标模具，以所述目标模具作为底板制得与所述目标模具的阵列分布微结构相同的柔性基底，在所述柔性基底的阵列分布微结构通过加压加热固化上柔性薄膜，释放压力后形成真空吸盘阵列，得到所述高粘附性的柔性基底。
进一步地，所述的高粘附性的柔性基底加工方法，包括：
制备第一模具，所述第一模具表面加工出呈阵列分布的圆柱形凹坑；
制备第二模具，通过适配的所述第一模具制得，所述第二模具上具有与第一模具的圆柱形凹坑对应阵列分布的圆柱形凸起；
对所述第二模具的四周施加径向拉伸载荷，在径向拉伸载荷作用下，第二模具上圆柱形凸起的底部沿径向方向膨胀，圆柱形凸起的顶部未受载荷作用，圆柱形凸起的底部和圆柱形凸起的顶部受到的非对称的载荷使得圆柱形凸起发生弯曲变形，所述第二模具上的圆柱形凸起的顶部形成凹槽；
制备第三模具，保持第二模具四周的径向拉伸载荷，通过适配的第二模具制备第三模具，所述第三模具表面的微结构形状与变形后的第二模具表面微结构形状相反；
制备柔性基底，通过适配的第二模具制备柔性基底，所述柔性模具表面的微结构形状与变形后的第二模具表面微结构形状相同；
在柔性基底的凸起顶部放置未完全固化的柔性薄膜，加压加热固化，将柔性薄膜与柔性基底表面微结构粘接在一起；
释放压力，柔性基底表面的微结构恢复，柔性薄膜发生完全变形，与第二模具上圆柱形凸起的顶部凹槽形成真空吸盘，即在柔性基底表面制备出真空吸盘阵列。
进一步地，在所述的高粘附性的柔性基底加工方法中，所述第一模具材料为石英、玻璃或树脂；所述第一模具材料进行硅烷化处理。
进一步地，在所述的高粘附性的柔性基底加工方法中，所述第二模具材料为硅橡胶。
进一步地，在所述的高粘附性的柔性基底加工方法中，所述第三模具材料为光固化树脂。
本发明还提供上述的高粘附性的柔性基底在制备柔性电子器件上的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的高粘附性的柔性基底，通过在柔性基底形成真空吸盘阵列，在加工集成中利用真空吸盘与电子功能元件吸附作用形成稳固的粘性，增强柔性基底和电子功能元件的粘附力，提高了柔性电子器件的服役寿命。同时，该真空吸盘阵列为微米级别，尺寸小，分布均匀，与电子功能元件附着力更强。
本发明提供的高粘附性的柔性基底加工方法，通过微纳加工工艺和力学加载结合的方式，在柔性基底表面制备微米尺寸的真空吸盘阵列，通过真空吸盘阵列增强柔性基底和电子功能元件的粘附力，提高了柔性电子器件的服役寿命。该加工方法简单、快速、高效，特别适合无机柔性电子器件的制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明的高粘附性的柔性基底与电子功能元组装成柔性电子器件的结构示意图；
图2为本发明的高粘附性的柔性基底加工方法的流程图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-柔性基底，11-凸起，12-真空吸盘，2-电子功能元件，3-第一模具，4-第二模具，5-第三模具。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的技术方案为：
一种高粘附性的柔性基底，包括：柔性基底，柔性基底用于与电子功能元件接触的表面均匀分布有微米级别的真空吸盘阵列。真空吸盘阵列包括：分布在柔性基底与电子功能元件接触的表面呈阵列分布的圆柱形凸起，凸起上均连接有真空吸盘，吸盘的截面为圆形，在粘合中受力更均匀，粘接更牢固。柔性基底和真空吸盘阵列采用为硅橡胶或水凝胶。
该高粘附性的柔性基底，通过在柔性基底形成真空吸盘阵列，在加工集成中利用真空吸盘与电子功能元件吸附作用形成稳固的粘性，增强柔性基底和电子功能元件的粘附力，提高了柔性电子器件的服役寿命。同时，该真空吸盘阵列为微米级别，尺寸小，分布均匀，与电子功能元件附着力更强。
一种高粘附性的柔性基底加工方法，包括：
制备具有阵列分布微结构的初始模具，对所述初始模具进行拉伸得到目标模具，以所述目标模具作为底板制得与所述目标模具的阵列分布微结构相同的柔性基底，在所述柔性基底的阵列分布微结构通过加压加热固化上柔性薄膜，释放压力后形成真空吸盘阵列，得到所述高粘附性的柔性基底。
具体地，高粘附性的柔性基底加工方法包括：
制备第一模具，第一模具表面加工出呈阵列分布的圆柱形凹坑，圆柱形结构在后面的径向载荷拉伸过程中受力更均匀，四周变形均匀，适合做各向同性的吸盘；其中，第一模具材料为石英、玻璃或树脂，物理化学性能稳定且易刻蚀材料，微结构加工方便且精度高；第一模具材料进行硅烷化处理，这样方便后续第二模具的脱模。第一模具上加工出呈阵列分布的圆柱形凹坑尺寸在微米级别，加工的方法可以为干法刻蚀、聚焦离子束刻蚀、3D打印等。加工出的阵列可以呈矩形或圆形分布。
制备第二模具，通过适配的第一模具制得，第二模具上具有与第一模具的圆柱形凹坑对应阵列分布的圆柱形凸起；其中，第二模具材料为硅橡胶，具体可以采用聚二甲基硅氧烷，第二模具的制备流程包括：将混合、消泡后的聚二甲基硅氧烷液倒入到第一模具表面，再次消泡，加热固化并脱模。液态聚二甲基硅氧烷硅橡胶流动性好、固化快，适合高精度复制微结构，固化后的聚二甲基硅氧烷硅橡胶强度和硬度适中，变形能力强，适合拉伸。
对第二模具的四周施加径向拉伸载荷，在径向拉伸载荷作用下，第二模具上圆柱形凸起的底部沿径向方向膨胀，圆柱形凸起的顶部未受载荷作用，圆柱形凸起的底部和圆柱形凸起的顶部受到的非对称的载荷使得圆柱形凸起发生弯曲变形，圆柱形凸起的顶部形成凹槽；
制备第三模具，保持第二模具四周的径向拉伸载荷，通过适配的第二模具制备第三模具，第三模具表面的微结构形状与变形后的第二模具表面微结构形状相反；第三模具材料为光固化树脂，第三模具的制备流程包括：将光固化树脂溶液倒入到第二模具表面，置于紫外光固化装置中进行固化并脱模。液态光固化树脂流动性好，紫外照射就能固化，固化后的光固化树脂表面能低易脱模，适合高精度复制微结构。
制备柔性基底，通过适配的第三模具制备柔性基底，柔性模具表面的微结构形状与变形后的第二模具表面微结构形状相同；
在柔性基底的凸起顶部放置未完全固化的柔性薄膜，加压加热固化，将柔性薄膜与柔性基底表面微结构粘接在一起；柔性薄膜的形状可以为圆形，具有一定厚度。
释放压力，柔性基底表面的微结构恢复，柔性薄膜发生完全变形，与第二模具上圆柱形凸起的顶部凹槽形成真空吸盘，即在柔性基底表面制备出真空吸盘阵列。
该制备方法中，第一模具为硬模具，物理化学性能稳定且易刻蚀材料，微结构加工方便且精度高。以第一模具作为加工模具制成第二模具，对第一模具进行清洗、硅氧烷预处理，方便第二模具脱模。第二模具为硅橡胶模具，液态聚二甲基硅氧烷硅橡胶流动性好、固化快，适合高精度复制微结构，固化后的聚二甲基硅氧烷硅橡胶强度和硬度适中，变形能力强，适合拉伸。以第二模具作为加工模具制成第三模具，第三模具为光固化树脂模具，液态光固化树脂流动性好，紫外照射就能固化，固化后的光固化树脂表面能低易脱模，适合高精度复制微结构。
实施例1：
请参照图1，本实施例提供高粘附性的柔性基底，包括柔性基底用于与电子功能元件接触的表面均匀分布有微米级别的真空吸盘阵列，柔性基底1和真空吸盘阵列采用为硅橡胶或水凝胶，真空吸盘阵列包括：分布在柔性基底1与电子功能元件接触的表面呈阵列分布的凸起11，凸起11上均连接有真空吸盘12。
实施例2：
请参照图1和2，本实施例提供的高粘附性的柔性基底加工方法，包括：
第一步：制备表面具有微米尺寸圆柱形凹坑的第一模具3(硬模具)：
第一模具3在柔性基底1表面制备微米尺寸的真空吸盘阵列的初始模具，通常选用物理化学性能稳定且易刻蚀材料，例如石英、硅材料等，第一模具3表面加工出的圆柱形凹坑的工艺选用干法刻蚀、聚焦离子束刻蚀、3D打印等。
第二步：制备表面具有微米尺寸圆柱形凸起的第二模具4(聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具)：
对清洗后的第一模具3进行硅烷化处理，将混合、消泡后的PDMS液倒入到硅烷化后的第一模具3表面，再次消泡、固化，从一侧将第二模具4揭开，完成表面具有微米尺寸圆柱形凸起11的第二模具4的制备。
第三步：使第二模具4表面的圆柱形凸起11发生变形：。
在第二模具4的四周施加径向拉伸载荷，圆柱形凸起11的底部在径向拉伸载荷下沿径向方向膨胀，圆柱形凸起11的顶部未受载荷作用，非对称的载荷使得圆柱形凸起11发生弯曲变形，顶部形成凹槽。
第四步：制备第三模具5(光固化树脂模具)：
保持第二模具4四周的径向拉伸载荷，将光固化树脂溶液倒入到第二模具4表面，消泡、紫外固化、脱模，得到第三模具5，光固化树脂模具4表面的微结构形状与变形后的第二模具4表面的微结构形状相反。
第五步：制备柔性基底1：
将硅橡胶或者水凝胶液体倒入到第三模具5，消泡、固化、脱模，得到柔性基底1，柔性基底1表面的微结构形状与变形后的第二模具4表面的微结构形状相同；
第六步：粘接柔性基底1与柔性薄膜：
柔性基底1置于未完全固化的圆形柔性薄膜表面，并在柔性基底1的表面施加压力使微结构发生变形，与圆形柔性薄膜完全接触，保持柔性基底1表面的压力，并加热固化，使柔性薄膜与柔性基底1表面的微结构牢固粘接在一起。
第七步：制备表面具有微米尺寸真空吸盘12阵列的柔性基底1。
释放压力，柔性基底1表面的微结构恢复初始形状，使圆形柔性薄膜阵列发生弯曲变形，变化为真空吸盘12结构，得到表面具有微米尺寸真空吸盘12阵列的柔性基底1。
集成电子功能元件2与表面具有微米尺寸真空吸盘12阵列的柔性基底1包括以下过程：
第一步：将表面具有微米尺寸真空吸盘12阵列的柔性基底1置于电子功能元件2的表面，并使柔性基底1表面微米尺寸的真空吸盘12阵列与电子功能元件2保持良好接触。
第二步：在柔性基底1的表面缓慢施加压力，使真空吸盘12阵列发生变形，且气流从真空吸盘12阵列与电子功能元件2所围成的腔体中流出，腔体内压强变小使得电子功能元件2与柔性基底1界面粘附增强。
实施例3
请参照图1，本实施例提供一种柔性电子器件，采用实施例1中的高粘附性的柔性基底1与电子功能元件2加工集成。柔性基底1表面的真空吸盘阵列与电子功能元件保持良好接触，
向柔性基底的表面缓慢施加压力，使真空吸盘阵列发生变形，挤压真空吸盘阵列与电子功能元件所围成腔体的空气，腔体内压强变小，真空吸盘阵列与电子功能元件紧密接触，实现柔性基底和电子功能元件加工集成。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高粘附性的柔性基底，其特征在于，包括：柔性基底，所述柔性基底用于与电子功能元件接触的表面均匀分布有微米级别的真空吸盘阵列。
2.根据权利要求1所述的高粘附性的柔性基底，其特征在于，所述真空吸盘阵列包括：分布在所述柔性基底与电子功能元件接触的表面呈阵列分布的圆柱形凸起，所述凸起上均连接有真空吸盘。
3.根据权利要求1或2所述的高粘附性的柔性基底，其特征在于，所述柔性基底和所述真空吸盘阵列均采用为硅橡胶或水凝胶。
4.根据权利要求1或2所述的高粘附性的柔性基底，其特征在于，所述真空吸盘阵列分布的形状有矩形或圆形。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的高粘附性的柔性基底加工方法，其特征在于，包括：
制备具有阵列分布微结构的初始模具，对所述初始模具进行拉伸得到目标模具，以所述目标模具作为底板制得与所述目标模具的阵列分布微结构相同的柔性基底，在所述柔性基底的阵列分布微结构通过加压加热固化上柔性薄膜，释放压力后形成真空吸盘阵列，得到所述高粘附性的柔性基底。
6.根据权利要求5所述的高粘附性的柔性基底加工方法，其特征在于，包括：
制备第一模具，所述第一模具表面加工出呈阵列分布的圆柱形凹坑；
制备第二模具，通过适配的所述第一模具制得，所述第二模具上具有与第一模具的圆柱形凹坑对应阵列分布的圆柱形凸起；
对所述第二模具的四周施加径向拉伸载荷，在径向拉伸载荷作用下，第二模具上圆柱形凸起的底部沿径向方向膨胀，圆柱形凸起的顶部未受载荷作用，圆柱形凸起的底部和圆柱形凸起的顶部受到的非对称的载荷使得圆柱形凸起发生弯曲变形，所述第二模具上的圆柱形凸起的顶部形成凹槽；
制备第三模具，保持第二模具四周的径向拉伸载荷，通过适配的第二模具制备第三模具，所述第三模具表面的微结构形状与变形后的第二模具表面微结构形状相反；
制备柔性基底，通过适配的第二模具制备柔性基底，所述柔性模具表面的微结构形状与变形后的第二模具表面微结构形状相同；
在柔性基底的凸起顶部放置未完全固化的柔性薄膜，加压加热固化，将柔性薄膜与柔性基底表面微结构粘接在一起；
释放压力，柔性基底表面的微结构恢复，柔性薄膜发生完全变形，与第二模具上圆柱形凸起的顶部凹槽形成真空吸盘，即在柔性基底表面制备出真空吸盘阵列。
7.根据权利要求6所述的高粘附性的柔性基底加工方法，其特征在于，所述第一模具材料为石英、玻璃或树脂；所述第一模具材料进行硅烷化处理。
8.根据权利要求6所述的高粘附性的柔性基底加工方法，其特征在于，所述第二模具材料为硅橡胶。
9.根据权利要求6所述的高粘附性的柔性基底加工方法，其特征在于，所述第三模具材料为光固化树脂。
10.一种如权利要求1-4任一项所述的高粘附性的柔性基底在制备柔性电子器件上的应用。
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