CN106185782A - 一种面向可延展电子的柔性基底 - Google Patents

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潘开林
王琳
杨帆
王文佳
李婷婷
曹威武
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Guilin University of Electronic Technology
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0059—Constitution or structural means for controlling the movement not provided for in groups B81B3/0037 - B81B3/0056

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Abstract

本发明公开一种面向可延展电子的柔性基底，包括薄膜基底、岛屿和沟槽；每个岛屿均呈多边形棱柱状；所有岛屿在薄膜基底的至少一侧表面上呈蜂窝状阵列排布；岛屿与岛屿之间由沟槽分隔开；功能器件粘附在岛屿的上方，连接导线藏于岛屿间的沟槽内，连接导线与功能器件电学连接。本发明不但可以实现轴向拉伸、弯曲、扭曲等可延展性能，而且打破了传统可延展电子功能元器件表面占有率低和应力过集中的弊端，拥有更高的功能器件有效表面占有率，提高可延展电子产品工作效率，并能够更好地对功能器件进行保护。

Description

一种面向可延展电子的柔性基底
技术领域
本发明涉及可延展电子技术领域，具体涉及一种面向可延展电子的柔性基底。
背景技术
可延展电子是一种新型电子产品，其克服了传统硅基电子产品的刚性、脆性、易碎、不能适应较复杂工作平面的应用，是先进电子制造的代表性产品。以结构性基底为基础的可延展电子可应用于高灵敏机器人皮肤、眼球状数码照相机、柔性医疗/手术设备、智能健康监护器等。然而现有的结构性基底为基础的可延展电子存在表面占有率不高、电子器件上应力过集中等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有可延展电子的结构性基底有效表面占有率不高和应力过集中的问题，提供一种面向可延展电子的柔性基底。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种面向可延展电子的柔性基底，包括薄膜基底、岛屿和沟槽；每个岛屿均呈多边形棱柱状；所有岛屿在薄膜基底的至少一侧表面上呈蜂窝状阵列排布；岛屿与岛屿之间由沟槽分隔开；功能器件粘附在岛屿的上方，连接导线藏于岛屿间的沟槽内，连接导线与功能器件电学连接。
上述方案中，每个岛屿均呈六边形棱柱状。
上述方案中，岛屿与薄膜基底为一体化结构。
上述方案中，岛屿和薄膜基底均为超弹性的柔性聚合物。
上述方案中，岛屿的高度与薄膜基底的厚度之比为0.75～2。
上述方案中，沟槽的深度与宽度之比为1.5～5。
上述方案中，功能器件与岛屿间设有粘附层。
上述方案中，连接导线与功能器件的连接处位于功能器件的边缘或者下方。
与现有技术相比，本发明不但可以实现轴向拉伸、弯曲、扭曲等可延展性能，而且打破了传统可延展电子功能元器件表面占有率低和应力过集中的弊端，拥有更高的功能器件有效表面占有率，提高可延展电子产品工作效率，并能够更好地对功能器件进行保护，特别适用于高的接收光线或者发射光线的应用，例如柔性太阳能电池板、光电探测设备、电子眼等。
附图说明
图1是一种面向可延展电子的柔性基底的立体结构示意图。
图中标号：1、薄膜基底；2、岛屿；3、沟槽。
具体实施方式
一种面向可延展电子的柔性基底，如图1所示，由薄膜基底1、岛屿2和沟槽3组成。薄膜基底1、岛屿2和沟槽3是实现可延展柔性电子器件的电学功能基础。薄膜基底1对整个器件结构实现支撑。岛屿2实现对功能电子元器件例如太阳能电池的支撑，并且可以在拉伸过程中实现应力隔绝从而对功能电子元器件实现保护。沟槽3即非岛屿2部分，是实现高的延展性的基础，拉伸、弯曲和/或扭转时，岛屿2本身尺寸变化很小，主要依靠沟槽3之间的基底的高伸缩性来实现整个结构的柔性和可延展性。
每个岛屿2均呈多边形棱柱状，在本发明优选实施例中，每个岛屿2均呈六边形棱柱状，其能够提高器件表面占有率，并克服应力过集中的问题。所有岛屿2在薄膜基底1的至少一侧表面上呈蜂窝状阵列排布，即所有岛屿2可以规则排布在薄膜基底1的一侧表面上，也可以规则排布在薄膜基底1的两侧表面上。岛屿2间由纵横交错的沟槽3分隔开。岛屿2与薄膜基底1为一体化结构，并由相同的材料制成。该材料为高弹性的柔性聚合物，如PDMS或TPU等超弹性材料，其既是整个结构可延展性、高表面覆盖率的关键，又是实现拉伸、扭转、弯曲等可延展力学行为的基础。
岛屿2的高度与薄膜基底1的厚度之比为0.75～2，以实现更好的对岛屿2上方功能器件的保护作用。本发明中，薄膜基底1的厚度很薄，不足1厘米。岛屿2间沟槽3部分用于放置连接导线，因此沟槽3宽度不能过小，通常情况下需要大于100微米。沟槽3的深度与宽度之比为1.5～5。在实现拉伸、弯曲和扭转等行为过程中，由于沟槽3具有高的深宽比，使得岛屿2处具有良好的应力隔绝效应，对功能器件的应力作用非常小，能够防止功能器件的脱落并实现对其应力隔绝保护，从而在实现延展性、高表面覆盖率的同时，实现高可靠性。
为了能够形成可延展柔性电子电路，还需要在上述柔性基底的基础上设置连接线和功能器件。连接线和功能器件用于实现可延展柔性电子器件的电学功能。功能器件是整个设备的功能实现部分，其可以根据不同应用场合的需要进行选择。连接线是实现电学连接的部分。
功能器件粘附在岛屿2的上方，用于在有限的面积内实现更高的工作效率。此外，功能器件与岛屿2间设有粘附层，从而保证功能器件能与岛屿2的顶部实现更好的连接，并且起到一定的应力缓冲作用。
连接导线设置在各个功能器件的下方，各个岛屿2间的沟槽3内部，其既节省了空间，又提供了大延展性，同时能被上方电子器件及结构性基底保护起来。连接导线由铜或者银制成的连接导线，具有高的导电率，连接导线形状被设计为六边形阵列结构，从而能在拉伸的情况下实现大的延展性，矩形阵列结构连接导线是实现整个机构的延展性和电学功能的基础。连接导线与功能器件电学连接。连接导线与功能器件的连接处位于功能器件的边缘或者下方。
如功能器件为太阳能电池，粘附于岛屿2上方，需在有限的面积内接收尽可能多的光照，从而将光能转化为电能存储。每个太阳能电池粘附于对应的一个岛屿2上方，每个太阳能电池直接与周围四个太阳能电池通过连接导线连接，从而实现整个结构上各个电子元器件太阳能电池的电学连接。此外，为了对可延展电子器件整体进行保护，可以根据需要，选择性地在整个可延展电子器件的上方加入封装层。

Claims (8)

1.一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：包括薄膜基底(1)、岛屿(2)和沟槽(3)；每个岛屿(2)均呈多边形棱柱状；所有岛屿(2)在薄膜基底(1)的至少一侧表面上呈蜂窝状阵列排布；岛屿(2)与岛屿(2)之间由沟槽(3)分隔开；功能器件粘附在岛屿(2)的上方，连接导线藏于岛屿(2)间的沟槽(3)内，连接导线与功能器件电学连接。
2.根据权利要求1所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：每个岛屿(2)均呈六边形棱柱状。
3.根据权利要求1所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：岛屿(2)与薄膜基底(1)为一体化结构。
4.根据权利要求1或3所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：岛屿(2)和薄膜基底(1)均为柔性聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：岛屿(2)的高度与薄膜基底(1)的厚度之比为0.75～2。
6.根据权利要求1所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：沟槽(3)的深度与宽度之比为1.5～5。
7.根据权利要求1所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：功能器件与岛屿(2)间设有粘附层。
8.根据权利要求1所述的一种面向可延展电子的柔性基底，其特征在于：连接导线与功能器件的连接处位于功能器件的边缘或者下方。
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