柔性电子器件及其制造方法与流程

本公开涉及电子器件领域，尤其涉及一种柔性电子器件及其制造方法。

背景技术：

柔性电子器件在生物医学、精密工业以及机器人等领域有着重要的应用前景。但柔性电子器件工作时产生的热量堆积会造成柔性电子器件的局部温升，当局部温度超过柔性电子器件中芯片等元件的工作温度时，过高的温度会导致元件甚至整个器件的烧伤失效。且对于一些植入人体内部或安装在体表上的柔性电子器件，局部温升会使人体产生烧灼等不适感。相关技术中，通过提高柔性电子器件中封装层、基底层的导热系数等方式来实现柔性电子器件的散热，但会对柔性电子器件的界面强度、弹性模量等造成不利影响，不能满足柔性电子器件的散热需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提出了一种柔性电子器件及其制造方法。

根据本公开的一方面，提供了一种柔性电子器件，包括封装层、基底层和芯片，所述封装层与所述基底层连接，所述芯片位于所述封装层和所述基底层之间、且固定在所述基底层上，所述封装层中设置有散热模块，

所述散热模块包括多个通道和蓄液池，所述蓄液池中存在液态的冷却液，所述多个通道与所述蓄液池连接，所述蓄液池位于所述封装层中与所述芯片相对应的位置，

其中，所述封装层和基底层由柔性材料制成。

对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面之间、各通道的下表面的不同位置之间存在浸润梯度，

其中，所述浸润梯度是指所述蓄液池的表面的接触角小于所述多个通道的下表面的接触角，并且各通道的下表面的不同位置的接触角随所述位置与所述蓄液池之间的距离的增大而增大。

对于上述柔性电子器件，在一种可能实现方式中，所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面设置有预设密度的浸润层；和/或

所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面具有预设的粗糙度；

其中，所述预设密度与所述浸润梯度之间、所述预设的粗糙度与所述浸润梯度之间存在对应关系。

对于上述柔性电子器件，在一种可能实现方式中，所述多个通道以所述蓄液池为中心呈放射性分布。

对于上述柔性电子器件，在一种可能实现方式中，所述蓄液池和所述多个通道为柱状，所述蓄液池的直径大于所述多个通道的直径。

根据本公开的另一方面，提供了一种柔性电子器件的制造方法，所述方法包括：

在封装层中生成待密封的散热模块，所述待密封的散热模块包括多个通道和蓄液池；

将液态冷却液填充入所述蓄液池；

通过柔性材料对所述待密封的散热模块进行密封，形成散热模块；

将带有所述散热模块的封装层与基底层贴合，形成所述柔性电子器件，所述基底层上固定有芯片，所述芯片位于所述封装层和所述基底层之间，

其中，所述多个通道与所述蓄液池连接，所述蓄液池位于所述封装层中与所述芯片相对应的位置，所述封装层、所述基底层的材料为柔性材料。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

在所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面生成预设密度的浸润层，以使所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面之间、各通道的下表面的不同位置之间存在浸润梯度，

其中，所述预设密度与所述浸润梯度之间存在对应关系，所述浸润梯度是指所述蓄液池的表面的接触角小于所述多个通道的下表面的接触角，并且各通道的下表面的不同位置的接触角随所述位置与所述蓄液池之间的距离的增大而增大。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：对所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面进行粗糙化处理，以使所述多个通道的下表面和所述蓄液池的表面之间、各通道的下表面不同位置之间存在浸润梯度，

其中，所述预设粗糙度与所述浸润梯度之间存在对应关系，所述浸润梯度是指所述蓄液池的表面的接触角小于所述多个通道的下表面的接触角，并且各通道的下表面的不同位置的接触角随所述位置与所述蓄液池之间的距离的增大而增大。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述多个通道以所述蓄液池为中心呈放射性分布。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述蓄液池和所述多个通道为柱状，所述蓄液池的直径大于所述多个通道的直径。

本公开实施例所提供的柔性电子器件及其制造方法，所制造的柔性电子器件包括封装层、基底层和芯片，封装层与基底层连接，芯片位于封装层和基底层之间、且固定在基底层上，封装层中设置有散热模块，散热模块包括多个通道和蓄液池，蓄液池中存在液态的冷却液，多个通道与蓄液池连接，蓄液池位于所述封装层中与芯片相对应的位置，其中，封装层和基底层由柔性材料制成。所制造的柔性电子器件的散热效果好、成本低、适用范围广、可延展性好。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的结构示意图。

图2示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的散热模块的结构示意图。

图3示出根据本公开一实施例的柔性电子器件中冷却液回流原理示意图。

图4示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。

图5a、图5b示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的示意图。

图6示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。

图7示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的结构示意图。如图1所示，该装置包括封装层1、基底层2和芯片3，芯片3位于封装层1和基底层2之间，且固定在基底层2上。封装层1中设置有散热模块4，散热模块4包括多个通道5和蓄液池6，蓄液池6中存在液态的冷却液7，多个通道5与蓄液池6连接。蓄液池6位于封装层1中与芯片3相对应的位置，封装层1和基底层2由柔性材料制成。

在本实施例中，在散热模块中，当蓄液池中的冷却液因受热而温度上升至冷却液的汽化相变点时，冷却液由液态转变为气态，并在气压差的作用下，从蓄液池中向多个通道中远离蓄液池的方向运动。在运动过程中，气态的冷却液会冷凝转变为液态回流到蓄液池。这样，当蓄液池中冷却液的温度高于其汽化相变点时，冷却液的“汽化-冷凝-回流”循环过程在散热模块中会持续进行，以实现柔性电子器件的散热。

在本实施例中，致使冷却液升温的热量可以是柔性电子器件的内部的芯片、元件等在工作时产生的热量，还可以是外部环境传递入柔性电子器件的热量，本公开对此不作限制。

在本实施例中，封装层和基底层的所使用的柔性材料可以相同，也可以不同。柔性材料可以是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，简称pdms)、橡胶、水凝胶(hydrogel)、聚酰亚胺(polyimide，简称pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneglycolterephthalate，简称pet)等具有柔性的聚合物材料。本领域技术人员可以根据实际需要对封装层、基底层的材料进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，蓄液池在封装层中的位置可以是柔性电子器件中产热较多的芯片、元件(电阻等无源元件)等所对应的位置，也可以是柔性电子器件中散热较差部位所对应的位置。其中，芯片可以是完成封装的芯片，也可以是尚未封装的芯片裸片。芯片的数量可以是一个，也可以是多个。本领域技术人员可以根据实际需要对芯片的种类及数量进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，可以根据芯片的尺寸、位置、数量、温升性能、产热能力等对散热模块进行设置，对散热模块的设置包括对散热模块中的蓄液池的数量、位置、尺寸、形状等的设置，以及多个通道的数量、位置、尺寸、形状等是设置。例如，蓄液池的数量可以与芯片的数量相对应，以保证每个芯片的附近具有蓄液池，以实现不同芯片的散热。散热模块的形状可以是网状、辐射状等，以满足不同柔性电子器件的不同散热需求。本领域技术人员可以根据实际需要对散热模块进行设置，本公开对此不作限制。

图2示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的散热模块的结构示意图。如图2所示，以柔性电器器件包括一个芯片为例，散热模块中蓄液池6位于芯片2的上方，多个通道5以蓄液池6为中心呈放射性分布。这样，可以保证芯片2所在位置的热量能及时散发出去，避免温度过高对芯片造成损伤。

在本实施例中，汽化相变点是冷却液由液态变为气态的临界温度值，可以是冷却液的沸点。冷却液可以是乙醇、戊烷、二卤甲烷、二氯乙烷等有机溶剂。冷却液还可以是其他无毒、不与封装材料反应、且汽化相变点满足散热需求的液体。散热需求可以根据柔性电子器件的用途、工作环境等确定。例如，若柔性电子器件会植入人体内部或者安装在人体体表，冷却液的汽化相变点可以是略大于人体体温的温度值，如45℃，以保证柔性电子器件正常散热的同时，避免给人带来灼热等不适感。本领域技术人员可以根据实际需要选择冷却液，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，多个通道5的下表面和蓄液池6的表面之间、各通道5的下表面的不同位置之间存在浸润梯度。其中，浸润梯度是指蓄液池6的表面的接触角小于多个通道5的下表面的接触角，并且各通道5的下表面的不同位置的接触角随该位置与蓄液池6之间的距离的增大而增大。

在该实现方式中，液体在与固体接触时，沿固体表面扩展而相互附着的现象，又称为液体浸润固体，也可称为润湿。物质表面的浸润度是指一种液体保持与一个固体表面接触的能力，是由分子间的相互作用决定的。接触角(contactangle)是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角，是润湿程度的量度。接触角越小，其浸润度越好。多个通道的下表面和蓄液池的表面之间、各通道的下表面的不同位置之间存在浸润梯度，使冷却成液体的冷却液在滴落到通道的下表面之后，能够在浸润梯度的作用下，从远离蓄液池的位置(接触角大)回流至蓄液池(接触角小)。浸润梯度越大(即通道下表面不同位置之间的接触角差值越大)，冷却液的回流速度越快。可以根据冷却液与通道、蓄液池之间的接触角、柔性电子器件的散热需求等对浸润梯度进行设置，本公开对此不作限制。

图3示出根据本公开一实施例的柔性电子器件中冷却液回流原理示意图。如图3所示，冷却液7在蓄液池6表面的接触角θmin最小，蓄液池6表面的浸润度好于散热模块4中其他位置的浸润度。通道5的下表面上远离蓄液池6位置的接触角大于通道5的下表面上靠近蓄液池6位置的接触角，即θ1<θ2。因此，被汽化的冷却液7在通道5中运动的过程中，气态的冷却液7冷却转变为液态与通道5的下表面接触后，在通道5下表面的冷却液7会向着接触角小的方向运动(如图2、图3中箭头示出的流动方向)，直至其回流到蓄液池6。

在一种可能的实现方式中，多个通道5的下表面和蓄液池6的表面设置有预设密度的浸润层；和/或多个通道5的下表面和蓄液池6的表面具有预设的粗糙度。其中，预设密度与浸润梯度之间、预设的粗糙度与浸润梯度之间存在对应关系。

在该实现方式中，浸润层的材料可以是具有低表面能的硅烷等材料。预设密度与浸润梯度之间存在对应关系是指浸润层在蓄液池的表面的密度低于多个通道的下表面所有位置的密度，各通道下表面的不同位置的浸润层的密度随该位置与蓄液池之间的距离的增大而增大。可以通过化学法在多个通道的下表面和蓄液池的表面制备有预设密度的浸润层，还可以直接在多个通道的下表面和蓄液池的表面粘贴具有预设密度的浸润层，本公开对此不做限制。

在该实现方式中，预设的粗糙度与浸润梯度之间存在对应关系可以是指预设的粗糙度与接触角之间存在对应关系。蓄液池的表面和通道的下表面的粗糙度随其接触角的增大而增大。可以通过物理或化学方法对蓄液池的表面和通道的下表面进行处理，使其具有预设的粗糙度；还可以直接在多个通道的下表面和蓄液池的表面粘贴具有预设的粗糙度的薄膜，使其具有预设的粗糙度，本公开对此不作限制。

其中，根据wenzel规则，当液体直接接触含有微结构的表面时，在表面粗糙度为r的粗糙表面上接触角θw与相同材料平滑表面接触角θ(即固有接触角)之间具有如式(1)的关系。

cosθw＝rcosθ式(1)

在wenzel状态下，微结构的粗糙度会增强原有表面浸润性。可以在蓄液池的表面和通道的下表面构造具有一定粗糙度的微结构，从而增强其浸润性，减小接触角，使得通道中远离蓄液池的位置的粗糙度小于靠近蓄液池的位置粗糙度，构建浸润梯度。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，多个通道5可以以蓄液池6为中心呈放射性分布。这样，可以使冷却液可以快速地回流至蓄液池，提高柔性电子器件的散热性能。

在一种可能的实现方式中，蓄液池6和多个通道5可以为柱状，蓄液池6的直径可以大于多个通道5的直径。

在该实现方式中，蓄液池还可以四方体等易于存储冷却液的形状结构，通道还可以是棱柱等易于气体、液体流动的形状结构，本公开对此不作限制。

需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了柔性电子器件如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各部分，只要符合本公开的技术方案即可。

本公开实施例所提供的柔性电子器件，包括封装层、基底层和芯片，封装层与基底层连接，芯片位于封装层和基底层之间、且固定在基底层上，封装层中设置有散热模块，散热模块包括多个通道和蓄液池，蓄液池中存在液态的冷却液，多个通道与蓄液池连接，蓄液池位于所述封装层中与芯片相对应的位置，其中，封装层和基底层由柔性材料制成。所制造的柔性电子器件的散热效果好、成本低、适用范围广、可延展性好。

图4示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。如图4所示，该方法用于制造上述柔性电子器件。该方法包括步骤s101至步骤s104。

在步骤s101中，在封装层中生成待密封的散热模块，待密封的散热模块包括多个通道和蓄液池。其中，多个通道与蓄液池连接，蓄液池位于封装层中与芯片相对应的位置。

在本实施例中，可以采用以下任意方式在封装层中生成待密封的散热模块。方式一，可以通过物理刻蚀或化学刻蚀等方式对封装层进行刻蚀，以在封装层中生成待密封的散热模块。例如，采用激光刻蚀的方式对封装层进行刻蚀，以在封装层中生成待密封的散热模块。方式二，还可以利用3d打印(3dprinting(3dp))技术直接带有待密封的散热模块的封装层。方式三，也可以利用模塑法，在预先制备的模具中烧铸封装层所使用的柔性材料，固化后去除模具，获得带有待密封的散热模块的封装层。其中，可以采用光刻胶为模具，便于脱模。方式四，也可以在封装层直接粘贴预先制备的待密封的散热模块。本领域技术人员可以根据实际需要对在封装层中生成待密封的散热模块的方式进行设置，本公开对此不作限制。

在步骤s102中，将液态冷却液填充入蓄液池。

在本实施例中，可以采用注入等方式在蓄液池中填充所需量的冷却液，本公开对此不作限制。

在步骤s103中，通过柔性材料对待密封的散热模块进行密封，形成散热模块。

在本实施例中，对待密封的散热模块进行密封的柔性材料可以是与封装层相同的柔性材料，还可以是其他柔性材料。本领域技术人员可以根据实际需要对待密封的散热模块进行密封的柔性材料进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，可以采用粘贴剂将合适大小的柔性材料粘贴在待密封散热模块上，还可以采用覆盖的方式对待密封散热模块进行密封。可以根据实际需要对密封的方式进行设置，本公开对此不作限制。

在步骤s104中，将带有散热模块的封装层与基底层粘合，形成柔性电子器件。其中，基底层上固定有芯片，芯片位于封装层和基底层之间。封装层、基底层的材料可以为柔性材料。

在本实施例中，可以利用粘接剂将带有散热模块的封装层与基底层粘和在一起，也可以利用界面之间的力的作用将带有散热模块的封装层与基底层粘合在一起。本领域技术人员可以根据实际需要对封装层与基底层的粘合方式进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，图5a、图5b示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的示意图。如图5a所示，还可以先将封装层1与基底层2(基底层2上固定有芯片3)粘合。然后，如图5b所示，在封装层1中生成包括多个通道5和蓄液池6的待密封的散热模块4。在将冷却液7填充入蓄液池6之后，通过柔性材料对待密封的散热模块4进行密封，形成如图1所示的柔性电子器件。

图6示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。在一种可能的实现方式中，如图6所示，该方法还可以包括步骤s105。

在步骤s105中，在多个通道的下表面和蓄液池的表面生成预设密度的浸润层，以使多个通道的下表面和蓄液池的表面之间、各通道的下表面的不同位置之间存在浸润梯度。其中，预设密度与浸润梯度之间存在对应关系，浸润梯度是指蓄液池的表面的接触角小于多个通道的下表面的接触角，并且各通道的下表面的不同位置的接触角随位置与蓄液池之间的距离的增大而增大。

图7示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。在一种可能的实现方式中，如图7所示，该方法还可以包括步骤s106。

在步骤s106中，对多个通道的下表面和蓄液池的表面进行粗糙化处理，以使多个通道的下表面和蓄液池的表面之间、各通道的下表面不同位置之间存在浸润梯度。其中，预设粗糙度与浸润梯度之间存在对应关系，浸润梯度是指蓄液池的表面的接触角小于多个通道的下表面的接触角，并且各通道的下表面的不同位置的接触角随位置与蓄液池之间的距离的增大而增大。

在一种可能的实现方式中，多个通道可以以蓄液池为中心呈放射性分布。

在一种可能的实现方式中，蓄液池和多个通道可以为柱状，蓄液池的直径大于多个通道的直径。

需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了柔性电子器件的制造方法如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各步骤，只要符合本公开的技术方案即可。

本公开实施例所提供的柔性电子器件的制造方法，在封装层中生成待密封的散热模块，待密封的散热模块包括多个通道和蓄液池；将液态冷却液填充入蓄液池；通过柔性材料对待密封的散热模块进行密封，形成散热模块；将带有散热模块的封装层与基底层贴合，形成柔性电子器件，基底层上固定有芯片，芯片位于封装层和基底层之间，其中，多个通道与蓄液池连接，蓄液池位于封装层中与芯片相对应的位置，封装层、基底层的材料为柔性材料。加工工艺简单，所制造的柔性电子器件的散热效果好、成本低、适用范围广、可延展性好。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。