柔性基板及可拉伸电子装置的制作方法

1.本技术涉及导线技术领域，尤其涉及一种柔性基板及可拉伸电子装置。


背景技术：

2.可拉伸电子装置因其具有的可延展性而在生物医学、柔性显示以及智能穿戴等领域具有广泛的应用前景。
3.对于目前主流的可拉伸电子装置的“岛桥”结构而言，其主要通过金属互联导线的变形来实现可延展性。但是，由于导线与封装层材料性质差异，通常两者结合强度较弱，因此在拉伸过程中，容易在结合面处发生脱离，从而降低可拉伸电子装置的性能和使用寿命。


技术实现要素：

4.为解决前述问题，本技术一实施例提供一种柔性基板及可拉伸电子装置，以解决现有可拉伸电子装置在拉伸过程中由于导线与基底结合处应力较大而出现界面分离的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供一种柔性基板，包括导线、基底和覆盖在所述导线上的封装层，其中，所述导线设置于所述基底上，由导电材料构成，其中，所述导线夹设于所述封装层和所述基底之间；所述基底上设有多个与所述导线间隔设置的孔，所述孔用于降低基底弯曲或者拉伸时所述导线与所述基底的结合面处受到的拉伸应力。
6.一实施例中，所述导线呈曲线形状设置于所述基底上，所述曲线形状为沿着第一方向与第二方向凹凸变化，所述第一方向与所述第二方向呈180
°
；所述孔设置于所述第一方向凸出的一侧以及在所述第二方向凹入位置。通过紧邻导电材料的进行打孔能够尽可能的降低导电材料与基底结合面处的拉应力。
7.一实施例中，所述孔为在两个垂直方向上的尺寸不等的形状时，所述孔包括长轴与短轴；位于所述导线的所述第一方向凸出的一侧的所述孔中，所述长轴方向平行于第三方向，所述第三方向垂直于所述第一方向与所述第二方向；位于所述导线的所述第二方向内凹的一侧的所述孔中，所述长轴方向平行于所述第一方向与所述第二方向。
8.一实施例中，所述孔的形状为药丸形状、矩形、圆形、三角形中的一种或多种。根据不同形状孔的作用大小的不同能够设计出处于拉伸状态时不同拉应力的柔性基板。
9.一实施例中，所述孔的类型为将所述基底打穿的通孔、没有将所述基底打穿的盲孔中的一种或两种。根据不同类型孔的作用大小的不同能够设计出处于拉伸状态时不同拉应力的柔性基板。
10.一实施例中，所述导线的曲线形状为u形、z形、马蹄形及其他具有同等拉伸作用的单一图形或混合图形。根据不同图形设置导电材料的图案能够设计出更具功能差异化的柔性基板。
11.一实施例中，构成所述导线的所述导电材料为金属材料、碳纳米材料、导电高分子以及离子导体材料中的一种或多种。根据不同材料所具有的导电性能和拉伸性能的不同能
够设计出更具功能差异化的柔性基板。
12.一实施例中，所述基底上还设有多个刚性岛，所述刚性岛间隔的设置于所述基底上，所述刚性岛上设置有功能装置，所述功能装置与所述导线连接，用于接收经所述导线传输的电信号。
13.一实施例中，所述刚性岛的弹性模量大于所述可拉伸基板的弹性模量，用于在所述可拉伸基板与所述导线处于拉伸状态时，所述刚性岛仍保持为没有拉伸时的状态以使设置于所述刚性岛上的功能装置能够正常工作。
14.第二方面，本技术实施例提供一种可拉伸电子装置，包括前述柔性基板。
15.一实施例中，所述可拉伸电子装置为柔性显示装置或者仿生相机或者可拉伸导管或者脑信号采集器件。
16.相较于现有技术，本技术实施例中，通过在柔性基板的基底上挖孔的方式，降低了导线在处于拉伸状态时，导线与基底在结合面处的拉应力，从而降低了导线与基底结合面脱离的概率，进而提升了应用该柔性基板的可拉伸电子装置的拉伸性能和使用寿命。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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的附图。
18.图1为本技术实施例公开的一种柔性基板的结构示意图；
19.图2为图1所示柔性基板中的岛桥结构的结构示意图；
20.图3为图1所示柔性基板中在i-i处的截面示意图；
21.图4为图1所示岛桥结构中一种导线处的俯视结构示意图；
22.图5为图4所示导线在达到25％的拉伸率时的导线-基底界面的法向应力受力图；
23.图6为图1所示岛桥结构中另一种导线处的俯视结构示意图；
24.图7为图6所示导线在达到25％的拉伸率时的导线-基底界面的法向应力受力图。
具体实施方式
25.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.下面结合附图，具体说明可拉伸电子装置中导线的结构及其工作过程。
27.可延展柔性无机电子因其保有传统硅基电子系统功能的同时，具有一定的柔性及可延展性，得到快速的发展和广泛的应用，尤其是在生物医学、智能穿戴设备、柔性显示、卫生保健及军事领域中被制作成为可拉伸电子装置，具有广阔的应用前景。目前，可拉伸电子装置的拉伸功能主要通过“岛桥结构”中的“桥”实现。其中，岛指的是可拉伸电子装置中各个刚性岛，刚性岛上设置有功能装置，如可拉伸显示屏中的像素封装层体、可拉伸仿生相机中的摄像头等；桥指的是由导电材料通过变形而形成的具有拉伸效果的导线，也即是可拉伸导线，如u形导线、z形导线等。可见，在岛桥结构中，可拉伸导线是可拉伸电子装置实现拉
伸效果中最薄弱的环节，其在拉伸变形下的可延展性能是提高结构整体延展性能、可靠性的关键。
28.请参阅图1，其为本技术实施例公开的一种柔性基板的结构示意图。如图1所示，该柔性基板10内包括基底11、数条导线12、多个刚性岛13以及覆盖在每条导线12上的封装层14。
29.其中，数条导线12与多个刚性岛13均设置于基底11上。多个刚性岛13间隔的设置于基底11上，且刚性岛13上设置有功能装置，如可拉伸显示屏中的像素封装层体、可拉伸仿生相机中的摄像头等。刚性岛13上的功能装置与导线12连接，并通过导线12形成供电电路，也即是，在相邻的刚性岛13之间的间隔区域上设置导线12，并通过导线12为各个刚性岛13上的功能装置供电，从而使得功能装置得以独立的封装在各个刚性岛13上，且通过导线12供电。
30.进一步地，基底11上相邻的刚性岛13之间的间隔区域即为可拉伸区域，且导线12设置在可拉伸区域上。因此，在基底11受到外力牵拉时，设置于可拉伸区域上的导线12能够随着可拉伸区域的变化而发生形变，从而使得柔性基板10具有可拉伸性能，在此期间，导线12持续为刚性岛13上的功能装置提供可靠的电信号。同时，由于刚性岛13上的功能装置是独立封装的，且刚性岛13不会随基底11的拉伸而变化，因此，在拉伸条件下，刚性岛13上的功能装置不会受到外力的影响，从而能够保持自身结构的稳定性以及封装层的有效性。
31.具体地，基底11由弹性材料制成，如低模量聚二甲基硅氧烷，弹性聚酰亚胺、聚氨酯等弹性材料，本实施例对此不作具体限制，只要其能够满足柔性基板10设计所需的可拉伸性能即可。刚性岛13由弹性模量较高的材料制成，如聚酰亚胺、高弹性模量硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯等高弹材料，本实施例对此不作具体限制，只要其能够满足柔性基板10设计所需的可拉伸性能即可。
32.本技术实施例中，柔性基板10在其实现拉伸功能的过程中，由于刚性岛13处的弹性模量远大于基底11的弹性模量，使得刚性岛13上的功能装置能够尽可能少的收到拉伸力的影响，从而可以对刚性岛13上的功能装置起到保护作用，即可以防止基底11被牵拉时功能装置的封装结构以及封装结构内的元件受损，且借助导线12持续接收电信号而保证了柔性基板10在拉伸过程中能够稳定的工作。
33.请参阅图2，其为图1所示柔性基板中的岛桥结构的结构示意图。如图2所示，该岛桥结构由导线12、刚性岛13以及覆盖在导线12上的封装层14构成。
34.导线12设置在相邻刚性岛13之间的间隔区域，也即是基底11上的可拉伸区域，导线12根据其在基底11上的分布方向可分为行导线和列导线，其中，行导线沿第一方向设置在基底11，列导线沿第二方向设置在基底11上，行导线以及列导线互相垂直设置，即第一方向与第二方向互相垂直。
35.具体地，每条导线用于连接刚性岛13上的功能装置阳极或者阴极，从而为该功能装置内元件的正常工作进行供电。因此，基底11上的行导线以及列导线的数量相同。为了使得导线12与刚性岛13上的功能装置可靠连接，导线12的至少部分延伸至刚性岛13上。
36.进一步地，导线12连接外部控制芯片，并在外部芯片的控制下用于传输电信号至各个刚性岛13上的功能装置。当刚性岛13上的功能装置的阴极以及阳极所连接的行导线以及列导线均通电时，则该功能装置开始工作，从而实现对每个刚性岛13上功能装置的控制。
37.进一步地，设置于基底11上的导线12可以仅为单一方向，如应用于可拉伸导管中的导线，也可以基于基底11的不同而拥有多个不同方向的导线，如可拉伸仿生相机中的导线，本技术实施例对此不作具体限定。
38.具体地，用于构成导线12的(图3所示的曲线形状)包括以下任意一种或多种导电材料：金属材料、碳纳米材料、导电高分子以及离子导体材料等导电材料。若导电材料为金属材料，其可以由金、银、铜、铝、钼、铬等导电性较佳的金属制作的导线，或者由导电性满足设计要求的合金金属制作的金属导线；若导电材料为金属纳米材料，其可以为金属纳米线、纳米粒子、纳米片、纳米带等金属纳米材料制作的导线；若导线为碳纳米材料，其可以为石墨烯、多层石墨、碳纳米管以及碳纳米带等碳纳米材料制作的导线。若导电材料为液态金属材料，其可以为含镓合金制作的导线；或者，还可以采用导电高分子以及离子导体材料等制作导电材料，本技术实施例对此不作具体限定。
39.请参阅图3，其为图1所示柔性基板中在i-i处的截面示意图。如图3所示，该处依次设有封装层14、导线12以及基底11构成。
40.其中，封装层14、导线12以及基底11呈堆叠式设置，也即是，导线12夹设与封装层14与基底11之间。
41.具体地，与传统导线不同的是，为提升导线12的可拉伸性能，其中的导线12一般为图案化或曲线化设计，如u形、马蹄形、z形等。因此，通过设置封装层14和基底11以导线12中的导线12提供保护作用。且封装层14与基底11的材料可以根据需求采用相同或者不同的弹性材料，如低模量聚二甲基硅氧烷，弹性聚酰亚胺、聚氨酯等弹性材料，本技术实施例对此不做具体限定。
42.请参阅图4，其为图1所示岛桥结构中一种导线处的俯视结构示意图。如图4所示，该种导线处中的导线12为u形设计，并夹设于封装层14和基底11之间。
43.进一步地，当该种装置被拉伸时，夹设于封装层14和基底11之间的u形导线的u形状态就会随着柔性基板10的拉伸率的大小而变化，起到拉伸的效果，并持续为刚性岛13中的功能装置提供电信号。
44.经研究，由于构成导线的导电材料与封装层和基底材料的性质存在差异，通常会导致两者结合后的整体强度较弱，因此，在拉伸过程中，容易在结合面处发生脱离，从而对柔性基板10的正常运行造成影响。
45.请参阅图5，其为图4所示导线在达到25％的拉伸率时的导线-基底界面的法向应力受力图。如图5所示，图像中通过颜色深浅表征此处拉应力的大小，颜色越深表征此处拉应力越大，颜色越浅表征此处拉应力越小。可见，图5受力图中拉应力最大位置集中在两个半圆相切的位置附近，该处拉应力值为20.4mpa，拉应力最小位置集中在半圆内圆的拐点位置附近，该处拉应力为5.5mpa。
46.本技术实施例中，通过将图4中的导线的拉伸率提升至25％时，导线与基底处的拉应力最大达到了20.4mpa，在柔性基板10长时间处于拉伸状态时，较大的拉应力可能会使得导线12与基底11在结合面处发生脱离，从而对柔性基板10的正常运行造成影响。
47.请参阅图6，其为图1所示岛桥结构中另一种导线处的俯视结构示意图。如图6所示，该种导线中的导线12为曲线形状中的u形设计，并夹设于封装层14和基底11之间。所述基底11上设置有多个位于导电材料周边的孔15，多个孔15用于降低基底11处于弯曲或者拉
伸状态时导线12与基底11的结合面处受到的拉伸应力，所述孔15为在横纵方向上的尺寸不等的形状。
48.具体地，本技术实施例中，导线12为沿着第一方向与第二方向凹凸变化的曲线形状，且所述第一方向与所述第二方向呈180
°
；所述孔15设置于所述第一方向凸出的一侧以及在所述第二方向凹入位置。进一步地，本技术实施例中，所述孔15为在两个垂直方向上的尺寸不等的形状时，所述孔15包括长轴与短轴；位于所述导电材料的所述第一方向凸出的一侧的所述孔中，所述长轴方向平行于第三方向，所述第三方向垂直于所述第一方向与所述第二方向；在所述导电材料的所述第二方向内凹的一侧的所述孔中，所述长轴方向平行于所述第一方向与所述第二方向。本技术实施例中，每个孔15为在横纵方向上的尺寸不等的胶囊形状，在导线12向外凸的一侧，采用竖向排布；在导线12向内凹的一侧，采用横向排布。
49.进一步地，本技术实施例中，设置于基底11上的多个孔15可以为通孔或盲孔或混合打孔，所述通孔为将基底11打穿的孔，所述盲孔为没有将基底11打穿的孔，所述混合打孔为同时包含通孔和盲孔两类，本技术实施例对此不做具体限定。
50.具体地，本技术实施例中，设置于基底11上的孔除了图6所示中的药丸形状，还可以是矩形、圆形或其他能够起到同等作用的孔形，还可以是多种不同的孔形进行混用，本技术实施例对此不做具体限定。
51.进一步地，本技术实施例中，设置于基底11上的孔除了按照图6所示的孔的位置的排列方式外，还可以为随机位置打孔或根据导线12的不同的图案形状设置孔的位置，本技术实施例对此不做具体限定。
52.进一步地，本技术实施例中，导线12的排布图案或曲线形状除了可以按照图6所示的u形形状外，还可以是z形、马蹄形或其他具有同等拉伸作用的单一图形或混合图形，本技术实施例对此不做具体限定。
53.可选地，本技术实施例中，除了设置在基底11上的多个孔15外，也可以在封装层14上挖孔，设置于封装层14上的孔可以为通孔或盲孔，本技术实施例对此不做具体限定。进一步地，设置于封装层14上的孔除了图6所示中的药丸形状，还可以是矩形、圆形、三角形或其他能够起到同等作用的孔形，本技术实施例对此不做具体限定。
54.请参阅图7，其为图6所示导线在达到25％的拉伸率时的导线-基底界面的法向应力受力图。如图7所示，图像中通过颜色深浅表征此处拉应力的大小，颜色越深表征此处拉应力越大，颜色越浅表征此处拉应力越小。可见，图7受力图中拉应力最大位置仍集中在两个半圆相切的位置附近，该处拉应力值为10.7mpa，且多处位置的拉应力降至0mpa。
55.本技术实施例中，通过将图6中的导线的拉伸率提升至25％时，导线12与基底11处的拉应力最大仅达到了10.7mpa，与图4所示的导线处的结构相比，其最大拉应力下降幅度达到了近50％。因此，当应用了图6所示的导线处结构的柔性基板10在处于拉伸状态时，导线12与基底11之间存在的较小的拉应力也能够降低其结合面脱离的概率，进而提升了柔性基板10的拉伸性能和使用寿命。
56.进一步地，本技术实施例中，可通过模板法或刻蚀法或局部疏水处理等方式制作如图6中所示的导线。
57.具体地，所述模板法指的是通过在模具上浇注溶液后，再添加热蒸发溶剂，即可实
现对导线的封装层。因此，只需要制作出具有如图6中所示的导线处的图案的模具，就可以实现本提案。
58.具体地，所述刻蚀法指的是先制作出完整的基底，然后再通过刻蚀形成如图6中所示的导线处的特定的图案，就可以实现本提案。
59.具体地，所述局部疏水处理指的是利用微细管注液器向模具特定位置表面注入疏水化处理溶液，即可获得具有可控局部疏水的模具，之后便可制作出如图6中所示的导线处的图案的模具，就可以实现本提案。
60.相较于现有技术，本技术实施例中，通过在导线的基底上挖孔的方式，降低了导线12在处于拉伸状态时导线12与基底11结合面处的拉应力，从而降低了导电材料与基底结合面脱离的概率，进而提升了应用该导线的柔性基板的拉伸性能和使用寿命。
61.以上对本技术实施例公开的一种柔性基板及可拉伸电子装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。