一种可拉伸柔性电路的制备方法与流程

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种可拉伸柔性电路的制备方法。

背景技术：

当前，柔性技术被视为下一代智能硬件的主流交互形态之一，柔性电子产业也正以指数级的规模快速增长。柔性电子设备的快速发展引起了人们对许多应用的极大兴趣，如健康监控设备、感觉皮肤和可植入设备。并且由于柔性电路可弯曲可以拉伸，可以很好的适应人体皮肤与组织的拉伸与弯曲，因此柔性电路将在下一代的智能硬件的发展中扮演重要的角色。

传统柔性可拉伸电路一般采用可拉伸材料作为基底，但作为实现电路功能的电子元器件是刚性体；当刚性体的电子元器件嵌入柔性材料内部形成柔性电路时，在其弯曲或受力拉伸时，会存在出变形特性不统一的问题，电子元器件并不伸长，但是柔性材料所构成的基底在受力拉伸时容易伸长，会造成在拉伸方向上，可拉伸材料脱离刚性的电子元件，在电路内部形成空洞，形成应力集中，产生裂纹，造成柔性电子断裂失效，降低了柔性电子的拉伸特性。另外，传统柔性电路的导线制备工艺复杂。现有技术解决上述问题通常采用贴附应力缓冲层，如发明专利“一种可拉伸柔性电子器件的制备方法及产品”(授权公告号cn105810598b)，提出在图案化导电薄膜两侧面贴附上应力缓冲层，再将导电薄膜加工成所需的图案或者电路，再在具有应力缓冲层的图案化导电薄膜两侧封装多层封装基底，可改变多层封装基底的粘度和杨氏模量，以梯度封装的方式制备出可拉伸的柔性电子器件。有些学者利用机械切割的方法切割出所需要的图案，再在图案表面利用物理蒸镀或者化学刻蚀的方法，覆上一层另外材料，用以实现应力缓冲层来实现多种材料变形能力的协调。

现有的柔性电路的制备方法，需要多种材料来实现基底，制备工艺复杂，通常是通过粘附或者是直接放置刚性模块来实现应力缓冲，且导电线路一般是通过光刻、转印或者是化学/物理镀层的方式加工，普遍存在制备工艺繁多、复杂等问题。

因此亟需一种可以简单高效制备稳定可拉伸的柔性电路的方法。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现要素：

针对背景技术中指出的问题，本发明提出一种可拉伸柔性电路的制备方法，该方法简单高效稳定，所制备的柔性电路相比传统可拉伸材料制备的电路，可拉伸性得到显著提高。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

在本申请的一些实施例中，一种可拉伸柔性电路的制备方法，包括：步骤1：根据柔性电路电路图，确定刚性电子元件所处的平面位置；然后在对应的所述平面位置上打印颗粒增强型的基底，形成高刚性的区域；步骤2：待高刚性的区域打印完毕后，在其周围打印可拉伸材料浆料，形成可拉伸基底，待所有基底打印结束后，加热待其固化；步骤3：然后直接打印液态金属作为连接电子元器件的导线，并放置刚性电子元件；步骤4：然后在其表面进行封装层的打印，固化后形成柔性电路。

在本申请的一些实施例中，所述步骤1还包括首先在加热底板上放置打印底板，设置加热底板的温度为较低固化温度,为40-60℃。再根据柔性电路电路图，确定刚性的电子元件所处的平面位置。

在本申请的一些实施例中，所述颗粒增强型的基底中以三氧化二铝或碳化硅为增强颗粒，聚二甲基硅氧烷为基底材料。

在本申请的一些实施例中，所述基底材料中聚二甲基硅氧烷原液质量：固化剂质量为20：1；颗粒增强原料是由质量分数67％的pdms和33％的三氧化二铝或碳化硅颗粒配制，经过机械搅拌而成。

在本申请一些实施例中，所述步骤2中，可拉伸材料料浆不包含增强颗粒。

在本申请一些实施例中，所述步骤2中，在高刚性区域周围打印可拉伸材料时，加热底板的温度为较低固化温度，在可拉伸材料打印完毕后，升高加热底板的温度到较高的固化温度，60-100℃,加热一段时间后，直到可拉伸材料和高刚性区域由液态变为固态，固化一段时间后，停止高温固化。

在本申请一些实施例中，所述步骤3中，在固化后的可拉伸基底和高刚性区域的表面，按照电路图需要，使用液态金属料筒打印液态金属导线。

在本申请一些实施例中，所述步骤4具体为设置加热底板的温度为较低固化温度，根据电路形状和电子元器件的高度，控制封装料筒的移动轨迹，打印封装层；设置加热底板的温度为较高固化温度，将打印完封装层的柔性电路进行高温固化，待其变为固态后原位继续固化，或将其从打印底板上揭下放入加热炉中固化。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明解决了弯曲或受力拉伸时，存在的刚性不匹配的问题，极大地提高了柔性电路的可拉伸性，其制备工艺简单、绿色环保、柔性化程度高，克服了传统制备工艺繁多、复杂的问题，以液态金属为导线，实现颗粒增强的高刚性区域和柔性基底一次性打印，高效快速成本低，具有很大的应用前景。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的制备步骤示意图；

图2为分散多电子元器件柔性电路示意图；

图3为经过裁切后的实施例1所制备的柔性电路照片。

图4为实施例1与对比例1制备的柔性电路拉伸对比图。

附图标记：

1-颗粒增强料筒，2-高刚性区域，3-打印底板，4-加热底板，5-基底料筒，6-可拉伸基底，7-液态金属导线，8-液态金属料筒，9-电子元器件，10-封装料筒，11-封装层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的一些实施例中，参照图1，首先在加热底板4上放置打印底板3，按照以下步骤进行打印：步骤1，设置加热底板4的温度为较低固化温度，根据柔性电路电路图，确定刚性的电子元件所处的平面位置，然后使用包含固体颗粒和基底材料的颗粒增强料筒1，在对应的这些平面位置上打印颗粒增强型的基底，形成高刚性区域2；步骤2，高刚性区域2打印完毕后，使用不包含固体颗粒的基底材料的基底料筒5在高刚性区域2外侧打印可拉伸基底6，此时加热底板4的温度为较低固化温度，在可拉伸基底6打印完毕后，升高加热底板4的温度到较高的固化温度，加热一段时间后，直到待可拉伸基底6和高刚性区域2由液态变为固态，固化一段时间后，停止高温固化；步骤3，在固化后的可拉伸基底6和高刚性区域2的表面，按照电路图需要，使用液态金属料筒8打印液态金属导线7；步骤4，按照电路图需要，放置电子元器件9，设置加热底板4的温度为较低固化温度，根据电路形状和电子元器件9的高度，控制封装料筒10的移动轨迹，打印封装层11；设置加热底板4的温度为较高固化温度，将打印完封装层11的柔性电路进行高温固化，待其变为固态后可以原位继续固化，也可将其从打印底板3上揭下放入加热炉中固化。

在本申请一些实施例中，在制备分散的多电子元器件的柔性电路时，上述制备步骤可以按照图2所示的布局进行处理，根据电子元器件的位置，设置对应的高刚性区域，并分别打印高刚性区域。

实施例1

打印底板3选取玻璃板，颗粒增强料筒1内罐装配制好的颗粒增强原料，所用的颗粒增强原料，由固体颗粒和基底材料组成，固体颗粒为直径20微米的三氧化二铝颗粒，基底材料为聚二甲基硅氧烷原液质量：固化剂质量＝20：1的聚二甲基硅氧烷(pdms)，颗粒增强原料是由质量分数67％的pdms和33％的三氧化二铝颗粒配制，经过机械搅拌而成，控制颗粒增强料筒1的出料速度，使得高刚性区域2的厚度为0.8mm，在完成高刚性区域2的打印后，基底料筒5中装入pdms原液质量：固化剂质量＝20：1的pdms，在高刚性区域2外侧打印可拉伸基底6，打印厚度为0.8mm，此时打印设置加热底板4的温度为50℃，在可拉伸基底6打印完毕后，升高加热底板4的温度到100℃，并加热5分钟；在固化的高刚性区域2和可拉伸基底6的表面打印液态金属导线7；再次之后，按照电路图需要，放置电子元器件9，选用led灯珠，待放置完成led灯珠后，设置加热底板4的温度为70℃，根据led灯珠的高度，控制封装料筒10针头与基底的高度为8mm，封装料筒10内罐装pdms原液质量：固化剂质量＝20：1的pdms，根据电路形状打印封装层11，控制封装料筒10的出料速度，使得封装层厚度1.2mm；封装层打印完毕后，设置加热底板4的温度为100℃，将打印完封装层11的柔性电路进行原位高温固化2小时。

对比例1

按照实施例1的制备步骤，设置相同的固化步骤和温度，区别在于不使用颗粒增强原料，全部使用基底料筒5打印可拉伸基底6，打印厚度0.8mm，其中基底料筒5装入pdms原液质量：固化剂质量＝20：1的pdms，选用同样组分的封装原料进行柔性电路的封装，封装厚度1.2mm，将电路进行裁切后，所制备的柔性电路在通电后发亮。

如图4(a)所示，将该电路进行拉伸，初始长度6.5mm，在拉伸了3.5mm左右时，电路的led灯珠依然发亮，如图4(b)所示，在拉伸了4mm后，电路断裂。而采用本制备方法的电路的led灯珠点亮后如图4(d)所示，在拉伸了6.5mm时，电路的led灯珠依然发亮，如图4(e)所示，在拉伸了7mm后，电路断裂。由上对比可知，本制备方法，能够显著提高柔性电路拉伸特性。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。