2-3 结构化柔性衬底设计在线视频

在柔性电子器件设计的过程中

如何提高

导电互联电路的拉伸性能

是一个非常重要的研究方向

研究者们受蛇这种动物的启发

将导电互联电路设计成

一个类似于蛇行走时的S形状

就是我们刚刚讲到的

蛇形导线结构

在满足导线材料

断裂应变许用值的条件下

由于蛇形导线可以同时发生

面内弯曲和离面弯曲

因此它比传统的

直导线拉伸性能更好

在300%的拉伸条件下

都不会发生破坏

但是如果我们把蛇形导线

和柔性衬底集成在一起

因为柔性衬底被依附性差的约束

蛇形导线很难发生离面屈曲

使得导线的拉伸性能会急剧降低

所以为了保证它的拉伸性能

不受影响

我们就需要对柔性衬底的结构

进行优化

来降低柔性衬底

对蛇形导线的约束

下面我们来介绍一下

两种典型的结构化衬底

第一种 蜂窝状衬底

顾名思义

就是我们直接把柔性衬底

制造成蜂窝状结构

通过这样的改造

当蛇形导线

在蜂窝状衬底结构上

进行拉伸的时候

蛇形导线的和蜂窝状衬底之间

未接触的悬空部位

依旧可以发生离面屈曲

这样可以基本保证

蛇形导线的拉伸性能

第二种 锯齿状衬底

这也很好理解

就是一个Z字型的柔性衬底

类似于锯齿形状一样有凹有凸

然后我们把蛇形导线

横跨集成在锯齿形的突起部位

这样也可以

最大限度的降低柔性衬底

对蛇形导线的约束

使蛇形导线和锯齿悬空的部位

可以轻易发生面内弯曲

和离面屈曲

除此之外

我们还可以通过施加

预应变的方式

来提高蛇形导线的可拉伸性

那么如何实现呢

首先我们给柔性衬底

一个预拉伸应变

然后通过转印的方式

把蛇形导线集成在

预拉伸的柔性衬底上

再释放掉

一开始施加的预拉伸应变

在柔性衬底恢复至

原始状态的过程中

表面集成的蛇形导线

会在柔性衬底的挤压下

发生离面屈曲

这样子就可以为蛇形导线的拉伸

留出了一个余量

从而提高了蛇形导线的延展率

我们刚刚一直在讲拉伸和延展

其实在柔性电子器件

承受较大拉伸的时候

柔性衬底和电子元器件的界面

附近会出现应变不匹配的情况

为了保护柔性电子器件

不发生破坏

我们常常会采用两种方式来解决

大应变异质情况的发生

又叫应变隔离

第一种方法是

采用柔性衬底局部硬化的方法

来实现应变隔离

那么如何把柔性衬底局部硬化呢

最直接的方式

就是给柔性衬底的局部加厚

这样在柔性衬底拉伸的过程中

加厚的部位

要比普通部位承受的应变要小

当然我们也可以在

柔性衬底的局部添加硬质材料

或做局部的硬化处理

就好比我们把橡皮筋中间

夹一块金属的装饰给它固定起来

金属装饰的部分

肯定是无法拉伸的

刚刚第一种叫局部硬化

第二种相反

叫局部软化

把柔性衬底局部软化的方法

来实现应变隔离

区别于前一种方法

局部软化

并不是直接对柔性衬底

进行局部的减薄

或者把它变成软质的材料

而是在电子元器件

下方的柔性衬底内

制备出一个空腔

并用液体进行填充

在柔性衬底拉伸的过程中

腔体内的液体

与腔体周围的柔性衬底材料

形成一个保护体

可以使上方的电子元器件

不会承受太大的拉伸应变

从而来实现应变隔离

最后一种我们来讲一下

应变限制衬底

在自然界

许多生物组织

比如人体 皮肤

蜘蛛丝 血管等

在初始拉伸时都比较容易

但是到达一定限度时再去拉伸

它们就会显得比较吃力

其实这是生物组织的

一种自我保护行为

在柔性电子技术里

我们称之为应变限制

其应力-应变曲线会呈现J-型

就是拉力越大压力越大

通过观察生物组织的微观结构

可以发现

其在未拉伸状态下

内部充满了各式各样卷曲的

胶原纤维

初始条件下采用很小的力气

就可以拉长

但是随着纤维的不断拉直

再去拉伸它们

就需要非常大的力气

这就是生物组织J型应力

应变曲线出现的根本原因

在柔性电子器件设计的时候

考虑到一些组织和器官

会承受较大的拉伸应变

为了保证柔性电子器件

穿戴的舒适性

我们需要将柔性电子器件

设计成和人体组织

和器官相匹配的J型应力

应变曲线

最常用的方法

有将柔性衬底做成编织或螺旋状

衬底内部加入卷曲的纤维

做成剪纸和折纸的形状

或者柔性电路

做成褶皱或桥形的样式