[发明专利]一种可提高延展性的柔性电子流体封装方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性电子制造技术领域，更具体地，涉及一种可提高延展性的柔性电子流体封装方法。

背景技术

柔性电子是将电子器件制作在柔性或可延性塑料或薄金属基板上的一种新兴电子技术，由于其具备独特的柔性、延展性以及高效、低成本制造的特点，因而在信息、能源、医疗、国防等多个领域具有广泛的应用前景。目前对于柔性电子互连结构而言，所采用的制备工艺主要是利用印刷方法将柔性互连结构直接印制在弹性基底上，通过胶黏层与弹性基底固定。这种方法存在的问题是：柔性互连结构与胶黏层和基底的不相容性会影响互连结构的拉伸性能，并且在拉伸过程中，互连结构的拉伸能力因受到胶黏层和基底束缚而得不到充分的应用。

Rogers等公开了一种用于制备集成刚性电子元件的多功能器件的工艺(参见“Soft Microfluidic Assemblies of Sensors,Circuits,and Radios for the Skin”；Science)，其中在微腔体底部制作有三角锥形凸台结构，并在微腔体中填充液体，使刚性器件悬浮在液体中，利用金属分形互连结构连接刚性器件，克服了刚性器件难变形的缺陷，实现了器件贴合在人体皮肤上，无线监测人体各种生理特征的功能。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然存在以下的多个问题：1)所使用的互连结构容易发生面外屈曲，难以保证互连结构在拉伸过程中的变形模式；2)缺乏对悬浮介质与封装结构之间关系的深入研究，最终所获得的封装结构性能仍有待改善；3)所使用的互连结构和三角锥形凸台结构均需要通过光刻等工艺制得，工艺复杂，且增加了成本。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可提高延展性的柔性电子流体封装方法，其中通过对其具体工艺的工序和控制操作，尤其是延性互联结构的形状、封装结构形式以及聚合物的类型和加工参数等方面的研究设计，相应能够显著提高互连结构的拉伸延展性能，避免面外翘曲现象，并在便于质量操控的同时有效提高互连结构的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种可提高延展性的柔性电子流体封装方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)配置Ecoflex溶液，将该聚合物溶液分别浇筑到下层封装结构和上层封装结构所对应的模具上，待聚合物固化后脱模，由此制得下层封装结构和上层封装结构，这两个封装结构保持对称并在其中央部位各自具有凹陷延展的区域；

(b)采用激光加工工艺制作两端分别具有连接块的延性互连结构，该延性互联结构的整体呈波形分布的曲线结构，并且曲线的线条继续发生螺旋由此形成二级波形；

(c)拾取制作好的延性互连结构，将两端处的连接块分别放置在所述下层封装结构的非凹陷处，然后涂布环氧树脂予以固定；

(d)将所述上层封装结构对应贴合于所述下层封装结构，并使得所述延性互连结构被封装在由这两个封装结构的凹陷延展区域所共同形成的中空微腔体中；

(e)将绝缘性流体注射至所述中空微腔体内，使其完全填充微腔体并包裹所述延性互连结构，由此完成整体的流体封装操作。

作为进一步优选地，在步骤(a)中，所述固化采取将模具直接放在加热板上执行加热固化的方式，并且加热温度被设定为65℃～75℃，加热时间为8分钟～10分钟。

作为进一步优选地，在步骤(e)中，基于所述微腔体高宽比的不同来确定对应的填充流体形式：其中当高宽比大于1:5时，向微腔体内注射单纯的所述绝缘性流体；而当高宽比小于或等于1:5时，向微腔体内注射含有微颗粒的绝缘性流体；并且上述绝缘性流体的性能参数均被设定为：体电阻率大于1×10¹⁴Ω·cm，介电强度高于10kV/mm，其粘度为5Pa·s～8Pa·s。

所述微颗粒优选为呈球体形式的二氧化硅，并且该微颗粒球体的直径在2微米～4微米左右，其质量百分比浓度被控制为25％～40％。

作为进一步优选地，所述下层封装结构在其表面上优选还加工有栅格状沟道，该栅格状沟道的宽度与所述微颗粒球体的直径相等，其深度约为所述微颗粒球体直径的1/2。

作为进一步优选地，在步骤(d)中，直接采用注射器的针头在所述上层封装结构的凹陷延展区域的顶角处开出孔，然后将绝缘性流体注入微腔体内；在步骤(e)中，则采用环氧树脂对所述孔进行密封。

作为进一步优选地，对于各个所述延性互连结构而言，它们被制成分形模块，并通过独立的液态金属模块拼接成不同大小和形状的图案，该液态金属模块起到导线连接的作用。