本發明專利技術公開了一種在預應變彈性基板上進行柔性電子圖案化的方法，包括如下步驟：(1)在水平方向上以一定應變率拉伸彈性基板；(2)計算在自然態下的所述彈性基板上各點在拉伸態下對應的坐標，得到在自然狀態下構成預期規則圖案的離散元器件之坐標在拉伸態下對應的坐標，以及自然狀態下互聯結構在拉伸態下對應的互聯結構；(3)將離散元器件布置在所述拉伸態下對應的坐標上，將互聯結構布置在拉伸態對應的互聯結構上；(4)釋放基板，即可獲得均勻分布的柔性電子圖案。本發明專利技術可完成離散元器件從拉伸態到自由態的坐標變換，不需要制備掩膜，且不需較高的視覺對準功能，工藝簡單，成本較低，大大提高了柔性電子器件圖案設計的靈活性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種電子離散元器件和互聯結構的布置方法，特別是一種在預拉伸的彈性基板上布置離散電子元器件和互聯結構的方法，使得當基板釋放預應變后電子元器件間能構成預期圖形。
技術介紹
柔性電子是指在可彎曲/可伸縮的柔性基板上布置或嵌入電路，從而實現電子產品能承受較大的彎曲、拉伸、扭轉變形。通常情況下，各種聚合物因良好的變形能力和較好的絕緣性而被選為柔性基底材料。而所布置或嵌入的電路可以是本身具有變形能力的柔性電路，也可以是傳統的剛性電路。柔性電子嘗試將人體皮膚、肌肉等進行仿生設計，使得電子產品在保持傳統功能的同時具有可卷曲性和可伸縮性，從而帶來了一個全新的應用領域，如柔性顯示器、電子皮膚，伸縮傳感器等。自1994年首次展示印刷的全聚合物晶體管以來，人們開始關注于在柔性襯底上的集成電子器件。柔性電子一般由離散電子元件和互聯結構陣列構成，柔性電路要求電子元器件之間具有可拉伸和彎曲的互聯，且該互聯經過若干次循環變形后還能保持完好。Gray等人使用微加工的彎曲電線作為互聯結構，它能夠在保持導電性的同時承受高達的線應變。Mandlik等人在金屬薄膜上生成裂紋，這些微裂紋通過平面扭曲和變形能夠促進金屬彈性變形。Lacour等人將互聯導體放在施加預應變的襯底上，在撤除預應變之后，即能得到自然起伏的互聯導體。目前有人研究用互聯導體和彈性基板生成可控屈曲結構(即波紋結構)作為剛性元器件的互聯層的方法，該方法原理簡單，設計靈活，可控性強，可通過調整互聯導體的材料參數、截面、尺寸等，實現平面內或平面外的各種屈曲。使用這種方法制作出來的產品具有確定的波紋形狀和尺寸，可鋪展在心臟、手指等各種復雜曲面上，且具有極高的拉伸、彎曲性能，在很多領域都有良好的應用，如微機電系統、薄膜計量、生物學和光學設備等(參考文獻Hanqing Jiang et al，PNAS. 2007，104，15607)。上述結構的出現反應了人們對方便快速的制造具有良好的可拉伸性和電性能的互聯結構的需求。但是上述研究都著力于各種互聯結構，而并未考慮基板在大應變狀態下不均勻變形對離散元器件和互聯結構布置方案的影響。他們都是將均勻分布的離散元器件鋪展在有預應變的基板上，因為基板單軸拉伸后有很大的非線性變形，故在自然狀態下，離散元器件之間的分布不再均勻，無法形成預期圖案。由于很多電子器件大多時間是處于自然狀態下使用，因此自然狀態下各元器件間均勻分布或形成一定規則圖案更有利于提高器件的性能。為使得離散元件在自然狀態下規則分布，可在自然狀態下的彈性基底背部印上預期圖案(每個離散元件代表一個點，圖案由若干點組成)，之后拉伸基板，尋找預期圖案變形后每個離散元件所在位置(即所對應點)，并按此位置布置離散元件。用此種方法布置的離散元件在基板釋放預應變后能很有效的呈現出預期圖案，精度較高，但此種方法也有其劣勢，如需預先做好圖案模板，然后再把圖案轉移到基板上，同時還需要通過視覺系統檢測到圖案的位置并進行對準，工藝復雜，成本昂貴，靈活性較低。
技術實現思路
本專利技術為了解決現有的將均勻分布的離散元器件鋪展在有預應變的基板上，并沉積薄膜生成波紋結構作為互聯層，而離散元器件在自然狀態下分布不規的問題，進而提出了一種在預應變橡膠基板上進行柔性電子圖案化的方法，通過插值計算離散元器件與互聯結構自然態與拉伸態下的對應分布規律，并按此規律分布離散元器件在有預應變的基板上，最后釋放基板的預應變，就能得到在自然態下呈現預期圖案的電子器件。本專利技術解決技術問題所采用的技術方案是一種在可伸縮電子預應變基板上的離散元器件和互聯結構的布置方法，具體是按照以下步驟實現的(1)以一定應變率ε拉伸彈性基板。(2)計算彈性基板上自然態下各點在拉伸態下對應的坐標，獲得對應關系，從而得到自然狀態下離散元器件間構成規則圖案的坐標及互聯結構分別在拉伸態下對應的坐標和互聯結構。其中，步驟O)中，所述對應關系為權利要求1.一種在預應變彈性基板上進行柔性電子圖案化的方法，用于使離散元件和互聯結構在基板上呈預期圖案分布，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)在水平方向上以一定應變率拉伸彈性基板；(2)計算在自然態下的所述彈性基板上各點在拉伸態下對應的坐標，獲得兩種狀態下各點的對應關系，從而得到在自然狀態下構成預期規則圖案的離散元器件之坐標在拉伸態下對應的坐標，以及自然狀態下互聯結構在拉伸態下對應的互聯結構；(3)將離散元器件布置在所述拉伸態下對應的坐標上，將互聯結構布置在拉伸態對應的互聯結構上；(4)釋放基板，即可獲得均勻分布的柔性電子圖案。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟O)中，所述計算在自然態下的所述彈性基板上各點在拉伸態下對應的坐標的具體過程為(2. 1)以拉伸方向和垂直該拉伸方向的豎直方向分別為X軸和Y軸，在所述彈性基板平面上建立平面坐標系，獲得彈性基板在拉伸態下的自由邊曲線y = f(x)，其中彈性基板上沿拉伸方向的邊為自由邊，垂直于拉伸方向的邊為固定邊；(2.2)獲得基板上垂直于拉伸方向的任一直線χ = \在拉伸態下對應的曲線3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述互聯結構對應關系為自然態下兩離散元件點的線段所對應在拉伸態下的曲線，形成所述得到互聯結構的具體過程為自然態下，在任意兩離散元件點所連成的線段上取若干等分點，分別計算得它們在拉伸態下的坐標，之后在拉伸態下按一定插值路線在各等分點間進行插值形成曲線，即為該兩離散元件點的互聯結構。4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述插值為二次插值，具體插值公式為5.根據權利要求2-4之一所述的方法，其特征在于，所述步驟(2. 中，獲得直線y = Yi拉伸態下對應的曲線的具體過程為首先，將處于拉伸狀態下的基板兩條固定邊間的長度213沿水平方向均勻劃分成m塊， 劃分線記為Hij，其中m為正整數，j = 1,2,3,…，m-1 ；然后，對于每一劃分線Hlj,假定豎直方向兩條自由邊間的距離為Lj，尋找劃分比例滿足g = t的點Yi，其中212為固定邊的長度；最后，將每一劃分線上的點Ji依次連接起來，則可得到自然態下彈性基板上直線y =Yi經基板拉伸后的近似變形曲線。全文摘要本專利技術公開了一種在預應變彈性基板上進行柔性電子圖案化的方法，包括如下步驟(1)在水平方向上以一定應變率拉伸彈性基板；(2)計算在自然態下的所述彈性基板上各點在拉伸態下對應的坐標，得到在自然狀態下構成預期規則圖案的離散元器件之坐標在拉伸態下對應的坐標，以及自然狀態下互聯結構在拉伸態下對應的互聯結構；(3)將離散元器件布置在所述拉伸態下對應的坐標上，將互聯結構布置在拉伸態對應的互聯結構上；(4)釋放基板，即可獲得均勻分布的柔性電子圖案。本專利技術可完成離散元器件從拉伸態到自由態的坐標變換，不需要制備掩膜，且不需較高的視覺對準功能，工藝簡單，成本較低，大大提高了柔性電子器件圖案設計的靈活性。文檔編號H01L21/50GK102244015SQ20111016458公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日專利技術者尹周平, 段永青, 陳建魁, 黃永安 申請人:華中科技大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種在預應變彈性基板上進行柔性電子圖案化的方法，用于使離散元件和互聯結構在基板上呈預期圖案分布，其特征在于，該方法包括如下步驟：（１）在水平方向上以一定應變率拉伸彈性基板；（２）計算在自然態下的所述彈性基板上各點在拉伸態下對應的坐標，獲得兩種狀態下各點的對應關系，從而得到在自然狀態下構成預期規則圖案的離散元器件之坐標在拉伸態下對應的坐標，以及自然狀態下互聯結構在拉伸態下對應的互聯結構；（３）將離散元器件布置在所述拉伸態下對應的坐標上，將互聯結構布置在拉伸態對應的互聯結構上；（４）釋放基板，即可獲得均勻分布的柔性電子圖案。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃永安，尹周平，段永青，陳建魁，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：83
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