柔性電子纖維加強復合材料的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求于2013年3月13日提交的美國臨時專利申請序列號為61/780, 829 和2013年3月14日提交的美國臨時專利申請序列號為61/784, 968的優(yōu)先權(quán)，這些專利申 請全文以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開整體涉及多層電子復合物，尤其涉及柔性電子纖維加強復合物及其制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 電子器件依賴于元件和特征部（諸如電路和跡線）的精確位置和尺寸公差，甚至 達到微米級，并存在規(guī)模甚至更小的趨勢。當前的柔性電子技術(shù)基于低強度、低模量、未加 強的塑料膜，其具有高熱膨脹系數(shù)（CTE)、低熱導率和高吸濕性，伴有因水溶脹而缺乏尺寸 穩(wěn)定性以及介電性質(zhì)劣化的問題。此類塑料膜必須相對厚以執(zhí)行適當?shù)墓δ埽⒕哂凶銐?的機械性質(zhì)以提供具有低拉伸的襯底，從而實現(xiàn)尺寸穩(wěn)定性和足夠的強度及抗撕裂性以提 供足夠的耐久性。高熱膨脹系數(shù)（CTE)在相對小的溫度變化下提供不良的尺寸穩(wěn)定性，并 且低熱導率由于耗散因功率消耗電路元件生成的熱而導致出現(xiàn)高溫。缺乏熱穩(wěn)定性連同低 水溶脹性質(zhì)因而為襯底提供的尺寸穩(wěn)定性不足以經(jīng)受制造過程、熱應(yīng)變，并且不足以提供 需要尺寸穩(wěn)定性才能實現(xiàn)最佳性能的電子元件的服務(wù)耐久性和穩(wěn)定性。
[0005] 最終結(jié)果是：在柔性襯底上的印刷電子部件的分辨率、耐久性和穩(wěn)定性目前受限 于襯底的性質(zhì)。理想的是，薄柔性襯底應(yīng)當具有足夠高的傳熱系數(shù)以控制熱流的平面方向 性。襯底的熱膨脹和非熱機械變形可對電子電路產(chǎn)生不穩(wěn)定性和損壞。防潮性對于防止電 子電路受到損壞并提供一致且最佳的介電性質(zhì)可能是至關(guān)重要的，并且使光滑的表面易于 接受導電材料的印刷和/或沉積在形成電子結(jié)構(gòu)中是期望的。
[0006] 當前可用的薄膜襯底的不適當和不穩(wěn)定性在由其形成的電子結(jié)構(gòu)的準確度和尺 寸方面產(chǎn)生局限性。因此，需要能夠用于柔性電子復合物的薄、柔、尺寸穩(wěn)定的襯底。由于 分層復合構(gòu)造的可取向性，特別是由單向工程纖維的取向?qū)訕?gòu)成的復合物的可取向性，此 類復合物可使其機械和熱膨脹性質(zhì)被設(shè)計，以匹配或補充在它們之內(nèi)或在它們表面上并入 的電子元件的性質(zhì)。此外，可類似地針對熱傳遞的應(yīng)用專門均勻性或方向性來優(yōu)化熱傳導 性質(zhì)。復合襯底的薄度減小因柔性電子元件的彎曲和撓曲導致的應(yīng)變，特別是在內(nèi)表面和 外表面上。另外，復合物的多層構(gòu)造使得可以將對應(yīng)變敏感的電子元件靠近彎曲中性軸定 位，以使因彎曲或撓曲導致的變形最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在本公開的多種實施例中，柔性電子復合系統(tǒng)包含柔性電子復合材料，該材料包 含至少一個導電層和至少一個纖維加強層壓層。導電層包括非蝕刻銅膜、蝕刻銅膜、銅接地 平面、銅電源平面、電子電路等。纖維加強層壓層包括例如單向纖維加強帶與多種膜層的層 壓體。在多種實施例中，纖維加強層壓層為非導電層。在其它實施例中，纖維加強層壓層為 導電的，諸如因在纖維加強層內(nèi)存在金屬成分或其它導電材料，例如，樹脂和/或纖維中的 碳納米粒子。
[0008] 在多種實施例中，根據(jù)本公開的柔性電子復合系統(tǒng)還可以包含另外的電子硬件和 /或軟件，比如寫有代碼的計算機芯片、電池、LED顯示器、廣播器線圈、壓敏開關(guān)等。此類系 統(tǒng)可包括最終可上市的電子產(chǎn)品或可以作為電子元件進一步并入需要電子器件的產(chǎn)品中， 比如具有RFID跟蹤的托盤，或具有娛樂、安全或跟蹤電子器件的衣物。在多種實施例中，柔 性電子復合系統(tǒng)包含并入需要電子方面的消費者、工業(yè)、機構(gòu)或政府產(chǎn)品之中或之上的柔 性電子復合材料。
[0009] 在多種實施例中，單向纖維加強層形成適于在其上蝕刻或印刷電子電路的薄而光 滑的襯底。在多種實施例中，根據(jù)本公開的復合材料提供適于在其上蝕刻或印刷電子電路 的光滑表面。
[0010] 在多種實施例中，本公開的電子復合系統(tǒng)克服了電子襯底的許多現(xiàn)有缺陷，諸如 低熱導率、高襯底重量、低襯底耐久性、熱和非熱膨脹及收縮的不穩(wěn)定性和不均勻性、以及 襯底與電子元件的熱膨脹性質(zhì)之間的不匹配性、缺乏防潮性并導致介電穩(wěn)定性不穩(wěn)定、以 及缺乏用于印刷和沉積電子元件及導電材料的足夠的光滑度。
[0011] 在多種實施例中，本公開的多層柔性電子復合物可通過根據(jù)需要反復添加導電和 /或非導電層以產(chǎn)生多層復合物而制造。在多種實施例中，制造柔性電子復合材料的方法包 括：將加強層添加到導電層上；任選地固化該復合物；任選地蝕刻導電層；以及任選地在其 上添加另外的導電層和/或非導電層。
【附圖說明】
[0012] 為了提供對本公開的進一步理解而包括在內(nèi)的并且作為本說明書一部分而并入 且構(gòu)成本說明書一部分的附圖示出了本公開的實施例，并與說明書一起起到闡釋本公開原 理的作用，在附圖中：
[0013] 圖1示出了根據(jù)本公開的復合材料的一個實施例的透視圖；
[0014] 圖2示出了根據(jù)本公開的復合材料的一個實施例的透視圖；
[0015] 圖3示出了根據(jù)本公開的復合材料的一個實施例的透視圖；
[0016] 圖4示出了根據(jù)本公開的復合材料的一個實施例的透視圖；
[0017] 圖5示出了根據(jù)本公開的復合材料的一個實施例的透視圖；并且
[0018] 圖6示出了可用在根據(jù)本公開的多種復合材料中的電路層的一個實施例的前視 平面圖。
【具體實施方式】
[0019] 以下描述僅針對多種示例性實施例，而無意以任何方式限制本公開的范圍、適用 性或構(gòu)造。更確切地，以下描述旨在提供用于實施多種實施例包括最佳模式的方便例證。如 將變得顯而易見的是，可在不脫離本公開的原理的情況下，對這些實施例中所述的元件的 功能和布置作出多種改變。
[0020] 如本文更詳細地描述，本公開的多種實施例通常包括多層柔性電子復合物，其包 含至少一個導電層和至少一個纖維加強層壓層。在多種實施例中，所述至少一個纖維加強 層壓層包含定向?qū)R的單絲。在多種實施例中，至少一個纖維加強層壓層包含任何數(shù)量的 單向帶，此類帶在它們之間具有任何相對取向的纖維方向。
[0021] 表1提供了可用在本公開的各個部分中的術(shù)語和定義的詞匯表。
[0022] 表1 :術(shù)語和宙2的簡要詞：T表
[0023]

[0025] 如上面提到的，現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本公開的復合材料的一個實施例。圖I 以透視圖顯示了根據(jù)本公開的多種實施例的柔性電子顯微加強復合材料102的圖解說明。 在多種實施例中，復合材料102可以為導電的或非導電的。復合材料102可由多個層構(gòu)成。 在多種實施例中，復合材料102包含例如兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個或多個或 更多個層。例如，復合材料102可包含至少一個正面層401、至少一個背面層406和至少一 個加強層，諸如加強層402、加強層403、加強層404和加強層405,如圖所示。在多種實施例 中，正面層401和/或背面層406之一或兩者可用導電材料印刷，或者說是適于沉積導電材 料。
[0026] 諸如正面層401和背面層406的膜層是由電子材料的典型材料制成的涂層或膜， 這些材料諸如為聚酰亞胺、PEN、Mylar、玻璃、非晶娃、石墨稀、有機或無機半導體等。替代性 優(yōu)選膜包括金屬化膜或薄金屬層。其它替代性優(yōu)選實施例包括此類膜的夾層。其它替代性 優(yōu)選實施例省略此類膜。
[0027] 圖1中所示的諸如加強層402、403、404和405之類的加強層可包含一個或任何數(shù) 量的單向帶（"unitape"）亞層。單向帶為具有通過樹脂涂布的稀疏散布平行單絲的纖維 加強層。在多種實施例中，樹脂可以為可固化樹脂或任何類型的非固化樹脂。在多種實施例 中，每個具有平行纖維的unitape亞層固有地以專門的方向定向取向，以在該選定的方向 上限制拉伸并提供強度