CN107437534A - 可拉伸电子系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可拉伸电子系统，包括可拉伸电极电路和/或可拉伸器件；集成电子器件，其与所述可拉伸电极电路和/或可拉伸器件在接合区域形成电连接；可拉伸基底，用于封装所述集成电子器件以及所述可拉伸电极电路和/或可拉伸器件；封装于所述可拉伸基底中的应变缓冲件，所述应变缓冲件的抗拉伸强度大于所述可拉伸基底，且所述应变缓冲件与所述接合区域的至少部分重叠，其中，所述应变缓冲件上设置有多个可与所述可拉伸基底配合的结合部。本发明提出的可拉伸电子系统能够有效减小或防止非拉伸区域的应变，防止集成电子器件与可拉伸电极电路和/或可拉伸器件接合区域的断裂以及集成电子器件与可拉伸基底之间脱离。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种可拉伸电子系统。
背景技术
近年来，可穿戴电子概念的提出和发展，出现了一些能实时监测运动量和脉搏的智能手环。但目前的这些产品还是基于传统的电子制造技术。而发展具有可拉伸延展性电子系统，并将这种电子系统小型化、微型化，直接贴附于人体表面，实现对人体生理信号的实时测量是近年来可穿戴电子技术的一个发展方向。
可拉伸电极电路、可拉伸器件等技术领域一直是科学家们正在研究的热点，人们希望将更多可伸缩、可弯曲的可拉伸电极电路或可拉伸器件应用至可穿戴电子设备中。但是这些可拉伸电极电路、可拉伸器件本身，以及与可穿戴电子设备中其他器件的连接仍存在需要克服的难题。
美国伊利诺伊大学的Rogers等人发展了一种基于转印技术的可拉伸可延展电路制备技术，可以将电路系统制备在可拉伸基底上，但目前发展的可拉伸电子器件主要还是可拉伸导线。从目前的发展阶段看，要实现可穿戴电子系统功能，需要在可拉伸电极电路系统中集成一些硅基器件。而由于硅基器件的刚性和不可拉伸性，以及硅基器件与可拉伸线路的电连接要求，使得可拉伸基底材料在拉伸状态下于硅基器件周边及与可拉伸导线结合区域产生形变，导致硅基器件与可拉伸基底脱离，或硅基器件与可拉伸导线的结合区域应变断裂，导致线路的断路，使系统失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的可拉伸电子系统包括应变缓冲件，在可拉伸基底被拉伸时，应变缓冲件能够有效减小或防止非拉伸区域的应变，防止集成电子器件与可拉伸电极电路和/或可拉伸器件接合区域的断裂脱落。同时，应变缓冲件与可拉伸基底具有良好的结合力，避免多次拉伸造成应变缓冲件与可拉伸基底的脱离。
本发明提出的具体技术方案为：提供一种可拉伸电子系统，包括：可拉伸电极电路和/或可拉伸器件；集成电子器件，其与所述可拉伸电极电路和/或可拉伸器件在接合区域形成电连接；可拉伸基底，用于封装所述集成电子器件以及所述可拉伸电极电路和/或可拉伸器件；封装于所述可拉伸基底中的应变缓冲件，所述应变缓冲件的抗拉伸强度大于所述可拉伸基底，且所述应变缓冲件与所述接合区域的至少部分重叠，其中，所述应变缓冲件上设置有多个可与所述可拉伸基底配合的结合部。
进一步地，所述结合部为贯穿所述应变缓冲件的通孔，所述可拉伸基底嵌入所述应变缓冲件上至少部分的通孔中。
进一步地，所述通孔的直径为0.001mm～8mm，优选为0.5mm～2mm；和/或相邻的所述通孔之间的距离为1mm～10mm。
进一步地，所述应变缓冲件上多个通孔的间距相等或不等；和/或所述应变缓冲件上的多个通孔为阵列排布或非阵列排布；和/或所述应变缓冲件上的多个通孔的形状为圆形、方形、菱形、六边形或其它任意多边形中的一种或几种的组合。
进一步地，所述应变缓冲件设置于所述接合区域的上方和/或下方。
进一步地，所述应变缓冲件贴合于所述集成电子器件或与所述集成电子器件之间具有间距，所述间距小于10mm。
进一步地，所述应变缓冲件为薄层材料和/或所述应变缓冲件具有柔性。
进一步地，所述应变缓冲件的厚度小于5mm。
进一步地，所述应变缓冲件的材质选自纺织物、皮革、塑料、聚合物、玻璃纤维、金属、陶瓷或纸制品中的一种或其中几种的复合材料；和/或所述可拉伸基底的材质选自聚二甲基硅氧烷、硅胶、硅酮或聚氨酯中的一种；和/或所述可拉伸电极电路的材质为金属、纳米颗粒、纳米线、石墨烯、碳材料、氧化物或导电聚合物中的一种。
进一步地，所述可拉伸器件的材质选自光电子材料、力学材料、磁性材料、化学材料或传感材料中的一种。
本发明提出的可拉伸电子系统相对于现有技术具有以下优点：
(1)通过在应变缓冲件上设置多个可与可拉伸基底配合的结合部，使得可拉伸基底的材料可以嵌入结合部中，例如优选地，该结合部为贯穿应变缓冲件的通孔时，此时嵌入通孔中的可拉伸基底材料形成类似固定住的结构，以紧密地包裹应变缓冲件，减小应变缓冲件与可拉伸基底之间结合力的影响，提升应变缓冲件与可拉伸基底结合的可靠性。在可拉伸基底被拉伸时，应变缓冲件能够有效减小或防止非拉伸区域的应变，防止集成电子器件与可拉伸电极电路和/或可拉伸器件接合区域的断裂以及集成电子器件与可拉伸基底之间脱离。
(2)应变缓冲件上通孔的大小以及分布密度可以根据实际需要进行设定，从而得到不同的应变力缓冲分布，提升应变缓冲件的可靠性。
(3)应变缓冲件优选采用薄层的柔性材料制成，不会影响可拉伸电子系统原有的柔性。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1为第一具体实施方式可拉伸电子系统结构示意图；
图2为第一具体实施方式可拉伸电子系统中应变缓冲件的局部放大图；
图3为第二具体实施方式可拉伸电子系统结构示意图；
图4为第二具体实施方式可拉伸电子系统中应变缓冲件的局部放大图；
图5为第三具体实施方式可拉伸电子系统结构示意图；
图6为第四具体实施方式可拉伸电子系统结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
参照图1、图2，在本申请的第一具体实施方式中，可拉伸电子系统包括可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1、集成电子器件2、应变缓冲件3以及可拉伸基底4。可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1与集成电子器件2电连接，其中，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1与集成电子器件2在接合区域100形成电连接，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1、集成电子器件2以及应变缓冲件3被封装于所述可拉伸基底4中，应变缓冲件3的抗拉伸强度大于所述可拉伸基底4。可拉伸基底4的材质为具有拉伸延展性的聚合物材料，其中，聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、硅胶、硅酮或聚氨酯等。
具体的，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1具有导电性能且具有一定的拉伸延展性，例如，可拉伸电极电路为采用金属、纳米颗粒、纳米线、石墨烯、碳材料、氧化物或导电聚合物中的一种制备的电路，金属材料包括金、银、铜、铝、镍或其他合金材料；可拉伸器件的材质选自光电子材料、力学材料、磁性材料、化学材料或传感材料中的一种，例如，可以为纳米线材料、碳纳米管材料或银纳米线材料等。可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1的厚度为1um～30um，优选的，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1为铜材料，厚度为10um。可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1采用曝光刻蚀的方法形成蛇形结构，并通过转移的方法集成到可拉伸基底4内，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1会随着可拉伸基底4的拉伸扭曲形变，由于其具有蛇形结构，在产生一定形变时也能保持其导电性能。集成电子器件2不具有拉伸延展性，其与可拉伸基底4之间的结合力较弱，其中，本实施方式中的集成电子器件2为硅基器件。
为了避免在可拉伸基底4拉伸发生形变时，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1与集成电子器件2在接合区域100处断裂，应变缓冲件3位于接合区域100上方和/或下方并与接合区域100至少部分重叠，其与集成电子器件2之间具有间距，所述间距小于10mm，应变缓冲件3为薄层材料和/或具有柔性，其厚度小于5mm，优选的，应变缓冲件3的厚度小于0.5mm。其中，应变缓冲件3的材质为纺织物、皮革、塑料、聚合物、玻璃纤维、金属、陶瓷或纸制品中的一种或几种的复合材料。由于纺织物具有较强的抗拉伸性能且具有较好的柔性，即使将其嵌入到可拉伸基底4中也不会影响可拉伸基底4的柔性，而且，纺织物与可拉伸基底4的材料具有很强的结合性，所以，为了不影响可拉伸基底4的柔性，本实施例中的应变缓冲件3为纺织物，其位于接合区域100的下方并与接合区域100部分重叠，其厚度小于0.3mm。
为了进一步增加应变缓冲件3与可拉伸基底4之间的结合力，应变缓冲件3上设置有多个与可拉伸基底4配合的结合部，优选的，结合部为贯穿所述应变缓冲件3的通孔31，其中，可拉伸基底4嵌入应变缓冲件3上至少部分的通孔31中，当然可以根据应变力缓冲分布需要，在应变缓冲件3比较厚的情况下，结合部可以不贯穿应变缓冲件3，可拉伸基底4也可以只用嵌入部分的通孔31中。应变缓冲件3上的多个通孔31的间距相等或不等和/或多个通孔31为阵列排布或非阵列排布，多个通孔31的形状为圆形、方形、菱形、六边形或其它任意多边形中的一种或几种的组合和/或不规则形状，其直径为0.001mm～8mm，优选的，其直径为0.5mm～2mm，相邻两通孔31之间的距离为1mm～10mm，本实施例中通孔31的形状为方形，其边长为0.5mm(如图2所示)。在应变缓冲件3嵌入到可拉伸基底4中时，可拉伸基底4的材料贯穿所述通孔31形成类似于钢筋的固定柱结构并紧紧包裹所述应变缓冲件3，从而增加了应变缓冲件3与可拉伸基底4之间的结合力。多个通孔31的大小以及分布密度可以根据实际需要进行设定，以得到不同的应变力缓冲分布，提升应变缓冲件3的可靠性，例如，与接合区域100中心区域对应的应变缓冲件3上的通孔31的直径可以设置的更大或者分布密度设置的更大，从而使得应变缓冲件3能够更好的缓解接合区域100中心区域的应变力。
在可拉伸基底4被拉伸发生形变时，由于应变缓冲件3的抗拉伸强度大于可拉伸基底4，其被拉伸发生形变量小于可拉伸基底4，而且由于应变缓冲件3与可拉伸基底4之间的结合力，因此，接合区域100受到的应变力得到缓解，从而避免了可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1与集成电子器件2在接合区域100处断裂。
参照图3、图4，本申请的第二具体实施方式与第一具体实施方式的不同之处在于可拉伸电子系统包括两个可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1，两个可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1分别位于集成电子器件2的两端且与集成电子器件2的两端分别在结合区域200形成电连接，其中，可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1为铜材料，厚度为10um。应变缓冲件3位于接合区域200的下方并与非拉伸区域201重叠，这里非拉伸区域201包括接合区域200以及集成电子器件2与可拉伸基底4的结合区域。应变缓冲件3为可拉伸聚合物薄膜，具体的，应变缓冲件3为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，其厚度为50um。通孔31的形状为圆形，其直径为1mm(如图4所示)，可拉伸基底4的材料贯穿所述通孔31形成类似于“铆钉”结构。
在可拉伸基底4被拉伸时，应变缓冲件3能够有效减小或防止非拉伸区域的应变，防止集成电子器件2与可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1在接合区域200发生断裂以及集成电子器件2与可拉伸基底4之间脱离。
参照图5，本申请的第三具体实施方式与第二具体实施方式的不同之处在于可拉伸电子系统包括两个应变缓冲件3，两个应变缓冲件3分别位于接合区域200的上方和下方，且两个应变缓冲件3与集成电子器件2的间距为2mm。
在可拉伸基底4被拉伸时，应变缓冲件3能够进一步的减小或防止非拉伸区域的应变，防止集成电子器件2与可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1在接合区域200发生断裂以及集成电子器件2与可拉伸基底4之间脱离。
参照图6，本申请的第四具体实施方式与第三具体实施方式的不同之处在于两个应变缓冲件3分别位于接合区域200的上方和下方且紧贴集成电子器件2设置。在可拉伸基底4被拉伸时，应变缓冲件3能够进一步的减小或防止非拉伸区域的应变，防止集成电子器件2与可拉伸电极电路和/或可拉伸器件1在接合区域200发生断裂以及集成电子器件2与可拉伸基底4之间脱离，而且还可以减小可拉伸基底4的厚度。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种可拉伸电子系统，其特征在于，包括：
可拉伸电极电路和/或可拉伸器件；
集成电子器件，其与所述可拉伸电极电路和/或可拉伸器件在接合区域形成电连接；
可拉伸基底，用于封装所述集成电子器件以及所述可拉伸电极电路和/或可拉伸器件；
封装于所述可拉伸基底中的应变缓冲件，所述应变缓冲件的抗拉伸强度大于所述可拉伸基底，且所述应变缓冲件与所述接合区域的至少部分重叠，其中，所述应变缓冲件上设置有多个可与所述可拉伸基底配合的结合部。
2.根据权利要求1所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述结合部为贯穿所述应变缓冲件的通孔，且所述可拉伸基底嵌入所述应变缓冲件上至少部分的通孔中。
3.根据权利要求2所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述通孔的直径为0.001mm～8mm，优选为0.5mm～2mm；和/或相邻的所述通孔之间的距离为1mm～10mm。
4.根据权利要求2所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述应变缓冲件上多个通孔的间距相等或不等；和/或所述应变缓冲件上的多个通孔为阵列排布或非阵列排布；和/或所述应变缓冲件上的多个通孔的形状为圆形、方形、菱形、六边形或其它任意多边形中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述应变缓冲件设置于所述接合区域的上方和/或下方。
6.根据权利要求1所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述应变缓冲件贴合于所述集成电子器件或与所述集成电子器件之间具有间距，所述间距小于10mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述应变缓冲件为薄层材料和/或所述应变缓冲件具有柔性。
8.根据权利要求7所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述应变缓冲件的厚度小于5mm。
9.根据权利要求1-6任一项所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述应变缓冲件的材质选自纺织物、皮革、塑料、聚合物、玻璃纤维、金属、陶瓷或纸制品中的一种或其中几种的复合材料；和/或所述可拉伸基底的材质选自聚二甲基硅氧烷、硅胶、硅酮或聚氨酯中的一种；和/或所述可拉伸电极电路的材质为金属、纳米颗粒、纳米线、石墨烯、碳材料、氧化物或导电聚合物中的一种。
10.根据权利要求1-6任一项所述的可拉伸电子系统，其特征在于，所述可拉伸器件的材质选自为光电子材料、力学材料、磁性材料、化学材料或传感材料中的一种。
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