專利名稱：基于pdms生物可兼容性的柔性電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路及電路板相關(guān)技術(shù)，特別涉及柔性電路板及電路裝配 工藝。
背景技術(shù)：
目前的柔性電路板(FPC)是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種
具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路。具有下列特點
1. 可自由彎曲、折疊、巻繞，可在三維空間隨意移動及伸縮。
2. 散熱性能好，可利用FPC縮小體積。
3. 實現(xiàn)輕量化、小型化、薄型化，從而達到元件裝置和導(dǎo)線連接一體化。
4. 有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，如MP3、 MP4播放器、便攜式CD播放機、 家用VCD、 DVD 、數(shù)碼照相機、手機及手機電池、醫(yī)療、汽車及航天領(lǐng) 域等。FFC (柔性扁平電線電纜)具有體積小、精密度高、使用方便、輕 便化、超薄型、耐曲折性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的特點。
目前的柔性電路板雖具備可撓性，但縱向伸縮度非常有限，另外表面 的銅導(dǎo)電層若經(jīng)受縱向伸縮，也會發(fā)生開裂而造成斷路。 技術(shù)內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是提供一種生物可兼容性PDMS (聚二甲基硅氧垸)的 柔性電路及電路裝配工藝，以解決大應(yīng)變伸縮的問題。
本發(fā)明的另一 目的是利用PDMS具備生物可兼容性，利用其特性的柔性電路可以貼于動物體表面或植入體內(nèi)，可隨動物體皮肉伸縮而不影響電路 的工作。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，基于PDMS生物可兼容性 的柔性電路，其所述電路包括
(1) 、選取PDMS基材；
(2) 、在所選取的PDMS基材上成形導(dǎo)電液體電路；
(3) 、在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上包覆PDMS層，使其成為 PDMS生物可兼容性的柔性電路；
(4) 、 PDMS生物可兼容性的柔性電路與外界的導(dǎo)通，可通過與導(dǎo)電液體 電路電連接的導(dǎo)線實現(xiàn)。
所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其所選取的PDMS基材 為己固化的PDMS片材，在PDMS基材上所包覆的PDMS層的包覆方法為， 將固化前的液態(tài)PDMS澆注已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上，形成包 覆薄層，然后加熱固化，使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。
所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其所選取的PDMS基材 為己固化的PDMS片材，在PDMS基材上所包覆的PDMS層的包覆方法為， 將PDMS片材包覆在己形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上，使所包覆導(dǎo)電 液體電路的PDMS片材與PDMS基材熱溶或粘接或氧等離子處理鍵合方法 在一起，使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。
所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其PDMS基材上導(dǎo)電液 體電路的形成，是先在PDMS基板上形成電路凹槽，再在PDMS基板上溶 接或粘接或氧等離子處理鍵合方法包覆PDMS片材，使PDMS基板與PDMS片材之間形成電路空腔，再通過注射方式將導(dǎo)電液體注入電路空腔中，使 其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其PDMS基材上導(dǎo)電液 體電路的形成，是在PDMS基材上通過印刷導(dǎo)電液體的方法來實現(xiàn)。所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其PDMS基材上導(dǎo)電液 體電路的形成，是先在PDMS基板上形成電路凹槽，再將導(dǎo)電液體涂敷于 形成有電路凹槽的基板表面的電路凹槽內(nèi)的方法來實現(xiàn)。所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其所述導(dǎo)電液體為液態(tài)金 屬錫銦鎵合金。所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其PDMS生物可兼容性 的柔性電路與電子器件的連接及與外界的電導(dǎo)通，是將電子元器件的器件 腳或?qū)Ь€形成尖端，然后直接插入柔性電路相應(yīng)位置，使器件腳或?qū)Ь€穿 過基材或包覆薄層，并與導(dǎo)電液體電連接，成形為PDMS生物可兼容性的 柔性電路板；或者是采用預(yù)埋方式，使器件腳或?qū)Ь€與導(dǎo)電液體電連接。所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其多個單層柔性電路可 以疊在一起形成多層電路，不同層導(dǎo)電液體電路的貫穿可以用金屬針來實 現(xiàn)。所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其PDMS生物可兼容性 的柔性電路上裝配好電子元器件后，所成形的PDMS生物可兼容性的柔性 電路板，可以再用未固化PDMS澆注，將所需包裹的電子元件包裹于PDMS 包裹層中，并固化，成為柔性電路系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點在于發(fā)明不但具備更好的可彎折性，還具備可伸縮性，電路運用導(dǎo)電液體，所以不會因拉伸和彎折而發(fā)生疲勞、斷裂，穩(wěn)定可靠。 同時，標(biāo)準(zhǔn)元器件可以在電路板上即插即用，無需焊接，還具有集成各類傳感器的潛力，易于實現(xiàn)多層布線，成本低。另外，PDMS無色透明，便 于集成顯示元器件，感光器件以及太陽能電池；同時，PDMS的生物兼容 性使其能夠貼近于人體皮膚成為可穿戴式電子產(chǎn)品。


圖1是PDMS柔性電路的生成方法和元器件裝配方法示意圖； 圖2是多層柔性電路的貫穿方法示意圖； 圖3是本發(fā)明的一具體實施方法示意圖。
具體實施方式
PDMS (聚二甲基硅氧烷)聚合物常溫下為彈性體，熱穩(wěn)定性好；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-123°C。它的液體表面張力(SJ為21.3mN'm—'，固體的表面能(Ss)為22.8mN.m—\用正十六烷測定的表面自由能的分散力(S d)為22.6mN.m1。并且在通常條件下PDMS是惰性的，對真皮無刺激性和毒性。 PDMS低表面能的性質(zhì)使其為流體后極易達到平滑、均勻的涂層。同樣PDMS聚合物可以根據(jù)不同的需要，給予改性。PDMS生物可兼容性的柔性電路的實施方法可為(1) 、根據(jù)具體電路，選取需要大小及厚度的PDMS基材，該基材厚度可 以是微米級到厘米級之間的選擇；(2) 、在所選取的PDMS基材上可以通過照相制版，印刷、掩模印刷等方 法，在PDMS基材上形成導(dǎo)電液體電路。也可用模具成型法先在PDMS基 板上形成電路凹槽，再將導(dǎo)電液體涂敷于基板表面，多余部分用刮刀刮去，導(dǎo)電液體便會留在電路凹槽中形成導(dǎo)電液體電路?；蛘呤窍仍赑DMS基板上形成電路凹槽，再在PDMS基板上溶接或粘接或氧等離子處理鍵合方法 包覆PDMS片材，使PDMS基板與PDMS片材之間形成電路空腔，再通過 注射方式將導(dǎo)電液體注入電路空腔中，使其成為PDMS生物可兼容性的柔 性電路。本發(fā)明中的導(dǎo)電液體，可以是具有導(dǎo)電性能的液態(tài)物質(zhì)，或膠狀態(tài)物質(zhì)， 或膏狀態(tài)物質(zhì)等。如導(dǎo)電液體為液態(tài)金屬錫銦鎵合金時，液態(tài)金屬的各成 分比例為Ga14In3Sn2 62.65% Ga, 22.11% In, 15.24% Sn Ga17In4Sn2 62.98% Ga, 24.40% In, 12.62% Sn Ga22In5Sn3 62.25% Ga, 23.30% In, 14.45% Sn Ga25In5Sn4 62.43% Ga, 20.56% In, 17.01% Sn Ga25In6Sn362,52% Ga, 24.71% In, 12.77% Sn每種比例對應(yīng)于不同的熔點，熔點最低可達-16攝氏度，也就是說，在 絕大部分室溫情形下，該合金呈液態(tài)。而且這類合金無毒性，是非常好的 可以替代汞(水銀)的液態(tài)金屬。如導(dǎo)電液體為液態(tài)金屬錫銦鎵合金時，液態(tài)金屬的印刷工藝為鎵銦 錫合金表面繪有一層很薄的氧化鎵，它使得液態(tài)合金本身與很多種材質(zhì)的表面都浸潤，包括PDMS的表面。因此，該液態(tài)合金可以像墨水一樣涂印 在PDMS表面。各類印刷方法都可以用來印制電路圖形，包括篩網(wǎng)印刷， 但網(wǎng)格的大小要大于0.1mm，以使液態(tài)金屬易于通過篩網(wǎng)。(3)、在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上包覆PDMS層，其包覆方法 可以是將固化前的液態(tài)PDMS澆注于己形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材 上，形成包覆薄層，然后加熱固化使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。覆薄層的厚度可以通過調(diào)節(jié)溫度控制液態(tài)PDMS的流動性來實現(xiàn)。PDMS的固化溫度和工藝無需嚴格的控制，在室溫下也可固化，只是需要 靜置24小時左右。 一般在烘箱環(huán)境下(60攝氏度左右)靜置5， 6個小時 便可基本固化。其包覆方法還可以是預(yù)先制作符合大小及厚度要求已固化的PDMS片 材(即包覆薄層)，覆蓋在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上，通過熱溶 或粘接或氧等離子處理鍵合方法，使PDMS片材與PDMS基材結(jié)合在一起， 使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。氧等離子處理鍵合工藝，是將需要鍵合的兩片PDMS基底置入氧等離 子體表面清洗機，抽真空到100 mbar，放入氧氣到500 mbar， 打開高壓 源產(chǎn)生等離子體，處理表面約30秒到一分鐘，放氣，取出樣品，在一分鐘 內(nèi)將處理的兩基底緊貼在一起，放置20分鐘后，兩片基底便結(jié)合成一片。 (4)、 PDMS生物可兼容性的柔性電路電子器件的連接及與外界的電導(dǎo)通， 可通過與導(dǎo)電液體電路電連接的導(dǎo)線實現(xiàn)。這包括兩個方面， 一是PDMS 生物可兼容性的柔性電路的導(dǎo)電液體電路與電子器件的連接，其方法是將 電子元器件的器件腳形成尖端，然后直接插入柔性電路相應(yīng)位置，使器件 腳將穿過基材或包覆薄層，并與導(dǎo)電液體電連接，成形為PDMS生物可兼 容性的柔性電路板。二是PDMS生物可兼容性的柔性電路的導(dǎo)電液體電路 與導(dǎo)線的連接，其方法是將導(dǎo)線的一端形成尖端，然后直接插入柔性電路 相應(yīng)位置，使器件腳或?qū)Ь€穿過基材或包覆薄層，并與導(dǎo)電液體電路電連 接，成形為PDMS生物可兼容性的柔性電路板。同樣可以采用預(yù)埋方式， 即在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上，使器件腳或?qū)Ь€與導(dǎo)電液接觸，再將固化前的液態(tài)PDMS澆注于己形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材 上，形成包覆薄層，或?qū)⒁压袒腜DMS片材，覆蓋在已形成導(dǎo)電液體電 路的PDMS基材上，通過熱溶或粘接方法或通過氧等離子鍵合方法，使 PDMS片材與PDMS基材結(jié)合在一起。由于PDMS具備生物可兼容性，可充分利用其特性，制成可貼于人體 或動物體表面的柔性電路，如局部的電路貼塊、電路衣物、電路腕帶等。 也可制成可以植入人體或動物體內(nèi)的柔性電路等。這種電路可隨動物體皮 肉伸縮而不影響電路的工作。以上方法可通過圖1給予描述，圖1中10為PDMS基材，ll為己固 化的PDMS片材，12為PDMS包裹層，1為PDMS生物可兼容性的柔性電 路，2為導(dǎo)電液體電路，3為電子元器件，30為器件腳。圖中第①步是在 PDMS基材10上已印刷有導(dǎo)電液體電路2，準(zhǔn)備將已固化的PDMS片材11 與兩者結(jié)合。圖中第②是將已印刷有導(dǎo)電液體電路2的PDMS基材10，與 已固化的PDMS片材11與兩者結(jié)合。第(D步是已將印刷有導(dǎo)電液體電路2 的PDMS基材IO，與已固化的PDMS片材ll與兩者結(jié)合后，使其已成為 PDMS生物可兼容性的柔性電路。第 步是在PDMS生物可兼容性的柔性 電路上插接電子元器件3，并使器件腳30穿過基材或包覆薄層，并與導(dǎo)電 液體電路電連接，形成PDMS生物可兼容性的柔性電路板。第⑤步是在 PDMS生物可兼容性的柔性電路上裝配好電子元器件后，所成形的PDMS 生物可兼容性的柔性電路板用未固化PDMS澆注，將所需包裹的電子元件 3包裹于PDMS包裹層中。第⑥步是將所需包裹的電子元件包裹于PDMS 包裹層中，并固化，成為柔性電路系統(tǒng)。圖2是多層柔性電路的貫穿方法示意圖，圖中1A為PDMS生物可兼
容性的柔性電路之一，1B為PDMS生物可兼容性的柔性電路之二。第①步 是將PDMS生物可兼容性的柔性電路之一及PDMS生物可兼容性的柔性電 路之二疊在一起。第②步是將PDMS生物可兼容性的柔性電路之一及PDMS 生物可兼容性的柔性電路之二疊在一起后，兩個電路通過導(dǎo)線連接。第③ 步是將兩個電路的連接導(dǎo)線裸露端去除。第④步是去除導(dǎo)線裸露端后，用 PDMS封閉導(dǎo)線孔。通過以上步驟便可得到多層電路PDMS生物可兼容性 的柔性電路；再將電子元器件與多層電路PDMS生物可兼容性的柔性電路 連接，便可得到多層電路PDMS生物可兼容性的柔性電路板。 圖3是一完整的貼片元器件的電路形成和封裝方法 第①步用制模成型法制作PDMS基材，即用模具4在基材10上留有 用來嵌入貼片元器件的凹坑；凹坑的位置和大小按器件及電路設(shè)計確定。 第②步:將貼片元器件3按設(shè)計的電路相應(yīng)位置嵌入PDMS基材10中。 第③步印刷液態(tài)金屬，形成導(dǎo)電液體電路2，并檢査確認電路接通情 況。如果有接觸不良的地方，則可用軟毛筆刷蘸液態(tài)金屬涂敷接觸不良處， 以確保電路連通。
第④步確認電路接通良好后，澆灌液態(tài)PDMS或與己固化的PDMS片 材ll兩者粘合后，烘干，封固；得PDMS生物可兼容性的柔性電路1。 本發(fā)明不局限于上述之具體描述，可根據(jù)具體要求，來調(diào)整方法及工藝。
權(quán)利要求
1、基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在于所述基于PDMS生物可兼容性的柔性電路包括(1)、選取PDMS基材；(2)、在所選取的PDMS基材上成形導(dǎo)電液體電路；(3)、在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上包覆PDMS層，使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路；(4)、PDMS生物可兼容性的柔性電路與外界的導(dǎo)通，可通過與導(dǎo)電液體電路電連接的導(dǎo)線實現(xiàn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所選取的PDMS基材為已固化的PDMS片材，在PDMS基材上所包覆的 PDMS層的包覆方法為，將固化前的液態(tài)PDMS澆注已形成導(dǎo)電液體電路 的PDMS基材上，形成包覆薄層，然后加熱固化，使其成為PDMS生物可 兼容性的柔性電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所選取的PDMS基材為已固化的PDMS片材，在PDMS基材上所包覆的 PDMS層的包覆方法為，將PDMS片材包覆在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS 基材上，使所包覆導(dǎo)電液體電路的PDMS片材與PDMS基材熱溶或粘接或 氧等離子處理鍵合方法在一起，使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所述PDMS基材上導(dǎo)電液體電路的形成，是先在PDMS基板上形成電路 凹槽，再在PDMS基板上溶接或粘接或氧等離子處理鍵合方法包覆PDMS片材，使PDMS基板與PDMS片材之間形成電路空腔，再通過注射方式將 導(dǎo)電液體注入電路空腔中，使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所述PDMS基材上導(dǎo)電液體電路的形成，是在PDMS基材上通過印刷導(dǎo) 電液體的方法來實現(xiàn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所述PDMS基材上導(dǎo)電液體電路的形成，是先在PDMS基板上形成電路 凹槽，再將導(dǎo)電液體涂敷于形成有電路凹槽的基板表面的電路凹槽內(nèi)的方 法來實現(xiàn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所述導(dǎo)電液體為液態(tài)金屬錫銦鎵合金。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其PDMS生物可兼容性的 柔性電路與電子器件的連接及與外界的電導(dǎo)通，是將電子元器件的管腳或 導(dǎo)線形成尖端，然后直接插入柔性電路相應(yīng)位置，使管腳或?qū)Ь€穿過基材 或包覆薄層，并與導(dǎo)電液體電連接，成形為PDMS生物可兼容性的柔性電 路板；或者是釆用預(yù)埋方式，使管腳或?qū)Ь€與導(dǎo)電液體電連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征在 于所述多個單層柔性電路可以疊在一起形成多層電路，不同層導(dǎo)電液體電 路的貫穿可以用金屬針來實現(xiàn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，其特征 在于所述PDMS生物可兼容性的柔性電路上裝配好電子元器件后，所成形的PDMS生物可兼容性的柔性電路板，可以再用未固化PDMS澆注，將所需包裹的電子元件包裹于PDMS包裹層中，并固化，成為柔性電路系統(tǒng)。
全文摘要
一種基于PDMS生物可兼容性的柔性電路，涉及柔性電路板及電路裝配工藝，包括選取PDMS基材；在所選取的PDMS基材上成形導(dǎo)電液體電路；在已形成導(dǎo)電液體電路的PDMS基材上包覆PDMS層，使其成為PDMS生物可兼容性的柔性電路；PDMS生物可兼容性的柔性電路與外界的導(dǎo)通，可通過與導(dǎo)電液體電路電連接的導(dǎo)線實現(xiàn)。本發(fā)明不但具備更好的可彎折性，還具備可伸縮性。
文檔編號H05K3/10GK101505575SQ200810241598
公開日2009年8月12日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者玨 彭 申請人:深圳大學(xué)