[发明专利]柔性电子纤维加强复合材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月13日提交的美国临时专利申请序列号为61/780,829和2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列号为61/784,968的优先权，这些专利申请全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开整体涉及多层电子复合物，尤其涉及柔性电子纤维加强复合物及其制造方法。

背景技术

电子器件依赖于元件和特征部(诸如电路和迹线)的精确位置和尺寸公差，甚至达到微米级，并存在规模甚至更小的趋势。当前的柔性电子技术基于低强度、低模量、未加强的塑料膜，其具有高热膨胀系数(CTE)、低热导率和高吸湿性，伴有因水溶胀而缺乏尺寸稳定性以及介电性质劣化的问题。此类塑料膜必须相对厚以执行适当的功能，并具有足够的机械性质以提供具有低拉伸的衬底，从而实现尺寸稳定性和足够的强度及抗撕裂性以提供足够的耐久性。高热膨胀系数(CTE)在相对小的温度变化下提供不良的尺寸稳定性，并且低热导率由于耗散因功率消耗电路元件生成的热而导致出现高温。缺乏热稳定性连同低水溶胀性质因而为衬底提供的尺寸稳定性不足以经受制造过程、热应变，并且不足以提供需要尺寸稳定性才能实现最佳性能的电子元件的服务耐久性和稳定性。

最终结果是：在柔性衬底上的印刷电子部件的分辨率、耐久性和稳定性目前受限于衬底的性质。理想的是，薄柔性衬底应当具有足够高的传热系数以控制热流的平面方向性。衬底的热膨胀和非热机械变形可对电子电路产生不稳定性和损坏。防潮性对于防止电子电路受到损坏并提供一致且最佳的介电性质可能是至关重要的，并且使光滑的表面易于接受导电材料的印刷和/或沉积在形成电子结构中是期望的。

当前可用的薄膜衬底的不适当和不稳定性在由其形成的电子结构的准确度和尺寸方面产生局限性。因此，需要能够用于柔性电子复合物的薄、柔、尺寸稳定的衬底。由于分层复合构造的可取向性，特别是由单向工程纤维的取向层构成的复合物的可取向性，此类复合物可使其机械和热膨胀性质被设计，以匹配或补充在它们之内或在它们表面上并入的电子元件的性质。此外，可类似地针对热传递的应用专门均匀性或方向性来优化热传导性质。复合衬底的薄度减小因柔性电子元件的弯曲和挠曲导致的应变，特别是在内表面和外表面上。另外，复合物的多层构造使得可以将对应变敏感的电子元件靠近弯曲中性轴定位，以使因弯曲或挠曲导致的变形最小化。

发明内容

在本公开的多种实施例中，柔性电子复合系统包含柔性电子复合材料，该材料包含至少一个导电层和至少一个纤维加强层压层。导电层包括非蚀刻铜膜、蚀刻铜膜、铜接地平面、铜电源平面、电子电路等。纤维加强层压层包括例如单向纤维加强带与多种膜层的层压体。在多种实施例中，纤维加强层压层为非导电层。在其它实施例中，纤维加强层压层为导电的，诸如因在纤维加强层内存在金属成分或其它导电材料，例如，树脂和/或纤维中的碳纳米粒子。

在多种实施例中，根据本公开的柔性电子复合系统还可以包含另外的电子硬件和/或软件，比如写有代码的计算机芯片、电池、LED显示器、广播器线圈、压敏开关等。此类系统可包括最终可上市的电子产品或可以作为电子元件进一步并入需要电子器件的产品中，比如具有RFID跟踪的托盘，或具有娱乐、安全或跟踪电子器件的衣物。在多种实施例中，柔性电子复合系统包含并入需要电子方面的消费者、工业、机构或政府产品之中或之上的柔性电子复合材料。

在多种实施例中，单向纤维加强层形成适于在其上蚀刻或印刷电子电路的薄而光滑的衬底。在多种实施例中，根据本公开的复合材料提供适于在其上蚀刻或印刷电子电路的光滑表面。

在多种实施例中，本公开的电子复合系统克服了电子衬底的许多现有缺陷，诸如低热导率、高衬底重量、低衬底耐久性、热和非热膨胀及收缩的不稳定性和不均匀性、以及衬底与电子元件的热膨胀性质之间的不匹配性、缺乏防潮性并导致介电稳定性不稳定、以及缺乏用于印刷和沉积电子元件及导电材料的足够的光滑度。

在多种实施例中，本公开的多层柔性电子复合物可通过根据需要反复添加导电和/或非导电层以产生多层复合物而制造。在多种实施例中，制造柔性电子复合材料的方法包括：将加强层添加到导电层上；任选地固化该复合物；任选地蚀刻导电层；以及任选地在其上添加另外的导电层和/或非导电层。

附图说明

为了提供对本公开的进一步理解而包括在内的并且作为本说明书一部分而并入且构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并与说明书一起起到阐释本公开原理的作用，在附图中：