[發明專利]一種PDMS/SiC功能梯度襯底及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010038767.9
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111152452B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 蘭紅波;楊建軍;張源值;朱曉陽;齊田宇;周龍健
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;H10K77/10;H10K50/00;H01L31/0392;H01L31/0445;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明公開了一種PDMS/SiC功能梯度襯底及其制備方法與應用，該襯底中PDMS為基體材料，SiC為增強相；SiC的含量從襯底外側至襯底內側梯度增大，襯底外側SiC含量的最小值為0?5％，襯底內側SiC含量的最大值為45?55％；其中，所述襯底內側為用于嵌入電子元器件和連接電路的一側。襯底從外表面到內表面剛度逐漸增大，柔性逐漸變小。即襯底外表面良好的柔性確保其具有非常好的共形能力和可拉伸/彎曲特性，以滿足實際工作環境和使用條件的要求；而襯底內表面一側具有較高的剛度，以避免放置的電子元器件和打印連接電路由于過大變形導致電子元器件和連接電路的損壞(通過提高剛度約束限制過大的形變)，保證電子元器件具有穩定的電學性能。

技術領域

本發明屬于柔性電子和增材制造技術領域，具體涉及一種PDMS/SiC功能梯度襯底及其制備方法與應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

柔性電子是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性或可彎曲基板(襯底)上的新興電子技術，它已經被用于柔性顯示、OLED、柔性太陽能電池、可拉伸電子、電子皮膚、可穿戴電子設備、可植入醫療電子、軟體機器人等諸多領域，顯示出廣闊的工業化應用前景。基板(襯底、基底)是柔性電子產品的核心功能部件之一。不同于傳統電子產品所使用的硬質剛性襯底(例如硅片、藍寶石、玻璃等)，柔性電子通常使用柔軟可變形彈性體作為基底(襯底、基板)，確保其在一定變形條件下(例如彎曲、折疊、扭轉、壓縮或拉伸等)依舊具有穩定的工作性能。目前，柔性電子產品普遍采用的襯底主要有：聚酰亞胺?(Polyimide，PI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene?terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene?naphthalate，PEN)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、紙張、織物纖維等。但是，隨著柔性電子應用領域不斷擴大以及功能的不斷增強，對于其性能、穩定性、使用環境和壽命等提出越來越高的要求，尤其對于其所使用的襯底、連接電路、使用電子元器件等也提出愈來愈高的要求。然而，現有的襯底存在明顯的不足和固有的缺陷，例如當柔性電子產品出現過大變形時，傳統的單材質勻質襯底將極易引起連接電路和嵌入電子元件等出現損壞，導致柔性電子產品難以正常工作甚至導致其失效。此外，伴隨著器件功能的增強，所嵌入電子元件數量的不斷增加，柔性電子的發熱量也越來越大，然而現有襯底材料的散熱性能普遍較差(導熱系數低)，導致電子元件壽命變短、性能不穩甚至被燒壞，穩定性和可靠性變差，而且還制約了柔性電子等產品性能和功能的進一步提高和改進。尤其是傳統單一材料襯底還無法解決同時具有較好柔性和較高剛度的難題。

發明內容

發明人發現，柔性電子產品所使用的理想的柔性襯底應具有以下性能：(1)襯底具有變剛度功能梯度特性，即襯底從外表面到內表面(設置電子元器件、連接電路、電池等的一側)剛度逐漸增大，柔性逐漸變小。即襯底外表面良好的柔順性確保其具有非常好的共形能力和可拉伸/彎曲特性，以適合實際工作環境和條件的要求；而襯底內表面一側具有較高的剛度，以避免放置(嵌入)的電子元器件和打印連接電路由于過大變形導致電子元器件和連接電路的損壞(通過提高剛度約束限制過大的形變)。(2)優良的散熱性能，即襯底具有較高的導熱系數。現有襯底材料大多是熱的不良導體，其導熱系數一般都低于0.5?W/(m·K)，例如PET的導熱系數是0.29，PDMS是0.13-0.18，柔性電子在工作過程中產生的熱量無法及時散出，導致電子元件壽命變短、性能不穩甚至被燒壞。(3)優良的絕緣性，即較高的電阻率。特別是多層結構柔性電子和使用的工作電壓較大時，對于襯底絕緣性能的要求更高。然而，現有的各種襯底都不具有以上性能。

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明的一個目的是提供一種PDMS/SiC功能梯度襯底，該襯底中PDMS為基體材料，SiC為增強相；

SiC的含量從襯底外側至襯底內側梯度增大，襯底外側SiC含量的最小值為0-5％，襯底內側SiC含量的最大值為30-55％；