一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及柔性电子器件的封装领域，具体涉及一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构。本发明还涉及一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构的制备方法。

背景技术

通过材料的选用和结构的设计，柔性电子器件在实现传统刚性电子器件功能的同时兼具优良的柔性和可拉伸性，可以贴附在复杂、动态大变形的人体皮肤或其他器官表面，因此近年来获得了广泛的关注。常用的一种柔性电子器件设计策略是采用岛桥结构对刚性电子器件和柔性线路进行整合设计。岛桥结构由不易变形的“岛”和具有可拉伸性的“桥”组成：传统的刚性元器件集成放置在“岛”上，因此“岛”部分的外形通常为较大体积的块体；“桥”用于物理连接各个“岛”并取代传统导线进行信号传输或供能，因此“桥”的外形通常为薄而细长的曲线。岛桥结构不一定具有周期性，各个“岛”和“桥”可以有大有小，有厚有薄。

岛桥结构柔性器件制造后还需进行封装，以提升器件内部绝缘性和降低环境(如水、尘和冲击等)对器件的影响。目前广泛采用的封装方式是用超低模量的硅胶或硅橡胶进行灌注，将岛桥结构器件封装成厚度比“岛”的最大厚度大、上下表面平行的实心板。这种封装方法简单易行，但是由于封装层的存在大大增加了器件中“桥”部分的厚度，因此封装后器件的柔性和可拉伸性大大降低，大幅度损失与复杂表面的共形贴合能力。为此，部分学者提出了分层封装方法，即根据“岛”和“桥”的空间分布采用不同材料进行封装。这种封装方法一定程度上缓解了器件柔性和可拉伸性降低的问题，但是设计和加工方式复杂，实施成本较高。此外也有学者将硅(橡)胶薄膜覆盖在岛桥结构表面作为封装，但是由于薄膜无法与岛桥结构器件处处紧密贴合，封装后仍有不少空隙(可活动空间)，因此器件的稳健性不能得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构，以解决现有技术封装的岛桥结构器件成本较高或者稳健性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

本申请提供一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构，在柔性器件的两面覆盖有封装薄膜，所述柔性器件是岛桥结构，所述封装薄膜具有与所述柔性器件的表面共形贴合的形状；在所述封装薄膜和所述柔性器件之间的缝隙中形成有弹性层，所述柔性器件通过所述弹性层与所述封装薄膜粘接。

优选地，所述弹性层由具有粘性的流体固化后形成。

优选地，所述封装薄膜是绝缘体。

优选地，所述封装薄膜的弹性拉伸性＞所述柔性器件的弹性拉伸性，所述封装薄膜的弹性模量＜所述柔性器件的弹性模量。

优选地，所述弹性层的弹性拉伸性＞所述柔性器件的弹性拉伸性，所述柔性器件的弹性模量＞所述弹性层的弹性模量。

本申请还提供一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构的制备方法，所述软压封装结构包括封装薄膜、柔性器件和弹性层，所述柔性器件是岛桥结构；所述制备方法包括以下步骤：S1，将所述封装薄膜覆盖在所述柔性器件的一面；S2，通过弹性层粘接所述封装薄膜和所述柔性器件；S3，将所述封装薄膜覆盖在所述柔性器件的另一面；S4，使得所述封装薄膜与所述柔性器件的表面共形贴合。

优选地，所述弹性层由具有粘性的流体固化后形成，在步骤S1之后执行步骤S2，步骤S2具体为：将未固化的所述弹性层灌注在所述柔性器件上，使得所述弹性层的厚度＞所述柔性器件的厚度。

优选地，在步骤S2之后顺序执行步骤S3和步骤S4，步骤S4具体为：在所述弹性层固化之前，使用定模和动模分别挤压2个所述封装薄膜，使得所述封装薄膜和所述柔性器件的表面共形贴合，所述定模为刚性材料并且与所述柔性器件的一面共形，所述动模包括软弹性体，并且所述软弹性体通过自身的弹性形变与所述柔性器件的另一面共形。

优选地，在步骤S4之后执行步骤S5，步骤S5具体为：使所述弹性层固化。

优选地，所述动模包括硬板，所述硬板和所述软弹性体固定连接，所述软弹性体的厚度＞所述柔性器件的厚度，所述硬板是刚性体，所述软弹性体的刚度＜柔性器件的刚度。

本申请与现有技术相比较具有如下有益效果：

本申请的软压封装结构成本低且制备方法简单，其使用封装薄膜与柔性器件表面共形贴合，同时使用弹性层填充两者之间的空隙，不仅有效保证器件的稳健性，还没有大幅度增加“桥”部分的厚度，极大程度地保持了岛桥结构的凹凸构型，使得封装后的岛桥结构器件仍具有高的柔性和可拉伸性，可以很好地与各种复杂表面的共形贴合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为软压封装结构封装前的立体分解图；

图2为动模的结构示意图；

图3为软压封装结构被动模和定模挤压之前的示意图；

图4为软压封装结构被动模和定模挤压之后的示意图；

图5为软压封装结构封装后的结构示意图；

图6为软压封装结构的制备方法的流程图；

图中的标号分别表示如下：

1-封装薄膜；2-柔性器件；3-弹性层；4-定模；5-动模；5a-硬板；5b-软弹性体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本申请提供：

一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构，在柔性器件2的两面分别覆盖有封装薄膜1，柔性器件2是带有功能单元的岛桥结构(“岛”的尺寸为2mm×2mm，“岛”的厚度为1.1mm，“岛”之间间距为2.4mm，“桥”的厚度为0.1mm)，封装薄膜1具有与柔性器件2的表面共形贴合的形状；在封装薄膜1和柔性器件2之间的缝隙中形成有弹性层3，柔性器件2通过弹性层3与封装薄膜1粘接。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是如何封装柔性器件2。

为此，封装薄膜1起到防水、防尘、防潮和一定的抗冲击、震动的作用，弹性层3起到连接封装薄膜1和柔性器件2同时维持封装薄膜1形状的作用，实现了对岛桥结构器件的密闭封装，可有效保证器件的稳健性。

由于封装薄膜1与柔性器件2的表面形状共形贴合，因此，避免了岛桥结构的“桥”部分的厚度大幅度增加，极大程度地保持了岛桥结构的凹凸构型，因此封装后的岛桥结构器件仍具有高的柔性和可拉伸性，可以很好地与各种复杂表面的共形贴合。

进一步的：

弹性层3由具有粘性的流体固化后形成。

具体的，弹性层3是卡夫特K-705，其固化前为可流动的粘性液体，固化后为柔软弹性固体。

进一步的：

封装薄膜1是绝缘体，并且具有防水性能。

封装薄膜1为柔性器件2提供电气和力学保护，避免弹性层3因冲击、摩擦和电击穿造成柔性器件2损坏。

进一步的：

封装薄膜1的弹性拉伸性＞柔性器件2的弹性拉伸性，封装薄膜1的弹性模量＜柔性器件2的弹性模量。

封装薄膜1是可拉伸的软薄膜，其材料为普通橡胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或Ecoflex系列硅橡胶，这些材料具有高绝缘性、高弹性、高弹性拉伸性、低弹性模量的性能，在保护柔性器件2的同时对其力学性能影响较小。

具体的，封装薄膜1为杨氏模量100kPa、厚2mm的硅胶薄膜。

进一步的：

所述弹性层3的弹性拉伸性＞所述柔性器件2的弹性拉伸性，柔性器件2的弹性模量＞弹性层3的弹性模量。

弹性层3可以固定封装薄膜1与柔性器件2的共形形状，降低柔性器件2因封装带来的刚度增加。

进一步的：

封装薄膜1的厚度＜柔性器件2的“岛”的厚度。

封装薄膜1应当厚薄适中，以避免其自身的厚度影响到柔性器件2与各种复杂表面的共形贴合。

如图6所示，本申请还提供：

一种岛桥结构柔性器件的软压封装结构的制备方法，所述软压封装结构包括封装薄膜1、柔性器件2和弹性层3，柔性器件2是带有功能单元的岛桥结构，封装薄膜1覆盖在柔性器件2的两面并且与柔性器件2的表面形状共形贴合，弹性层3连接封装薄膜1和柔性器件2并固定封装薄膜1的形状；所述制备方法包括以下步骤：

S1，将1个封装薄膜1覆盖在柔性器件2的一面；

S2，通过弹性层3粘接封装薄膜1和柔性器件2；

S3，将另外1个封装薄膜1覆盖在柔性器件2的另一面；

S4，使得封装薄膜1与柔性器件2的表面共形贴合。

上述步骤的顺序不做限制，S1、S2、S3和S4仅作为标记使用，不代表上述步骤的顺序，按照不同的顺序执行上述步骤可以得到不同的方法。

示例1，先将2个封装薄膜1覆盖在柔性器件2的两面，然后灌注弹性层3使其粘接封装薄膜1和柔性器件2，再使得封装薄膜1与柔性器件2的表面形状共形贴合。

示例2，先将1个封装薄膜1覆盖在柔性器件2的一面，然后灌注弹性层3使其粘接1个封装薄膜1和柔性器件2，再将另外1个封装薄膜1覆盖在柔性器件2的另一面，最后使得封装薄膜1与柔性器件2的表面形状共形贴合。

示例3，先在1个封装薄膜1的顶面灌注弹性层3，然后将柔性器件2压入到弹性层3内部使其与封装薄膜1的顶面贴合，再将另外1个封装薄膜1覆盖在柔性器件2的另一面，最后使得封装薄膜1与柔性器件2的表面形状共形贴合。

示例4，先使得封装薄膜1与柔性器件2的表面形状共形，然后在1个封装薄膜1的顶面灌注弹性层3，将柔性器件2压入其中后覆盖上另外1个封装薄膜1，调整封装薄膜1和柔性器件2之间的相对位置，使得封装薄膜1和柔性器件2近乎完全贴合。

进一步的：

弹性层3由具有粘性的流体固化后形成，在步骤S1之后执行步骤S2，步骤S2具体为：

将未固化的弹性层3灌注在柔性器件2上，使得弹性层3的厚度＞柔性器件2的“岛”的厚度。

首先至少在柔性器件2的一面覆盖1个封装薄膜1，然后使得弹性层3没过柔性器件2的“岛”和“桥”，避免封装薄膜1和柔性器件2之间出现空隙。

进一步的：

在步骤S2之后顺序执行步骤S3和步骤S4，步骤S4具体为：

在弹性层3固化之前，使用定模4和动模5分别挤压2个封装薄膜1，使得封装薄膜1和柔性器件2的表面共形贴合，定模4为刚性材料并且与柔性器件2的一面共形，动模5包括软弹性体5b，并且所述软弹性体5b通过自身的弹性形变与柔性器件2的另一面共形。

软弹性体5b可采用橡胶、硅橡胶、硅胶等柔性材料，软弹性体5b的刚度＜柔性器件2的刚度，软弹性体5b的弹性模量＜柔性器件2的弹性模量。

软弹性体5b的材料具体为杨氏模量60kPa、厚12mm的Ecoflex硅橡胶，其通过弹性形变与柔性器件2的表面共形。

具体的，定模4是刚性的水平平台，定模4用于支撑柔性器件2使其保持平面铺开状态，由于平面铺开状态的柔性器件2的一面是平面，所以定模4也是平面。

定模4和动模5的尺寸为30mm×30mm，两者分别挤压2个封装薄膜1使其与柔性器件2共形，同时挤出了多余的弹性层3，使得分布在岛上和桥上的弹性层3的厚薄基本上均匀一致，其形状也与岛桥结构共形。

进一步的：在步骤S4之后执行步骤S5，步骤S5具体为：使所述弹性层3固化。弹性层3的固化方法是卡夫特K-705的固化方法，当弹性层3选用其他的具有粘性的流体固化形成时，其固化方法也随之改变。

动模5还包括硬板5a，其中硬板5a用于维持软弹性体5b的形状并且带动软弹性体5b移动，硬板5a的弯曲刚度为软弹性体5b弯曲刚度的100倍及以上。

硬板5a的材料材料优选金属、陶瓷等弹性模量大的材料，在软压封装时硬板几乎不变形，保证施力均匀，其材料具体为杨氏模量210GPa、厚3mm的薄钢板。

在本实施例中，优选的制备方法是：

步骤一、将封装薄膜1铺平放置在定模4上，再将柔性器件2放置在封装薄膜1上；

步骤二、在柔性器件2上灌注未固化的弹性层3，弹性层3填充空隙并且没过柔性器件2，其涂抹厚度＞柔性器件2的厚度；

步骤三、将另外1个封装薄膜1覆盖在弹性层3上；

步骤四、使用动模5挤压位于弹性层3上方的封装薄膜1，软弹性体5b形变并且挤压封装薄膜1与柔性器件2使其外形近似共形，同时将多余的弹性层3从2个封装薄膜1的四周挤出；

步骤五、将弹性层3固化，使其粘接封装薄膜1和柔性器件2，并维持封装薄膜1和柔性器件2近似共形贴合。

步骤六、去除溢出的弹性层3，完成柔性器件2的封装。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。