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柔性电子封装和导线缺陷对延展性的影响分析

薛国宏  陶伟明  
【摘要】:柔性电子技术的应用,比如柔性电子皮肤、柔性电子显示器等正受到人们越来越多的关注。目前,其基本结构主要是由柔性基板、交联导电体和电子器件组成。提高柔性器件的可延展性是人们设计的主要目标,通过在有预应力的柔性基底上设计非共面电路布局,可以大大提高了器件的延展性能。在实际应用中电子电路还需填充和覆盖封装材料以起到保护作用,这会影响器件的可延展性。同时,交联导电体一般采用铜金属薄膜,其厚度一般在几十至几百纳米之间,相比于较厚的金属薄膜,纳米级厚度金属薄膜具有较高的屈服强度,和相对较小的伸长率和塑性变形量,所以一般不会出现紧缩现象,其断裂方式为I型沿晶断裂,通过沉积方式制备的金属薄膜可能会出现微观的几何缺陷,这也会影响到整个器件的延展性能。本文主要以柔性基底上的铜薄膜导桥为研究对象,考虑封装材料的材料和几何参数对其拉伸性能的影响,以及铜金属薄膜导桥几何缺陷对延展性能的影响。通过采用内聚力模型模拟铜薄膜的断裂行为,模拟了结构的屈曲、封装、拉伸和薄膜开裂的完整过程。结果表明,封装材料的弹性模量对延展性能的好坏有一定的影响,而封装覆盖层的厚度对延展性能影响较小;金属薄膜的缺陷(缺口)的存在对整个结构的延展性能有很大的影响,相比缺口的宽度,其深度对延展性有更加显著的影响。本文结果对于柔性电子器件的设计具有一定的理论和实际意义。

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