印刷电路板 (PCB) 设计与过去的胶带和切割方法相比有了很大的进步。先进的功能使设计人员能够使用 软件轻松开发 FR-4 刚性 PCB。

柔性 PCB 和互连在今天很常见,通常用于将笔记本电脑“主板”等硬件连接到显示屏或用于可折叠电子系统。 

 

近年来,出现了关于第三类电路板和电子设备的讨论:可伸缩电子设备。可伸缩电子产品正在研究领域兴起,随着可穿戴技术的普及,它们可能会在不久的将来成为商业产品。 

 

可伸缩电子产品与柔性和刚柔结合板的区别

 

传统 PCB 有多种变体,包括刚性-柔性设计,在刚性 PCB 元件和全柔性 PCB之间的柔性基板上加入互连铜,整个系统焊接在柔性基板上。 

IPC-6013D(2017版)是与柔性和刚柔结合板性能相关的IPC标准。然而,与通常可在单轴上弯曲的柔性 PCB 不同,可拉伸电子产品是一种开发中的设计类,可拉伸、可扭曲和可弯曲。 

信号互连、基板、传感器电极,甚至储能表面等结构都可以通过不同程度的应变进行拉伸,但仍能保持其运行特性。 

总的来说,要实现这些属性和它们可以应用的具体应用,需要克服各种挑战。 

 

可伸缩电子产品的挑战和潜在应用

武汉大学于 2019 年发表的一篇综合论文概述了可拉伸电子产品的制造材料、挑战和进展,以及该技术的各种潜在或正在进行的应用。

文章指出,有两种主要方法可以实现弹性电子器件,其中一种是使用固有可拉伸材料,例如主要的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)。

实现导电性的一种方法是使用金属纳米线、碳纳米材料和聚合物,它们以各种配置嵌入可拉伸材料中,包括“波浪结构配置、岛互连、分形设计和传统剪纸”。 

该论文还涵盖了可拉伸电子产品的三个潜在领域:导体和电极、能量存储以及晶体管和传感器等可拉伸和自我修复的印刷电子产品的开发。

 

 

处于扭曲状态(左)和分解图(右上)的柔性锂离子电池装置。

处于扭曲状态(a)和分解图(b)的柔性锂离子电池装置。

 

 

弹性皮肤电子产品使用导电纳米膜 

最后,让我们看看为“皮肤电子”设计的纳米膜的开发。 

来自首尔基础科学研究所 (IBS) 的 Hyeon Taeghwan 教授和研究员 Kim Dae-Hyeong 开发了一种制造新材料的方法,据说这种材料可以达到一组具有挑战性的性能标准。 

皮肤电子通常需要四个主要参数来实现功能:类金属导电性、拉伸性、超薄性和易于图案化。 

他们创造了“浮动组装”方法,该方法考虑了马兰戈尼效应在滴下液体复合材料以扩散纳米材料时的优势。然后通过滴加表面活性剂来包装这些材料。 

 

纳米膜构建的基本过程。

纳米膜构建的基本过程

 

 

据说这种方法取得的关键成功包括 250 纳米厚的超薄橡胶膜,拉伸系数为 10 倍。 

总体而言,该材料的可堆叠性和粘合特性可提供 100,000 S/cm 的电导率。该材料还可以允许使用光刻法进行图案化。 

 

可拉伸和柔性电子产品的世界不断发展壮大,随着材料的每一项新进展都可以创造出更好的电子产品,看到这项技术的下一步发展方向将是令人鼓舞的,尤其是在研究领域之外。 

柔性 PCB 增加了巨大的功能,可拉伸电子产品,新的研究也证明了电子设计的可塑性。