[发明专利]一种基于激光诱导的可穿戴柔性电路及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于激光诱导的可穿戴柔性电路及其制备方法，所述方法为采用激光诱导刻蚀导电层或保护层：其一，利用了导电层与长链高分子保护层对激光的吸收系数的差别，首先对覆盖在导电层表面的激光吸收系数高的长链高分子保护层进行诱导刻蚀，其暴露部分的导电层经刻蚀液刻蚀后，直接生成带有长链高分子保护层的电路，还可利用相同原理，减去刻蚀液刻蚀步骤后快速制备柔性电路的焊孔；其二，利用激光对不同厚度的导电层作用差异，通过调整激光诱导参数、导电层厚度和长链高分子保护层的材料来调整柔性电路的制备工艺及步骤，实现柔性电路干法化制备。本发明与传统电路制备工艺相比，简化了工艺流程，降低了生产成本，拥有大规模应用的潜力。

技术领域

本发明涉及一种基于激光诱导的可穿戴电路及其制备方法，本发明可用于农业智能检测、工业、医疗和消费品等，属于柔性可穿戴设备领域。

背景技术

可穿戴电子产品以及柔性可穿戴传感器在基于生理信号监测的医疗监护产品和服务中的应用越来越广泛，但目前可穿戴电子产品大多只实现末端检测传感器的柔性化，而其数据处理平台还基于平面硬质印刷电路板，鉴于现有的硬质印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)等刚性电子设备不适合长时间佩戴、无法与皮肤褶皱处紧密结合导致测量结果误差大等缺点。而使用可穿戴柔性材料衬底制备的电子设备能够更好的贴合人体皮肤表面获得更高的测量精度的同时，降低了长时间佩戴的不适度，改善佩戴者的生活质量，逐步受到了科研人员的重视。为了使可穿戴电子产品和传感器与皮肤等不规则曲面结合，科研人员将电路印刷在PI薄膜上，但PI只具有弯曲特性没有拉伸特性，使得应用效果并不理想，不能满足大幅度弯曲和拉伸的应用条件。随着材料科学和微纳米制造技术的进步，使得制造可穿戴柔性电路成为可能。但是金属与可拉伸材料的热膨胀系数极为不同，直接在可穿戴柔性材料表面(如PDMS)制作柔性电路，会出现金属导线出现裂纹或断路等问题，严重影响电路的可靠性和实用性。

到目前为止，制造可穿戴柔性电路板的关键挑战是在柔性基底上制备用于连接电子元件的可焊接、低电阻和高可拉伸性的导线。现有技术中提出了利用由金属薄膜(例如，银，金，铜)、分散的导电材料溶液(例如，银，铜，碳纳米管，石墨烯，或碳纤维)或液体导体(液体金属)制作导线。然而，分散的导电材料和液体导体的电阻率较高。此外，通过导电材料和液体导体制造的可伸展导线与PCB的现有焊接工艺不兼容。除上述方法外，为了使电路中的导线具有可拉伸性，采用金属薄膜在拉伸基材(例如PDMS)上制造具有“确定性几何形状”(例如，波状结构，和蛇形网格)的可拉伸导线。有科研人员通过气相沉积法将金属薄膜沉积到基底上，但该方法的成本太高，也有人用喷枪制造种子层和种子层上的电铸金属导线。尽管该方法比真空薄膜沉积技术便宜，但是需要耗时的电铸过程。

发明内容

发明目的：本发明的另一目的是提供一种可拉伸性高、成本低的基于激光诱导的可穿戴柔性电路；本发明的另一目的是提供一种基于激光诱导的可穿戴柔性电路的制备方法。

技术方案：本发明的基于激光诱导的可穿戴柔性电路，包括柔性基底，依次覆盖在柔性基底上的导电层和长链高分子保护层，基于激光诱导及其他工艺制备的导线区和焊盘区，焊盘区焊接的电子元器件及封装层。

进一步地，导线区的导线为蛇形、锯齿形或S形。

另一方面，本发明的基于激光诱导的可穿戴柔性电路的制备方法，包括以下步骤：

(1)将柔性基底固定在基片上，并在柔性基底的表面上依次修饰导电层和长链高分子保护层；

(2)根据预设的电路图，用激光刻蚀长链高分子保护层，清洗刻蚀残渣后暴露出非导线及非焊盘区的导电层；

激光诱导刻蚀：将预先设计好的电路图导入激光直写仪，在长链高分子保护层的材料表面，通过激光刻蚀，将电路中非导线及非焊盘部分表面的保护材料灼蚀去除，使该区域导电层暴露；其中步骤(1)中的导电层的厚度范围为80μm～120μm，在此厚度范围下的导电层无法被设定的激光刻蚀，设定的激光仅能刻蚀长链高分子保护层。