可延展柔性無機電子自相似互連結構設計與分析.pdf

1、近年來，可延展電子因其能夠滿足現(xiàn)代電子產品對便攜性、靈活性以及輕量性的需求而受到了學術界與業(yè)界的廣泛關注，并得到了一定的發(fā)展。設計實現(xiàn)高延展性能的互連結構一直以來都是可延展柔性電子中的一個重要課題之一。本文針對可延展柔性無機電子延展性不高、延展自由度有限及結構在承受拉伸條件下力學性能不清晰等問題，擬通過引入分形幾何概念，結合分形幾何知識，設計一款基于分形幾何的自相似互連結構幾何圖形，在此基礎上設計實現(xiàn)高延展性的乃至超延展性的自相似互連結

2、構。
　　首先，探究可延展互連基本結構薄膜-基底結構的延展性能，分析影響薄膜延性的主要幾何材料參數。利用有限元分析軟件ABAQUS建立薄膜-基底結構模型，觀察結構在承受拉伸載荷條件下表現(xiàn)出來的彈塑性行為及其等效塑性應變分布，進而確定影響薄膜-基底結構延展性能的主要幾何材料參數。分析結果表明：薄膜的幾何尺寸以及基底的彈性模量是影響薄膜-基底結構中薄膜延性最為關鍵的因素。
　　其次，設計“U”形自相似互連結構幾何圖形，推導自相似

3、互連結構數學模型的遞推公式。為設計高延展性能的互連結構，引入分形幾何學概念，結合分形幾何知識，設計一款基于分形幾何的“U”形自相似互連結構幾何圖形，建立相應的自相似互連結構的數學模型，并根據其數學模型進一步推導出多階自相似互連結構模型設計的遞推公式。為設計多階“U”形自相似互連結構提供了數學理論基礎。
　　再次，分析“U”形自相似互連結構的延展性能，研究幾何參數對自相似互連結構延展性能的影響。分別建立了一階“U”形自相似互連結構和

4、二階“U”形自相似互連結構仿真模型，觀察其在承受單軸拉伸載荷條件下表現(xiàn)出來的彈塑性行為。仿真結果表明：自相似互連結構在延展性能方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，二階“U”形自相似互連結構的延展性能更突出，甚至可以實現(xiàn)超延展性。而后，重點研究了分形基本單元一階“U”形的單元個數a、半圓弧直徑d1、高度與直徑的比值η以及互連線寬度W這四個幾何參數對互連結構延展性能的影響。為進一步優(yōu)化自相似互連結構提供實際參考。
　　最后，優(yōu)化“U”形自相似互連

5、結構，提高“U”形自相似互連結構的延展性能。主要進行了兩個方面的優(yōu)化：第一，對一階“U”自相似互連結構中半圓弧直徑d1、高度與直徑的比值η以及互連線寬度W進行正交分析，確定這三個幾何參數對自相似互連結構延性影響的主次關系及顯著性。在此基礎上結合實際情況，最終確定“U”形自相似互連結構的幾何尺寸如下： a=8， d1=300μm，η=2.5， W=20μm。第二，結合基底彈性模量對薄膜延性影響的分析，在所設計的自相似互連結構的基礎上引入應

6、變緩沖層結構來進一步提高結構的延展性能。利用有限元仿真分析應變緩沖層厚度及位置對薄膜互連結構最大等效塑性應變值的影響，最終確定采用應變緩沖層厚度t為1.5μm的雙應變緩沖層結構。
　　至此，本課題完成了基于分形幾何的“U”自相似互連結構的設計，該結構表現(xiàn)出優(yōu)異的延展性能，完成了分形幾何學在可延展柔性互連結構設計上的應用。不僅為設計實現(xiàn)高延展性能乃至超延展性的可延展互連結構提供了一定的參考價值，也為可延展柔性互連結構設計學理論基礎的