工程科学学报，第37卷，增刊1：24-28,2015年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,Suppl.1:24-28,May 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.005:http://journals.ustb.edu.cn 柔性基板的几何参数对柔性电子系统延展性的影响 王晓玲四，李 豪，王国庆 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:xiaoling(@me.ustb.cdu.cn 摘要柔性电子系统主要由有机基板和附着其上的金属导体构成，系统组件的几何参数对柔性电子系统延展性能影响很 大，良好的尺寸设计可以优化系统的力学性能.本文研究了柔性基板的尺寸参数（长度，宽度，厚度）对柔性电子系统延展性 的影响.用ABAQUS软件对附着在不同几何参数的共聚酯材料上的两种结构铜导体进行单轴拉伸模拟实验，以此来确定基 板的尺寸参数对整个系统延展性的影响.通过对模拟结果进行分析发现，柔性基板长度的改变对系统拉伸变形影响很小，而 柔性基板宽度或厚度的增加可以减小整个系统的变形，但是会加大金属导体的应变，因此需要根据实际情况对尺寸参数进行 合理设计.这项工作可以为柔性电子系统中基板的几何设计提供帮助 关键词柔性电子器件：柔性基板：几何参数：金属导体：基板变形 分类号TH140.8 Effect of the geometric parameters of elastomer substrates on the flexibility of stretch- able electronics WANG Xiao-ling,LI Hao,WANG Guo-qing School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:xiaoling@me.ustb.edu.cn ABSTRACT Stretchable electronics are mainly composed of the organic substrate and the metal thin conductor attached to the substrate.The geometric parameters of both substrate and metal conductor play an important role in the flexibility of stretchable elec- tronics.In this paper,the effect of geometric parameters (length,width,and thickness of the substrate)on the flexibility of stretch- able electronics was studied.The ABAQUS software was used to simulate the uniaxial tensile tests on the polyimide-supported copper conductor to determine the effects of geometric parameters of the substrate on its flexibility.As shown in the results,the effect of substrate length on the deformation of the system is very small:while the increase of width or thickness of the substrate can decrease the substrate deformation but increase the strain of metal conductor.This work can provide a theoretical support for the geometrical design of stretchable electronics. KEY WORDS stretchable electronic:elastomer substrate;geometric parameter:metal conductor:substrate deformation 柔性电子技术发展迅速，已经在众多领域广泛应 影响产品的性能和实际应用. 用，如可折叠的显示器四，电子皮肤冈，心脏辅助器 目前关于柔性电子的研究已经很多，Gonzalez等 材网等.柔性电子主要由柔性基板和附着在其上的金 设计了类似马蹄形的金属导体结构，经实验计算发现 属导体构成日.这种结构比单独的金属导体有更好的 此种结构是最为合适的弯曲形结构6-：Lⅱ等通过实 延展性日，但是系统还是会产生变形，金属导体会屈曲 验计算研究了柔性基底上平直金属导体的拉伸变形特 变形甚至断裂脱落，同时柔性基板也会出现变形，这会 点及基底刚度对伸展比的影响，结果表明合适的基底 收稿日期：201501-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目(11272002)：北京高等学校青年英才计划项目(YET0363)工程科学学报，第 37 卷，增刊 1: 24--28，2015 年 5 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，Suppl． 1: 24--28，May 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． s1． 005; http: / /journals． ustb． edu． cn 柔性基板的几何参数对柔性电子系统延展性的影响 王晓玲，李 豪，王国庆 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: xiaoling@ me． ustb． edu． cn 摘 要 柔性电子系统主要由有机基板和附着其上的金属导体构成，系统组件的几何参数对柔性电子系统延展性能影响很 大，良好的尺寸设计可以优化系统的力学性能． 本文研究了柔性基板的尺寸参数( 长度，宽度，厚度) 对柔性电子系统延展性 的影响． 用 ABAQUS 软件对附着在不同几何参数的共聚酯材料上的两种结构铜导体进行单轴拉伸模拟实验，以此来确定基 板的尺寸参数对整个系统延展性的影响． 通过对模拟结果进行分析发现，柔性基板长度的改变对系统拉伸变形影响很小，而 柔性基板宽度或厚度的增加可以减小整个系统的变形，但是会加大金属导体的应变，因此需要根据实际情况对尺寸参数进行 合理设计． 这项工作可以为柔性电子系统中基板的几何设计提供帮助． 关键词 柔性电子器件; 柔性基板; 几何参数; 金属导体; 基板变形 分类号 TH140. 8 Effect of the geometric parameters of elastomer substrates on the flexibility of stretch￾able electronics WANG Xiao-ling ，LI Hao，WANG Guo-qing School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: xiaoling@ me． ustb． edu． cn ABSTRACT Stretchable electronics are mainly composed of the organic substrate and the metal thin conductor attached to the substrate． The geometric parameters of both substrate and metal conductor play an important role in the flexibility of stretchable elec￾tronics． In this paper，the effect of geometric parameters ( length，width，and thickness of the substrate) on the flexibility of stretch￾able electronics was studied． The ABAQUS software was used to simulate the uniaxial tensile tests on the polyimide-supported copper conductor to determine the effects of geometric parameters of the substrate on its flexibility． As shown in the results，the effect of substrate length on the deformation of the system is very small; while the increase of width or thickness of the substrate can decrease the substrate deformation but increase the strain of metal conductor． This work can provide a theoretical support for the geometrical design of stretchable electronics． KEY WORDS stretchable electronic; elastomer substrate; geometric parameter; metal conductor; substrate deformation 收稿日期: 2015--01--20 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 11272002) ; 北京高等学校青年英才计划项目( YETP0363) 柔性电子技术发展迅速，已经在众多领域广泛应 用，如可折叠的显示器［1］，电子皮肤［2］，心脏辅助 器 材［3］等． 柔性电子主要由柔性基板和附着在其上的金 属导体构成［4］． 这种结构比单独的金属导体有更好的 延展性［5］，但是系统还是会产生变形，金属导体会屈曲 变形甚至断裂脱落，同时柔性基板也会出现变形，这会 影响产品的性能和实际应用． 目前关于柔性电子的研究已经很多，Gonzalez 等 设计了类似马蹄形的金属导体结构，经实验计算发现 此种结构是最为合适的弯曲形结构［6--7］; Li 等通过实 验计算研究了柔性基底上平直金属导体的拉伸变形特 点及基底刚度对伸展比的影响，结果表明合适的基底