智能膠層對柔性電路修復的影響及動態變化規律研究

中圖分類號：TN710；TQ437+.6 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）10-0066-04

Research on the influence of intelligent adhesive layer on flexible circuit repair and its dynamic change law

LIANG Lijie （Qingdao TechnicianCollege，Qingdao ，ShandongChina）

Abstract：The application of intellgent adhesive layer basedon in-situ monitoring of dielectric signal inflexible circuit repair is discussed.The matching of dielectric properties and circuit repair requirements is analyzed.The construction of in-situ monitoring system of dielectric signal，formulationoptimization and preparation process are expounded.Atthe same time，the self-feedback mechanism，dielectric response characteristics andreliability evaluation method after repair are also studied.The correlation model of dielectric signal and mechanical properties， long-term service environmental impactand quantitative evaluation index systemare established to provide technical support for flexible circuit repair.

KeyWords：intelligentadhesivelayer;dielectricsignal monitoring;flexiblecircuitrepair;self-feedback;reliability evaluation

柔性電路輕質可彎，在電子設備中應用廣泛，長期服役卻易因疲勞、環境侵蝕出現線路斷裂、接觸不良等損傷，修復可靠性制約性能發揮，傳統修復膠層缺實時監測與自適應調控能力，難應對復雜工況下的動態損傷。介電信號對材料微觀結構變化敏感，基于此構建的智能膠層系統能實現修復過程原位監測與自反饋，為提升柔性電路修復穩定性提供新路徑，相關技術細節與性能表征需深入探究。

1智能膠層的介電信號原位監測及制備工藝

1.1智能膠層介電性能與電路修復的匹配

柔性電路工作時，信號傳輸受膠層介電性能影響，電路信號多為高頻，頻率達GHz級別，5G通信的3GHz～6GHz頻段便是如此，膠層介電常數和介電損耗需適配。介電常數過高，信號傳輸延遲增加，聚酰亞胺介電常數約3.4，聚對苯二甲酸乙二醇酯介電常數約3.0～3.2，對比來看，智能膠層介電常數控制在2.5～3.0區間，可有效降低信號傳輸延遲。介電損耗偏大，信號傳輸中能量衰減加劇，10GHz頻率下，介電損耗正切值控制在0.005～0.015，能讓信號傳輸 10cm 后能量衰減不超1dB，滿足柔性電路信號高效穩定傳輸需求，實現介電性能與電路修復后信號傳輸質量的良好匹配。

1.2介電信號原位監測系統的構建

1.2.1 傳感器集成方式

采用微納傳感器集成于智能膠層內部的方式，基于微機電系統技術制備的電容式介電傳感器，敏感電極尺寸處于微米級別，像邊長 10～50μm 的正方形電極就屬此類，借助光刻、蝕刻等微加工工藝處理后，能夠精確嵌入膠層預先設定的位置。依靠3D打印技術輔助操作，可讓傳感器在膠層不同深度和具體位置完成精準布局，進而確保能夠全面且細致地感知膠層各個區域介電性能產生的變化情況[1]。

1.2.2 信號采集模塊設計

信號采集模塊運用低噪聲、高分辨率的采集芯片，ADI公司的AD7799分辨率達24位，能采集皮安級微弱電流信號，對應介電信號變化，采集頻率設為1～10kHz ，可依柔性電路工作狀態實時調整，捕捉膠層不同工況下介電信號的動態變化。多路復用技術支持同時采集多個傳感器信號，經信號調理電路放大、濾波，傳輸至數據處理單元。

1.3 智能膠層的配方優化

1.3.1 基體材料選擇

選用特種環氧樹脂與環氧聚硫膠的混合體系作為基體，含氟環氧樹脂這類特種環氧樹脂，結構中氟原子降低分子間作用力，介電常數可低至2.8左右，環氧聚硫膠含大量二硫鍵，賦予膠層自修復潛力。兩者按質量比3：1～4：1混合，能兼顧低介電性能與自修復功能。

1.3.2 功能填料摻雜比例

添加納米級二氧化鈦和氮化硼作為功能填料，二氧化鈦提升膠層介電常數穩定性，摻雜質量比例控制在 3%～5% ，過量會使介電損耗增加。氮化硼熱導率良好，可輔助散熱，摻雜質量比例 5%% ，能優化膠層工作時的熱性能，防止因發熱讓介電性能劣化[]。

1.4智能膠層的制備流程

1.4.1 原料預處理

將基體材料置于 50～60°C 的真空環境中脫水1～2h ，去除水分以防止對固化反應造成干擾，功能填料經過偶聯劑處理，硅烷偶聯劑KH-550是適用的一種，按填料質量 1%～2% 添加后，在 80～90°C 條件下攪拌混合 1～2h ，借此增強填料與基體間的相容性。

1.4.2 混合攪拌

采用高速攪拌設備，以 1000～1500r/min 的速度，將預處理后的基體材料與功能填料混合20～30min ，確保分散達到均勻狀態，隨后加入固化劑，含氟酸酐就很合適，按化學計量比精確添加后，持續攪拌 10～15min 。

1.4.3 固化工藝參數

固化分兩個階段進行，先在60～70℃環境下預固化 2～3h ，讓膠層實現初步交聯定型；接著升溫到120～130℃完成后固化，時長4～6h，推動固化反應徹底進行，形成穩定的三維網絡結構，確保智能膠層各項性能達到最優狀態。

2智能膠層的自反饋機制及介電響應特性

2.1 柔性電路修復過程中介電信號的動態變 化規律

柔性電路修復進程中，智能膠層的介電信號呈現出復雜且有規律的動態變化情況4。電路一旦出現損傷，比如線路發生斷裂或是出現短路問題，膠層內部的電場分布就會瞬間產生改變[5]。以常見的微裂紋損傷來說，其裂紋寬度處于微米級別，若裂紋寬度為5～10μm ，此時膠層的介電常數會因為裂紋處進入空氣或其他雜質而出現波動現象，修復初期，隨著智能膠層啟動自修復，像含動態化學鍵的膠層分子鏈開始重新進行排列，介電常數會在數秒內，具體如5～10s的時間里，出現快速上升的趨勢，能從初始的3.0上升至3.2～3.3，這是由于分子鏈重排使得膠層內部結構變得緊密，對電場的束縛能力有所增強造成的。修復中期，大約在數分鐘，即 5～10min 的時間范圍內，介電常數上升的速率會變緩并逐漸趨于穩定，因為分子鏈的重排已接近完成，新的穩定結構正在逐步形成。當修復接近尾聲時，介電常數可能會在一定的范圍內進行微調，最終穩定在接近初始未損傷狀態的數值，例如3.05～3.1，這一過程中，介電損耗正切值也會同步發生變化，修復初期由于分子鏈處于活躍運動狀態，損耗正切值會從0.01在短時間內上升至0.015～0.02，隨著修復工作完成則會逐漸回落至0.012左右。

2.2基于介電信號閾值的自反饋調控邏輯

2.2.1 修復缺陷識別

精確設定介電信號閥值來識別修復缺陷。智能膠層處于正常狀態時，介電常數維持在2.8～3.2之間，介電損耗正切值則保持在 0.008～0.012 的范圍，電路一旦受損，膠層的介電信號就會偏離這個正常區間。遇到短路故障，短路點附近的膠層電場強度會急劇增大，導致介電常數瞬間可能升高到3.5以上，介電損耗正切值也會大幅增加至0.025以上，遠遠超出正常的閥值范圍，系統憑借這一現象能夠精準識別出短路缺陷所在的位置。若是出現短路故障，斷路處的膠層介電常數會下降到2.5以下，這是因為斷路使得電場分布發生改變，膠層內部的電荷分布狀態也隨之變化，系統同樣可以依據介電常數低于閾值的情況來判斷斷路缺陷[8]。

2.2.2 自適應補膠觸發條件

設定自適應補膠的介電信號閾值條件，檢測到介電常數變化率在單位時間（ （1min） 內超過 10% ，介電損耗正切值變化率超過 15% ，判定膠層有較大缺陷需補膠，某一區域膠層介電常數從3.0在 1min 內快速升至3.33，變化率達 11% ，介電損耗正切值從0.01升至0.0115，變化率 15% ，滿足觸發條件，系統自動啟動補膠機制。介電信號短時間內頻繁波動，波動幅度超正常范圍 ±10% ，如介電常數 10min 內從3.1波動至2.8再到3.3，同樣觸發補膠，確保膠層及時修復，維持柔性電路穩定運行，以下為基于介電信號閾值的自反饋調控邏輯相關數據，具體數值如表1所示。

表1基于介電信號閥值的自反饋調控邏輯數據參數

parametersforself-feedback regulation logic based on dielectric signal thresholds

2.3不同修復場景下介電響應的敏感性與穩定性驗證

2.3.1 高溫場景

高溫環境 （60～80^cC 中，智能膠層分子運動加劇，介電響應面臨挑戰，溫度升高，膠層介電常數會上升，60℃時，介電常數可能從常溫3.0升至3.1～3.2，因分子熱運動增強，偶極子取向更易受電場影響，該溫度下進行電路修復，膠層啟動修復動作時，介電常數變化的敏感性依舊良好，能在數秒內響應修復進程變化，5～8s內可檢測到修復初期分子鏈重排導致的介電常數上升0.1～0.2。穩定性上，持續高溫2h內，介電常數雖有上升趨勢，但波動范圍在 _±0.15 內，說明高溫場景下智能膠層介電響應能保持一定穩定性，可有效用于電路修復監測。

2.3.2 高濕度場景

高濕度環境（相對濕度 80%～90% 中，水分子易侵人智能膠層，影響介電性能，水分子介電常數較高，侵入后改變膠層內部電場分布。膠層介電常數可能從初始3.0升高至3.2～3.4，介電損耗正切值也增大，從0.01上升至0.015～0.02，這種場景下進行電路修復，介電響應仍具敏感性，修復過程中因膠層自修復導致分子結構變化，介電常數變化數秒內可被檢測到，6～10s內捕捉到0.05-0.1的變化。穩定性上，高濕度環境持續 48h 內，介電常數波動范圍 ±0.2 內，介電損耗正切值波動 _±0.005 內，證明高濕度場景下智能膠層介電響應一定時間內維持相對穩定，可實現對柔性電路修復的有效監測與反饋。

3智能膠層修復后的可靠性影響及評估

3.1介電信號與膠層力學性能的關聯性模型 構建

智能膠層的介電信號與力學性能緊密相關，構建二者的關聯性模型對準確評估修復后膠層可靠性至關重要[1]。微觀層面，膠層內部分子結構和電荷分布決定介電性能，同時影響力學性能，膠層受力時，分子鏈取向和排列發生變化，會反映在介電常數和介電損耗等介電信號上，拉伸應力作用下，膠層分子鏈沿受力方向逐漸取向，使介電常數在該方向可能發生 5%～10% 的變化。通過實驗數據擬合，可建立基于應力-應變關系與介電信號變化的定量模型。采用多元線性回歸分析方法，將拉伸強度、剪切強度等力學參數作為自變量，介電常數、介電損耗正切值等介電信號作為因變量，結合大量實驗數據，構建出介電常數 -a× 拉伸強度 +b× 剪切強度 +c（a，b，c 為回歸系數）的數學模型[11]。經檢驗，該模型在一定應力范圍內相關系數達0.8～0.9，能較好描述二者關聯性，為通過介電信號推斷膠層力學性能提供依據

3.2長期服役環境對介電信號及可靠性的影響

3.2.1 溫度影響

在長期高溫服役的環境下，比如 80～100% 的條件中，智能膠層的分子熱運動變得更為劇烈，分子鏈之間的相互作用也隨之減弱，這種情況會致使介電常數逐漸上升，有可能在數月時間里從初始的3.0上升到3.3～3.5，介電損耗正切值也會同步增大，從0.01增加至 0.015～0.02^[12] 。高溫會加速膠層的老化進程，使其力學性能出現下降，拉伸強度可能會降低 10% 220% ，這進而會影響到膠層對柔性電路修復后的可靠性，導致電熔連接部位容易出現松動、信號傳輸不穩定等一系列問題[13]

3.2.2 濕度影響

高濕度環境（相對濕度 85%～95% ）中，水分子容易侵入膠層內部，改變其內部的電場分布情況，由于水分子具有高介電常數的特性，會使膠層整體的介電常數出現升高，在數周時間內從3.0左右升高到3.2～3.4，介電損耗正切值也會增大至 0.015～0.022^[14] 水分會引發膠層發生水解等化學反應，進而破壞其分子結構，降低膠層與電路基材之間的粘結力，粘結強度可能會下降 15%～25% ，這嚴重威脅著柔性電路修復后的長期可靠性，也增加了電路出現短路、斷路的風險。

3.2.3 疲勞載荷影響

柔性電路承受疲勞載荷，準周期性彎曲、拉伸時，膠層內部會漸漸產生微裂紋[15]。隨著循環次數增多，介電信號出現明顯變化，介電常數和介電損耗正切值的波動幅度不斷增大，比如介電常數波動范圍從正常狀態的 ±0.05 擴大到 ±0.15 ，介電損耗正切值波動從 _±0.002 增大至 ±0.005_? 微裂紋的擴展會削弱膠層的力學性能，使其疲勞壽命縮短，當循環次數達到特定值，如 10⁵～10⁶ 次，膠層可能發生斷裂，導致柔性電路修復失效。

3.3基于介電監測數據的修復可靠性量化評估指標體系

構建全面的量化評估指標體系是基于介電監測數據評估智能膠層修復可靠性的核心。介電常數指標上，正常修復狀態下，膠層介電常數應穩定在特定范圍2.8～3.2區間內，這一數值區間是經過多次實驗驗證的穩定值，介電常數偏離該范圍超過 ±5% ，具體表現為低于2.66或者高于3.36時，膠層內部結構可能發生較大變化，這種變化會直接導致修復可靠性降低3。介電損耗正切值同樣關鍵，其正常范圍設定為0.008～0.012，當檢測數值超過0.015這一臨界值時，膠層內能量損耗出現異常情況，這種異常往往意味著可能存在缺陷，進而影響修復可靠性，引入介電信號變化率指標，在單位時間1h的監測周期內，介電常數變化率超過 3% ，或者介電損耗正切值變化率超過5% ，即可判定膠層處于不穩定狀態，此時修復可靠性存疑。綜合考慮介電信號波動情況，當介電常數和介電損耗正切值在 24h 的連續監測中波動次數超過10次，且每次波動幅度都超過正常范圍 ±8% ，這種頻繁且大幅的波動表明膠層修復可靠性面臨挑戰，需安排進一步檢測與評估，這些量化指標的綜合考量，能夠對智能膠層修復后的可靠性進行有效判斷與評估。

4結語

柔性電路修復中，基于介電信號原位監測的智能膠層適配性良好，介電性能貼合電路需求，監測系統捕捉動態變化，自反饋機制識別缺陷并自適應補膠，可靠性評估方法保障長期性能。配方優化與工藝調控讓智能膠層在不同場景保持介電響應穩定，為柔性電路高效修復提供可行技術方案，相關機制與方法有實際應用價值。

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