基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，包括柔性基底、金屬底膜、金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜，金屬底膜設(shè)置在柔性基底表面，金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜呈柵格結(jié)構(gòu)交替設(shè)置在金屬底膜上，導(dǎo)電高分子材料薄膜的厚度與金屬薄膜相同。本發(fā)明采用微加工技術(shù)和電化學(xué)聚合技術(shù)制備的可延展導(dǎo)電薄膜兼具良好的導(dǎo)電性與延展性；電化學(xué)聚合技術(shù)制備的導(dǎo)電高分子材料薄膜，由于其韌性，可隨柔性基底一起變形，不會(huì)出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致器件失效，且與基底的兼容性好；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，易于制造，可用來(lái)制備柔性電子器件大面積金屬結(jié)構(gòu)，也可作為柔性電子器件的互聯(lián)線。
【專利說(shuō)明】基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜及其制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]柔性電子器件正受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，比如大面積的柔性顯示器、透明電極、柔性電子皮膚、可裝配在服裝表面的薄膜太陽(yáng)能電池等，這些產(chǎn)品都使用到了金屬薄膜-柔性基底結(jié)構(gòu)。當(dāng)柔性電子器件的整個(gè)結(jié)構(gòu)拉伸或彎曲時(shí)，柔性基底發(fā)生很大變形，而分布在柔性基底上的金屬薄膜將隨著基底一起變形，由于金屬薄膜和柔性基底的延展性不同，因此當(dāng)柔性基底變形較大時(shí)，金屬薄膜由于變形能力較差而容易出現(xiàn)裂紋或者發(fā)生斷裂破壞。因此對(duì)柔性電子產(chǎn)品而言，提高金屬薄膜的延展性對(duì)保持或提高柔性電子產(chǎn)品的使用壽命和可靠性起著至關(guān)重要的作用。
[0003]國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究了多種不同的可延展導(dǎo)電薄膜的制作方法。如Lacour等人在 Journal of vacuum science & technology A.2004, 22(4): 1723-1725 中通過(guò)轉(zhuǎn)壓印技術(shù)在預(yù)變形的柔性基底上附著一層金屬薄膜，當(dāng)釋放基底初應(yīng)變后，基底表面形成金屬薄膜波形結(jié)構(gòu)。Gollzalez 等人在 Microelectronies Reliability.2008, 48(6):825-832中指出馬蹄形金屬薄膜延展性優(yōu)越，此類金屬薄膜內(nèi)導(dǎo)線制作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但變形過(guò)程中存在較大的應(yīng)力集中。Chan Woo Park等人在Microelectronic Engineering113 (2014) 55-60中先制作表層呈波浪狀的PDMS基底，然后加工金屬薄膜，最后封裝上一層PDMS薄膜，但封裝材料的不均勻性將影響整體結(jié)構(gòu)的延展性。國(guó)內(nèi)的許巍、盧天健等指出通過(guò)對(duì)基底進(jìn)行噴砂以粗糙化處理可以顯著降低金屬薄膜在拉伸條件下的裂紋密度，提高延展性，但砂粒易殘留在基體表面，而且噴砂會(huì)改變基體表面的應(yīng)力，進(jìn)而影響其力學(xué)性倉(cāng)泛。
[0004]上述提高金屬薄膜延展性的方法，都是利用薄膜附著在波浪形的柔性基底上，容易在薄膜拐彎處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而影響其使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜及其制備工藝，該導(dǎo)電薄膜兼具良好的導(dǎo)電性和延展性，通過(guò)導(dǎo)電薄膜的可延展性實(shí)現(xiàn)電子器件的柔性形變，避免其在受到拉伸、彎曲等反復(fù)變形時(shí)失效。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，包括柔性基底、金屬底膜、金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜，金屬底膜設(shè)置在柔性基底表面，金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜呈柵格結(jié)構(gòu)交替設(shè)置在金屬底膜上，導(dǎo)電高分子材料薄膜的厚度與金屬薄膜相同。
[0007]所述柔性基底由柔性高分子材料制成。
[0008]所述金屬薄膜由導(dǎo)電性好的金屬制成，金屬薄膜的厚度為納米或微米級(jí)。
[0009]所述導(dǎo)電高分子材料薄膜由導(dǎo)電性良好的柔性高分子材料制成，所述高分子材料薄膜厚度與金屬薄膜平齊。
[0010]所述金屬底膜的厚度為十幾或幾十納米。
[0011]包括以下步驟:
I )、清洗硅片，通過(guò)熱氧化工藝在硅片表面形成一層二氧化硅層；
2)、在二氧化硅表面均勻涂覆一層柔性高分子材料，熱固化形成柔性基底；
3)、制備金屬底膜:在柔性基底上采用濺射或蒸發(fā)工藝制備一層金屬作為金屬底膜；
4)、制備具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜:若制備的金屬薄膜為難腐蝕材料，采用光刻、濺射、剝離工藝制備；若金屬薄膜為易腐蝕材料，則選用濺射、光刻、刻蝕工藝制備；
5)、采用噴膠、光刻工藝，將光刻膠曝光顯影，在金屬薄膜上得到光刻膠掩膜層圖案；
6)、采用電化學(xué)聚合工藝在相鄰兩塊金屬薄膜之間的柵格結(jié)構(gòu)間制備導(dǎo)電高分子材料薄膜；
7)、采用光刻膠清洗劑去除光刻膠掩膜層，得到金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜交替排列的柵格結(jié)構(gòu)；
8)、用氫氟酸的緩沖液腐蝕掉二氧化硅層，釋放出基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜整體結(jié)構(gòu)，制備完成。
[0012]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明根據(jù)實(shí)際需要，提出的可延展導(dǎo)電薄膜可為單層金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜交替排列的柵格結(jié)構(gòu)，也可為多層金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜交替排列的柵格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明僅闡述一層金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜交替排列的柵格結(jié)構(gòu)的制備工藝。
[0013]本發(fā)明中的二氧化硅層作為犧牲層，用于從硅片上釋放可延展導(dǎo)電薄膜的柔性基
。
[0014]柔性基底的材料可為聚乙烯對(duì)苯二甲酯、聚酰亞胺或聚二甲基硅氧烷。
[0015]金屬底膜作用是增強(qiáng)后繼工藝中金屬薄膜和柔性基底的結(jié)合力，也可為后繼的電化學(xué)聚合工藝作種子層，其材料可選鈦或鉻。
[0016]本發(fā)明中若制備的金屬薄膜為難腐蝕材料，如金、鉬，采用光刻、濺射、剝離工藝制備，采用甩膠或噴膠工藝在金屬底膜上制備一層均勻的光刻膠層，前烘后對(duì)光刻膠層曝光，曝光后金屬底膜上正膠中被光照的區(qū)域(或者負(fù)膠中未被光照的區(qū)域)在顯影液中溶解后，得到光刻膠掩膜層圖案；采用濺射工藝制備一層金屬薄膜；然后用光刻膠溶劑洗去光刻膠層，光刻膠掩膜層上的金屬薄膜也被去除(剝離工藝)，得到具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜；
若金屬薄膜為易腐蝕材料，如銅、鋁，則采用濺射、光刻、刻蝕工藝制備，采用濺射工藝先在金屬底膜上制備一層金屬薄膜；然后采用甩膠或噴膠工藝在金屬底膜上制備一層均勻的光刻膠層，前烘后對(duì)光刻膠層曝光，曝光后金屬底膜上正膠中被光照的區(qū)域(或者負(fù)膠中未被光照的區(qū)域)在顯影液中溶解后，得到光刻膠掩膜圖案；然后采用刻蝕工藝去除光刻膠掩膜圖案之間暴露的金屬薄膜；之后用光刻膠溶劑洗去光刻膠掩膜層，得到具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜；
導(dǎo)電高分子材料薄膜的材料可選聚吡咯、聚噻吩或聚乙撐二氧噻吩。
[0017]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明采用微加工技術(shù)和電化學(xué)聚合技術(shù)制備的可延展導(dǎo)電薄膜兼具良好的導(dǎo)電性與延展性；電化學(xué)聚合技術(shù)制備的導(dǎo)電高分子材料薄膜，由于其韌性，可隨柔性基底一起變形，不會(huì)出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致器件失效，且與基底的兼容性好；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，易于制造，可用來(lái)制備柔性電子器件大面積金屬結(jié)構(gòu)，也可作為柔性電子器件的互聯(lián)線。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2a是硅片采用熱氧化工藝形成二氧化硅層的示意圖；
圖2b是在二氧化硅層表面形成柔性基底的示意圖；
圖2c是在柔性基底表面制備出金屬底膜的示意圖；
圖2d是在金屬底膜上制備光刻膠掩膜層的示意圖；
圖2e是在光刻膠掩膜層上制備金屬薄膜的示意圖；
圖2f是在金屬薄膜上制備光刻膠掩膜層的示意圖；
圖2g是在相鄰金屬薄膜之間的柵格中制備導(dǎo)電高分子材料薄膜的示意圖；
圖2h是采用光刻膠清洗劑去除光刻膠掩膜層后的示意圖；
圖2i是腐蝕掉二氧化硅層得到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的平面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1和圖3所示，本發(fā)明的基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，包括柔性基底1、金屬底膜2、金屬薄膜3和導(dǎo)電高分子材料薄膜4，金屬底膜2設(shè)置在柔性基底I表面，金屬薄膜3和導(dǎo)電高分子材料薄膜4呈柵格結(jié)構(gòu)交替設(shè)置在金屬底膜2上，導(dǎo)電高分子材料薄膜4的厚度與金屬薄膜3相同。
[0020]柔性基底I由柔性高分子材料制成。
[0021]金屬薄膜3由導(dǎo)電性好的金屬制成，金屬薄膜3的厚度為納米或微米級(jí)。
[0022]導(dǎo)電高分子材料薄膜4由導(dǎo)電性良好的柔性高分子材料制成，所述高分子材料薄膜厚度與金屬薄膜3平齊。
[0023]金屬底膜2的厚度為十幾或幾十納米。
[0024]基于柔性基底I的可延展導(dǎo)電薄膜的制備工藝，包括以下步驟:
I )、如圖2a所示，清洗硅片5，通過(guò)熱氧化工藝在硅片5表面形成一層二氧化硅層6，二氧化硅層6作為犧牲層，用于從硅片5上釋放可延展導(dǎo)電薄膜的柔性基底I ;
2)、如圖2b所示，在二氧化硅表面均勻涂覆一層柔性高分子材料，熱固化形成柔性基底I ;柔性基底I的材料可為聚乙烯對(duì)苯二甲酯、聚酰亞胺或聚二甲基硅氧烷。
[0025]3)、如圖2c所示，制備金屬底膜2:在柔性基底I上采用濺射或蒸發(fā)工藝制備一層金屬作為金屬底膜2 ;金屬底膜2的厚度約為十幾或幾十納米，其作用是增強(qiáng)后繼工藝中金屬薄膜3和柔性基底I的結(jié)合力，也可為后繼的電化學(xué)聚合工藝作種子層，其材料可選鈦或鉻。
[0026]4)、制備具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜3:
若制備的金屬薄膜3為難腐蝕材料，如金、鉬，采用光刻、濺射、剝離工藝制備(如圖2d和2e所示)，采用甩膠或噴膠工藝在金屬底膜2上制備一層均勻的光刻膠層7，前烘后對(duì)光刻膠層7曝光，曝光后金屬底膜2上正膠中被光照的區(qū)域(或者負(fù)膠中未被光照的區(qū)域)在顯影液中溶解后，得到光刻膠掩膜層圖案；采用濺射工藝制備一層金屬薄膜3 ;然后用光刻膠溶劑洗去光刻膠層，光刻膠掩膜層上的金屬薄膜3也被去除(剝離工藝)，得到具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜3;
若金屬薄膜3為易腐蝕材料，如銅、招，則采用濺射、光刻、刻蝕工藝制備(如圖2e所示)，采用濺射工藝先在金屬底膜2上制備一層金屬薄膜3 ;然后采用甩膠或噴膠工藝在金屬底膜2上制備一層均勻的光刻膠層7,前烘后對(duì)光刻膠層曝光,曝光后金屬底膜2上正膠中被光照的區(qū)域(或者負(fù)膠中未被光照的區(qū)域)在顯影液中溶解后，得到光刻膠掩膜圖案；然后采用刻蝕工藝去除光刻膠掩膜圖案之間暴露的金屬薄膜3 ;之后用光刻膠溶劑洗去光刻膠掩膜層，得到具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜3 ；
5)、制作光刻膠掩膜層結(jié)構(gòu):如圖2f所示，采用噴膠、光刻工藝，將光刻膠層7曝光顯影，在金屬薄膜3上得到光刻膠掩膜層圖案；
6)、如圖2g所示，采用電化學(xué)聚合工藝在相鄰兩塊金屬薄膜3之間的柵格結(jié)構(gòu)間制備導(dǎo)電高分子材料薄膜4 ;導(dǎo)電高分子材料薄膜4的材料可選聚吡咯、聚噻吩或聚乙撐二氧噻吩。
[0027]7)、如圖2h所示，采用光刻膠清洗劑去除光刻膠掩膜層，得到金屬薄膜3和導(dǎo)電高分子材料薄膜4交替排列的柵格結(jié)構(gòu)；
8)、如圖2i所示，用氫氟酸的緩沖液(BOE)腐蝕掉二氧化硅層6，釋放出基于柔性基底I的可延展導(dǎo)電薄膜整體結(jié)構(gòu)，制備完成。
[0028]本發(fā)明根據(jù)實(shí)際需要，提出的可延展導(dǎo)電薄膜可為單層金屬薄膜3和導(dǎo)電高分子材料薄膜4交替排列的柵格結(jié)構(gòu)，也可為多層金屬薄膜3和導(dǎo)電高分子材料薄膜4交替排列的柵格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明僅闡述一層金屬薄膜3和導(dǎo)電高分子材料薄膜4交替排列的柵格結(jié)構(gòu)的制備工藝。
[0029]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，其特征在于:包括柔性基底、金屬底膜、金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜，金屬底膜設(shè)置在柔性基底表面，金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜呈柵格結(jié)構(gòu)交替設(shè)置在金屬底膜上，導(dǎo)電高分子材料薄膜的厚度與金屬薄膜相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，其特征在于:所述柔性基底由柔性高分子材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，其特征在于:所述金屬薄膜由導(dǎo)電性好的金屬制成，金屬薄膜的厚度為納米或微米級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，其特征在于:所述導(dǎo)電高分子材料薄膜由導(dǎo)電性良好的柔性高分子材料制成，所述高分子材料薄膜厚度與金屬薄膜平齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜，其特征在于:所述金屬底膜的厚度為十幾或幾十納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜的制備工藝，其特征在于:包括以下步驟， I )、清洗硅片，通過(guò)熱氧化工藝在硅片表面形成一層二氧化硅層； 2)、在二氧化硅表面均勻涂覆一層柔性高分子材料，熱固化形成柔性基底； 3)、制備金屬底膜:在柔性基底上采用濺射或蒸發(fā)工藝制備一層金屬作為金屬底膜； 4)、制備具有柵格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜:若制備的金屬薄膜為難腐蝕材料，采用光刻、濺射、剝離工藝制備；若金屬薄膜為易腐蝕材料，則選用濺射、光刻、刻蝕工藝制備； 5)、采用噴膠、光刻工藝，將光刻膠曝光顯影在金屬薄膜上得到光刻膠掩膜層圖案； 6)、采用電化學(xué)聚合工藝在相鄰兩塊金屬薄膜之間的柵格結(jié)構(gòu)間制備導(dǎo)電高分子材料薄膜； 7)、采用光刻膠清洗劑去除光刻膠掩膜層，得到金屬薄膜和導(dǎo)電高分子材料薄膜交替排列的柵格結(jié)構(gòu)； 8)、用氫氟酸的緩沖液腐蝕掉二氧化硅層，釋放出基于柔性基底的可延展導(dǎo)電薄膜整體結(jié)構(gòu)，制備完成。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104392904SQ201410671327
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】秦歌, 李娟娟, 李好學(xué), 周紅梅, 明平美 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)