[發明專利]一種復雜曲面電子系統的共形制造設備及方法

有效

• 申請號: 201810238266.8
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108538755B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 黃永安;吳昊;陳建魁;尹周平;李文龍;白坤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;G01B11/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于電子制造技術相關領域，更具體地，涉及一種復雜曲面電子系統的共形制造設備，該系統包括支撐臺，以及各自安裝在該支撐臺上且彼此獨立可控的六自由度球形電機聯動平臺、三維測量模塊、激光剝離模塊、曲面轉印模塊和共形噴印模塊，同時對這些關鍵組件的具體結構及設置工作方式進行了改進設計。本發明還公開了相應的制造方法。通過本發明，將能夠復雜曲面電子系統共形制造過程中所需要的多個工藝流程高效集成于一體化設備中，實現任意面積的剛性/柔性曲面電子系統的共形混合制造，同時還具備高精度、高效率、自動化程度高等優點，顯著拓寬了曲面電子制造工藝的應用范圍。

技術領域

本發明屬于電子制造技術相關領域，更具體地，涉及一種復雜曲面電子系統的共形制造設備及方法。

背景技術

目前對于曲面集成電路、超薄/柔性傳感器、剛性微芯片等多類電子器件而言，它們通常是基于平面制造工藝形成的。該工藝過程較為復雜，既要適用于各種不同尺寸及特征的元器件，又要涉及到如光刻、剝離、轉印和封裝等多項工藝步驟。上述工藝流程目前較為成熟的應用主要針對的仍是平面的、硅基微電子芯片的制造，卻難于滿足大面積、具備復雜曲面的電子器件的制造要求。更具體展開分析的話，現有技術的電子器件制造技術主要存在以下的不足。

首先，對作為整個制造基礎的曲面定位工序來說，傳統的基于平面加工的微電子系統主要采用視覺方式來定位，但視覺采集圖像的二維屬性導致其只能針對二維平面進行有效定位，而無法滿足剛性/柔性曲面電子系統的三維定位要求；此外，傳統的測量方式主要采用三坐標機對曲面表面逐點測量，相應不可避免地帶來測量數據量大、測量效率慢、數據處理慢、以及光環境的影響較大等問題。

其次，曲面電子系統中的高性能電子元件需要采用光刻工藝制備，需要將超薄的柔性電子器件從平面硅/玻璃基板上剝離下來(硅基微電子封裝過程也需要將小尺寸的微電子器件從彈性藍膜上剝離下來)，現有技術中較常見的剝離技術主要包括頂針剝離技術，即主要利用頂針使微電子器件和基板在邊界處發生斷裂，如中國專利申請CN201510531234.3等披露了一種多頂針剝離技術等，然而由于其需要利用微電子器件和基板的脆性特征，所以難于應用在柔性電子基板的剝離過程中，同時無法滿足大面積、超薄、柔性電子器件的高可靠性及高兼容性的剝離需求。

再次，當超薄的柔性電子器件從平面基板上完成剝離后，需要利用轉印技術將柔性電子器件從平面基板轉移到曲面基板上；目前的轉印工藝通常是通過控制器件與基板、拾取裝置兩個界面之間粘附力相對大小來實現轉移過程，較常見的轉印方式包括動力控制轉印、表面凸紋輔助轉印、改變轉印頭負載轉印、靜電吸附轉移等。然而，這類柔性電子轉印方法更適用于平面到平面的轉印，無法高精度實現平面到曲面的轉印。此外，Haoyi Wu等在《Conformal Pad-Printing Electrically Conductive Composites onto ThermoplasticHemispheres:Toward Sustainable Fabrication of 3-Cents Volumetric ElectricallySmall Antennas》中提出了一種曲面轉印方法，利用了軟性轉印頭的變形特性可初步實現平面到曲面的轉印，但轉印過程取決于軟性轉印頭自身的變形，無法控制且過大的變形會加劇轉印過程中器件產生內應力；Heung Cho Ko等在《Curvilinear Electronics FormedUsing Silicon Membrane Circuits and Elastomeric Transfer Elements》中提出了一種彈性體結構轉印法改善了上述問題，但這種方法工藝過程復雜，無法保證轉移精度，且無法適用于較高溫度的工況。