[發明專利]一種大面積激光直寫制備柔性微型電極電路的方法

在審

• 申請號: 201810348486.6
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108633186A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 胡明俊;單光存;覃儒展
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05K3/02
• 分類號: H05K3/02;H05K3/00;H01L27/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發明公開了一種大面積激光直寫制備柔性微型電極電路的方法，屬于微電子技術領域。所述方法包括選取基底并對所述基底進行預處理；在預處理后的基底上制備銅膜；使用作圖軟件設計好需要的微型電極電路圖；最后使用激光直接在制備好的銅膜上制備出所設計的微型電極電路圖。本發明基于激光直寫技術，提供的方法簡單易操作、無污染，制備得到的薄膜厚度均勻、表面光滑平整、可靠性好；可制備大面積、厚度、尺寸可控的微米尺度的互聯導通線路；可用于電路刻寫和器件互聯。本發明制備的微型電極電路在電子元器件的功能集成、能源的轉化存儲、柔性傳感及其他柔性半導體器件的制備加工等領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及一種可用于電子線路設計制備并使用激光直寫技術快速獲得微型電極電路的方法，具體是指一種大面積激光直寫制備柔性微型電極電路的方法。

背景技術

在微電子和半導體領域，微型電子元件之間進行連接并導通是實現電路各種復雜功能的前提。電子器件向微型化、集成化、柔性化發展，新型平板顯示、柔性電子器件、能源器件對印刷電子材料與器件提出了更高要求，希望更大尺寸、柔性化、低成本制造。用于電子元器件互聯的印刷電路板工藝已不能滿足電路互聯向高密度、高精度、輕量、薄型發展的要求。為了減少布線和裝配的差錯，提高自動化水平和生產效率，采用更精細的導線完成電路互聯才可以滿足集成電路高密度和集成度的要求。

然而，目前現有的印刷電路板工藝大部分采用蝕刻的方法來獲得導電電路。將導電線路寬度減小到一定程度后容易導致其形貌發生變形或不連續，從而無法完成互聯。且工藝相對比較復雜，如何獲得小的線路寬度且有良好的導電性，又較為容易完成整個電路板的靈活制作與修改一直是微電路互聯領域的一大難題。

此外，各種電極材料，如柔性透明電極，在各種電子器件制作和電磁屏蔽等領域被大量使用，傳統的ITO(氧化銦錫)由于其脆性不適用于柔性電子產品，且元素銦是昂貴的稀土金屬，具有較高的材料成本。制備ITO的濺射工藝速度緩慢，效率較低，且易導致大量的材料浪費，從而進一步增加制造成本。鑒于以上ITO存在的缺點，研究人員進行了大量的研究來尋求替代材料，比如鋁摻雜氧化鋅、氟摻雜氧化錫、碳納米管、石墨烯等，然而這些替代物在柔性器件的應用上存在易脆裂、透光性差或者性能不可控的缺點。銅具有與銀相似的導電性能卻比銀便宜了90倍，是一種理想的用于制備透明電極的材料。

發明內容

本發明的目的在于克服現有電極電路制備工藝存在的技術缺點，提供一種大面積激光直寫快速制備柔性微型電極電路的方法，基于激光直寫技術，本發明提供的制備方法簡單易操作、無污染，制備得到的薄膜厚度均勻、表面光滑平整、可靠性好。

本發明提供的一種大面積激光直寫制備柔性微型電極電路的方法，包括以下步驟：

步驟一：選取基底并對所述基底進行預處理；

所述的基底為：硅片、PET(聚乙烯對苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸)、PI(聚酰亞胺)或PDMS(聚二甲基硅氧烷)等。

步驟二：在預處理后的基底上制備銅膜；

所述的銅膜是在預處理后的基底上采用磁控濺射、射頻濺射、直流濺射、離子束濺射和激光脈沖沉積等物理氣相沉積方法以及無電化學沉積和電化學沉積等電沉積方法中的任意一種。所述銅膜厚度范圍為5nm～5μm。

步驟三：使用作圖軟件設計好需要的微型電極電路圖；

所述的作圖軟件包括CorelDraw、Altium Designer、Protel99、powerpcb等軟件，設計好的微型電極電路為灰度或彩色圖像。

所述的微型電極電路圖的最小特征尺寸為6μm，直寫面積高達100平方厘米(10cm×10cm)。

步驟四：使用激光直接在步驟二制備好的銅膜上制備出步驟三所設計的微型電極電路圖，具體為：