[发明专利]一种复杂曲面电子系统的共形制造设备及方法

说明书

本发明属于电子制造技术相关领域，更具体地，涉及一种复杂曲面电子系统的共形制造设备，该系统包括支撑台，以及各自安装在该支撑台上且彼此独立可控的六自由度球形电机联动平台、三维测量模块、激光剥离模块、曲面转印模块和共形喷印模块，同时对这些关键组件的具体结构及设置工作方式进行了改进设计。本发明还公开了相应的制造方法。通过本发明，将能够复杂曲面电子系统共形制造过程中所需要的多个工艺流程高效集成于一体化设备中，实现任意面积的刚性/柔性曲面电子系统的共形混合制造，同时还具备高精度、高效率、自动化程度高等优点，显著拓宽了曲面电子制造工艺的应用范围。

技术领域

本发明属于电子制造技术相关领域，更具体地，涉及一种复杂曲面电子系统的共形制造设备及方法。

背景技术

目前对于曲面集成电路、超薄/柔性传感器、刚性微芯片等多类电子器件而言，它们通常是基于平面制造工艺形成的。该工艺过程较为复杂，既要适用于各种不同尺寸及特征的元器件，又要涉及到如光刻、剥离、转印和封装等多项工艺步骤。上述工艺流程目前较为成熟的应用主要针对的仍是平面的、硅基微电子芯片的制造，却难于满足大面积、具备复杂曲面的电子器件的制造要求。更具体展开分析的话，现有技术的电子器件制造技术主要存在以下的不足。

首先，对作为整个制造基础的曲面定位工序来说，传统的基于平面加工的微电子系统主要采用视觉方式来定位，但视觉采集图像的二维属性导致其只能针对二维平面进行有效定位，而无法满足刚性/柔性曲面电子系统的三维定位要求；此外，传统的测量方式主要采用三坐标机对曲面表面逐点测量，相应不可避免地带来测量数据量大、测量效率慢、数据处理慢、以及光环境的影响较大等问题。

其次，曲面电子系统中的高性能电子元件需要采用光刻工艺制备，需要将超薄的柔性电子器件从平面硅/玻璃基板上剥离下来(硅基微电子封装过程也需要将小尺寸的微电子器件从弹性蓝膜上剥离下来)，现有技术中较常见的剥离技术主要包括顶针剥离技术，即主要利用顶针使微电子器件和基板在边界处发生断裂，如中国专利申请CN201510531234.3等披露了一种多顶针剥离技术等，然而由于其需要利用微电子器件和基板的脆性特征，所以难于应用在柔性电子基板的剥离过程中，同时无法满足大面积、超薄、柔性电子器件的高可靠性及高兼容性的剥离需求。

再次，当超薄的柔性电子器件从平面基板上完成剥离后，需要利用转印技术将柔性电子器件从平面基板转移到曲面基板上；目前的转印工艺通常是通过控制器件与基板、拾取装置两个界面之间粘附力相对大小来实现转移过程，较常见的转印方式包括动力控制转印、表面凸纹辅助转印、改变转印头负载转印、静电吸附转移等。然而，这类柔性电子转印方法更适用于平面到平面的转印，无法高精度实现平面到曲面的转印。此外，Haoyi Wu等在《Conformal Pad-Printing Electrically Conductive Composites onto ThermoplasticHemispheres:Toward Sustainable Fabrication of 3-Cents Volumetric ElectricallySmall Antennas》中提出了一种曲面转印方法，利用了软性转印头的变形特性可初步实现平面到曲面的转印，但转印过程取决于软性转印头自身的变形，无法控制且过大的变形会加剧转印过程中器件产生内应力；Heung Cho Ko等在《Curvilinear Electronics FormedUsing Silicon Membrane Circuits and Elastomeric Transfer Elements》中提出了一种弹性体结构转印法改善了上述问题，但这种方法工艺过程复杂，无法保证转移精度，且无法适用于较高温度的工况。