高速高分辨率的选择性转移印刷方法技术

本发明专利技术公开了一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，是用热释放胶带与施主基底上的元件接触，依靠热释放胶带与元件强粘附将元件从施主基底上拾取；使用高分辨率局部热源选择性地加热粘附有元件的热释放胶带，使加热部分的胶带失去粘性；通过热释放胶带与受主基底接触，实现选择性地从热释放胶带上印刷元件到受主基底上。本发明专利技术的方法适用范围广，对于刚性或柔性的基底，拾取过程和印刷过程可以采用不同形式实现。所述局部热源选择性加热可以采用高空间分辨率激光束结合振镜场镜或者位移平台扫描，平行光源掩模加热或微加热器阵列加热等方式实现。该方法具有可靠性高，速度快，吞吐量大，转印图案可编程，转印分辨率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
高速高分辨率的选择性转移印刷方法
本专利技术涉及一种转移印刷技术，尤其涉及一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，可用于任意图案化的微纳结构的确定性组装。
技术介绍
转移印刷技术，是一种将微纳材料集成为空间有序的二维或三维功能模块的一种技术，转印技术可以应用于一些异质不均匀的高性能集成功能性系统的制备，如柔性光/电子器件、三维或曲面光/电子器件、生物相容性的探测与测量设备。这种技术能够行之有效地将不同种类、独立制备的离散元件进行大规模集成,进而形成空间有序的功能系统。其可转印材料范围非常广，从复杂分子材料，如自组装的单层材料(self-assembledmonolayers，SAMs)、功能高分子材料、DNA、光刻胶等，到高性能硬质材料，如无机单晶硅半导体、金属材料、氧化物薄膜等，以及完全集成的设备如薄膜晶体管(thinfilmtransistors，TFTs)、发光二极管(lightemittingdiodes，LEDs)、CMOS电路、传感器阵列、太阳能电池等都可以用转印技术进行组装。这些功能系统和器件的材料越来越多样，结构的越来越复杂，相应地，要求转印技术既能全局和高速并行，又能选择性、编程性精确地进行。转印一般使用转印印章实现，依靠印章与施主基底上制备的元件之间的强粘附把元件从施主基底上拾取下来；转移到受主基底上之后，减弱印章与元件之间的粘附力，把元件印刷到受主基底上。通常，施主基底为硬脆的刚性材料，如无机电子行业，传统半导体制备工艺中使用的硅、锗、蓝宝石以及石英玻璃等基底。此外，施主基底也可能是柔性可弯曲的薄片，如有机半导体制备中使用的玻璃薄片、不锈钢薄片或者是PEN，PI等塑料，以及气相沉积法制备石墨烯工艺中使用的铜薄片等。通常，受主基底是可延展柔性的高分子材料，如橡胶；或者是柔性可弯曲薄片，如玻璃薄片、不锈钢薄片或者是PEN、PI等塑料；此外，也可能为刚性材料，如玻璃板等。通常，转印有并行转印，串行转印两种模式。并行转印一次处理大批量元件，转印吞吐量大，速度快；串行转印一次处理单个或者几个元件，对元件的控制能力强，转印精度高，容错能力强。转印技术的工业化应用要求高吞吐量和高速率，也就是要求每次转印能够处理大量的元件。提高吞吐量和速度可以通过增加并行转印模式的转印印章面积来实现，但是转印印章的面积增加，会给印章与基底的对准带来挑战；此外，转印的缺陷，如缺拾取，漏印刷，元件缺陷会随着转印印章面积的增加而增加，而且一次转印的缺陷会在一下轮转印中导致更多的缺陷，导致转印的容错能力急剧降低；转印面积的增加还会导致对于单个元件的控制能力减弱，降低转印的精度。在许多情况下，要求选择性、可编程性地将元件图案化地印刷在受主基地上。比如太阳能电池、LED和硅半导体元件制备中，由于元件成本高，为了节约材料和成本，元件通常以很密的阵列形式制备在施主基底上，但是在使用的时候，却要求元件以稀疏的阵列或者特定的图案分布在受主基底上；或者是石墨烯电极，光刻胶等，要求其按照功能化的图案印刷在受主基地上。选择性、可编程性转印技术能够根据需要，选择性地把元件印刷在受主基地上，既具有并行转印大面积高吞吐量处理元件的优势；也具有串行转印能对单个元件进行高精度高可靠地集成的优势，能够很好地解决上述矛盾。通常，现有的选择性可编程转印技术有充气印章转印技术和表面浮饰辅助形状记忆高聚物印章转印技术。但是这些转印技术有各自本身的限制，要么印章结构和制备复杂，要么可靠性不好。第一，充气印章转印技术，利用PDMS薄膜封装的微空腔来转印。拾取时候封装薄膜平整，粘附力强；印刷的时候在微空腔中充入气体，封装薄膜鼓起，顶出元件，减小与元件的接触面积降低粘附实现印刷。通过PDMS高聚物印章底部制作多个微空腔，每个或者几个微空腔与印章中的微流道连通，通过外部气泵控制，可以实现编程性的转印。充气印章的制备要用到大量的微流道制备技术，制备复杂；而且微流道和气路的铺设，限制了印章空腔的集成度和转印的分辨率。第二，表面浮饰辅助形状记忆高聚物印章转印技术，采用形状记忆高聚物作为印章材料，在印章底部制备金字塔微锥，拾取的时候，在高温下压塌微锥，增加印章与元件的接触面积，降温保持该接触状态，实现强粘附拾取；印刷的时候，加热形状记忆高聚物，微锥会弹出恢复初始形状，元件与印章只在微锥顶端保持接触，接触面积小，粘附弱，实现印刷。通过激光局部加热形状记忆聚合物可以实现编程性的转印。然而，形状记忆聚合物材料在加热后处于低模量，强粘附的状态，导致印刷的时候元件脱粘困难。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提出一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，采用热释放胶带和高分辨率局部热源实现，用于微纳结构的确定性组装。其具体方法为：首先用热释放胶带与施主基底上的元件接触，施加均匀压力后，依靠热释放胶带与元件强粘附将元件从施主基底上拾取；之后使用高分辨率局部热源选择性、编程性地图案化加热粘附有元件的热释放胶带，加热部分的胶带失去粘性；通过热释放胶带与受主基底接触，可以选择性的从热释放胶带上印刷元件到受主基底上，从而实现可编程性、图案化的印刷。所述的热释放胶带具有强粘附力，常温下，可以很容易地把元件从施主基底上剥离下来；加热到其转变温度(通常位，100℃左右)以上，胶带便失去粘性，可以非常可靠地把元件转移印刷到受主基底上。所述的热释放胶带，为现有的低成本工业化产品，如日本Nitto公司的REVALPHA或NWS-Y5V/NWS-TS322F。所述的拾取和印刷步骤，可以采用批处理(Batch)的形式，适用于刚/柔性施主基底上的元件到刚/柔性受主基底转印。所述的拾取和印刷步骤，可以是卷对板(Roll-to-Plate)形式，适用于刚性基底上元件的连续拾取和印刷。所述的拾取和印刷步骤，可以是卷对卷(Role-to-Roll)形式，适用于柔性基底上元件的连续拾取和印刷。所述的局部热源选择性加热的步骤，可以采用高空间分辨率激光束结合振镜与场镜，依靠振镜的偏转激光进行扫描的形式来实现。所述的局部热源选择性加热的步骤，使用高空间分辨率激光束，结合振镜与场镜进行扫描的形式实现方式，具有扫描速度极高(如10000mm/s)，空间分辨率极高(通常激光光斑小于50um)和加热均匀的优点。所述的局部热源选择性加热的步骤，可以使用高空间分辨率激光束(通常，500um或者更小)，结合位移平台进行扫描的形式来实现。所述的编程性局部热源图案化加热的步骤，使用高空间分辨率激光束，结合位移平台进行扫描的形式实现方式，具有结构简单，定位精度高，成本低的优点。所述的局部热源选择性加热的步骤，可以使用平行加热光源掩模图案化加热的方式实现。该方法能够一次实现整体图案化加热。此外，所述的局部热源选择性加热的步骤，还可以使用微加热器阵列加热的形式实现。本专利技术的有益效果是：本专利技术的转移印刷方法简单，适用范围广，且具有可靠性高，速度快，吞吐量大，以及可以实现转印图案可编程，转印分辨率高。附图说明图1是本专利技术中提出的可编程转印的流程图。图2是本专利技术中提出的批处理转印的示意图。图3是本专利技术中提出的卷对板和卷对卷转印的示意图。图4是本专利技术中提出的激光结合振镜场镜实现选择性加热的示意图。图5是本专利技术中提出的激光结合位移平台实现选择性加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，其特征在于，采用热释放胶带和高分辨率局部热源实现；其具体方法为：用热释放胶带与施主基底上的元件接触，依靠热释放胶带与元件强粘附将元件从施主基底上拾取；使用高分辨率局部热源选择性地加热粘附有元件的热释放胶带，经加热部分的胶带失去粘性；通过热释放胶带与受主基底接触，实现选择性地从热释放胶带上印刷元件到受主基底上。

【技术特征摘要】
1.一种高速高分辨率的选择性转移印刷方法，其特征在于，采用热释放胶带和高分辨率局部热源实现；其具体方法为：用热释放胶带与施主基底上的元件接触，依靠热释放胶带与元件强粘附将元件从施主基底上拾取；使用高分辨率局部热源选择性地加热粘附有元件的热释放胶带，经加热部分的胶带失去粘性；通过热释放胶带与受主基底接触，实现选择性地从热释放胶带上印刷元件到受主基底上。2.根据权利要求1所述的高速高分辨率的选择性转移印刷方法，其特征在于，当施主基底和受主基底为刚性或柔性基底时，所述的拾取和印刷过程，均可采用批处理形式实现。3.根据权利要求1所述的高速高分辨率的选择性转移印刷方法，其特征在于，当施主基底为刚性基底的时候，所述的拾取过程，...

【专利技术属性】
技术研发人员：令狐昌鸿，王成军，宋吉舟，俞凯鑫，李城隆，曾寅家，朱昊东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33