本发明专利技术属于半导体制造相关技术领域，其公开了一种柔性电子器件的多工序原位加工方法与装置，装置包括电喷印部件、等离子体喷头、近红外激光头及时序控制器，电喷印部件、等离子体喷头及近红外激光头分别连接于时序控制器；时序控制器用于控制电喷印部件打印绝缘材料以将柔性芯片封装在柔性基底上后，再控制等离子体喷头喷射等离子体射流以去除柔性芯片焊区的金属氧化层；时序控制器还用于控制电喷印喷头在去除金属氧化层的区域及柔性基底上金属线区之间打印导电银浆以实现柔性芯片的互连，并控制近红外激光头发射近红外光来照射导电银浆以完成导电银浆的烧结。本发明专利技术简化了步骤，提高了效率及一体化程度。提高了效率及一体化程度。提高了效率及一体化程度。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性电子器件的多工序原位加工方法与装置
[0001]本专利技术属于半导体制造相关
，更具体地，涉及一种柔性电子器件的多工序原位加工方法与装置。
技术介绍
[0002]随着科技的发展及市场化需求，目前柔性电子器件越来越被广泛的用到可穿戴、生物医疗及柔性显示灯领域。在柔性电子器件制造领域，面临的主要挑战是如何将众多的需求功能放入极小的空间内，实现这种挑战不仅仅需要器件具有高集成度，同时也需要器件本身具有超薄性、可柔性、可弯折性等特点，传统柔性电子器件是利用表面贴装技术将硬质芯片贴在柔性基底上，但是这样芯片仍是硬质的，不能很好的发挥柔性基底的作用，因此随着半导体产业的发展，柔性芯片也随之应用在柔性电子器件领域，采用柔性芯片替换掉硬质芯片，这样整个器件的柔性会大大提升。
[0003]目前，常规的柔性芯片封装技术仍然和传统硬质芯片的封装技术相同，采用引线键合的方式，但因为柔性电子产品的多次大弯折度特点，这种连接方式会出现引线断裂的情况，因此需要一种新的方法来实现柔性芯片的互连封装。现有的解决此问题的办法是增大引线的长度，但是这样会致使整体柔性器件的高度增加，从而不利于柔性器件贴合在人体等表面。电流体喷印是喷墨打印的一种方式，利用电场和液体的张力在喷射尖端处形成泰勒锥，能够使喷射形成的束径更小，而且能够适应多种溶液的喷射。利用电流体喷印增材制造来分别打印PI溶液和银浆导线来进行封装和互连，成为柔性芯片互连封装的一种可行的方法。
[0004]芯片的焊区金属一般为铜，但是铜在空气中容易氧化，氧化形成的金属氧化物会导致芯片焊区的导电性变差、产生极间寄生电容、引线键合的强度减低等问题出现，现解决此问题的办法是在氮气氛围中进行柔性芯片的互连。等离子体是一种使惰性气体放电来激发出各种活性粒子的第四态物质，活性粒子与加工材料接触发生化学反应，可以特定去除掉加工材料表面的金属氧化层。利用等离子体来去除芯片焊区的氧化层，可以使得工艺步骤减少，降低了焊区金属二次氧化的可能。
[0005]目前多工序加工会应用到多个工位协同加工，一个工位负责一道或多道工序。例如专利CN107195569A，应用到了电喷印、等离子体刻蚀、加热等工序，将三道工序以卷对卷的形式集成在一起，但是这种卷到卷的形式占用空间较大，成本较高。
[0006]专利CN201611265138.X中提出了一种薄芯片柔性封装方法及所制备的封装结构，是利用多层柔性材料包裹芯片实现芯片的柔性封装，将芯片焊点与基板布线间的连接导线也布置在多层柔性材料中，通过采取应力隔离措施，将芯片包封在了柔性材料中，使得施加于柔性基底上的应变不会使芯片产生过度的变形而碎裂，专利CN201922057361.0、以及中国专利CN201210370882.1也采用的也是同样的思想。这样的缺点是需要采用多种柔性材料，工艺步骤多，比如专利CN201611265138.X中一共有7步才能完成芯片的封装互连，并且每一步都为人工操作，效率低。
[0007]专利CN201811394285.6针对柔性芯片互连中引线键合容易断裂的问题，提出了一种柔性互连模块，采用柔性电路烧结方式代替传统的铝丝键合方式，通过采用大面积纳米Ag烧结柔性电路方法克服传统功率芯片铝丝键合互连方面存在的技术问题。但是这种方法的步骤复杂，要先制作柔性电路，柔性电路包括聚酰亚胺和压延铜膜，而且需要加烧结步骤，不够简便。
[0008]专利CN201910673831.8将芯片埋进柔性基底中，然后在基板上打通孔使芯片的焊盘外露，在芯片上打印多层阶梯，多层阶梯与通孔的孔壁接触，然后在多层阶梯上打印导线，但是使用的打印机为喷墨打印机，打印的导线线宽相较于电喷印方法小，而且打印阶梯和导线之间切换时需要更换整套设备，同时在通孔内打印阶梯或导线容易因为通孔本身尺寸太小而导致打印阶梯的溶液整个堵住通孔。
技术实现思路
[0009]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柔性电子器件的多工序原位加工方法与装置，所述装置利用电流体喷印来直接进行芯片的封装互连，利用等离子体去除芯片的焊区金属氧化层，省去了传统封装工互联方法的繁杂工艺步骤，且只用更换针管即可，并且打印的导线线宽由于电喷印的特点，线宽更细，一体化程度更高，并且没有通孔。
[0010]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种柔性电子器件的多工序原位加工装置，所述装置包括电喷印部件、等离子体喷头、近红外激光头及时序控制器，所述电喷印部件、所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别连接于所述时序控制器；
[0011]所述电喷印部件的中心轴、所述等离子体喷头的中心轴及所述近红外激光头的中心轴相交于一点；所述时序控制器用于控制所述电喷印部件打印绝缘材料以将柔性芯片封装在柔性基底上后，再控制所述等离子体喷头喷射等离子体射流以去除柔性芯片焊区的金属氧化层；所述时序控制器还用于控制所述电喷印喷头在去除金属氧化层的区域及柔性基底上金属线区之间打印导电银浆以实现柔性芯片的互连，并控制所述近红外激光头发射近红外光来照射导电银浆以完成导电银浆的烧结。
[0012]进一步地，所述装置还包括圆形架台，所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别设置在所述圆形架台上；所述电喷印部件的中心轴与所述圆形架台的中心轴重合。
[0013]进一步地，所述圆形架台基本呈盘状，其开设有通孔，所述通孔贯穿所述圆形架台，所述通孔的中心轴与所述圆形架台的中心轴重合；所述圆形架台还开设有两个收容孔，两个所述收容孔也贯穿所述圆形架台，且两个所述收容孔分别位于所述通孔的两侧；所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别设置在两个所述收容孔内。
[0014]进一步地，所述装置还包括摆动电机，所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别连接于所述摆动电机。
[0015]进一步地，所述装置还包括高压电源、气压流量泵及近红外激光控制器，所述气压流量泵分别连接于所述时序控制器、所述高压电源及所述电喷印部件；所述近红外激光控制器分别连接于所述时序控制器及所述近红外激光头；所述高压电源分别连接于所述等离子体喷头及所述电喷印部件。
[0016]进一步地，所述电喷印部件包括自上而下依次相连接的电喷印储液池、电喷印喷
头及电喷印喷嘴，所述气压流量泵连接于所述电喷印储液池。
[0017]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种柔性电子器件的多工序原位加工方法，所述方法主要包括以下步骤：
[0018](1)将柔性芯片贴合在柔性基底上，并调整如上所述的柔性电子器件的多工序原位加工装置与所述柔性基底之间的间距为0.1mm～20mm；
[0019](2)所述电喷印部件在所述柔性芯片的四周电喷印打印PI溶液以封装所述柔性芯片；
[0020](3)所述等离子体喷头喷射等离子体射流以对柔性芯片焊区的金属氧化层进行去除；
[0021](4)所述电喷印部件在已经被去除金属氧化层的区域及柔性基底上金属线区之间打印导电银浆，以实现柔性芯片的互连；
[0022](5)所述近红外激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性电子器件的多工序原位加工装置，其特征在于：所述装置包括电喷印部件、等离子体喷头、近红外激光头及时序控制器，所述电喷印部件、所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别连接于所述时序控制器；所述电喷印部件的中心轴、所述等离子体喷头的中心轴及所述近红外激光头的中心轴相交于一点；所述时序控制器用于控制所述电喷印部件打印绝缘材料以将柔性芯片封装在柔性基底上后，再控制所述等离子体喷头喷射等离子体射流以去除柔性芯片焊区的金属氧化层；所述时序控制器还用于控制所述电喷印喷头在去除金属氧化层的区域及柔性基底上金属线区之间打印导电银浆以实现柔性芯片的互连，并控制所述近红外激光头发射近红外光来照射导电银浆以完成导电银浆的烧结。2.如权利要求1所述的柔性电子器件的多工序原位加工装置，其特征在于：所述装置还包括圆形架台，所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别设置在所述圆形架台上；所述电喷印部件的中心轴与所述圆形架台的中心轴重合。3.如权利要求2所述的柔性电子器件的多工序原位加工装置，其特征在于：所述圆形架台基本呈盘状，其开设有通孔，所述通孔贯穿所述圆形架台，所述通孔的中心轴与所述圆形架台的中心轴重合；所述圆形架台还开设有两个收容孔，两个所述收容孔也贯穿所述圆形架台，且两个所述收容孔分别位于所述通孔的两侧；所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别设置在两个所述收容孔内。4.如权利要求3所述的柔性电子器件的多工序原位加工装置，其特征在于：所述装置还包括摆动电机，所述等离子体喷头及所述近红外激光头分别连接于所述摆动电机。5.如权利要求1所述的柔性电子器件的多工序原位加工装置，其特征在于：所述装置还包括高压电源、气压流量泵及近红外激光控制器，所述气压流量泵分别连接于所述时序控制器、所述高压电源及所述电喷印部...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶冬，黄永安，谢寒，彭子寒，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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