一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法技术

本发明专利技术属于电感、线圈技术领域，尤其涉及一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括准备刚性硅基底并在上表面粘贴聚酰亚胺胶带，在聚酰亚胺胶带上制作单层MEMS微纳线圈，之后旋涂光敏性聚酰亚胺膜；重复制作线圈以及旋涂光敏性聚酰亚胺膜，直至线圈的总层数达到要求；最终在最顶层旋涂作为应力绝缘层的光敏性聚酰亚胺膜进行封装；将成品整体浸泡于丙酮溶液，一定时间后将多层微纳线圈整体从刚性硅基底上剥离，得到柔性微纳线圈。聚酰亚胺胶带下表面的聚氨酯胶与有机溶剂丙酮发生反应，减少胶带的粘附力，应力绝缘层的张应力驱动膜层结构产生劈裂断口促进可控剥离，最终达到可控剥离的效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法


[0001]本专利技术涉及电感、线圈
，尤其涉及一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法。

技术介绍

[0002]随着微电子领域的不断发展，柔性微纳器件因其优异的电学性能和简单、成本低廉的制作工艺得到广泛关注，MEMS微纳线圈制作技术与微能源采集技术及许多可穿戴柔性器件的结合有着越来越广泛的应用前景。
[0003]柔性微纳线圈可极大提升器件的功率密度，缩小体积并易于集成。但由于MEMS微纳线圈一贯是在刚性硅基底上进行制备的，其缺陷是当线圈匝数较高时，体积庞大，不利于在空间受限的情况下使用以及复杂外形结构中的共形装配，其在柔性电子器件中，无法从刚性硅基底上剥离，极大限制了应用；又或者直接将MEMS微纳线圈在柔性基底上进行制作，其缺陷是在制作过程中容易发生弯曲以及缩聚现象，导致MEMS微纳线圈损坏。因此MEMS微纳线圈实现完整可控剥离仍是目前亟待解决的问题，所以，开发一种简单、可行的高密度微纳线圈可控剥离方法，对于MEMS电磁式微能源采集器件以及许多可穿戴柔性器件的高性能输出至关重要，对物联网和柔性电子的发展具有重要意义。
[0004]目前，实现MEMS微纳线圈可控剥离的方法有以下两种。一种是通过激光照射的方法将薄膜与硅基底实现有效分离；另一种是通过化学腐蚀的方法将薄膜与硅衬底完全分离，并将其成功转移到柔性基底。但是激光剥离的缺点是操作复杂，激光照射过程中产生很高的温度，以至于激光在照射过程中可能会损坏薄膜，并且这种方法成本较高，得不到广泛应用。另一种化学腐蚀方法的缺点是需要经过多次紫外光刻和湿法腐蚀的工艺，在一定程度上会破坏微纳线圈的结构以及影响微纳线圈薄膜的性能输出，进而会限制微纳线圈发电性能的发挥。

技术实现思路

[0005]为克服现有MEMS微纳线圈的可控剥离制备方法均存在剥离不完整等难剥离的技术缺陷，本专利技术提供了一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法。
[0006]本专利技术提供了一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法，包括如下步骤，步骤一、准备刚性硅基底并对刚性硅基底进行清洁处理；步骤二、在步骤一中的刚性硅基底上表面粘贴聚酰亚胺胶带，聚酰亚胺胶带采用聚氨酯胶，之后对聚酰亚胺胶带表面进行清洗处理；步骤三、在刚性硅基底顶部的聚酰亚胺胶带上制作单层MEMS微纳线圈，之后旋涂光敏性聚酰亚胺膜，并且在光敏性聚酰亚胺膜上光刻与MEMS微纳线圈的两个电极对应的通孔；步骤四、重复步骤三直至MEMS微纳线圈的总层数达到设计要求；步骤五、最终在最顶层旋涂作为应力绝缘层的光敏性聚酰亚胺膜进行封装，并且
在应力绝缘层上光刻与MEMS微纳线圈的两个电极对应的通孔；步骤六、将步骤五得到的成品整体浸泡于丙酮溶液，一定时间后将多层MEMS微纳线圈整体从聚酰亚胺胶带与刚性硅基底的交界处剥离，得到柔性微纳线圈。
[0007]清洁处理是为了给后续工艺提供平整的平面，在被剥离器件上旋涂聚合物聚酰亚胺，聚酰亚胺是重复结构单元组成的大分子，这些亚基通过共价化学键连接。而聚酰亚胺胶带上的聚氨酯胶是一种甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。从分子结构上看，
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连接起来的基团都是带极性的，丙酮也是极性分子，通过“相近相溶”原理可以溶于丙酮。丙酮是一种常用的溶剂，它能够溶解纯线型分子结构的聚氨酯。聚氨酯是一种大分子化合物，其主链上含有重复的氨基甲酸酯基团。此外，丙酮还可以在聚酰亚胺胶带表面形成一个液态界面层，将胶带表面粘合部分与基材分离开来，增加了胶带脱离的便利性。利用其张应力驱动膜层结构产生劈裂断口并沿指定界面传播，即可实现柔性线圈的完整和高质量剥离。聚合物光敏聚酰亚胺膜不仅是应力层，还具有封装的作用，以保护双层线圈甚至多层线圈。顶层的光敏聚酰亚胺膜的主要作用是提高零件的耐腐蚀性和机械性能。通过本专利技术所述的柔性微纳线圈的可控剥离制备方法，柔性微纳线圈的质量和完整性将大幅提升。
[0008]优选的，步骤一和步骤二中，清洁处理均是利用去离子水和氮气进行的。
[0009]优选的，步骤二中，将刚性硅基底置于贴膜机的工作台上，利用贴膜机的加热功能将刚性硅基底加热至80℃，除去水蒸气，同时打开贴膜机工作台的真空阀，进行抽真空吸附，使刚性硅基底吸附至贴膜机工作台上，再将聚酰亚胺胶带粘贴至刚性硅基底上。除去水蒸气，可有效防止后续贴膜时聚酰亚胺胶带底下产生鼓泡，通过抽真空将刚性硅基底吸附至贴膜机工作台上，防止刚性硅基底移动，这样保证贴膜过程中没有气泡且表面平整。
[0010]优选的，步骤三中，制作单层MEMS微纳线圈之前，先在聚酰亚胺胶带表面溅射粘附层和种子层，粘附层和种子层的厚度比为1:5或1:10，粘附层和种子层整体作为导电层。粘附层和导电层可分别为铬层和铜层、铬层和金层或者钛层和铜层。
[0011]优选的，制作单层MEMS微纳线圈的子步骤为：S1、将设置有导电层的刚性硅基底置于匀胶机的工作台上，旋涂光刻胶，当光刻胶达到设定厚度后，采用光刻机进行光刻曝光图形化处理，再用显影液进行处理，利用等离子去胶机去除残余光刻胶，最后在高温烘台上进行坚膜处理，第一层线圈模板制备完成；S2、蘸取丙酮溶液在刚性硅基底的周向上均匀擦拭十个电极接口，在相对的一组电极接口处连接电源夹对第一层线圈模板进行电镀处理，一定时间后交换至下一组相对的电极接口，轮流连接十个电极接口后直至整个单层线圈制备完成。
[0012]本专利技术提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本专利技术提出一种简单、高效且经济的方法可控剥离柔性微纳线圈，将聚酰亚胺胶带即工业级聚酰亚胺薄膜粘贴在硅片上作基底时，以硅片为硬性基底，聚酰亚胺膜作为可控剥离柔性基底膜，同时在上边进行微纳线圈器件的制作；相对于传统的电镀涂层，光敏性聚酰亚胺膜作为应力层应力较小，不太容易导致零件变形或者损坏器件，这对于柔性线圈微纳工艺尤为重要；同时通过调节工艺参数来实现涂层的均匀性，确保了涂层厚度的一致性和保护性能的稳定性，能进一步保证零件的使用寿命；柔性微纳线圈可控剥离首先在器件顶部旋涂不同厚度的聚酰亚胺聚合物作为应力层，其张应力驱动膜层结构产生劈裂断口促进可控剥离，待应力层固化后将整
个器件放在丙酮溶液中，聚酰亚胺胶带下表面的聚氨酯胶（多聚异氰酸酯和多元醇醚）的高分子易与有机溶剂丙酮（酮类物质）发生反应，从而降低聚酰亚胺胶带与硅片间的相互作用力，减少胶带的粘附力，最终实现整个纳米柔性线圈器件从硅基底脱离，达到可控剥离的效果。
附图说明
[0013]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一、准备刚性硅基底（1）并对刚性硅基底（1）进行清洁处理；步骤二、在步骤一中的刚性硅基底（1）上表面粘贴聚酰亚胺胶带（2），聚酰亚胺胶带（2）采用聚氨酯胶，之后对聚酰亚胺胶带（2）表面进行清洗处理；步骤三、在刚性硅基底（1）顶部的聚酰亚胺胶带（2）上制作单层MEMS微纳线圈，之后旋涂光敏性聚酰亚胺膜，并且在光敏性聚酰亚胺膜上光刻与MEMS微纳线圈的两个电极对应的通孔；步骤四、重复步骤三直至MEMS微纳线圈的总层数达到设计要求；步骤五、最终在最顶层旋涂作为应力绝缘层（6）的光敏性聚酰亚胺膜进行封装，并且在应力绝缘层（6）上光刻与MEMS微纳线圈的两个电极对应的通孔；步骤六、将步骤五得到的成品整体浸泡于丙酮溶液，一定时间后将多层MEMS微纳线圈整体从聚酰亚胺胶带（2）与刚性硅基底（1）的交界处剥离，得到柔性微纳线圈。2.权利要求1所述的一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法，其特征在于，步骤一和步骤二中，清洁处理均是利用去离子水和氮气进行的。3.权利要求1所述的一种高密度柔性微纳线圈的可控剥离制备方法，其特征在于，步骤二中，将刚性硅基底（1）置于贴膜机的工作台上，利用贴膜机的加热功能将刚性硅基底（...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯晓娟，何剑，刘建军，耿文平，丑修建，胡东旭，穆继亮，张乐，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：