CN107658231B - 电子器件的干法封装方法及电子器件封装结构 - Google Patents

电子器件的干法封装方法及电子器件封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子器件的干法封装方法，包括：将固态聚合物材料至少与电子器件的选定区域的表面贴合，之后于真空条件下进行热退火处理，并至少使聚合物材料与电子器件的结合界面处的温度在聚合物材料玻璃化转变温度以上，使聚合物材料与电子器件相互黏合，其后使所述聚合物材料冷却固化，从而形成能够将所述电子器件的选定区域与外界隔离的封装结构，实现对所述电子器件的干法封装。本发明还公开了由所述方法形成的电子器件封装结构。本发明提供的干法封装方法简单可控，能实现对电子器件的有效封装，并可使聚合物封装材料与电子器件紧密结合且避免掺入杂质组分，从对电子器件表面的易敏感材料形成有效保护。

Description

电子器件的干法封装方法及电子器件封装结构
技术领域
本发明涉及一种电子器件的封装方法，特别涉及一种电子器件的干法封装方法及电子器件封装结构，属于微电子器件领域。
背景技术
纳米科技作为21世纪的一个重要新兴科技领域，在理论和实践上正经历着高速发展。大量新型纳米材料和器件不断被开发出来，并在信息、生物医学、能源、国防以及人民日常生活具有广泛的应用前景。减小电子器件的尺寸可以提高器件的运行速度，同时减小成本和功率消耗，因此，减小器件的尺寸是当今人们强烈追求的高科技领域之一。
随着器件小型化的发展和集成度的不断提高，传统的硅基半导体器件已接近了极限尺寸。随着制备工艺和合成技术的发展，由于纳米材料和纳米结构具有微小的结构和敏感的量子效应，纳米材料和纳米结构应用于微纳电子器件时在信息感知、物质探测等方面具有先天的优势，相比于传统器件，具有灵敏度高、能耗低、尺寸小、易集成的优点。
但是，当材料的尺寸减小到纳米级别时，由于比表面积的增大，更多的原子暴露在表面，使得纳米材料的表面活性增大，易于受周围环境介质的影响，从而易导致微纳电子器件的不稳定性。因此，需要一种有效的方法对电子器件进行封装，并达到隔绝环境中各种介质的效果。
当前常用的封装技术主要是基于溶液旋涂法实施的，但该方法容易引入溶剂并对电子器件及其表面敏感材料造成影响，使得电子器件的性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子器件的干法封装方法及电子器件封装结构，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种电子器件的干法封装方法，其包括：
将固态聚合物材料至少与电子器件的选定区域的表面贴合，之后于真空条件下进行热退火处理，并至少使聚合物材料与电子器件的结合界面处的温度T在T转以上，使聚合物材料与电子器件相互黏合，其后使所述聚合物材料冷却固化，从而形成能够将所述电子器件的选定区域与外界环境隔离的封装结构，实现对所述电子器件的干法封装；其中，T转≤T退，T退小于T解和T损中的任意一者，T转为聚合物材料的玻璃化转变温度，T退为所述热退火处理采用的温度，T解为所述聚合物材料的分解温度，T损为足以使电子器件损伤的温度，并且至少在温度为室温～T退的条件下，所述固态聚合物材料不会释放出会对所述电子器件的性能产生负面影响的物质。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)提供的电子器件的干法封装方法采用固态聚合物材料与电子器件结合后，在真空条件下进行退火处理，使聚合物材料与电子器件紧密贴合而不引入杂质组分，能够有效保证对电子器件的封装，从而保护电子器件表面的易敏感材料。
(2)提供的电子器件的干法封装方法简单，条件易控，简单易行，能够有效避免现有湿法封装技术中溶剂等物质对于电子器件性能的不利影响。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中一种电子器件的干法封装工艺原理图；
图2是本发明一典型实施例中一种剥离法制备的聚苯乙烯聚合物薄膜的光学图片；
图3是本发明实施例1中利用聚丙烯腈薄膜进行封装后电子器件的电学性能表征图；
图4是本发明实施例1中利用聚丙烯腈薄膜进行封装前电子器件的电学性能表征图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种电子器件的干法封装方法，其包括：将固态聚合物材料至少与电子器件的选定区域的表面贴合，之后于真空条件下进行热退火处理，并至少使聚合物材料与电子器件的结合界面处的温度T在T转以上，使聚合物材料与电子器件相互黏合，其后使所述聚合物材料冷却固化，从而形成能够将所述电子器件的选定区域与外界环境隔离的封装结构，实现对所述电子器件的干法封装；其中，T转≤T退，T退小于T解和T损中的任意一者，T转为聚合物材料的玻璃化转变温度，T退为所述热退火处理采用的温度，T解为所述聚合物材料的分解温度，T损为足以使电子器件损伤的温度，并且至少在温度为室温～T退的条件下，所述固态聚合物材料不会释放出会对所述电子器件的性能产生负面影响的物质。
进一步的，所述固态聚合物材料优选采用聚合物薄膜。
进一步的，所述聚合物薄膜可利用业界已知的方式制备，也可选用商品化聚合物薄膜。
在一些实施方案中，所述聚合物薄膜的制备方法包括：将聚合物溶液涂覆于基体表面，之后进行固化处理，再从所述基体表面剥离，获得所述聚合物薄膜。
进一步的，所述涂覆方式至少选自旋涂和滴注方式中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述固化处理的方式至少选自热烘、自然干燥、红外线辐射和紫外线辐射中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述固态聚合物材料的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚四氟乙烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
例如，在一较为典型的实施例中，一种剥离法制备聚苯乙烯聚合物薄膜的工艺包括：将聚苯乙烯溶液旋涂于硅片表面，当溶剂完全挥发后，薄膜固化，再将聚苯乙烯薄膜从硅基底上剥离可得到聚合物薄膜。一种典型聚苯乙烯聚合物薄膜的照片如图2所示。
其中，为促进固态聚合物材料至少与电子器件的选定区域的表面紧密贴合，可以向固态聚合物材料施加一定的压力。
其中，所述电子器件的选定区域可分布有敏感材料，例如对空气中的成分敏感的材料。
较为优选的，所述真空条件的真空度为0～0.1MPa。
较为优选的，所述热退火处理采用的温度为20～300℃，时间为10min～3h。
在一较为具体的实施案例中，可以首先选择一种对待封装电子器件的性能不会产生影响的聚合物薄膜(如聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氟乙烯PVC、聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN、聚四氟乙烯PTFE中的一种)，该聚合物薄膜可以是在另外一个平整基底上制备并剥离下来的，也可以是购买的商品化聚合物薄膜。前述电子器件表面一般具有某种对空气中的成分敏感的材料，受到环境的作用容易对器件性能产生不利影响，因此需要一定的封装来使器件与空气环境隔离。
参阅图1所示，可以将聚合物薄膜层压于电子器件表面，置于真空中(例如真空度为0～0.1MPa)，并给予一定的热退火(例如温度在20～300℃之间，时间在10min～3h之内)作用，使聚合物薄膜在热退火下达到玻璃化转变温度并在固化之后与基底相互黏附。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述任一种方法形成的电子器件封装结构。
较为优选的，所述封装结构至少能够隔绝空气中的水、杂质以及各种气体等组分。
进一步的，所述电子器件可以为电子器件、光电子器件等，例如太阳能电池、场效应晶体管、光电探测器等，但不限于此。
相对于现有的溶液法封装技术等，本发明采用的干法封装技术能够有效地避免溶剂对于电子器件的不利影响，同时采用在真空中退火的方式，可使得聚合物薄膜与电子器件紧密贴合而不引入其他杂质组分，从而能够有效保证对电子器件的封装作用，保护电子器件表面的易敏感材料。
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1：将聚丙烯腈溶液(聚丙烯腈粉末，溶剂为二甲基甲酰胺，溶液浓度为120mg/ml)滴涂于硅片基底表面，并置于烘箱中于90℃条件下进行退火处理而使溶剂完全挥发，待溶剂完全挥发且薄膜固化以后，将聚丙烯腈薄膜从基底上剥离并层压到(可以借助其他物体的重力，比如载玻片)一种晶体管(例如碳纳米管薄膜晶体管，参阅CN104576394A、CN104900518A等)上，并置于真空烘箱中(真空度为10-5MPa)，在温度为150℃的条件下保温1h，制得封装好的器件。
对封装好的器件进行电学性能测试，其表征结果如图3所示。而对没有封装的晶体管，其表征结果如图4所示，表明未封装的器件具有很明显的滞后现象，因此，可以充分说明本实施例中封装方法的有效性。
实施例2：将聚苯乙烯(聚苯乙烯粉末，溶剂为甲苯，溶液浓度为60mg/ml)旋涂(转速1000转/秒，时间40秒)于硅片基底表面，自然放置24h使溶剂完全挥发且薄膜固化，将聚苯乙烯薄膜从基底上剥离并层压到(可以借助其他物体的重力，比如一小块硅片)一种光电器件(例如有机太阳能电池，参阅CN105448524A等)上，并置于真空烘箱中(真空度为10- 5MPa)，在温度为90℃的条件下保温2h，制得封装好的器件。
对封装前后的光电器件的性能进行测试，可以发现封装的器件较未封装的器件电学性能稳定性有很大提高。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电子器件的干法封装方法，其特征在于包括：将固态聚合物材料至少与电子器件的选定区域的表面贴合，之后于真空条件下进行热退火处理，并至少使聚合物材料与电子器件的结合界面处的温度T在T转以上，使聚合物材料与电子器件相互黏合，其后使所述聚合物材料冷却固化，从而形成能够将所述电子器件的选定区域与外界环境隔离的封装结构，实现对所述电子器件的干法封装；其中，T转≤T退，T退小于T解和T损中的任意一者，T转为聚合物材料的玻璃化转变温度，T退为所述热退火处理采用的温度，T解为所述聚合物材料的分解温度，T损为足以使电子器件损伤的温度，并且至少在温度为室温～T退的条件下，所述固态聚合物材料不会释放出会对所述电子器件的性能产生负面影响的物质；其中，所述固态聚合物材料选用聚合物薄膜，并且所述聚合物薄膜的制备方法包括：将聚合物溶液涂覆于基体表面，之后进行固化处理，再从所述基体表面剥离，获得聚合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的干法封装方法，其特征在于：所述涂覆的方式至少选自旋涂和滴注方式中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的干法封装方法，其特征在于：所述固化处理的方式至少选自热烘、自然干燥、红外线辐射和紫外线辐射中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的干法封装方法，其特征在于：所述聚合物薄膜选自商品化聚合物薄膜。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的干法封装方法，其特征在于：所述固态聚合物材料的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚四氟乙烯中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的干法封装方法，其特征在于：所述真空条件的真空度为0～0.1MPa。
7.根据权利要求1所述的干法封装方法，其特征在于：所述热退火处理采用的温度为20～300℃，时间为10min～3h。
8.由权利要求1-7中任一项所述方法形成的电子器件封装结构。
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