CN109219342A - 连续滚动式磁控转印印章、转印系统及方法 - Google Patents

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俞凯鑫
王成军
宋吉舟
李城隆
曾寅家
朱昊东
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    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components

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Abstract

本发明公开了一种连续滚动式磁控转印印章、转印系统及方法，基于滚轮式磁控转印印章实现，滚轮式磁控转印印章包括印章主体、磁性材料、印章底膜及滚轮，转印系统还包括施主基底、受主基底、梯度磁场；梯度磁场的磁场强度从施主基底一侧到受主基底一侧增强。转印时，印章上靠近施主基底的印章底膜不会变形，印章依靠强粘附力将元件剥离；而靠近受主基底印章底膜被磁性材料顶出而变形，将元件印刷到受主基底上。本发明结构简单，制备方便；粘附可恢复，印章可重复使用，成本低；常温磁场驱动，响应速度快且对元件和受主基底完全没有损伤；可在同一个滚轮上同时实现连续拾取和印刷，能与连续的作业的工业生产线很好地兼容，转印效率高。

Description

连续滚动式磁控转印印章、转印系统及方法
技术领域
本发明涉及一种转移印刷技术，尤其涉及一种连续滚动式磁控转印印章、转印系统及方法，该技术可用于微纳结构的确定性组装。
背景技术
转移印刷技术，是一种将微纳结构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(thin filmtransistors，TFTs)、发光二极管(lightemitting diodes，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。大面积的器件包含成千上万的元件，其工业生产要求连续高效，为此需要连续高效的转印技术与之适应。
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。
现有的转印技术通常是批处理形式，即用印章把元件从施主基底上拾取和把印章上的元件印刷到受主基底上的过程是独立的，一次只能处理一批元件，这大大限制了转印的效率与速度，而且与工业生产连续作业的流水线无法很好地兼容。
连续滚动式的转印技术具有连续高效的优点，能够连续地拾取和印刷元件，且能很好地和连续的生产流水线兼容。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种连续滚动式磁控转印印章、转印系统及方法，印章采用滚轮式设置，结合特殊的磁场布置，可以实现连续拾取和印刷，提高转印效率。
本发明的一种连续滚动式磁控转印印章，包括滚轮式磁控转印印章，该印章包括印章主体、磁性材料、印章底膜及滚轮，印章主体绕设于滚轮上，印章主体上开设有空腔，磁性材料填充于空腔内，空腔开口处采用印章底膜封装。
本发明的一种连续滚动式磁控转印系统，包括上述的滚轮式磁控转印印章、施主基底、受主基底、梯度磁场；施主基底和受主基底分别安放在滚轮式磁控转印印章两侧，所述的梯度磁场的磁场强度从施主基底一侧到受主基底一侧增强。在这样布置的磁场作用下，磁性材料受力或者变形，受主基底侧磁性材料会挤压印章底膜，而施主基底侧印章底膜却不会受到影响。在该系统中，施主基底和滚轮式磁控转印印章紧密接触，受主基底距离滚轮式磁控转印印章2微米到200微米。
所述的印章主体和印章底膜均采用低模量的高聚物材料，其模量通常低于20MPa。当转印硅基元件时，所述的印章主体和印章底膜可以采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)或者是Ecoflex。所述的磁性材料通常采用磁流体或磁性颗粒。
本发明的一种连续滚动式磁控转印方法，采用上述的转印印章实现，转印时，印章中磁性材料受到磁力作用向受主基底一侧移动，在施主基底一侧，磁性材料向滚轮内侧移动，印章底膜不变形，平整印章底膜与元件紧密接触，实现拾取；在受主基底一侧磁性材料受到磁力作用向滚轮外侧移动，挤压印章底膜，将元件顶出到受主基底上，实现印刷，滚轮滚动、且施主基底与受主基底反向平动实现元件的连续转印。
本发明的有益效果是：本发明结构简单，制备方便；粘附可恢复，印章可重复使用，成本低；常温磁场驱动，响应速度快且对转印元件和受主基底完全没有损伤；可在同一个滚轮上同时实现连续拾取和印刷，能与连续的作业的工业生产线很好地兼容，转印效率高。
附图说明
图1是本发明中一种具体的连续滚动式磁控转印系统连续滚动式转印的示意图。
图2是本发明中一种具体的连续滚动式磁控转印印章的制备流程图。
图中:1-印章主体；2-磁性材料；3-印章底膜；4-滚轮；5-元件；6-施主基底；7-受主基底；8-磁场；9-磁铁
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的内容。
图1是本发明中提出的一种具体的连续滚动式磁控转印系统的示意图。该系统基于滚轮式磁控转印印章实现，滚轮式磁控转印印章包括印章主体、磁性材料、印章底膜及滚轮，印章主体绕设于滚轮上，印章主体上开设有空腔，磁性材料填充于空腔内，空腔开口处采用印章底膜封装。连续滚动式磁控转印系统包括上述滚轮式磁控转印印章，还包括施主基底、受主基底、梯度磁场；施主基底和受主基底分别布置在滚轮式磁控转印印章两侧，施主基底与印章紧密接触，受主基底与印章之间有2微米到200微米的间距。所述的梯度磁场的磁场强度从施主基底一侧到受主基底一侧增强。如图1为一种具体的系统结构示意图，梯度磁场由磁铁施加，转印时，在受主基底一侧施加磁场，印章中磁性材料受到磁力作用向受主基底一侧移动。在施主基底一侧，磁性材料向滚轮内侧移动，故印章底膜不变形，平整印章底膜与元件紧密接触，粘附强，实现拾取；在受主基底一侧磁性材料受到磁力作用向滚轮外侧移动，挤压印章底膜，将元件顶出到受主基底上，实现印刷。滚轮滚动和施/受主基底平动实现元件的连续转印。
图2是本发明中提出的滚轮式磁控转印印章的制备流程图。
首先，使用光刻技术和二次复模的方法制备得到带有微空腔的印章主体(图2a)，在空腔中填充磁性材料后(图2b)，使用一层粘附薄膜封装制备得到磁控印章(图2c)。之后将磁控印章卷到圆柱滚轮上(图2d)得到滚轮式磁控转印印章(图2e)。
所述的印章主体，采用各种低模量而且和元件粘附较强的高聚物材料，如转印硅元件时可以采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)或者是Ecoflex。
所述的磁性材料可以采用磁流体，磁性颗粒等。

Claims (7)

1.一种连续滚动式磁控转印印章，其特征在于，包括滚轮式磁控转印印章，所述的滚轮式磁控转印印章包括印章主体、磁性材料、印章底膜及滚轮，印章主体绕设于滚轮上，印章主体上开设有空腔，磁性材料填充于空腔内，空腔开口处采用印章底膜封装。
2.一种连续滚动式磁控转印系统，其特征在于，包括滚轮式磁控转印印章、施主基底、受主基底、梯度磁场；施主基底和受主基底分别安放在滚轮式磁控转印印章两侧，所述的梯度磁场的磁场强度从施主基底一侧到受主基底一侧增强。
3.根据权利要求2所述的连续滚动式磁控转印系统，其特征在于，施主基底和滚轮式磁控转印印章紧密接触，受主基底距离滚轮式磁控转印印章2微米到200微米。
4.根据权利要求2所述的连续滚动式磁控转印系统，其特征在于，所述的印章主体和印章底膜均采用低模量的高聚物材料。
5.根据权利要求4所述的连续滚动式磁控转印系统，其特征在于，当转印硅基元件时，所述的印章主体和印章底膜采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)或者是Ecoflex。
6.根据权利要求2所述的连续滚动式磁控转印系统，其特征在于，所述的磁性材料采用磁流体或磁性颗粒。
7.一种连续滚动式磁控转印方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的转印印章实现，转印时，印章中磁性材料受到磁力作用向受主基底一侧移动，在施主基底一侧，磁性材料向滚轮内侧移动，印章底膜不变形，平整印章底膜与元件紧密接触，实现拾取；在受主基底一侧磁性材料受到磁力作用向滚轮外侧移动，挤压印章底膜，将元件顶出到受主基底上，实现印刷，滚轮滚动、且施主基底与受主基底反向平动实现元件的连续转印。
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