CN110164772A - 柔性基板的制作方法及柔性封装结构 - Google Patents

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汪洋
刘洪�
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Abstract

本发明提供了一种柔性基板的制作方法，包括如下步骤，提供一柔性衬底；在所述柔性衬底上制作第一凹槽；在所述第一凹槽内制作连接线路；在所述连接线路上制作介电绝缘层。采用该柔性基板的制作方法制作的该柔性基板能够较好地满足柔性封装结构对于柔性基板的要求，同时能够较为精确地对连接线路的布设进行控制。

Description

柔性基板的制作方法及柔性封装结构
本申请是申请日为2018年02月14日、申请号为201810151646.8、名称为“柔性基板、制作方法及具有其的柔性封装结构”发明专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体系统级封装领域，尤其是一种柔性基板的制作方法及柔性封装结构。
背景技术
近年来，可穿戴设备越来越普及，可穿戴设备在士兵野外作战或训练、运动员训练、锻炼者体能监测、健康监测等方面得到了越来越多的应用。为了能够更准确地进行信息的采集，如何能够使可穿戴设备具有柔性，以便能够在使用时更贴近人体本身的曲线，成为了各大生产厂商及实验室重点关注的内容。可穿戴设备的柔性主要受限于可穿戴设备上元器件封装架构的柔性。
在柔性封装架构中，一般需要通过具有一定柔性的衬底来使柔性封装架构在整体上具有一定的柔性，然后在柔性衬底上根据需要布设连接线路以及功能元器件，最后再对整个结构进行封装，以形成柔性封装结构。在制作过程中，目前主要是基于PI材料的光刻等技术制造，不能很好满足新兴柔性电子技术领域系统集成的要求，比如：制造成本、柔性延展性、集成制造工艺等要求。部分企业或科研机构开始研究采用基于PET等材料印刷工艺，但制造线路精度线宽等无法满足复杂系统级封装基板的要求。采用常规的等打印技术，对低细线宽、高导电性和较好形貌平整度等要求，工艺控制存在恒大难度和许多问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柔性基板的制作方法及柔性封装结构。采用该柔性基板的制作方法制作的柔性基板能够较好地满足柔性封装结构对于柔性基板的要求，同时能够较为精确地对连接线路的布设进行控制。
本发明提供了一种柔性基板的制作方法，包括如下步骤，
提供一柔性衬底；
在所述柔性衬底上制作第一凹槽；
在所述第一凹槽内制作连接线路；
在所述连接线路上制作介电绝缘层。
进一步地，通过激光烧结工艺或光刻及蚀刻工艺，在所述柔性衬底上制作所述第一凹槽。
进一步地，通过打印或印刷工艺将所述连接线路制作于所述第一凹槽内，并通过固化工艺对连接线路的材料进行固化。
进一步地，连接线路为由导电油墨制作而成的连接线路，在将所述连接线路制作于所述第一凹槽内的步骤之前，该方法还可以包括，在所述第一凹槽内涂覆溶液以形成浸润层。
进一步地，所述浸润层的材料与所述导电油墨内的溶剂的材料相同。
进一步地，在制作所述介电绝缘层的步骤中，该方法还包括，将所述介电绝缘层的材料以溶液的形式涂覆于所述连接线路上，经过加热固化后，在所述第一凹槽内形成所述介电绝缘层。
进一步地，在制作所述连接线路的步骤中，所述连接线路为导电油墨材料通过打印工艺制得的连接线路；所述介电绝缘层制作完成后，该方法还包括对所述柔性衬底的表面进行清洗。
进一步地，所述导电油墨为含有Ag、Gu、Au及C材料中的一种或多种，或Ag、Gu及Au中至少两种材料组成的合金的导电油墨。
进一步地，所述介电绝缘层的额材料为聚酰亚胺、硅胶或聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明还提供了一种柔性封装结构，该柔性封装结构包括柔性基板，该柔性基板由本发明提供的柔性基板的制作方法制作而成。
综上所述，本发明通过在柔性衬底上设置第一凹槽，然后将连接线路布设于第一凹槽内，同时通过介电绝缘层对连接线路进行封装，在布设电路时，首先根据整个柔性基板上线路连接的需要制作第一凹槽，然后将连接线路形成于第一凹槽内，由于第一凹槽的存在，在连接线路的制作过程中，能够对连接线路的尺寸进行限制，能够较为精确地对连接线路的宽度进行控制，提高连接线路对柔性基板的附着强度，提高柔性封装结构上连接线路制作的良率与可靠性。
进一步地，本发明通过介电绝缘层对连接线路进行封装，介电绝缘层可进一步加固连接线路的强度，降低柔性基板弯折时连接线路的断裂风险；同时，介电绝缘层可防止连接线路中导电材料的氧化。
进一步地，本发明通过在柔性衬底上设置第二凹槽，可以在后续的功能元器件安放的制程中，实现功能元器件的位置定位，有利于后续制程中功能元器件的安放，提高功能元器件的固定可靠性，便于产品后续的整体封装。
进一步，本发明通过在柔性衬底上设置第二凹槽，在后续封装过程中，可降低柔性基板在弯折过程中因功能元器件顶面与连接线路的高度差造成的应力，减小功能元器件与柔性基板线路互联断裂的风险，提高功能元器件与柔性基板上线路互联的可靠性。
进一步，本发明通过在所述第一凹槽内涂覆溶液以形成浸润层，浸润柔性衬底，更容易实现导电材料在柔性衬底上的均匀附着。
进一步，本发明通过有机溶剂，对残存在柔性基板上的导电颗粒进行清洗，从而减小残余导电颗粒对柔性基板的污染，提高连接线路的电性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的柔性基板的截面结构意图。
图2为本发明第二实施例提供的柔性基板的截面结构示意图。
图3为本发明第三实施例提供的柔性基板的截面结构示意图。
图4为本发明第三实施例中柔性基板的俯视结构示意图。
图5为本发明提供的柔性基板的制作方法的流程示意图。
图6A-图6D为在本发明提供的柔性基板的制作方法中各步骤的截面结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。
本发明提供了一种柔性基板的制作方法及具有该柔性基板的柔性封装结构。该柔性基板能够较好地满足柔性封装结构对于柔性基板的要求，同时能够较为精确地对连接线路的布设进行控制。
图1为本发明第一实施例提供的柔性基板的截面结构意图，如图1所示，本发明第一实施例提供的柔性基板包括柔性衬底10，在柔性衬底10上形成有第一凹槽20(见图6B)，在第一凹槽20内布设有连接线路30，在连接线路30上盖设有介电绝缘层40，，介电绝缘层40将连接线路30封装于第一凹槽20内。
在本实施例中，通过在柔性衬底10上设置第一凹槽20，然后将连接线路30布设于第一凹槽20内，同时通过介电绝缘层40对连接线路30进行封装，在布设电路时，首先根据整个柔性基板上线路连接的需要制作第一凹槽20，然后将连接线路30形成于第一凹槽20内，由于第一凹槽20的存在，在连接线路30的制作过程中，能够对连接线路30的尺寸进行限制，能够较为精确地对连接线路30的宽度进行控制，提高连接线路30对柔性衬底10的附着强度，提高柔性基板上连接线路30制作的良率与可靠性。进一步地，通过介电绝缘层40对连接线路30进行封装，可以进一步加固连接线路30的强度，降低柔性基板弯折时连接线路30的断裂风险，同时，介电绝缘层40还可以防止连接线路30中导电材料的氧化。
进一步地，在工业化生产中，可以先在一整块柔性衬底10上，设置多个柔性封装结构需要的第一凹槽20，然后进行连接线路30与介电绝缘层40的制作，最后对一整块柔性基板进行切割，使之成为多个柔性基板，这显著地降低了制造成本，非常适合卷到卷的柔性电子产品的封装制造。
进一步地，在本实施例中，柔性衬底10的材料可以为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯(PET)及硅胶等柔性材料。在制作第一凹槽20时，可以通过激光烧结工艺或者光刻及蚀刻工艺直接形成于柔性衬底10上。第一凹槽20在柔性衬底10上的宽度及延伸的形状可以根据电路PCB的设定而定。其深度为0.5-20μm，优选为0.5-10μm。
连接线路30的厚度范围可以为0.5-10μm，优选为0.5-6μm。连接线路30可以以银胶、导电油墨为材料通过丝网印刷工艺形成于第一凹槽20内，也可以采用导电油墨经过打印工艺，如流体动力打印等工艺形成于第一凹槽20内，优选地，导电油墨为纳米级导电油墨，纳米级导电油墨可以为含有Ag、Gu、Au及C材料中的一种或多种，或Ag、Gu及Au中至少两种材料组成的合金的导电油墨。
在打印导电油墨前，还可以在第一凹槽20内喷涂一定的溶液以形成浸润层(图未示)，优选地，浸润层溶液的材料与导电油墨内的溶剂的材料相同，以使导电材料更加均匀地附着于柔性衬底10上。
介电绝缘层40可以通过印刷或打印工艺形成于连接线路30上，并将连接线路30封装于第一凹槽20内。介电绝缘层40的厚度范围为0.5-25μm，优选地，其厚度为0.5-15μm。
介电绝缘层40的材料可以为聚酰亚胺、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，将上述的材料以溶液的形式涂覆于连接线路30上，再经过加热烘烤，如放入烤箱烘烤，即可完成介电绝缘层40的固化。
若连接线路30是通过打印工艺制得时，导电油墨可能会附着在第一凹槽20的周边，在完成介电绝缘层40的固化后，可以通过有机溶液对柔性衬底10的表面进行清洗，以防止导电油墨对后续的工艺造成污染，提高连接线路30的电性能。上述的有机溶剂包括酒精、乙丙醇等，清洗方式包括物理擦拭、超声波、等离子等方式
在本实施例中，介电绝缘层40在固化后，其远离连接线路30的一侧的表面与柔性衬底10的表面平齐，以保证柔性基板表面的平整。
在本实施例中，由于连接线路30的表面覆盖于介电绝缘层40上，连接线路30可以多层层叠布设，每一层的连接线路30上均覆盖有介电绝缘层40，以使各层连接线路30相互间不发生接触，这在后续布设功能元器件的工序中，降低了多I/O端口功能元器件互联工艺的难度，进一步地降低了封装工艺的成本和提高互联可靠性。
图2为本发明第二实施例提供的柔性基板的截面结构示意图，如图2所示，本发明第二实施例提供的柔性基板与第一实施例提供的柔性基板基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，柔性衬底10的两面均可设置有第一凹槽20，同样地，在第一凹槽20内铺设有连接线路30，在连接线路30远离第一凹槽20底面的一侧覆盖有介电绝缘层40。此时，柔性基板的两面均可以安装功能元器件。
图3为本发明第三实施例提供的柔性基板的截面结构示意图，图4为本发明第三实施例中柔性基板的俯视结构示意图。如图3及图4所示，本发明第三实施例提供的柔性基板与本发明第一实施例及第二实施例提供的柔性基板的结构基本相同，第一凹槽20可以设置于柔性衬底10的一个表面上，也可以同时设置于柔性衬底10的两个表面上，其不同之处在于，在本实施例中，柔性衬底10上还可以设置有用于固定功能元器件的第二凹槽50，在柔性基板的制作过程中，可以将功能元器件放置于第二凹槽50内，并将第一凹槽20内的连接线路30与第二凹槽50内的功能元器件的pad连接起来，这可以简化柔性基板的制程，可降低柔性基板在弯折过程中因功能元器件顶面与连接线路30的高度差造成的应力，减小功能元器件与柔性基板线路互联断裂的风险，提高功能元器件与柔性基板上线路互联的可靠性。
第二凹槽50的深度大于或等于其对应的功能元器件的厚度，具体地，第二凹槽50的深度为0.5～100um。优选地，第二凹槽50的深度为0.5～50um。
综上所述，本发明通过在柔性衬底10上设置第一凹槽20，然后将连接线路30布设于第一凹槽20内，同时通过介电绝缘层40对连接线路30进行封装，在布设电路时，首先根据整个柔性基板上线路连接的需要制作第一凹槽20，然后将连接线路30形成于第一凹槽20内，由于第一凹槽20的存在，在连接线路30的制作过程中，能够对连接线路30的尺寸进行限制，能够较为精确地对连接线路30的宽度进行控制，提高连接线路30对柔性基板的附着强度，提高柔性封装结构上连接线路30制作的良率与可靠性。
进一步地，通过介电绝缘层40对连接线路30进行封装，介电绝缘层40可进一步加固连接线路30的强度，降低柔基板弯折时连接线路30的断裂风险，同时，介电绝缘层40可防止连接线路30中导电材料的氧化。
进一步地，本发明通过在柔性衬底10上设置第二凹槽50，可在以为后续的功能元器件安放的制程中，实现功能元器件的位置定位，有利于后续制程中功能元器件的安放，提高功能元器件的固定可靠性，便于产品后续的整体封装。
进一步地，本发明通过在柔性衬底10上设置第二凹槽50，在后续的封装过程中，可降低柔性基板在弯折过程中因功能元器件顶面与连接线路30的高度差造成的应力，减小功能元器件与柔性基板线路互联的风险，提高功能元器件与柔性基板上线路互联的可靠性。
进一步地，本发明通过有机溶剂，对残存在柔性基板上的导电颗粒进行清洗，从而减小残余导电颗粒对柔性基板的污染，提高连接线路的电性能。
图5为本发明提供的柔性基板的制作方法的流程示意图，图6A-图6D为在本发明提供的基板的制作方法中各步骤的截面结构示意图。如图5及图6所示，本发明提供的柔性基板的制作方法包括如下步骤：
提供一柔性衬底10；
在柔性衬底10上制作第一凹槽20；
在第一凹槽20内制作连接线路30；
在连接线路30上制作介电绝缘层40。
进一步地，在柔性衬底10上制作第一凹槽20时，其可以在掩膜板的配合下，采用激光烧结工艺以在柔性衬底10上制作第一凹槽20，在下形成第一凹槽20后清洗柔性衬底10，以去除杂质。
在另一实施例中，柔性衬底10上的第一凹槽20也可以通过光刻及蚀刻工艺制作而成。
在第一凹槽20内制作连接线路30的步骤中，可以通过丝网印刷工艺将银胶或导电油墨印刷在第一凹槽20内以制作连接线路30；也可以通过打印技术，如流体动力打印技术，将导电油墨打印于第一凹槽20内以制作连接线路30。在打印或印刷导电油墨前，还可以在第一凹槽20内涂覆溶液以形成浸润层，优选地，浸润层溶液的材料与导电油墨内溶剂的材料相同。
当将银胶或导电油墨设置于第一凹槽20内后，通过激光烧结等工艺对连接线路30的材料进行固化，同时增强连接线路30的导电性，降低电阻率，提高附着力等。
在制作介电绝缘层40的过程中，先将介电绝缘层40的材料以溶液的形式涂覆于连接线路30上，然后再通过加热固化，以在第一凹槽20内形成介电绝缘层40。
若连接线路30是通过打印工艺制得，在形成介电绝缘层40后，方法还包括使用有机溶剂对柔性衬底10的表面进行清洗，以去除柔性衬底10表面的导电油墨，其中有机溶剂包括酒精、乙丙醇等，清洗方式包括物理擦拭、超声波、等离子等方式。
本发明还提供了一种柔性封装结构，包括本发明提供的柔性基板。关于该柔性封装结构的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种柔性基板的制作方法，其特征在于：包括如下步骤，
提供一柔性衬底(10)；
在所述柔性衬底(10)上制作第一凹槽(20)；
在所述第一凹槽(20)内制作连接线路(30)；
在所述连接线路(30)上制作介电绝缘层(40)。
2.如权利要求1所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：通过激光烧结工艺或光刻及蚀刻工艺，在所述柔性衬底(10)上制作所述第一凹槽(20)。
3.如权利要求1所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：通过打印或印刷工艺将所述连接线路(30)制作于所述第一凹槽(20)内，并通过固化工艺对连接线路(30)的材料进行固化。
4.如权利要求3所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：连接线路(30)为由导电油墨制作而成的连接线路(30)，在将所述连接线路(30)制作于所述第一凹槽(20)内的步骤之前，该方法还可以包括，在所述第一凹槽(20)内涂覆溶液以形成浸润层。
5.如权利要求4所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：所述浸润层的材料与所述导电油墨内的溶剂的材料相同。
6.如权利要求1所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：在制作所述介电绝缘层(40)的步骤中，该方法还包括，将所述介电绝缘层(40)的材料以溶液的形式涂覆于所述连接线路(30)上，经过加热固化后，在所述第一凹槽(20)内形成所述介电绝缘层(40)。
7.如权利要求5所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：在制作所述连接线路(30)的步骤中，所述连接线路(30)为导电油墨材料通过打印工艺制得的连接线路(30)；所述介电绝缘层(40)制作完成后，该方法还包括对所述柔性衬底(10)的表面进行清洗。
8.如权利要求5所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：所述导电油墨为含有Ag、Gu、Au及C材料中的一种或多种，或Ag、Gu及Au中至少两种材料组成的合金的导电油墨。
9.如权利要求1所述的柔性基板的制作方法，其特征在于：所述介电绝缘层(40)的材料为聚酰亚胺、硅胶或聚甲基丙烯酸甲酯。
10.一种柔性封装结构，其特征在于：包括柔性基板，所述柔性基板由权利要求1至9中任一项所述的柔性基板的制作方法制成。
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