CN114179537A - 一种基于聚焦超声控制smp印章的微转印方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法及其装置，该方法包括部署调试阶段、剥离阶段、打印阶段，具体步骤为：部署能量发生装置、转印载体及调试控制系统；将超声能量作用于SMP印章并使其与微电子器件接触，在界面粘附力作用下将本置于源基体上的微电子器件剥离；再次将超声能量作用于SMP印章使其发生形变回复，从而微电子器件被打印至目标基体上；该方法增强了转印过程可控性、提高了微转印质量和效率；所述微转印装置包括：能量发生装置、能量控制系统、转印载体系统、目标基体、源基体，该装置结构简单成本低，用超声换能器非接触加热，可适应复杂结构转印，采用水作为超声波的传递介质，能量损耗小、清洁环保。
Description
技术领域
本发明涉及微转印技术领域，特别是涉及一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法及其装置。
背景技术
软微影技术是目前柔性电子器件制造的主流技术，但是随着柔性电子产品向复杂化、精密化、多功能化发展，软微影技术面临大面积微结构制造效率低、多层结构的柔性电子器件堆砌精度低、器件制备所需的化学液体容易污染目标基体等诸多问题。
从现阶段的专利公开以及文献资料显示：1)有一些学者将尖锥状微结构引入到PDMS印章中，通过黏附力将微电子器件黏起并将微电子器件转印到目标基体上，整个过程充分利用尖锥被压平与回复时黏附力的变化来实现微转印，变化可达1000倍，但是，此种具有微结构的PDMS印章会发生慢回弹效应，微转印速度不易控制，其最大黏附力较小，对器件要求高，很难达到高度可控的剥离效果；2)一些学者将具有一定弯曲形状的SMP复合在光滑的干胶上，形成了具有温度响应的双层自剥离可逆干胶(Self-peeling reversible dryadhesive，SPRA)，SPRA变形后可紧密黏附在基体表面，实现黏结，当温度升到转变温度Ttrans以上时，SMP由临时的平整状态回复到弯曲状态，实现从基体上自动剥离，以上过程非常类似于微转印过程中所需要的黏附和脱黏附，但是，SPRA利用宏观材料变形控制黏附力不能直接用于微纳米器件的转印；3)还有一些学者结合SPRA可逆干胶的特点，将具有尖锥状表面微结构的SMP作为印章，利用电阻丝加热控制转变温度，成功地将圆锥形的硅片精确堆叠成宝塔形状，但是，电阻丝加热法存在印章和油墨受到热场效应后会产生应力应变的问题。
综上，现有的研究成果和方法虽然在一定程度上可以实现微转印，但存在转印过程无法高度控制、转印精度差、转印操作损伤转运载体等诸多问题，实施效果未能满足柔性电子器件复杂化、精密化、多功能化的发展要求。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述问题而提供一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法及其装置，以SMP作为微转印印章，因其表面黏性等物理特性可由外界刺激控制，通过控制SMP印章的界面粘附力和变形来进行微转印，增强了转印过程的可控性、提高了微转印质量和效率，选用聚焦超声波温热效应产生的热量作为SMP印章的驱动源，能够应用于复杂结构器件的微转印，其装置结构简单、成本低、可实现非接触加热，另外，采用水作为超声波的传递介质，能量损耗小、清洁环保。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，其特征在于：该微转印方法包括：部署调试阶段、剥离阶段、打印阶段；所述部署调试阶段是根据转印需要部署能量发生装置、能量控制系统；所述剥离阶段是将超声能量作用于SMP印章，使其将源基体上的微电子器件剥离；所述打印阶段是将微电子器件打印至目标基体上。该微转印方法具体包括以下步骤：(1)根据转印载体的物理特性、转印质量要求部署能量发生装置、转印载体、目标基体并调试能量控制系统；(2)通过能量发生装置将超声能量作用于SMP印章上并通过能量控制系统将温度控制在转变温度Ttrans以上，然后将SMP印章对准源基体上的微电子器件并下移SMP印章使两者接触，在SMP印章上施加一定的正压力，致使SMP印章的微结构功能表面发生弹性形变，再将SMP印章冷却至室温，随后提起SMP印章，在界面黏附力作用下，将本置于源基体上的微电子器件剥离；(3)将携带有微电子器件的SMP印章转移至目标基体上方，再次通过能量发生装置将超声能量作用于SMP印章上并通过能量控制系统将温度控制在转变温度Ttrans以上，SMP印章的微结构功能表面发生形变回复，将微电子器件打印至目标基体上；(4)将完成当前转印工作的SMP印章提起并转移至下一个载有微电子器件的源基体上方，然后循环(2)、(3)步骤，直至全部转印工作保质保量完成。
进一步的，能量控制系统的信号传递采用阈值法和基于机理的清洗算法对异常数据进行识别和处理。
进一步的，通过温度控制SMP印章的粘附力，根据微电子器件的材质、体积、结构以及微转印精度和效率要求，通过能量发生装置、能量控制系统调节作用于SMP印章的超声波能量的大小，从而控制SMP印章的温度和粘附力。
本发明还提供一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，该装置包括：能量发生装置、能量控制系统、转印载体系统、目标基体、源基体；能量发生装置包括函数发生器、功率放大器、超声换能器、抛物面透镜，均设置在工作台上端的载物架上，函数发生器下方设置有功率放大器，功率放大器下方设置有超声换能器，超声换能器下方设置有储水器，储水器中设置有循环水，循环水上表面设置有阵列分布的抛物面透镜，循环水下表面设置有乳胶膜，乳胶膜下方设置有SMP印章，超声换能器一侧设置有能量控制系统；能量控制系统包括温度传感器、信号传输总线、控制器、解算引擎、警报器、升降台，升降台设置在工作台上方，升降台上方设有控制器、警报器和温度传感器，温度传感器通过信号传输总线与控制器相连接；解算引擎为控制软件，对温度传感器采集的SMP印章的温度数据进行分析，控制超声换能器在一定的温度范围内传递超声波能量，当SMP印章温度超出合理范围时触发警报器发出警报，同时控制功率放大器改变功率放大倍数，以此对SMP印章的温度进行控制；转印载体系统包括转印载体、纵向电控滑轨，转印载体为SMP印章，设置在纵向电控滑轨的纵向滑块上，纵向滑块由滑块控制器控制；目标基体上设置有靶位，目标基体设置在托盘上，托盘设置在水平电控滑轨的水平滑块上；源基体上方设有待转印的微电子器件，源基体设置在水平滑块上方的托盘上，水平滑块由滑块控制器控制。
进一步的，超声换能器通过阵列分布的抛物面透镜将超声波汇聚形成多阵元聚焦超声波后作用于SMP印章。
进一步的，SMP印章可同时对一个或多个微电子器件进行转印，一个源基体上可同时放置多个微电子器件，一个目标基体上可同时设置多个待打印的靶位。
进一步的，超声换能器的超声波在传递过程中的介质为循环水和乳胶膜。
进一步的，SMP印章下表面设置有凸起。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，根据转印载体的物理特性、转印质量要求部署能量发生装置、转印载体、目标基体并调试能量控制系统，可顺利实现微电子器件的剥离和打印，转印过程高度可控，转印精度和转印效率高；
本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，通过能量发生装置、能量控制系统调节作用于SMP印章的超声波能量的大小，控制SMP印章的界面粘附力和变形来实现微电子器件的剥离和打印，转印过程高度可控；
本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，能量控制系统的信号传递采用阈值法和基于机理的清洗算法对异常数据进行识别和处理，保证了转印精度和转印效率；
本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，包括：能量发生装置、能量控制系统、转印载体系统、目标基体、源基体，该装置能够对一个或多个微电子器件进行转印，其结构简单、成本低，转印效率高，采用超声换能器实现非接触加热，可适应复杂结构转印；
本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，采用水作为超声波的传递介质，能量损耗小、清洁环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法的执行流程图；
图2是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法的技术架构图；
图3是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法的原理图；
图4是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法的微转印示意图；
图5是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置的结构示意图；
图6是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置的单靶位微转印示意图；
图7是本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置的多靶位微转印示意图。
附图标记说明如下：
1、SMP印章；2、凸起；3、微电子器件；4、目标基体；5、靶位；6、源基体；7、工作台；8、载物架；9、函数发生器；10、功率放大器；11、超声换能器；12、储水器；13、抛物面透镜；14、控制器；15、警报器；16、温度传感器；17、信号传输总线；18、水平电控滑轨；19、托盘；20、纵向电控滑轨；21、升降台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。此处所说明的附图是本申请的一部分，用来对本发明作进一步解释，但并不构成对本发明的限定。
如图1-图4所示，一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，包括以下步骤：
(1)根据转印载体的物理特性、转印质量要求部署能量发生装置、转印载体、目标基体并调试能量控制系统；
(2)首先，函数发生器9发出控制超声波能量的信号，经功率放大器10放大后转变为期望的信号，再经超声换能器11转换为超声波，超声波通过阵列分布的抛物面透镜13进行汇聚形成多阵元聚焦超声波，然后通过循环水和乳胶膜作用于SMP印章1，穿透性好，传递过程中的损耗少，从而，SMP印章1可在极短时间内引发温热效应，加热效率高，根据微电子器件3的材质、体积、结构以及微转印精度和效率要求，通过能量发生装置、能量控制系统调节作用于SMP印章1的超声波能量的大小，进而控制SMP印章1的温度和粘附力，其中，能量、温度信号采用阈值法和基于机理的清洗算法对异常数据进行识别和处理，为能量控制系统提供准确、有效的信息数据，从而准确的控制SMP印章1温度，当SMP印章1温度达到转变温度Ttrans以上时，纵向电控滑轨20上的电动滑块带动SMP印章1下移直至与源基体6上的一个或多个微电子器件3接触，在SMP印章1上施加一定的正压力，致使SMP印章1的微结构功能表面发生弹性形变，再将SMP印章1冷却至室温，随后提起SMP印章1，在界面黏附力作用下，将本置于源基体6上的微电子器件3剥离，其中转变温度Ttrans根据SMP印章1的结构、配方、表面质量等测试确定；
(3)水平电控滑轨18上的电动滑块带动目标基体4移动至SMP印章1的正下方，纵向电控滑轨20上的电动滑块带动SMP印章1下移至与目标基体4接触，再次通过能量发生装置将超声能量作用于SMP印章1上并通过能量控制系统将温度控制在转变温度Ttrans以上，此时，SMP印章的微结构功能表面发生形变回复，将微电子器件3打印至目标基体4的靶位5上；
(4)将完成当前转印工作的SMP印章1提起并转移至下一个载有微电子器件3的源基体6上方，然后循环(2)、(3)步骤，直至全部转印工作保质保量完成。
如图5-图7所示，一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，包括能量发生装置、能量控制系统、转印载体系统、目标集体4、源基体6；能量发生装置包括函数发生器9、功率放大器10、超声换能器11、抛物面透镜13，均设置在工作台7上端的载物架8上，函数发生器9是一种可以提供各种频率、波形、电平信号的设备，函数发生器9下方设置有功率放大器10，功率放大器10是对函数发生器9产生的信号进行放大，功率放大器10下方设置有超声换能器11，超声换能器11可以将电能转化成超声波能量，超声换能器11下方设置有储水器12，储水器12中设置有循环水，循环水上表面设置有阵列分布的抛物面透镜13，循环水下表面设置有乳胶膜，乳胶膜下方设置有SMP印章1，超声换能器11一侧设置有能量控制系统，超声换能器11产生的超声波在传递过程中的介质为循环水和乳胶膜；能量控系统包括温度传感器16、信号传输总线17、控制器14、解算引擎、警报器15、升降台21，升降台21设置在工作台7上方，升降台21上方设有控制器14、警报器15和温度传感器16，温度传感器16采用非接触的形式采集SMP印章1的温度，通过信号传输总线17将温度数据传输给控制器14，控制器14对温度数据进行异常值去除处理后通过工业无线网传输给解算引擎，解算引擎为控制软件，对温度传感器16采集的SMP印章1的温度数据进行分析，控制超声换能器11在一定的温度范围内传递超声波能量，当SMP印章1的温度超出合理范围时触发警报器15发出警报，同时控制功率放大器10改变功率放大倍数，以此对SMP印章1的温度进行控制；转印载体系统包括转印载体、纵向电控滑轨20，其中，转印载体为SMP印章1，设置在纵向电控滑轨20的纵向滑块上，纵向滑块由滑块控制器控制，SMP印章1下表面设置有凸起2，SMP印章1除凸起2外的其它表面与微电子器件3接触较少，便于微电子器件3的剥离和打印，提高转印效率；目标基体4上设有靶位5，目标基体4设置在托盘19上方，托盘19设置在水平电控滑轨18的水平滑块上；源基体6上端设置有待转印的微电子器件3，源基体6设置在水平滑块上端的托盘19上，水平滑块由滑块控制器控制。
本发明提供的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置实施例主要部件采用的型号规格为：函数发生器9的型号为YB1636，功率放大器10的型号为ATA-3090，超声换能器11的型号为WBT30，温度传感器16的型号为FT-H20，水平电控滑轨18的型号为AMB60-S54，纵向电控滑轨20的型号为KA170-10C-0500-FL-YS750。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，其特征在于：该微转印方法包括：部署调试阶段、剥离阶段、打印阶段；所述部署调试阶段是根据转印需要部署能量发生装置、能量控制系统；所述剥离阶段是将超声能量作用于SMP印章，使其将源基体上的微电子器件剥离；所述打印阶段是将微电子器件打印至目标基体上；所述微转印方法具体包括以下步骤：(1)根据转印载体的物理特性、转印质量要求部署能量发生装置、转印载体、目标基体并调试能量控制系统；(2)通过能量发生装置将超声能量作用于SMP印章上并通过能量控制系统将温度控制在转变温度Ttrans以上，然后将SMP印章对准源基体上的微电子器件并下移SMP印章使两者接触，在SMP印章上施加一定的正压力，致使SMP印章的微结构功能表面发生弹性形变，再将SMP印章冷却至室温，随后提起SMP印章，在界面黏附力作用下，将本置于源基体上的微电子器件剥离；(3)将携带有微电子器件的SMP印章转移至目标基体上方，再次通过能量发生装置将超声能量作用于SMP印章上并通过能量控制系统将温度控制在转变温度Ttrans以上，SMP印章的微结构功能表面发生形变回复，将微电子器件打印至目标基体上；(4)将完成当前转印工作的SMP印章提起并转移至下一个载有微电子器件的源基体上方，然后循环(2)、(3)步骤，直至全部转印工作保质保量完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，其特征在于：所述能量控制系统的信号传递采用阈值法和基于机理的清洗算法对异常数据进行识别和处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印方法，其特征在于：通过温度控制所述SMP印章的粘附力，根据所述微电子器件的材质、体积、结构以及微转印精度和效率要求，通过所述能量发生装置、所述能量控制系统调节作用于所述SMP印章的超声波能量的大小，从而控制所述SMP印章的温度和粘附力。
4.一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，其特征在于：该装置包括：能量发生装置、能量控制系统、转印载体系统、目标基体、源基体；所述能量发生装置包括函数发生器、功率放大器、超声换能器、抛物面透镜，均设置在工作台上端的载物架上，所述函数发生器下方设置有所述功率放大器，所述功率放大器下方设置有所述超声换能器，所述超声换能器下方设置有储水器，所述储水器中设置有循环水，所述循环水上表面设置有阵列分布的所述抛物面透镜，所述循环水下表面设置有乳胶膜，所述乳胶膜下方设置有所述SMP印章，所述超声换能器一侧设置有所述能量控制系统；所述能量控制系统包括温度传感器、信号传输总线、控制器、解算引擎、警报器、升降台，所述升降台设置在所述工作台上方，所述升降台上方设有所述控制器、所述警报器和所述温度传感器，所述温度传感器通过所述信号传输总线与所述控制器相连接，所述解算引擎为控制软件；所述转印载体系统包括转印载体、纵向电控滑轨，所述转印载体为所述SMP印章，设置在所述纵向电控滑轨的纵向滑块上，所述纵向滑块由滑块控制器控制；所述目标基体上设置有靶位，所述目标基体设置在托盘上，所述托盘设置在水平电控滑轨的水平滑块上；所述源基体上方设有待转印的所述微电子器件，所述源基体设置在所述水平滑块上方的所述托盘上，所述水平滑块由所述滑块控制器控制。
5.根据权利要求4所述的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，其特征在于：所述超声换能器通过阵列分布的所述抛物面透镜将超声波汇聚形成多阵元聚焦超声波后作用于所述SMP印章。
6.根据权利要求4所述的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，其特征在于：所述SMP印章可同时对一个或多个所述微电子器件进行转印，一个所述源基体上可同时放置多个所述微电子器件，一个所述目标基体上可同时设置多个待打印的所述靶位。
7.根据权利要求4所述的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，其特征在于：所述超声换能器的超声波在传递过程中的介质为所述循环水和所述乳胶膜。
8.根据权利要求4所述的一种基于聚焦超声控制SMP印章的微转印装置，其特征在于：所述SMP印章下表面设置有凸起。
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