CN114646668A - 用于制造电子部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及一种用于制造电子部件的方法，其中，所述方法包括以下步骤：提供衬底和由衬底支撑的功能层；在衬底的一侧上形成结构化保护层，所述功能层被附接到衬底的一侧，其中结构化保护层具有凹槽，使得功能层的一部分被暴露；将包含溶剂和导电组分的分散体施加到功能层的所暴露的部分，使得所述凹槽至少部分地填充有分散体；干燥分散体以创建导电层；去除所述结构化保护层。

Description

用于制造电子部件的方法
技术领域
实施例涉及一种用于制造电子部件的方法。更具体地，实施例涉及一种用于制造电子部件的方法，其中分散体被施加到功能层并且被干燥以创建导电层。
背景技术
当使用诸如喷墨印刷的选择性沉积技术时，通过施加和干燥分散体获得具有限定图案的导电层是一个挑战。特别地，由于马兰戈尼效应而在导电层的图案的边缘上的材料积聚导致导电路径围绕导电层的期望图案。这导致诸如化学-电阻气体传感器的后续装置中的不良产量。
因此，需要一种用于制造电子部件的改进方法。
发明内容
该问题通过用于制造电子部件的方法来解决，其中，该方法包括以下步骤：
提供衬底和由衬底支撑的功能层；
在衬底的一侧上形成结构化保护层，功能层附接到衬底的一侧，其中结构化保护层具有一个或多个凹槽，使得功能层的一个或多个部分被暴露；
将包含溶剂和导电组分的分散体施加到功能层的所暴露的部分中的至少一个部分，使得凹槽中的至少一个凹槽至少部分地填充有分散体；
干燥分散体以创建导电层；
去除结构化保护层。
衬底可以由任何材料制成，例如硅或玻璃，其提供适合作为产生电气部件的基础的机械和电气特性。
功能层可以是适于制造电气部件的任何层。功能层可以包括若干子层。
术语结构化保护层是指任何层，其在分散体的施加期间保护功能层的部分不被分散体覆盖，并且结构化保护层具有一个或多个凹槽，在凹槽中功能层的部分被暴露，使得在分散体的施加期间被分散体覆盖。结构化保护层可以使用光刻工艺制造。特别地，保护层可以是借助于使用先前施加的抗蚀剂掩模的剥离工艺构造的光刻胶。
术语分散体通常是指液体和固体颗粒的混合物。这里，分散体包含溶剂和导电(固体)组分，例如纳米颗粒。导电组分的顶部上的溶剂的类型取决于使用情况。术语分散体的同义词是油墨或糊剂。
可以通过除去溶剂来干燥分散体。
该方法适用于生产任何种类的电子部件，其包括通过施加和干燥分散体而形成的导电层。特别地，该方法适合于生产具有气体敏感导电层的化学电阻气体传感器，该气体敏感导电层通过施加和干燥分散体来产生。
根据本公开的方法允许产生具有不具有任何咖啡环的限定图案的导电层，使得改进了诸如化学-电阻气体传感器的后续器件的性能，其中导电层可以用作气体敏感元件。
利用该方法，除了非常大的区域之外，还可以生成小得多的印刷区域，否则由于液滴尺寸和/或调节精度的限制，不能通过实际的印刷工艺来实现这些区域。
根据实施例，该方法还包括以下步骤：
在形成结构化保护层之前将牺牲层施加到功能层；
其中形成结构化保护层的步骤包括以下步骤：
在牺牲层上形成结构化保护层，其中在结构化保护层的凹槽中的每个凹槽中，暴露牺牲层的一部分；
在牺牲层上形成结构化保护层之后，去除牺牲层的所暴露的部分。
牺牲层可以在去除结构化保护层的步骤期间保护功能层的至少部分。在用于去除结构化保护层的方法可能损坏未受保护的功能层的情况下，这可能是必要的。在去除结构化保护层的步骤之后，可以部分或完全地去除牺牲层。
根据实施例，功能层在衬底的腔上方延伸，其中结构化保护层被施加到功能层的背向衬底的一侧。这些特征提供了导电层与衬底的热绝缘，例如，在这种情况下，导电层被配置为化学-电阻气体传感器的感测元件。
根据实施例，通过化学气相沉积工艺施加牺牲层。
根据实施例，牺牲层包括碳。
根据实施例，通过光刻工艺形成结构化保护层，其中结构化保护层包括光刻胶。结构化保护层可以通过使用丙酮浸涂而被去除。
根据实施例，通过第一蚀刻工艺去除牺牲层的在凹槽中暴露的部分。第一蚀刻工艺可以使用等离子体灰化步骤。
根据实施例，通过喷墨印刷工艺施加分散体。喷墨印刷工艺允许在结构保护层的选定部分上(特别是在结构化保护层的凹槽上)施加分散体，使得可以降低所需的分散体的量。
根据实施例，通过喷涂工艺施加分散体。喷涂工艺允许在非常短的时间施加分散体。
根据实施例，功能层包括接触装置，其中接触装置以这样的方式形成：导电层连接到接触装置，使得导电层的电阻或导电层与连接到接触装置的参考电极之间的电容量可以使用接触装置来感测。这些特征对于所有类型的电阻传感器都是有利的。
根据实施例，电子部件是化学-电阻气体传感器，其中导电层被配置用于感测气体混合物中的一种或多种气体，其中导电层的电阻或导电层与参考电极之间的电容量取决于气体混合物。
用于气体测量的常规方法是测量叉指结构的电极之间的气敏导电层的电阻变化。气体分子(诸如NO2或O3)吸附在气体敏感导电层上，并且因此导致气体敏感导电层中的电荷密度偏移，并且因此导致电阻的变化。电阻的这种变化可以被测量并且因此是现有气体的证据。
分散体可以包括由石墨烯制成的或由与气体电相互作用的任何其他组分制成的组分。
根据本公开的制造方法避免了围绕气体敏感导电层的期望图案的咖啡环，从而提高了化学-电阻气体传感器的性能。
根据实施例，功能层包括被配置用于加热导电层的加热元件。加热元件允许控制导电层的温度，该温度例如是化学-电阻气体传感器所期望的。
根据实施例，以如下方式完成将分散体施加到功能层的所暴露的部分中的至少一个部分的步骤：分散体到达至少一个凹槽的外边缘。这样的特征确保导电层具有均匀厚度的整个图案。
根据实施例，以分散体在凹槽的外边缘上延伸的方式完成将分散体施加到功能层的所暴露的部分的步骤。
根据实施例，通过第二蚀刻工艺去除保护层和在凹槽的边缘上方延伸的分散体的部分。第二蚀刻工艺可以使用丙酮浸渍。这样的特征确保咖啡圈出现在导电层的期望图案之外，并且咖啡圈将通过第二蚀刻工艺去除。
附图说明
随后关于附图讨论本发明的优选实施例，在附图中：
图1以示意图示出了根据本公开的方法的第一示例性实施例；
图2以示意图示出了根据本公开的方法的第二示例性实施例；
图3以示意图示出了根据本公开的方法的提供衬底和由衬底支撑的功能层的步骤的实施例；
图4以示意图示出了根据本公开的方法的在衬底的一侧上形成结构化保护层，功能层被附接到该衬底的一侧，其中结构化保护层具有一个或多个凹槽，使得功能层的一个或多个部分被暴露的步骤的实施例；
图5以示意图示出了根据本公开的方法的将包括溶剂和导电组分的分散体施加到功能层的所暴露的部分中的至少一个部分，使得凹槽中的至少一个凹槽被至少部分地填充有分散体的步骤的实施例；
图6以示意图示出了根据本公开的方法的干燥分散体以创建导电层并且去除结构化保护层的步骤的实施例；
图7以示意图示出了根据本公开的方法的在形成结构化保护层之前将牺牲层施加到功能层的步骤的实施例；
图8以示意图示出了根据本公开的方法的在牺牲层上形成结构化保护层，其中在结构化保护层的凹槽中的每个凹槽牺牲层的一部分被暴露的步骤的实施例；
图9以示意图示出了根据本公开的方法的在牺牲层上形成结构化保护层之后去除牺牲层的所暴露的部分的步骤的实施例；
图10以示意图示出了根据本公开的方法的将包括溶剂和导电组分的分散体施加到功能层的所暴露的部分中的至少一个部分，使得凹槽中的至少一个凹槽至少部分地填充有分散体的步骤的实施例；以及
图11以示意图示出了根据本公开的方法的干燥分散体以创建导电层并且去除结构化保护层的步骤的实施例。
具体实施方式
相同或等同的元件或具有相等或等同功能的元件在以下描述中通过相同或等同的附图标记来表示。
在以下描述中，阐述了多个细节以提供对本公开的实施例的更透彻的解释。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，以框图形式而非详细地示出了公知的结构和设备，以避免模糊本公开的实施例。此外，下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合，除非另外特别指出。
图1以示意图示出了根据本公开的用于制造电子部件1的方法的第一示例性实施例。该方法包括以下步骤：提供衬底2和由衬底2支撑的功能层3；在衬底2的一侧上形成结构化保护层4，功能层3被附接到该衬底2的一侧，其中结构化保护层4具有一个或多个凹槽5，使得功能层3的一个或多个部分6被暴露；将包括溶剂和导电组分的分散体7施加到功能层3的所暴露的部分6中的至少一个部分，使得凹槽6中的至少一个凹槽至少部分地填充有分散体7；干燥分散体7以便创建导电层8；以及去除结构化保护层4。
在图3至图6中更详细地解释用于制造电子部件1的方法的第一示例性实施例的步骤。
图2以示意图示出了根据本公开的用于制造电子部件1的方法的第二示例性实施例。该方法包括以下步骤：提供衬底2和由衬底2支撑的功能层3；在衬底2的一侧上形成结构化保护层4，功能层3被附接到该衬底2的一侧，其中结构化保护层4具有一个或多个凹槽5，使得功能层3的一个或多个部分6被暴露；将包括溶剂和导电组分的分散体7施加到功能层3的所暴露的部分6中的至少一个部分，使得凹槽6中的至少一个凹槽至少部分地填充有分散体7；干燥分散体7以便创建导电层8；去除结构化保护层4；以及在形成结构化保护层4之前将牺牲层9施加到功能层3；其中形成结构化保护层4的步骤包括以下步骤：在牺牲层9上形成结构化保护层4，其中在结构化保护层4的凹槽5中的每个凹槽中，牺牲层9的一部分被暴露；以及在将结构化保护层4形成在牺牲层9上之后去除牺牲层9的暴露部分10。
在图3以及图7至图11中更详细地解释用于制造电子部件1的方法的第二示例性实施例的步骤。
图3以示意图示出了根据本公开的方法的提供衬底2和由衬底2支撑的功能层3的步骤的实施例。
在一些实施例中，功能层3在衬底2的腔11上方延伸，其中将结构化保护层4施加到功能层3的背向衬底2的一侧。
图3的实施例中的衬底2和功能层3形成用于电子部件1的预产品，电子部件1可以是化学-电阻气体传感器。
示例性功能层3包括接触装置12，其旨在用于接触导电层8，导电层8可以是化学电阻气体传感器的感测元件，并且在稍后的阶段形成。此外，示例性功能层3包括加热元件13，加热元件13被配置用于加热导电层8，使得特别地，可以在不同的温度下操作化学电阻气体传感器的感测元件。
示例性功能层3包括跨越衬底2的腔11的电绝缘膜15。膜15通过支撑元件16被固定到衬底2。膜15包括通风开口17，其确保膜15的面向衬底2的一侧和膜15的背向衬底2的一侧之间的压力均衡。
此外，示例性功能层3包括导体布置18，导体布置18将导电层8和加热元件13电连接到顺序接触件19，顺序接触件19可以用于将导电层8(特别是气体传感器的感测元件)和加热元件连接到控制和感测处理器。
图4以示意图示出了根据本公开的方法的在衬底2的一侧上形成结构化保护层4，功能层3被附接到该衬底2的一侧，其中结构化保护层4具有一个或多个凹槽5，使得功能层3的一个或多个部分6被暴露的步骤的实施例。
在一些实施例中，通过光刻工艺形成结构化保护层4，其中结构化保护层包括光刻胶。
在图4的实施例中，结构化保护层4包括凹槽5，该凹槽5以使得功能层3的包括接触装置12的部分6被至少部分地暴露的方式形成。
图5以示意图示出了根据本公开的方法的将包括溶剂和导电组分的分散体7施加到功能层3的所暴露的部分6中的至少一个部分，使得凹槽中的至少一个凹槽5被至少部分地填充有分散体7的步骤的实施例。
在一些实施例中，通过喷墨印刷工艺施加分散体7。
在一些实施例中，通过喷涂工艺施加分散体7。
在一些实施例中，将分散体7施加到功能层3的所暴露的部分6中的至少一个部分的步骤以如下方式完成：分散体7到达凹槽5中的至少一个凹槽的外边缘14。
在一些实施例中，将分散体7施加到功能层3的所暴露的部分6中的至少一个部分的步骤以如下方式完成：分散体7在凹槽5中的至少一个凹槽的外边缘上延伸。
在一些实施例中，通过第二蚀刻工艺去除保护层4和分散体7的在至少一个凹槽5的外边缘14上延伸的部分。
图6以示意图示出了根据本公开的方法的干燥分散体7以创建导电层8并且去除结构化保护层4的步骤的实施例。
在一些实施例中，电子部件1为化学-电阻气体传感器1，其中导电层8经配置以用于感测气体混合物中的一个或多个气体，其中导电层8的电阻或导电层8与参考电极之间的电容量取决于气体混合物。
在一些实施例中，功能层3包括接触装置12，其中以使得导电层8连接到接触装置12的方式形成接触装置，使得可以使用接触装置12来感测导电层8的电阻或导电层8与连接到接触装置12的参考电极之间的电容量。
在一些实施例中，功能层包括配置用于加热导电层8的3个加热元件13。
在图6中可以看出，导电层8在实际感测区域之外没有咖啡环状导电路径。
图7以示意图示出了根据本公开的方法的在形成结构化保护层4之前将牺牲层9施加到功能层3的步骤的实施例。
在一些实施例中，通过化学气相沉积工艺来施加牺牲层9。
在一些实施例中，牺牲层9包括碳。
在一些实施例中，通过第一蚀刻工艺去除牺牲层9的在凹槽5中暴露的部分10。
在图7的实施例中，牺牲层9在远离衬底2的功能层3的整个侧面上延伸。此外，通风开口17被牺牲层9覆盖。
图8以示意图示出了根据本公开的方法的在牺牲层9上形成结构化保护层4，其中在结构化保护层4的凹槽5中的每个凹槽中牺牲层9的一部分被暴露的步骤的实施例。
在图8的实施例中，结构化保护层4包括两个凹槽5。凹槽5中的一个凹槽以这样的方式布置：牺牲层9的覆盖接触装置12的至少一部分的第一部分10被暴露。凹槽5中的另一个凹槽以这样的方式布置，使得覆盖通风开口17的牺牲层9的第二部分10被暴露。
图9以示意图示出了根据本公开的方法的在牺牲层9上形成结构化保护层4之后去除牺牲层9的所暴露的部分10的步骤的实施例。
在图9的实施例中，在单个步骤中去除结构化保护层4的两个暴露部分10，使得功能层的包括接触装置12的至少一部分的第一部分6、功能层的包括通风开口17的至少一部分的第二部分6暴露。
图10以示意图示出了根据本公开的方法的将包括溶剂和导电组分的分散体7施加到功能层3的所暴露的部分6中的至少一个部分，使得凹槽6中的至少一个至少部分地填充有分散体7的步骤的实施例。
必须注意的是，在图10的实施例中，分散体仅被施加到牺牲层9的、覆盖接触装置12的至少一部分的第一部分10。
图11以示意图示出了根据本公开的方法的干燥分散体7以创建导电层8并且去除结构化保护层4的步骤的实施例。
在图11中可以看出，导电层8在实际感测区域之外没有咖啡环状导电路径。
本公开的本质是形成用于邻近功能层3的结构化保护层，并且通过在结构化保护层4上沉积分散体7而在功能层上形成导电层8。
特别地，新方法可以使无咖啡环的石墨烯涂层8成为可能。
在一些实施例中，可以是结构化抗蚀剂掩模的结构化保护层在实际印刷工艺之前使用光刻来施加。下一步是应用分散体7，分散体7可以包含石墨烯。该应用可以通过其中分散体7被印刷到先前暴露的抗蚀剂的自由区域中的印刷工艺来完成，在自由区域中分散体7可以被印刷在抗蚀剂的边缘上，然后被干燥。所得咖啡圈现在在抗蚀剂顶部上的导电层8的区域之外。然后，去除结构化保护层4并将结构化保护层4与咖啡环一起去除。这在功能层3上留下均匀的石墨烯层8，其可以是有源传感器场。
备选方案是例如通过使用喷涂涂布机将石墨烯油墨7施加到结构化保护层4的整个表面。在以下步骤中，可以去除结构化保护层并将结构化保护层与其上的石墨烯层8一起去除。然后，仅先前由光刻曝光的区域将被石墨烯层8覆盖。
这创建了没有咖啡环的结构化的、均匀的石墨烯涂层8。
以上描述的内容仅是说明性的，并且应当理解，本文描述的布置和细节的修改和变型对于本领域的其他技术人员而言将是显而易见的。因此，意图仅由所附权利要求的范围限制，而不是由以上描述和解释的方式给出的具体细节限制。

Claims (15)

1.一种用于制造电子部件(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供衬底(2)和由所述衬底(2)支撑的功能层(3)；
在所述衬底(2)的一侧上形成结构化保护层(4)，所述功能层(3)被附接到所述衬底(2)的所述一侧，其中所述结构化保护层(4)具有一个或多个凹槽(5)，使得所述功能层(3)的一个或多个部分(6)被暴露；
将包含溶剂和导电组分的分散体(7)施加到所述功能层(3)的所暴露的部分(6)中的至少一个部分，使得所述凹槽(5)中的至少一个凹槽至少部分地填充有所述分散体(7)；
干燥所述分散体(7)以创建导电层(8)；
去除所述结构化保护层(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在形成所述结构化保护层(4)之前将牺牲层(9)施加到所述功能层(3)；
其中，形成所述结构化保护层(4)的步骤包括以下步骤：
在所述牺牲层(9)上形成所述结构化保护层(4)，其中在所述结构化保护层(4)的凹槽(5)中的每个凹槽中，暴露所述牺牲层(9)的一部分；
在所述牺牲层(9)上形成所述结构化保护层(4)之后，去除所述牺牲层(9)的所暴露的一部分(10)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述功能层(3)在所述衬底(2)的腔(11)上方延伸，其中所述结构化保护层(4)被施加到所述功能层(3)的、背向所述衬底(2)的一侧。
4.根据权利要求2或3任一项所述的方法，其中通过化学气相沉积工艺来施加所述牺牲层(9)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述牺牲层(9)包括碳。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构化保护层(4)通过光刻工艺形成，其中所述结构化保护层包括光刻胶。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中通过第一蚀刻工艺去除所述牺牲层(9)的、在所述凹槽(5)中暴露的所述一部分(10)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过喷墨印刷工艺施加所述分散体(7)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过喷涂工艺施加所述分散体(7)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述功能层(3)包括接触装置(12)，其中所述接触装置以以下方式形成：所述导电层(8)被连接到所述接触装置(12)，使得所述导电层(8)的电阻或者所述导电层(8)与连接到所述接触装置(12)的参考电极之间的电容量能够使用所述接触装置(12)而被感测。
11.根据权利要求1至9所述的方法，其中所述电子部件(1)是化学电阻气体传感器(1)，其中所述导电层(8)被配置用于感测气体混合物中的一种或多种气体，其中所述导电层(8)的电阻或所述导电层(8)与参考电极之间的电容量取决于所述气体混合物。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述功能层(3)包括加热元件(13)，所述加热元件(13)被配置用于加热所述导电层(8)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中以如下方式完成将所述分散体(7)施加到所述功能层(3)的暴露的所述部分(6)中的所述至少一个部分的步骤：使得所述分散体(7)到达所述凹槽(5)中的所述至少一个凹槽的外边缘(14)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中以如下方式完成将所述分散体(7)施加到所述功能层(3)的暴露的所述部分(6)中的所述至少一个部分的步骤：使得所述分散体(7)在所述凹槽(5)中的所述至少一个凹槽的所述外边缘上延伸。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过第二蚀刻工艺去除所述保护层(4)以及所述分散体(7)的所述部分，所述分散体(7)的所述部分在所述凹槽(5)中的所述至少一个凹槽的所述外边缘(14)上延伸。
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