柔性电子器件及其制造方法与流程

本公开涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种柔性电子器件及其制造方法。

背景技术：

柔性电子器件在生物医学、精密工业及机器人等领域有着重要的应用前景。例如，能够检测生理信息的柔性电子器件具有与人体贴合好，生物兼容性好，可长时间佩戴等优点。柔性电子器件在工作期间经常会产生较大的应变，在采用相关技术制备柔性电子器件的过程中，可通过预应变使得脆性材料形成褶皱、将硬质薄膜转印到柔性衬底等方式来增强柔性电子器件的延展性，但仍无法满足柔性电子器件的延展性需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提出了一种柔性电子器件及其制造方法。

根据本公开的一方面，提供了一种柔性电子器件，包括：

柔性基底，所述柔性基底的表面上具有多个基座以及在所述多个基座之间的连接部；

金属互联结构，所述金属互联结构包括处于所述多个基座上的底电极、处于所述柔性基底的表面上的互联电极以及处于所述连接部上的导电层；

芯片，所述芯片贴合在所述底电极上，所述芯片和所述底电极分别通过导线连接到所述互联电极，

其中，所述柔性基底、所述多个基座以及所述连接部是液态的柔性材料在半导体模具上固化成型的。

对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述互联电极包括第一电极和第二电极，所述芯片为多个，

其中，多个芯片的下表面分别贴合到多个底电极，所述多个芯片的上表面分别通过导线连接到所述第一电极，至少一个底电极通过导线连接到所述第二电极。

对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述多个基座之间通过所述连接部连接，所述底电极之间通过所述连接部上的导电层导通，

其中，所述连接部的形状为蛇形、s形和网格形中的任一种，所述导电层上具有褶皱。

根据本公开的另一方面，提供了一种柔性电子器件的制造方法，包括：

将液态的柔性材料浇注到半导体模具上并进行固化处理，获得柔性基底，所述柔性基底的表面上具有多个基座以及在所述多个基座之间的连接部；

在所述柔性基底的表面上沉积金属层；

对所述金属层进行刻蚀处理，形成金属互联结构，所述金属互联结构包括处于所述多个基座上的底电极、处于所述柔性基底的表面上的互联电极以及处于所述连接部上的导电层；

将芯片贴合到所述底电极并连接所述芯片、所述互联电极及所述底电极，形成柔性电子器件。

对于上述柔性电子器件的制造方法，在一种可能的实现方式中，对所述金属层进行刻蚀处理，形成金属互联结构，包括：

在所述金属层上旋涂光刻胶并加热固化所述光刻胶，获得待刻蚀的柔性基底；

将所述待刻蚀的柔性基底置于目标温度下预定时间后，对所述光刻胶进行显影处理，形成第一掩膜层；

以所述第一掩膜层为掩膜，对所述金属层进行刻蚀处理，形成所述金属互联结构，

其中，所述目标温度为在所述柔性基底的表面上沉积金属层期间的温度。

对于上述柔性电子器件的制造方法，在一种可能的实现方式中，所述互联电极包括第一电极和第二电极，

其中，将芯片贴合到所述底电极并连接所述芯片、所述互联电极及所述底电极，形成柔性电子器件，包括：

将多个芯片的下表面分别贴合到多个底电极；

通过导线将所述多个芯片的上表面分别连接到所述第一电极；

通过导线将至少一个底电极连接到所述第二电极。

对于上述柔性电子器件的制造方法，在一种可能的实现方式中，所述多个基座之间通过所述连接部连接，所述底电极之间通过所述连接部上的导电层导通，

其中，所述连接部的形状为蛇形、s形和网格形中的任一种，所述导电层上具有褶皱。

对上述柔性电子器件的制造方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

以预设图案对硅片进行刻蚀处理，获得刻蚀后的硅片；

对所述刻蚀后的硅片进行清洗及脱模处理，获得所述半导体模具，

其中，所述半导体模具上具有凹槽，所述凹槽的形状与所述柔性基底的表面的形状互补。

对于上述柔性电子器件的制造方法，在一种可能的实现方式中，以预设图案对硅片进行刻蚀处理，获得刻蚀后的硅片，包括：

在所述硅片的一面上旋涂光刻胶；

将所述预设图案转移到光刻胶上，形成第二掩膜层；

以所述第二掩膜层为掩膜，对所述硅片进行刻蚀处理，获得刻蚀后的硅片。

对于上述柔性电子器件的制造方法，在一种可能的实现方式中，将液态的柔性材料浇注到半导体模具上并进行固化处理，获得柔性基底，包括：

将液态的柔性材料浇注到所述半导体模具上，在50℃～80℃的温度条件下固化30分钟～90分钟，并使得固化的柔性基底与所述半导体模具分离，获得所述柔性基底。

本公开实施例所提供的柔性电子器件及其制造方法，所制造的柔性电子器件包括柔性基底、金属互联结构及芯片，柔性基底上具有基座及连接部，在半导体模具上固化成型；金属互联结构包括处于多个基座上的底电极、处于柔性基底的表面上的互联电极以及处于连接部上的导电层；芯片贴合在底电极上，芯片和底电极分别通过导线连接到互联电极。根据本公开的实施例，能够实现柔性电子器件制造过程中的应变隔离，提高柔性电子器件的可延展性。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的结构示意图；

图2示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的导电层的俯视图；

图3示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图；

图4示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图；

图5示出根据本公开一实施例的半导体模具的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的结构示意图。如图1所示，柔性电子器件包括：

柔性基底1，柔性基底1的表面上具有多个基座2以及在多个基座2之间的连接部3；

金属互联结构，金属互联结构包括处于多个基座2上的底电极、处于柔性基底1的表面上的互联电极以及处于连接部上的导电层；

芯片4，芯片4贴合在底电极上，芯片和底电极分别通过导线连接到互联电极，

其中，柔性基底1、多个基座2以及连接部3是液态的柔性材料在半导体模具上固化成型的。

根据本公开的实施例，能够实现柔性电子器件制造过程中的应变隔离，提高柔性电子器件的可延展性，从而满足用户的使用需求。

在本实施例中，柔性基底1、柔性基底1的表面上的多个基座2以及在多个基座2之间的连接部3可由柔性材料制成。柔性材料可以是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，简称pdms)、橡胶、水凝胶(hydrogel)、聚酰亚胺(polyimide，简称pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene.glycolterephthalate，简称pet)等具有柔性的聚合物材料。本领域技术人员可以根据实际需要对柔性材料进行选择，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，柔性基底1、多个基座2以及连接部3是液态的柔性材料在半导体模具上固化成型的。可预先制作形状与柔性基底及其表面的微结构(基座及连接部)互补的半导体模具；将液态的柔性材料在半导体模具上固化成型，从而形成柔性基底及其表面的微结构。其中，多个基座2之间通过连接部3连接，并且连接部3的形状可为蛇形、s形和网格形中的任一种。连接部3的形状还可以是其他易于延展的形状，本领域技术人员可以根据柔性电子器件延展性的实际需要对连接部的形状进行设置，本公开对此不作限制。通过这种方式，能够提高柔性电子器件的连接部的可延展性。

在一种可能的实现方式中，金属互联结构可包括处于多个基座2上的多个底电极、处于柔性基底1的表面上的互联电极(例如第一电极5和第二电极6)以及处于连接部3上的导电层。可通过在柔性基底的表面上沉积金属层并对金属层进行刻蚀处理而形成金属互联结构。其中，底电极表面可以为平整表面(以便贴合芯片)，底电极之间通过连接部上的导电层导通。图2示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的导电层的俯视图。如图2所示，导电层上可具有褶皱结构8。通过这种方式，能够提高柔性电子器件的硬质导电层的可延展性，从而满足使用需求。

在一种可能的实现方式中，互联电极可包括第一电极5和第二电极6，第一电极5可例如连接到电源电压(vdd)，第二电极6可例如接地(gnd)。互联电极还可包括其它类型的电极，本公开对互联电极及具体类型不作限制。

在一种可能的实现方式中，芯片4可为能够实现柔性电子器件的功能的任意芯片(例如led芯片)，本公开对芯片4的具体类型不作限制。芯片4可以为多个，多个芯片4的下表面分别贴合到多个底电极，多个芯片4的上表面可分别通过导线7连接到第一电极5，至少一个底电极可通过导线连接到所述第二电极6。这样，当柔性电子器件启动时，第一电极5和第二电极6可向芯片4提供电压，以使芯片4能够正常实现其功能。

下面对柔性电子器件的制造过程进行说明。

图3示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。如图3所示，该方法可以包括步骤s11至步骤s14。

在步骤s11中，将液态的柔性材料浇注到半导体模具上并进行固化处理，获得柔性基底，柔性基底的表面上具有多个基座以及在多个基座之间的连接部；

在步骤s12中，在柔性基底的表面上沉积金属层；

在步骤s13中，对金属层进行刻蚀处理，形成金属互联结构，金属互联结构包括处于多个基座上的底电极、处于柔性基底的表面上的互联电极以及处于连接部上的导电层；

在步骤s14中，将芯片贴合到底电极并连接芯片、互联电极及底电极，形成柔性电子器件。

根据本公开的实施例，能够将液态的柔性材料浇注到半导体模具上并进行固化处理以获得柔性基底；在柔性基底的表面上沉积金属层，并对金属层进行刻蚀处理以形成金属互联结构，金属互联结构包括底电极、互联电极及导电层；并且，将芯片贴合到底电极并连接芯片、互联电极及底电极以形成柔性电子器件，从而实现了柔性电子器件制造过程中的应变隔离，提高了柔性电子器件的可延展性。

图4示出根据本公开一实施例的柔性电子器件的制造方法的流程图。在一种可能的实现方式中，如图4所示，在步骤s11之前，该方法还可包括半导体模具的制备步骤：

在步骤s15中，以预设图案对硅片进行刻蚀处理，获得刻蚀后的硅片；

在步骤s16中，对刻蚀后的硅片进行清洗及脱模处理，获得半导体模具，其中，半导体模具上具有凹槽，凹槽的形状与柔性基底的表面的形状互补。

在本实施例中，半导体模具可以是在硅、二氧化硅等半导体材料上直接制备凹槽而形成的模具，也可以采用其他半导体晶体材料制作模具，本公开对此不作限制

图5示出根据本公开一实施例的半导体模具的结构示意图。如图5所示，可例如在硅片9上形成凹槽10，凹槽10的形状与柔性基底的表面结构互补，凹槽的结构可根据所需的柔性基底表面结构确定。

在一种可能的实现方式中，步骤s15可以包括：

在硅片的一面上旋涂光刻胶；

将预设图案转移到光刻胶上，形成第二掩膜层；

以第二掩膜层为掩膜，对硅片进行刻蚀处理，获得刻蚀后的硅片。

在该实现方式中，可首先将硅片解理至合适大小，然后采用匀胶机在硅片一面旋涂光刻胶。例如，可以控制匀胶机以3000转/秒的速度旋涂光刻胶enpi202。可以通过对匀胶机的转速和旋转时间进行设置，以使生成的光刻胶厚度满足后续工艺的需求。

在该实现方式中，将旋涂后的光刻胶进行第一次烘烤后，以预设图案的掩膜版为掩膜，通过汞弧灯等辐射源对光刻胶进行曝光，将预设图案转移到光刻胶上。将曝光后的光刻胶进行第二次烘烤，烘烤后采用显影液对光刻胶进行显影，形成第二掩膜层。

其中，第一次烘烤的烘烤温度可以是110℃，时间可以是5min。以预设图案的掩膜版为掩膜，采用紫外光曝光光刻胶，曝光时间可以是17s，将预设图案转移到光刻胶上。将曝光后的光刻胶进行第二次烘烤，烘烤温度可以是110℃，时间可以是5min。第二次烘烤后采用显影液对第二次烘烤后的光刻胶进行显影，显影时间可以是34s，形成第二掩膜层。本领域技术人员可以对第一次烘烤的温度和时间、曝光的时间、第二次烘烤的温度和时间以及显影的时间进行设置。本公开对此不作限制。

在该实现方式中，以第二掩膜层为掩膜，可以采用感应耦合等离子体刻蚀硅片，将硅片刻蚀至一定深度，例如深度可以是5μm。可以根据实际需要对刻蚀的方法以及刻蚀的深度进行设置，以使刻蚀后的硅片满足后续工艺需求，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，在步骤s16中，可以对刻蚀后的硅片进行清洁及脱模处理，获得半导体模具，其中，半导体模具上具有凹槽，凹槽的形状与柔性基底的表面的形状互补。

在该实现方式中，可以采用丙酮去除刻蚀后的硅片表面的光刻胶enpi202掩膜，并用乙醇清洗，吹干。然后，可将清洗后的硅片置于三甲基氯硅烷溶液中进行浸泡30～60min，进行脱模处理，获得半导体模具。本领域技术人员可以根据实际需要对脱模处理使用的清洁剂种类进行选择以及浸泡时间进行设置，以使得半导体模具满足后续工艺的需求，本公开对此不作限制。

通过这种方式，可以得到与柔性基底的表面形状互补的半导体模具，并且脱模处理后的半导体模具易于与柔性基底分离，从而降低柔性基底与模具的分离难度。

在一种可能的实现方式中，在步骤s11中，可将液态的柔性材料浇注到半导体模具上并进行固化处理，获得柔性衬底。例如，可将液态的柔性材料浇注到半导体模具上，在50℃～80℃的温度条件下固化30分钟～90分钟，然后使得固化的柔性材料与半导体模具分离，获得柔性基底。

在该实现方式中，可以根据液态的柔性材料的质量、粘稠度等物理性质将液态的柔性材料与固化剂按照比例进行混合，形成未固化的柔性材料混合液，将未固化的柔性材料混合液浇注到半导体模具上，可以根据未固化的柔性材料混合液的质量、粘稠度等参数设置固化温度和固化时间，获得柔性基底。

举例来说，可以将液态pdms与固化剂按照10g:1g的比例进行混合，形成未固化的pdms混合液，将该混合液浇注在半导体模具上，在65℃下固化1h后，从半导体模具上将pdms轻轻撕下，使得固化的柔性基底与半导体模具分离，获得柔性基底。应当理解，本领域技术人员可以根据实际需要对所需固化剂的种类，液态的柔性材料与固化剂的混合比例以及柔性材料混合液的固化的温度与时间进行设置，本公开对此不作限制。

通过这种方式，能够避免相关技术中的柔性可延展电子器件制备工艺中的转印流程，从根本上避免在转印过程中由于受力不均而导致的电子器件失效问题。

在一种可能的实现方式中，在步骤s12中，可在柔性基底的表面上沉积金属层。例如，可采用电子束蒸发镀膜的方法进行铜薄膜沉积。在沉积过程中，由于柔性基底表面的微结构(多个基座及连接部)的调控作用，沉积的薄膜(金属层)表面在连接部处形成特定的褶皱(如图2所示)，功能单元部分(多个基座)的表面仍然保持平整，没有褶皱产生。

通过这种方式，利用柔性基底表面的微结构(多个基座及连接部)，能够有效对由于热失配、残余应力造成的褶皱进行调控，从而实现利用褶皱增加柔性可延展器件的延展性的效果；并且，利用柔性基底表面的微结构，能够大大降低薄膜脱层时的能量释放率，有效减缓薄膜的脱层情况，极大地改善薄膜的粘附性能。

在本实施例中，可以采用电子束蒸发镀膜(electronbeamevaporation)、真空蒸发镀膜、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜等方法在柔性基底表面沉积金属层。本领域技术人员可以根据实际需要对沉积金属层的方式进行设置，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，金属层的材料包括金、银、铜和铝中的任意一种。金属层的材料还可以是具备电学传导性能的其他金属材料，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，在步骤s13中，可对金属层进行刻蚀处理，形成金属互联结构，金属互联结构包括处于多个基座上的底电极、处于柔性基底的表面上的互联电极以及处于连接部上的导电层。

在一种可能的实现方式中，步骤s13可以包括：

在金属层上旋涂光刻胶并加热固化光刻胶，获得待刻蚀的柔性基底；

将待刻蚀的柔性基底置于目标温度下预定时间后，对光刻胶进行显影处理，形成第一掩膜层；

以第一掩膜层为掩膜，对金属层进行刻蚀处理，形成金属互联结构，其中，目标温度为在柔性基底的表面上沉积金属层期间的温度。

在该实现方式中，可以通过匀胶机在金属层上旋涂光刻胶(例如正光刻胶az4620)，并通过加热的方式固化光刻胶，获得待刻蚀的柔性基底。可以根据实际需要对旋涂光刻胶及固化光刻胶的方式进行设置，本公开对此不作限制。

举例来说，在金属层上通过匀胶机旋涂正光刻胶后，可在加热板上固化正光刻胶，温度设置为130℃，加热时长为5min。应当理解，本领域技术人员可以根据实际需要对光刻胶的种类，匀胶机的转速和时间、固化光刻胶的方式进行设置，本公开对此不作限制。采用加热固化方式时，可以根据所选光刻胶的种类及质量对加热温度和时间进行设置，本公开对此不作限制。

在该实现方式中，为了消除在光刻过程中由于光刻胶热胀冷缩造成的光刻误差，可通过恢复至薄膜沉积过程时的环境参数的方式减小环境误差。例如，可将待刻蚀的柔性基底在目标温度下保持预定时间(例如，10min)。然后，以预制的掩膜版为掩膜，通过汞弧灯等辐射源对待刻蚀柔性基底上的光刻胶进行曝光和显影，将掩膜版图形转移到光刻胶上，形成第一掩膜层。本领域技术人员可以根据实际需要对待刻蚀柔性基底在目标温度下保持的预定时间进行设置，可以根据沉积金属层的温度设置目标温度，本公开对此不作限制。

通过这种方式，可以提高光刻对准的精度，有效降低在光刻过程中由于外界状态的变化而造成的误差。

在该实现方式中，以第一掩膜层为掩膜，可以采用反应离子刻蚀等干刻蚀方法，还可以采用铜刻蚀液等湿法刻蚀等方式对金属层进行刻蚀，形成金属互联结构。对金属层刻蚀处理后形成金属互联结构。如图1所示，金属互联结构可包括处于多个基座2上的底电极、处于柔性基底1的表面上的互联电极以及处于连接部3上的导电层。本领域技术人员可以根据实际需要对刻蚀金属层的方法进行设置，本公开对此不作限制。

在一种可能实现方式中，多个基座之间通过连接部连接，底电极之间通过连接部上的导电层导通，连接部的形状为蛇形、s形和网格形中的任一种，导电层上有褶皱，如图2所示。

在该实现方式中，多个基座2之间通过连接部3连接，底电极5之间通过连接部3上的导电层导通。由于连接部3是s形，因此在金属层沉积的过程中，在连接部3的s型结构的调控作用下，底电极和互联电极保持平整，而连接部3上的导电层形成特定的褶皱，特性的褶皱结构满足了柔性电子器件对特定延展性的需求。连接部的形状还可以是其他易于延展的形状，本领域技术人员可以根据柔性电子器件延展性的实际需要对连接部形状进行设置，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，在步骤s14中，可将芯片贴合到底电极并连接芯片，互联电极及底电极，形成柔性电子器件。

在一种可能的实现方式中，如图1所示，互联电极可包括第一电极5和第二电极6。

在一种可能的实现方式中，步骤s14可以包括：

将多个芯片的下表面分别贴合到多个底电极；

通过导线将多个芯片的上表面分别连接到第一电极；

通过导线将至少一个底电极连接到第二电极。

在该实现方式中，可以使用银胶将芯片贴在底电极上，还可以采取其他粘贴剂使得芯片与底电极连接。可以根据实际需要对芯片与电极连接的方式进行设置，本公开对此不作限制。

在该实现方式中，如图1所示，芯片4的下表面可贴合到多个底电极上，通过导线7将多个芯片4的上表面分别连接到第一电极5，通过导线将至少一个底电极连接到第二电极6。

在一种可能的实现方式中，第一电极5可例如连接到电源电压(vdd)，第二电极6可例如接地(gnd)。芯片4可例如为led芯片，led芯片的下表面(led底电极)分别贴合到多个底电极；led芯片的上表面(led顶电极)通过金线分别连接到第一电极5(vdd)；多个底电极中的一个连接到第二电极6(gnd)。这样，当柔性电子器件启动时，第一电极5和第二电极6可向led芯片提供电压，以使led芯片能够正常发光。

需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了柔性电子器件的制造方法如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各步骤，只要符合本公开的技术方案即可。

根据本公开的实施例，能够将液态的柔性材料浇注到半导体模具上并进行固化处理以获得柔性基底，能够避免相关技术中的柔性可延展电子器件制备工艺中的转印流程，从根本上避免在转印过程中由于受力不均而导致的电子器件失效问题；并且，在柔性基底的表面上形成包括底电极、互联电极及导电层的金属互联结构，实现了对由于热失配、残余应力造成的褶皱的调控，从而实现利用褶皱增加柔性可延展器件的延展性的效果。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。