专利名称：柔性电子器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于安装到弯曲或柔性支架上的柔性电子器件及其制造方法。
由于在不断增加的各种各样的应用中安装电子部件的趋势，对于制造柔性电子器件的能力的需求日见增长。例如，这些器件可用在“灵活插件板”中，即包括微控制器和安全存储器的塑料信用卡片。
已经发现制作在柔性塑料基片上的大面积电子部件(LAE)出现很多问题。这些问题包括低热聚集、差质量器件、半导体器件中的层的龟裂和粘附性不好、吸水、以及由于塑料基片的膨胀和收缩造成的层与层对准差。
WO-A-00/46854介绍了一种用于制造柔性有源矩阵显示器的技术。承载电路元件的成形块料以浆料形式淀积在包括互补凹槽的柔性基片上。该块料落在各自的凹槽中，然后一起电耦合以形成有源矩阵。
在EP-A-1014452中公开的工艺中，薄膜器件形成在提供在基片上的隔离层上。氢离子被注入到该隔离层中。然后通过用激光照射该层，使隔离层与基片分离，这个工艺被现有注入步骤的效果加速。然后该器件被转移到另一个基片上。通过转移已经被分离地制造在其它基片上的多个更小单元，可以形成大规模有源矩阵基片。
本发明的目的是提供一种形成能弯曲的电子器件的改进方法以及改进的柔性电子器件。
本发明提供一种制造电子器件的方法，包括以下步骤(a)在刚性材料层中形成变薄区域的预定图形，以便确定刚性层的邻接部分；(b)在刚性层上提供电子元件；和(c)形成在不同部分上的元件之间延伸的柔性连接器。
根据该方法，元件和连接器很方便地形成在刚性层上，并且变薄区域保证了器件的连续弯曲以预定方式分割刚性层。柔性连接器穿过变薄区域延伸，一旦已经沿着变薄区域分割刚性层，也可以保持连接，并允许器件进一步弯曲而不影响器件的操作。
在变薄区域提供在与元件和连接器相反的刚性层的一面上的地方，可优选在步骤(b)和/或步骤(c)之后进行步骤(a)。则在制造元件和/或连接器的工艺期间刚性层以更坚固的形式存在。
该方法可以使实质区域的电路转移到柔性基片上，然后以控制方式折断，因而组合件是柔性的。可以在完成的器件中折断刚性层，或者，可以在器件使用期间使其断裂。
本发明还提供制造电子器件的方法，包括以下步骤(a)在刚性层上提供电子元件；(b)形成在刚性层的不同连续部分上的元件之间延伸的柔性连接器；和(c)将刚性层分割成邻接部分。
本发明结合了在更坚固、易碎材料上制造电子元件和连接器与在已经形成元件和连接器之后能使器件弯曲的操作优点。在优选实施例中，该方法包括在柔性基片上安装刚性层的步骤。一旦被分割，柔性基片可提供对刚性层的支撑，而不会妨碍器件弯曲。
例如，该方法适用于在玻璃或其它刚性材料上形成大面积电子部件(LAE)，或在硅上制造集成电路。
本发明还提供一种电子器件，包括其上具有电子元件的刚性材料层、由刚性层的变薄区域确定的刚性层的邻接部分、以及在不同部分上的元件之间延伸的柔性连接器。
本发明另外提供这样的器件，其中已经沿着一个或多个变薄区域分割刚性层，以使该器件是柔性的。
根据另一个方案，本发明提供一种电子器件，包括其上具有电子元件的刚性材料层和在刚性层的不同邻接部分上的元件之间延伸的柔性连接器，该刚性层被分割成邻接部分，因此该器件是柔性的。
因此，该电子器件提供有已经被分离的而不是被变薄区域连接的邻接部分。这适用于器件以分割形式足够坚固以用于其以下操作。连接器单独可以是很安全和坚固的足以保持邻接部分在一起，直到该器件被安装到基片上。
刚性层优选包括易碎材料，如玻璃或硅，而柔性层可包括例如塑料。
可以通过刻蚀或喷砂该刚性层或者采用金刚石圆锯条形成变薄区域。或者，可通过采用例如金刚石尖切割器、或者金刚石或碳化物边缘砂轮对刚性层进行划割，或通过采用激光器以烧蚀细凹槽或狭缝，由此形成变薄区域。变薄区域可包括部分地从一面或两面穿过一层的凹槽或狭缝。在其它实施例中，变薄区域可包括完全穿过刚性层的狭缝或穿孔。
在另外的优选实施例中，变薄区域可包括形成在相对宽的凹槽底部的细凹槽或狭缝。当其为柔性以便减小由与凹槽相邻的刚性层表面确定的角度时，较宽凹槽的较大宽度和深度可减少在刚性层的断裂的相反端发生分离。而且，细凹槽保证了可精确确定在变薄区域的断裂位置。
变薄区域优选是线性的，即它们沿着直线和/或曲线延伸，而且还优选具有基本上小于其长度的宽度，以便以控制方式沿着它们的长度发生破裂。可以在电子元件已经制造在刚性层上之前或之后产生变薄区域。由变薄区域确定的邻接部分应该足够小，以便在器件的正常使用期间除了变薄区域的折断之外不发生刚性层的破裂。
可通过采用激光器或其它能束以局部加热该层，然后通过采用例如空气流或液体冷却剂快速冷却或“淬火”处理，将刚性层分割成邻接部分。由该处理感应的应力可清洁地折断该层而不需要使其弯曲。在其它情况下，例如对于相对厚层，这个处理可以只在预定区域变薄该层，然后弯折使其断裂。
连接器例如可在步骤(b)中通过向刚性层上电镀金属形成。这可包括在电镀金属连接器之前淀积籽层的步骤。可在电镀金属之前，在刚性层上确定光刻胶区域，以便连接器的部分在光刻胶上形成桥，然后去掉光刻胶。因此得到连接器能弯曲，因此尽管器件弯曲也能保持不同部分上的元件的电连接。每个连接器可包括在刚性层的变薄部分要断裂的位置上延伸的一个柔性桥部分，或者可包括手风琴式结构的几个桥。
下面通过例子和参考附图介绍本发明的实施例，其中
图1A-D示出了根据本发明实施例制造柔性器件中的步骤的部分剖面侧视图；图2A-D示出了刚性层的部分截面侧视图，表示制造该层的不同方式；
图3A-C表示制造如1C和1D中所示的连接器16时的步骤的部分截面侧视图；图4表示如图1D中所示的柔性器件的平面图；和图5表示具有安装在其上的柔性电子器件的灵活插件板。
用于制造柔性器件的工艺示于图1A-D中。图1A表示通过玻璃层2的平面的部分横截面图。示出了两个变薄区域4，每个变薄区域由形成在该层的相对面8和10中的一对凹槽构成，每个凹槽垂直于横截面延伸。该凹槽例如可通过刻蚀或喷砂工艺形成。该凹槽在其间确定该层中的邻接部分或岛。
图1中所示的凹槽6具有矩形横截面。然而，可采用其它横截面形状，如三角形横截面，其中三角的定点确定刚性层中的最后断裂的线。
然后在该层的上表面8上形成电子元件12(图1B)。可采用公知LAE技术形成这些元件，并包括非晶、微晶或多晶器件。该工艺还适用于采用硅层代替玻璃层2而在硅上形成集成电路。
添加导电和柔性连接器16(图1C)以便在相邻岛上的器件之间形成连接。这些连接器的形成将在下面参照图2介绍。玻璃层安装在塑料或聚合物基片18上。然后将该组件弯曲，以便按控制方式沿着变薄区域4折断玻璃层。箭头20表示弯曲的方向以便折断变薄区域4。应该明白，还适于在不平行于图1中所示方向的其它方向弯曲该组件以折断变薄区域。弯曲工艺在变薄区域中产生裂纹22，如图1D中所示。结果是，岛14可互相移动，但是经过电镀桥16而保持电连接。
通常，玻璃层的厚度可以为约0.7mm或以下。岛可以为约5mm×5mm。这个岛尺寸是以用在柔性灵活插件板技术中的目前最大晶体硅芯片尺寸25mm2为基础的。这是由在发生集成电路芯片破裂和/或其它类型故障之前所能承受的弯曲程度决定的。这些尺寸可以改变以适合特殊应用以及所使用材料和电路的性能的要求。应该明白，可用于形成刚性层2并且相对于柔性层是刚性的不同材料可具有变化的刚度。岛应该足够小以便在正常使用时的弯曲器件期间避免破裂。
折断刚性层2的其它方法适于图2A-D中。与图1中所示的相比，优选在刚性层的表面中形成相对细的凹槽，以确定变薄区域。这可以通过采用例如金刚石尖切割器的划割工艺来实现。或者，可采用激光器以烧蚀制造刚性层的材料，形成细凹槽。通过这种方式，可精确确定刚性层中的折断位置。
采用这种工序折断的刚性层示于图2A中。通过在刚性层的上或下表面8、10中形成细凹槽或划线，确定裂痕22的位置。接下来弯曲刚性层将引起刚性层沿着细凹槽的长度断裂。
图2B-D表示又一实施例，其中细凹槽与相对大凹槽7组合，以便与图2A中所示的相比提供在断裂刚性层中的更大程度的柔性。相对大凹槽可以形成在刚性层的上表面8中(图2B)、下表面10(图2C)或上表面和下表面8、10中(图2D)。细凹槽用于确定在相对大凹槽6的基底23中的完全裂纹22的位置。
由划割工艺形成的细凹槽一般可为约2.5-7μm深。划割工艺可引起划线的一侧横向破裂，得到的包括这个破裂的凹槽宽度约为100-200μm。
上述相对宽凹槽的尺寸可根据几个因素选择。宽凹槽可用于引导划割工具，在这种情况下凹槽相对其深度应该足够宽以容纳划割工具的角度。宽凹槽深度可以被选择以便确定折断刚性层所需要的弯曲量。其宽度应该优选足以在刚性层弯曲时避免凹槽的相对壁之间接触。通常，相对大凹槽的宽度和深度应该是刚性层的厚度的一半到三分之一或以下。
应该理解在图2中所示的每个实施例中，在划割上表面8时，这个步骤应该在形成连接器16之前进行，而下表面10的划割应该在刚性层被安装到另一基片上之前的任何阶段进行。
下面参照图3介绍用于形成柔性连接器的工艺的例子。图3A表示在玻璃层2的上表面8中的变薄区域或凹槽6的放大截面图。向表面8上淀积光刻胶，然后构图，以便在凹槽6的区域中形成三个块料24、26和28。块料26位于凹槽的底部，而块料24和28位于凹槽的各个边缘附近。然后采用例如荫罩在箭头34的方向淀积薄电镀籽层30(如图3B中所示)，以便该层在块料26上延伸并到达块料24和28的边缘。该籽层30可由例如铬上铜构成。
然后在籽层30电镀连接器16。镍或铜可用于形成连接器。然后去掉光刻胶块料24、26和28，留下完成的连接器(图3C)。如关于图1所述的，玻璃层的弯曲在连接器下面形成裂缝22。正如所看到的，块料26的存在导致连接器中的手风琴式结构，其作为桥在裂缝上延伸。该连接器可以容纳为控制玻璃层的断裂所需的玻璃层的弯曲而不破裂。
图4表示采用上述技术形成的柔性电子器件38的示意平面图。该器件包括多个邻接部分14，每个邻接部分支撑几个电子元件12并由连接器16互连。虚线36表示岛14的边界。
本发明的电子器件可用在灵活插件板中。灵活插件板40示于图5中。其包括具有安装在其上的元件44的柔性塑料插件板42，该插件板包括这里所述的柔性电子器件的实施例。在提供存储器的同时，这些插件板可包括其它特征，如用于提高牢固性的生物测试功能(例如指纹传感器)、键盘、显示器、扬声器、扩音器等。本发明可在目前采用的约25mm2面积基础上增加总芯片面积。外部读出器或电源例如可以经过包含在元件44中的电接触表面(未示出)连接到该器件。
这些器件还可用于使柔性显示器(例如PLED)(发光聚合物显示器)或液晶显示器)结合到衣服或安装到任何弯曲或柔性基片上，如计算机鼠标、汽车仪表板、灯罩、玩具等。
通过阅读上述公开内容，对于本领域技术人员来其它改变和修改是显而易见的。这种改变和修改可包括在电子器件的设计、制造和使用中已经公知的等效性和其它特征，并且可用这里所述的其它结构代替或附加。
虽然权利要求书已经在本申请中被表示为特征的特定组合，但是应该理解本发明所公开的范围还包括这里明确说明或隐含的或其任何概括的新特征或特征的任何新组合，不管是否涉及与目前任何权利要求中所要求保护的一样的本发明和不管缓和了如本发明所解决的相同的任何或所有技术问题。在分开的实施例中介绍的特征也可以在一个实施例中结合提供。相反，简言之在一个实施例中所述的各个特征也可以分开提供或位于任何合适的子组合中。因此本申请人注意到在实施本申请或从其衍生的进一步任何申请期间，新权利要求可阐述这种特征和/或这种特征的组合。
权利要求
1.一种制造电子器件的方法，包括以下步骤(a)在刚性材料层中形成变薄区域的预定图形，以便确定刚性层的邻接部分；(b)在刚性层上提供电子元件；和(c)形成在不同部分上的元件之间延伸的柔性连接器。
2.根据权利要求1的方法，包括沿着变薄区域分割刚性层的步骤。
3.一种制造电子器件的方法，包括以下步骤(a)在刚性层上提供电子元件；(b)形成在刚性层的不同连续部分上的元件之间延伸的柔性连接器；和(c)将刚性层分割成邻接部分。
4.根据前述任何权利要求的方法，包括在柔性基片上安装刚性层的步骤。
5.根据前述任何权利要求的方法，其中连接器是通过在刚性层上电镀金属形成的。
6.根据权利要求5的方法，其中在电镀金属连接器之前淀积籽层。
7.根据权利要求5或6的方法，其中在电镀金属之前在刚性层上确定光刻胶的区域，以便连接器的部分在光刻胶上形成桥，然后去掉光刻胶。
8.一种电子器件，包括其上具有电子元件的刚性材料层、由刚性层的变薄区域确定的刚性层的邻接部分以及在不同部分上的元件之间延伸的柔性连接器。
9.一种电子器件，包括其上具有电子元件的刚性材料层和在刚性层的不同邻接部分上的元件之间延伸的柔性连接器，刚性层被分割成邻接部分，以使该器件是柔性的。
10.根据权利要求9的器件，其中刚性层已经沿着刚性层的变薄区域被分割成邻接部分。
11.根据权利要求8或10的器件，其中变薄区域包括在刚性层的一面或两面中的凹槽。
12.根据权利要求8-11中任一项的器件，其中刚性层安装在柔性基片上。
13.根据权利要求7-12中任一项的器件，其中连接器包括电镀金属。
14.根据权利要求7-13中任一项的器件，其中连接器包括桥状部分。
15.一种具有安装在其上的权利要求7-14中任一项的器件的产品。
全文摘要
公开了一种用于安装在弯曲或柔性支架(42)上的电子器件(38)及其制造方法。该电子器件包括柔性基片(18)和在该基片上具有在其表面上的电子元件的刚性材料层(2)。刚性层(2)的变薄区域(6)确定刚性层的邻接部分，柔性连接器(16)在不同部分上的元件之间延伸。刚性层(2)可沿着变薄区域(6)折断以提供柔性。
文档编号B42D15/10GK1397093SQ01804408
公开日2003年2月12日 申请日期2001年11月23日 优先权日2000年12月1日
发明者P·W·格林 申请人:皇家菲利浦电子有限公司