一种基于反模的“I”型结构PDMS基体的制造方法与流程

本发明属于柔性可延展电子(flexibleandstretchableelectronics)的技术领域，具体涉及一种“i”型结构pdms基体的制造方法。

背景技术：

柔性可延展电子(flexibleandstretchableelectronics)技术是将电子元件和连接电子元件的交联导体全部集成在柔性可延展基体上的新兴电子技术。与传统集成电子技术相比，其最突出的特点就是将核心电子器件集成在柔性基体上。柔性基体包括各种柔软的材料，如具有超弹性性质的塑料以及生物体的表层等。柔性基体取代传统刚性基板，使得施加在整个电子器件上的大尺度变形基本上全部通过柔性基体的变形和交联导体的面外失稳或扭曲大变形消化掉，核心电子元器件相对而言变形很小。因此柔性电子器件的设计突破了传统刚性基板的限制，使整个器件在承受大尺度的拉压、折叠、扭曲等变形的同时而保持原有功能基本不变。

为了将砷化镓薄膜太阳能电池组件集成在基底加岛体的基体上，本申请人在中国专利申请(专利申请号2017103362864)中提出了基于柔性基体结构化设计的空间薄膜太阳能电池器件的具有最佳变形隔离效应的基体设计方案，制造“i”型结构的由岛体1、连接柱体2和基底3构成的聚二甲基硅氧烷pdms基体。所述的“i”型结构是连接柱体2以等间距列阵式分布于连续的基底3之上，岛体1位于连接柱体2之上，其中岛体1的横向尺寸大于或者略大于连接柱体2的横向尺寸即施加在基体上的变形对岛体的表层部分几乎不会产生任何变形，从而大幅度延长了电子器件的使用寿命。

技术实现要素：

鉴于“i”型结构pdms构造的特异性，本发明的目的是提出一种“i”型结构pdms(聚二甲基硅氧烷)基体的制造方法，该制造方法通过硅模具的制备→pdms反模具的制备→pdms反模具的表面处理→使用pdms反模具倒模，利用柔性可拉伸的pdms材料制作反模具，从而制得具有特殊的“i”型结构pdms基体。经本发明制造的“i”型结构pdms基体具有最佳的变形隔离效应，使得施加在基体上的大变形对岛体表层部分几乎不会产生任何变形，从而大幅度延长了集成在基体上的电子器件的使用寿命。

本发明为实现发明目的，采用如下的具体手段：

一种基于反模的“i”型结构pdms基体的制造方法，用于制造“i”型结构的由岛体1、连接柱体2和基底3构成的聚二甲基硅氧烷pdms基体；所述的“i”型结构是连接柱体2以等间距列阵式分布于连续的基底3之上，岛体1位于连接柱体2之上，其中岛体1的横向尺寸大于或者略大于连接柱体2的横向尺寸；包括如下处理步骤：

步骤一：硅模具的制备

对硅片进行两次深度为100μm的表面图案化刻蚀，制备得到具有台阶状凸点的硅模具；

步骤二：pdms反模具的制备

(a)配制分别用主剂和硬化剂以质量比为5:1和10:1比例混合均匀，并且抽真空30分钟～40分钟，得到的1号液态pdms和2号液态pdms，将1号液态pdms滴入步骤一中制备的硅模具内，使得1号液态pdms刚好没过硅模具边缘和凸点顶部；

(b)放入真空箱，再次抽真空20分钟～30分钟，使得1号液态pdms浸润到硅模具的坑槽中；

(c)去除硅模具边缘和凸点顶部由于过剩流出的1号液态pdms；

(d)放入120℃的烘箱中热烘一个小时，使其固化；

(e)再次去除残留在硅模具边缘和凸点顶部的固态pdms残渣；

(f)脱模，制得pdms反模具；

步骤三：pdms反模具的表面处理

(a)修剪，裁去边缘不规整残渣，并用去离子水冲洗后放入玻璃容器中；

(b)pdms反模具的表面清洗；

(c)将清洗后的pdms反模具分别对其正面和反面喷涂az4620光刻胶，在其表面形成一层厚度为5μm～10μm的隔离膜，制得最终处理完毕的pdms反模具。

步骤四：利用pdms反模具倒模

(a)将步骤三处理得到的pdms反模具平铺固定在干净的硅片上；

(b)将硅片安装在匀胶机上，在转速为300转/分的条件上，滴加入1毫升～2毫升的2号液态pdms，匀胶20秒～30秒后，得到第一次旋涂片；

(c)将第一次旋涂片放入真空箱，抽真空40分钟～50分钟，使得2号液态pdms浸润到pdms反模具的孔洞内；

(d)再次将硅片安装在匀胶机上，在转速为300转/分的条件上，滴加入1毫升～2毫升的2号液态pdms，匀胶20秒～30秒后，得到第二次旋涂片；

(e)放入65℃的烘箱中热烘两个小时，使其固化；

(f)将固化后的二次旋涂片取出，放入玻璃容器中，向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的丙酮，然后将玻璃容器放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗20分钟～30分钟，分离pdms反模具和“i”型结构pdms基体；

(g)将“i”型结构pdms基体取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入质量浓度为95％的无水乙醇，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟；

(h)烘干，得到“i”型结构pdms基体。

本发明“i”型结构pdms基体的制造方法，其优点在于：

(1)首次尝试使用柔性可拉伸材料pdms来制作反模具，从而可以制造“i”型结构pdms基体。

(2)用主剂和硬化剂以质量比为5:1比例混合均匀配制的1号液态pdms，固化得到的固态pdms具有相对较高的强度和硬度，比相对柔软的固态pdms有利于制作反模具。

(3)用主剂和硬化剂以质量比为10:1比例混合均匀配制的2号液态pdms，固化得到的固态pdms具有相对柔软的物理性能，更容易从模具中拔出。

(4)在pdms反模具上喷涂一层az4620光刻胶隔离膜，可以轻易的使用丙酮把其隔离膜清洗掉，从而将pdms反模具和“i”型结构pdms基体分离。

(5)所制造的“i”型结构pdms基体具有最佳的变形隔离效应，使得施加在基体上的大变形对岛体表层部分几乎不会产生任何变形，从而大幅度延长了集成在基体上的电子器件的使用寿命。

(6)所制造的“i”型结构pdms基体无色透明，可用于太阳能电池器件等。

附图说明

图1是本发明一种“i”型结构pdms基体制造方法的步骤流程框图。

图2是“i”型结构pdms基体的结构图。

图3是硅模具表面图案结构示意图。

图4是pdms反模具的结构示意图。

图5是喷涂隔离层后的pdms反模具实物图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施案例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种利用深硅刻蚀工艺、pdms拔模工艺和喷胶工艺从软模具中拔出“i”型结构pdms基体的制造方法，该方法中首次尝试使用柔性可拉伸材料pdms来制作反模具，因此可以制得岛体1的横向尺寸大于或者略大于连接柱体2的横向尺寸的“i”型结构pdms基体(如图2所示)，使得该基体具有最佳的变形隔离效应，并且可以制得形状为正方立柱体、圆柱体、菱形柱体，以及其它特殊形状柱体的连接柱体2。

在以下实施例中所用的pdms具体名称为“聚二甲基硅氧烷”，品牌为“道康宁dc184”，制造商为“dowcorning”，具有主剂(a剂)和硬化剂(b剂)两部分。

步骤一：硅模具的制备

对硅片进行两次深度为100μm的表面图案化刻蚀，制备得到具有台阶状凸点的硅模具。

步骤二：pdms(聚二甲基硅氧烷)反模具的制备

(a)配制分别用主剂和硬化剂以质量比为5:1和10:1比例混合均匀，并且抽真空30分钟～40分钟，得到的1号液态pdms和2号液态pdms，将1号液态pdms滴入步骤一中制备的硅模具内，使得1号液态pdms刚好没过硅模具边缘和凸点顶部；

(b)放入真空箱，再次抽真空20分钟～30分钟，使得1号液态pdms浸润到硅模具的坑槽中；

(c)使用平直的棉签去除硅模具边缘和凸点顶部由于过剩流出的1号液态pdms；

(d)放入120℃的烘箱中热烘一个小时，使其固化；

(e)再使用平直的棉签去除残留在硅模具边缘和凸点顶部的固态pdms残渣；

(f)脱模，制得pdms反模具。

步骤三：pdms反模具的表面处理

(a)修剪，裁去边缘不规整残渣，并用去离子水冲洗后放入玻璃容器中；

(b)向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的正己烷，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟得到第一次处理后的pdms反模具；

(c)将第一次处理后的pdms反模具取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的丙酮，然后将玻璃容器放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟得到第二次处理后的pdms反模具；

(d)将第二次处理后的pdms反模具取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入质量浓度为95％的无水乙醇，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟得到第三次处理后的pdms反模具；

(e)将第三次处理后的pdms反模具分别对其正面和反面喷涂az4620光刻胶，在其表面形成一层厚度为5μm～10μm的隔离膜，制得最终处理完毕的pdms反模具。

步骤四：利用pdms反模具倒模

(a)将步骤三处理得到的pdms反模具平铺固定在干净的硅片上；

(b)将硅片安装在匀胶机上，在转速为300转/分的条件上，滴加入1毫升～2毫升的2号液态pdms，匀胶20秒～30秒后，得到第一次旋涂片；

(c)将第一次旋涂片放入真空箱，抽真空40分钟～50分钟，使得2号液态pdms浸润到pdms反模具的孔洞内；

(d)再次将硅片安装在匀胶机上，在转速为300转/分的条件上，滴加入1毫升～2毫升的2号液态pdms，匀胶20秒～30秒后，得到第二次旋涂片；

(e)放入65℃的烘箱中热烘两个小时，使其固化；

(f)将第二次旋涂片取出，放入玻璃容器中，向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的丙酮，然后将玻璃容器放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗20分钟～30分钟，分离pdms反模具和“i”型结构pdms基体；

(g)将“i”型结构pdms基体取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入质量浓度为95％的无水乙醇，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟；

(h)烘干，得到“i”型结构pdms基体。

实施案例：圆柱型连接柱体2的“i”型结构pdms基体的制造方法

步骤一：硅模具的制备

对硅片进行两次深度为100μm的表面图案化刻蚀。如图3所示，第一次按图3a表面图案结构刻蚀100μm，第二次按图3b表面图案结构刻蚀100μm，制备得到具有台阶状凸点的硅模具。

步骤二：pdms(聚二甲基硅氧烷)反模具的制备

(a)配制分别用主剂和硬化剂以质量比为5:1和10:1比例混合均匀，并且抽真空30分钟～40分钟，得到的1号液态pdms和2号液态pdms，将1号液态pdms滴入步骤一中制备的硅模具内，使得1号液态pdms刚好没过硅模具边缘和凸点顶部；

(b)放入真空箱，再次抽真空20分钟～30分钟，使得1号液态pdms浸润到硅模具的坑槽中；

(c)使用平直的棉签去除硅模具边缘和凸点顶部由于过剩流出的1号液态pdms；

(d)放入120℃的烘箱中热烘一个小时，使其固化；

(e)再使用平直的棉签去除残留在硅模具边缘和凸点顶部的固态pdms残渣；

(f)脱模，制得如图4所示的pdms反模具。

步骤三：pdms反模具的表面处理

(a)修剪，裁去边缘不规整残渣，并用去离子水冲洗后放入玻璃容器中；

(b)向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的正己烷，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟得到第一次处理后的pdms反模具；

(c)将第一次处理后的pdms反模具取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的丙酮，然后将玻璃容器放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟得到第二次处理后的pdms反模具；

(d)将第二次处理后的pdms反模具取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入质量浓度为95％的无水乙醇，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟得到第三次处理后的pdms反模具；

(e)将第三次处理后的pdms反模具分别对其正面和反面喷涂az4620光刻胶，在其表面形成一层厚度为5μm～10μm的隔离膜，如图5所示制得最终处理完毕的pdms反模具。

步骤四：利用pdms反模具倒模

(a)将步骤三处理得到的pdms反模具平铺固定在干净的硅片上；

(b)将硅片安装在匀胶机上，在转速为300转/分的条件上，滴加入1毫升～2毫升的2号液态pdms，匀胶20秒～30秒后，得到第一次旋涂片；

(c)将第一次旋涂片放入真空箱，抽真空40分钟～50分钟，使得2号液态pdms浸润到pdms反模具的孔洞内；

(d)再次将硅片安装在匀胶机上，在转速为300转/分的条件上，滴加入1毫升～2毫升的2号液态pdms，匀胶20秒～30秒后，得到第二次旋涂片；

(e)放入65℃的烘箱中热烘两个小时，使其固化；

(f)将第二次旋涂片取出，放入玻璃容器中，向玻璃容器中加入10毫升～20毫升的丙酮，然后将玻璃容器放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗20分钟～30分钟，分离pdms反模具和“i”型结构pdms基体；

(g)将“i”型结构pdms基体取出，用去离子水冲洗10秒，放入另一玻璃容器中，加入质量浓度为95％的无水乙醇，然后放置于超声清洗机中，在功率700瓦～1000瓦、工作频率28khz～40khz的条件下超声清洗10分钟～20分钟；

(h)烘干，得到圆柱型“i”型结构pdms基体。