-
慨要
到目前为止，激光直写（
LDW
）技术，例如激光诱导正向传输（
LIFT
），选
择性的激光烧蚀和金属纳米颗粒
（<
/p>
NP
）
油墨层的选择性激光烧结正在接受
生长注
意打印均匀和定义明确的导电图案，
分辨率低
10
微米。
特别是对于
柔性基板，
广泛地选择性激光烧结这种
NP
图案应用，作为与大面积电子器件兼容的低温和
高分辨率工艺。
在这里工作中，银
NP
油墨的<
/p>
LDW
已经在聚对苯二甲酸乙二醇
酯（<
/p>
PET
），聚乙烯
-
< br>（
PEN
）和聚酰亚胺（
PI<
/p>
）基板以实现低电阻率电极。
更
多详细，
高速短脉冲
（皮秒和纳秒）
激光器，
重复率高达
1
MHz
用于印刷
（
LIFT
）
金属
NP
油墨。
我们因此实现了均匀和连续的模式为
1<
/p>
μ
m
最小特征尺寸和总足
迹大于
1
平方厘米。
接下来，印刷图案激光烧结，在
532nm
的
ns
脉冲在宽激
光积分通量窗口上，产
生电阻率为
10
厘米。
我们进行空间光束成形实验以实
现顶帽激光器强度分布，并采用薄膜（厚度约
为
100nm
）的选择性激光烧蚀
<
/p>
产生具有大约
10
μ
m
的分辨率和低线边缘粗糙度的银微电极。
激光烧结与激光
烧
蚀结合以构成完全自主的微图案技术的金属微特征，具有
10
米分辨率和几何特
性调谐交叉电极用于传感器应用。
1.
介绍
大
面积电子是指有机，
印刷和柔性电子产品。
< br>这个领域在过去十年迅速发
展，
由于对许多应用的增加的
需求作为柔性显示器和传感器，
可穿戴卫生显示器
ING
系统一个第二低成本太阳能电池。
这种趋势更进一步增强了众多竞争优
势的
灵活性电子元件
;
它们通常更坚
固，更轻，便携，并且与它们相比制造成本更
低刚性基片的对应。演示的柔性电子
-tronics
承诺提供坚固，轻便和低成本的
< br>可用性电子在不久的将来。
这些组件都是使用低温制造
工艺，
如印刷将功能材
料直接沉积到柔性基板上
从成本和环境的角度来看。在这方面，对可印刷导电材料的需求不断增加，<
/p>
在上述应用中。
金属纳米颗粒（
NP
）油墨和糊剂目前是最广泛使用的材料
，
其涉及可印刷导电图案的制造塑料基板，
< br>由于它们的低成本，
易于加工和其具有
低玻璃化转变温度
（
Tg
）的兼容性的子
strates
。
银仍然是非常选择的材料
其极高的导
电性，稳定性和高容量，
facturability
。虽然纳
米银产品仍然昂贵
今天，预计批量生产将推动
duction
成本下降。铜似乎是另一个有前途的
用于生产印刷电子的低成本油墨的材料应用，但对于在环境
CO
N-
快速氧化的倾
向
ditions<
/p>
是阻止其广泛使用。
大量的处理的技术，
如喷墨，
气溶胶喷射一个第
二丝网印刷
，大街在这一景观出现了。但是，激光直写（
LDW
）技术，例如选择
性激光烧结和图案化和激光诱导转发转移脱颖而出由于他
们多功能性及其高分
辨率，
仅受衍射限制极限光。
这些技术使印刷几乎任何材料在液相或固相，
甚<
/p>
至在具有低的基材上的
Tg
，
这是清理房间溶剂敏感。
激光诱导正向转移
（
LIFT
）
技术
是在早期引入的
70
年代一个第二是进一步
Bohandy
等研究。或在硅衬底上
的铜图案的激光印刷
。
LIFT
有自从并且最近已经被用
于制造柔性电路，有机
器件和传感器。
打印后来自非导电材料（例如来自金属
NP
油墨）的图案，<
/p>
需要后处理
（烧结）
< br>以将它们转变为导通
-
电路。
最常见的烧结技术是热处理
用烤箱或炉子加热。
但是，
在过去的几个月年，
激光烧结工艺得到了极大的关
注因为它是一个快速和选择性的程序，热影响区因此对基板的热损伤较小
最小化。
激光烧结在于照射均匀印刷的图案，在这种情况下是金属
NP<
/p>
油墨，以诱导
高度局部化和高效的
NP<
/p>
熔融，形成网络和最后是实心金属轨道。
LIFT
和激光
烧结技术已经结合印刷导电银
NP
油墨和糊剂上设置硅和聚酰亚胺基板线。最低
电阻
率在作者以前进行的研究中达到
5
次体银和导线呈现更光滑表面
形态而不
是烘箱的印刷线烧结。
在这
项工作中，
我们报告了激光直写写的导电
-
< br>在各种柔性基板上的金属图
案，
一些最常见的候选塑料基
板材料为柔性背板和显示器制造。
本研究报告的
结果已在
EC
资助的项目
L
aserMi-croFab
，
其主要目标是激光数字微细加工
的导
电互连。
这两个主要成就项目是
选择性激光图案化
50
纳米厚的金属聚合物基
< br>材上的薄膜和激光正弦
-Tering
分辨率低至
1
m
。
这两个
成就都有最近完成并
且相关的结果被暴露
在本文中。
根据
Chengetal
。，他所谓“灵活性”可以参考取决于制造商和许多不同的
性能用户。
作为机械特性，它方便地分类
在三个类别：
（
1
）可弯曲或可卷曲，
（
2
）永久形，和（
< br>3
）可弹性拉伸。
在这项研究
中我们将重点在第一类基底
上。
这项
研究的目标是证明了协同
LDW
处理的能力制造具有可变足迹范
围的金
属微图案从几十
m2
至毫米
2
为在柔性电子应用基板。
这些导电特性将构成基
础开发更复杂的结构和设备。
在这里上下文，
高分辨率和高重现性是必不可少
的重要性。
高斯波束是众所周知的和最方便的空间激光束分布，
但由光束直径限
制的光斑面积，
ETER
（
1/e2
的电平）仅含有
86.5
％的激光束功率和的边界处的
强度仅为峰值强度的
13.5
％。最激光材料加工应用需要均匀的强度轮廓具有尖
锐和清洁的边缘，例如顶帽轮廓。这个特别是对于薄膜结构化在电子和光电
-
其中加工的高选择性是最大的重要性。
在这方面，<
/p>
空间光束成形瞄准顶部帽子轮
廓。为了将高斯已被使用。的该设备
的基本设计中描述一个甚至第二后来改进，
他主要概念仍然是相同的：
< br>一个一对非球面透镜被用作变形望远镜放大率，
即透
镜的
曲率半径改变相对于光轴径向地。
基本上是第一个镜头引起受
控的球面像
差从中心到入射光束的边缘，同时第二透镜补偿像差以重新获得准直光束。<
/p>
2
。材料和方法
总结了在衬底的属性
materi-
参与本研究。
这些基材包括聚乙烯对苯二甲酸乙
二酯（
PET -
例如
Melenix?从杜邦帝
人薄膜）聚萘二甲酸（
PEN
，例如
T
EONEX?
从
DuPont
Q65
帝人薄膜）和聚酰亚胺（
PI
，例如，
卡普顿
?杜邦公司）。
这
些特定材料已被选择为其小的热膨胀
-sion
系数（
表
1
）
<
/p>
，高弹性模量，
和可接受的相对于其他常见的聚合物，
eric
底物。
特别地
，
PET
和
PEN
广泛用
于柔性显示工业由于其光学透明度，流畅表面和优异的阻隔性能。
PI
另一方
面非常高的
Tg
，因此具有大
num-
兼容微电子工艺的温度低于
400
?
C.
已经进行了
选择性激光烧蚀实验用
532
纳米，
10
毫微秒脉
冲
Nd
：
YVO
4
激光器（河马
H10-16QW
，
Spectra
Physics
）。
输出光束的直径
为
1.3mm
。的为实验选择的
是型号
6 6 532
由
AldOptica
开发。
提供了系统的概述在图
1
。为了获得最佳
性能，
-shaper
需要
a
准直输入光
束，直径为
6.4mm
。这是实现的通过使用由
3
个连续的焦点透镜组成的变焦透镜长度
160
，
-25
和
250m
m
。第一和第二透镜间
隔
11cm
，
第二和第三透镜
22
厘米。
立即放置
3.8mm
边的正方形掩模后的。
然
后由掩模产生的图像通过聚焦透镜注射在样品上。
使
用聚焦透镜在牛津激光是
一个平凸透镜的焦距
50mm
和组合的
100mm
焦距的
f-theta
透镜与牛津激光电流
扫描仪。
X-Y
翻译阶段是
Aerotech
直线轴承
ASL20000
。几张图片的强度分布是<
/p>
沿着束线所取的一个
CCD
摄像机
WinCamD UCD23
由
DataRa
y
软件控制，器
皿。
图。
2
示出的动作
-
强度的强度配置文件。实验设置用于
LIFT
和激光
烧结
银纳米颗粒（
Ag
NP
）油墨已经在前面描述工作
[25]
。
简言之，在这种情
况下使用的激光系统是脉冲的
Nd
：
YAG
激光器，工作在
266nm
，脉冲持续时间为
10ns
。
它的重复率可以从
1
至
30Hz
变化并且已经被设置为
2Hz
。
一个高功
率掩模投影系统由可变圆组成掩模和
15
×物镜
用于实现几乎顶帽在成像平面处
的光束轮廓。
50
μ
m
的激光束光斑尺寸用
于印刷
Ag NP
线。
接收器
-
施主
距离为几微米（
<300
μ
m
），并且已经进行了转印在室温下在环境空气中。
调
整激光能量密度通过衰减器板。
<
/p>
供体和受体底物通过计算机控制的
X-Y
运动来
翻译系统和
CCD
相机使得目标
能够精确对准和基底材料。
用于研究的纳米油墨是
银纳米颗粒油
墨购自
Sun
Chemical
，在溶胶
-
凝胶中具有
20
重量％的银含量，
乙二醇，
甘油和乙醇的通气混合物。
它有一个粘度为
12cP
，
NP
尺寸为约
40nm
，
由
SEM
测量图片。
< br>
供体基底如下制备：油墨在
1mm
厚的圆形石英子板上旋涂
（
1500rpm / 30s<
/p>
）（直径
25mm
），购自
UQG Optics
预涂布具有
40nm
厚的钛牺
牲层，从而确保
LIFT
加工稳定性
[18]
，
从而导致
5
和之间的厚
7
μ
m
。
对于选择性激光
烧结工艺，使用相同的
Ag N
对于
LIFT
工艺，将油墨在
2500rpm
下旋涂在
PEN
子
-
条件。
旋涂之后在室温下干燥
48
小用于蒸发溶剂（甘油）的温度。
表格
1
Thermal
Material
Tg (
?
C)
expansion
Young
’
s modulus
(GPa)
coefficient
(K
?
1 )
Polyethylene
naphthalate
(PEN)
Polyethylene
terephthalate (PET)
PolyImide (Kapton)
110
400
2
–
4
2
–
3
30
–
65
×
10
?
6
30
–
60
×
10
?
6
121
5
–
5.5
21
×
10
?
6
参与本研究的柔性基材的热机械性能。
图
1.
在牛津激光使用的实验装置的草图所提出的说明。
平面“强度分布”表示强度的位置
个人资料的图片已被捕获。
图
2. 2D<
/p>
和
3D
激光束的强度分布：（
1
）强度分布不整形
（
b
）强度分布
-shaper
。
在（
b
）
中，轮廓的均匀性是清楚的改进
3
结果与讨论
3.1
选择性激光烧蚀
llustrates 500nm
厚
alu-
的选择性构图
薄膜沉积在聚酰亚胺基底上，有和没有
-
-
-
-
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-
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