一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法及系统

本发明属于芯片设计，具体涉及一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法及系统。

背景技术：

1、近几十年来，针对固体材料的微纳加工技术实现了将复杂电子功能集成在微纳米尺度的电子器件上，促成了现代电子产业的革命式发展。类似的，在软物质和液体材料领域采用微型化策略，研究将其加工装配成介观尺度液滴微系统的极端加工技术同样极具价值。近年来新型的激光注射技术利用高斯激光照射水溶液中的软物质微滴，在微滴表面形成机械力将水溶液注入微滴内，被注入水溶液会在软物质分子的弹性作用下自发形成尺寸均匀的子液滴并自组织排列为有序结构，通过激光定向注射与注入子液滴的可控自组织实现了对微滴3d球体结构的定制化装配，在多个方面具有加工优势和潜力。

2、相较于固体材料，软物质和液体材料最大的特点是可通过电/磁场等外界激励手段对其物理特性实现动态调谐甚至功能切换。且基于其独特的物理性质，单个微滴即可作为激光光源、液体透镜、信息存储器、信息显示单元、传感器等独立的功能单元。基于微滴组成微滴阵列开发功能元器件在信息光学、智能传感、化学化工、生物技术等多个领域有着广阔的应用前景。那么，如何将不同功能的微滴按预先设计的规则进行有序排列，以及如何将加工完成的微滴阵列固化封装的方法是元器件开发的关键性技术问题。

3、基于软物质和液体材料微滴组成微滴阵列开发功能元器件在多个领域有着广阔的应用前景，例如麻省理工大学一团队(nature photonics,14,310-315,2020)利用周期性球形阵列结构对光场进行定向调控，基于普通光学显微镜开发出一种可实现暗场显微成像的技术。然而，目前的应用开发多基于相同微滴组成的微滴阵列展开，其功能相对单一。基于不同微滴组成阵列利用不同微滴间的协同可实现较复杂功能，甚至在某种程度上可对微滴阵列进行多功能集成。但受技术所限其发展较为缓慢，主要原因是缺乏有效的技术手段将不同功能的微滴按预先设计的规则进行有序排列。复旦大学一团队(naturecommunication,15,699,2021)将不同微滴放入不同像素单元盒中，一个像素单元盒内所有微滴均具有相同的功能，将不同像素单元盒组成阵列，所有单元盒合起来执行特定功能，如此，利用像素单元盒组成阵列开发出双色(结构色和荧光色)可编程防伪芯片，通过切换光源可显示不同画面信息，展现了基于不同微滴开发功能元器件的巨大潜力。而基于不同微滴组成单个微滴阵列开发功能元器件的技术难题尚未解决。

4、因此，亟需研发一种微滴阵列的定制化加工方法，实现不同功能微滴按设计方案进行有序排列，解决微滴阵列功能元器件开发所要面临的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中存在的上述问题，本发明提供了一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法，包括：

3、s1、制备包含多个微滴的溶液，并将所述溶液加入透明盒中；其中，所述多个微滴在所述透明盒的平面基板上自发形成周期性微滴阵列结构；

4、s2、根据预设激光扫描方案，采用激光设备对所述周期性微滴阵列结构中的目标微滴进行扫描注射加工以使所述目标微滴具有功能；其中，在扫描注射加工过程中，各个微滴在所述周期性微滴阵列结构中的相对位置不变；

5、s3、制备光敏混合水溶液，采用所述光敏混合水溶液替换所述透明盒中的溶液；

6、s4、采用光固化设备将包含已加工的所述周期性微滴阵列结构的所述光敏混合水溶液进行原位固化，以将所述周期性微滴阵列结构封装为柔性元器件。

7、本发明还提供一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装系统，所述系统用于对透明盒中盛放的混合水溶液中的周期性微滴阵列结构进行加工，所述周期性微滴阵列结构是由所述透明盒中盛放的混合水溶液中的多个微滴在所述透明盒的平面基板上自发形成的阵列结构，所述混合水溶液中掺有功能性掺杂水溶液，所述系统包括：

8、扫描式激光注射模块、实时观测模块、固化封装模块和计算机；所述计算机分别与所述扫描式激光注射模块和所述实时观测模块电连接；

9、所述扫描式激光注射模块，用于根据所述计算机的控制，按照预设激光扫描方案对所述周期性微滴阵列结构中的目标微滴进行扫描注射加工以使所述目标微滴具有功能；其中，在扫描注射加工过程中，各个微滴在所述周期性微滴阵列结构中的相对位置不变；

10、所述实时观测模块，用于在扫描注射加工过程中，实时观测和呈现激光加工图像，并将观测到的激光加工图像回传至所述计算机；

11、所述固化封装模块，用于将包含已加工的所述周期性微滴阵列结构的光敏混合水溶液进行原位固化，以将所述周期性微滴阵列结构封装为柔性元器件。

12、本发明具有如下有益技术效果：

13、针对微滴阵列功能元器件开发所面临的技术难题，本发明提出了一种微滴阵列的扫描式定制化加工与封装方法，该方法省去了对不同微滴进行组合排序的环节，以原位加工的方式赋予指定位置微滴以不同功能，为基于不同微滴的微滴阵列开发功能元器件提供了可行的技术方案，该方法具有加工精度高、所加工微滴阵列功能密度高、技术拓展性强等优点。该方法适用于各类软物质材料、液体材料微滴阵列的定制化加工。

14、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法，其特征在于，所述预设激光扫描方案包括：预设激光发射功率、预设发射时长和预设扫描路径。

4.根据权利要求1所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法，其特征在于，所述s3包括：

5.根据权利要求1所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法，其特征在于，所述s4具体包括：

6.一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装系统，其特征在于，所述系统用于对透明盒中盛放的混合水溶液中的周期性微滴阵列结构进行加工，所述周期性微滴阵列结构是由所述透明盒中盛放的混合水溶液中的多个微滴在所述透明盒的平面基板上自发形成的阵列结构，所述混合水溶液中掺有功能性掺杂水溶液，所述系统包括：

7.权利要求6所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装系统，其特征在于，所述扫描式激光注射模块包括：

8.权利要求6所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装系统，其特征在于，所述扫描式激光注射模块包括：

9.权利要求6所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装系统，其特征在于，所述实时观测模块包括：

10.权利要求6所述的微滴阵列的扫描式定制加工与封装系统，其特征在于，固化封装模块包括：光固化设备，用于对包含已加工的所述周期性微滴阵列结构的所述光敏混合水溶液照射预设时长，以使所述周期性微滴阵列结构周围的所述混合水溶液固化为透明高分子薄膜，所述周期性微滴阵列结构被包裹封装在所述透明高分子薄膜中，成为柔性元器件。

技术总结本发明公开了一种微滴阵列的扫描式定制加工与封装方法及系统，该方法包括：S1、制备包含多个微滴的溶液，将溶液加入透明盒中，多个微滴在透明盒的平面基板上自发形成周期性微滴阵列结构；S2、根据预设激光扫描方案，采用激光设备对周期性微滴阵列结构中的目标微滴扫描注射加工以使目标微滴具有功能；在加工过程中各个微滴在周期性微滴阵列结构中的相对位置不变；S3、制备光敏混合水溶液，采用光敏混合水溶液替换透明盒中的溶液；S4、采用光固化设备将包含已加工的周期性微滴阵列结构的光敏混合水溶液进行原位固化，以将周期性微滴阵列结构封装为柔性元器件。本发明省去了控制不同微滴按设计排序的环节，实现了对整个微滴阵列功能的定制化。技术研发人员：郭金坤,李金伟,王晓蕊,凌进中,袁影,刘鑫,李强受保护的技术使用者：西安电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15