一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺及其应用

本发明涉及微纳制造领域，尤其涉及一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺及其应用。

背景技术：

1、柔性电子是一门新兴领域，致力于开发具有柔韧性和可变形能力的电子器件。相较于传统刚性电子，柔性电子可以适应复杂的曲面和动态形变，拓展了电子技术的应用，如可穿戴设备、医疗传感器和可折叠屏幕等。其核心技术包括柔性基材、可弯曲电子元件和先进的制造工艺，推动着科技创新和电子产品的进化。典型地，高精度、跨尺度、大幅面的柔性电子具有重要的应用，尤其在航空航天、军工安全、人机交互、生物医疗等领域。然而，这对柔性电子材料和制造工艺提出了更高的要求。

2、目前主流的柔性电子制造技术主要有丝网印刷、喷墨打印、3d打印以及转印技术。由于转印技术具有精度高，制备效率高，成本低的优势，逐渐成为柔性电子制造的主流技术。当前阶段普遍采用的转印技术都涉及两步工艺，首先将在硬质衬底上通过光刻、剥离等技术制备的刚性元器件（如金属结构）进行转移，其次将所转移的金属结构释放印刷到目标柔性衬底上，实现在柔性衬底上的金属结构图案化。

3、在金属转移的工艺中，目前常见的技术主要是利用牺牲层辅助转移，这种技术利用牺牲层辅助将金属结构转移到柔性衬底上，随后通过湿法腐蚀工艺去除牺牲层，从而将金属结构成功转移。然而，这种金属转移技术存在较大的限制，其一，金属与柔性衬底的机械性能不相匹配，导致在大范围金属转移时，界面的不兼容可能导致柔性电子器件严重变形和失稳；其二，借助牺牲层辅助的转印工艺需要使用额外的湿化学方法对牺牲层进行蚀刻，这可能导致对聚合物柔性基底的溶解，破坏金属与衬底的界面，从而对器件性能产生不利影响。在将所转移的金属结构释放印刷到目标柔性衬底上的过程中，由于金属结构的非原位制造，导致金属结构与目标柔性衬底之间界面的不匹配，引发严重的形变和不稳定性问题，且导致金属结构的断裂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺及其应用。首先将紫外固化液态树脂旋涂或滴涂在具有金属结构的衬底上，在使用led紫外灯辐照金属结构上的液态紫外固化树脂后，紫外固化树脂原位固化成膜，再将固化的紫外固化薄膜从衬底上剥离，得到具有嵌入式金属结构的薄膜结构。由于紫外固化薄膜的柔韧特性，可直接作为柔性衬底使用，无需进行后续释放印刷步骤，该工艺增强了金属结构与柔性衬底的界面稳定性，解决了金属结构与柔性衬底机械性能不匹配的问题以及转移过程中化学试剂的污染问题，实现柔性金属结构快速绿色制备的同时提升了柔性电子器件的可靠性。

2、本发明采用的技术方案为一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：包括以下步骤：

3、步骤1：提供硬质硅基晶圆衬底，在衬底上旋涂光刻胶溶液，前烘得到光刻胶薄膜；

4、步骤2：在光刻胶薄膜上曝光出设计的结构；

5、步骤3：在光刻胶显影液中进行显影，用氮气吹干，得到设计的光刻胶薄膜结构；

6、步骤4：在有设计结构的光刻胶薄膜结构表面进行金属化；

7、步骤5：在去除光刻胶溶液中浸泡，得到设计的金属结构；

8、步骤6：将紫外固化树脂旋涂或滴涂在设计的金属结构上；

9、步骤7：使用led紫外灯辐照金属结构上的液态紫外固化树脂原位固化，功率为6w，波长为365 nm，辐照时间为5-30 s，在液态的紫外固化树脂固化后，用乙醇溶液清洗，再用氮气吹干，得到干净的紫外固化薄膜；

10、步骤8：将紫外固化薄膜进行剥离，得到嵌入式金属结构的紫外固化薄膜柔性衬底。

11、优选地，步骤1中所述的硬质硅基晶圆衬底包括硅晶圆衬底和二氧化硅晶圆衬底的至少其中一种。

12、优选地，步骤1中所述的光刻胶包括瑞红光刻胶、az光刻胶和pmma光刻胶的至少其中一种。

13、优选地，步骤2中所述曝光出设计的结构的方法包括接触式掩模曝光、邻近式掩模曝光、投影式掩模曝光、激光直写曝光、电子束曝光和纳米压印的至少其中一种。

14、优选地，步骤3中所述的光刻胶显影液包括0.5%氢氧化钠水溶液、az 351b和pmma显影液的至少其中一种。

15、优选地，步骤4中所述的金属化方法包括热蒸发镀膜、离子束溅射镀膜和磁控溅射镀膜的至少其中一种。

16、优选地，步骤5中所述的去除光刻胶溶液包括n-甲基吡咯烷酮和丙酮的至少其中一种。

17、步骤6中所述的紫外固化树脂，按质量百分比组份包括：

18、两官能度聚氨酯甲基丙烯酸树脂齐聚物    20-35%

19、丙烯酸单体                            65-80%

20、光引发剂                              2-5%

21、优选地，所述的丙烯酸单体包括丙烯酸异冰片酯、邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯、异癸基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的至少其中一种。

22、优选地，所述的光引发剂包括二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐、2-异丙基硫代呫吨酮、2,4-二乙基噻唑酮、2-乙基蒽醌、四乙基米氏酮、双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛的至少其中一种。

23、步骤6中所述的紫外固化树脂的制备方法包括：称取一定比例的两官能度聚氨酯甲基丙烯酸树脂齐聚物、丙烯酸单体和光引发剂于烧杯中，在室温环境下进行搅拌，搅拌速度为1000-4000 rpm，搅拌时间为30-60 min，待搅拌完成后，抽真空至溶液无气泡，得到均匀的紫外固化树脂溶液。

24、本发明还提供基于紫外固化薄膜的金属转移工艺的系列应用，采用上述的一种基于紫外固化薄膜金属转移工艺制备的柔性透明电极应用于透明加热器、太阳能电池、柔性传感器、柔性触控屏、透明电磁屏蔽。

25、本发明的有益效果是：本发明实施过程简单快速，成本低廉；金属结构与柔性衬底的界面稳定性强；可实现大面积、跨尺度、无损的金属转移；无化学试剂污染问题，制备过程绿色环保。紫外固化树脂在金属结构表面的原位固化，通过一步转印得到柔性的嵌入式金属结构，由于紫外固化薄膜的柔韧特性，可直接作为柔性衬底使用，无需进行后续释放印刷步骤，该工艺增强了金属结构与柔性衬底的界面稳定性，解决了金属结构与柔性衬底机械性能不匹配的问题以及转移过程中化学试剂的污染问题，实现柔性金属结构快速绿色制备的同时提升了柔性电子器件的可靠性。

技术特征：

1.一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤1中所述的硬质硅基晶圆衬底包括硅晶圆衬底和二氧化硅晶圆衬底的其中一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤1中所述的光刻胶包括瑞红光刻胶、az光刻胶和pmma光刻胶的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤2中所述曝光出设计的结构的方法包括接触式掩模曝光、邻近式掩模曝光、投影式掩模曝光、激光直写曝光、电子束曝光和纳米压印的其中一种。

5. 根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤3中所述的光刻胶显影液包括0.5%氢氧化钠水溶液、az 351b和pmma显影液的其中一种。

6.根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤4中所述的金属化方法包括热蒸发镀膜、离子束溅射镀膜和磁控溅射镀膜的其中一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤5中所述的去除光刻胶溶液包括n-甲基吡咯烷酮和丙酮的其中一种。

8. 根据权利要求1所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：步骤6中所述的紫外固化树脂，按质量百分比组份包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺，其特征在于：紫外固化树脂的制备方法包括：称取一定比例的两官能度聚氨酯甲基丙烯酸树脂齐聚物、丙烯酸单体和光引发剂于烧杯中，在室温环境下进行搅拌，搅拌速度为1000-4000 rpm，搅拌时间为30-60 min，待搅拌完成后，抽真空至溶液无气泡，得到均匀的紫外固化树脂溶液。

10.基于紫外固化薄膜的金属转移工艺的系列应用，其特征在于：将基于权利要求1-9任一项所述的一种基于紫外固化薄膜金属转移工艺制备的柔性透明电极应用于透明加热器、太阳能电池、柔性传感器、柔性触控屏、透明电磁屏蔽。

技术总结本发明公开了一种基于紫外固化薄膜的金属转移工艺及其应用。提供硬质硅基晶圆衬底，在光刻胶薄膜上曝光出设计的结构；在光刻胶显影液中进行显影，用氮气吹干，得到设计的光刻胶薄膜结构；在有设计结构的光刻胶薄膜结构表面进行金属化；在去除光刻胶溶液中浸泡，得到金属结构；将紫外固化树脂旋涂或滴涂在设计的金属结构上；使用LED紫外灯辐照金属结构上的液态紫外固化树脂原位固化，在液态的紫外固化树脂固化后，得到干净的紫外固化薄膜；将紫外固化薄膜进行剥离，得到嵌入式金属结构的紫外固化薄膜柔性衬底。本发明增强了金属结构与柔性衬底的界面稳定性，解决了金属结构与柔性衬底机械性能不匹配的问题以及转移过程中化学试剂的污染问题。技术研发人员：段辉高,樊夫,陈雷,周宇,胡跃强,贾红辉受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12