專利名稱：柔性和/或可伸縮的襯底上的組件布局的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于柔性和/或可伸縮的襯底上的組件布局的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如為了高密度應(yīng)用，在柔性或可伸縮載體上布局和連接多個分立的電子組件是困難并且耗時的事情。此外，這不容易在卷對卷エ藝(roll to roll process)中實現(xiàn)。另ー方面，基于薄片(foil)的器件僅僅表現(xiàn)出有限的柔韌性，并且在本質(zhì)上是不可伸縮的。這意味著可能需要將這些器件切成片，并且連接到載體，以便允許高度柔韌或可伸縮的應(yīng)用。用于在可伸縮襯底中嵌入導(dǎo)電材料的制造方法和設(shè)備是已知的。舉例而言，在犧牲層上提供可伸縮襯底。為了本發(fā)明的目的，可伸縮襯底是可伸縮的襯底，并且在物理或機 械カ之類的某些カ的影響下可以伸縮，而不因此失去其基本功能。襯底可以包括金屬線、互連線、電子組件、芯片等等。所有的組成部分一起形成復(fù)合襯底。如果這種復(fù)合襯底在其至少一部分中至少具有一定柔韌性，那么這種復(fù)合襯底是柔性。由于這種方法以及通過這種方法制造出的設(shè)備密切相關(guān)，所以一起對它們進行描述。本發(fā)明還涉及機械地組裝多薄片系統(tǒng)的領(lǐng)域，即柔性層壓電子或光學(xué)系統(tǒng)。在這些多薄片系統(tǒng)中的ー種特定類型中，所謂的“薄片內(nèi)系統(tǒng)”(systems-in-foil),姆個薄片可以具有某種電學(xué)或光學(xué)功能，如顯示功能、電池功能或太陽能板功能。薄片上系統(tǒng)具有多種應(yīng)用，例如，在照明以及可重用和一次性傳感器領(lǐng)域中。例如，通過使用諸如目前在紙張印刷行業(yè)中使用的生產(chǎn)過程，可以以低成本和大尺寸來大量制造這些薄片。薄片可以在不同的位置上制造，并且系統(tǒng)可以安裝在中心位置上。在ー個方面，本發(fā)明g在提供一種簡單的卷對卷兼容并且有成本效益的方法，以將基于分立薄片的設(shè)備大量布局在柔性和/或可伸縮載體上。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ー個方面，本發(fā)明提供了在可伸縮襯底上布局組件的方法，包括以下步驟提供具有可伸縮襯底層的襯底；提供柔性薄片，該柔性薄片包括多個柔性薄片組件的整體式布置，每個柔性薄片組件都包括用于電子/光學(xué)接入到所述柔性薄片組件的組件墊；對應(yīng)于所述整體式布置中的所述組件墊，在所述可伸縮襯底層上提供面內(nèi)互連軌跡；對齊所述襯底和所述柔性薄片以便在基于卷的制造エ藝中使用；通過所述襯底和所述柔性薄片的層壓，在所述軌跡和所述整體式組件布置的組件墊之間提供電子/光學(xué)通孔連接；以及使所述柔性薄片組件的整體式布置機械地分離以便提供多個彼此機械分離的組件，以便在所述可伸縮襯底層上布置電子/光學(xué)互連組件系統(tǒng)。本發(fā)明的ー個益處是其可以在多薄片系統(tǒng)的傳統(tǒng)制造エ藝(比如卷對卷、卷對片或者片對卷エ藝)中使用。根據(jù)下文關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述，并且結(jié)合附圖，本發(fā)明將會變得更加容易理解。


圖I示出了制造方法的第一制造步驟；圖2示出了制造方法的后續(xù)制造步驟；圖3示出了通孔形成步驟；圖4示出了對齊步驟；圖5示出了層壓步驟；圖6示出了進ー步的制造步驟；

圖7示出了圖6示出的在可伸縮襯底層上的電子/光學(xué)組件的細節(jié)方面；圖8示出了在可伸縮襯底層上產(chǎn)生電子/光學(xué)互連組件系統(tǒng)的一系列示意性的步驟；以及圖9示出了示例性產(chǎn)品。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種用于將組件布局在可伸縮襯底上的方法。組件被制造為所謂的功能性薄片器件，根據(jù)本發(fā)明，該功能性薄片器件可用在多薄片系統(tǒng)中。這些器件可以象征性地表征為“柔性層壓電子或光學(xué)薄片器件”。典型地，這種功能性薄片器件包括至少ー個電子和/或光學(xué)(在后文表示為電子/光學(xué))功能電路。進ー步，典型地，功能性薄片系統(tǒng)包括至少ー個連接墊(connection pad),該至少一個連接墊連接到至少要ー個功能性電路。因此，功能性薄片可以被認為是其自身之內(nèi)的多層器件。這些薄片的典型示例可以在如下的現(xiàn)有出版物中查詢到I、M. Koetse等人在光學(xué)工程的國際社團會議記錄2007年卷6739中的“面內(nèi)光學(xué)傳感器，，(M. Koetse et al. , ‘An in-plane optical sensor’，Proceedings of SPIE-TheInternational Society for Optical Engineering, vol. 6739, 2007)。在后文中，功能性薄片還通常表示為“薄片”。通常所說的這些薄片器件是不可伸縮的，因為典型地，這些器件的薄片襯底(比如聚酰亞胺(polyimide)或PEN)在已經(jīng)受到非常低的伸縮カ時將碎裂(disintegrate)，而在器件受到拉伸時，其電子/光學(xué)功能幾乎立刻喪失。典型地，用于這些器件的襯底不可以被拉伸超過區(qū)域的10%，而期望可伸縮載體的伸縮性大約至少將面積放大超過200%。更詳細地，圖I示出了制造方法的第一制造步驟。提供了襯底10，其具有可伸縮襯底層I (后文中還表示為可伸縮載體I)，以及包括電接觸路徑和/或軌跡3。這些將被用于功能組件2的驅(qū)動和/或讀取(見隨后附圖)?？缮炜s襯底的示例在EP1746869中公開，其中，在移除犧牲層之后，可以在可伸縮襯底上引入額外的組件組?；蛘?，可以提供布置有導(dǎo)電軌跡(導(dǎo)電紗線)的織物。在本發(fā)明涉及在可伸縮襯底I上布局組件的方法的同時，在生產(chǎn)期間，犧牲襯底(未示出)可以包括不可伸縮犧牲層。因此，可以提供具有可伸縮襯底層I的襯底10，并且可選擇地，該襯底包括不可伸縮的犧牲層，該不可伸縮的犧牲層在層壓后被移除。此外，可伸縮的襯底層包括面內(nèi)互連軌跡3，互連軌跡3與要布局在其上的組件墊對應(yīng)。
圖2示出了制造方法的后續(xù)制造步驟，其中，附著層4被特別地應(yīng)用于需要放置器件或組件2的那些位置。這可以通過各種方式來實現(xiàn)。舉例而言，附著層4可以通過使用某種其他圖案化方法來印刷或應(yīng)用，或者其可以預(yù)先圖案化并且經(jīng)由釋放襯里(releaseliner)(未示出)來傳遞。因此，在具有導(dǎo)電軌跡3的可伸縮或者高柔性載體I上應(yīng)用相對剛性的附著層4,例如,通過印刷,或者通過經(jīng)由例如釋放帶(release tape)來傳遞預(yù)先圖案化的軌跡圖案。特別地，通過經(jīng)由釋放襯里(在其上布局有預(yù)先圖案化的軌跡)的傳遞，可以在可伸縮襯底層I上提供面內(nèi)互連軌跡3。圖3示出了通孔形成步驟，其中，可以穿過附著層4來提供互連(通孔)5。或者，在可伸縮襯底I上提供層4之前，可以在附著層4內(nèi)預(yù)先形成通孔5。優(yōu)選地，(已固化的)附著物4比載體I柔性差，并且有可能比基于薄片的組件2要硬。由于這點，附著物4和組件2之間的互連上的機械應(yīng)カ減少了?；ミB可以經(jīng)由附著層4來實現(xiàn)。或者，固態(tài)附著層在轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)具有可變的導(dǎo)電性，以便通過熱/福通(foton)轉(zhuǎn)換形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。按照同一申請人在PCT/NL2009/050389以及PCT/NL2008/050750中所公開的方式，導(dǎo)電附著物可以是各向同性或各向異性的，這些文檔以引用的方式并入本發(fā) 明。可以用于形成固態(tài)附著層4的附著物的示例為環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯，但是也可以是諸如こ烯-醋酸こ烯酯(EVA)以及改性聚丙烯之類的熱塑性聚合物。熱塑性聚合物可以包括壓敏粘合劑、熱硬化粘合劑和/熱塑性材料和/或紫外硬化粘合剤。附著層4的厚度可以在大約5-50微米之間變化。圖4示出了對齊步驟。在該步驟中，載體I和柔性薄片6對齊，以便用于基于卷的制造エ藝。這種基于卷的對齊的示例在同一申請人的歐洲專利(申請?zhí)?8152794)中公開，這里通過引用并入本文。柔性薄片6包括多個柔性薄片組件2的整體式布置20 ;柔性薄片6每個都包括組件墊7 (見圖7)，以用于電子/光學(xué)接入到柔性薄片組件。柔性薄片組件2的整體式布置20是通過至少ー個機械連接經(jīng)由襯底層或組件2之間的公共薄片(commonfoil)來限定的。典型地，組件2是在其中公共層限定了用于實現(xiàn)組件結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)的過程中產(chǎn)生的。典型地，平面結(jié)構(gòu)是在卷對卷エ藝中產(chǎn)生的。作為整體式布置20的一部分，互連區(qū)域21限定了組件2之間的區(qū)域。這些區(qū)域21不具有器件功能，并且可以為了組件2的機械分離而被移除或被切割。區(qū)域21可以覆蓋相當(dāng)大的間距或者是小到單個切ロ。圖5示出了層壓步驟。這里，將包括組件2的薄片6足夠準確地層壓到載體1，使得可以與載體I電互連。因此，通過載體I和柔性薄片6的層壓，在軌跡和整體式組件布置的組件墊之間提供電子/光學(xué)通孔連接。圖6示出了進ー步的制造步驟。在該步驟中，可以移除㈧不包含任何功能的中間區(qū)域21，以便恢復(fù)組裝系統(tǒng)111中的柔性或伸縮性。這可以以各種方式來進行，例如I)在層壓前對薄片6進行穿孔。因此，舉例而言，通過沿著在柔性薄片中預(yù)定的稀薄處21撕裂，可以機械地分離整體式布置。2)可以對薄片進行層壓，并且在層壓后(例如通過激光切割)，移除多余的部分。因此，舉例而言，整體式布置20可以通過在薄片組件2之間提供切ロ 21來在機械地分離。雖然單個切割軌跡足以提供機械分離，在一實施例中，整體式布置是通過移除薄片組件之間的薄片互連區(qū)域21來在機械地分離的。在這些互連區(qū)域中，在后續(xù)生產(chǎn)步驟中，可以提供額外的薄片器件或組件。3)作為進ー步實例，同一申請人的專利申請PCT/NL2009/050061(其以引用方式并入本發(fā)明)公開了ー種制造方法，其中，薄片器件制造成可與載體襯底(如圖7所示)在機械上分離。在產(chǎn)品薄片6上制造所謂的無薄片(foilless)器件，器件2非常薄并且有些脆弱。在這種情況下，一些較小的機械應(yīng)カ將沒有粘附和連接到表面的材料釋放。因此，僅有一些機械作用可以足夠移除非粘附部分，并且因此，可選擇地，整體式布局可以通過將柔性薄片組件從薄片制造襯底釋放來機械地分離。4)在釋放襯里6上時，基于薄片的器件2被預(yù)先圖案化、層壓并且互連到載體I。圖7示出了圖6示出的在可伸縮襯底層I上的電子/光學(xué)組件2的細節(jié)方面?；ミB可以經(jīng)由附著層4來實現(xiàn)，例如，通過其中在布置于可伸縮襯底層I上的互連固態(tài)附著層4中提供電子/光學(xué)通孔互連5這樣ー種處理來實現(xiàn)，互連層4因此具有與互連軌跡3對應(yīng)的面外布置的互連5。作為ー個示例，固態(tài)附著層4可以提供有布局在通孔中的導(dǎo)電膏 (conductive paste)。圖8示出了ー種特殊情形，其中，可伸縮襯底被層壓100，切割200和拉伸300 利用高度可伸縮“有線”襯底I來層壓高密度、堅硬/牢固的器件薄片6 ；切除200不包含器件2的薄片條帶；拉伸300有線襯底I以便獲得擴大的面積。拉伸的區(qū)域還可以用作擴散通道，例如針對繃帶(bandage)應(yīng)用中的水分，因為濕氣不能穿透器件區(qū)域2，但是可以穿透可拉伸的中間區(qū)域(例如，通過具有額外的穿孔)。針對各種類型的器件和/或組件，可以重復(fù)該過程，以便產(chǎn)生多堆疊(multistack)配置或在平面上對齊的各種組件。因此，在后續(xù)的層壓步驟中，另ー柔性薄片可以與可伸縮襯底層上的互連組件系統(tǒng)層壓在一起，該另ー柔性薄片包括與互連區(qū)域?qū)R的其他薄片組件。或者，組件可以按照高密度整體式布置20來制造在薄片6上，并且使用上述方法置于可伸縮載體I上。在切割/釋放之后，可以對載體I進行拉伸，以便產(chǎn)生具有均勻組件的大區(qū)域應(yīng)用。對于制造一致的傳感器陣列(比如，“智能繃帶”)而言，這是特別關(guān)注的。在不同的組件之間，延展的程度可以改變，因此提供一種用于分配組件的構(gòu)件，這些組件是在最終承載材料上的預(yù)定位置處等距地產(chǎn)生的(因此，更加有效)。具有不同表面結(jié)構(gòu)的薄片的實例為OLED薄片或有機光電薄片(0PD)。不同的表面結(jié)構(gòu)可以防止這些薄片彼此直接熔在對方上。在這種情況下，附著層可以分離薄片，并且允許具有彼此之間不相同的鄰接表面結(jié)構(gòu)的兩個功能薄片進行堆疊。不同表面結(jié)構(gòu)的另一原因可以是僅局部地應(yīng)用于薄片的層。例如，為了防止OLED受外部環(huán)境干擾，OLED薄片可以局部覆蓋有柔性、無機透明阻擋層?？梢酝ㄟ^向附著劑提供添加物來豐富附著劑的功能。舉例而言，可以向附著劑添加光學(xué)擴散材料，以改善附著層的光導(dǎo)特性，從而例如使來自O(shè)LED薄片的光很好地結(jié)合到光電ニ極管薄片上。豐富附著層的另一示例是通過吸水劑與附著劑混合，以使得水遠離水敏薄片(例如，OLED薄片)。附著劑還可以向多薄片系統(tǒng)提供機械完整性。將這些薄片直接熔在一起可能在薄片間提供不充足的凝聚，并且導(dǎo)致薄片系統(tǒng)散開。附著層可以提供凝聚，以便將薄片系統(tǒng)保持在一起?？梢允褂玫膶?dǎo)電材料的示例為導(dǎo)電膏，例如熱固化或者紫外固化的銀或銅，但是也可以是碳填充環(huán)氧樹脂或丙烯酸酷。此外，也有可能使用晶粒(seed)材料并且從晶粒中產(chǎn)生的(無電鍍)金屬導(dǎo)體來填充孔洞。實例I :智能繃帶傳感器多薄片系統(tǒng)的ー個示例是用于現(xiàn)場監(jiān)控傷ロ愈合的智能繃帶傳感器。在一實施例中，聚氨酯襯底(作為指示值，具有高達500%拉伸性)可以用作智能繃帶應(yīng)用的載體。因此，在可拉伸面積擴大到未拉伸面積值的200%、300%、500%時，器件的功能不受影響。作為ー個實例，可以制造脈搏血氧計傳感器設(shè)備，該脈搏血氧計傳感器設(shè)備具有可伸縮襯底并且包括在不可伸縮柔性薄片上制造的多個基于反射的OLED和0PD。典型地，這種柔性薄片不能夠在不失去其電子-光學(xué)功能的前提下伸縮超過200%，并且在具有低于20%的面積擴大時，可能會碎裂。
目前，組件為OLED和0PD，然而，當(dāng)這些組件被制造為產(chǎn)品薄片時(如上文所解釋的)，印刷的無源器件(比如電阻器、電容器)或者這些的組合也可以按照類似的方式放置。圖9示出了作為三薄片系統(tǒng)的智能繃帶傳感器，該三薄片系統(tǒng)包括三個功能性薄片81、82和83。這三個薄片81、82和83經(jīng)由兩層粘合劑來進行層壓并且電互連。在圖9中，薄片之間的附著層不可見。第一薄片81是OLED薄片，該OLED薄片包括具有印刷的有機發(fā)ニ極管(OLED)的聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)。為了防止OLED受到周圍環(huán)境影響，可以局部地用柔性、無機、透明阻擋層來覆蓋0LED。第二薄片82為“光電ニ極管薄片”，該“光電ニ極管薄片”包括具有印刷有機光電ニ極管的PEN層。類似0LED，光電ニ極管也對環(huán)境影響敏感，并且OLED層也可以被柔性、無機透明阻擋層覆蓋。第三薄片83為安裝有驅(qū)動組件的“驅(qū)動薄片”。驅(qū)動薄片包括銅層和聚酰亞胺層。眾所周知的，聚酰亞胺層是不可伸縮的并且擴大5-25%時碎裂，然而，在聚酰亞胺層碎裂前，電子-光學(xué)器件功能早就已經(jīng)失去了。OLED薄片81和光電薄片82兩者都電連接到驅(qū)動薄片83。傳感器是通過如本文所公開的的制造エ藝來制造的，特別是根據(jù)層壓-切割和拉伸步驟100-300來制造的。在該實例中，第一互連84將OLED薄片81連接到驅(qū)動薄片83，并且第二互連85將光電薄片82連接到驅(qū)動薄片83。第一互連85穿過光電薄片82。本文所給出的詳細附圖、具體示例和特定的公式僅僅是出于說明目的。除非另有說明或者在物理上不可行，否則說明書應(yīng)理解為明確地公開了所公開實施例以及其他實施例的任何特征?？梢詰?yīng)用可伸縮材料(例如通過紡織的硅樹脂)，或者，例如乳膠、聚氨酷、所有諸如腈基丁ニ烯橡膠(NBR)熱縮弾性體(TPE)之類的橡膠的任何可伸縮材料。TPE歸為基于聚烯烴(TPR-O)、聚酯(TPR-E)、聚氨酯(TPE-U)、聚酰胺(TPR-A)以及聚苯こ烯(TPE-S)的主要成員。此外，可伸縮襯底可以是可伸縮織物。此外，在不背離所附權(quán)利要求中所表述的本發(fā)明范圍的前提下，可以對示例性實施例的設(shè)計、操作條件和布置進行其他替換、修改、改變、以及省略。
權(quán)利要求
1.一種在可伸縮襯底上生產(chǎn)多個不可伸縮薄片器件組件的電子/光學(xué)互連組件系統(tǒng)的方法，包括以下步驟 提供具有可伸縮襯底層(I)的襯底(10)； 提供不可伸縮柔性薄片￠)，所述不可伸縮柔性薄片(6)包括多個柔性薄片組件(2)的整體式布置(20)，每個所述柔性薄片組件(2)都包括用于電子/光學(xué)接入到所述柔性薄片組件⑵的組件墊(7)； 對應(yīng)于所述整體式布置(20)中的所述組件墊(7)，在所述提供可伸縮襯底層(I)上提供面內(nèi)互連軌跡⑶； 對齊所述襯底(10)和所述柔性薄片￠)，以便在基于卷的制造工藝中使用； 通過所述襯底(10)和所述柔性薄片(6)的層壓，在所述軌跡(3)和所述整體式組件布置(20)的組件墊(7)之間提供電子/光學(xué)通孔連接；以及 使所述柔性薄片組件(2)的整體式布置(20)機械地分離，以便在所述可伸縮襯底層(1)上提供多個彼此機械分離的組件(2)，由此形成互連組件系統(tǒng)(111)，所述互連組件系統(tǒng)(111)包括所述可伸縮襯底層(I)以及在所述可伸縮襯底層(I)上提供的所述機械分離的組件(2)，所述互連組件系統(tǒng)由此恢復(fù)了伸縮性，而不失去其電子/光學(xué)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述整體式布置(20)是通過在所述薄片組件(2)之間在所述柔性薄片(6)中提供切口(21)來機械分離的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述整體式布置(20)是通過在所述柔性薄片(6)中沿預(yù)定的稀薄處(21)撕裂來機械分離的，由此所述可伸縮薄片得以拉伸，而在不損失其電子/光學(xué)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述整體式布置(20)是通過移除在所述薄片組件之間薄片互連區(qū)域(21)來機械分離的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在后續(xù)的層壓步驟中，將另一柔性薄片(6)與所述可伸縮襯底層(I)上的所述互連組件系統(tǒng)(111)層壓在一起，所述另一柔性薄片包括與所述互連區(qū)域?qū)R的另外薄片組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述整體式布置(20)是通過將所述柔性薄片組件(2)從薄片制造襯底(6)釋放來機械分離的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述可伸縮襯底層(I)上的面內(nèi)互連軌跡(3)是通過經(jīng)由釋放襯里的傳遞來提供的，所述釋放襯里上布置有預(yù)先圖案化的軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述襯底包括不可伸縮的犧牲層，所述不可伸縮的犧牲層在層壓后被移除。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述電子/光學(xué)通孔互連(7)是通過布置在所述可伸縮襯底層(I)上的互連固態(tài)附著層(4)來提供的，所述互連層(4)具有對應(yīng)于所述互連軌跡(3)的在面外布置的互連(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述固態(tài)附著層(4)提供有布置在孔中的導(dǎo)電膏。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述固態(tài)附著層(4)在轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)具有可變的導(dǎo)電特性，以便通過熱/福通轉(zhuǎn)換形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
全文摘要
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供了一種在可伸縮襯底上布局組件的方法，包括以下步驟提供具有可伸縮襯底層的襯底；提供柔性薄片，該柔性薄片包括多個柔性薄片組件的整體式布置(20)，每個柔性薄片組件都包括用于電子/光學(xué)接入到所述柔性薄片組件的組件墊；對應(yīng)于所述整體式布置中的所述組件墊，在所述可伸縮襯底層上提供面內(nèi)互連軌跡；對齊所述襯底和所述柔性薄片以便在基于卷的制造工藝中使用；通過所述襯底和所述柔性薄片的層壓，在所述軌跡和所述整體式組件布置的組件墊之間提供電子/光學(xué)通孔連接；以及使所述柔性薄片組件的整體式布置機械地分離以便提供多個彼此機械分離的組件，以便在所述可伸縮襯底層上布置電子/光學(xué)互連組件系統(tǒng)。本發(fā)明的益處是其可以在多薄片系統(tǒng)的制造工藝中使用。
文檔編號H01L51/56GK102822960SQ201180017534
公開日2012年12月12日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者M·M·顧特瑟, H·F·M·斯赫歐, M·M·德科克 申請人:荷蘭應(yīng)用自然科學(xué)研究組織Tno