【摘 要】
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近年来,随着柔性可拉伸微型电子产品市场及应用的显著增长,寻找将电子器件与柔性基材相结合的快速低成本方法,正成为当下热门的研究热点之一。在柔性电路的加工中,包括真空蒸镀、平面光刻在内的物理法和以电镀、化学沉积为代表的化学法是制备柔性电子设备的两种常规工艺,虽然其能实现聚合物上金属电路的成功制备,但在加工过程中却无法同时满足无掩模、低成本、高分辨率和快速制造的需求。激光直写技术,是一种集光学、精密机械
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近年来,随着柔性可拉伸微型电子产品市场及应用的显著增长,寻找将电子器件与柔性基材相结合的快速低成本方法,正成为当下热门的研究热点之一。在柔性电路的加工中,包括真空蒸镀、平面光刻在内的物理法和以电镀、化学沉积为代表的化学法是制备柔性电子设备的两种常规工艺,虽然其能实现聚合物上金属电路的成功制备,但在加工过程中却无法同时满足无掩模、低成本、高分辨率和快速制造的需求。激光直写技术,是一种集光学、精密机械、电子技术和计算机技术于一体的非接触式加工方法,具有操作难度低、加工速度快、定制化加工等优点。目前,对于柔性电路制造,通常采用纳秒连续激光作热源,电路分辨率受限于热扩散和光衍射极限无法进一步提高。因此,如何高效地完成高质量高分辨率柔性电路的制备已成为人们所关注的重点。本文采用飞秒激光诱导氧化铜(CuO)纳米油墨还原烧结技术,对聚酰亚胺上铜(Cu)电路阵列的制备进行了理论和实验研究,研究了激光加工参数对Cu电路质量的影响,通过优化纳米油墨配方和加工工艺参数,获得高纯度、高分辨率Cu电路。此外,本文利用相同技术,通过调节激光加工参数另外实现了高孔隙度的Cu电路阵列制备,并通过质量表征验证其作为柔性微热管吸液芯的可行性,为飞秒激光诱导柔性Cu电路阵列制备的实际应用端提供了新思路。主要研究方法和结论如下:(1)采用单因素实验法研究不同组成成分及其比例对CuO纳米油墨稳定性和还原性的影响。结果表明:固体分散剂聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)合适的质量比为m CuO nanoparticle(CuO NP):m PVP=3.08,液相还原剂乙二醇(Ethylene Glycol,EG)可充当粘度调节剂,合适的质量比为m CuO NP:m EG=1.48。最佳CuO纳米油墨配方由50wt%CuO NP、16.25wt%PVP和33.75wt%EG三种组分混制而成。(2)进行飞秒激光诱导CuO纳米油墨还原烧结制备Cu电路微工艺研究,证明氧等离子体处理可活化聚酰亚胺表面,使表面变得亲水,有利于提高Cu电路对柔性基材粘附性;采用单因素实验法研究CuO纳米涂层厚度、脉冲激光能量、扫描速度和扫描次数对Cu电路制备质量的影响,通过优化工艺参数最终获得宽11μm、高7.1μm,Cu含量占比91.416%,孔隙率9.89%,电阻率130.9μΩ·cm的高纯度、高分辨率Cu电路,满足高质量电子器件的实际应用需求。(3)改变激光加工参数,制备孔隙率为30.22%的柔性Cu电路阵列,以去离子水作为工作流体,计算得其反重力平均毛细抽吸速率为1.26mm/s,水平平均毛细抽吸速率为1.67mm/s,通过对浸润性(即渗透率)的分析验证该加工方法在柔性微热管应用上的可行性。
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