一种三维表面顺形或共形图案的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维表面顺形或共形图案的制备方法，属于微制造领域。其包括：S1将薄膜粘附在辅助基底上；S2采用激光、切割或者蚀刻方式将薄膜加工成预定的图案，获得图案化薄膜辅助基底；S3在塑料薄膜上添加缓冲层；S4使图案化薄膜接触并粘结在所述缓冲层上；S5分离出辅助基底；S6对图案化薄膜目标基底加热，待塑料薄膜塑性增大至可在压力下变形后，将图案化薄膜目标基底移至三维模具上，利用真空压力吸附或高压，使图案化薄膜目标基底变形后贴附在三维模具表面，成为与三维模具表面形貌相同的三维表面顺形或共形图案系统。本发明专利技术方法提高了三维表面顺形或共形图案的生产效率、降低了其生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微制造领域,具体涉及一种三维复杂表面顺形或者共形图案的制备方法。
技术介绍
目前，在市场极大的需求下电子器件得到了迅速的发展。由于电子产业的高速发展，传统的电子器件已经难以满足日益严格的要求。随着可拉伸电子系统的出现，使得电子系统可以非常好的贴合人体复杂的表面肌肤上，为电子系统的发展带来了更多的可能性。除了可以贴合在人体上，可拉伸电子系统也可以贴合在各种复杂的三维表面上，如航空器、飞行器、大型雷达等，表面顺形电子极大的减小了电子系统的尺寸。在完成一次性表面顺形后，对表面顺形电子的拉伸性要求不高。一次性表面顺形电子不仅可以减小现有电子系统的尺寸、增大电子系统的空间利用率，还为电子系统的设计提供了更多的可能性。因此如何快速有效的制造出尺寸小、效率高、结构稳定的表面顺形电子是当前微电子领域新的发展方向之一。为了快速有效的制造尺寸小、效率高的表面顺形电子，陆续出现了一些可行的方案。例如：随着丝网印刷、喷墨印刷技术的发展，有学者利用印刷技术在柔性印刷电路板上印刷电子电路系统，再使柔性印刷电路板发生变形，成为所需的形状。由于其容易制造、制造成本低、生产效率高，使得该技术得到了广泛的关注。虽然该方法提高了生产效率，但是该方法只能制造较为平缓的形状，若变形过大，则会使金属导线断裂破坏，并且该方法采用传统的湿法刻蚀的方法，对环境有很大的污染，使该方法具有一定局限性，不能满足现有的需求。为了克服表面顺形电子变形过程中导线易断裂的问题，有学者(Adams J J,Duoss E B,Malkowski T F,et al.Conformal printing of electrically small antennas on three-dimensional surfaces.[J].Advanced Materials,2011,23(11):1335-40.)结合最新的3D打印技术制造出了三维表面顺形电子。该学者利用3D打印技术将金属油墨打印到三维半球形表面上，形成蜿蜒的空间导线结构。通过控制导线的宽度，利用该方法制作的三维表面顺形电小天线与传统平面电小天线的相比带宽提高一个数量级。但是，由于金属油墨的导电率只有铜的30％左右，极大的限制了三维表面顺形电子系统的工作效率。另外，由于该过程利用的是直写技术，使得制造过程很慢，对设备的要求也比较高，因而其生产效率较低、成本较高。为了克服上述三维电子系统工作效率低等问题，密西根学者(Carl P,Xin X,Forrest S R,et al.Patterning:Direct Transfer Patterning of Electrically Small Antennas onto Three‐Dimensionally Contoured Substrates(Adv.Mater.9,2012)[J].Advanced Materials,2012,24(9):1166-70.)利用直接转印法制得了半球形的三维电子系统。该方法首先在柔性材料上制作出带有突脊的印章，然后利用蒸镀法在柔性印章上镀上一层金，由于柔性印章具有一定的可变形性，通过真空吸附和模具的作用，可以使其变形为内凹的三维形状，接着将其转印到对应的外凸形三维基体上，最后再利用蚀刻和镀金技术制得带有金属图案的三维表面顺形电子。由于该方法电路部分采用的是的金，其导电率较高，使得表面顺形电子的工作效率也得到了较大的提高。但是，由于该加工工艺繁琐，使得生产效率较低、成本较高。因此，需要开发一种工艺简单、生产效率高的三维表面顺形电子的制备方法，且要求制备出的三维表面顺形电子工作效率较高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种三维表面顺形或者共形图案的制备方法，其目的在于，通过对图案的加工设计和基底缓冲层的优化设计，极大的简化了三维表面顺形或者共形图案的的制作过程，从而显著的提高了三维表面顺形或者共形图案的生产效率、降低了其生产成本，并且可以和传统的制作工艺相兼容。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种三维表面顺形或共形图案的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：将薄膜粘附在辅助基底上；S2：采用激光、切割或者蚀刻将所述薄膜加工成预定的图案，获得图案化薄膜辅助基底；S3：在塑料薄膜上添加缓冲层，获得目标基底；S4：将图案化薄膜辅助基底与所述目标基底相对压合，使图案化薄膜接触并粘结在所述缓冲层上；S5：分离出辅助基底，完成图案化薄膜由辅助基底到目标基底的转印过程，获得图案化薄膜目标基底；S6：对所述图案化薄膜目标基底加热，待所述塑料薄膜塑性增大至可在真空压力下变形后，将所述图案化薄膜目标基底移至三维模具上，所述三维模具位于压力平台上，利用真空压力吸附或高压，使图案化薄膜目标基底变形后贴附在三维模具表面，成为与三维模具表面形貌相同的三维表面顺形或共形图案。以上薄膜可以为导电的金属薄膜、半导体半透明导电膜(如纳米铟锡，也简称ITO)，也可以是不导电的薄膜，总之可以用于各种不同薄膜材料的三维表面顺形或共形图案的加工。以上步骤S6中，可以采用譬如空气压缩机，通过高压使图案化薄膜目标基底成为与三维模具表面形状相同的三维表面顺形或共形图案。以上步骤S2中，采用激光、切割机或者蚀刻将所述薄膜加工成预定的图案时，可以是在薄膜的一面加工出预定的电路图案，也可以是在导电薄膜的两面均加工出预定的电路图案。进一步的，所述辅助基底材料为硅胶，所述辅助基底的厚度为200微米～400微米。进一步的，所述缓冲层材料为热熔胶或者硅胶，所述缓冲层厚度为50微米～100微米。缓冲层材料的选择较多，不限定为热熔胶或者硅胶两种，只要可以起到与本专利技术相同的作用都可以采用，具体为，只要满足杨氏模量与塑料薄膜相似，且满足熔点低于塑料薄膜就能采用。进一步的，所述薄膜优选为铜薄膜，所述导电薄膜的厚度为5微米～15微米。所述的薄膜还可以是金、银、铁、锡等导电金属薄膜。进一步的，所述塑料薄膜的材料优选为聚碳酸酯，所述塑料薄膜的厚度为100微米～150微米。实质上，目标基底中也不一定需要选用塑料材质的薄膜，只要是利用了相变，能使其从二维变形成为三维的材料均可作为目标基底的柔性层。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、对薄膜直接进行图案化加工，该方法可以简化加工流程，降低生产成本。通过缓冲层的引入，使薄膜图案在三维成型时不会被破坏。通过对辅助基底的改进，可利用较为简单的加工方法便可实现较为困难的转印过程。利用热塑性塑料加热后塑性增大、柔韧性增强的原理，通过真空吸附或者压力，可以实现复杂三维表面的成型过程，制备获得三维表面顺形或者共形图案。2、本专利技术方法对薄膜图案的采用激光、切割或者蚀刻方式加工，引入基底缓冲层，极大的简化了三维表面顺形或者共形图案的制作过程，从而显著的提高了三维表面顺形图案的生产效率、降低了其生产成本，并且可以和传统的制作工艺相兼容。附图说明图1是按照本专利技术方法完成三维表面顺形(共形)图案加工制作方法的工艺流程图；图2是按照本专利技术方法制作出的半球形三维表面顺形(共形)图案的截面结构示意图；图3是按照本专利技术方法制作的辅助基底的平面结构示意图。在所有附图中，相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维表面顺形或共形图案的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：将薄膜粘附在辅助基底上；S2：采用激光、切割或者蚀刻将所述薄膜加工成预定的图案，获得图案化薄膜辅助基底；S3：在塑料薄膜上添加缓冲层，获得目标基底；S4：将图案化薄膜辅助基底与所述目标基底相对压合，使图案化薄膜接触并粘结在所述缓冲层上；S5：分离出辅助基底，完成图案化薄膜由辅助基底到目标基底的转印过程，获得图案化薄膜目标基底；S6：对所述图案化薄膜目标基底加热，待所述塑料薄膜塑性增大至可在真空压力下变形后，将所述图案化薄膜目标基底移至三维模具上，所述三维模具位于压力平台上，利用真空压力吸附或高压，使图案化薄膜目标基底变形后贴附在三维模具表面，成为与三维模具表面形貌相同的三维表面顺形或共形图案。

【技术特征摘要】
1.一种三维表面顺形或共形图案的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：将薄膜粘附在辅助基底上；S2：采用激光、切割或者蚀刻将所述薄膜加工成预定的图案，获得图案化薄膜辅助基底；S3：在塑料薄膜上添加缓冲层，获得目标基底；S4：将图案化薄膜辅助基底与所述目标基底相对压合，使图案化薄膜接触并粘结在所述缓冲层上；S5：分离出辅助基底，完成图案化薄膜由辅助基底到目标基底的转印过程，获得图案化薄膜目标基底；S6：对所述图案化薄膜目标基底加热，待所述塑料薄膜塑性增大至可在真空压力下变形后，将所述图案化薄膜目标基底移至三维模具上，所述三维模具位于压力平台上，利用真空压力吸附或高压，使图案化薄膜目标基底变形后贴附在三维模具表面，成为与三维模具表面形貌相同的三维表面顺形或共形图案。2.如权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志刚，彭鹏，张硕，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42