|柔性电子产品的激光传输、打印和组装技术（2）( 三 )
3.2基于聚酰亚胺激光烧蚀的激光剥离工艺
聚合物基片在柔性电子器件中发挥着越来越重要的作用 。 LLO被进一步开发用于通过激光烧蚀聚酰亚胺（PI）从刚性基板释放电子 ， 称为激光释放塑料上的电子（EPLaR）技术 。 近年来 ， 这种LLO已经在微电子制造领域得到了很好的发展 ， 尤其是在柔性显示制造领域 。 对于柔性显示器的制造 ， 电路层（主要是TFT）的背板不再在刚性基板上制造 ， 而是在柔性聚合物上制造 。 然而 ， 这一特点使其制造过程成为重大的技术挑战 。 特别是 ， 用于柔性显示器的柔性基板过于精致 ， 无法用传统半导体加工设备进行加工 。 因此 ， 在刚性玻璃载体上制造器件并在最终工艺步骤中分离成品器件提供了一种生产柔性器件的替代方法 。
已经开发出用于从刚性载体上释放柔性基板的各种分离策略 ， 例如使用可释放粘合剂、由脉冲电场触发的焦耳加热诱导剥离和使用弱粘附脱粘层 。 与其他分离策略相比 ， 该策略具有独特的优势 。 首先 ， 基板尺寸没有限制 ， 因此LLO可用于大面积应用 。 其次 ， 发布过程直接简单 ， 无需额外的处理步骤 。 第三 ， 这种方法具有无与伦比的高产量 。 通过宽光束 ， 一个包含65英寸柔性显示屏的大型玻璃载体（730毫米×920毫米）通过在几秒钟内仅施加几千个激光脉冲而被快速、轻轻地分离 。
不仅在柔性显示领域 ， EPLaR技术还具有生产柔性器件的巨大潜力 ， 因为它具有从透明基板上剥离预制器件的独特能力 。 该技术在简化柔性电子器件制造方面具有显著优势 。 如图6a所示 ， 该技术首先在透明衬底上旋转和固化一层PI薄膜 ， 然后在其上依次制造器件层 。 该PI层将作为上层设备的底层 。 由于PI可以承受高达400°C的高温 ， 因此它可以承受最传统的CMOS/MEMS工艺 。 一束成形的激光束穿过透明基板照射到PI/玻璃界面上 。 在扫描过程之后 ， 上部器件从衬底上释放 ， 因此可以容易地从刚性状态转变为完全柔性 ， 如图6b所示 。 界面聚合物的激光烧蚀是导致这些过程的原因 。 由于高光子能量 ， 紫外激光被发色团强烈吸收 ， 发色团可以通过电子跃迁到激发态在聚合物中充当吸收中心 。 含有这些发色团(苯环和羰基)的PI表现出很强的吸收能力 。
图6 a）使用EPLaR技术制造柔性电子产品的示意图 。 b）使用ePolar发布的图层堆栈的照片 。 c）低激光注量（比例尺=500 nm）激光辐照后PI-玻璃界面微观结构的SEM图像 。 d） LLO工艺后在超薄PI膜上制备的柔性应变传感器的照片 。 插图是传感器两个电极之间的电阻测量值 ， 显示出有限的变化 。
在某些情况下(主要是深紫外光) ， 当激发能等于电子的结合能迫使分子碎裂时 ， 被激发的分子可以达到不稳定状态 ， 这被认为是光化学反应 。 然而 ， 有时吸收的激光能量会导致聚合物快速加热 。 当能量密度（温度）足够高时 ， 就会发生碎裂 ， 从而形成小的挥发性分子 。 在这两种情况下 ， 烧蚀的PI的厚度均为几十纳米 ， 导致PI-玻璃界面处形成气体产物 ， 导致分离 。 光/热穿透深度只有几百纳米 。 因此 ， PI厚度可以减小到仅几微米 ， 这可以使相邻的器件层完全不受光学/热损伤的影响 。 通过减小PI厚度 ， 可减小柔性装置的总厚度以获得增强的柔性 。
揭示了激光烧蚀界面聚酰亚胺的过程机理 ， 激光烧蚀界面聚酰亚胺会在聚酰亚胺和玻璃基板之间产生气体产物 。 这一特性使得超薄PI薄膜的LLO现象明显不同于厚膜 。 研究发现 ， 与较厚的薄膜相比 ， 超薄PI薄膜（<5μm）的加工窗口非常窄 ， 这对LLO来说是一个挑战 。 气体产物的数量主要由使用的激光通量和扫描速率决定 ， 决定了超薄PI膜LLO过程的结果 ， 从残余粘附到褶皱或开裂 。 如图6c所示 ， 在气体产物不足的情况下 ， 激光照射后 ， 在PI-玻璃界面观察到纳米柱结构 ， 并相应保留了一定的残余界面结合强度 。
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