本發明屬于柔性器件集成，具體涉及一種基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法。

背景技術：

1、隨著科技的快速發展，數字化、智能化已滲透到物聯網、人機交互、醫療監測等各個領域，這也催生了各種復雜結構表面上對各種功能柔性器件的迫切需求。柔性器件具有柔軟、輕便、可彎曲拉伸等優點，可以靈活地匹配皮膚等異形表面，在更廣泛的場景下實現顯示、傳感、發電等應用。特別是陣列式柔性電子器件，比如led顯示器件、光電傳感器陣列、熱電器件等，通過柔性電極將陣列化微型電子元件進行連接可以實現更高分辨率、更強輸出性號、更高柔性等性能提升。

2、公開號為cn105047259a的發明專利申請公開了一種醫用柔性集成電極。該專利申請包括依次層疊的聚酰亞胺絕緣層、柔性壓延銅箔導電基層和銀/氯化銀信號傳感層，這種電極通過柔性印制電路板的加工工藝，可以有效的定制各種信號反饋和控制電路。該專利申請不僅具有很好的柔韌性，而且能很好的與體表接觸。臨床醫療，便攜式醫療電生理檢查中所使用的傳感器/sensor(電極/electrode),及信號回饋電路中。可被用來配合各種電生理檢測儀器設備，對心臟，肌肉，神經，大腦等形態不同而且高低起伏器官的電活動進行檢測和反饋。但該專利申請公開的醫用柔性集成電極耐彎曲和耐拉伸性能有待提高。

3、公開號為cn116614907a的發明專利申請公開了一種適用于柔性電加熱膜的電極，包括導電膜、電極層、封裝層以及襯底層，其中，電極層由液態金屬制成。本發明的適用于柔性電加熱膜的電極，采用液態金屬制成的電極層，解決現有技術中柔性電加熱膜利用銅箔等硬質金屬作為電極容易疲勞折斷的問題，增強了柔性電加熱膜的耐彎折能力，提高了柔性電加熱膜的工作可靠性。封裝層的邊緣與襯底層邊緣外的導電膜相連，保證了封裝密封性，同時，該發明專利申請還利用襯底層的鏤空部連接導電膜與封裝層，進一步提高了導電膜與封裝層的連接結構強度，提高了封裝可靠性。與此同時，該發明專利申請還提供一種上述適用于柔性電加熱膜的電極的制備方法，同時該發明專利申請還提供一種柔性電加熱膜。但該發明專利申請采用液體金屬制成電極層的封裝過程中要引入額外的寄生熱阻。

4、選擇合適的柔性電極并將其陣列化是實現柔性電子器件陣列式集成的一個關鍵，目前多采用刮涂、切割、物理或化學沉積的方式將導電漿料、薄膜金屬、蛇形金屬線和液態金屬等柔性電極進行陣列化。而這些電極仍存在一些問題，比如漿料電極和薄膜金屬反復彎曲后容易出現斷裂；蛇形金屬線的電極電阻較大會嚴重降低器件的輸出性能；液態金屬電極存在泄露問題，并且它的封裝往往會帶來較大的寄生熱阻。

技術實現思路

1、本發明提供了一種基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，該制備方法制得柔性器件具有較好的耐彎曲、耐拉伸性能和更高的輸出性能。

2、本發明提供了一種基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，包括：

3、通過濕法處理銅網表面的氧化物，將處理后的銅網浸入松香乙醇溶液潤濕；

4、將潤濕后的銅網貼附在硬質基底上，干燥1～10分鐘；

5、采用飛秒激光微納加工技術將銅網圖案化，得到銅網電極陣列；

6、將銅網電極陣列與陣列化的電子元件對準鍵合，將柔性材料注入電子元件間以封裝電子元件；

7、加熱硬質基底使得松香熔化，將硬質基底和圖案化銅網剝離，獲得柔性器件。

8、本發明利用松香乙醇溶液將銅網潤濕后貼附在硬質基底上，濕潤的銅網能夠自吸附到硬質基底上，通過控制合適貼附時間，待乙醇揮發后使得銅網能夠較為平整的粘附在基底上，避免翹起。

9、本發明利用銅網的耐彎曲和耐拉伸性能，使得本發明提供的由銅網電極制得的柔性器件具有較好的耐彎曲性和耐拉伸性能；與蛇形線電極相比，本發明提供的銅網電極具有更多的導電通路，電極電阻較小，使得本發明提供的柔性器件具有更高的輸出性能；與液體金屬電極相比，本發明提供的銅網電極的制備過程中不需要進行封裝，因此未引入額外的寄生熱阻。

10、本發明根據器件結構設計，采用飛秒激光微納加工技術圖案化銅網，制備高精度的銅網電極陣列。

11、優選地，所述銅網的線徑小于1mm。如果線徑過大，銅網的柔性會變差，銅網圖案化加工的難度會增加、精度會降低。

12、優選地，在松香乙醇溶液中松香的質量百分比為5％-40％。

13、本發明通過控制松香的含量，避免松香的析出，使得浸潤了松香乙醇溶液的銅網能夠較好的貼附在硬質基體表面避免翹曲。

14、優選地，所述濕法處理的工藝為：通過有機溶劑清洗銅網，再通過氧化物刻蝕液去除表面氧化層，然后通過揮發性溶劑去除殘留的氧化物刻蝕液，干燥得到處理后的銅網。

15、本發明通過濕法處理去除銅網表面的氧化物和有機污染物，盡量減少氧化物和雜質對電極電阻的影響。

16、進一步優選地，所述有機溶劑為可以去除有機污染物的丙酮、乙醇等溶劑，氧化物刻蝕液為可以去除銅網表面氧化層的稀鹽酸、稀硫酸等刻蝕液，揮發性溶劑為可以去除刻蝕液殘留的水、乙醇等揮發性溶劑。

17、優選地，所述硬質基底為表面平整的基底，材料為氮化鋁、氧化鋁、硅片或玻璃。

18、優選地，所述將銅網電極陣列與陣列化的電子元件對準鍵合，包括：

19、將陣列排布的電子元件插入雙層多孔模板；

20、所述銅網電極陣列包括上電極陣列和下電極陣列，以陣列排布的電子元件為基準采用飛秒激光制備多孔掩膜，通過所述多孔掩膜分別在上電極陣列和下電極陣列印刷焊錫膏；

21、通過焊錫膏先將上電極陣列與陣列排布的電子元件一端鍵合，取出雙層多孔模板，然后通過焊錫膏將下電極陣列與陣列排布的電子元件的另一端鍵合，從而完成銅網電極陣列與陣列化的電子元件對準鍵合。

22、優選地，所述雙層多孔模板包括兩層孔位對準的模板，兩層多孔模板之間的邊緣處設有墊片。本發明將電子元件放入兩層多孔模板的孔位，通過墊片將兩層多孔模塊間的距離提升，從而使得電子元件能夠牢固的位于孔位內部，進而能夠實現精準的鍵合。

23、優選地，所述電子元件為顯示、傳感、發電和發熱元件。

24、優選地，所述柔性材料為硅膠、橡膠、水凝膠或樹脂。

25、優選地，所述加熱硬質基底的溫度為100-300℃

26、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

27、該制備方法利用松香乙醇溶液將銅網較好貼合在基底上，同時利用銅網的耐彎曲、耐拉伸性能以及更多的導電通路，使得該制備方法制得的柔性器件具有較好的耐彎曲、耐拉伸性能，由于本發明制得的銅網電極電阻較小，且由于制備銅網電極時未引入封裝材料從而未引入額外的寄生熱阻，進而使得本發明提供的柔性器件具有更高的輸出性能。

技術特征：

1.一種基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述銅網的線徑小于1mm。

3.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，在松香乙醇溶液中松香的質量百分比為5％-40％。

4.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述濕法處理的工藝為：通過有機溶劑清洗銅網，再通過氧化物刻蝕液去除表面氧化層，然后通過揮發性溶劑去除殘留的氧化物刻蝕液，干燥得到處理后的銅網。

5.根據權利要求4所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為丙酮、乙醇等溶劑；

6.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述硬質基底為表面平整的基底，所述硬質基底的材料為氮化鋁、氧化鋁、硅片或玻璃。

7.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述將銅網電極陣列與陣列化的電子元件對準鍵合，包括：

8.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述電子元件為顯示、傳感、發熱或發電元件。

9.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述柔性材料為硅膠、橡膠、水凝膠或樹脂。

10.根據權利要求1所述的基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，其特征在于，所述加熱硬質基底的溫度為100-300℃。

技術總結
本發明公開了一種基于陣列式銅網電極的柔性器件的制備方法，包括：通過濕法處理銅網表面的氧化物，將處理后的銅網浸入松香乙醇溶液潤濕；將潤濕后的銅網貼附在硬質基底上，干燥1～10分鐘；采用飛秒激光微納加工技術將銅網圖案化，得到銅網電極陣列；將銅網電極陣列與陣列化的電子元件對準鍵合，將柔性材料注入電子元件間以封裝電子元件；加熱硬質基底使得松香熔化，將硬質基底和圖案化銅網剝離，獲得柔性器件。該制備方法制得柔性器件具有較好的耐彎曲、耐拉伸性能和更高的輸出性能。

技術研發人員：鄧元,嚴躍冬,張瑋峰,徐惠彬
受保護的技術使用者：北京航空航天大學杭州創新研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28