[发明专利]热驱动的可编程弹性主动转印印章的非接触转印方法

说明书

本发明公开了一种热驱动的可编程弹性主动转印印章的非接触转印方法，印章由制备有空腔阵列的高聚物、热驱动工质以及微结构薄膜组成。转印方法为：1)拾取时，使印章底面与器件保持一较小间隙，在外加温度场作用下，印章空腔内的热驱动工质受热膨胀或发生相变，使得弹性薄膜鼓起，弹性薄膜被按压在微纳电子元器件上，器件被成功拾取；2)印刷时，使印章/器件底面与基底保持一较大间隙，在外加温度场下，弹性薄膜鼓起，印章/器件界面粘附急剧减弱，器件被顶出与印章脱离，器件被成功印制。本发明的转印方法通用性好，能够将器件印刷在任意基底上；印刷响应时间快，单位时间吞吐量大，能够实现大规模的选择性、图案性的并行转印。

技术领域

本发明涉及一种转移印刷技术，尤其涉及一种热驱动的可编程转印印章及非接触转印方法，可用于任意图案化的微纳电子元器件的确定性组装，在柔性电子、纸质电子、MicroLED显示等领域有着十分重要的应用前景。

背景技术

转移印刷技术是一种新兴的材料组装技术，它使用柔软的聚合物印章将微纳电子元器件从一个基底(施主基底)转移到另一基底(受主基底)上。该技术能够在一秒内吞吐数千个元器件，可以将不同种类、独立制备的离散元件进行大规模集成，进而形成空间有序的功能系统。例如，将刚硬脆的半导体材料集成在柔软弹性体上的柔性可拉伸无机电子产品，将数以百万计的MicroLED芯片集成在显示基板上的MicroLED显示器等(可参见罗鸿羽,令狐昌鸿,宋吉舟.可延展柔性无机电子器件的转印力学研究综述[J].中国科学:物理学力学天文学,2018(9).)。

通常，从施主基底上拾取元件的时候要求印章与元件的粘附力强，向受主基底上印刷元件的时候要求印章与元件之间的粘附弱。转印的关键在于印章/器件界面的强弱粘附转换，因此操纵和调节印章/器件的界面粘附力是成功转印的关键。

转印技术可以分为接触式转印技术和非接触转印技术两类。接触式转印需要将印章和基底想接触，而非接触转印则反之。现有的接触式转印技术如剪切增强转印技术(可参见Carlson A,Kim-Lee H J,Wu J,et al.Shear-enhanced adhesiveless transferprinting for use in deterministic materials assembly[J].Applied PhysicsLetters,2011,98(26):264104.)、表面浮饰转印技术(可参见Kim S,Wu J,Carlson AP,etal.Microstructured elastomeric surfaces with reversible adhesion and examplesof their use in deterministic assembly by transfer printing[J].Proceedings ofthe National Academy of Sciences of the United States of America,2010,107(40):17095-17100.)等通常都包含复杂力学控制方式或者印章结构设计。

同时，因需要将印章与受主基体接触，受主基体的性质和几何形状将会极大的限制接触式转印技术的应用范围，而非接触转印则消除了上述限制。

通常，非接触转印技术中，应用最广泛的是激光驱动热失配转印技术，然而要产生可用于印刷的热失配通常需要较高的温度(约300℃)，很容易对印章表面和器件带来热损伤，这限制了其应用范围。

在我们前期的研究中，设计了一种基于仿生设计的可编程主动转印印章(CN201810732161.8)，实现了选择性的印刷，然而却无法实现选择性拾取，然而工业应用却对此有着实际需求，如选择性地从LED生长基底上拾取特定波长的LED芯片、选择性地去除显示器面板上的显示坏点等。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种热驱动的可编程弹性转印印章及其非接触转印方法。首先在高聚物上制作空腔阵列，填充热驱动工质后用弹性薄膜封装,形成完整的印章结构。