對於(yu) 柔性電子器件,高產(chan) 量和大規模生產(chan) 的需求在不斷增長,這需要以高產(chan) 出和極低生產(chan) 成本為(wei) 特點的新生產(chan) 工藝。
有一項調查是關(guan) 於(yu) 激光加工軟性基板頂層薄膜的工藝,以研究其在電子器件和柔性太陽能電池領域的應用。超短脈衝(chong) 激光器因其與(yu) 固體(ti) 的作用時間短(接近於(yu) 非熱燒蝕)而被證明是燒蝕熱敏薄膜的最佳工具。
構建柔性電路
柔性電子設備要想適應大眾(zhong) 市場,就必須設法降低工藝成本。印刷電路的成本比通過化學或物理沉積工藝生產(chan) 的成本更低。不幸的是,有些工藝流程步驟還不能運用現有的印刷技術,至少用起來非常費勁。例如,雙麵聚合物線路卡或者薄膜係統所需要的高質量連接器產(chan) 品幾乎不可能使用既定的工藝(如衝(chong) 壓)來生產(chan) 。通過集成直寫(xie) 式激光工藝,就能夠在不限製連續卷帶加工的情況下,完成傳(chuan) 統方法無法做到的工藝。
一種典型的可印刷導電層材料是導電的高分子聚合物PEDOT:PSS。在330納米至1100納米之間的波長範圍內(nei) ,這種材料具備非常低的吸收作用,僅(jin) 僅(jin) 比常用的PET基材稍微高一點點。這一特性阻礙了對導電層進行激光燒蝕且不影響基材。因此,業(ye) 界使用不同的激光波長(266納米至1064納米)和脈寬(12皮秒至100納秒),對PET基材上PEDOT:PSS的燒蝕進行加工測試。首先,使用波長為(wei) 1064納米和12皮秒-100納秒脈寬的不同激光器。不出所料,波長位於(yu) 可見光和紅外線範圍的初始測試顯示,除非減少對基材的顯著傷(shang) 害,否則無法加工PEDOT:PSS層。基於(yu) 這些經驗,以紙和箔為(wei) 載體(ti) 基材,對紫外線波長範圍(355納米)進行測試。雖然50納秒脈寬的激光源能夠完全去除導電層,但是PET箔也被損壞了(起泡)。
采用超短脈衝(chong) 激光束能夠燒蝕高分子功能聚合物,而不會(hui) 讓箔起泡。通過使用激光能量,就能夠適當隔離薄膜高分子聚合物層,從(cong) 而將去除的基材材料減少到不足10微米的小額量。在許多應用中,材料燒蝕並不是很關(guan) 鍵,比如當兩(liang) 種導電區域已經被隔開時。切割速度的快慢取決(jue) 於(yu) 切割形狀。當切割速度為(wei) 5米/秒時,就會(hui) 遇到相關(guan) 的局限性,此時的重複頻率為(wei) 640千赫,生成的切割寬度為(wei) 28微米。若希望切割速度更快,可以采用重複頻率更高的激光源來實現。
還可以使用266納米波長的激光來進一步減少基材材料的穿透深度。支持這一結論的事實就是PEDOT:PSS和PET基材對於(yu) 330納米以下波長的吸收作用顯著增加,從(cong) 而減少穿透深度。缺點在於(yu) 激光源的輸出功率同樣需要進一步減少,這將極大地需要產(chan) 生更多的光程。
加工紙基材上的PEDOT:PSS層更容易些,因為(wei) 基材材料的熱穩定性更好。因此,如果不超過能量閾值(該閾值遠高於(yu) 燒蝕PEDOT:PSS所必需的值),基材就不會(hui) 被損壞,高分子聚合物層的燒蝕工藝窗口得以增加。但是,與(yu) 箔相似,隻需要更小的脈寬和波長,就能夠實現燒蝕更少基材的隔離切割。
構建柔性CIS太陽能電池
基於(yu) 卷帶加工工藝的生產(chan) 方式,還能夠用來生產(chan) 柔性太陽能電池。使用超短脈衝(chong) 激光器對CIS太陽能電池進行加工已經被認為(wei) 是一種破壞性很小的選擇性燒蝕不同層的工藝
另外,業(ye) 界已經開發出一種工業(ye) 工藝技術,能夠對聚酰亞(ya) 胺基材上最多1.5微米厚的CIS吸收層進行皮秒級激光微加工。一次處理CIS層所用能量大約稍高於(yu) 1微焦。細溝邊緣的微觀結構上顯出了差異,表明5微米寬區域內(nei) 的吸收層已經少量被熔化和固化。
基於(yu) 橫截麵混合物透射電子顯微鏡法(包括能量色散X射線)和微拉曼光譜分析的詳細研究,燒蝕選擇性得到了證實。而且,無損害加工也被證明,特別是就創建功能損害銅硒化合物相(CuxSePhase)來說。
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