应用于柔性基底的通孔引线结构与工艺实现研究

摘要

随着人们对自身健康关注度的增加，市场对实时监测人体状态的电子产品的需求正在持续增加，并推动着柔性电子技术的研究与应用的快速发展。柔性电子的电互联与封装是柔性电子中不可或缺的一部分，目前应用于柔性电子封装与电互联的方式主要有硬薄膜屈曲结构、岛-桥结构和倒装芯片技术等，这些方法均是二维平面封装方式，难以与三维器件结构相结合，无法实现柔性器件的三维集成与封装，还会导致封装后柔性电子系统的尺寸增大。基于目前柔性电子封装领域存在的局限与不足，本文提出应用于柔性基底的通孔引线结构，即柔性通孔引线结构，用于柔性电子的三维封装和电互联，实现了柔性通孔引线结构的设计与优化，具体工作如下：　　① 分析了柔性电子在国内外的研究进展以及前景，系统地研究了目前柔性电子领域封装与电互联技术的发展现状和存在的问题，明确本文的主要研究内容；　　② 对目前应用于柔性电子领域的柔性材料的性能进行分析，选定聚二甲基硅氧烷（PDMS）为柔性连接层材料，设计并进行正交实验，得到最佳固化参数为：主剂与固化剂质量比为8:1，固化温度为110 ℃，固化时间为3 h，并进行纳米二氧化硅（SiO2）的制备，通过SiO2对PDMS材料进行改性，使得PDMS/SiO2复合材料硬度提高至85.51 HA，相较于PDMS的最大硬度提高了54.6%，得到满足硬度要求的柔性材料；　　③ 对本课题提出的柔性通孔引线结构的结构和关键尺寸进行设计与说明，初拟柔性通孔引线结构加工路线，通过微加工技术进行柔性通孔引线结构加工和优化，并给出加工流程中具体工艺参数；　　④ 参考硅通孔引线结构的电学理论知识，对柔性通孔引线结构的电学特性进行测试与分析，结果表明柔性通孔引线结构的电阻、寄生电感和寄生电容均较小，说明寄生效应不显著，并通过柔性通孔引线结构在不同弯曲半径下完成对石墨烯薄膜的电阻测试，论证柔性通孔引线结构的柔性与电气连接稳定性，证明柔性通孔引线结构用于柔性电子领域的可行性。

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及主要内容

1.4 本章小结

2 柔性材料的制备与性能优化

2.1 柔性材料

2.1.1 柔性材料的种类与选择

2.1.2 聚二甲基硅氧烷特性

2.2 聚二甲基硅氧烷工艺参数优化

2.2.1 DOE的介绍

2.2.2 实验材料、设备与步骤

2.2.3 最佳工艺参数确定

2.3 二氧化硅掺杂改性聚二甲基硅氧烷

2.3.1 聚二甲基硅氧烷掺杂改性原理及纳米粒子选用

2.3.2 二氧化硅纳米粒子的制备

2.3.2 聚二甲基硅氧烷/二氧化硅复合材料的制备

2.4 本章小结

3 柔性通孔引线结构的实现与优化

3.1 柔性通孔引线结构的设计

3.2 柔性通孔引线结构加工工艺研究

3.2.1 微系统制造工艺简介

3.2.2 柔性通孔引线结构拟采用工艺路线

3.3 柔性通孔引线结构工艺实现

3.4 柔性通孔的镀铜填充工艺

3.4.1 电镀原理

3.4.2 电镀实验

3.4.3 实验结果与优化

3.5 本章小结

4 柔性通孔引线结构的性能测试与讨论

4.1 电学理论

4.2 测试方案与测试结果

4.3 柔性通孔引线结构的示范性应用

4.4 本章小结

5 论文总结与工作展望

5.1 本文工作总结

5.2 本文特色

5.3 后期工作与展望

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间参与的相关课题

B. 学位论文数据集

致谢