4-2 功能及封装材料在线视频

在这里

我们把实现电子器件功能的导体

及半导体材料都归类为功能材料

接下来将介绍功能材料的特点和

进展

首先我们来看一下导体材料

想象一下集成电路板线路是

什么样的

是不是横竖交错的金属连线在

一个充满各种焊盘 插槽的PCB

硬板上

金属连线是当前电子器件

电子系统电路的主要形态

它们与硬质基板固定在一起

性能稳定可靠

但是不可变形

我们这节关注的重点不是普通的

金属薄膜电路材料

而是可变形的电路材料

主要包括液态金属

导电聚合物

碳基纳米材料为代表的新型电路

材料

我们来介绍液态金属

它具有流动特性

是最柔软的可变形电路材料

在常温下为液态的金属

单质主要有汞

钫

铯 镓 铷等

考虑到化学稳定性和毒性等

安全因素

可用于柔性电路的液态金属

主要是镓及其合金

镓及其合金具有导电

低粘度

高表面张力及高热导率等性质

另一方面

镓在空气中快速氧化 生成的氧化膜

是液态金属成型的关键

研究者通过在可拉伸衬底上预制

沟道或直接涂刷的方式进行电路

材料图案化

已制备出柔性天线

柔性导线等电路的重要组成部分

以及具有自愈特性的柔性器件

基于液态金属的自愈合器件

利用了液态金属的流动特性

配合以可自愈的衬底及封装材料

使得器件损坏后

在无外界的干预下可自动恢复

结构和功能

比如像这样 器件被切断了

一段时间自愈合之后

LED就可以恢复

了发光

顾名思义

柔性导电聚合物是具备导电特性

的高分子材料

根据组分的不同

可以将其分为两类

一类是复合型导电聚合物

指由高分子和导电填料通过不同

工艺复合形成的材料

另一类是结构型导电聚合物

指高分子材料自身或通过少量

掺杂后具有导电性能的材料

复合型

通过填料获得导电网络

结构型则通过离子键或离域派键

获得导电能力

其中复合型导电聚合物由于制备

过程简单

被广泛研究

填充材料主要包括金属

纳米线

纳米颗粒

以及碳纳米材料等

研究表明

导电聚合物具有拉伸变形能力

通常首次拉伸时

电导率会随着拉升的变形而降低

多个循环加载后

电导率不再随着拉伸变形而变化

从而作为可拉伸的导线使用

导电聚合物

作为柔性电路材料的优势

在于它易与衬底材料相结合

可以避免或减弱应力集中现象

以碳纳米管和石墨烯为代表的

碳基纳米材料

在柔性电路材料方面具有重要的

应用前景

首先

单壁碳纳米管和单层石墨烯

具有非常高的电导率

厚度小

材料单体的弯曲性能优异

是很好的电路材料

碳纳米管用于制备电路结构

需要解决的问题是要制备均一性

好的碳纳米管阵列

通过转印等技术与电路功能单元

实现有效互连

单层石墨烯非常薄

适合卷对卷制备工艺 需要解决的

问题是大面积高效成膜制备的

问题

无机半导体材料电子迁移率高

是制备高速高性能信息器件的

晶体管单元的首选

常见的无机半导体材料

包括硅

砷化镓

氮化镓等

这些材料弹性模量大

拉伸率低

在柔性器件中必须通过结构设计

来实现柔性与可延展特性

实现柔性化的策略

是将无机半导体材料的厚度降低

到几百个纳米以下

从而使其具备良好的弯曲变形

能力

也有研究

通过在超薄柔性衬底上集成超薄

硅晶体管电路

或在中性层中布置柔性硅基

晶体管电路

实现了可弯曲晶体管阵列电路

另外 通过预应变衬底制备的屈曲型

晶体管电路

则具备了一定的拉伸特性

有机半导体材料是具备半导体

特性的有机材料

有机半导体材料本征的具备一定

柔性

可直接用于制备柔性电子器件

有机半导体材料可通过溅射

蒸发

溶胶凝胶

印刷等多种方法制备

易于材料改性和大面积制造

生产成本更低

以并五苯为代表的柔性有机

晶体管

拥有很好的柔性

较高的迁移率以及低操作电压

被广泛研究用于制备柔性OLED

器件

当前依然存在的缺点

是与无机半导体材料相比

载流子迁移率低

并且它对水分 氧气比较敏感

对防水隔氧的条件要求高

碳纳米管可以看作是单层碳薄膜

卷曲形成的一个单壁薄管

根据碳纳米管卷曲的角度不同

分为金属型碳纳米管和半导体型

碳纳米管

研究表明

半导体性碳纳米管具有良好的

电学性能

传热性能

通过打印的方式制备柔性高频

晶体管器件

柔性器件

功能稳定性

要求合适的柔性封装材料

及对应的封装技术

接下来我们简单介绍一下

柔性器件封装材料的特点和进展

在柔性电子器件制备的最后环节

将对其进行封装

因而封装材料除了具备柔性

可延展性以外

还需要有一定的强度

有时对透光性

电磁屏蔽特性要有所要求

超薄玻璃是现在在应用中的柔性

封装材料

本身具有很高的强度

很低的厚度与较好的透光性

因此常被应用在OLED或其它

显示器的封装中

金属箔也是一类

被广泛使用的封装材料 厚度低

较好的柔性与可延展性

并具有耐高温 阻水

阻氧的特点

相比其他材料

成本十分低廉

获取方便

因此应用也非常广泛

在对水氧不敏感的电路封装

过程中

可通过柔性聚合物覆层对

柔性电路进行表面封装

比如柔性电路

基板FPC电路表面的封装

但在对水氧敏感的有机半导体

器件的封装中

比如OLED器件

需要在功能器件的单元电路表面

通过低温气相沉积的方法

分别沉积氧化硅

氧化铝或金属薄膜层等无机阻隔

水氧薄膜层后再沉积有机封装层

无机封装层非常薄

封装层总厚度主要还是由最外层

有机封装层贡献

因此弯曲

变形特性变化不大