柔性电子卷到卷制造中异质结构可控转移与层合机理

The flexible electronics devices have wide application prospect such as information, energy and national defense,because of the flexibility, ductility, efficient and low cost manufacturing process.This project aims at the controllable transportation and lamination of neterogeny structure in roll-to-roll manufacturing process, from the material properties, process mechanism and control methods etc., to carry out the multidisciplinary crossover study.The influence model of interfacial energy release rate process is proposed for peeling parameters and viscoelasticity behavior,and the criteria for substrate peeling and the controllable process window should be obtained.Disclose the impact principle of motion parameters,pick-place force and interfacial force for pricise tranportation, and establish the mechanical model of bending instability of the laminating interfaces.The multi-parameter optimization control model of continuous laminating for multi-ultra-thin substrates is be set up, based on the analysis of velocity,internal tension and position error, and one discontinuous tension/position hybrid control method is raised for substrates' precise positionings. Break through the key technologies,including controllable peeling,accurate pick-place transportation and continuous laminating,in the multi-layer neterogeny structure's roll-to-roll manufacturing, to provide the theoretical basis and the source technology for flexible electronics manufacuring equipments.

柔性电子器件以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗等领域具有广泛应用前景。本项目围绕柔性电子器件卷倒卷制造中异质结构可控转移与层合的基础科学问题，从材料特性、工艺机理和控制方法等方面开展多学科交叉研究：提出卷到卷剥离工艺参数、异质膜粘弹性行为对界面能量释放率的影响模型，获取薄膜可剥离的判定准则及可控剥离的工艺窗口；揭示运动参数、取/放力和界面力对异质结构精确取/放转移的影响规律，建立层合界面翘弯失稳的力学模型；揭示多层膜同时卷绕进给过程中速度参数、膜内张力、对位误差等对层合行为的影响机理，建立面向连续层合的多参数优化控制模型，提出超薄薄膜精确进给的非连续张力/位置混合控制方法；突破卷倒卷制造中多层柔性异质结构可控剥离、精确取/放转移、连续层合等关键技术，为柔性电子制造装备的研制提供理论基础和技术源泉。

本项目围绕柔性电子器件卷到卷制造中异质结构可控转移与层合的基础科学问题，从材料特性、工艺机理和控制方法等方面开展多学科交叉研究：（1）在柔性基板界面剥离方面，建立了超薄芯片真空拾取界面剥离理论模型，提出了柔性基板共形剥离R2R可控转移力学模型，建立了芯片倒置剥离和碎裂力学行为模型和工艺窗口；（2）在基板变形力学模型及可控性方面，基于胶粘剂固化和冷却过程的热-应变行为分析，提出了一个超薄芯片-胶层-基底的结构分层模型, 建立了柔性基板弯曲变形及褶皱临界参数窗口，提出了张力不均、辊轴不平行对薄膜皱褶影响模型, 提出了柔性电子曲面转移共形变形机械手结构及控制方法；（3）工艺参数影响方面，在薄膜根据薄芯片转移过程（剥离和放置）芯片层-粘胶层-衬底层的解析竞争断裂模型，提出了预拉伸基板界面分离的关键工艺参数, 提出了非均匀张力分布、弹性支撑对R2R运动基板横向振动稳定控制模型；（4）层合与转移控制方面，提出了柔性电子多层膜层合对位误差模型；提出了一种新的转塔式薄芯片高效转移模型, 提出了一种曲面转移层合定位匹配算法, 提出了基于薄膜面外振动频率非接触测量膜张力的方法。突破了卷倒卷制造中多层柔性异质结构可控剥离、精确取/放转移、连续层合等关键技术，发明了柔性电子制造系统中的工艺方法、剥离装置、转移机械手、控制系统、张力测量与检测方法及复合装备。在项目支持下，在所提出的理论、技术、方法和工艺创新基础上，共发表了期刊论文18篇（其中SCI 13篇）、申请了国家发明专利20项（其中已经授权14项），同时培养了22位研究生人才（其中博士4人、硕士18人），该系统研究工作为柔性电子制造领域的工艺创新、技术突破、装备研制等提供了理论基础、技术源泉和人才梯队。