印刷復雜的電子電路的制作方法【專利說明】印刷復雜的電子電路[0001]相關(guān)串請案的交叉參考[0002]本申請案是基于由威廉.約翰史東.雷(WilliamJohnstoneRay)等人于2013年3月14日申請的第61/785，292號美國臨時申請案，所述申請案被讓渡給本受讓人且以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領域：
[0003]本發(fā)明涉及在襯底上以單獨群組印刷預成形微觀半導體裝置，例如晶體管及二極管，其中每一群組中的隨機分布裝置經(jīng)并聯(lián)連接，且本發(fā)明涉及使群組互連以產(chǎn)生更復雜電路，例如邏輯電路?！?br>背景技術(shù)：
】[0004]通過本受讓人自身的工作已了解如何以適當定向在導電襯底上形成及印刷微觀兩端垂直發(fā)光二極管(LED)及將LED并聯(lián)連接以形成光板?？捎跇祟}為“制造二極管的可印刷液體或膠體懸浮合成物的方法(MethodofManufacturingaPrintableComposit1nofLiquidorGelSuspens1nofD1des)”的美國申請公開案US2012/0164796中找到此類LED印刷的細節(jié)，所述案被讓渡給本受讓人且以引用的方式并入本文中。[0005]圖1是可使用下列工藝印刷的LED16的層的橫截面圖。每一LED16包含標準半導體GaN層，包含η層及活性層以及ρ層。[0006]LED晶片(含有數(shù)千個垂直LED)經(jīng)制作使得每一LED16的底部金屬陰極電極18包含反射層。每一LED16的頂部金屬陽極電極20為小的以允許幾乎所有LED光逸出陽極偵U。通過粘著層接合到LED晶片的“頂部”表面的載體晶片可用于接達到LED的兩側(cè)以進行金屬化。隨后，例如通過圍繞每一LED向下蝕刻溝槽到粘著層及溶解暴露的粘著層或通過薄化載體晶片而切分LED16。[0007]隨后，將微觀LED均勻浸泡于包含粘度改質(zhì)聚合物樹脂的溶劑中，以形成用于印刷(例如絲網(wǎng)印刷或膠版印刷)的LED墨水。[0008]如果需在印刷后使陽極電極20定向在與襯底22相反的方向上，那么使電極20較高以使得LED16在安定在襯底表面上時通過流體壓力而在溶劑中旋轉(zhuǎn)。LED16旋轉(zhuǎn)到最小電阻的定向。已實現(xiàn)超過90%的類似定向。[0009]在圖1中，提供起始襯底22。如果襯底22本身不導電，那么例如通過印刷在襯底22上沉積反射導體層24(例如，鋁)。襯底22可為薄的且柔性。[0010]隨后，例如通過膠版印刷在導體層24上印刷LED16，其中輥板上的圖案確定了卷帶式工藝的沉積，或通過使用適當網(wǎng)進行絲網(wǎng)印刷以允許LED穿過并控制層的厚度而在導體層24上印刷LED16。由于相對較低濃度，LED16將被印刷為單層，且相當均勻地分布在導體層24上方。[0011]隨后，使用例如紅外線爐使溶劑熱蒸發(fā)。在固化后，LED16保持附接到下伏導體層24，其中溶解在LED墨水中的少量殘余樹脂作為粘度改質(zhì)劑。樹脂的粘著性質(zhì)及在固化期間LED16下方的樹脂的量的減小會將底部LED電極18壓抵在下伏導體24上，從而與其進行歐姆接觸。[0012]隨后，在表面上方印刷電介質(zhì)層26以囊封LED16且進一步將其固定在適當位置中。[0013]隨后，在電介質(zhì)層26上方印刷頂部透明導體層28以電接觸電極20且在適于所使用的透明導體類型的爐中固化頂部透明導體層28。[0014]如果需要散布電流，那么隨后沿著導體層24及28的相反邊沿印刷金屬匯流條30至IJ33，且金屬匯流條30到33分別電終接在陽極及陰極引線(未展示)用于供電給LED16。匯流條30到33最終將連接到正或負驅(qū)動電壓。[0015]圖2是圖1的俯視圖。圖2的橫截面是圖3的水平對分。LED16在經(jīng)印刷層中的位置是隨機的。[0016]如果將適當電壓差施加到陽極及陰極引線，那么具有適當定向的所有LED16將被照明。圖1展示光線38。[0017]上述工藝嚴格結(jié)合具有頂部電極及底部電極的兩端裝置使用，這是因為LED在襯底上的位置是隨機的，且僅可通過將LED夾置于任何厚度的兩個導電層之間而互連LED。此夕卜，上述工藝嚴格用于形成用于產(chǎn)生光的LED陣列。所述LED不旨在執(zhí)行任何類型的邏輯功能，這是因為并聯(lián)連接的LED的陣列只形成單個二極管。[0018]將期望調(diào)適上述印刷/固化工藝以產(chǎn)生涉及三端晶體管、二極管及可能的額外類型的組件的復雜印刷電路以執(zhí)行邏輯功能?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0019]本發(fā)明大體上涉及在襯底(例如柔性電路)上以小的單獨群組印刷預成形微觀(例如，介于10微米到200微米之間的尺寸)電子裝置，包含晶體管及二極管。每一群組可含有例如大約10個裝置。每一群組中的裝置是使用經(jīng)印刷導體層并聯(lián)連接。[0020]每一群組充當單個裝置(例如，單個晶體管或單個二極管)，這是因為相同裝置在每一群組中并聯(lián)連接。在形成群組后的任何時間，群組隨后經(jīng)互連(編程)以形成自定義電路，例如用于執(zhí)行指定功能的邏輯電路。[0021]在一個實施例中，所印刷裝置是晶體管或二極管，且編程步驟形成多個邏輯門。在另一實施例中，襯底最初經(jīng)處理以從群組形成邏輯門的陣列，且后續(xù)“編程”步驟通過使門互連以形成復雜的邏輯電路而自定義襯底。因此，經(jīng)印刷襯底可形成可編程門陣列。[0022]在一個實施例中，“編程”以形成電路是通過以下步驟執(zhí)行:在襯底上形成疏水掩模；界定互連圖案；及隨后沉積導電材料以在襯底上形成互連金屬跡線。在另一實施例中，互連跡線通過膠版印刷或絲網(wǎng)印刷直接印刷在襯底上。[0023]裝置的群組可均為相同裝置(例如，晶體管)或為多種裝置(例如，晶體管及二極管)。電路可為除邏輯電路以外的電路，例如控制電路、切換電路、模擬電路等。[0024]許多類型的電組件使用三個端子，例如MOSFET、雙極晶體管、JFET、晶閘管、硅控整流器等。此類組件中的常規(guī)組件通常針對橫向裝置在頂部上具有三個端子，或針對垂直裝置在頂部上具有兩個端子且在底部上具有一個端子。已知通過在襯底上方印刷各種晶體管層而形成薄膜晶體管，但是此類經(jīng)印刷晶體管的性能歸因于印刷單晶體的困難而不良。如果晶體管(或其它三端裝置)可更常規(guī)地形成在半導體晶片中且隨后經(jīng)切分以產(chǎn)生作為墨水印刷的微觀裝置，那么裝置的質(zhì)量可為第一流的。然而，迄今為止，尚不知道如何設計此類裝置或在印刷后使此類三端微觀裝置互連以執(zhí)行復雜的功能。[0025]在一個實施例中，形成三端裝置(例如晶體管)的半導體(例如，硅)晶片。晶體管經(jīng)形成在晶片中以具有底部電極、頂部電極及定位于裝置的頂部與底部之間某處的架子上的中間電極。起始晶片最終通過粘著劑貼附到載體晶片以在制作晶體管時可接達到所述晶體管的兩個表面。[0026]通過圍繞每一晶體管形成溝槽而將晶體管切分為個別晶體管，例如以形成六邊形裝置。溝槽向下延伸到粘著層且粘著層溶解在溶液中，從而從載體晶片釋放所有晶體管。[0027]隨后，將晶體管均勻混合到溶液中以形成墨水。晶體管的形狀導致其大多數(shù)以所需定向印刷在襯底上。[0028]隨后，印刷晶體管以在襯底上方的相關(guān)聯(lián)第一導體層部分上形成晶體管的群組的陣列，且使墨水固化(加熱及蒸發(fā))，使得每一晶體管的底部電極歐姆接觸到此類第一導體層部分。歸因于溶液中的晶體管的相對低密度，晶體管將被印刷為松散單層。產(chǎn)品中的任何層的印刷可通過膠版印刷(尤其適于卷帶式工藝)、絲網(wǎng)印刷(在形成平板時尤其適用)或其它類型的印刷。[0029]隨后，在第一導體層部分上方印刷第一電介質(zhì)層。第一電介質(zhì)層未覆蓋中間電極。隨后，印刷與第一導體層部分對準的第二導體層部分，第二導體層部分接觸中間電極但未覆蓋頂部電極。各種薄的經(jīng)印刷層通過強表面張力而自平坦化，使得層未覆蓋“高于”層的厚度的任何特征?；蛘撸瑢涌稍诠袒蠼?jīng)毯覆式蝕刻以暴露任何電極。[0030]隨后，在第二導體層部分上方印刷第二電介質(zhì)層，但未覆蓋頂部電極。隨后，印刷頂部(第三)導體層部分以接觸每一群組中的晶體管的頂部電極。[0031]因此，晶體管的頂部電極并聯(lián)連接，底部電極并聯(lián)連接，且中間電極(或其子集)并聯(lián)連接，以傳導廣泛范圍的電流。[0032]如上所述，隨后可在編程步驟中使群組互連以形成邏輯門或更復雜電路。[0033]可印刷微觀垂直二極管來代替晶體管，且只需兩個導體層以使每一群組中的二極管并聯(lián)連接。[0034]對于簡單無源裝置(例如電阻器)，電阻材料本身(而非印刷含有個別電阻器的墨水)可被印刷在小區(qū)域中，且通過導體沿著電阻器長度在何處接觸電阻器來確定電阻。[0035]襯底的不同區(qū)域可印刷有不同裝置或相同裝置，且每一區(qū)域中的裝置被并聯(lián)連接。因此，每一區(qū)域本質(zhì)上是單個裝置。導體層終接在襯底上緊鄰每一區(qū)域的連接器區(qū)域中。[0036]在一個實施例中，襯底可具有指定“貼片(patch)”區(qū)域，其中制成群組或門的互連。此簡化經(jīng)編程互連的設計，這是因為貼片區(qū)域可針對編程步驟而優(yōu)化。[0037]裝置經(jīng)形成使得在群組中的一些裝置經(jīng)倒置印刷或形成不良連接的情況下，對群組中的適當定向當前第1頁1 2 3 4