旋涂法制备柔性聚合物薄膜精度影响因素研究

发布时间：2021-03-02 10:47

近年来,柔性电子产业的发展对柔性薄膜的均一性、上表面平整性以及生产成本提出了更高的要求。在集成电路等一些功能性元器件加工领域,为了对微结构进行保护,要求微结构上方保护层薄膜的上表面具有高平面度。为了有效提高这些功能器件的性能,在平面和曲面上制备均匀一致,厚度可控的薄膜面临着巨大的挑战。旋涂法作为一种高效、简单、低成本、无污染的薄膜制备方法正受到越来越多的关注。在旋涂过程中,旋涂参数对薄膜精度有着重要的影响。影响薄膜厚度的参数主要包括旋涂速度、旋涂时间、溶液粘度和溶剂蒸发速率。旋涂过程中复杂的流体流动使得研究薄膜的均一性极富挑战性。在目前的研究中,基底面形与薄膜厚度之间关系以及面形变化对边缘效应影响的研究鲜有报道,因此研究基底面形对旋涂过程的影响显得至关重要。本文对旋涂过程中基底面形对薄膜厚度均一性的影响展开了实验研究,同时提出了边缘效应率这一参数,并对存在微结构基底表面聚合物薄膜旋涂工艺进行了研究,提出了能够得到上表面高平面度的制备方法。本文的研究内容有:(1)通过实验方法,研究了旋涂过程中,溶剂挥发、液滴落点偏心、基底面形、旋涂速度对薄膜厚度的影响规律,通过实验研究发现液滴落点偏心对薄膜厚度分布的影响占整体薄膜厚度的5%,溶剂挥发占整体薄膜厚度的1.5%,并提出在低速(?3000 rpm)时,面形对薄膜厚度的分布影响较大,在高速(?3000 rpm)时,转速是薄膜厚度的主要影响因素。(2)基于平面、凹面、凸面对薄膜边缘效应影响的实验和模拟研究结果,总结归纳出薄膜厚度对边缘效应率的影响呈现抛物线而不是线性的影响规律,薄膜厚度约为20μm时边缘效应率达到最小,并且发现了凹面对边缘效应能够有效抑制,使边缘效应率减小10%,且凹面对边缘效应的抑制效果大于凸面。(3)对存在微结构的基底进行旋涂实验研究,通过五种薄膜平整化工艺对比,提出间隙旋涂法能够有效实现微结构基底表面薄膜的平整化,薄膜上表面的平整化程度能够达到80%,同时研究了旋涂速度和压强对间隙内液膜铺展速度的影响,发现了在旋涂初始阶段,压强对液膜铺展速度起决定性作用,随着液膜的径向铺展,旋涂速度对液膜铺展速度的影响在逐渐变大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 论文选题背景

1.1.1 柔性电子的柔性化方式

1.1.2 柔性电子的制备工艺与研究意义

1.2 旋涂法制备薄膜技术

1.2.1 薄膜制备方式选择

1.2.2 平面旋涂国内外研究现状

1.2.3 曲面旋涂法国内外研究现状

1.3 存在微结构基底表面薄膜制备工艺研究

1.4 课题来源、研究目标与主要内容

2 旋涂速度对薄膜厚度均一性影响

2.1 实验原理及过程介绍

2.1.1 旋涂基本原理

2.1.2 实验流程介绍

2.1.3 吸盘面形修正

2.2 薄膜厚度测量方法选择及折射率标定

2.2.1 薄膜厚度测量方式选择

2.2.2 薄膜折射率的测量与标定

2.3 薄膜厚度分布影响因素

2.3.1 液滴落点偏心对薄膜厚度影响

2.3.2 溶剂挥发对薄膜厚度影响

2.4 旋涂PDMS速度对薄膜厚度的影响

2.5 旋涂速度对薄膜厚度影响模型的构建

2.5.1 基底为平面时旋涂速度对薄膜厚度分布影响模型

2.5.2 基底为平面时旋涂速度对薄膜厚度的预测

2.6 本章小结

3 基底面形对薄膜厚度均一性影响

3.1 接触角测量

3.2 PDMS流动性对薄膜厚度分布影响

3.3 基底面形对PDMS液膜厚度分布模型

3.4 基底面形对薄膜厚度的影响

3.4.1 不同基底面形的构建方式

3.4.2 基底面形为凸面时对薄膜厚度分布的影响

3.4.3 基底面形为凹面时对薄膜厚度分布的影响

3.5 旋涂薄膜边缘效应

3.6 本章小结

4 存在微结构基底表面薄膜平整性研究

4.1 贴膜法对存在沟槽基底表面薄膜平整性研究

4.2 槽内旋涂法对存在沟槽基底表面薄膜平整性研究

4.3 切膜法对存在沟槽基底表面薄膜平整性研究

4.4 机械加工法对存在沟槽基底表面薄膜平整性研究

4.5 间隙旋涂法对存在微结构基底表面薄膜平整性研究

4.5.1 实验过程介绍

4.5.2 压强和转速对间隙内液膜铺展的影响

4.5.3 间隙旋涂法对薄膜上表面平整性研究

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

【参考文献】