降低薄膜残余应力的方法

技术领域

本发明涉及电学技术领域，特别涉及一种降低薄膜残余应力的方法。

背景技术

人们对于显示器、移动电话和电池的可折叠、可穿戴柔性光电产品越来越感兴趣。通常，柔性光电器件中的有机材料通常容易受到水分和氧气腐蚀。薄膜封装是一种有效的解决方法，目前常常采用化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、磁控溅射等等镀膜工艺制备封装薄膜，近年来很多研究人员在薄膜封装领域做出了优秀的成果并应用在了商业电子产品上。CVD因为制备工艺简单、时间短、易刻蚀等诸多优势被广泛使用。为了应用在柔性显示领域时薄膜的机械稳定性则是关键特性，它们往往受限于薄膜自身残余应力的影响，应力会使薄膜可承受的临界拉伸压强减小，柔韧性差，减少残余应力更是可以大大提高薄膜的抗弯折和抗拉伸性。

由于ALD是一种可以将物质以单原子膜的形式一层一层的沉积在基底表面的方法。除了精确的厚度可控的优点以外，ALD的主要优点还包括：生长温度低，在高纵横比结构上薄膜的均匀性和保形性以及沉积功能性超薄薄膜。这些特性和前体的选择多样性使得ALD广泛引用于电子设备器件中。其中无机薄膜ALD-Al

多层薄膜封装技术、调节中性面工程、零应力结构被广泛用于解决残余应力带来的负面影响。

多层薄膜封装技术：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积SiN

调节中性面工程：通过材料的杨氏模量和厚度将器件或Al

零应力结构：通过在衬底正反两面同时生长相同厚度Al

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种降低薄膜残余应力的方法。通过表面积调节获得低残余应力且表面平坦的低封装衬底，易于制备光电子器件，单层薄膜可实现柔性封装功能，实现了低残余应力封装薄膜和表面平坦的低封装衬底。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种降低薄膜残余应力的方法，包括以下步骤：

S1、通过高温胶带将衬底固定在带有弯曲面的柱状体上，将衬底严密贴附在柱状体表面，使衬底形成预弯折效应；

S2、通过充满N

S3、通过高温胶带将生长有薄膜的衬底固定在加热台上进行热处理，释放薄膜内部的残余应力。

优选地，衬底为柔性PI衬底、柔性PEI衬底、柔性PEN衬底或柔性parylene衬底，衬底的厚度为15-50μm。

优选地，在衬底上生长薄膜后，衬底带动薄膜向内进行第一次收缩，当衬底收缩至阈值后，薄膜内部的残余应力带动衬底向内进行第二次收缩，在第二次收缩过程中，衬底产生反作用力抑制薄膜进行收缩；当薄膜的残余应力等于反作用力时，达到第一次平衡状态。

优选地，步骤S2中制备薄膜的温度为40-60℃，薄膜的厚度为30-50nm。

优选地，薄膜的材料为ALD-Al

优选地，步骤S3中对衬底和薄膜进行热处理后，反作用力减小，薄膜的残余应力带动衬底向内进行第三次收缩，在第三次收缩过程中，衬底产生反作用力抑制薄膜进行收缩；当薄膜的残余应力再次等于反作用力时，达到第二次平衡状态，此时薄膜的残余应力达到最小值。

优选地，在加热台上进行热处理的时间为10-50min。

优选地，加热台的温度为60℃-100℃。

优选地，通过预弯折工艺使薄膜和衬底的表面积差为0。

与现有的技术相比，本发明提供的方法不需增加封装薄膜厚度，通过工艺手段减小薄膜内部的残余应力，相比现如今广泛使用的有机无机叠层结构显著减少了工艺时间，有机层的生长需要数个小时，本发明方法只需30min的工艺时间，缩短了封装薄膜制备时间和降低了经济成本。本发明解决了目前由于残余应力的影响导致柔性衬底向内卷曲不利于制备器件、且在制备完顶封装后器件会一直处于应力下，缩短器件寿命的问题。通过本发明制备出低残余应力、高水阻隔性能的单层薄膜，可实现独立封装柔性光电子器件，并且为更小半径的封装薄膜实现提供了一种可行的方法。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的降低薄膜残余应力的方法的流程图。

图2是根据本发明实施例提供的低应力薄膜的制备过程示意图。

图3是根据本发明实施例提供的在预弯折工艺下第一次释放薄膜残余应力的过程示意图。

图4是根据本发明实施例提供的在热膨胀工艺下第二次释放薄膜残余应力的过程示意图。

图5是根据本发明实施例提供的弯折试验前后的薄膜表面SEM示意图。

图6是根据本发明实施例提供的折试验前后的薄膜WVTR变化示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的降低薄膜残余应力的方法的流程。

图2示出了根据本发明实施例提供的低应力薄膜的制备过程。

如图1和图2所示，根据本发明实施例提供的降低薄膜残余应力的方法，包括以下步骤：

S1、通过高温胶带将衬底固定在带有弯曲面的柱状体上，将衬底严密贴附在柱状体的表面，使衬底产生预弯折效应。

首先通过高温胶带施加外力将衬底固定在带有弯曲面的柱状体上，带有弯曲面的柱状体的材料为铝，带有弯曲面的柱状体的半径可以为任意值，实验中常用的半径为3mm、5mm、7mm或9mm；并在衬底上生长厚度为30-50nm薄膜。生长薄膜的温度为40-60℃。

衬底为柔性PI衬底、柔性PEI衬底、柔性PEN衬底或柔性parylene衬底，衬底的厚度为15-50μm。

S2、通过充满N

薄膜的材料为ALD-Al

图3示出了根据本发明实施例提供的在预弯折工艺下第一次释放薄膜残余应力的过程。

如图3所示，制备完成且高温胶带对衬底施加的外力(F

S3、通过高温胶带将薄膜和衬底固定在加热台上进行热处理，释放薄膜内部的残余应力。

可以通过预弯折工艺得到平坦且表面积相等的低应力薄膜和衬底。

加热台的温度范围为60℃-100℃，最优为80℃。

加热台上进行热处理的时间为10-50min，最优为20min。

图4示出了根据本发明实施例提供的在热膨胀工艺下第二次释放薄膜残余应力的过程。

如图4所示，通过60℃-100℃(适宜光电子器件存放温度)热处理衬底10-25min，当恢复室温后衬底内部会产生热应力(F

图5示出了根据本发明实施例提供的弯折试验前后的薄膜表面SEM示意图。

如图5所示，本发明提供的方法不仅适用于ALD-Al

图6示出了根据本发明实施例提供的折试验前后的薄膜WVTR变化示意图。

如图6所示，对在3mm弯折半径下弯折5000次后薄膜的水汽透过率进行了测量，通过结果表明通过本发明提供的方法制备的薄膜在弯折试验后仍具有优异的封装性能。

通过上述方案能够制备出低残余应力、高水阻隔性能的单层ALD-Al

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。