增强聚对二甲苯薄膜与金属层粘附性的方法

摘要

一种增强聚对二甲苯薄膜与金属层粘附性的方法，包括如下步骤：步骤1：取一待沉积的衬底；步骤2：在衬底上生长聚对二甲苯薄膜；步骤3：采用氧反应离子刻蚀工艺，将聚对二甲苯薄膜的表面制备成绒毛状纳米结构；步骤4：在制备成绒毛状纳米结构的聚对二甲苯薄膜上沉积金属，完成制备。本发明通过氧反应离子刻蚀工艺进行表面改性，在聚对二甲苯薄膜的表面形成绒毛状的纳米结构，提高聚对二甲苯薄膜的表面能，从而增强聚对二甲苯薄膜与金属层之间的粘结强度。

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，特别涉及一种增强聚对二甲苯薄膜与 金属层粘附性的方法。

背景技术

近年来，印刷电子学研究成为目前的研究热点之一。印刷电子学(英 语：printed electronics)是利用印刷多在柔性衬底上制造电子器件的 方法。聚对二甲苯(即Dichloro-[2.2]-paracyc lophane，简写为Parylene) 作为一种常用的柔性基底材料，具有透明、绝缘性好等优点，在聚对二甲 苯基底上蒸发金属层制备柔性器件是必不可少的环节。聚对二甲苯薄膜和 金属层之间的粘附性直接影响着器件的实用性和可靠性。

聚对二甲苯薄膜材料表面能低、化学惰性和粘接性能差，一般来说很 难与金属层形成可靠的粘接。随着聚对二甲苯在印刷电子学、微流控、生 物医学微系统等领域应用的拓展和深入，特别是作为柔性电极衬底，研究 人员迫切希望实现聚对二甲苯薄膜和金属层之间超强的粘附能力。

目前，业界对聚对二甲苯薄膜和金属层之间粘附性通常采用表面化学 处理(surface chemical modification)方法来增强聚对二甲苯薄膜与 金属层之间的粘附性。其一般步骤是(图1)：

步骤1：将聚对二甲苯预聚体，使用真空气相沉积工艺，在衬底表面 形成完全敷形的聚合物薄膜涂层101；

步骤2：对聚对二甲苯薄膜的表面进行硅烷化或等离子清净处理102；

步骤3：在经过硅烷化或等离子清净的聚对二甲苯薄膜的表面沉积金 属层103。

此种工艺制作主要是通过在聚对二甲苯和金属之间增加一层硅烷偶 联剂、即前面提到的粘合层来实现两者的结合的。这种过渡层与聚对二甲 苯相比，容易受空气或溶液的侵蚀发生变性，继而出现聚对二甲苯薄膜和 金属层之间剥离脱落，直接影响制作工艺的成品率及可靠性。为此，本发 明提出一种改进的工艺方法，不使用硅烷偶联剂，而是通过对聚对二甲苯 表面处理来增强聚对二甲苯薄膜和金属层之间的粘附性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种增强聚对二甲 苯薄膜与金属层粘附性的方法，通过氧反应离子刻蚀工艺进行表面改性， 在聚对二甲苯薄膜的表面形成绒毛状的纳米结构，提高聚对二甲苯薄膜的 表面能，从而增强聚对二甲苯薄膜与金属层之间的粘结强度。

本发明提供一种增强聚对二甲苯薄膜与金属层粘附性的方法，包括如 下步骤：

步骤1：取一待沉积的衬底；

步骤2：在衬底上生长聚对二甲苯薄膜；

步骤3：采用氧反应离子刻蚀工艺，将聚对二甲苯薄膜的表面制备成 绒毛状纳米结构；

步骤4：在制备成绒毛状纳米结构的聚对二甲苯薄膜上沉积金属，完 成制备。

本发明的有益效果是：使用氧反应离子刻蚀工艺进行表面改性，使得 聚对二甲苯薄膜与金属层之间的粘附性得到很大提高，在后续的工艺工程 中聚对二甲苯薄膜和金属层之间不易剥离脱落，从而提高制作工艺的成品 率及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说 明如后，其中：

图1为传统在聚对二甲苯薄膜上沉积金属层的工艺方法；

图2为增强聚对二甲苯薄膜和金属层之间粘附性的工艺流程。

具体实施方式

请参阅图2所示，本发明提供一种增强聚对二甲苯薄膜与金属层粘附 性的方法，包括如下步骤：

步骤1：取一待沉积的衬底；

步骤2：在衬底上生长聚对二甲苯薄膜；

步骤3：采用氧反应离子刻蚀工艺，将聚对二甲苯薄膜的表面制备成 绒毛状纳米结构；

步骤4：在制备成绒毛状纳米结构的聚对二甲苯薄膜上沉积金属，完 成制备。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述。实施例所采用的真空气相沉积设备是美国SCS公司 的PDS2010型沉积设备；所用的聚对二甲苯聚合物预聚体购自SCS公司； 所使用的反应等离子刻蚀设备是北京创微纳公司生产的RIE-1D型。

下面结合附图2阐述本发明提供的增强聚对二甲苯薄膜和金属层之间 粘附性的工艺方法步骤。

步骤1(图2a)：准备一厚度为250微米的硅片21；

步骤2(图2b)：在硅片21上生长厚度为3微米的聚对二甲苯薄膜22；

步骤3(图2c)：控制氧反应离子刻蚀设备的工艺参数，利用氧气， 对聚对二甲苯薄膜的表面进行物理和化学处理，在聚对二甲苯薄膜表面形 成绒毛状的纳米结构23；

进一步地，步骤3中所述氧反应离子刻蚀设备的工艺参数包括，压强 为1×10^-6Pa-1×10^-5Pa，气体流量为20sccm，射频功率为100-300W。工艺 参数的控制的目的是在聚对二甲苯薄膜的表面形成一层绒毛状的纳米结 构23。

进一步地，步骤3中所述使用氧气，通入的时间为28分钟。使用氧 气，可对聚对二甲苯固体表面同时进行物理和化学反应。其中，高能等离 子体对聚对二甲苯表面进行物理处理；而该等离子体同样会进行复杂的化 学反应，在聚对二甲苯表面生成聚合物薄膜，从而实现化学处理。同时， 使用氧等离子刻蚀的时间不宜过长，也不宜过短。时间过短，刻蚀效果达 不到绒毛状的纳米结构；时间过长，聚对二甲苯薄膜可能被完全刻蚀。

进一步地，步骤3中所述的聚对二甲苯薄膜表面形成绒毛状的纳米结 构23，通过工艺参数的控制，对聚对二甲苯薄膜22的表面进行深反应离 子刻蚀1微米左右，形成绒毛状的纳米结构23，即可得到具有增强金属粘 附性的聚对二甲苯薄膜结构，其中绒毛状纳米结构23的单体高度为50nm～ 200nm。这种绒毛纳米结构23在后续的沉积工艺过程中，会牢牢地吸附沉 积的金属层。

步骤4(图2d)：在形成绒毛状纳米结构23的聚对二甲苯薄膜22的 表面用蒸发或溅射的方法沉积金属层24，所制备的聚对二甲苯样品具有极 强的粘附性，且长期放置后粘附特性依然稳定。

参照图2，图2为本发明的增强聚对二甲苯薄膜和金属层之间粘附性 的工艺流程图。

以上对本发明实施例所提供的一种基于纳米结构的增强聚对二甲苯 薄膜和金属层之间粘附性的工艺方法进行了详细介绍，本文中应用了具体 个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于 帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上 所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。