CN102352048B - 一种聚酰亚胺薄膜的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚酰亚胺薄膜的制备方法，该方法采用旋涂法形成PI型聚酰亚胺薄膜，并利用腐蚀法剥离该层薄膜，该技术操作步骤包括：衬底清洗，腐蚀层的制作PI型薄膜层旋涂，PI型薄膜层热处理和PI型聚酰亚胺层薄膜腐蚀剥离等；衬底一般采用抛光的硅片，依次利用超声波、丙酮、乙醇和去离子水彻底清洗；腐蚀层是对应于腐蚀液的某种材料，利用化学气象沉积或溅射等方法制作在衬底的抛光面上；PI薄膜层的制作利用甩胶机完成，PI型薄膜层的厚度与PI型原胶的浓度、甩胶机转速、旋涂时间以及热处理参数有关；PI型薄膜层的热处理参数由薄膜用途决定；PI型薄膜层剥离使用与腐蚀层对应的腐蚀液完成。本技术可以实现衬底与PI型薄膜层的完整分离，加工工艺简单，制作成本低。

Description

一种聚酰亚胺薄膜的制作方法

技术领域

本发明涉及薄膜制作技术领域，具体涉及一种腐蚀法剥离聚酰亚胺薄膜的方法。

背景技术

自1964年聚酰亚胺(PI)模塑料(Vespel SP)问世以来，经历了几十年的发展：60～70年代以发展耐高温聚合物为主，制品主要供军事工业，尤其是航空航天工业应用；80年代出现了改善PI加工性能的新品种，例如聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、Aurum等；90年代，透明PI、感光性PI等品种不断涌现；到目前为止，PI已发展成门类齐全、制品繁多，主要制品包括：模塑树脂/零件、电磁线、薄膜、纤维、预浸渍料/复合材料、涂料、胶粘剂和泡沫等。

PI能不断发展是由其性能决定的。PI是耐高温聚合物，在550℃能短期保持主要的物理性能，能长期在接近330℃下使用。在耐高温的工程塑料中，它是最有价值的品种之一。它具有优良的尺寸和氧化稳定性、耐化学药品性和耐辐照性能，以及良好的韧性和柔软性。可广泛用于航空/航天、电气/电子、机车、汽车、精密机械和自动办公机械等领域。

聚酰亚胺薄膜制品可分为绝缘膜、液晶取向膜、抗蚀剂功能膜、半导体层间绝缘膜、信号敏感膜、导电性薄膜、电热性膜、光贮存记录膜等。聚酰亚胺薄膜的加工方法各种各样，如拉伸法、沉积法、流延法、挤出法、喷涂法等。

流延法

聚酰亚胺因熔点高，不宜用熔融法加工，故用溶液流延法较多。流延法制取薄膜是聚合物溶液的加工技术。流延法是将原料溶于有机溶剂中，成为粘稠溶液，流延于平坦而均匀的旋转光滑支撑体上，形成薄膜。

沉积法

沉积法是在蒸汽状态中，使母液在一定温度下分解，在减压状态下，使分解的蒸汽与低温固体接触，再在表面聚合，形成薄膜。真空沉积法制造聚酰亚胺薄膜，是在真空中将均苯四羧酸二酐与二胺同时蒸出，以每秒数米的速度蒸着于玻璃、铜、铝制的基材上，聚合成膜。

喷涂法

乳液喷涂是较成熟的工艺过程，采用喷枪等工具，将乳液喷到基板表面，形成连续涂层，再进行干燥，使涂层所含溶剂挥发，形成膜层，配制适当浓度的乳液是喷涂技术的一个关键。

拉伸法

拉伸膜是将膜重新加热到适当温度范围内，再进行大幅拉伸，使分子链在很大程度上顺着拉伸方向整齐排列。如在一个方向进行拉伸，称为单向拉伸，如在横、竖两个方向上进行拉伸，则称为双向拉伸。拉伸膜的强度是未拉伸膜的3～5倍，其透光率与表面光洁度好，对气体与水蒸汽渗透性低，制品使用价值提高，同时薄膜厚度减小，宽度增大，平均面积增大，成本降低，而且薄膜耐热、耐寒性改善，使用范围扩大。

可见，上述多种制作聚酰亚胺薄膜的方法加工工艺都相对较为复杂。

发明内容

本发明提出了一种新的聚酰亚胺薄膜的制作方法，该方法采用旋涂法形成PI薄膜，并利用腐蚀法剥离该层薄膜，以克服传统制作聚酰亚胺薄膜加工工艺复杂的缺陷。

制作薄膜时，首先清洗选择好的衬底后，在衬底操作面上制作腐蚀层，然后在腐蚀层上利用旋涂法形成PI薄膜层，PI薄膜层根据用途不同要进行相应的热处理，最后将PI薄膜层腐蚀剥离。

该方法实现的具体过程如下：

步骤一：选择操作面平整的衬底，衬底大小根据实际需要确定；

步骤二：清洗衬底操作面；依次使用超声波、丙酮、乙醇和去离子水清洗衬底操作面；

步骤三：在衬底的操作面上制作一层腐蚀层，制作腐蚀层的材料能被剥离PI薄膜的剥离液能反应溶解，腐蚀层厚度由制作PI薄膜层的厚度和面积决定，制作PI薄膜层厚度越小，所需腐蚀层的厚度小；制作PI薄膜层面积越大，所需腐蚀层厚度越大；

步骤四：利用涂胶机在制作的腐蚀层表面旋涂PI薄膜层；

步骤五：将PI薄膜进行热处理；PI薄膜层热处理的温度和时间根据所需要制作的PI薄膜层厚度和性能决定；

步骤六：经过热处理后，将包括衬底、腐蚀层和PI层在内的片子放入剥离液中，剥离PI薄膜层；所用剥离液不能与PI薄膜层反应。

有益效果：

本发明提出一种新的制作PI薄膜的方法，该方法采用旋涂法形成PI薄膜，并利用腐蚀法剥离该层薄膜，加工工艺与现有制作PI薄膜方法相比较为简单。

附图说明

图1为衬底、腐蚀层和PI薄膜层制作完成后的示意图；

1-衬底，2-腐蚀层，3-PI薄膜层；

图2为腐蚀液的作用方式示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种利用旋涂法形成PI型聚酰亚胺薄膜，并利用腐蚀法剥离薄膜的方法。

本发明可以对PI薄膜层的面积、厚度、均匀性等有精确的控制，并在最后对PI薄膜层进行剥离，使得PI薄膜层单独存在，方便了后续的处理。利用旋涂法形成PI型聚酰亚胺薄膜如图1所示，包括衬底1，腐蚀层2，PI薄膜层3。

下面结合附图并以制作5μm厚度两寸直径PI薄膜为实例，对本发明进行详细描述。

步骤一：选择衬底。衬底1采用单面抛光的硅片，抛光面用于制作腐蚀层，确保其表面平整度才能保证在脱落时薄膜完整。

步骤二：清洗衬底。在制作腐蚀层前，要对衬底1进行彻底的清洗，完全清洁的表面才能保证后续步骤顺利进行。清洗步骤分别为超声波清洗、丙酮清洗、乙醇清洗、去离子水清洗。

步骤三：腐蚀层制作。腐蚀层2在彻底清洗的硅衬底抛光面制作。腐蚀层的材料种类由腐蚀液的种类决定，制作腐蚀层的材料能被剥离PI薄膜的剥离液能反应溶解，腐蚀层的厚度由PI薄膜层3的厚度和面积决定，制作PI薄膜层3厚度越小，所需腐蚀层的厚度小；制作PI薄膜层3面积越大，所需腐蚀层厚度越大。

在此，由于制作PI薄膜的厚度为5μm，面积两寸，腐蚀液为氢氟酸，所以腐蚀层采用溶于氢氟酸的SiO₂，厚度为0.2μm。腐蚀层利用化学气象沉积制作，其操作步骤不再赘述，在实际操作过程中，腐蚀层还可以采用铬等。

步骤四：旋涂PI薄膜层。PI薄膜层3在腐蚀层2上形成，制作参数包括PI原胶的浓度、涂胶机的转速和旋涂时间。PI原胶浓度越大，所需涂胶机的转速越大，涂胶时间越长；制作PI薄膜层3的厚度大，所需涂胶机的转速越小，涂胶时间越短；制作PI薄膜层3的面积越大，所需涂胶机的转速越大，涂胶时间越长。

因此，制作厚度5μm面积两寸的PI膜选择PI型原胶的浓度为60％，经试验确定使用甩胶机转速为4000r/s，旋涂时间为35s。

步骤五：PI薄膜层热处理。热处理是保证PI薄膜厚度和性能的重要步骤。PI薄膜层热处理的温度和时间根据所需要制作的PI薄膜层厚度和性能决定；为保证PI薄膜的厚度和性能，热处理采用阶梯升温，具体步骤为：100℃烘30分钟，150℃烘30分钟，200℃烘30分钟，最后自然降温至室温。

步骤六：剥离PI薄膜层。PI薄膜层3剥离液选择浓度为15％的氢氟酸。在实际操作中，若腐蚀层的制作材料采用铬，则PI薄膜层3剥离液可以选择铬腐蚀液。将氢氟酸倒入塑料容器中，然后将包括衬底、腐蚀层和PI层在内的片子放入氢氟酸中，轻轻晃动塑料容器保证腐蚀反应均匀，直到PI薄膜与衬底1彻底分离，此过程大概需要20分钟，具体的剥离过程如图2所示，首先从该片子的外侧反应，PI薄膜层沿外沿开始剥离，直到整个PI薄膜层剥离下来为止。

Claims (2)

1.一种聚酰亚胺薄膜的制作方法，其特征在于：该方法采用旋涂法形成PI型聚酰亚胺薄膜，并利用腐蚀法剥离该层薄膜，该方法实现的具体过程如下：

步骤一：选择操作面平整的衬底，衬底大小根据实际需要确定；

步骤二：清洗衬底操作面；所述的清洗操作面依次使用超声波、丙酮、乙醇和去离子水清洗；

步骤三：在衬底的操作面上制作一层腐蚀层，制作腐蚀层的材料能被剥离PI薄膜的剥离液反应溶解，腐蚀层厚度由制作PI薄膜层的厚度和面积决定，制作PI薄膜层厚度越小，所需腐蚀层的厚度小；制作PI薄膜层面积越大，所需腐蚀层厚度越大；

步骤四：利用涂胶机在制作的腐蚀层表面旋涂PI薄膜层；

步骤五：将PI薄膜进行热处理；PI薄膜层热处理的温度和时间根据所需要制作的PI薄膜层厚度和性能决定；所述的热处理采用阶梯升温；

步骤六：经过热处理后，将包括衬底、腐蚀层和PI层在内的片子放入剥离液中，剥离PI薄膜层；所用剥离液不能与PI薄膜层反应。

2.如权利要求1所述的一种聚酰亚胺薄膜的制作方法，其特征在于：所述阶梯升温具体为100℃烘30分钟，150℃烘30分钟，200℃烘30分钟，最后自然降温至室温。

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