CN101457347A - 一种薄膜应力控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜应力控制方法，属于航天器热控领域。该方法采用磁控溅射薄膜沉积技术在聚合物薄膜上沉积锡薄膜和铝薄膜，然后抽真空并加温，使锡薄膜和铝薄膜之间形成锡铝合金，使晶格产生膨胀畸变，来引入相反的应力与已经存在的本征压应力相抗衡，在宏观上呈现较为平整的薄膜。本发明可以用于卫星热控用微机械百叶窗窗页薄膜和柔性热控薄膜的应力控制技术，此方法适应性强，适用性广，不影响薄膜质量，对应力的控制具有其特有的优势，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜应力控制方法，属于航天器热控领域。
背景技术
铝/聚酰亚胺复合薄膜在航天器热控领域有很广泛的应用，如柔性热控薄膜和微型热控百叶窗等，它可以有效反射大部分直射太阳光，从而避免航天器因温度升降过快而导致仪器设备出现故障，同时还可以有效的保护航天器不受来自宇宙空间的带电粒子的干扰。而铝/聚酰亚胺复合薄膜中存在的应力对微型热控百叶窗造成了严重的影响，在机械性能方面，薄膜压应力使微镜支撑梁的弹性系数减小，降低结构的振动频率，从而影响其相应速度；在光学性能方面，薄膜压应力使镜面结构变形，光强分散，反射率降低。这些因素严重妨碍了热控技术的实现，限制了微型热控百叶窗在航天器上的应用。传统的淬火工艺降低薄膜应力的方法因需要高温，而高温对聚合物材料来说是破坏性的，所以难以应用到铝/聚酰亚胺复合薄膜的应力控制。此外，还有其他如改变薄膜厚度等的应力控制方法，对于设计已经定型的产品薄膜厚度是根据使用的环境来设计的，因此没有较大的变化范围，因此这种应力控制工艺对用于航天器热控和防静电的铝/聚酰亚胺复合薄膜不适用；本专利提出了一种在基底和薄膜之间加入中间层，在一定的条件下，使膜层和中间层发生扩散，在界面处产生固溶体，引起晶格畸变，使界面的体积膨胀，从而控制薄膜应力的方法，解决了用于航天器热控的微机械百叶窗窗页应力控制问题。同时，本专利涉及的微机械百叶窗具有工艺简单等特点。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种薄膜应力控制方法，用于解决航天器热控的铝/聚酰亚胺复合薄膜因应力出现褶皱变形从而导致相应的热控器件热控性能下降甚至失效的问题。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
本发明的薄膜应力控制方法，步骤如下：
第一步，采用磁控溅射薄膜沉积技术在厚度为13um-25um的聚合物薄膜上沉积一层厚度为50nm-100nm的锡薄膜；
第二步，采用磁控溅射薄膜沉积技术在第一步完成的锡层上面再沉积一层厚150nm-300nm的铝薄膜；
第三步，将第二步完成的样品放置到真空烘箱中，抽真空使真空度降低到小于0.1Pa，然后加温到100℃-300℃，保持5-30分钟，使铝和锡之间形成合金，应力控制完成。
第一步所述的聚合物薄膜为聚酰亚胺薄膜或聚碳酸酯薄膜，薄膜沉积条件为：基底温度为室温，锡靶材的纯度不小于99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.1-0.4Pa，溅射电压为200-800V，溅射电流为0.1-2.5A，溅射功率为60-200W，靶/基间距为50-300mm。
第二步所述的薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材的纯度不小于99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.2-0.5Pa，溅射电压为300-750V，溅射电流为0.1-2.2A，溅射功率为50-200W，靶/基间距为50-200mm。
工作原理：
在基底和薄膜之间加入中间层，在一定的条件下，使膜层和中间层发生扩散，在界面处产生固溶体，引起晶格畸变，使界面的体积膨胀，沿界面产生横向的切应力，切应力与导致薄膜变形的本征应力作用方向相反，从而使应力相互抵消，宏观应力减小，从而使薄膜变得平整，实现了薄膜应力控制的方法，解决了用于航天器热控的微机械百叶窗窗页因应力出现褶皱变形的问题。
本发明的有益效果是
(1)本发明可以用于卫星热控用微机械百叶窗窗页薄膜和柔性热控薄膜的应力控制技术。
(2)此方法适应性强，适用性广，不影响薄膜质量，对应力的控制具有其特有的优势，应用前景广阔。
附图说明
图1是形成锡铝合金前薄膜由于应力而出现弯曲变形示意图；
图2是形成锡铝合金后薄膜效果示意图；
其中1为铝薄膜，2为锡薄膜，3为聚酰亚胺薄膜，图2中上面为锡铝合金层。
具体实施方式
实施例1：
1.采用磁控溅射薄膜沉积技术在厚度为13um的聚酰亚胺薄膜上沉积一层厚度为50nm左右的锡，薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材和锡靶材的纯度都为99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.4Pa，溅射电压为300V，溅射电流为0.2A，溅射功率为80W，靶/基间距为70mm。
2.在步骤1完成的锡层上面再沉积一层厚150nm的铝薄膜，薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材和锡靶材的纯度都为99.99％，本底真空度优于3.0×10-3Pa，氩气分压为0.5Pa，溅射电压为400V，溅射电流为0.4A，溅射功率为120W，铝膜沉积速率为35.7nm/min，靶/基间距为50mm；
3.将步骤2完成的样品放置到真空烘箱中，抽真空使真空度降低到小于0.1Pa，然后加温到150℃，保持15分钟，应力控制完成，该复合薄膜的应力从231.8MPa减小为103.6MPa
实施例2：
1.采用磁控溅射薄膜沉积技术在厚度为25um的聚酰亚胺薄膜上沉积一层厚度为80nm左右的锡。薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材和锡靶材的纯度都为99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.3Pa，溅射电压为3500V，溅射电流为0.25A，溅射功率为150W，靶/基间距为90mm；
2.在步骤1完成的锡层上面再沉积一层厚200nm的铝薄膜。薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材和锡靶材的纯度都为99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.4Pa，溅射电压为400V，溅射电流为0.2A，溅射功率为80W，铝膜沉积速率为35.7nm/min，靶/基间距为70mm；
3.将步骤2完成的样品放置到真空烘箱中，抽真空使真空度降低到小于0.1Pa，然后加温到200℃，保持20分钟。应力控制完成，该复合薄膜的应力从272.1MPa减小为81.9MPa。
实施例3：
1.采用磁控溅射薄膜沉积技术在厚度为25um的聚酰亚胺薄膜上沉积一层厚度为100nm左右的锡。薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材和锡靶材的纯度都为99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.5Pa，溅射电压为450V，溅射电流为0.6A，溅射功率为180W，靶/基间距为85mm；
2.在步骤1完成的锡层上面再沉积一层厚200nm的铝薄膜。薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材和锡靶材的纯度都为99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.3Pa，溅射电压为400V，溅射电流为0.2A，溅射功率为80W，靶/基间距为70mm；
3.将步骤2完成的样品放置到真空烘箱中，抽真空使真空度降低到小于0.1Pa，然后加温到300℃，保持25分钟，应力控制完成，该复合薄膜的应力从296.3MPa减小为111.6MPa。
Claims (3)
1.一种薄膜应力控制方法，其特征在于控制方法如下：
第一步，采用磁控溅射薄膜沉积技术在厚度为13um-25um的聚合物薄膜上沉积一层厚度为50nm-100nm的锡薄膜；
第二步，采用磁控溅射薄膜沉积技术在第一步完成的锡层上面再沉积一层厚150nm-300nm的铝薄膜；
第三步，将第二步完成的样品放置到真空烘箱中，抽真空使真空度降低到小于0.1Pa，然后加温到100℃-300℃，保持5-30分钟，使铝和锡之间形成合金，应力控制完成。
2.如权利要求1所述的一种薄膜应力控制方法，其特征在于：第一步的聚合物薄膜为聚酰亚胺薄膜或聚碳酸酯薄膜，薄膜沉积条件为：基底温度为室温，锡靶材的纯度不小于99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.1-0.4Pa，溅射电压为200-800V，溅射电流为0.1-2.5A，溅射功率为60-200W，靶/基间距为50-300mm。
3.如权利要求1所述的一种薄膜应力控制方法，其特征在于：第二步所述的薄膜沉积条件为：基底温度为室温，铝靶材的纯度不小于99.99％，本底真空度优于3.5×10-3Pa，氩气分压为0.2-0.5Pa，溅射电压为300-750V，溅射电流为0.1-2.2A，溅射功率为50-200W，靶/基间距为50-200mm。
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2008
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