柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪制造技术

本发明专利技术提供一种柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其包括光学平台、第一支撑杆、光路系统、激光光源系统、样品支撑系统、光斑跟踪三维运动系统；所述激光光源系统和光路系统固定于第一支撑杆上，所述第一支撑杆固定于光学平台上，所述光斑跟踪三维运动系统和样品支撑系统分别位于光学平台的两侧边缘。本发明专利技术可对柔性透明且曲率半径较小的衬底上薄膜应力进行测量，利用单束光光杠杆法准确测得曲率半径，其先对激光源进行聚焦处理来提高光斑单位面积功率，利用三点定位法固定样品保证长膜前后相对初始位置一致，利用光斑跟踪系统大幅增加光斑偏移的可测范围，最后利用修正的Stoney公式得到薄膜残余应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜残余应力测量技术，特别涉及一种柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪。
技术介绍
柔性显示作为下一代显示技术，由于其具有可弯曲、超轻薄设计、超低功耗、耐用性以及便携性等优点，已经引起了广泛的关注。PEN膜、PET膜等常被用作柔性基底，其上通过原子层沉积(ALD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等对柔性有机电致发光器件进行薄膜封装。成熟的薄膜封装技术对柔性显示应用的推广起着至关重要的作用，而封装效果则与薄膜的残余应力有着密切的关系。因此，对柔性衬底上薄膜残余应力的测试变得很有意义。Stoney等人在薄膜厚度远小于衬底厚度、基底和薄膜材料各向同性且杨氏模量相近等假设下利用力平衡、力矩平衡等方法对薄膜曲率变化与残余应力关系的推导得到公式(1)，其基本原理是通过对比长膜前后基底曲率半径的变化来确定薄膜中残余应力的大小。因此，薄膜残余应力测量研究转化为基底曲率半径变化测量的研究。 σ f = t s 2 6 t f ( E s 1 - ν s ) ( 1 R 1 - 1 R 0 ) - - - ( 1 ) ]]>式中t代表厚度、E为弹性模量、v为泊松比，而下标s、f分别对应着基底和薄膜，R0、R1分别为长膜前后的曲率半径。目前，国内外对基底曲率半径测试展开的研究和一些成果主要是针对硬质衬底测量的，如美国的MOS型、韩国的RST型北京FST150型薄膜应力测试仪，都是利用光杠杆法来测得基底的曲率半径。当这些测量仪用于柔性衬底时会出现以下很多问题：(1)柔性衬底有很多为透明的，反射率较低(如PET反射率小于10％)，利用光光杠杆法时，光斑位移传感器接收到的有效信号较微弱，周围杂光及暗电流就会相对较大，减小了信噪比，增大了测量误差。(2)操作不够方便，无法保证长膜前后基底的相对初始位置保持一致，样品的长宽比和表面平整度限制严格，极大影响了薄膜应力测试范围和能力。(3)柔性衬底本身的平面度较大使局部曲率半径过小，或长膜后在残余应力的作用下变形比较大而使得曲率半径过小，从而大幅超出现有仪器的测量范围。(4)柔性基底和薄膜的杨氏模量相差较大，不满足Stoney公式成立中杨氏模量相近的假设，这将带来较大误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于提供一种柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其针对硬质基底上薄膜应力测量技术对于柔性基底薄膜应力测量所存在的缺陷。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其特征在于，所述柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪采用光杠杆法的原理，测量基底长膜前后的曲率半径，利用修正的Stoney公式得到残余应力；所述柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪包括光学平台、第一支撑杆、光路系统、激光光源系统、样品支撑系统、光斑跟踪三维运动系统；所述激光光源系统和光路系统固定于第一支撑杆上，所述第一支撑杆固定于光学平台上，所述光斑跟踪三维运动系统和样品支撑系统分别位于光学平台的两侧边缘。优选地，所述光路系统包括反射镜、半透半反镜；反射镜和半透半反镜分别上下固定于第一支撑杆上且位于样品台正上方，激光光源系统的激光束经反射镜后穿过半透半反镜到达样品，再经样品反射回半透半反镜反射至所述光斑跟踪三维运动系统的光斑位置传感器，样品位移和光斑位移与样品基底曲率半径的关系如下公式所示： R = 2 L Δ x Δ δ ]]>式中R为样品曲率半径，L为样品与光斑传感器的间距，Δx为样品单次位移，Δδ为光斑位置因样品位移而发生的变化。优选地，所述修正的Stoney公式是利用力矩平衡法对公式成立假设之一进行的修正，修正的Stoney公式如下： σ f = ∫ n - t s n z 2 d z t f n ( E s 1 - v s ) ( 1 R 1 - 1 R 0 ) ]]>式中σf为薄膜残余应力，t代表厚度、E为弹性模量、v为泊松比，而下标s、f分别对应着基底和薄膜，R0、R1分别为长膜前后的曲率半径，其中η＝tf/ts，χ＝Yf/Ys，优选地，所述激光光源系统包括HeN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其特征在于，所述柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪采用光杠杆法的原理，测量基底长膜前后的曲率半径，利用修正的Stoney公式得到残余应力；所述柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪包括光学平台、第一支撑杆、光路系统、激光光源系统、样品支撑系统、光斑跟踪三维运动系统；所述激光光源系统和光路系统固定于第一支撑杆上，所述第一支撑杆固定于光学平台上，所述光斑跟踪三维运动系统和样品支撑系统分别位于光学平台的两侧边缘。

【技术特征摘要】
1.一种柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其特征在于，所述柔性透明基底上薄膜
残余应力的测量仪采用光杠杆法的原理，测量基底长膜前后的曲率半径，利用修正的Stoney
公式得到残余应力；所述柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪包括光学平台、第一支撑杆、
光路系统、激光光源系统、样品支撑系统、光斑跟踪三维运动系统；所述激光光源系统和光
路系统固定于第一支撑杆上，所述第一支撑杆固定于光学平台上，所述光斑跟踪三维运动系
统和样品支撑系统分别位于光学平台的两侧边缘。
2.根据权利要求1所述的柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其特征在于，所述光
路系统包括反射镜、半透半反镜；反射镜和半透半反镜分别上下固定于第一支撑杆上且位于
样品台正上方，激光光源系统的激光束经反射镜后穿过半透半反镜到达样品，再经样品反射
回半透半反镜反射至所述光斑跟踪三维运动系统的光斑位置传感器，样品位移和光斑位移与
样品基底曲率半径的关系如下公式所示：
R = 2 L Δ x Δ δ ]]>式中R为样品曲率半径，L为样品与光斑传感器的间距，Δx为样品单次位移，Δδ为光
斑位置因样品位移而发生的变化。
3.根据权利要求2所述的柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪，其特征在于，所述修
正的Stoney公式是利用力矩平衡法对公式成立假设之一进行的修正，修正的Stoney公式如
下：
σ f = ∫ n - t s n z 2 d z t f n ( E s 1 - v s ) ( 1 R 1 - 1 R 0 ) ]]>式中σf为薄膜残余应力，t代表厚度、E为弹性模量、v为泊松比，而下标s、f分别对
应着基底和薄膜，R0、R1分别为长膜前后的曲率半径，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，帅红俊，殷录桥，李意，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31