[发明专利]一种检测柔性硅氧烷薄膜厚度的方法

说明书

本发明提供一种检测柔性硅氧烷薄膜厚度的方法，涉及薄膜材料检测领域。所述柔性硅氧烷薄膜是在柔性基底表面用PECVD方法镀制的硅氧烷薄膜，所述方法包括以下步骤：取样：取柔性基底及其表面镀制的硅氧烷薄膜作为检测样品，所述检测样品由于应力作用使其截面呈圆弧状；检测：将所述检测样品置于低倍光学显微镜的观测台上，测量圆弧弦长以及弧顶到弦中心的距离，推导出圆弧的曲率半径；计算：根据stoney公式，计算得到柔性硅氧烷薄膜厚度。柔性透明硅氧烷薄膜厚度难以进行测量，基于薄膜存在应力的特点，根据薄膜曲率推导计算薄膜厚度，该方法过程简单，测试仪器要求不高，检测结果准确，适合生产企业对产品进行检验测试使用。

技术领域

本发明涉及薄膜材料检测领域，具体涉及一种检测柔性硅氧烷薄膜厚度的方法。

背景技术

柔性透明硅氧烷薄膜可应用于食品、药品、微电子产品等包装，可使内容物避免受潮变性变质。一般的阻隔性包装基底材料绝大部分是高分子塑料，提高材料的阻隔性一般采用多元复合、多层复合、真空蒸发等。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)硅氧烷薄膜，该薄膜既有氧化物材料对水汽、氧气的阻隔性，又含有柔性基团具有柔韧性。

硬基底(如硅片、玻璃片)上镀膜厚度，可以采用掩膜的方式做台阶，用台阶仪或轮廓仪直接测量，也可以对断面直接测量。然而柔性基底在微观上起伏不平，采用掩膜台阶的方法无法准确对膜厚进行测试，并且基膜受剪切力变形，也无法得到界限分明的断面，除非采用电子束切割后对断面进行测量，但是成本昂贵，不便于常规检测。

在柔性基底(如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等)上镀金属膜(铝、铜等)，由于透射光强度是入射光强度的千分之一甚至百万分之一，可以采用光密度的方式，即透射光强/初始光强来反推镀膜厚度。然而硅氧烷薄膜与柔性基底的光谱透射性能非常接近，可见及红外谱段具有高透射率，并且硅氧烷薄膜的光学折射率(1.33～1.40)也非常接近柔性基底(1.34～1.39)，采用光密度的方法无法检测硅氧烷薄膜的厚度。

针对柔性基底镀硅氧烷薄膜由于柔性基底不平，采用常规接触式台阶仪等测试仪器无法检测厚度、以及由于硅氧烷薄膜与柔性基底折射率相近，采用光学方法也无法检测厚度的难题，现有技术并未给出相关解决方案。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无法准确、便捷地检测柔性硅氧烷薄膜厚度的缺陷，从而提供一种利用低倍光学显微镜检测柔性硅氧烷薄膜厚度的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种检测柔性硅氧烷薄膜厚度的方法，所述柔性硅氧烷薄膜是在柔性基底表面用PECVD方法镀制的硅氧烷薄膜，所述方法包括以下步骤：

(1)取样：取柔性基底及其表面镀制的硅氧烷薄膜作为检测样品，所述检测样品由于应力作用使其截面呈圆弧状；

(2)检测：将所述检测样品置于低倍光学显微镜的观测台上，测量圆弧弦长L以及弧顶到弦中心的距离d，推导出圆弧的曲率半径r；

(3)计算：根据stoney公式，计算得到柔性硅氧烷薄膜厚度h_f：

式中，k₀是柔性基底镀膜前的曲率，单位mm^-1；k是柔性基底镀膜后的曲率，等于所述圆弧的曲率半径r的倒数，单位mm^-1；σ是硅氧烷薄膜平均应力，单位MPa/nm；hf是柔性硅氧烷薄膜厚度，单位nm；h_s是柔性基底厚度，单位μm；M_s是柔性基底弹性模量，单位MPa。

进一步地，步骤(1)中，所述检测样品的长度为20～40mm，宽度为3～5mm。

进一步地，步骤(2)中，所述低倍光学显微镜为2～20倍显微镜。