ITO FILM材料

近年来，由于薄膜应用材料的发展，与ITO玻璃一样，ITO FILM也越来越多的应用到了电子信息材料上，比如说应用在LCD、OLED显示器基板上，触摸屏上探测电极上，显示器模组的电磁屏蔽上等等。如何在这些产品的生产加工过程中，合理使用ITO FILM材料，也慢慢为电子制造行业所重视。

我们知道，ITO FILM与ITO玻璃在产品制造生产过程中的区别在于，ITO FILM在正式上生产线使用之前，要预先进行一道调质处理工序，也就是很多触摸屏厂家俗称的“ITO FILM老化”工序。为什么ITO FILM要预先进行一道这样的调质处理“ITO FILM老化”工序，而ITO玻璃就不用呢，这就要从它们所用的基材不同说起了。

一、为什么要进行调质处理：
目前最常用到的ITO FILM的基材，是一层在上面进行过硬化层涂布处理过的PET膜，它的材质是polyethylene terephthalate，中文名叫聚对苯二甲酸乙二醇酯，简称PET，它在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。它有个特点是耐电晕性较差，所以可以在其表面进行金属镀膜二次加工，从而使得进行金属镀膜二次加工后的PET，广泛应用于包装业、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车等领域。

PET的热变形温度是(1．8MPa) 224℃，熔点 254℃，所以很易于加工成应用薄膜材料。
为了更好的应用在电子产品上，PET膜上一般都要再涂布一层聚丙烯酸酯类的硬化层，也就是俗称的压加力涂层或加硬层，让PET膜表面的硬度能达到2H以上，让它更耐磨擦，更难被划伤。这种压加力的特性是热变型温度≥78℃，热软化温度≥105℃。

生产中使用的ITO玻璃是一种浮法玻璃，是以硅酸盐为材料，经1300℃高温炉溶融成液体，流经锡水表面成型的平板玻璃。

这里说的ITO 是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，通常有两个性能指标:电阻率和透光率，
在氧化物导电膜中，以掺Sn的In2O3(ITO)膜的透过率最高和导电性能最好，而且容易在酸液中蚀刻出细微的图形。其中透过率以达90%以上，ITO中其透过率和阻值分别由In2O3与Sn2O3之比例来控制，通常Sn2O3:In2O3=1:9。

ITO玻璃和ITO FILM基材上所镀的ITO镀层，是用磁控溅射沉积上去的。其中镀膜的温度是影响ITO膜透光性和电阻率的最明显因素，当镀膜温度在100℃以下时，膜层中多数是一些低价的铟锡氧化物，透光性较低，阻值也很高。随着镀膜温度升高，薄膜的结晶越趋完美使载流子迁移率有所提高，而光线透过率明显升高，阻值也相应降低，当温度达到380℃附近时，光线透过率达到最高。
对于ITO平板玻璃来说，完全可以用最好的温度条件来进行ITO镀膜，因为平板玻璃的熔化温度在千度以上，所以380℃最优镀膜条件对玻璃基板没什么影响。

可是另外一种以PET为原料基材中，不但其本身的热变形温度只有224℃，并且其上面涂布的压加力层的热变形温度仅为78℃。为了不在镀ITO膜层时不破坏和影响PET膜基材的性能，镀膜温度一定要严格的控制的80℃以下，这就造成了ITO膜层的结晶度不够，光线透过率低，电阻阻值偏高并且不稳定。

PET材料在提练合成过程中，一定会有一些杂质掺杂在里面，PET合成的过程，是一个小分子物质在化学键的作用下链接形成大分子的过程，这个过程中肯定有些未充分反应的小分子物质附在大分子链上。PET膜在空气存放过程中，因PET膜层里面所含的微量杂质，会吸收空气中的气体和水份，并不断水解其中部分没聚合完全的水分子物质。这些杂质、气体、水份，和未聚合完全的水分子水解后生成的物质，会在高温中析出或重新聚合与结晶，让PET FILM产生不一致的形变或性能变化，造成PET FILM上的图形尺寸变化。
二、调质处理的原理：
PET材料虽然拥有很好的尺寸稳定性，但在制成PET薄膜的过程中，合成的PET大分子物质经过挤塑和拉伸，原来融熔状态下自由伸展的分子团被迫在拉伸方向进行形变，以薄膜的厚度尺寸要求，所以内部聚集了部分内应力，这些内应力如果受到温度上升的变化，也会因温度升高，PET内部分子活动能力增强而释放出来，在释放的过程中，多数的PET大分子会在拉伸方向进行分子间距缩小调整，而非拉伸方向的部分分子支链会伸展到拉伸方向收缩后所形成的空间里面来。这一系列的变化，也将改变PET薄膜的外形尺寸。
PET上的ITO层，是镀膜温度在80℃以下镀覆的，膜层中多数是一些低价的铟锡氧化物，这些低价的铟锡氧化物，在高温环境下或富氧环境下，还会继续与氧气反应，形成高价的铟锡氧化物，重新再次结晶。

所以，为了稳定ITO FILM的性能，要对ITO FILM进行加热处理，预先进行一道调质处理“ITO FILM老化”工序。在加热处理过程中，PET薄膜里面的杂质所吸收的气体与水分将会析出，小分子物质水解后的产物，会重新脱水形成小分子物质，未完全聚合的小分子物质、重新脱水后形成的小分子物质，薄膜拉伸过程中所断裂的分子支链和短分子链，将会重新排列到自由伸展的大分子长链上，让整个PET薄膜内部分子稳定下来，这样，PET膜的外形尺寸也稳定下来了，大大减少了以后温度变化对PET外形尺寸带来的剧烈变化。而且在富氧的条件下，或加温过程中，ITO层非结晶的低价铟锡氧化物再次与氧反应成高价铟锡氧化物重新结晶，所得到的结晶ITO层在以后使用过程中，只要温度不超过目前的加温温度，也比原非结晶状态的ITO层化学物理性能更加稳定。
三、如何进行调质处理：
在加温调质处理过程中，首先要把温度升到PET上的涂布的压加力热变形温度，完全释放和消除压加力层的气体、水份和内应力，同时PET本身基材中的水份、气体和杂质，也通过压加力和ITO层的分子间隙释放部分出来。

第二步是加热到压加力的热软化温度，这个温度下，让压加力先均匀软化，减少后面继续加热过程中PET在热收缩变形的时候，因压加力的抵抗产生变形阻力，因各部分收缩不一致引起翘曲。同时也让部分基材中水解的物质分解并把水分完全汽化释放。
第三步是加热温度设定到后续加工工序中所采用的最高加热温度，加了更加均匀和消除设备误差，一般这个设定温度还要在后续工工序中所采用的最高加热温度的基础上，再增加10~15℃，这样，不管以后你再怎么加热，都不会让ITO FILM再产生过多的形变了。当然这个温度最好不要超过180℃，因为在这个温度下，压加力材料会迅速劣化，并且有可能颜色会变黄，透过率也会下降。对于使用在不同场合下的复合薄膜来说，中间的光学胶层也属于压加力酸类，过高的温度更容易使这些光学胶层性能劣化，因而一般建议温度设在120~140℃之间，为了得到更好的调质效果，调质时间会相应的延长一倍时间左右。

在温度超过120℃以后，PET基材里的水份和气体几乎可以完全从基材中排出，而那些水解后的小分子会重新转化为小分子状态，并在化学键的作用下，慢慢链接到已经聚合的大分子链上去。原来在薄膜拉伸过程中受物理作用力被拉伸或挤压的化学键，则会在化学键端的原子吸收热能后，运动到最合适的位置，让原子两边的化学键力平衡。这样，使得整个PET基材中的化学分子更加安定，从而得到更稳定的外形尺寸和更高的透过率，并消除部分光学上的偏振现象，减光膜层之间的光学干涉。

这个时候，ITO层的水份和气体也会释放出来，而且里面被水和二氧化碳形成碳酸所化学腐蚀的部分，也会受热分解，重新形成ITO晶体，低价氧化铟锡分子，也会继续跟空气中的氧气反应，形成更高价的氧化铟锡物质。在受热过程中，氧化铟锡物质沉积过程中散乱的原子在吸收热能后，慢慢运动到各最小位能的晶格顶点位置上，进行结晶。而里面的一些杂质则会被挤压到晶粒边缘，与相关晶格建立更稳定的结构。

第四步是进行紫外线臭氧活化ITO层，利用低压石英汞灯，产生254和185nm范围的紫外线，臭氧和等离子氧气产生，低价的铟锡氧化物和离子氧原子反应形成高价的铟锡氧化物。在这过程中，还可以对ITO表面进行清洗，有机污染物分子在吸收254nm波长紫外线后被激发或分解。激发的有机污染物可以和离子氧原子反应形成气体，比如CO2,H2O等，再由抽风系统抽取排走。


四、调质处理过程中应注意的问题：
ITO FILM在调质处理过程中，除了要有能得到加热平稳均匀的调质处理设备外，基板的承托和放置方式也是主要的考量范围。目前业界有两种倾向模式，一种是为了继续与ITO 玻璃一样的工治具，同时也得到更稳妥的处理效果，认为应该直接把ITO FILM按ITO平板玻璃尺寸裁切后，继续放在玻璃基板上加热，这样一方向可能象处理ITO平板玻璃一样处理ITO FILM材料和承托玻璃基板，更有利于优化超净车间管理外，另一方面，由于玻璃基板有一定的贮热作用，可以让ITO FILM调质处理过程中，各个部分的加热和降温过程更加平稳均匀。另一种倾向认为加热速度的快慢直接影响生产效率，而玻璃制品容易产生玻璃碎，而且装载ITO平板玻璃的治具也不利于ITO FILM的取放，更容易折伤和划伤ITO FILM，主张直接把ITO FILM放在加工平整的金属板上，利用金属板传热速度快的特性，提高生产效率。并且把这些金属板做成可以掀起的台车层架方式，ITO FILM直接平放在金属承托板上，ITO FILM和金属板的接触面不会产生相对的位置移动，所以能最大限度的防止ITO FILM在取放过程中被折伤和表面被划伤的情况发生。

因为压加力的热软化温度只有105℃，小于调质处理的最高温度，所以在没有保护的情况下，要避免涂布压加力的那一面，直接放在承托板上进行加热，把承托板上的不平整，热转移到ITO FILM的压加力层上，造成外观不良。

总的来说，ITO FILM的调质处理工艺，就是一个排除ITO FILM中所含水份、气体，进一步调整基材内部的原子位置和分子结构，消除各种材料内部的和各种材料相互之间的物理应力，在后续的生产加工过程中和产品使用过程中，得到更稳定的物理尺寸、化学性能。