Amincissement de la CI par un système double‐couche

Lors de l’étape de laminage, le matériaux de scellement (la résine UV2) est séché mais reste collant. C’est un atout important qui permet une adhésion préliminaire complétée ensuite par la réticulation mais cet avantage s’avère aussi être un inconvénient puisqu’il permet la pénétration du solvant des cuves dans la CI lors du scellement (chapitre 3.6.1). Pour pallier cet inconvénient, une technique de fabrication en deux couches est mise au point. Le principe consiste à réaliser une première couche réticulée imperméable à la pénétration du liquide puis à la coller sur les structures avec une couche de colle fine. Cette seconde couche doit être la moins épaisse possible. L’ensemble du procédé de scellement est décrit sur la figure suivante :

figure 117 : principe de fabrication de la couche interface bi-couches

Description du procédé :

La première étape consiste à réaliser une couche réticulée donc rigide et insensible au solvant. Elle est déposée par centrifugation, elle subit un SB de 10 minutes à 50°C puis elle est insolée (1200 mJ.cm-2) et recuite (PEB 8 minutes, 70°C). Pour améliorer le taux de réussite du scellement, Il est important de réaliser la couche dure (appelée CI1 en gris foncé sur la figure 117) d’un diamètre inférieur à la seconde couche (appelée CI2 en gris clair) qui sert de colle.

La deuxième étape est dédiée au dépôt par centrifugation de la couche de colle (toujours de l’UV2), appelée CI2. Son épaisseur doit être la plus fine possible.

La troisième étape est le remplissage-laminage classique.

La quatrième étape est la réticulation de la couche de colle qui permet l’adhésion entre les cuves et la CI1.

Enfin, lors de la dernière étape, le PET de transfert est pelé et la CI (=CI1+CI2) est libérée. Plusieurs essais sont nécessaires pour définir le rapport optimal des épaisseurs entre la CI1 et la CI2. La réduction des épaisseurs de résine est obtenue en diluant la résine UV2 et en ajustant

146 les vitesses de rotation. Une partie des tests qui ont permis de déterminer le couple (CI1, CI2), est présentée ci-dessous.

Premier essai :

CI1 : UV2 diluée à 40%, Vspin=2000 tr.mn -1

=> épaisseur : 3,5µm CI2 :UV2 diluée à 100%, Vspin=2000 tr.mn

-1

=> épaisseur : 2µm Durée soft bake (SB) de la CI2 à 50°C : 7min

Ce premier essai donne une épaisseur globale de la CI (5,5µm) encore trop importante par rapport à l’objectif (<5µm) mais prouve la faisabilité du principe.

Second essai :

CI1 : UV2 diluée à 100%, Vspin =2000 tr.mn-1 => épaisseur : 2,3µm

CI2 :UV2 diluée à 100%, Vspin =2000 tr.mn -1

=> épaisseur : 2,2µm Durée soft bake (SB) à 50°C : 7 minutes

Cet essai permet d’atteindre l’objectif d’une épaisseur inférieure à 5 µm (épaisseur totale de 4,5 µm). La tentative suivante consiste à réduire encore l’épaisseur.

Troisième essai :

CI1 : UV2 diluée à 100%, Vspin=3000tr.mn -1

=> épaisseur : 2,1µm, résine déposée à T=-18°C CI2 :UV2 diluée à 100%, Vspin = 3000 tr.mn-1 => épaisseur : 1,8µm (T=20°C)

Durée soft bake (SB) à 50°C : 5 minutes.

La CI est transférée correctement avec une épaisseur globale de moins de 4 µm. Ce troisième essai montre qu’il faut augmenter fortement les vitesses de rotation pour diminuer l’épaisseur de colle malgré une dilution de 100 % de l’UV2.

Quatrième essai :

Diminuer l’épaisseur passe par une possible augmentation de dilution de l’UV2 avec le dowanol. Cette possibilité perd de son efficacité dès lors que l’on s’approche d’une viscosité totale proche de celle de son solvant, le dowanol (cf chapitre 3.3.1, figure 89). La résine UV2 d’ESSILOR existe sous plusieurs formes dont une développée initialement pour le dépôt par jet d’encre. Cette version appelée UV8bis, est très diluée avec un mélange de solvant constitué d’éthanol et de dowanol. L’éthanol présente le double intérêt d’une viscosité faible et d’une volatilité importante, ce qui permet une évaporation presque complète pendant la centrifugation et donc une durée de SB réduite. Le dowanol, qui est un solvant plus lourd que l’éthanol, permet d’obtenir d’excellentes planéités de surface lors des dépôts par centrifugation. Cet essai consiste donc à utiliser l’UV8Bis comme colle (en CI2).

147 Le premier essai est réalisé avec une CI1 épaisse pour évaluer uniquement le fonctionnement de l’UV8bis.

CI1 : UV2 diluée à 40%, Vspin=2000tr.mn -1

=> épaisseur : 3,5µm CI2 :UV8bis, Vspin=1000tr.mn

-1

=> épaisseur : 1,4µm (T=20°C) Durée soft bake (SB) à 50°C : 30 secondes

La CI est inférieure à 5 µm. La réussite de cet essai permet d’envisager un essai plus ambitieux pour réduire la CI1.

Remarque : le cahier des charges de l’UV8bis impose un extrait sec de 22% environ or celui de de l’UV2 diluée à 150% est de 23%. La possibilité d’utiliser l’UV2 comme colle à une dilution de 150% est testée à plusieurs reprises, ces essais se soldent tous par des échecs de scellement. Cette voie est abandonnée.

Sixième essai:

L’UV2 diluée à 150% ne permet pas de coller la CI. Cette dilution permet toutefois d’obtenir une épaisseur très faible. Un premier niveau CI1 est réalisé au niveau de dilution 150% de dowanol avec les paramètres suivants :

CI1 : UV2 diluée à 150%, Vspin=1000tr.mn -1

=> épaisseur : 1,6µm CI2 :UV8bis, Vspin= 1200tr.mn-1 => épaisseur : 1,25µm

Durée soft bake (SB) à 50°C : 30 secondes.

L’épaisseur totale de la CI est de l’ordre de 2,8 µm. Si la couche a été transférée, elle présente une quantité importante de ruptures. La CI1 est trop fine, ce qui la fragilise. Le prochain essai consiste à renforcer la CI1 en diminuant sa dilution. La CI2 est également renforcée en diminuant la vitesse du spin-coating.

Septième essai :

CI1 : UV2 diluée à 125%, Vspin=1100 tr.mn -1

=> épaisseur : 2,9µm CI2 :UV8bis, Vspin=1000 tr.mn-1 => épaisseur : 1,4µm

Durée soft bake (SB) à 50°C : 30 secondes.

L’épaisseur totale est de 4,3 µm ce qui correspond à l’objectif recherché soit une CI inférieure à 5 µm. L’aspect de surface de la CI doit encore être améliorée car il reste des défauts en surface.

Cet essai de scellement a été effectué sans liquide et avec liquide. La déformation en surface entre le centre des cuves et le haut des plots est très limitée : 0,1 µm dans le cas d’un scellement sans liquide et 0,4 µm dans le cas d’un scellement avec liquide pour des cuves de 300 µm de large. Ces mesures sont présentées ci-dessous.

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figure 118: A gauche scellement sur air, à droite scellement sur liquide

La déformation constatée d’une CI bi-couche de 4,3 µm pour des cuves de 300 µm est identique à la déformation constatée avec une CI monobloc de 7 µm (cf chapitre 3.3.2.2).

En conclusion, la technique de fabrication par une double couche permet de réduire fortement l’épaisseur en conservant une résistance mécanique suffisante sur un intervalle de temps raisonnable pour procéder à la réalisation d’un second damier.

Cependant, un nombre important de défaut est présent (rupture de cuves). Le chapitre suivant propose des améliorations de l’aspect de la couche interface.