Procédé de fabrication en continu

Le procédé de traitement plasma est déjà maîtrisé pour des films de 200 mm de diamètre grâce à l’utilisation de l’équipement de gravure EMAX. En revanche la presse thermique EITRE 6 ne nous permet pas d’atteindre ces dimensions. Afin d’imprimer des films de cette dimension,

nous utilisons une presse thermique EVG®520HE qui permet l’utilisation de plaques de silicium de 200 mm. Cet équipement est dédié au collage moléculaire et est la propriété du CEA LETI. Nous devons utiliser un support commun aux équipements d’impression et de rugosification afin de développer un procédé continu. Ainsi, l’utilisation de plaques de silicium comme support permet de passer directement de l’étape d’impression thermique à celle de la rugosification sans manipulation supplémentaire. La presse EVG®520HE nous permet d’atteindre des températures de chauffage supérieures (400°C) à celles de l’EITRE 6. Le moule utilisé permet d’imprimer des plots de 400 nm de hauteur et de diamètre. La période du réseau est de 1µm. Le polymère choisi est le FEP et nous pouvons avec l’EVG dépasser sa température de fusion. Les impressions sont ainsi réalisées à 260 °C pour une force de 30 kN (soit 2, 4 bars environ sur une surface de 200 mm) avec une rampe de 5 kN/min. La durée de l’impression est de 5 minutes et la température de démoulage est de 80°C. Nous avons comparé trois antiadhésifs : 3M™ Novec™ 2702, un traitement gazeux par FDTS et l’Optool DSX.

Choix de l’antiadhésif

Afin de comparer les antiadhésifs, nous avons mené plusieurs impressions avec ces différents traitements. Puis, nous avons mesuré les énergies de démoulage et la qualité des impressions. Pour ces essais, l’empilement est représenté sur la Figure 2.16. Le vide est effectué dans la chambre d’impression avant que la pression ne soit appliquée à l’aide d’un piston hydraulique.

FIGURE2.16 – Empilement choisi pour les tests de solutions de traitements antiadhésif. L’antiadhésif 3M™ Novec™ 2702 est un traitement chimique de surface par voie liquide. Il s’agit d’un polymère fluoré en solution dans un solvant à base d’éther. Ce produit est utilisé en électronique pour protéger les circuits imprimés de l’humidité et de la corrosion. Il est hydrophile et oléophobique. Le FDTS (perfluorodecyltrichlorosilane) est une solution liquide de molécules fluorées appliquée en phase vapeur. Comme pour l’Optool DSX, une fois déposé, le produit forme une monocouche moléculaire.

Nous reportons dans le Tableau 2.2 les angles de contact de l’eau mesurés sur les moules après traitement. De ce point de vue, le traitement le plus efficace est l’Optool DSX.

Les énergies de démoulage sont mesurées entre le moule et le film de FEP imprimés. Pour cela nous utilisons une méthode dérivée de celle proposée par Maszara et al. [153]. Elle consiste à insérer une lame d’épaisseur connue entre le moule et le film polymère pour décoller les deux interfaces. L’insertion de la lame génère une déformation des plaques de silicium. La

2.10. Fabrication et caractérisation de larges surfaces superhydrophobes

3M™ Novec™ 2702 FDTS Optool DSX

WCA (°) 108 ± 5 110 ± 2 116 ± 5 Energie de démoulage (J/m2) 3, 4 ± 0, 6 0, 7 ± 0, 5 1, 2 ± 0, 9

TABLE2.2 – Angles de contact et énergies de démoulage mesurés avec les moules de silicium après application des traitements antiadhésif.

longueur de la déformation est mesurée à l’aide d’une caméra infrarouge. Puis un calcul permet de déterminer l’énergie de démoulage correspondante. Nous reportons ces valeurs dans le Tableau 2.2. L’énergie de démoulage la plus faible est celle du FDTS.

Ensuite, il faut aussi et surtout s’intéresser à la qualité d’impression des plots. Pour cela, nous reportons sur la Figure 2.17 des images MEB représentatives de la surface.

FIGURE2.17 – Photos MEB à 45° des réseaux de plots imprimés en fonction du traitement

antiadhésif appliqué.

Avec l’utilisation du traitement 3M™ Novec™ 2702, nous observons des plots déformés et très étirés après impression. Ils sont parfois couchés ou même arrachés. Le traitement FDTS semble permettre une bonne conformité des plots mais l’impression n’est observée que sur de rares zones de l’échantillon. Finalement, c’est l’Optool DSX qui donne les meilleurs résultats avec des plots conformes aux dimensions du moule et une impression sur l’ensemble du film. Nous choisissons donc de poursuivre le développement grandes surfaces avec ce traitement.

Adhésif double face pour un procédé continu

Afin de transférer directement le film imprimé dans le réacteur de gravure plasma, il nous faut utiliser la même plaque de silicium comme support. Pour simplifier cette opération, nous décidons d’ajouter un adhésif double face entre le film de FEP à imprimer et son support. Pour cela nous utilisons un adhésif double face 3M™ Thermally Conductive Adhesive Tape 8940. Finalement, l’empilement pour l’impression devient celui schématisé Figure 2.18. Le moule est désormais placé en position basse car nous avons constaté expérimentalement que cet emplacement génère moins de risque de casse.

Après un démoulage manuel, nous avons procédé à la rugosification de la surface imprimée. Pour cela, nous avons transféré directement le film de FEP et son support dans l’EMAX. Le

FIGURE2.18 – Empilement choisi pour les impressions grandes surfaces (200 mm de diamètre).

traitement plasma dure 10 secondes avec une puissance de 1000 W. Les gaz utilisés sont l’Ar et le C F4avec des flux de 100 et25 sccm, respectivement. L’ensemble du protocole est illustré sur la Figure 2.19. Nous avons obtenu un film transparent et flexible de 200 mm de diamètre. De plus, il est superhydrophobe car nous avons mesuré un WCA d’environ 160° et un CAH d’environ 1° sur ces surfaces.

FIGURE2.19 – Protocole de fabrication de grandes surfaces superhydrophobes de 200 mm de diamètre sur FEP par impression thermique et rugosification plasma.

Les photos MEB sont capables de nous renseigner sur la qualité de l’impression. Mais elles peuvent le faire uniquement sur des zones très restreintes. Or, pour développer une solution grande surface complète, il est important de disposer d’une solution de caractérisation à plus grande échelle et non destructive. Nous présentons ci-après une autre méthode.

2.10. Fabrication et caractérisation de larges surfaces superhydrophobes

FIGURE2.20 – Photographies d’un film flexible, transparent et superhydrophobe obtenu grâce au protocole de la Figure 2.19.