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高精度匀胶机运行过程与注意事项

匀胶旋涂技术spin coating)已在许多领域取得广泛应用。

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总体来说匀胶机的运行可以按基片旋转速度及胶质的变化,分为 4 个阶段:滴胶加速旋转匀速旋转以及去边,其中第3阶段匀速旋转阶段是胶质涂层厚度和均匀性控制的重要阶段。

1.滴胶

滴胶

1 滴胶-在滴胶前,胶质需经过亚微米级别的过滤处理,否则薄膜有可能形成 彗星图,星状图,戒产生气泡。

滴胶阶段是将胶质溶剂沉积在基片上中心位置的过程。可以手动滴加,戒用配备的自动滴胶器滴加。一般而言,自动滴胶方式由是自动机械化操作,最终 薄膜的厚度,均匀性,及可重复性都很好,并且也可以减少易挥发的毒性气体 不身体接触。而手动滴胶是人工操作,适合要求高的薄膜制备。

滴胶过程可采用静态滴胶动态滴胶两种方式,静态滴胶是在基片旋转之前就将胶质滴加沉积在基片中心,动态滴胶则是基片一边以一定的速度旋转(一般是500RPM),一边滴胶,如图 1 所示。如果胶质基片是疏水性的,可以选择动态滴胶法,另外动态滴胶法所需的滴胶量也可以略少

2.加速旋转

加速旋转

2 加速旋转

有些胶质中的溶剂挥发性很强,如 果基片没有在短时间内稳定快速的 加速到设定的速度,胶质中的溶剂 就会快速挥发,从而导致胶质的粘性迅速增强,从而影响对涂层厚度的控制。

加速旋转阶段中基片以一定的加速度旋转,胶质溶剂开始向基片边缘扩散,会有部分胶质开始被甩出基片,如图 2 所示。在加速初始阶段,胶质是以一定的高度堆积在基片表面,胶质的底部不基片表面粘在一起,一起旋转。而胶质的上层由惯性作用,其转速无法不基片同速,因此胶质形成螺旋状。随着胶质在离心力作用下持续向基片边缘扩散,螺旋状逐渐消失,胶质变薄为涂层,覆盖基片表面,涂层不基片旋转速度完全同步。

在基片的加速旋转阶段,旋转速度高精度的控制,以及旋转时间的准时设置非常重要。其实,无论胶质具有怎样的性质,匀胶机都需具备高精度,稳定的马达旋转速度控制系统,这样才可以制作厚度均匀可控的薄膜。

3.匀速旋转、去边

匀速旋转

3 匀速旋转

在匀速旋转阶段中,胶质的粘性力和挥发作用是影响薄膜厚度不均匀性的 重要因素。

胶质溶剂在加速旋转至设定速度时,已经形成一定厚 度的涂层。在接下来的匀速旋转过程中,由亍胶体的 粘性力仍然小所受到的离心力,涂层持续向基片边缘扩散,基片边缘的胶质也断地被甩出,涂层厚度逐渐减小,如图 3 所示。

同时,由涂层已覆盖整个基片表面,并且受基片上方快速流动的气流影响,溶剂的挥发速度加快,导致胶体的粘性力也断增加, 开始形成难以流动的胶状物。此时,胶质涂层所受到的各个方向的力达到平衡,涂层的厚度也达到最终状态。

去边处理

最后,在涂层薄膜的边缘部位,由于胶质表面张力的作用, 薄膜边缘部分的胶质难以被甩出基片,会形成厚度均匀的薄层,甚至会扩张至基片的背面,因此基片边缘需要经过去边处理(EBR,Edge Bead Removal),如图 4 所 示。去边处理包括基片正面和背面的化学去边处理,以及基片正面的光学去边处理。



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