匀胶机的工作原理

旋涂概述

旋涂作为一种制备薄膜的方法已经使用了几十年。一个典型的过程是将一小块液体材料沉积在基板的中心，然后高速旋转基板。向心加速度将导致树脂在基材上扩散，留下一层材料薄膜。最终膜厚取决于流体材料特性（粘度、干燥速率、固体百分比、表面张力等）和旋转工艺参数（转速、加速度和排烟）。旋涂过程中最重要的因素之一是可重复性，因为定义旋涂过程的参数的细微变化可能会导致涂层的剧烈变化。

旋涂工艺说明

一个典型的旋转过程包括一个分配步骤，其中树脂流体沉积在基板表面上，一个高速旋转步骤以稀释流体，以及一个干燥步骤以从产生的薄膜中去除多余的溶剂。两种常见的分配方法是静态分配和动态分配。

静态分配是简单地在基板中心或其附近沉积一小块液体。根据流体的粘度和待涂覆基材的尺寸，其范围为1至10 cc。更高粘度和/或更大的基板通常需要更多的胶液，以确保在高速旋转步骤中完全覆盖基板。动态分配是指基板低速旋转时的分配过程。在工艺的这一步骤中，通常使用约500 rpm的转速。这有助于将流体分散在基板上，并可减少树脂材料的浪费，因为通常不需要沉积那么多来润湿基板的整个表面。当流体或基质本身具有较差的润湿能力并且可以消除可能以其他方式形成的空隙时，这是一种特别有利的方法。

在分配步骤之后，通常会加速至相对较高的速度，以将流体稀释至接近其最终所需厚度。此步骤的典型转速范围为1500-6000 rpm，具体取决于流体和基质的性质。此步骤可能需要10秒到几分钟。为该步骤选择的旋转速度和时间的组合通常将定义最终膜厚度。一般来说，更高的旋转速度和更长的旋转时间会产生更薄的薄膜。

有时在高速旋转步骤后添加单独的干燥步骤，以进一步干燥薄膜，而不会使其实质性变稀。这对于厚膜是有利的，因为在处理之前，可能需要较长的干燥时间来增加膜的物理稳定性。在没有干燥步骤的情况下，在搬运过程中可能会出现问题，例如从旋转碗中取出基板时，基板侧面会倒出。适度的旋转速度将有助于干燥薄膜，而不会显著改变薄膜厚度。

旋转速度

旋涂速度是影响旋涂质量的重要因素之一。转速（rpm）影响施加在树脂上的离心力的程度以及树脂上方空气的湍流。在此阶段相对较小的速度变化可能导致较大的厚度变化。薄膜厚度在很大程度上是施加在向基材边缘剪切流体树脂的力与树脂干燥速率之间的平衡。随着树脂干燥，粘度增加，直到旋转过程的径向力不再能使树脂在表面上移动。在这一点上，薄膜厚度不会随着自旋时间的增加而显著减小。所有Helicoater Apogee旋涂系统规定在所有速度下可重复至±0.2 rpm范围内。

加速度

除了旋转速度外，加速度也会影响涂层的性能。由于树脂在旋转循环的第一部分开始干燥，因此精确控制加速度非常重要。在某些工艺中，树脂中50%的溶剂将在工艺的前几秒钟蒸发掉。

加速对图案化基板的涂层性能也起着很大的作用。在许多情况下，基板将保留先前工艺的地形特征；因此，在这些特征上均匀地涂覆树脂是很重要的。虽然旋转过程通常向树脂提供径向（向外）力，但加速度有助于树脂在地形周围分散，否则可能会使基底部分与流体形成阴影。Helicoater匀胶机可编程，最大加速度为30000 rpm/s（空载）。

排烟

树脂的干燥速率取决于流体的性质以及旋转过程中基板周围的空气。众所周知，空气温度和湿度等因素在决定涂层薄膜性能方面起着很大的作用。在旋转过程中，将基板上方的气流和相关湍流降至最低，或至少保持恒定，这一点也非常重要。

所有我司旋涂机均采用“封闭碗”设计。虽然实际上不是一个密闭的环境，但排气盖在旋转过程中只允许最小的排气。与位于旋转卡盘下方的底部排气口相结合，排气盖成为系统的一部分，以最小化不必要的随机湍流。

该系统的显著优点是液体树脂的缓慢干燥。较慢的干燥速度有利于提高整个基板的膜厚度均匀性。在旋转过程中，流体向基板边缘移动时会变干。这可能导致径向厚度不均匀，因为流体粘度随距基板中心的距离而变化。通过减慢干燥速度，整个基材的粘度可能保持更恒定。

干燥速率和最终薄膜厚度也受环境湿度的影响。相对湿度只有百分之几的变化会导致薄膜厚度的巨大变化。通过在封闭的碗中旋转，树脂本身中溶剂的蒸汽被保留在碗环境中，并且倾向于掩盖轻微湿度变化的影响。在旋转过程结束时，当提起盖子以移除基底时，保持完全排气以容纳和移除溶剂蒸汽。

这种“封闭碗”设计的另一个优点是降低了对旋转基板周围气流变化的敏感性。例如，在一个典型的洁净室中，空气以每分钟100英尺（30米/分钟）的速度不断向下流动。各种因素影响该气流的局部特性。湍流和涡流是这种高度气流的常见结果。环境性质的微小变化会使向下流动的空气发生剧烈变化。通过使用光滑的盖面关闭滤杯，可从旋转过程中消除因操作员和其他设备在场而引起的变化和湍流。

过程趋势图

这些图表代表了各种工艺参数的一般趋势。对于大多数树脂材料，最终薄膜厚度与旋转速度和旋转时间成反比。最终厚度也将与排气量成一定比例，但如果排气流量过高，均匀性将受到影响，因为在旋转过程中，湍流将导致薄膜不均匀干燥。

了解更多旋涂制膜的相关问题，请联系Helicoater工作人员，400 860 1856。