前言

旋涂是一種用于將薄膜涂覆到基板上的工藝，通常涉及在基板中心沉積一小灘流體材料并高速旋轉(zhuǎn)。薄膜的最終厚度取決于流體的特性和旋轉(zhuǎn)過(guò)程參數(shù)。旋轉(zhuǎn)過(guò)程的速度和加速度會(huì)極大地影響涂層膜的均勻性和厚度，而排煙對(duì)于確定涂層膜性能也至關(guān)重要。該過(guò)程的可重復(fù)性很重要，因?yàn)檫^(guò)程中的微小變化會(huì)導(dǎo)致涂層薄膜發(fā)生劇烈變化。

旋涂概述

旋涂作為薄膜應(yīng)用方法已有幾十年的歷史。典型的工藝包括將一小灘流體材料沉積到基板中心，然后高速旋轉(zhuǎn)基板。向心加速度將導(dǎo)致樹(shù)脂在基材上擴(kuò)散，留下一層薄薄的材料膜。最終薄膜厚度將取決于流體材料特性（粘度、干燥速率、固體百分比、表面張力等）和旋轉(zhuǎn)工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)速、加速度和煙霧排氣）。旋涂中最重要的因素之一是可重復(fù)性，因?yàn)槎x旋涂工藝的參數(shù)的細(xì)微變化可能會(huì)導(dǎo)致涂覆膜發(fā)生劇烈變化。

旋涂工藝說(shuō)明

典型的旋轉(zhuǎn)過(guò)程包括將樹(shù)脂流體沉積到基材表面的點(diǎn)膠步驟、使流體變稀的高速旋轉(zhuǎn)步驟以及從所得薄膜中消除多余溶劑的干燥步驟。兩種常見(jiàn)的點(diǎn)膠方法是靜態(tài)點(diǎn)膠和動(dòng)態(tài)點(diǎn)膠。

靜態(tài)點(diǎn)膠只是在基材中心或中心附近沉積一小灘液體。其范圍為 1 至 10 cc，具體取決于流體的粘度和要涂層的基材的尺寸。更高的粘度和/或更大的基材通常需要更大的水坑，以確保在高速旋轉(zhuǎn)步驟中覆蓋基材。動(dòng)態(tài)點(diǎn)膠是在基板低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)膠的過(guò)程。在該過(guò)程的這一步驟中，通常使用大約 500 rpm 的速度。這服務(wù)于將流體分布在基材上，并且可以減少樹(shù)脂材料的浪費(fèi)，因?yàn)橥ǔ２恍枰练e那么多的沉積物來(lái)潤(rùn)濕基材的整個(gè)表面。當(dāng)流體或基材本身的潤(rùn)濕能力較差并且可以消除可能形成的空隙時(shí)，這是一種特別有利的方法。

在點(diǎn)膠步驟之后，通常會(huì)加速到相對(duì)較高的速度，以將流體稀釋至接近其最終所需的厚度。此步驟的典型旋轉(zhuǎn)速度范圍為 1500-6000 rpm，具體取決于流體和基材的特性。此步驟可能需要 10 秒到幾分鐘的時(shí)間。為此步驟選擇的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間的組合通常將決定最終的薄膜厚度。一般來(lái)說(shuō)，更高的旋轉(zhuǎn)速度和更長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生更薄的薄膜。

有時(shí)在高速旋轉(zhuǎn)步驟之后添加單獨(dú)的干燥步驟，以進(jìn)一步干燥薄膜而不使其大幅變薄。這對(duì)于厚膜來(lái)說(shuō)是有利的，因?yàn)樵谔幚碇翱赡苄枰^長(zhǎng)的干燥時(shí)間來(lái)增加薄膜的物理穩(wěn)定性。如果沒(méi)有干燥步驟，在處理過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，例如從旋轉(zhuǎn)碗中取出基材時(shí)從基材的側(cè)面倒出。適度的旋轉(zhuǎn)速度將有助于干燥薄膜，而不會(huì)顯著改變薄膜厚度。

旋轉(zhuǎn)速度

旋轉(zhuǎn)速度是旋轉(zhuǎn)涂層中最重要的因素之一。速度（rpm）影響施加在樹(shù)脂上的離心力程度及其正上方空氣的湍流。此階段相對(duì)較小的速度變化可能會(huì)導(dǎo)致較大的厚度變化。薄膜厚度主要是將流體樹(shù)脂剪切到基材邊緣所施加的力與樹(shù)脂的干燥速率之間的平衡。作為

樹(shù)脂干燥，粘度增加，直到旋轉(zhuǎn)過(guò)程的徑向力無(wú)法再將樹(shù)脂移動(dòng)到表面上。此時(shí)，薄膜厚度不會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)時(shí)間的增加而顯著減少。安賽斯勻膠機(jī)系統(tǒng)®指定在所有速度下可重復(fù)至 ±0.2 rpm 以?xún)?nèi)。

加速度

除了旋轉(zhuǎn)速度外，加速度也會(huì)影響涂層性能。由于樹(shù)脂在旋轉(zhuǎn)周期的第一部分開(kāi)始干燥，因此準(zhǔn)確控制加速度非常重要。在某些工藝中，樹(shù)脂中 50% 的溶劑會(huì)在工藝的最初幾秒鐘內(nèi)因蒸發(fā)而損失。

加速度在基材的涂層特性中也起著重要作用。在許多情況下，基材將保留先前工藝的地形特征;因此，這很重要，均勻地涂覆樹(shù)脂在這些特征上和穿過(guò)這些特征。雖然自旋過(guò)程通常為樹(shù)脂提供徑向（向外）力，但加速度有助于樹(shù)脂在形貌周?chē)稚?，否則可能會(huì)將基材的一部分從流體中遮擋出來(lái)。安賽斯勻膠機(jī)可編程，最大加速度為 30,000 rpm/秒（空載）。

排煙

樹(shù)脂的干燥速率由流體的特性以及旋轉(zhuǎn)過(guò)程中基材周?chē)目諝鉀Q定。空氣溫度和濕度等因素在決定涂層薄膜性能方面起著重要作用。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將基材本身上方的氣流和相關(guān)湍流最小化或至少保持恒定也非常重要。

所有安賽斯勻膠機(jī)均采用“封閉式內(nèi)腔"設(shè)計(jì)。雖然實(shí)際上不是一個(gè)密封的環(huán)境，但排氣蓋在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中只允許最小的排氣。與位于旋轉(zhuǎn)卡盤(pán)下方的底部排氣口相結(jié)合，排氣蓋成為系統(tǒng)的一部分，以最大限度地減少不必要的隨機(jī)湍流。

該系統(tǒng)的顯著優(yōu)點(diǎn)是流體樹(shù)脂干燥緩慢。較慢的干燥速度具有增加基材薄膜厚度均勻性的優(yōu)勢(shì)。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，流體在向基板邊緣移動(dòng)時(shí)變干。這可能導(dǎo)致徑向厚度不均勻，因?yàn)榱黧w粘度隨著距基材中心的距離而變化。通過(guò)減慢干燥速度，可以使整個(gè)基材的粘度保持更恒定。

干燥速率和最終薄膜厚度也受到環(huán)境濕度的影響。僅幾%的相對(duì)濕度變化就會(huì)導(dǎo)致薄膜厚度發(fā)生很大變化。通過(guò)在封閉的碗中旋轉(zhuǎn)，樹(shù)脂本身中溶劑的蒸氣被保留在碗環(huán)境中，并且往往會(huì)掩蓋濕度變化很小。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程結(jié)束時(shí)，當(dāng)掀開(kāi)蓋子以去除基材時(shí)，保持排氣以容納和去除溶劑蒸氣。

這種“封閉碗"設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了對(duì)旋轉(zhuǎn)基板周?chē)鷼饬髯兓拿舾行?。例如，在典型的潔凈室中，空氣以每分鐘約 100 英尺（30 米/分鐘）的速度持續(xù)向動(dòng)。多種因素會(huì)影響這種氣流的局部特性。湍流和渦流是這種高度氣流的常見(jiàn)結(jié)果。環(huán)境性質(zhì)的微小變化會(huì)對(duì)向下的空氣流動(dòng)造成劇烈變化。通過(guò)用光滑的蓋子表面關(guān)閉碗，可以消除旋轉(zhuǎn)過(guò)程中因操作員和其他設(shè)備在場(chǎng)而引起的變化和湍流。

工藝趨勢(shì)圖

這些圖表表示各種工藝參數(shù)的總體趨勢(shì)。對(duì)于大多數(shù)樹(shù)脂材料，最終薄膜厚度將與旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間成反比。最終厚度也將與排氣量成正比，但如果排氣流量過(guò)高，均勻性會(huì)受到影響，因?yàn)橥牧鲿?huì)導(dǎo)致薄膜在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不均勻干燥。

旋涂工藝故障排除

如前所述，影響涂層工藝的幾個(gè)主要因素。其中包括旋轉(zhuǎn)速度、加速度、旋轉(zhuǎn)時(shí)間和排氣。不同樹(shù)脂材料和基材的工藝參數(shù)差異很大，因此旋涂加工沒(méi)有固定的規(guī)則，只有一般準(zhǔn)則。以下是針對(duì)特定流程問(wèn)題需要考慮的問(wèn)題列表。

薄膜太薄

旋轉(zhuǎn)速度過(guò)高------------選擇較低速度

旋轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)------------減少高速步進(jìn)時(shí)間

樹(shù)脂材料選擇不當(dāng)--------聯(lián)系樹(shù)脂制造商

薄膜太厚

旋轉(zhuǎn)速度太低----------選擇更高的速度

旋轉(zhuǎn)時(shí)間太短----------增加高速步進(jìn)時(shí)間

樹(shù)脂材料選擇不當(dāng)------聯(lián)系樹(shù)脂制造商

可重復(fù)性差

旋轉(zhuǎn)速度太低----------選擇更高的速度

旋轉(zhuǎn)時(shí)間太短----------增加高速步進(jìn)時(shí)間

樹(shù)脂材料選擇不當(dāng)-------聯(lián)系樹(shù)脂制造商

薄膜質(zhì)量差

旋轉(zhuǎn)速度太低----------選擇更高的速度

旋轉(zhuǎn)時(shí)間太短----------增加高速步進(jìn)時(shí)間

樹(shù)脂材料選擇不當(dāng)------聯(lián)系樹(shù)脂制造商

如果您有旋涂工藝相關(guān)的問(wèn)題，可咨詢(xún)安賽斯工作人員，