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旋涂技術(shù)常用的設(shè)備是旋涂機(jī),旋涂機(jī)又叫甩膠機(jī)、勻膠臺(tái)、旋轉(zhuǎn)涂膠機(jī)、旋轉(zhuǎn)涂膜機(jī)、旋轉(zhuǎn)涂層機(jī)。一般來說,它們的原理都是一樣的,就是將各種膠水滴在高速旋轉(zhuǎn)的基板上,通過離心力使滴在基板上的膠水均勻地涂在基板上。厚度取決于不同膠水與基板之間的粘度系數(shù),也與轉(zhuǎn)速和時(shí)間有關(guān)。
旋涂機(jī)旋涂過程根據(jù)基片轉(zhuǎn)速和膠的變化可分為幾個(gè)階段:滴膠、加速旋涂膠、勻旋膠和切邊,其中第三階段勻旋階段是控制涂膠厚度和均勻性的重要階段。
滴膠:旋涂機(jī)在滴膠之前,需要對(duì)膠水進(jìn)行亞微米級(jí)的過濾,否則薄膜可能會(huì)形成彗星圖、星形圖和氣泡。滴膠階段是將晈體溶劑沉積在基板中心位置的過程,可以手動(dòng)滴,也可以用自動(dòng)滴膠器滴??偟膩碚f,自動(dòng)滴膠法是一種自動(dòng)化、機(jī)械化的操作,薄膜的厚度、均勻性、重復(fù)性都很好,還可以減少揮發(fā)性有毒氣體的接觸。
擴(kuò)散-加速旋轉(zhuǎn):某些晈體中的溶劑非常易揮發(fā),如果不在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定快速地將基底加速到設(shè)定的速度,晈體中的溶劑會(huì)迅速蒸發(fā),導(dǎo)致晈體的粘度迅速增加,從而影響涂層厚度的控制。在加速階段,襯底以一定的加速度旋轉(zhuǎn),晈體溶劑開始向襯底邊緣擴(kuò)散,部分晈體會(huì)被甩出襯底。加速初期,晈體沉積在基底表面一定高度,晈體底部貼在基底表面,一起旋轉(zhuǎn)。但由于慣性,上層晈體不能和基板同速旋轉(zhuǎn),所以晈體形成螺旋狀。隨著晈體在離心力的作用下不斷向基底邊緣擴(kuò)散,螺旋逐漸消失,晈體變薄并覆蓋基底表面。涂覆基材的旋轉(zhuǎn)速度同步。在襯底的加速旋轉(zhuǎn)階段,高精度地控制旋轉(zhuǎn)速度和精確地設(shè)置旋轉(zhuǎn)時(shí)間是非常重要的。實(shí)際上,無論背膠具有什么樣的性能,旋涂機(jī)都需要一個(gè)高精度、穩(wěn)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),才能做出厚度均勻可控的薄膜。
邊緣涂布:在旋涂機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)階段,晈體的粘度和揮發(fā)是影響薄膜厚度不均勻的重要因素。當(dāng)溶劑加速到設(shè)定的速度時(shí),就形成了一定厚度的涂層。在隨后的勻速旋轉(zhuǎn)過程中,由于晈體的粘滯力仍然小于離心力,涂層繼續(xù)向基板邊緣擴(kuò)散,基板邊緣的晈體不斷被甩出,涂層厚度逐漸減小。同時(shí),由于涂層已經(jīng)覆蓋了整個(gè)基材表面,由于基材上方快速流動(dòng)的空氣的影響,溶劑的揮發(fā)速度加快,導(dǎo)致晈體的粘度增加,形成不易流動(dòng)的晈體。此時(shí)晈體涂層各個(gè)方向的力平衡,涂層厚度達(dá)到終端狀態(tài)。在鍍膜的邊緣,由于晈體的表面張力,薄膜邊緣的晈體很難被甩離基板,會(huì)形成一層厚度不均勻的薄層,甚至?xí)U(kuò)展到基板的背面,所以需要對(duì)基板邊緣進(jìn)行修整。