Ultraschall-Sprühtechnik in der Filmbeschichtung

Ultraschall-Sprühtechnik in der Filmbeschichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünner Filme durch Ultraschallzerstäubungssprühen. Es nutzt ein einfaches Ultraschallzerstäubungsgerät, um die Sprühflüssigkeit in ultrafeine Tröpfchen zu zerstäuben, die dann mithilfe eines Hilfsluftstroms gleichmäßiger auf der Substratoberfläche abgeschieden werden. Mit dieser Methode wird eine Beschichtung mit gleichmäßiger, kontrollierbarer Dicke und hochwertigem Erscheinungsbild erzielt. Diese Methode befasst sich mit den Problemen schlechter Gleichmäßigkeit der Beschichtungsoberfläche, schlechter Beschichtungsqualität, unkontrollierbarem Sprühvolumen und geringer Produktivität, die bei bestehenden Sprühtechnologien auftreten, und erreicht so das Ziel eines präzisen Sprühens. Im Vergleich zu bestehenden Technologien bietet die vorliegende Erfindung Vorteile wie eine hohe Sprüheffizienz, eine hohe Beschichtungsqualität, eine hervorragende Produktreproduzierbarkeit, eine hohe Lösungsausnutzung und eine präzise Steuerung des Sprühbereichs und der Beschichtungsdicke.

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Sprühtechnologie, insbesondere auf die Verarbeitungstechnologie für das Sprühen von Nanodünnfilmen und insbesondere auf ein neuartiges Verfahren zur Herstellung dünner Filme durch Ultraschallzerstäubungssprühen.

Hintergrundkunst

Beim Ultraschallzerstäubungssprühen handelt es sich um eine Methode zur Herstellung dünner Filme, mit der dünne Filme auf Substratoberflächen gesprüht werden. Der Prozess umfasst im Allgemeinen drei Schritte: Ultraschallzerstäubung, Sprühen und Nachbearbeitung. Die Ultraschallzerstäubung nutzt den Kavitationseffekt von Ultraschall, um winzige Kavitationskeime (Blasen) in einer Lösung unter dem Einfluss der Ultraschallenergie zum Schwingen, Wachsen und Wandern zur Oberfläche der Lösung zu bewegen. Beim Erreichen der Oberfläche platzen sie und bilden winzige Tröpfchen (Nebel). Die Ultraschallzerstäubung erzeugt feine Tröpfchen, eine gleichmäßige Verteilung und eine hervorragende Zerstäubung, was die Kontrolle erleichtert und unnötigen Abfall in der Produktion vermeidet. Bestehende Sprühbeschichtungsverfahren verwenden hauptsächlich Druckluft, um die Beschichtungsflüssigkeit durch eine Spritzpistole zu drücken und auf die Substratoberfläche zu sprühen. Dieses Verfahren weist jedoch unvermeidliche Nachteile auf, wie z. B. eine unzureichende Gleichmäßigkeit des Sprühnebels, eine unkontrollierbare Beschichtungsdicke, eine schlechte Filmqualität, einen erheblichen Rückprall der Lösung und einen erheblichen Abfall.

CN102019264A offenbart ein ultrafeines Zerstäubungssprühverfahren. Mithilfe von Ultraschall- oder Zweistoffdüsen führen zwei oder mehr Düsen eine zweidimensionale Abtastbewegung entlang der XY-Achse aus. Die zerstäubte chemische Flüssigkeit wird auf den gesamten Wafer aufgetragen. Anschließend wird der Wafer für einen zweiten Sprühvorgang gedreht und der Rotationssprühvorgang wiederholt, bis die Zieldicke erreicht ist. CN103143472A offenbart eine Ultraschallzerstäuberdüse für Lötflussmittel, bestehend aus fünf Teilen. Im ersten Teil sind eine Nebelspeicherkammer und ein Nebelführungskanal durch eine Seitenwand getrennt. An einer Seitenwand der Nebelspeicherkammer ist ein Nebelauslass vorgesehen, und an der anderen Seitenwand der Nebelspeicherkammer ist eine obere Nebelführungskanalöffnung vorgesehen. Der zweite Teil befindet sich unterhalb des ersten Teils und umfasst einen Abstandshohlraum mit einer unteren Nebelführungskanalöffnung. An der Seitenwand ist ein Flussmitteleinlass installiert, durch den Flussmittel injiziert wird. Der dritte Teil befindet sich unterhalb des zweiten Teils. Der vierte Teil befindet sich unterhalb des dritten Teils, mit einem Ultraschallwandler am unteren Ende dieses Teils und einem unteren Lufteinlass am anderen Ende. Der fünfte Teil ist die Düsenbaugruppe. Eine externe Luftquelle tritt durch den Lufteinlass der Düse ein und wird dann von der Düse ausgestoßen. Der erzeugte Unterdruck stößt gleichzeitig das in der Nebelspeicherkammer gespeicherte zerstäubte Flussmittel durch die Düse aus.

Obwohl eine Reihe von Ultraschallzerstäubungssprühverfahren und Geräten zum Ultraschallzerstäubungssprühen entwickelt wurden, weisen diese Verfahren oder Geräte Einschränkungen in ihrem Umfang und ihrer Anwendung auf. Einige Ultraschallzerstäubungssprühgeräte können die an der Düse abgegebene Nebelmenge nicht gleichmäßig steuern, was es schwierig macht, die Dicke der gesprühten Beschichtung genau zu steuern. Einige Ultraschallzerstäubungsspritzverfahren eignen sich nur zum Aufsprühen von Filmen auf kleinere Substrate. Die vorliegende Erfindung kann jedoch zum Besprühen größerer Substrate, wie z. B. Glasfassaden, sowie zum Beschichten kleinerer oder sogar extrem kleiner Substrate verwendet werden. Außerdem werden die Beschichtungsdicke und die Sprühamplitude präzise gesteuert (insbesondere durch Anpassung der Parameter der Doppelschichtdüse) und gleichzeitig die gewünschte Erscheinungsbildqualität beibehalten.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Mängel der bestehenden Technologie zu beheben, indem sie ein Verfahren zur Filmbildung durch Ultraschallzerstäubung und Sprühen bereitstellt, das besser auf die industrielle Produktion, die landwirtschaftliche Produktion und die wissenschaftliche Forschung angewendet werden kann, wo eine Feinverarbeitung erforderlich ist. Es kann die Beschichtungsflüssigkeit mit höchster Präzision auf die Substratoberfläche sprühen. Die vorliegende Erfindung nutzt die folgenden technischen Lösungen:

Bei einem Verfahren zur Filmbildung durch Ultraschallzerstäubung wird ein Ultraschallzerstäuber verwendet, um eine Sprühflüssigkeit mittels Ultraschall in ultrafeine Tröpfchen zu zerstäuben. Das Verfahren verwendet dann ein Ultraschallzerstäubungsdüsensystem, das von einem externen Hilfsluftstrom geführt wird, um den Film auf die Substratoberfläche zu sprühen.

Das Ultraschallzerstäubungsdüsensystem umfasst eine Doppelschichtdüse, die ein Einlassrohr für den Hilfsluftstrom als Außenrohr, ein Einlassrohr für zerstäubten Flüssigkeitsdampf als Innenrohr und eine Zerstäubungsdüse am Ende umfasst. Die Zerstäubungsdüse besteht aus einer Doppelschicht-Sprühdüse, die das Einlassrohr für den Hilfsluftstrom und das Einlassrohr für den zerstäubten Flüssigkeitsdampf verbindet.

Bei der Methode zur Filmbildung durch Ultraschallzerstäubung kommt ein unabhängig entwickeltes Ultraschallzerstäubungsdüsensystem zum Einsatz. Ultraschallwellen werden verwendet, um die üblicherweise in Luftspritzpistolen verwendete Sprühflüssigkeit in ultrafeine Tröpfchen aufzubrechen, die dann von einem externen Hilfsluftstrom getragen und auf die Substratoberfläche gesprüht werden, wodurch ein gleichmäßigerer dünner Film entsteht. Der externe Hilfsluftstrom dient der Formung des Sprühbildes. Die vorliegende Erfindung steuert die Tröpfchenpartikelgröße und das Zerstäubungsvolumen durch Steuerung der Frequenz und Leistung der Ultraschallwelle. Die Sprühdurchflussrate wird durch Steuerung der Durchflussrate des zerstäubten Flüssigkeitsdampfs im Innenrohr gesteuert. Die Steuerung des externen Hilfsluftstroms sorgt für einen gleichmäßigen Fluss des zerstäubten Flüssigkeitsdampfes innerhalb der Ultraschallzerstäuberdüse. Die vorliegende Erfindung nutzt eine Doppelschicht-Düsenstruktur, um an der Düse einen gleichmäßigen Nebelstrom zu erzeugen, der auf die Substratoberfläche gesprüht wird und eine Beschichtung mit gleichmäßiger, kontrollierbarer Dicke und hochwertigem Erscheinungsbild bildet.

Videos zu RPS-SONIC Ultraschall-Sprühgeräten: