CN110176421A - 一种疏水快干型硅片承载器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备技术领域，特别涉及一种表面疏水，能够被快速干燥的硅片承载器及其制备方法。本发明公开了一种疏水快干型硅片承载器及其制备方法，所述疏水快干功能以在承载器表面制造出微纳结构来实现，所述微纳结构制造方法为：在52～97.5份聚偏氟乙烯树脂中加入1～30份碳纤维，1～10份炭黑，0.5～8份石墨烯，混合后，经双螺杆挤出，造粒，并以所造粒子为原料，经注射或挤出成型，所用注射模具表面经刻蚀处理，形成合适的粗糙表面。硅片承载器可以经过注射一次成型，也可以经过焊接、组装成型。制备的疏水硅片承载器可以减少清洗中的酸和碱混合，增加清洗液效果，另外减少干燥时间，节约能源，提高硅片表面清洁程度。

Description

一种疏水快干型硅片承载器及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅片承载器制备技术领域，特别涉及一种表面疏水，能够被快速干燥的硅片承载器及其制备方法。

背景技术

硅片承载器是硅片生产中，承装硅片在一定温度下的酸、碱清洗液中进行刻蚀和清洗的容器。装载硅片的承载器（以下按行业惯例简称“硅片承载器”）要求长期耐受高温及酸、碱溶液的腐蚀，还要具有较强的刚性和强度、精确的外形尺寸。由于需要耐受酸碱溶液的腐蚀，其材质一般采用聚偏氟乙烯（PVDF）,它是硅片生产中的一种工装耗材，市场需求量较大。因为需要通过酸碱溶液，硅片承载器经过每次浸泡，从溶液中取出来时，都会在硅片承载器上挂有许多溶液，这些溶液在进入下一道工序时，会为下一步工序造成不良影响，比如从碱液中取出后，如果直接进入酸液，硅片承载器以及硅片上带出来的碱液会和酸溶液先进行中和，浪费酸液，更为主要的是降低了酸液浓度，影响了酸液的洗涤效果，所以，每次在溶液中浸泡取出时，都希望带出的液体最少或不带出、不残留溶液。另外，当清水洗涤硅片完成后，需要进入干燥程序，如果硅片承载器器壁上挂有较多水或溶液，会影响干燥的效果，增加干燥时间，第三是硅片承载器上残存的液体在水分蒸发后，酸、碱、盐的残留污染了硅片，降低了硅片表面清洁度。

本发明是采用在聚偏氟乙烯树脂原料中加入微小粒子的方法，同时利用表面粗糙的模具，在硅片承载器表面构造出粗糙结构，使其表面具有疏水功能，以克服上述问题。

硅片承载器疏水处理后，具有以下优点：

由于硅片承载器表面疏水，与承载器不浸润，与水的静态接触角较大，水及液体在承载器表面形成小球状，难以存留，易于滚落。当硅片承载器从溶液中取出后，硅片承载器表面液体流动角很小，残存液体能够快速流动、滴落，表面难以存留水珠，减小了溶液残留量或者达到无存留，残留的少量溶液可以通过甩动或震动将溶液除去，一方面可以减少酸碱混合，不减弱清洗液的浓度和使用效果，另一方面减少干燥时间，提高干燥效果，节约能源，并提高硅片表面清洁程度。

发明内容

本发明提供一种疏水快干型硅片承载器及其制备方法，应用于制备具有疏水快干功能的硅片承载器，使用该种硅片承载器，当承载硅片从清洗溶液里取出时，其表面与液体的静态表面接触角变大，液体流动角减小，表面难以存留水珠，即使残存液体，也能够快速流动、滴落，减小了溶液残留量或者达到无存留，大大减少了酸碱混合，增加清洗液的使用效果，另一方面减少干燥时间，提高干燥效果，节约能源，并提高硅片表面清洁程度。该方法生产的硅片承载器结实耐用，疏水效果可以长久保持。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种疏水快干型硅片承载器制造原料，该原料为聚偏氟乙烯和碳纤维，炭黑、石墨烯，混合均匀后，经双螺杆造粒来制备。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种疏水快干型硅片承载器的制备方法，该方法的加工设备为注塑机，注塑模具经过刻蚀处理。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供疏水快干型硅片承载器制造原料的应用，将疏水快干型硅片承载器制造原料用于制备疏水快干型硅片承载器，该制备方法工艺简单，操作方便，制备出的硅片承载器表面与水有很大接触角，而流动角很小，当硅片承载器从溶液中取出时，不挂或少挂液体，进入干燥程序时，能够快速干燥。

众所周知，国内外研究者通常采用两种途径来构造疏水性表面：一是在疏水性材料的表面构造出合适的粗糙度:另一种是在具有合适粗糙度的材料表面用低表面能的物质（如氟化物）进行修饰。针对硅片承载器而言，选用的材料一般为耐腐蚀的含氟塑料（比如聚偏氟乙烯），其表面能较低，所以，制造疏水表面需要做的工作是在氟塑料产品的表面构造出合适的粗糙度。接触角和滚动角一般是针对水与基材而言，针对本体系来讲，水溶液与水对氟塑料都不浸润，有类似的作用。

为解决第一个技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种疏水快干型硅片承载器制造原料，所述原料包含以下各重量份的组分：52～97.5份聚偏氟乙烯树脂，1~30份碳纤维，1~10份炭黑，0.5~8份石墨烯。由于碳纤维、炭黑、和石墨烯与偏氟乙烯颗粒料直接混合后，容易发生分层，难以混匀，所以需要混合后，经双螺杆挤出，进行造粒。以所造粒子为原料进行加工即可得到混合比较均匀的产品。

因为制造疏水表面需要在氟塑料产品的表面构造出合适的粗糙度，加入碳纤维、炭黑，石墨烯等材料可以制造出合适的粗糙度。在塑料材料中加入常见的一些添加剂也可以达到构造出合适粗糙度的目的，比如在树脂原料中加入二氧化硅、玻璃纤维、二氧化钛、蒙托土等细小颗粒。但是多数物质难以抵抗酸碱的反复腐蚀，不适合本体系的使用环境，所以本发明选择碳纤维、炭黑，石墨烯来构造粗糙度。所选颗粒或纤维物在塑料基体中能够有部分凸起或凹陷，形成微纳结构，能够有效的增大产品的接触角和滚动角。裸露于塑料基体外的碳纤维还有导流的作用，能够将表面的水珠集中起来，形成大一点的水滴，从而更易在疏水表面滴落。因为炭黑颗粒较碳纤维小，能够更均匀的分散在塑料基体中，而且炭黑价格便宜，原料易得。加入石墨烯，与加入碳纤维和炭黑能达到同样的制造微纳结构的目的，能够制造出合适的塑料粗糙表面，尤其重要的是，石墨烯的抗腐蚀能力优良，加入石墨烯后，能够增强硅片承载器的抗腐蚀能力，延长硅片承载器的使用寿命。

为解决第二个问题，本发明提供一种疏水快干型硅片承载器的制备方法，该方法的加工设备为注塑机，注塑模具经过刻蚀处理。塑料中加入颗粒或纤维能够在其表面形成粗糙的结构，好比水泥中加入沙子，沙子能在水泥中凸出或凹陷，形成粗糙表面。注塑模具的刻蚀处理能够强化粗糙化的效果，加大比表面积，让更多的颗粒或加入物裸露出来，加大表面粗糙程度和疏水效果。

优选地，所述注射模具刻蚀方法选自电火花、激光、酸处理中的一种或几种。

为解决第三个技术问题，本发明提供疏水原料在硅片承载器的应用。将疏水功能原料用于制备疏水快干型硅片承载器，该制备方法工艺简单，操作方便，制备出的硅片承载器表面与水有很大接触角，而流动角很小，当硅片承载器从溶液中取出时，能够不挂或少挂液体，进入干燥程序时，能够快速干燥。

本发明的有益效果如下：

本发明的有益效果是：1. 与常规方法制备的硅片承载器相比，疏水快干型硅片承载器表面与水的接触角较大，滚动角较小，水滴滴到硅片承载器上时，水滴难于附着在硅片承载器上，会滑落下来，当硅片承载器放入酸液或碱液中清洗后取出时，硅片承载器不挂液体或少挂液体，避免或减小了酸碱中和反应，避免了酸液和碱液的浪费以及酸碱浓度的减小，提高了后续工序的工作效率，节约了酸碱溶液，起到了环保作用。2.本发明制备的硅片承载器由于表面疏水，接触角大而滚动角小，液体难于在硅片承载器上存留，当进行烘干时，由于硅片承载器表面疏水，残留的液体少，所以易于干燥。硅片承载器可以甩干，也可以烘干，干燥速度较快，节约了时间，节约了能源。3.制备疏水快干型硅片承载器的原料易得，制备原料的工艺简单，操作方便。4.制备疏水快干型硅片承载器的工艺、方法简单，达到的疏水效果好，能够长久保持。5. 制备的疏水快干型硅片承载器与常规方法制作的硅片承载器相比，具有更好的耐腐蚀性。

附图说明

图 1 注射拉杆表面形貌图，图中碳纤维直径约10微米

图2 注射的疏水快干型硅片承载器的端板形貌图，碳纤维直径约5微米。

图3 注射的拉杆形貌图，所用碳纤维直径为5微米

图4 静态接触角测试图

图5 碳纤维在聚偏氟乙烯中的分布图，纤维直径5微米

图6 产品静态接触角测试（接触角152°）。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步加以说明。

实施例１

10 Kg碳纤维，5 Kg炭黑，0.5 Kg石墨烯加入到84.5 Kg聚偏氟乙烯树脂中，放入双螺杆挤出机料斗中，设置加热温度为210度，开动双螺杆挤出机，挤出的黑色圆条经过造粒机造粒备用。

注塑机模具经过电火花处理后，采用前面的造粒原料，注射成型，得到硅片承载器，经检测，制备的硅片承载器接触角为152°，滚动角为5.6度。将硅片承载器放入水中，取出后，水珠迅速滚落，难于附着在硅片承载器上，承载器上无水迹。

图1. 注射拉杆表面形貌图，图中碳纤维直径约10微米

实施例2

1 Kg碳纤维长丝，10 Kg炭黑，0.5 Kg石墨烯和88.5 Kg聚偏氟乙烯树脂中，放入双螺杆挤出机中，设置加热温度为220度，开动双螺杆挤出机，挤出的黑色圆条经过造粒机造粒备用。注塑机模具经过强酸腐蚀处理后，采用前面的造粒原料，硅片承载器两端的端板和中间的拉杆分别进行注射成型，然后进行整体焊接，得到硅片承载器。经检测，制备的硅片承载器接触角为151°，滚动角为6.2度。将硅片承载器放入40%的氢氧化钠水溶液中，取出后，液体迅速滚落，难于附着在硅片承载器上，承载器上无液体残留痕迹。

图2. 注射的疏水快干型硅片承载器的端板形貌图，碳纤维直径约5微米。

实施例3

30 Kg短切碳纤维，1 Kg炭黑，8 Kg石墨烯和61 Kg聚偏氟乙烯树脂中，加入双螺杆挤出机中，设置加热温度为220度，开动双螺杆挤出机，挤出的黑色圆条经过造粒机造粒备用。硅片承载器拉杆模具经过激光刻蚀处理后，采用前面的造粒原料，注射成型，得到硅片承载器拉杆。经检测，制备的硅片承载器拉杆接触角为150°，滚动角为8.1度。将硅片承载器拉杆放入30%的硫酸水溶液中，取出后，液体迅速滚落，难于附着在硅片承载器拉杆上，承载器栏杆上无液体残留痕迹。

图3.注射的拉杆形貌图，所用碳纤维直径为5微米。

实施例4

1 Kg短切碳纤维，1 Kg炭黑，0.5 Kg石墨烯加入到97.5 Kg聚偏氟乙烯树脂中，放入双螺杆挤出机中，设置加热温度为220度，开动双螺杆挤出机，挤出的黑色圆条经过造粒机造粒备用。硅片承载器端板模具经过激光刻蚀处理后，采用前面的造粒原料，注射成型，得到硅片承载器端板。经检测，制备的硅片承载器端板接触角为153°，滚动角为4.7度。将硅片承载器端板放入60%的硫酸水溶液中，取出后，液体迅速滚落，难于附着在硅片承载器端板上，承载器端板上无液体残留痕迹。

图4. 静态接触角测试图

实施例5

21 Kg短切碳纤维，10 Kg炭黑，8 Kg石墨烯以及80 Kg聚偏氟乙烯树脂中，放入双螺杆挤出机中，设置加热温度为215度，开动双螺杆挤出机，挤出的黑色圆条经过造粒机造粒备用。硅片承载器拉杆和硅片承载器端板模具经过电火花处理后，采用前面的造粒原料，注射成型，分别得到硅片承载器拉杆和端板。经焊接机焊接，组装成硅片承载器，经检测，制备的硅片承载器接触角为152°，滚动角为5.6度。将硅片承载器放入20%的氢氟酸水溶液中，取出后，液体迅速滚落，难于附着在硅片承载器上，承载器上无液体残留痕迹。

图5.碳纤维在聚偏氟乙烯中的分布图，纤维直径5微米

图6.产品静态接触角测试（接触角152°）。

Claims (7)

1.一种疏水快干型硅片承载器，其特征在于：硅片承载器表面制造有微纳结构。

2.根据权利要求1所述的疏水型节水小便器，其特征在于：在52~97.5份聚偏氟乙烯树脂原料中加入1~30份碳纤维，1~10份炭黑，0.5~8份石墨烯，混合后，经双螺杆挤出，造粒。

3.根据权利要求1或2所述的疏水快干型硅片承载器，其特征在于：以造粒后含有碳纤维、炭黑和石墨烯的聚偏氟乙烯粒子为原料。

4.根据权利要求1或2所述的疏水快干型硅片承载器，其特征在于：注射模具的表面经刻蚀处理，刻蚀方法为激光刻蚀、电火花处理、或酸腐蚀处理。

5.根据权利要求1或2所述的疏水快干型硅片承载器，其特征在于：硅片承载器拉杆以造粒后含有碳纤维、炭黑和石墨烯的聚偏氟乙烯粒子为原料，注射模具经过表面经刻蚀处理后进行注射。

6.根据权利要求1或2所述的疏水快干型硅片承载器，其特征在于：硅片承载器端板以造粒后含有碳纤维、炭黑和石墨烯的聚偏氟乙烯粒子为原料，注射模具经过表面经刻蚀处理后进行注射。

7.根据权利要求1或2所述的疏水快干型硅片承载器，其特征在于：硅片承载器可以经过注射一次成型，也可以经过焊接、组装成型。