CN114056933B - 一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘及其制备方法，该高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘，包括吸盘本体，还包括吸附层和脱离机构，所述吸附层设置在吸盘本体外表面，所述吸附层外表面设置有多个凸台，所述凸台上设置有多个网格状分布的凸点，所述脱离机构设置在吸盘本体中心位置，物理粘附吸盘表面覆有高分子量改性硅化聚氨酯橡胶层，通过表面设置的特殊仿生图案结构，以及表面张力等一系列形式实现对硅片和超薄玻璃基板等材料的吸附，并通过其特殊的气囊结构实现对硅片和超薄玻璃基板等材料的无损脱离，解决了现有真空吸盘结构复杂，体积偏大，容易在吸物表面残留痕迹和损伤等问题。

Description

一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘
技术领域
本发明涉及半导体和平板显示制造领域，具体是一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘。
背景技术
在半导体和平板显示制造制程设备中，硅片和超薄玻璃基板在进行真空处理环节时，都需要进行移载和搬运，常用的清洁夹持基本都是真空式吸附，使用真空硅橡胶吸盘及陶瓷真空吸盘，其原理都是采用被吸物体与吸盘接触面之间和外部大气压强形成压差，而使被吸物体吸附在吸盘上。
硅橡胶真空吸盘，制备过程中加入了大量脱模剂等辅助溶剂，吸附后容易残留吸痕，而且吸附时采用点接触形式，接触面积小，受力不均匀，容易导致超薄材料被吸附出现弯曲和褶皱现象；陶瓷真空吸盘表面硬度较高，在进行快速移载时容易对硅片和超薄玻璃基板造成表面划伤等问题，硅橡胶真空吸盘和陶瓷真空吸盘均无法在超高真空腔室同步完成吸附动作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘，包括吸盘本体，还包括吸附层和脱离机构，所述吸附层设置在吸盘本体外表面，所述吸附层外表面设置有多个凸台，所述凸台上设置有多个网格状分布的凸点，所述脱离机构设置在吸盘本体中心位置，所述脱离机构包括气囊和金属基座，所述吸附层和气囊均采用高分子量改性硅化聚氨酯橡胶材料制成。
高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘的制备方法，包括以下步骤：
1)超支化聚氨酯溶液封端处理：将A组分超支化聚氨酯与B组分异氰酸酯混合搅拌，在真空除泡装置中进行除泡处理，所得混合物脱水处理后导入聚合釜中进行聚合反应，获得超支化聚氨酯溶液，作为高分子量改性硅化聚氨酯橡胶化合物E组份。
2)超支化有机硅胶溶液封端处理：将C组份苯基环三硅氧烷和D组份羟基硅油加入到充满氮气烧杯中进行搅拌，然后导入脱水釜中脱水，脱水后的物料导入持续通氮气的聚合釜中进行聚合反应，反应完成后，在聚合釜烧杯中加入磷酸试剂进行中和反应，将所得物质在真空除泡装置中进行除泡处理，获超支化有机硅胶溶液，作为高分子量改性硅化聚氨酯橡胶化合物F组份。
3)制备高分子量改性硅化聚氨酯橡胶：将E组份和F组份搅拌后脱水，将脱水后的物料及烧杯置入持续通氮气的聚合釜中，聚合反应后，往烧杯中加入G组份硅氧烷醇锂，进行脱水处理和聚合催化反应，获得H组份高分子量改性硅化聚氨酯橡胶化合物。
4)制备高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层：将H组份高分子量改性硅化聚氨酯橡胶溶液导入真空注入机容器内，将模具置入真空处理装置中，在进行高真空注入和高温固化等后，对模具根据设定合适的冷却温度曲线进行冷却，对完成品高分子量改性硅化聚氨酯固体进行超声波清洗和吸附力测试。
5)高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘：将高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层贴合在吸盘本体的表面制成物理粘附吸盘。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：在步骤1)中，通过调整超支化聚氨酯和异氰酸酯的配比，可以调整超支化聚氨酯的氢键数量和高分子力学性能。
在一种可选方案中：在步骤2)中，聚合釜中添加磷酸试剂进行中和反应，匀速搅拌并控制PH值在4～8之间。
在一种可选方案中：在步骤2)中，通过调整苯基环三硅氧烷和羟基硅油的配比，可以控制异氰酸酯和羟基催化后物质的表面张力稳定性，但为保证最终产品高分子范德华力吸附力计算的准确性，该实施方案采用异氰酸酯和羟基质量比3：1，并通过添加磷酸试剂控制物质的酸碱浓度，来保证高分子量数目。
在一种可选方案中：在步骤4)中，模具内部与高分子量改性硅化聚氨酯橡胶材料的接触面设有网格凹槽，所述凹槽底面设置有若干网格状凹槽，在进行高真空注入和固化等处理后，将获得特殊图案化结构的高分子量改性硅化聚氨酯。
在一种可选方案中：在步骤5)中，所述金属基座外部包覆有高分子量改性硅化聚氨酯材料，所述吸盘本体中心位置开设有通气孔。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
物理粘附吸盘表面覆有高分子量改性硅化聚氨酯橡胶层，该橡胶层具有优秀的缓冲回复性能，并通过高分子量改性硅化聚氨酯橡胶分子间的范德华力、表面特殊仿生图案结构和表面张力等一系列形式实现对硅片和超薄玻璃基板等材料的吸附，通过其特殊的气囊结构实现对硅片和超薄玻璃基板等材料的无损脱离，解决了现有真空吸盘结构复杂、体积偏大，容易在吸物表面残留痕迹和损伤，以及真空吸附方式无法在真空气氛中使用等问题。
附图说明
图1为高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘的剖视图。
图2为高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘外表面的放大图。
附图标记注释：1-吸附层、2-超薄材料、3-气囊、4-金属基座、5-吸盘本体、6-凸台、7-凸点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘，包括吸盘本体5，还包括吸附层1和脱离机构，吸盘在吸附层1的分子间范德华力、表面张力、仿生等力的作用下吸附有超薄材料2，吸附力不低于90gf～150gf/cm2，超薄材料2上方承压，吸附层1起到缓冲作用，且缓冲距离小于超薄材料2背部与吸盘本体5的距离，超薄材料2不与吸盘本体5相接触，受力撤销，吸附层1将恢复到初始位置，所述吸附层1设置在吸盘本体5外表面，所述吸附层1外表面设置有多个凸台6，所述凸台6上设置有多个网格状分布的凸点7，所述脱离机构设置在吸盘本体5中心位置，所述脱离机构包括气囊3和金属基座4，所述吸附层1和气囊3均采用高分子量改性硅化聚氨酯橡胶材料制成，吸附的超薄材料2加工完成后，气囊3外接正压气源并通气膨胀，气囊3与超薄材料2接触直至与吸附层1表面轻柔脱离。
高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘的制备方法，包括以下步骤：
1)超支化聚氨酯(HBPU)溶液封端处理：在洁净的工作台上取洁净干燥烧杯，往烧杯中充满氮气，加入200g A组份超支化聚氨酯(HBPU)，23.2g无色B组份1，6-己二异氰酸酯，在常温状态下搅拌30分钟；将烧杯连同混合物一同置入真空除泡装置中进行40分钟除泡处理，除泡时真空度不低于2000Pa；将所得混合物导入脱水釜中，并持续通氮气进行脱水处理2小时；接着，将物质导入聚合釜并在常温(24℃)环境下进行6小时聚合反应，获得超支化度为0.6的超支化聚氨酯(HBPU)化合物E无色透明溶液157.36g；通过调整超支化聚氨酯(HBPU)和1，6-己二异氰酸酯的配比，可以调整超支化聚氨酯(HBPU)氢键数量和高分子力学性能。
2)超支化有机硅胶溶液封端处理：将150g C组份苯基环三硅氧烷和50g D组份羟基硅油加入到充满氮气烧杯中进行常温搅拌30分钟；然后，导入持续通氮气脱水釜脱水1小时；将脱水后的物料导入持续通氮气的聚合釜中，在常温状态下进行聚合反应6小时；在聚合釜烧杯中加入23.3g磷酸试剂，在常温下进行中和反应1小时，此时，测得聚合釜PH值为7；将所得物质在真空除泡装置中进行40分钟除泡处理，除泡时真空度不低于2000Pa；获得超支化有机硅胶化合物F无色透明溶液172.3g。通过调整苯基环三硅氧烷和羟基硅油的配比，可以控制异氰酸酯和羟基催化后物质的表面张力稳定，但为保证最终产品高分子范德华力吸附力计算的准确性，该实施方案采用异氰酸酯和羟基质量比3:1，并通过添加磷酸试剂控制物质的酸碱浓度，来保证高分子量数目。
3)制备高分子量改性硅化聚氨酯橡胶：取异氰酸酯封端超支化聚氨酯(HBPU)150g和羟基封端超支化有机硅胶溶液160g，加入充满氮气的烧杯中搅拌30分钟；然后，置入持续通氮气脱水釜脱水1小时；将脱水后的物料及烧杯置入持续通氮气的聚合釜中，在常温状态下进行聚合反应6小时；聚合反应后，往烧杯中加入35g硅氧烷醇锂G组份搅拌30分钟。然后，将烧杯置入持续通氮气脱水釜脱水1小时；接着，在常温状态下进行聚合反应6小时；将所得物质在真空除泡装置中进行40分钟除泡处理，除泡时真空度不低于2000Pa；获得高分子量改性硅化聚氨酯橡胶无色溶液273g，通过硅氧烷醇锂催化后合成的高分子量改性硅化聚氨酯分子量高、张力大。
4)制备高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层1：根据上述制备例步骤1至3可以得到由范德华力和表面张力构成的吸附力为90gf～150gf/cm2高分子改性硅化聚氨酯粘附材料，高分子量改性硅化聚氨酯橡胶溶液导入真空注入机容器内，模具置入真空处理装置中，腔内真空度保持为10的负3次方，模具内部与高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层1接触面设有特殊图案网格凹槽，凹槽底面又设有若干20*20*10微米(长宽高)的小凹槽，在进行高真空注入和固化等处理后，将获得特殊图案化结构的高分子量改性硅化聚氨酯；真空注入结束，保持真空腔内的真空气氛，模具在30分钟内将温度提高到180℃保持30分钟，使高分子量改性硅化聚氨酯完全固化；设定冷却温度曲线，模具M与内部高分子量改性硅化聚氨酯固体在设定的温区下逐步冷却，冷切耗时不低于3小时；对完成品高分子量改性硅化聚氨酯固体进行超声波清洗，进行吸附力测量。
5)高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘：将高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层1贴合在吸盘本体2的表面制成物理粘附吸盘。
在步骤4)中，模具的内部特殊纹路制作采用电抛、蚀刻、光刻等工艺实现；
在步骤5)中，高分子量改性硅化聚氨酯橡胶通过公知贴合等方式与其他部件结合，最终制成具有粘附力的物理粘附吸盘，所述物理粘附吸盘接触面具有特殊图案化X材料吸附层1，金属基座4表面具有至少三条同心圆扩散气槽，且吸盘中部通气孔与扩散气槽相通，金属基座4被X材料所包覆，吸盘中部通气孔通气，X材料制成的气囊3与吸盘相对接触面将凸起，所述吸盘中部通气孔贯穿，与外部正压气源相通。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘，包括吸盘本体，其特征在于，还包括吸附层和脱离机构，所述吸附层设置在吸盘本体外表面，所述吸附层外表面设置有多个凸台，所述凸台上设置有多个网格状分布的凸点，所述脱离机构设置在吸盘本体中心位置，所述脱离机构包括气囊和金属基座，所述吸附层和气囊均采用高分子量改性硅化聚氨酯橡胶材料制成；
高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘的制备方法，包括以下步骤：
1)超支化聚氨酯溶液封端处理：将A组分超支化聚氨酯与B组分异氰酸酯混合搅拌，在真空除泡装置中进行除泡处理，所得混合物脱水处理后导入聚合釜中进行聚合反应，获得超支化聚氨酯溶液，作为高分子量改性硅化聚氨酯橡胶化合物E组份；
2)超支化有机硅胶溶液封端处理：将C组份苯基环三硅氧烷和D组份羟基硅油加入到充满氮气烧杯中进行搅拌，然后导入脱水釜中脱水，脱水后的物料导入持续通氮气的聚合釜中进行聚合反应，反应完成后，在聚合釜烧杯中加入磷酸试剂进行中和反应，将所得物质在真空除泡装置中进行除泡处理，获超支化有机硅胶溶液，作为高分子量改性硅化聚氨酯橡胶化合物F组份；
3)制备高分子量改性硅化聚氨酯橡胶：将E组份和F组份搅拌后脱水，将脱水后的物料及烧杯置入持续通氮气的聚合釜中，聚合反应后，往烧杯中加入G组份硅氧烷醇锂，进行脱水处理和聚合催化反应，获得H组份高分子量改性硅化聚氨酯橡胶化合物；
4)制备高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层：将H组份高分子量改性硅化聚氨酯橡胶溶液导入真空注入机容器内，将模具置入真空处理装置中，在进行高真空注入和高温固化等后，对模具根据设定合适的冷却温度曲线进行冷却，对完成品高分子量改性硅化聚氨酯固体进行超声波清洗和吸附力测试；
5)高分子量改性硅化聚氨酯橡胶物理粘附吸盘：将高分子量改性硅化聚氨酯橡胶吸附层贴合在吸盘本体的表面制成物理粘附吸盘；
在步骤1)中，通过调整超支化聚氨酯和异氰酸酯的配比，可以调整超支化聚氨酯的氢键数量和高分子力学性能；
在步骤2)中，聚合釜中添加磷酸试剂进行中和反应，匀速搅拌并控制PH值在4～8之间；
在步骤2)中，所述B组分异氰酸酯和D组份羟基硅油质量比3：1，所述混合物通过添加磷酸试剂控制物质的酸碱浓度；
在步骤4)中，模具内部与高分子量改性硅化聚氨酯橡胶材料的接触面设有凹槽，所述凹槽底面设置有若干网格状凹槽；
在步骤5)中，所述金属基座外部包覆有高分子量改性硅化聚氨酯材料，所述吸盘本体中心位置开设有通气孔。
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