Diseño e implementación de un Spin Coater

Abstract

El proceso de Spin Coating es utilizado para la aplicación de una película delgada de un fluido o resina sobre un sustrato. Un proceso típico involucra la deposición de una pequeña cantidad de fluido sobre el centro de la superficie del substrato, para luego ser sometido a una alta velocidad angular. Producto de la aceleración centrifuga causada, se provoca el esparcimiento del fluido dejando una película delgada sobre el sustrato. El grosor final de la película y otras propiedades dependerán de dos factores, la naturaleza de la resina y los parámetros elegidos para el proceso de spin, tales como la velocidad y aceleración angular. Uno de los requerimientos más importante en el proceso, es la posibilidad de repetir los resultados con precisión. Variaciones sutiles en los parámetros seleccionados pueden desencadenar en variaciones drásticas en las características del producto final. Se pretende desarrollar un equipo que le permita al usuario programar etapas o pasos del proceso que involucren distintos perfiles de aceleración y velocidad con tiempos de duración determinados. La velocidad angular juega un rol fundamental en el resultado final, definiendo el grado de la fuerza centrífuga sobre el fluido, y en particular la etapa de máxima velocidad determinara el grosor de la película. Variaciones del orden de ±50 RPM de la velocidad en la etapa de máxima velocidad pueden causar una cambio del 10% en el grosor resultante del recubrimiento. Además la programación dispondrá de una resolución de 10 RPM. Mientras que las etapas de velocidad constante proveen una fuerza radial, la aceleración sobre el sustrato aplica una fuerza tangencial sobre la resina, siendo esto de ayuda en los casos donde se requiere dispersar el fluido sobre sustratos con una superficie con un patrón o relieve proveniente de un proceso previo. El objetivo de esta tesis es proveer de un Spin Coater al laboratorio de materiales de la Universidad Nacional de Mar del Plata. Se propone desarrollar íntegramente (tanto parte mecánica como electrónica) un Spin Coater de bajo costo. Con respecto a la performance del equipo, se pretende alcanzar velocidades superiores a 8000 RPM con un error no mayor a 5 RPM y etapas de aceleración constante programables con una resolución de 10 RPM/seg. A efectos de lograr la performance anteriormente detallada, se diseñara un sistema de control con un esquema a lazo cerrado, con realimentación de velocidad, a fines de garantizar la robustez del equipo con respecto a los parámetros más críticos del proceso de Spin Coating (aceleración y velocidad). Con respecto a la interfaz de usuario, se presentara un panel con un Display y los controles necesarios