表面张力实验

什么是表面张力？我们生活中经常会跟表面张力打交道，却清楚认知它。它在清洁洗涤中扮演者象汽车、化妆品中的润滑剂那样的角色。水甲虫之所以不被淹死只不过是因为表面张力在作怪。液体中分子之间的吸引力是产生表面张力的原因。如果我们观察某种介质的内部分子结构的时候，会发现分子间的吸引力是相同的。因此，分子所受到的各个方向的力是相同的，合力为零。另一方面，如果分子处于液体表面，液体内部的吸引力作用在一边，另外一边却没有分子作用力的存在。因此，合力的方向是指向液体内部的。从宏观来看，液体表面积会趋向最小华，液滴将因此趋向变圆。测量表面张力的方法：拉环法：利用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜，测量环脱离液面时需要施加的力来计算出表面张力。吊片法：又称Wilhelmy法、吊板法。采用盖玻片、云母片、滤纸或铂箔平板插入液体，使其底边与液面接触，测定吊片脱离液体所需与表面张力相抗衡的最大拉力F，也可将液面缓慢地上升至刚好与吊片接触。吊片法直观可靠，不需要校正因子，这与其他脱离法不同，还可以测量液-液界面张力。棒法：与吊片法差不多，以Wilhelmy 板法为基础，用圆柱棒代替吊板，测量表面张力。滴体积法：液体在毛细管口成滴下落前的瞬间，落滴所受的重力与管口半径及液体的表面张力有关。悬滴法：英文名为Pendant Drop method，通过测量一悬滴的轮廓来获得液体的表面张力。气泡压力法：通过液体分子间的吸引力，液体里面的空气气泡同样会受到这些吸引力的作用，譬如气泡在液体中形成会受到表面张力的挤压。气泡的半径越小，它所有的压力就越大。通过与外部气泡相比，增加的压力可用于测量表面张力。空气经由毛细管进入液体，随着气泡形成外凸，气泡的半径也随之连续不断的减小。这个过程压力会上升到最大值，气泡半径最小。此时气泡的半径等于毛细管半径，气泡成半球状。此后，气泡破裂并脱离毛细管，新气泡继续形成。把过程中的气泡压力特征曲线描绘出来，我们就可以用它来计算出表面张力。测量表面张力的意义研究表面张力主要是为了确定：1.液体的自身性质；2.环境对表面张力的影响；3.具有特殊功能的活性剂的浓度。目前，无论是科研还是工业应用，对加入特殊功能活性剂的研究和应用，表面张力已成为主要的参考项目之一，如日化行业的增泡剂、增粘剂等，喷墨和油墨行业的润湿剂、流平剂等，化工的树脂、乳液等，清洗行业的清洁剂、除污剂等等。目前市场上已经有多种测量液体表面张力的仪器，有的测的是静态的、有的测的是动态的，那么动态表面张力和静态表面张力有什么区别呢？让我们一起往下看了解。静态表面张力 VS 动态表面张力静态表面张力如拉环法，是利用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜，测量环脱离液面时需要施加的力来计算出表面张力。而当表面活性剂浓度大于临界胶束浓度CMC值时，表面活性剂不会在气液界面上增加排布，而会在液体内部形成胶束或游离等状态，因此拉环法方法不能测出浓度增大时表面张力的区别。测试表面张力的方法，包括：最大气泡发，拉板拉环法，毛细管上升法，界面夹角法，旋滴法等等。而测动态的只有最大气泡法，它的优势是，在几十毫秒到几十秒之间，可以产生一系列的气泡，每个气泡代表一个新界面，每个新界面都有相应的一个表面张力读数，此过程可得到一系列动态的表面张力值。而静态测试方法是一个界面上的变化，最终所取的是一个最佳值，最佳值通常都在十几秒或以后产生的，此过程是测出一个值，而这个值是可以在鼓泡法中的曲线中寻找出来的。对于有特殊功能活性剂的研究，往往是需要在很短时间内达到相应的效果，例如，喷墨和印刷行业大部分需要在70ms-150ms之间要求墨水的表面张力达到35mN/m左右。日化行业龙头企业要求增泡剂在300ms内达到32mN/m。测动态表面张力，除了可以达到某些特殊效果外，还可以通过测试得出动态CMC值（包括最佳CMC和应用CMC），研究溶液和活性剂的特性。不同品牌表面张力仪的对比指标传统表面张力仪SITA动态表面张力仪原理铂金环法、铂金板法气泡法测量值只能测得静态表面张力；传统的表面张力测试仪采用铂金环法/铂金板法原理，而这种方式不能反映表面活性剂的迁移到界面过程，因此也就不能测出动态表面张力。可兼顾测得动态表面张力与静态表面张力数据；SITA析塔公司生产的表面张力仪通过智能控制气泡年龄（bubble lifetime），可以测出液体中表面活性剂分子迁移到界面过程中表面张力的变化过程，即连续的一系列的的动态表面张力值以及静态表面张力值。表面活性剂浓度测量仅适合低于CMC值的表面活性剂浓度的测量：用传统表面张力仪只能在低于CMC值时反映表面活性剂随浓度的变化（建立表面活性剂浓度与表面张力的关系图）适合低于CMC值以及更高浓度表面活性剂浓度的测量：在有关CMC值的研发时，当表面活性剂的浓度远远超过临界胶束浓度时，改变表面活性剂的浓度不改变平衡态的表面张力（静态表面张力），而通过动态表面张力测量时即使浓度达到四倍的临界胶束浓度也能看出它的显著作用。因此，在高于CMC值时，通过气泡法原理的表面张力仪也可以反映表面活性剂随浓度的变化（建立表面活性剂浓度与表面张力的关系图）操作过程人工或自动自动读数人工或自动自动，并可通过软件传输到电脑，生成各样品曲线对比图。抗污染性弱；因为污染物及环变形的影响可能会对测试数据产生影响。强；每测一个样品只需清洗PEEK材质毛细管即可，易清洗测量对象要求铂金板测量阳离子表面活性剂会有误差，因为阳离子表面活性剂吸附在板上，影响其他样品的测试。铂金环不适合测量中高粘度液体样品表面张力。适用于1000cps以下粘度液体样品的表面张力测量实验重现性弱；综上所述，当读数有偏离预期标准时，操作人员很难判断是由于仪器本身的问题，还是由于液体样品的问题而导致读数不合格！ 会浪费大量时间与成本重现实验。强；析塔表面张力仪可通过动态表面张力数据放大不同样品之间的差异（静态表面张力值差异不大的情况下）。有了更宽的容差后，可以覆盖因为温度波动、仪器波动历等因素造成的干扰， 使制程中监控更准确，更安全，更可靠。耗材铂金板/铂金环易变形，需不定期更换，价格大概2000RMB。不需耗材，每次测完样品只需清洗毛细管即可校准用过蒸馏水和纯乙醇为标准物进行校准用纯水为标准物进行校准举例说明喷墨打印机的打印头喷墨到纸张上只需要十几毫秒（或更短时间），汽车漆喷涂到工件上乳胶漆滚涂到墙面上或需要几十到几千毫秒，不同的表面活性剂迁移到新的界面需要的时间不同，所以对产品的润湿，流平性能的影响也有所不同。如下图所示，图1是析塔SITA表面张力仪的毛细管刚形成新的气泡（即新的界面）时，表面活性剂只有少量聚集到新的界面上。随界面形成的时间越久（即气泡寿命越长），表面活剂剂聚集到界面上就越多。析塔SITA表面张力仪可以测出从15毫秒到15秒的动态表面张力。表面张力分析仪介绍德国析塔SITA是液体动态表面张力测试方法的领导者，1993年创立了新一代表面张力计的理论基础。点击图片查看更多关于德国析塔SITA表面张力仪型号详情德国析塔SITA表面张力主要有以下几个型号：指标/型号SITA Dynotester+动态表面张力仪SITA Pro Line t15全自动动态及静态表面张力仪SITA Science Line t100实验室表面张力仪SITA Clean Line ST在线表面张力仪简介手持式/便携式，快速简便的测量生产过程中的连续测量研发型/实验室型集成式，与生产控制系统相连，使之自动添加表面活性剂。表面张力范围10-100 mN/m10-100 mN/m10-100 mN/m10-100 mN/m气泡寿命范围(ms)15-2000015-10000015-10000015-15000测试模式单次模式单次/连续测量/自动测量模式单次/连续测量/自动测量模式单次/连续测量/自动测量模式测量液体温度(0-100)℃(-20-125)℃(0-100)℃(0-80)℃翁开尔是德国析塔SITA中国总代理，近40年行业经验，能根据你的需求为您提供专业的解决方案。

AttensionLab opens in China!表面张力/光学接触角实验室--AttensionLab在中国正式启动　　我们很高兴的公布我们在中国.北京的表面张力/光学接触角实验室--AttensionLab 正式启动！从本质上讲，这是一个对外开放的知识中心。在这里，您可以更深入的了解表面张力测量、亲手操作仪器、进行小型项目的研究，在决定购买相关仪器前，找到最好的解决方案。　　It’s our pleasure to announce that the latest AttensionLab has been set up in Beijing, China. The AttensionLab China is, in its very essence, a knowledge center open for all. Visit the AttensionLab China to learn about tensiometry, get familiar with Attension tensiometers to find the best solution before a buying decision or just to run small research projects. 　　The AttensionLab is located in the premises of Honoprof Sci & Tech Ltd ran by Mr. Stephen Liu, General Manager. As regards AttensionLab, Mr. Jacky Chan is being responsible of co-ordinating all activities related to it. His contact information are: 　　表面张力/光学接触角实验室设在北京正通远恒科技有限公司。　　我公司技术部经理：赵志杰 先生负责AttensionLab的相关事宜，如有需求，联系方式如下：　　Mobile: +86 135 2151 2359　　Office: +86-10-64415767/64448295-13

5G、人工智能、智慧交通等消费电子、汽车电子、计算机等应用领域的发展，对芯片的性能提出更高的要求，加快了芯片制程升级，从而带动了半导体行业的发展。半导体晶圆制造工艺包括清洗、曝光、显影、刻蚀、CMP（化学机械抛光）、切片等环节，需要用到各种特殊的液体，如显影液，清洗液，抛光液等等，这些液体中表面活性剂的浓度对工艺质量效果产生深刻的影响。动态表面张力在半导体晶圆清洗工艺的应用半导体晶圆清洗工艺要求芯片制造技术的进步驱动半导体清洗技术快速发展。在单晶硅片制造中，光刻，刻蚀，沉积等工艺后均设置了清洗工艺，清洗工艺在芯片制造进程中占比最大，随着芯片技术节点不断提升，对晶圆表面污染物的控制要求也越来越高。为了满足这些高的清洁度要求，在其中部分需要化学清洗的工序，清洗剂的浓度一定要保持在适当的浓度范围之内，成功的清洗工艺有两个条件：1. 为了达成所需的清洁效果，清洗剂的浓度需要在规定范围内。2. 在最后的漂洗过程后，须避免表面活性剂在硅晶圆上残留，残留的表面活性剂对后面的处理工艺会造成不利影响。清洗工艺的好坏直接影响下一道工序，甚至影响器件的成品率和可靠性，然而在清洗工艺过程中，工人往往疏于监控清洗和漂洗工序中表面活性剂的浓度，表面活性剂经常过量，而为了消除表面活性剂过量带来的不利影响，又往往要费时费力地增加漂洗工序阶段的成本。德国析塔SITA动态表面张力仪监控晶圆清洗工艺中清洗剂的添加德国析塔SITA动态表面张力仪通过动态表面张力的测试，建立清洗槽液的表面张力值与表面活性剂浓度关系曲线，进而实现通过监控晶圆清洗工艺中表清洗剂表面张力的变化来调整清洗剂的添加量，从而优化晶圆清洗工艺。动态表面张力在半导体晶圆切片工艺的应用半导体晶圆切片和CMP工艺要求晶圆切片工艺是在“后端”装配工艺中的第一步。该工艺将晶圆分成单个的芯片，用于随后的芯片接合(die bonding)、引线接合(wire bonding)和测试工序。在芯片的分割期间，金刚石刀片碾碎基础材料(晶圆)，同时去掉所产生的碎片。在切割晶圆时某一种特殊的处理液会用于冷却工作时的刀片，这种处理液中会加入某种表面活性剂，以此来润滑刀片并移除切割过程中产生的碎片，改善切割品质、延长刀片寿命。在半导体晶圆CMP工艺中，利用机械力作用于晶圆片表面，同时研磨液中的化学物质与晶圆片表面材料发生化学反应来增加其研磨速率。抛光液是 CMP 技术中的决定性因素之一，其性能直接影响被加工工件表面的质量以及抛光加工的效率。在CMP抛光液中，一般使用水基抛光液作为加工介质，以去离子水作为溶剂，加入磨料（如 SiO2、ZrO2 纳米粒子等）、分散剂、pH 调节剂以及氧化剂等组分，每个组分都具有相应的功能，对化学机械抛光过程起到不同的作用。磨料通过抛光液输送到抛光垫表面后，在抛光垫和被加工表面之间同时受到压力作用以及相对运动的带动，通过对被加工表面形成极细微的切削、划擦以及滚压作用，对表面材料进行微量去除。磨料的形状、硬度、颗粒大小对化学机械抛光都具有重要的影响。分散剂是一种兼具亲水性与亲油性的界面活性剂，能够均匀分散一些不溶于液体的固体颗粒，对于抛光液而言，分散剂能够减少抛光液中磨料颗粒的团聚，提高抛光液中磨料的分散稳定性。德国析塔SITA动态表面张力仪监控晶圆切片和CMP工艺种特殊处理液和抛光液的添加目前在晶圆切片和CMP工艺中，监测切片过程中的特殊处理液和研磨液表面活性剂浓度往往容易出现问题，如果将样品送到第三方实验室进行检测，成本高，且有一定时差，无法快速矫正表面活性剂浓度。德国析塔SITA动态表面张力仪，可以建立液体表面张力值与表面活性剂浓度关系曲线。在几分钟内完成特殊处理液和研磨液动态表面张力的测量，进而可以量化数据呈现液体表面活性剂浓度，帮助工人迅速将实际值与期望值作比较，及时调整表面活性剂浓度。动态表面张力在半导体晶圆光刻工艺的应用半导体晶圆在光刻工艺中使用显影剂溶解光刻胶，将光刻胶上的图形精确复制到晶圆片上。四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液是常用的显影剂，人们往往在四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液中添加表面活性剂，以降低表面张力，改善光刻工艺中光刻胶的粘附性，改善光刻显影液对硅片涂胶面的润湿，使溶液更易亲和晶圆表面，确保一个稳定且不与表面几何形状相关的蚀刻过程。德国析塔SITA动态表面张力仪监控TMAH溶液表面活性剂浓度德国析塔SITA动态表面张力仪，可以建立TMAH溶液表面张力值与表面活性剂浓度关系曲线。通过快速连续监控TMAH溶液表面张力，并在设定的范围内自动比较数据，使用工人可以在表面活性剂浓度超出限定值后，短时间迅速反应采取相关措施。同时析塔SITA动态表面张力仪可对MAH溶液的润湿性能进行简便快捷的分析。操作简单、无需任何专业经验。动态表面张力在半导体晶圆蚀刻工艺中的应用在太阳能电池生产过程中，需要对晶圆进行蚀刻工艺，将显影后的简要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果，使用工人往往在蚀刻液中添加异丙醇IPA，以降低蚀刻液表面张力。晶圆蚀刻工艺中容易存在的问题是：蚀刻过程的对流会引起异丙醇的快速蒸发，蚀刻液表面张力增加，蚀刻工艺质量下降。因此需要将蚀刻液中异丙醇浓度控制在规定范围内。德国析塔SITA动态表面张力仪监控蚀刻液中异丙醇浓度德国析塔SITA动态表面张力仪可以精确快速测量蚀刻液动态表面张力，使用工人可以将测量值与实际所需值进行对比，得出异丙醇浓度是否在规定范围内，如超出限定值后，则可以在短时间内快速采取相应措施，达到高质量的蚀刻工艺和避免异丙醇过量，节省成本。 析塔SITA动态表面张力仪在半导体行业的客户案例德国析塔SITA动态表面张力仪介绍德国析塔SITA动态表面张力仪采用气泡压力法测量液体动态及静态表面张力，通过智能控制气泡寿命，测出液体中表面活性剂分子迁移到界面过程中表面张力的变化过程，即连续的一系列动态表面张力值以及静态表面张力值。德国析塔SITA动态表面张力仪，共有4种型号。附录（英文原文）●Monitoring of wetting characteristics of etchants and developers●Monitoring the surfactant concentration of TMAH-solutions●Monitoring the surfactant concentration in wafer cleaning processes翁开尔是德国析塔SITA中国独家代理，如需了解各种关于析塔表面张力仪信息以及应用，欢迎致电【400-6808-138】咨询。