UV / OZONE SEN LIGHTS CORPORATION セン特殊光源株式会社 Technology of Surface Treatment / Product Guide 表面処理技術・製品カタログ 1 SEN LIGHTS Co.,Ltd. Technology of Surface Treatment 光のエネルギーで 高度な表面改質＆ドライ洗浄 2 C O N T E N T S 光のエネルギーで 高度な表面改質＆ドライ洗浄 1 洗浄・改質のメカニズム 3 洗浄効果 5 改質効果 6 洗浄・改質の評価と測定方法 7 集積度の高い先端技術製品の製造には、超微細加工に適合する新しい技術が必要です。 短波長紫外線には、固体表面の改質や洗浄に優れた能力があります。 紫外線とオゾンを使う光表面処理技術は、今や半導体・液晶表示素子などの 電子部品の製品歩留りを向上させるには欠かせない新しい技術です。 しかも、溶剤などを使用せずにドライに処理できるので、 環境問題にも貢献する時代に適したクリーンな技術です。 製品カタログ ■ 光表面処理技術のメリット 大気中での処理が 可能で扱いが容易 ■ 用途・実施例 樹 脂 ランプの形状や 搬送の工夫により、 様々な形状のワークに 対応可能 他の処理方法に比べ 平滑性を損なわずに 接着性の向上が可能 低ランニングコスト 卓上型光表面処理装置 SSP16-110 9 卓上型光表面処理装置 SSP17-110 9 卓上型光表面処理装置 SSP2003N 11 コンベヤ式光表面処理装置 PM1103C 12 バッチ式光表面処理装置 PM2006N 13 UV照射ユニット＆電源 13 低圧水銀ランプ 14 様々な分野で利用されています。 ● 各種表面のぬれ性改善目的 各種材料への接着剤、塗料、 コーティング材との密着力向上 ● ● 各種自動車部品への前処理用途 ● フィルム材料、積層材料への前処理用途 ● 各種基板材料前処理用途 ● メッキ前処理用途 ● 蒸着前処理用途 ● 絶縁材料塗布前処理用途 金属・ガラス等 ● 各種表面のぬれ性改善用途 ● ワイヤーボンディング前処理用途 ● 各種表面の洗浄用途 ● メッキ前処理用途 ● レジストの光アッシング用途 3 SEN LIGHTS Co.,Ltd. 1 Technology of Surface Treatment 洗浄・改質のメカニズム Schematics of Cleaning / Modifying 分子の結合は、 その結合エネルギーよりも高いエネルギーを与えると多くの場合、 解離させることが出来ます。処理対象の表面に低圧水銀ランプより放出される短波長紫外線を照射すると、 紫外線は表面を粗化しない により表面の分子結合がほとんど解離します。 波長エネルギー （185nm） 解離された有機汚染物は短波長紫外線より生成されたオゾンにより、酸化反応が起こり、 従来の表面処理技術は、 ワーク表面を荒らすことによるアン 最終的にはCO2やH2O となり飛散することで表面が洗浄されます。 カー効果を利用したものであり、接着力は向上しますが、同時に また、解離された表面から素材が持っている水素原子が引き抜かれ、 表面には腐食孔ができます。回路基板のL/S寸法が10μmを下 同時に周囲にある酸素原子等と結び付き改質されます。 それが歩留り 回るとき、 ワーク表面に数μmの腐食孔があると、 改質された表面は酸素リッチな-COOH、-COO-、>C=O、-OH等の官能基が形成され、 μスケールでは唯一表 低下の原因となります。UVオゾン法は、 これら官能基と同じ極性の高い接着剤・塗料・コーティング材等との相性が良くなり、 面を腐食させない表面処理技術です。微細化が進む近年、表 密着性を向上させることが可能となります。改質効果は数日∼数ヶ月と長く持続しますが、 タッチパネルや電子回路基板な 面を粗化しないUVオゾン法は、 洗浄効果は数分∼数日で再汚染により元に戻ります。 ど、 様々な製品の洗浄・接着力向上用途で採用されています。 右の画像はメッキの世界で汎用されているABS樹脂を用いて、 ■ 紫外線の波長エネルギー 無処理のABS樹脂基板のSEM画像×3000 表面のぬれ指数：40dyne/cm 無水クロム酸混液処理とUVオゾン処理をした表面を比較した 低圧水銀ランプ エキシマランプ 高圧水銀ランプ データです。接着力を表す基板の表面エネルギーは「ぬれ試 発光波長（nm） 185 254 172 365 薬」 を使って測定しました。無処理のABS 基板のぬれ張力は エネルギー （kJ/mol） 647 472 696 328 40dyne/cm 以下ですが、無水クロム酸混液処理とUVオゾン 処理は共にぬれ張力が60dyne/cmになるように調整しました。 UVオゾン処理は、95Wの低圧水銀ランプ（SUV110GS） を用 いて、照射距離は50mmで照射時間は30秒です。 ■ 有機物の結合エネルギー 結 合 UVオゾン処理をしたワーク表面は無処理のものと変わりはあり 結合エネルギー kJ/mol 結 合 4 結合エネルギー kJ/mol C−C 347.7 O−O 138.9 C＝C 607 O＝O 490.4 C−H 413.4 O−H 462.8 C−F 441 H−F 563.2 C−CI 328.4 H−CI 431.8 C−N 291.6 N−H 390.8 C−O 351.5 SI−O 369 ませんが、無水クロム酸混液理をしたワーク表面は無数の腐食 孔で覆われています。 無水クロム酸混液処理したABS基板のSEM画像×3000 表面ぬれ指数：60dyne/cm UVオゾン処理したABS基板のSEM画像×3000 表面のぬれ指数：60dyne/cm 5 SEN LIGHTS Co.,Ltd. 2 Technology of Surface Treatment 洗浄効果 Cleaning Effects 下記表に示すように、紫外線やプラズマにはウェット洗浄より格段に高い洗浄効果が 3 改質効果 Modification Effects 光改質は大気中で処理できるため操作性が良く、 あります。除去できる汚れは有機化合物で、主として油性の汚濁物質です。 形状の複雑なものでもランプの形状や搬送装置の工夫で均一に照射することができます。 欠点としては大きな汚れや、無機物は除去できません。大きな汚れは従来の方法で また、 エンジニアリングプラスチックに対する効果が高いため、成型物の改質などに適しています。 除去し、仕上げに光洗浄を加えると高い洗浄効果が得られます。 しかし、改質効果は素材によって異なりますので、素材ごとに評価をする必要があります。 また、純水のリンス前に光洗浄を加えると油性の汚濁膜が取れて、 表面張力が接着剤固有の表面張力よりも高くなり過ぎても、 それに粘着していた微細な埃がすすぎ洗いで除去できるようになります。 接着力は低下するので注意が必要です。 無処理のガラス この方法が最も高い洗浄効果を得られます。 ■ 紫外線照射時間と表面ぬれ指数 ■ 洗浄法の接触角による能力比較 処理条件 無処理のガラス板 17 洗剤→市水→IPA 13 オゾン水 10 洗剤→市水→プラズマ 5 洗剤→市水→UVオゾン 4 50 光洗浄後のガラス 45 40 35 30 0 ■ UV照射時間とガラス面の水滴接触角の変化 実用的には湿式洗浄により20度以下まで汚れを落とし、 その後にUVオゾン洗浄を加えることが好ましい。 接 着 強 度 洗剤→市水→純水 8 ウェット洗浄後のガラス 表 面 ぬれ 指 数 39 （MPa） 55 26 洗剤→市水→炭化水素系溶剤 ■ 紫外線照射と接着強さ （dyne/cm） 接触角 （度） ■ 逆転発想の洗浄プロセス 0 1 2 6 4 PPS/照射距離 5cm PPS/照射距離 5cm PBT/照射距離 5cm PBT/照射距離 5cm 3 2 0 10 0 1 紫 外 線 照 射 時 間（min） 2 3 10 紫 外 線 照 射 時 間（min） 有機性汚染 無機性汚染 Contact angle of water drop （Degree） 70 実測値 60 試 料：液晶ガラス基板 ラ ン プ：EUV200US×6pcs 照射距離：20mm U V 照 度 ：18mW/cm2（25･36-3） 50 湿式洗浄 ガラス基板 ■ 改質の実績と効果 素 材 効 果 素 材 素 材 効 果 効 果 PPS ○ PEEK ○ エポキシ系樹脂 ○ PBT ○ ポリスチレン ○ アルミ ○ 20 ナイロン ○ ポリアセタール × ステンレス ○ 10 PET ○ PP ホモ × PE × LCP ○ ABS ○ フッ素樹脂 × ポリアミド ○ ポリイミド × ゴム ○ 40 光洗浄 30 純水リンス 0 0 30 UV irradiation time（sec） 60 6 ○ … 効果あり × … 効果なし。又は効果が少ない 7 SEN LIGHTS Co.,Ltd. 4 Technology of Surface Treatment 洗浄・改質の評価と測定方法 接着力や洗浄度の評価は一般に難しいのですが、 簡易法として親水性を表す表面エネルギーを見る方法があります。 代表的な簡易評価方法として次の2つが挙げられます。 この方法を用いて事前に洗浄と改質の効果を知ることができます。 8 Evaluation of Cleaning / Modifications and Measuring Method ■ その他の評価方法 その他の評価方法として、 クロスカットテスト、実際の工程での評価など、 お客様によって様々な評価方法があります。 液晶ガラスの洗浄などでは接触角計を用いた評価が一般的ですが、 安価で容易に評価できるのはぬれ試薬を用いた評価で、下記表に示すようにぬれた 試薬の値により簡易的ですが、接着力の実用性を確認することができます。 ■ 代表的な簡易評価方法 ①水滴の接触角を測って親水性を評価する方法。 親水性が向上すると表面エネルギーが小さくなり、表面に落とした ■ 表面張力のダインレベルと接着力もしくはガラスの清浄度の関係 表面張力 （dyne/cm） 水滴の接触角は小さくなります。 メリット デメリット 接着特性の概要 表面張力が低過ぎて実用的接着力は得られないレベル。 22.6∼38 実用的接着力が得られるレベル。 しかし安全なレベルではなく、 39∼54 定量性が高く、正確。自動化された高度装置がある。 処理後の貯蔵条件やその他の不適切な取扱の影響を受けて、接着力不足に陥る恐れがある。 測定器の価格が高い。 安定して優れた接着力が得られるレベル。 このレベルであれば、 56∼72 長期間に渡って効果が維持され、表面張力測定の不確実さの影響を避けられる。 このレベルは、水滴の接触角が0度のガラスの清浄度と同じであり、 72 ガラスの地肌表面の一部が露出している。再汚染時間が数時間の時は、 残っている有機汚染膜はかなりあり、 ガラスの露出面が増えると再汚染時間は100時間を超える 改質が過剰になっている恐れがある。被処理面の表面張力が接着剤の ＞72 表面張力を超え過ぎると、 ぬれ性が低下して接着力も低下する。 ガラスにおける再汚染の関係について、 ②試薬によるぬれ性評価 ■ 低圧水銀ランプによる洗浄時間と効果 実験した結果を左図に示す。接触角の測定限界は および放置による再汚染の関係 ぬれ試薬を綿棒などで試験体表面にぬり、試薬液の広がり具合で親水性を 3∼5度であるが、 ガラスの露出具合は分からない。 そこで照射時間の違うガラスを用意し、大気中に放置した際の LP-Hg d=25mm 評価する方法。指数は表面エネルギーの値 （単位：dyne/cm） に合わせています。 試薬の最大値は73dyne/cmで、純水は72dyne/cmです。 再汚染の時間を測定した。10秒処理のガラスは40時間後には 40 10sec 和光純薬製試薬による表面に対してぬれる、 はじくという評価。 デメリット 試薬が安い。 試験者の個人差が判定に出る。 Contact angle（deg） メリット 30sec 120時間後も接触角に変化がなかった。 30 ガラス表面に有機汚染粒子が直接衝突すると、 主に弾性衝突するので再汚染は起こり難いが、 20 有機汚染膜があると容易に粘着する。 10 0 initial JISにも定められていますので、詳細については専門書をご参考下さい。 接着力の評価については、 30秒処理したガラスは 接触角20度まで上昇したが、 after UV after MS Washing after 40H 120H 9 SEN LIGHTS Co.,Ltd. 卓上型光表面処理装置 SSP16-110 Technology of Surface Treatment ■ 仕 様 項 目 光源面寸法 160×160 mm の引き出し式装置 型名 立体的なワークも処理可能 （mm） 寸法 ● オーソ ドックスな卓上型実験機 UV照度（mW/cm2） at 30mm ● 片側開き扉で照射距離0∼75mmの範囲で 調整可能 ● リーズナブルな価格でも高照度を実現 灯 具 ● ダンパでオゾン濃度を調節可能 SSP17-110 PL16-110 PL17-110 300×250×300H 300×290×310H 10 13.4 15（254nm線） （照度計：25･36-3） 15（254nm線） （照度計：25･36-3） SUV110GS-36 SUV110GS-36 160×160 160×160 1 1 0∼75 20∼75 160×160 160×160 SB-201-M3A3 SB-201-M3A3 φ75mm×2.5m、 φ50mm×2.5m φ75mm×2.5m、 φ50mm×2.5m UE1101N-19 UE1101N-19 160×665×150H 160×665×150H 12 12 AC100, 50/60共通 AC100, 50/60共通 250（ブロワ含む） 250（ブロワ含む） （kg） 重量 ● 少量生産用の生産機としても使用可能 ● 別置き電源とブロワが付属 SSP16-110 ランプ型名 光源面寸法 （mm） ランプ数 （pcs） 照射距離 （mm） 試料台寸法 （mm） ブロワ ダクトホース 型名 手動シャッタ内蔵のためUV 照射量が安定 電 源 卓上型光表面処理装置 SSP17-110 光源面寸法 160×160 mm の引き出し式装置 （mm） 寸法 （kg） 重量 入力電源 （V, Hz） 消費電力 （W） ● 手動シャッタ内蔵でランプ消耗を軽減 ● 少量生産用の生産機としても使用可能 ● 引き出し式で照射距離20∼75mmの範囲で 調整可能 ● 安全にワークを取り出せます ● 別置き電源とブロワが付属 ● ダンパでオゾン濃度を調節可能 SSP16-110 SSP17-110 10 11 SEN LIGHTS Co.,Ltd. Technology of Surface Treatment 卓上型光表面処理装置 SSP2003N コンベヤ式光表面処理装置 PM1103C 光源面寸法 350×320 mm コンベヤ幅 200 mm の卓上型コンベヤ装置 立体的なワークも照射可能 ワークサイズに応じてカスタマイズ可能 ● より大きなワークに対応した卓上型実験機 ● 小型の生産向けコンベヤ式装置 ● 少量生産用の生産機としても使用可能 ● 照射距離10∼50mmで調整可能 ● 片側開き扉で照射距離5∼150mmの範囲で ● コンベヤ式のため均一照射が可能 調整可能 ● 別置き電源とブロワボックスが付属 ● 別置き電源とブロワボックスが付属 ● コンベヤスピー ドは0.1∼1m/minで調節可能 ● ダンパでオゾン濃度を調節可能 ● ご要望に応じてカスタマイズ可能 ■ 仕 様 ■ 仕 様 項 目 型名 （mm） 寸法 （kg） 重量 UV照度（mW/cm2） at 30mm 光源面寸法 （mm） ランプ数 （pcs） ブロワボックス ダクトホース UV照度（mW/cm2） at 30mm 50 16（254nm線） （照度計：25･36-3） ランプ型名 EUV200WS-60 350×320 3 5∼150 350×320 TN2.5-2 φ75mm×5m、 φ65mm×5m 光源面寸法 （mm） ランプ数 （pcs） PM1103C 1300×550×431H 50 12（254nm線） （照度計：25･36-3） SUV110WS-55 260×380 3 型名 UVE-200-3D（A） 照射距離 （mm） 10∼50（10mm刻み） （mm） 寸法 360×550×350H コンベヤ幅 （mm） 200 （kg） 重量 入力電源 （V, Hz） 消費電力 （W） 40 AC100, 50/60共通 910（ブロワ含む） コンベヤ速度 （m/min） ブロワボックス ダクトホース 0.1∼1 TN2.5T-1 φ75mm×2m、 φ50mm×5m 型名 電 源 試料台寸法 （mm） （kg） 重量 550×550×420H 電 源 照射距離 （mm） 寸法 （mm） PL2003N-16 灯 具 灯 具 ランプ型名 項 目 SSP2003N （mm） 寸法 （kg） 重量 入力電源 （V, Hz） 消費電力 （W） UE1103N 340×660×250H 40 3φ200, 50/60共通 550（ブロワ除く） 12 13 Technology of Surface Treatment Technology of Surface Treatment バッチ式光表面処理装置 PM2006N 低圧水銀ランプ 光源面寸法 450×450 mm 高品質な低圧水銀ランプを自社生産 14 研究や少量生産向けバッチ式装置 低圧水銀ランプは185nm、 254nmの水銀共鳴線を ● より大きなワークに対応したバッチ式装置 強力に放射する光源です。 ● 少量生産用の生産機としても使用可能 同じ水銀ランプでも高圧水銀ランプと比べると ● 引き出し式照射装置 そのスペクトルは大きく異なります。 ● 電源とブロワを内蔵した一体型装置 低圧水銀ランプを使用した光表面処理を行う際には ● ご要望に応じてカスタマイズ可能 均一かつ強力な光源が必要となります。 弊社では様々な形状と出力のランプを100種類以上 取揃えており、 お客様のご要望に合わせた最適なランプを ご提案する事が可能です。 ■ 標準ランプの定格表 電気定格 型 名 寸 法 実ワット数 （Ｗ） ランプ電流 （Ａ） 管径 （φmm） 全長 （mm） 発光長 （mm） SUV40U 25 0.435 18（L）17（S）16（H） 275 200 装置組込用 UV 照射ユニット＆電源装置 SUV90U 65 0.8 18（L）17（S）16（H） 530 453 ご要望に応じて様々な照射ユニットを設計可能 SUV110U 95 0.8 18（L）17（S）16（H） 640 563 EUV200U 200 1.4 18（L）17（S）16（H） 815 730 UV照射ユニット＆電源 ● ランプの形状や搬送の工夫により様々な形状のワークに対応可能です。 ※ L：オゾンレス、S：合成石英、H：普通石英 セン特殊光源株式会社 本 社 〒561-0894 大阪府豊中市勝部3-3-18 TEL 06-6845-5111 FAX 06-6857-3468 UV照射ユニット 【 URL 】http://www.senlights.co.jp/ 【 E-mail】[email protected] 出張所 〒160-0008 東京都新宿区三栄町8-37 TEL 03-3358-4987 FAX 03-3358-1954 電源装置 2011.04.
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