3日間で乾燥の基礎、塗布膜を徹底マスター

2015年2月6日「乾燥操作の基礎と効率改善・トラブル対策の要点」

　乾燥操作は熱を与えて水分あるいは溶剤を蒸発させる点から相変化を伴う熱と物質の同時移動現象の典型例である。セラミックス、木材のような大きな成型材料から、粉粒状、ペースト状さらに液状材料ときわめて多種多様の材料が乾燥の対象となるので、乾燥装置もまた多くの形式がある。 　乾燥操作の予備知識として湿り空気の諸性質、熱と物質の同時移動の典型例である湿球温度の概念、断熱冷却変化、湿度図表を解説する。含水率、材料中での水分の保持状態を解説し、乾燥のメカニズムを考える。乾燥のメカニズムに基づいて乾燥速度の定量的な捕らえ方を講義し、乾燥時間を短くするコツを紹介する。また、組成偏析、材料の変形やクラックの発生、材料の表面平滑性、残留溶媒の低減策、乾燥過程での成分散逸防止に関して講述する。多種多様な材料を乾燥するために数多くの乾燥装置が開発されているが、装置選定、装置設計、熱効率のポイントを解説する。最後に質疑応答を中心にトラブル対策を紹介する。

1. 乾燥の予備知識
   1. 乾燥に使用する空気の湿度
   2. 湿り空気の物性値
   3. 湿球温度
   4. 断熱冷却変化
   5. 湿度図表
   6. 湿度図表の使い方
2. 乾燥の必須基礎と効率化
   1. 含水率
   2. 水分の保有状態と移動機構
   3. 乾燥特性曲線
   4. 定率乾燥期間と減率乾燥期間
   5. 定率乾燥速度
   6. 通気乾燥速度
   7. 減率乾燥速度
   8. 乾燥時間短縮法
3. 乾燥のメカニズムと品質保持
   1. 乾燥過程での剥離,クラック,変形
   2. 乾燥過程での構造変形
   3. 乾燥過程での組成偏析
   4. 塗布膜の表面平滑性
   5. 残留溶媒の低減化
   6. 乾燥過程での成分散逸防止
4. 乾燥装置の選定と設計
   1. 熱風受熱乾燥装置の特徴
   2. 熱風と材料の接触方式
   3. 乾燥装置の選定
   4. 乾燥装置容積の簡便な見積もり
   5. 連続式熱風乾燥装置設計の考え方
   6. 熱風乾燥装置における熱収支と水分収支
   7. 乾燥装置容積の計算
   8. 乾燥装置のスケールアップ
   9. 乾燥装置の熱効率と排風の循環
   10. 乾燥装置の排風循環の指標
5. 乾燥操作のトラブル対策 (質疑応答を中心に)
• 個別相談も可能

2015年2月13日「塗布膜の乾燥技術と制御方法」

　近年、コーティング膜の塗布・乾燥プロセスは、処理能力の高さ、低コスト性などの観点から、主要な製造技術として用いられている。プロセスの高品化および高速化は、生産効率の向上やコスト削減には不可欠な課題である。 　本講座では、表面エネルギー等の塗布乾燥の基礎に基づき、プロセスの本質を理解することで高品位化・高速化を考察することを目的とし、乾燥ムラなどの塗布乾燥におけるトラブルを解決する能力を養う。また、研究開発・トラブルフォローや品質保証といった実務上での取り組み方について、豊富な実例を交えて解説します。また、セミナーで紹介するデータの殆どは講師の研究室で取得したものであり、データの取得方法や解析ノウハウを含めて紹介する。本講座を通じて、初心者にも分かりやすく、基礎から学んでいただけます。また、受講者が抱えている日々のトラブル相談にも応じます。

1. 塗布膜形成の基礎 (基本原理を理解する)
   • 塗工液から塗布膜へ (液体から固体 (膜) への変化とは)
   • 塗布膜の乾燥 (残留溶剤が膜の品質を決める)
2. 各種コーティングの原理とコントロールポイント
   • ダイ・コンマ・マイクログラビアコーティング河合 晃
   • スピン、スリット、インクジェット、ナノ粒子ペースト
3. 塗工液の濡れ制御 (濡れの不確定要素を見極める)
   • Youngの式により濡れ現象を理解する (濡れから塗布へ)
   • 表面エネルギーの使い方 (エネルギーで塗布現象を表す)
   • 接触角を理解する (基本的な使い方を伝授!)
   • ウェットプロセスの評価手法をマスターする (ウェット法の重要理論)
   • パターン配置による濡れ (ピンニング効果を抑える)
   • 基板材質の差による濡れ (Cassieの式を使いこなす)
   • 基板の凹凸による濡れ (Wenzelの式を使いこなす)
   • 時間変化による濡れ (初期濡れを決定する)
4. 塗膜の乾燥メカニズムと高品質化 (乾燥のツボを抑える)
   • 拡散 (塗膜内の溶剤移動を支配する)
   • 蒸気圧 (乾燥を促進する環境設定)
   • ラプラス力制御 (塗膜の凝集性の発現)
   • 乾燥装置の最適化の要因 (乾燥速度、乾燥限界とは)
   • 減圧乾燥による膜質改善 (膜内応力の緩和)
   • スピン乾燥の膜質制御 (膜内均一性の向上)
5. トラブル対策 (発生原因を特定し解決策を見極める)
   • ピンホールの抑制方法 (濡れ不良、拡張濡れ法)
   • 表面硬化層の形成過程 (塗膜内の凝集性分布)
   • 乾燥ムラの発生メカニズム (塗布膜の面内不均一)
   • 膜剥離の防止法 (ポップアップ・ガス発生)
   • クラックの抑制 (応力ミスマッチ)
   • クレイズの発生メカニズム (環境応力亀裂)
   • フラクタル粘性指状 (VF) 変形とは (界面付着性の劣化)
   • 微粒子の乾燥メカニズム (ウォーターマークの形成)
   • フイルム剥離残渣のメカニズム (応力集中と緩和機構)
6. コーティングプロセスの管理計測方法
   • 光散乱法によるフィルムエッジ検出 (膜剥離残り)
   • 光干渉法による薄膜の膜質評価 (屈折率分散)
   • フィルムの帯電制御と評価 (帯電メータによる管理)
   • 塗膜の品質保証 (劣化、加速試験、寿命評価)
7. 質疑応答 (日頃の疑問・トラブル・解析・技術開発相談に応じます)

2015年2月27日「塗布膜の乾燥工程・理論と数値シミュレーションによる欠陥対策ノウハウ」

　塗布膜の乾燥機構の解明は、半導体プロセス工学におけるレジスト塗布工程をはじめとして様々な工学等の分野で求められている重要な課題である。塗布膜の乾燥においては 、例えば乾燥後の膜厚分布が均一になることが求められるが、多くの場合、膜厚分布が均一にならず、また乾燥条件によって膜厚分布が変化することが経験的に知られていた。均一な乾燥後の膜厚分布を得るためには、塗布膜の乾燥過程の機構を解明することがまず必要で、その解明を経て、必要な制御を系に施すことにより、均一な乾燥後の膜厚分布を得るという目標へ近づくことになる。均質な膜分布を得る場合も同様である。また、乾燥後の様々な欠陥を克服する際にも、同様のプロセスが必要となる。 　本講演では、塗布膜の乾燥工程の機構を解明するにあたり必要となる物理学的知識、考え方の講義から始めて、それらを基にした上記工程のモデル化の実際、およびその数値シミュレーションの実際を概説するとともに、これに基づいて様々な塗布膜不具合の原因を物理学的に考察する。そして、膜乾燥における様々な欠陥、問題の克服に向けて考察する。 　この講演が、今後参加者が実際に扱う系の乾燥過程の理解および乾燥後の欠陥対策のヒントとなることを目指す。

1. 塗布膜の乾燥工程の概要と課題
2. 液体の理論
   1. 液体の一般理論
   2. 液体の理論のモデルへの導入のポイント
3. 溶液の理論
   1. 溶液の一般論
   2. 高分子溶液の特徴
   3. 溶液の理論のモデルへの導入のポイント
4. 表面・界面の理論
   1. 表面張力
   2. 界面のぬれ
   3. 界面のゆらぎ
   4. 表面・界面の理論のモデルへの導入のポイント
5. 溶媒の蒸発速度の理論
6. 溶液中の溶質・溶媒の動力学
   1. 拡散方程式
   2. 流体方程式
   3. 揮発中という非平衡状態での動力学
7. 平坦な基板上に塗布された高分子溶液の揮発過程
   1. 最もシンプルなモデル化
   2. シンプルなモデルの改良
   3. 精密なモデル
   4. 数値シミュレーション結果の例
8. シミュレーション技術
   1. 拡散方程式の解法
   2. 流体方程式の解法
9. 実験によるモデルの検証
10. モデルの発展
    1. 3次元モデル
    2. 溶質の種類が複数ある場合
    3. 溶媒の種類が複数ある場合
    4. 具体的な現象へのモデルの応用 (様々なムラ等)
11. 膜厚制御の実際、今後
    1. 様々なムラ等の制御の例
    2. 端部の凹凸の制御の例1:温度管理
    3. 端部の凹凸の制御の例2:気圧管理
    4. 端部の凹凸の制御の例3:濃度管理
• 質疑応答・名刺交換