前沿检测 | 接触角测量在半导体/制药/涂料等领域的应用实例
接触角是液滴或液体与固体表面之间的角度，通常是液体表面和固体表面的交界处形成的角度。这个角度的大小对于理解和描述液体在固体表面上的行为非常重要，尤其是在润湿和表面张力的背景下。
接触角可以分为两种主要类型
接触角：
接触角小于90度：当液滴或液体与固体表面的接触角小于90度时，我们称之为亲水性（hydrophilic）。这意味着液体在固体表面上有较好的润湿能力，液滴倾向于扩展并均匀分布在表面上。
接触角大于90度： 当接触角大于90度时，我们称之为疏水性（hydrophobic）。这表示液体不易在固体表面上润湿，形成较为球状的液滴，沿表面滚动或反弹。
接触线：
接触线小于90度： 接触线小于90度表示亲液性（oleophilic），即液体有亲油性，易于在固体表面上润湿。
接触线大于90度：接触线大于90度表示疏油性（oleophobic），即液体不易与固体表面发生接触。
接触角的大小受多种因素影响，包括表面张力、固体表面的化学性质、液体的表面张力和表面能等。一些材料可以经过特殊处理，使其具有特定的接触角，这在应用中非常有用，例如在防水材料、抗粘附涂层、生物医学器械等方面。
接触角测量通常通过光学或图像处理技术进行，其中观察液滴在固体表面上的形状，并根据一定的几何关系计算接触角。这种测量不仅在科学研究中广泛应用，还在工程和制造领域中有着重要的应用，例如在设计防雾镜、改善液体流体系统和优化材料表面性质等方面。
国高材分析测试中心接触角测量仪
接触角在科学和工程领域中的应用
接触角的应用非常广泛，几乎涉及到我们生活的方方面面。比如我们希望汽车玻璃上不沾雨水、但反之我们希望汽车钢板上的油漆永不脱落；比如农药和蔬菜叶面、涂料和内外墙面、绝缘油和绝缘材料、纳米材料表面改性等等。从教学科研、工农业生产到日常生活，举不胜举。
粘附和涂层
粘附/涂层前预处理效果评判
在处理玻璃、金属、聚合物（如粘合和涂覆时），材料的表面自由能和一些表面污染物会影响其粘合性，通常会对这些材料进行预处理，具有高表面自由能的固体（如金属）通常更易于涂覆或粘合，对于具有低表面自由能的材料（特别是塑料），经常用电晕、等离子处理、火焰处理和化学处理等方法增加其表面自由能。接触角测量仪可以判断清洗结果和表面自由能的大小。
涂层效果评估
一些常见的涂层，如汽车挡风玻璃和眼镜片等表面会镀一层疏水膜层，还有一些工件需要亲水性的涂层，利用接触角测量仪可以判断所镀膜层的亲疏水性能。
液体粘附性大小的测量
想要保证涂层不脱落，除了与工件表面的自由能有关，还与涂料的性能有很大关系，通常会在涂料中加入表面活性剂以降低涂料的表面自由能，接触角测量仪可以通过对表面张力的测量评估表面活性剂的性能。
粉末的润湿性
粉末接触角测量是评估粉末润湿性最常用的方法，接触角大小可以直观表征出粉末的润湿性，为粉末后续应用提供重要参数。
粉末涂料
在粉末涂料的制备过程中，粉末颗粒需要均匀地分散在液体中，粉末润湿性好可以使液体更好地浸润，有助于液体在粉体中的渗透和扩散，提高涂层的附着力和稳定性。
制药工程
在制药工业中，部分药物以粉末状存在，粉末的润湿性直接影响药物的溶解性，关系到药物的疗效。
化学工业
在化学工业中，一些化学反应需要在粉末与液体之间进行，如果粉末的润湿性差，会导致化学反应不均匀或不能进行，影响产物的质量和产量。
电子工业
晶圆的洁净度
对于好的粘接来说，材料表面的洁净度是至关重要的。RCA清洗是硅片加工前的标准清洗方法。清洗的目的是清除表面的所有异物，包括灰尘、油、硅尘等。清洗步骤分为两个，RCA1和RCA2。RCA1将去除任何有机污染，而RCA2处理离子和金属污染。中间通常用稀释的氟化氢溶液去除氧化薄层。水破裂实验通常用于检查清洁程序后的表面状态。水接触角的测量提供了一种可追溯和定量的方法来进行表征。
表征光刻胶的附着力
适当的光刻胶附着力对于成功的光刻工艺是至关重要的。显影或刻蚀过程中的附着力丧失将导致图案错误，这对正在制造的设备来说是致命的。在光刻胶和硅片之间需要附着力促进剂，这一点早已被认识到。在应用光阻剂之前，常用的是六甲基二硅氮烷（HMDS）底漆。硅片上的水接触角通常是相当低的，因为表面从环境湿度中吸附了水。如果在使用光刻胶之前没有去除水层，那么在随后的显影或化学刻蚀过程中，光刻胶有完全分层的风险。在脱水烘烤后，通常会涂覆疏水性HMDS涂层，使表面更加疏水而不易吸水。水接触角的测量可以用来寻找最佳的HMDS处理方案，并检查处理是否成功。
检查PCB清洁度
除去多余的助焊剂是焊接过程中的重要部分。这是因为一些助焊剂具有腐蚀性，它们的残留物可能会继续发挥作用，并在后期损坏电路板。由于助焊剂对PCB的有害影响，针对PCB有各种各样的清洁测试。这些测试包括离子色谱、溶剂萃取电阻率（ROSE）测试、表面绝缘电阻（SIR）测试和目视测试。其中ROSE是最常使用的。ROSE测试的主要优点是测试速度快、价格低。问题是它不能检测到所有类型的污染，而它能检测到的污染是在整个表面上的平均值。水接触角的测量为ROSE测试提供了一个很好的替代方案。水接触角的测量是通过在PCB上放置一滴水来完成的。如果水珠凸起大（即接触角大），表面不具有保形涂层。如果水扩散（即接触角小），则表面没有有机污染物，可以进行涂层。接触角测量的优点是可以在非常小的区域进行。
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