CREEM2020

CREEM2020

Spin Coater de Baixo Custo Desenvolvido com Motor sem Escovas DC

Submission Author: Matheus Gonçalves , SC
Co-Authors: Matheus Gonçalves, Diego Duarte
Presenter: Matheus Gonçalves

doi://10.26678/ABCM.CREEM2020.CRE2020-0216

 

Abstract

A deposição de filmes finos por spin coating é simples e eficaz na tarefa de formar um filme fino uniforme sobre superfícies planas. Com a técnica é possível obter filmes com espessuras da ordem de micrometros até nanômetros, o que torna este dispositivo uma ferramenta fundamental para construção de sensores, células solares, sistemas microeletromecânicos e circuitos integrados. A deposição por spin coating consiste em fixar um substrato (vidro, metal etc.), por meio de vácuo ou material adesivo, sobre o centro do rotor de um motor. Em seguida, adiciona-se uma solução líquida sobre o substrato para produção do filme fino. Após a amostra entrar em rotação, o movimento espalha a solução na direção radial do substrato para formação do filme, retirando também o excesso da solução. Após algum tempo em rotação, o recobrimento da superfície é obtido. A velocidade de rotação é controlada diretamente pelo usuário ou por automatização do processo. O dispositivo para deposição por spin coating pode ser feito com equipamentos básicos; entretanto, máquinas comerciais que realizam este procedimento têm um elevado custo, como, por exemplo, o modelo caseiro SCK-300 [1] que possui um custo da ordem de 2 mil reais. Outro exemplo, mas relacionado com um modelo profissional, é a Ossila [2]. Esta máquina tem um custo da ordem de 13 mil reais. Diante disso, surge a ideia de projetar um spin coater com materiais simples, que alcance bons resultados e por um preço baixo. Bianchi et al. [3] discutem a possibilidade de construir um driver para controlar um motor DC sem escovas e no referido trabalho foi desenvolvido um esquema baseado na força eletromotriz gerada nos enrolamentos do motor para obter a posição do rotor, e dessa maneira realizar a comutação das fases do motor de maneira síncrona. Para gerenciar os sinais, é utilizado um microcontrolador PIC. No presente trabalho, pretende-se desenvolver um spin coater de baixo custo com um driver produzido com sensores de Efeito Hall, com o objetivo de obter a posição do motor a partir do imã permanente do rotor, como também comutar as fases para extrair informações da velocidade de rotação com o auxílio de um microcontrolador Arduino [4]. O projeto foi criado em um ambiente de desenvolvimento Arduino IDE utilizando Linguagem C++ para programar o Arduino UNO [4]. Para projetar e simular o driver, foi utilizado o programa Proteus (versão 8) [5]. O motor utilizado foi retirado de um disco rígido de computador devido a sua robustez, elevadas velocidades de rotação (10.000 rpm) e acessibilidade no mercado, o que viabilizam um bom custo-benefício para construção de um spin coater de baixo custo. Para a interface com o usuário, foi utilizado um display 16×2, um potenciômetro linear de 10 kΩ e duas chaves tácteis. A alimentação elétrica do equipamento foi realizada com uma fonte de 12 V e 3 A. Os resultados mostram que o valor do spin coater foi de um pouco menos de R$ 200,00 e o dispositivo opera com velocidades estáveis com um controle dividido entre dois modos de operação, sendo um realizado de maneira automática que produz uma rampa de aceleração, e o outro modo manual para regular a velocidade a partir do potenciômetro, operando no intervalo entre zero e 10.000 rpm. Testes preliminares realizados com a deposição de dióxido de titânio (TiO2) mostram a formação de uma camada distribuída homogeneamente. Além da estabilidade do equipamento, a construção da placa de controle permite ampliar as aplicações deste dispositivo com implementação de novos modos e métodos de controle.

Keywords

Filmes Finos, Spin-coating, Arduino, Baixo custo

 

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