黃月娟、林志浩 / 工研院材化所
隨著精密電子產品對性能和可靠性的要求不斷提高，市場對高效能封裝材料的需求也持續增加，具有優異性能的液態封裝材料逐漸受到市場的青睞，預估在未來幾年內需求還會繼續地穩健增長，其中，低黏度液態封裝材料技術將會是一個重要的新興市場。低黏度液態封裝材料除了要具有傳統封裝材料的特性之外，還須具有良好的流動性和填充性，才能夠更完全地填充於狹窄的空隙中，在封裝過程裡達成均勻的塗佈或噴塗，為輕薄短小之元件提供更有效的封裝與保護，並提高封裝後的效率和可靠性。本文將介紹工研院材料與化工研究所近期開發的低黏度液態封裝材料技術，以及其可應用之相關領域。
【內文精選】
工研院開發之低黏度液態封裝材料
工研院材料與化工研究所為因應噴塗所用材料之使用要求，以及考量需具有黏度及表面張力等特性，例如：在工作溫度下，黏度需求範圍為10~12 cps、表面張力需求範圍為28~33 dyn/cm，所開發之材料考量其後續將著重用於光學部分，因此選用矽樹脂為主架構。有機矽樹脂因材料本身具有高透明性可提升出光的效率、高耐候性可提高產品的壽命等優勢，歷年來被視為後續研發技術基礎的指標，具有極高的競爭力；但由於一般矽樹脂中含有許多矽氧鍵，而使得大多數材料表面張力低於25 dyn/cm，因此可適用於噴墨印刷的矽樹脂材料不多，為提升表面張力，通常會加入其他樹脂調控，配方中往往會因不同種類材料間相容性的問題，而產生混濁或沉降。因此，工研院在封裝材料配方中的樹脂選擇上，與既有使用的樹脂不同，其配方設計以樹枝狀結構的矽樹脂為主，藉由調整樹枝狀結構的矽氧鏈段長度來控制材料黏度，並連接不同軟段與硬段官能基來維持材料信賴性與調控表面張力，透過反應官能基數量多寡來增加異質接面的黏著，並藉由固化劑的調控來降低製程溫度與時間，以達到數位噴印封裝材料的需求。
此外，將低黏度液態封裝材料放置於25˚C/55%RH條件下，觀察配方黏度穩定性的變化，放置90天之後的黏度變化速度平緩，依然符合噴印機台使用之需求。接續將材料裝填於墨匣後，放置於噴印設備上，先測試噴嘴狀況與噴墨的速率，再測試噴塗於不同基板與材料上，固化後觀看其成膜狀況，使用完畢後將封裝材料連同墨匣一起存放於25˚C/55%RH的條件下，二週之後，再打開噴嘴再次觀察噴塗情形，如圖二，由噴墨的情形可看出噴嘴並無堵塞的現象，使用的電壓也與第一次使用的電壓相似。
圖二、低黏度液態封裝材料噴塗狀況與使用電壓
低黏度高折射率材料應用於高色轉換膜層
一些特殊的高分子材料也可以用於光學轉換，透過添加染料或色素來實現顏色的轉換和增強，或用於調節入射光的折射率和散射特性，藉由精確控制材料的化學成分和厚度，可以優化光學特性，提高色彩再現度和色域。量子點(Quanturn Dot; QD)材料擁有良好的光致發光量子效率(Photoluminescence Quantum Yield; PLQY)與高飽和的色彩純度等特性，可適用於各種光源，近期被視為理想的光色轉換層材料，用來取代傳統彩色濾光片並應用於顯示器領域當中，如圖四。而量子點轉換墨水材料除了QD放光材料之外，還包含可交聯之樹脂材料等，當有機與無機材料互相混合時，容易因材料性質不同產生不相容，進而造成配方分層、粒子聚集和沉降等問題，影響材料安定性與存放的穩定性。因此，可與QD放光材料搭配的交聯樹脂配方也極為的重要。
圖四 (a)傳統LCD背光；(b) QDEF；( c )QDCC以藍光背光源激發(Ex = 450 nm)；(d) QDCC以紫外光背光源激發(Ex = 365 nm)
目前工研院所開發之低黏度高折射率材料，除了可用於Micro LED封裝之外，亦可應用於高色轉換膜層技術上。現階段在材料開發上則選擇Sol-Gel方式合成出複合材料，並有效控制粒子的尺寸為奈米等級，因此可大幅地提升溶液的透明度，材料具有低黏度的特性可以幫助消除膜層表面的不平整和氣泡，提供更清晰和透明的表面，從而增強光學轉換效果。接著在材料外部的官能基上做一改質修飾，使其更為方便、快速地與其他樹脂摻混結合，克服有機無機混成材料相容性的問題，亦可與QD材料結合，形成高色轉換膜層材料，提供多種重要功能和應用，從而改善顯示器和照明產品的性能和效能 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》449期，更多資料請見下方附檔。