精密塗佈技術與應用

 

刊登日期:2011/11/1
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國內成捲式塗佈產業早期以開發低階塗佈產品為主,例如膠帶、合成皮與標籤等,但隨著國內產業的變遷,到了80 年代,以印刷電路板產業所需的塗佈材如乾膜式光阻與可撓性銅箔積層材料為主,接著平面顯示器產業在國內的蓬勃發展,一些上游材料如偏光板、彩色濾光片與各式各樣的光學膜等引起眾多廠商的投入生產,再到目前正夯的能源產業,如太陽光電背板材與電動車電池也吸引非常多的生產者投入。以上所述相當多的材料係利用「精密塗佈技術」衍生而出。首先必須定義“塗佈”為何,廣義的塗佈定義乃以原文敘述如下:Replace a new material of the air on the substrate 。以此定義來檢視,塗佈所涵蓋之範圍甚為廣泛,但本文主要針對成捲式濕式塗佈技術做一說明,簡單的示意圖如圖一所示。

成捲式精密塗佈技術可應用的產品領域包括晶圓、印刷電路板、顯示器、能源、民生、醫療等數十種產業,以3M 為例,由塗佈技術平台衍生之產品就有數萬種之多,從一般民生產品(如文具膠帶/ 反光膠帶/N 次貼)、醫療膠帶(美容/ 療傷),到電子(IC 研磨與切割/PCB 防焊),以及光電領域(LCD 用增亮膜)等都是利用精密塗佈技術平台研發出的產品, 3M 即每一次皆以高價值、高創新性的嶄新產品暢銷全世界。常見傳統塗佈方法有刮刀式塗佈(Comma Coating)或滾筒式塗佈(Roll Coating),因為這些加工方法的構造簡單,操作亦相對容易,所以以往國內膠帶廠及一些其他產業,大都採用此種方式進行生產,也因此只能做低價之產品,產品單價每平方米皆小於10 元新台幣。

精密塗佈技術
1. 狹縫式模具塗佈
一般而言,狹縫式塗佈具有以下優點:(1)極佳的塗佈品質;(2)塗佈速率只限於烘箱速率;(3)塗佈區域為密閉系統(減少工安問題);(4) 無須經常更換橡膠輪或上膠輪;(5)較少移動組件(比較安全);(6) 計量式塗佈(塗佈厚度不易受流變性質影響)。狹縫式塗佈是一高精度、高效率的塗佈方式,應用範圍極廣,除了模具業之外,相關產業有磁帶、醫療、膠帶及電子工業等。我們將塗佈區放大如圖二所示,狹縫式塗佈最重要的組件是一個分配液體之模具,首先利用幫浦將塗液輸送入模具中,再以模具內適當的流道設計,將流體分配均勻後流出模口,直接塗佈至平坦基材上,只要模具設計得當,供料系統穩定,必能得到一均勻之液膜。對於一個良好的模具設計,基本上最好符合下列四項要求:(1)均勻性要求:除了特殊應用之外,一般產品厚度分布必須達到均一的要求, 例如均勻性大於98%;(2)模具內流動應避免漩渦(Vortex)或靜止區(Stagnant Area)產生:漩渦及靜止區的存在無限滿足所有流體與條件) ……完整內容請見原文


圖四、
兩種常見狹縫式模具示意圖

2. 微凹版印刷式塗佈
微凹版印刷式塗佈其結構如圖五所示,是日本機械設備公司Yasui Seiki 的專利技術,對於一些非常薄塗層需求之應用,可採用此方法進行產品製作,此方法與昔知的傳統凹版印刷式塗佈(圖六)有些許不同之處,敘述如下。


圖五、微凹版印刷式塗佈裝置示意

(1)背壓輪(Backup Roll)之差異
傳統凹版印刷式塗佈之要件為兩個輪子、一個雕刻輪與一個背壓輪(一般是橡膠輪),基材則從雕刻輪及背壓輪之間通過, 基材在接觸點(Nip Point)乃因機械 (Mechanical)或水力(Hydraulic)之應力問題,易造成基材皺摺(圖七),進而影響塗佈品質,此一現象在基材愈薄時愈加明顯。微凹版印刷式塗佈則無背壓輪,所以無接觸點,就不會發生上述之缺點。不過也因為沒有背壓輪,基材與雕刻輪之間的間隙完全藉由張力與基材平整性來控制,故對原料及設備精準度的要求較高。
 (3)膜厚調整性
所謂凹版印刷式塗佈,雕刻輪會依據欲施塗之濕膜厚度來選擇適當的凹槽形狀及網目數,凹槽體積一定比率的塗液會轉移到基材上,若塗佈後厚度無法滿足原先預期的要求(尤其是精密厚度上的微變化),只能利用塗液黏度、固含量的調整或不同網目雕刻輪的更換來改變厚度,但無論是調整塗液性質或更換雕刻輪,對凹版印刷式塗佈都是一件麻煩的事。

應用案例
專利US20070266896 ,日本Toray 公司提出矽氧烷之抗反射膜配方與製備方法,文中描述可用微凹版印刷、浸沾式塗佈、旋轉式塗佈、淋幕式塗佈、滾筒式塗佈與噴霧式塗佈等方法,但為了……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:溫恕恒/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌299期」,更多資料請見:https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9712


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