IJP薄膜封裝技術

 

刊登日期:2021/4/5
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吳明宗、余陳正、黃耀正、張德宜/工研院材化所
 
隨著全球能源日益緊缺、環境汙染與溫室效應問題,傳統製程早已不能滿足實際市場需求,許多大廠皆積極投入IJP薄膜封裝技術開發。因為其方法具有製程簡化、元件微小化、降低生產成本等特點,為IJP薄膜封裝技術帶來新的發展契機。
 
【內文精選】
前 言
噴墨印刷(Ink Jet Printing; IJP)功能技術全方面提升,包括印刷速度、可靠度和分辨率等方面的品質不斷改善,但是硬體的提升若沒有搭配好的噴墨印刷材料的話,很容易導致噴墨頭的塞孔、連續噴墨的順暢性,甚至與基材潤濕性不佳等問題,廠商端也難以導入。噴墨印刷不但能夠有細緻化的色彩品質,也以相當快的速度進行印刷,所需的維護費較低;再加上數位化噴墨印刷本身所擁有的優點,如:客製化印刷小量多樣化、降低短期印刷的成本、節省清洗網版的時間和製作網版的費用等,都間接縮短印刷製程時間與成本,使得噴墨印刷從圖像藝術到工業領域都占領了很大的市場,引起高度關注。
 
噴墨印刷使用的油墨(Ink)材料有以下幾種類型:①連續噴墨型(CIJ)主要為水性或溶劑型;②熱轉印噴墨型(TIJ)主要為水性材料,但同時存在一些溶劑型及紫外光固化溶液水性的混合材料;或③壓電式噴墨印刷類型(DOD),包括水性、溶劑、油以及紫外光固化型。儘管每種類型的油墨都各有優缺點,但是其中一種具有明顯優勢與發展前景的,就是應用於壓電DOD印刷噴頭的紫外光固化噴墨印刷油墨,目前正呈倍數增長。
 
然而,紫外光固化噴墨油墨的物理特性,導致其應用於壓電式DOD印刷頭時存在一些侷限性。印刷時油墨需要在印刷過程中保持相當低的黏度,約8~12 cP,雖然很多印刷噴頭都內置加熱器,甚至達到70˚C來滿足低黏度的需求,但仍存在著油墨材料受熱不穩定的風險。應用時的低黏度,使得紫外光固化噴墨印刷油墨材料的開發更具挑戰性。同時,油墨材料的表面張力也非常重要,不只在所運用的印刷噴頭配備,所使用的油墨材料還需具有適當的表面張力(20~30 mN/m)。
 
紫外光固化噴墨印刷油墨的配製
紫外光固化油墨的配方大多包含以下材料:①單體/寡聚物;②著色劑(分散或溶解在反應載體中的顏料或染料);③感光起始劑;④額外添加劑。我們將在後續的文章中分別探討這些材料。反應的單體和寡聚物是噴墨配方的基本組成,決定了油墨材料的主要性質。這些材料必須具有能允許自由基產生的功能。在這裡首先將討論自由基聚合機制。
 
紫外光固化現象可能發生兩種本質不同的機制—自由基聚合機制或陽離子聚合機制。自由基聚合機制占主要的比重。鏈反應的發生至少包括4個步驟:①自由基的形成;②鏈引發;③鏈增長;④鏈終止。當能量施加至油墨材料上時,感光劑形成自由基。形成自由基與單體或寡聚物進行反應,以產生反應傳遞點並引發聚合鏈式反應。被激發的單體或寡聚物將繼續傳遞反應,直至終止步驟發生或全部的反應單體消耗完。終止反應有幾種可能的方式:通過兩條鏈的傳遞位點的結合結束反應;或者通過氫原子轉移而引發的分歧反應。
 
一條鏈可能被氧化成烯烴,另一條鏈可能被還原成烷烴。最後,通過生長鏈與分子XY發生反應使鏈轉移反應得以發生,其中X終止該鏈而Y則引發起一個新的鏈。XY可以是一種溶劑、一種自由基引發劑或是任何一種具有容易發生龜裂鍵的分子。圖一包含自由基固化基礎步驟。而有關陽離子固化系統的討論請見後續章節。
 
圖一、自由基紫外光固化反應機制
圖一、自由基紫外光固化反應機制
 
IJP薄膜封裝技術應用實例
2. 防焊油墨
防焊油墨(Solder Mask)製程後不再移除,為永久性附著(圖七),目前主流的IJP防焊油墨以噴墨印刷將油墨材料圖案化、固化再進行硬烤,且必須符合高耐熱性、化性與具有絕緣性的基本特性。防焊油墨若作業不良將造成嚴重的影響,除了本身油墨材料印刷後可能出現的漏印、露銅、孔洞、塞孔、印刷不均勻等問題,噴墨印刷後的偏移量與厚度也是影響終端產品的品質關鍵因素之一…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖七、防焊油墨
圖七、防焊油墨
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》412期,更多資料請見下方附檔。

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