陳相睿、黃月娟、林志浩 / 工研院材化所
隨著智慧顯示生活之發展，顯示器趨向多樣化的型態，創造差異化價值之技術，將可帶來產業的競爭力。導入數位噴印材料技術能夠實現開發少量多樣化的產品，並協助我國既有面板產線轉型升級，將未來智慧顯示生活應用視為發展重點。目前工研院材化所正著力開發數位噴印材料技術發展所需的相關材料，本文將介紹近期所開發之低黏度封裝材料與高折射封裝材料技術所具有之特性，可望將所開發之材料應用於封裝材料領域之中。
【內文精選】
低黏度封裝材料
為提升材料耐熱性與耐化性特質，大多數的樹脂通常會提高其分子量，而黏度相對也會急速增加，皆大於1,000 cps以上，無法直接用於噴墨印刷。因此為了可噴塗使用，通常需再加入大量的小分子樹脂或溶劑來調控以降低黏度，此時材料的物性也會隨著小分子樹脂的增多而犧牲，當其使用於噴墨印刷時則會容易塞住噴嘴而無法噴墨出來，降低生產良率；另一方面，噴印出的薄膜均勻度與線路的精細度也會有所影響。此外，樹脂中因含有許多的矽氧鍵，使得大多數材料表面張力低於25達因/厘米，因此能適用於噴墨印刷的矽樹脂材料不多，此時為提升表面張力，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。
將低黏度封裝材料放置於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。接續將絕緣材料裝填於墨匣後，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、MCL低黏度封裝材料噴塗狀況與使用電壓
高折射封裝材料
無機材料雖然具有良好的物性，但薄膜厚度不易增厚，而有機高分子材料雖可塗佈成厚膜，折射率卻難以達到1.8以上，因此開啟了有機無機混成材料的研發。其結合無機材料與有機材料兩者的優點，折射率透過複合性材料的設計可隨之調整又能保有良好的材料特性，如何能有效地控制高折射無機材料粒子大小與分散性來避免聚集，將會是一項重要的材料技術。
1. 溶膠凝膠合成法
溶膠凝膠合成法(Sol-Gel)是經由一連串水解與聚合反應，生成三維類網狀結構的無機有機混成材料，具有低成本與大量製作優勢。Sol-Gel製作的高折射複合材料，設計與合成概念是來自含有Alkoxy可具聚合(有反應性)的有機取代基。
2. 原位合成法
原位合成法(In-situ Synthesis)是一種將無機高折射粒子導入有機高分子基材中的合成方法，此方法可進行一步製程，且能有效控制粒徑大小避免聚集產生。唯一的缺點是無法準確控制其反應率，未反應完之反應物與副產物會留在其中而影響到材料之性質。
3. 非原位合成
預先製好的無機高折射粒子與高分子或單體材料混合，再形成奈米複合型材料，即為非原位合成(Ex-situ Synthesis)。此部分無機奈米粒子先做單獨製備、分離與純化或進行表面改質，在合成反應上會較原位合成法好控制並穩定，更適合於量產生產化。圖八為非原位合成之示意圖。
圖八、非原位合成(Ex-situ Synthesis)示意圖
工研院材化所目前基於高折射率材料在數位噴印技術上的適用性，在材料開發上選擇Sol-Gel方式合成出複合材料。其能有效控制粒子的尺寸為奈米等級，因此在溶液的透明度上會大大地提升；接著在材料外部的官能基上做一改質修飾，使其更為方便，能快速地與其他樹脂摻混結合，克服了有機無機混成材料相容性的問題。配方中高折射率粒子的濃度比例可調控為50~80%，能夠依照不同載具的需求來調整折射率，並解決材料儲存不穩定現象。除此之外還具有以下之特性：室溫下配方黏度為10~50 cps；表面張力為30~35達因/厘米；薄膜在可見光區的穿透度≥90% (薄膜厚度≥ 2 0 μm)；薄膜折射率可調控為1.7~2.0；在110˚C溫度下經過500小時的可靠度測試，薄膜在可見光區的穿透度衰減1.61%。未來可應用於Micro LED封裝或其他光學等相關技術---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》430期，更多資料請見下方附檔。