精微圖案塗佈技術簡介：材料世界網

印刷術的發展與時俱進，現在除了應用在知識的傳播上外，配合現代科技的發展，也開始被思考如何運用於半導體及平面顯示器產業，例如液晶顯示器的彩色濾光片、背光模組的導光板及電漿顯示器模組內螢光層之彩色單元製作等；再者，近年來正熱門發展之「軟性電子」，亦欲利用傳統塗佈印刷之概念，以其快速及大面積製作的特性來大量、低成本的開發出新一代可撓性電子產品；除此之外，生醫產品、無線射頻辨識系統(RFID)與新能源電池模組之電子電路、電子元件、電極與導電膜佈置等也正朝此目標努力開發，期能以印刷塗佈的方式取代原製程來開啟新的市場規模與新的應用領域。

技術分類與技術介紹
傳統上，「塗佈(Coating)」的定義為：將擬塗佈之流體取代原來覆蓋於所欲塗佈基板表面空氣之現象與動作；而其中有一類的技術可以快速產生文字與圖案，並被大量用於書籍與影像等之翻印製造者，則被稱為「印刷(Printing) 」技術。從定義上來看，塗佈比印刷要來得廣泛，而印刷則偏向於圖案（含文字）的塗佈印製。

本文將過去文獻中較具代表性之精微圖案塗佈技術概分為兩大類（圖一）；第一類為在印刷塗佈製程前，必須先準備好翻印圖案之母模（Master 或Template），而後再透過印刷塗佈製程來重複翻製母模之相對應圖案，此類的技術包括網版印刷（簡稱網印）及轉印兩類技術。第二類則是在印刷塗佈過程不需使用翻印圖案之母(Masterless)的技術，其透過機械截斷動作或流體之控制，將擬塗佈流體截斷成不連續之流體區段，再藉由控制塗佈工作流體與塗佈基板的相對運動來定義出塗佈圖案；此類之技術包括：噴印、機械截斷式塗佈、雙相流截斷式以及筆寫式（直接書寫式）等。
1. 需用母模之印刷塗佈技術
此類圖案塗佈技術在翻印圖案之前必須先製作母模（亦稱模板），再利用圖案塗佈技術於基材上反覆翻製母模之圖案，因此較適合用在變動性低且需大量生產之產品上。一般而言，透過複製母模圖案以產生塗佈圖案之動作相對簡單，不需複雜的流體供應及對位系統，因此其生產速度及穩定度都比不需使用母模之技術來得高。
(1)網印技術
網版印刷技術簡稱為網印技術，是很古老的傳統印刷技術。其利用交錯編織的絲網或鋼網來支撐含有圖案的母模(Stencil)，而此含有母模的網子即被稱為「網版」。當進行塗佈印刷時，刮刀帶著塗料擠壓網版，使塗料穿過母模網孔之開口處被擠出而沾附置於其下之基材上，並在所欲印刷的基材上產生與母模實虛相反之圖形。常用的網印母模有平面網與圓網兩種，後者的印刷速度比前者快很多（約可達1 m/s），主要應用於印染業。由於此項技術動作簡單且發展成熟，在電子工業中，網版印刷技術的應用占有率高達90%，也是目前最常被思考並嘗試使用於製作軟性電子產品之技術。

但在進行高解析度產品製作時，網版之網目必須增加、網線必須變細，因而造成塗料中之固體粒子容易阻塞網版之孔洞，導致網印失敗、損壞網版及增加製作成本，因此目前一般量產製程上之操作解析度極限大都被限制在40~70μm 。

2. 無需使用母模之印刷塗佈技術
不需使用光罩的圖案塗佈技術之主要優勢為：不僅可省下母模製作所需之成本與時間，也相對提高圖案之可變動性。由於此類技術一般必須配合較複雜之機電系統，且同時需控制流體的輸送與定位，所以此類技術直至近年來才有較具體的工業應用開發。
(3)雙相流截斷式塗佈技術
雙相流截斷式塗佈技術為本實驗室自行研究開發之技術。此技術承接上述機械截斷式塗佈技術之基本概念，利用提供不連續之流體源並配合基板之連續移動來產生斷續圖案；然而，為克服機械截斷式因機械慣性快不起來的缺點，雙相流截斷式技術則是利用不互溶之流體於塗佈頭(Coater)內之微管道中相互截斷，來產生不連續塗佈流體源，所以在小慣性的本質優勢下，即可大幅改善上述機械截斷式塗佈技術阻斷頻率低之缺點。此塗佈技術之概念示意圖如圖四(a)所示，塗佈頭模組之任一微管道中皆填滿依A-B-A-B-序列規則重複排列的兩種相連、但不相溶之A與B流體。透過連續塗佈的動作，在基板上將產生A-B-A-B-相互間隔之塗佈圖案；其中，若B流體為氣體，則於塗佈動作完成時，基板上之B 流體將自動釋回大氣，而於基板上留下不連續的塗佈流體A。因為A與B流體分離之過程並無劇烈的流體扯斷動作，所以塗膜之前後緣可保持其原來自然整齊的截斷面而無破損。透過排列此不連續區塊之比例及塗佈頭與基板之互動，則可於基板上產生千變萬化的各式圖案；因為所使用的基本元素僅為A（液體）與B（氣體）兩種流體，故筆者比擬太極由陰與陽兩元素而產生不同卦象之意，將此塗佈技術也暱稱為「太極塗佈法」。圖四(b)為雙相流截斷式塗佈運用於彩色濾光片製作之示意圖。

圖四、雙相流截斷式塗佈技術(a)作動示意圖；(b)運用於製作彩色濾光片示意圖

(4)筆寫式
此技術最簡單之圖案化動作為打點，其動作示意如圖五所示：(1)首先移動筆頭輕碰基材；(2)筆頭內之液體利用流體慣性與表面張力沾附於基材上；(3)筆頭迅速離開基材而將一小點液滴留於基材上；(4)移動至下一個定點位子，再重複下一回合的動作(a~d)，則可於基材上產生大量之小點。以上之技術已被大量用於微陣列(Microarray)點片技術，應用於基因體定序及生物、醫藥篩選檢測等領域。另外，若將打點動作同時配合基板移動，則可在基材寫畫出各式圖案。圖六為本實驗室利用直接書寫式印刷塗佈技術，並使用工研院材化所及台北科技大學工程科技研究所合作開發之有機低溫銀膠，所寫出之20μm 線徑金屬銀導線照相圖……詳細全文請見原文

圖五、直接書寫式技術打點印刷示意圖