 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 化學化工區(qū) » 工藝技術 » 膜技術 » 精密涂布技術介紹
| 5 | 1/1 | 返回列表 |
| 查看: 10314 | 回復: 19 | ||||||
| 當前只顯示滿足指定條件的回帖，點擊這里查看本話題的所有回帖 | ||||||
[交流]
精密涂布技術介紹 已有18人參與
|
||||||
|
臺灣工研所：精密涂布技術介紹 本文作者為臺灣工業(yè)技術研究院材料所溫恕恒經(jīng)理、朱文彬副研究員、吳平耀研究員，版權歸原作者所有。 所謂成卷式精密涂布（Roll-to-Roll Precision Coating）技術，可應用于IC、PCB、光電、民生、醫(yī)療等多種產(chǎn)業(yè)，以3M為例，3M公司由涂布而衍生之產(chǎn)品就有數(shù)萬種之多，從一般產(chǎn)品（如文具膠帶）到醫(yī)療膠帶（美容、療傷）到電子（IC切割、PCB防焊），以及光電（LCD用光學膜）等，都是利用精密涂布技術平臺研發(fā)出的產(chǎn)品，3M每一次皆以高價值、高創(chuàng)新性的嶄新產(chǎn)品暢銷全世界。 本篇文章將分3個小段說明此技術，首先介紹涂布定義與產(chǎn)業(yè)結構，在此可發(fā)現(xiàn)技術之重要性，接著再介紹涂布機構的每個單元，簡述各單元的重點。 涂布定義與產(chǎn)業(yè)介紹 首先必須定義涂布技術為何，所謂廣義的涂布定義以原文敘述如下: Replace a new material of the air on the substrate. 所以從定義來看，涂布涵蓋范圍甚廣，工研院材料所發(fā)展的涂布技術乃以成卷式涂布技術為主，簡單示意圖如下所示。 成卷式涂布示意圖 圖一：成卷式涂布示意圖 首先將一卷基材（如PP、PET、PI、銅箔等），經(jīng)過涂布裝置將涂料披覆于基材上，再經(jīng)過干燥過程將溶劑移除，最后收卷成卷，即為成品或半成品使用。最簡單的例子就是膠帶的制作，其制作過程是將感壓膠披覆在OPP或PVC上，經(jīng)過烘箱干燥后收卷，再經(jīng)過分條包裝即可販賣，不過這種涂布技術較為簡單 （我們稱之為傳統(tǒng)涂布方法）。 國內膠帶廠及一些其他產(chǎn)業(yè)大都采用傳統(tǒng)涂布方法，如刮刀式涂布（Comma Coating）、或滾筒式涂布（Roll Coating）進行加工，因為這類方法構造簡單，操作容易，但只能制作低價值產(chǎn)品，單價每平方米皆小于10元，而且這類涂布方式屬于開放式操作模式，有溶劑揮發(fā)影響操作人員健康的問題，尤其環(huán)保意識愈來愈重視的今天，實有必要作適當?shù)恼{整。 國外先進大廠如Du Pont、3M、Kodak、Nitto等皆以擠壓式涂布（Extrusion Coating）發(fā)展相關事業(yè)，此類技術所衍生的產(chǎn)品單價至少每平方米在50元以上，甚至有些可達每平方米3,000元以上，與傳統(tǒng)涂布產(chǎn)品相差甚大，不得不讓我們加以重視。 精密電子產(chǎn)品用基材透過涂布技術開發(fā)，其中涵蓋了非常多的技術，如果以技術關鍵來看，重要性如下: • 質量，性能（Formulation） 25% • 涂布技術（Coating） 35% • 調送技術（Know-how） 25% • 設備技術（Equipment） 15% 雖然材料配方是重要的源頭（25％），但是其他加工與后制程必須解決的卻有75％之多，這邊所表達并不是制程重要性大于配方合成，其實配方還是一切產(chǎn)品開發(fā)的源頭，它支配了后面制程的開發(fā)，以材料所開發(fā)系統(tǒng)為例，材料合成開發(fā)體系是密不可分的，可利用圖二來表示兩者之間關聯(lián)性 精密涂布開發(fā)系統(tǒng)關聯(lián)圖 圖二 精密涂布開發(fā)系統(tǒng)關聯(lián)圖 建立精密涂布技術之技術平臺，再配合國人自行開發(fā)的各種高功能涂料，即能應用于各種產(chǎn)品開發(fā)上，可應用范圍甚廣，描述如下; 精密涂布技術應用范圍 圖三 精密涂布技術應用范圍 至于領域產(chǎn)業(yè)技術關聯(lián)圖，則可以下圖表示: 精密涂布領域產(chǎn)業(yè)技術關聯(lián)圖 圖四 精密涂布領域產(chǎn)業(yè)技術關聯(lián)圖 由于涂布技術所涵蓋范圍甚廣，所以并沒有真正的涂布產(chǎn)值的預測趨勢發(fā)表，但是從上述產(chǎn)品關聯(lián)與技術關聯(lián)表可知，每一個單項如果都是成長上升趨勢，那整體產(chǎn)值將是非常驚人。 涂布制程技術 前段說明已顯示采用涂布加工生產(chǎn)的產(chǎn)品種類繁多，從民生用品到尖端高科技產(chǎn)品，處處可見。為追求高良率、高精密度的涂布產(chǎn)品，在制作過程中之各階段都需經(jīng)過高質量之設計方可完成，以下就針對涂布制程之相關技術作一介紹分析。 1.涂布方式 涂布技術包含種類極多，主要可分為兩大類，見圖五所示，第一類稱之為干式涂布（Dry Coating），如真空蒸鍍法（Vacuum Deposition）或化學蒸鍍法（Chemical Vapor Deposition）等；另一類稱之為濕式涂布（Wet Coating），即液態(tài)涂布物質經(jīng)加工過程上到基材上，再經(jīng)干燥固化成膜的過程。濕式法依其流體力學差異，主要可分為兩大類型，分別為后計量式（Post-Metering）及預計量式（Pre-Metered）涂布方式，分述如下： 涂布技術分類 圖五 涂布技術分類 (a)后計量式涂布（Post-Metering Coating） 此類型涂布方式的共同特色是涂膜厚度受涂液的流變性質及涂布條件所影響。其中工業(yè)界中最普遍使用的如浸沾式涂布（Dip Coating），其涂膜厚度隨涂布速度增加而變厚，但并不成正比關系，再增快速度，厚度將趨于定值或反而降低。其它如刮刀式、滾筒式涂布等都是屬于這類型涂布方式。 (b)預計量式涂布（Pre-Metered Coating） 涂膜厚度僅由輸液系統(tǒng)所設定，不會因為涂液的流變性質或涂布速度改變而有所不同。這種類型的原理，系將涂料自穩(wěn)定供料幫浦（Pump）輸送至精密設計的擠壓型模具（Extrusion Die），形成一寬廣且厚度均勻之薄膜，再涂布于基材上，如圖六所示。屬于這種涂布方式的有狹縫模具式（Slot-die Coating）、斜板式（Slide Coating） 、淋幕式涂布（Curtain Coating）及雕輪式（Gravure）涂布等。 擠壓型涂布法示意圖 圖六 擠壓型涂布法示意圖 由于目前多數(shù)電子產(chǎn)品皆朝向輕薄短小之趨勢發(fā)展，涂布產(chǎn)品對精密度及均勻度的要求也逐漸提升，因此在最近幾年，國內相關涂布廠商也掀起投入精密涂布相關技術之研發(fā)，其中又以精密模具涂布方式為最熱門，應用如軟性印刷電路板、干膜光阻劑、IC用膠帶等等。 2.涂料輸送系統(tǒng) 在輸送系統(tǒng)的應用類型上，溶液型涂料通常使用計量式幫浦（Metering Pump），而熱熔型涂料則使用熔融機（Melter）或押出機（Extruder）；其中較常用的計量式幫浦包括有螺桿式幫浦（Screw Pump）及齒輪式幫浦（Gear Pump）兩種，其共同特色如下所示： 1.可以在幾乎無脈動之狀況連續(xù)輸送 2.由水狀液體到數(shù)十萬厘泊（cps）之高黏度液體皆能定量輸送 3.高精準度之吐出量，可信賴度高，吐出精準度在± 1%以內 4.使用可變速馬達變更流量范圍大 5.無須使用閥之構造設計，不會產(chǎn)生阻塞 6.強大的自吸能力，極高的吸入吐出壓力 7.能順暢運轉輸送且無震動與噪音 8.拆裝保養(yǎng)力求簡單 涂布厚度完全系由供料系統(tǒng)所決定，因此涂膜在機器行進方向（MD）之厚度均勻性完全視幫浦的穩(wěn)定性而定，其供料流量之公式為： 幫浦供料流量=（涂幅寬度）x （濕膜厚度）x （涂布速度） 另外涂料輸送時需避免受到雜質的污染或氣泡的產(chǎn)生，以防止涂布加工上的缺陷發(fā)生，因此在輸送涂料過程中都會加裝過濾裝置及消泡機構，以確保涂布質量；此外設備也會裝上壓力表或數(shù)字壓力計進行在線監(jiān)控，以防止濾壓過大而停工。一般涂料輸送系統(tǒng)之示意圖如圖七所示，其主要項目包括有消泡機構（De-Gassing）、過濾器（Filter）、靜態(tài)混合裝置（Static Mixer）、壓力傳感器（Pressure Sensor）等。 涂布供料示意圖 圖七 涂布供料示意圖 3.精密模具設計 擠壓式模具（Extrusion Die）在高分子加工過程中扮演十分重要的角色，一般的模具，依其出口的形狀，可分為生產(chǎn)套管的環(huán)形模具（Annular Die），生產(chǎn)纖維、圓棒的圓形模具（Circular Die）、制作薄片（Sheet）及薄膜（Film）的狹縫式模具。除此之外，還可制造部分特殊形狀的產(chǎn)品的異形模具（Profile Die）等，可說是應用范圍相當廣泛。 涂布工業(yè)上所使用的衣架型模具（Coat-Hanger Die），乃屬于狹縫式模具的一種，其內部主要分為分流管（Manifold）與狹縫區(qū)（Slot Section）兩個部份；欲加工的流體由模具入口處流入，由于狹縫厚度極小，液體通過的阻力極大，所以高分子液體會先向截面積較大的分流管兩端流動，待在涂布的寬度方向上分配均勻后，再流入狹縫區(qū)且擠出形成均勻分布的薄膜。模具設計的最主要的目的在于如何設計分流管截面積的變化情形，使得不同流變性質的涂液或不同的加工條件下，能生產(chǎn)出在寬度方向上厚度均勻的涂布液膜。 整體上，模具設計應包括內部流道幾何形狀分布、內外部調整機構、加熱裝置、�？趲缀涡螤钤O計、以及機械結構，其中又以內部流道設計影響均勻度最大。依分流管的形狀可分為截面固定的Ｔ型模具與截面隨位置變化的衣架型模具兩類，結構可見圖八所示，至于如何判斷使用何種模具，可參照表二所示，表中比較此兩種模具之差異性，以及基本特性比較。 兩種常見擠壓型模具示意圖 圖八 兩種常見擠壓型模具示意圖 表二 T型模具與衣架型模具之比較 T型模具與衣架型模具之比較 4.烘箱設計 在涂布工程中，干燥程序是決定涂膜質量重要步驟之一，不論干燥技術或設備的設計，對涂布產(chǎn)品性質優(yōu)劣有顯著的影響，其重要性并不亞于涂布技術。 熱量的傳遞可借著傳導、對流及輻射的方式，將熱量由熱源傳送至被加熱物體上，傳導及對流均需有加熱介質，輻射是將熱量直接傳遞至被加熱體的表面，而不需加熱中間介質（如空氣），所以是能量效率最高的加熱方式。在加熱干燥的過程中，同時有熱傳及質傳兩種現(xiàn)象在進行，熱傳乃是提高涂料的溫度，增加其水分或溶劑的流動性，并蒸發(fā)水分或溶劑，而質傳乃是促使內部的水分或溶劑向表面移動，以進行蒸發(fā)。 一般干燥的方式不受涂布方式的影響，但隨著涂液的種類而必須作調整，傳統(tǒng)的熱風干燥方式，乃是藉熱風加熱的方式使溶劑揮發(fā)而形成均勻的涂膜于物體表面上，由于此加熱方式需將大量的溶劑蒸發(fā)，不僅消耗能源，同時亦造成溶劑對環(huán)境的污染。 而最近發(fā)展的輻射型干燥方式，具有加熱快、熱效率高及大幅縮短干燥時間等諸多優(yōu)點，較傳統(tǒng)的熱風干燥方式，既省能源且設備較不占空間，其中紅外線(Infrared)加熱、微波加熱、紫外線硬化（Ultra Violet Curing）及電子束硬化（Electron Beam Curing）等都是利用輻射能的方式達到干燥的目的。其中微波加熱效率最高，紅外線與微波之不同在于微波能量高，能穿透物質的內部進行均勻加熱，而電子束硬化方式因需較高的成本，且在惰性氣體中進行，是其缺點。 為了近一步了解涂膜之干燥狀況，市面上出現(xiàn)了許多計算涂膜之干燥情形之軟件，今舉出兩種商品供為參考。其中之一為SuperDryer，是由美國 TNN Technology所開發(fā)出可以設計干燥系統(tǒng)以及計算烘箱干燥狀況的軟件，為可在微軟操作系統(tǒng)下的軟件包，其對于從事干燥設備設計、生產(chǎn)、研究以及開發(fā)的研發(fā)工程師而言是一個非常實用的軟件。此軟件的適用范圍是: a).可應用于涂布及印刷工業(yè) b).可以提供干燥系統(tǒng)制造商與用戶一個設計、修正以及評估的工具。 c).可以分析干燥系統(tǒng)的干燥狀況 另外一種則是Gutoff（精密涂布顧問）所發(fā)展出的仿真軟件，最主要的功能是針對現(xiàn)有的烘箱，預測及估計其干燥狀況，可以計算出:涂料的最終溫度、涂料最終溶劑含量以及干燥過程中熱風與涂料的溫度及溶劑含量隨干燥時間與烘箱位置的變化情形。其可模擬的范圍包括： a).等速干燥期與下降速度干燥期 b).結合熱風與紅外線的干燥 c).可以模擬多節(jié)烘箱的干燥 5.無塵室規(guī)格 無塵室系將一定空間范圍內之溫濕度、潔凈度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音震動、照明及靜電控制在某一需求范圍內，所給予特別設計之空間，其最主要的作用在于控制產(chǎn)品所接觸大氣的潔凈度與溫濕度，以便使產(chǎn)品在一個良好的環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造，且其設計原理是以區(qū)間化設計，由外而內逐次提高潔凈度，以加強精密產(chǎn)品之要求。 在無塵室的維護管理上，除了需對進出無塵室的人員加以規(guī)范管理外，原物料與設備的進出也必須透過無塵室管理程序，方不至于影響無塵室的潔凈度，也唯有如此，才能達到精密涂布產(chǎn)品的規(guī)格要求。 6.其他附屬設備 為了提高產(chǎn)品良率，建議可利用下列設備來改善生產(chǎn)問題。 a. 在線膜厚量測儀（On-line Thickness Gauge） 膜厚穩(wěn)定性常受模具之狹縫間隙、涂布間隙、供料幫浦、過濾壓力與傳動速度等因素之影響，因此可于在線裝設膜厚測量儀來監(jiān)控膜厚之穩(wěn)定性，藉此也可以減少生產(chǎn)上的問題發(fā)生，其中常用的儀器原理有紅外線、β-ray、γ-ray等方式。 b. 外觀檢查系統(tǒng)（Inspection System） 可確保全天候之產(chǎn)品質量，并可實時監(jiān)控生產(chǎn)機臺狀態(tài)與生產(chǎn)條件之穩(wěn)定，可進行監(jiān)控的項目包括表面缺陷，如刮痕、皺折、針孔與斑點等，并加以紀錄與標記，以維持外觀質量上的穩(wěn)定。 c. 數(shù)據(jù)擷取系統(tǒng)（Data Acquisition System） 舉凡制程參數(shù)如傳動速度、基材張力、烘箱溫度、烘箱內溶劑濃度、涂膜厚度與幫浦供給量等，都是影響產(chǎn)品之重要因素，因此都需利用數(shù)據(jù)擷取系統(tǒng)加以紀錄并分析，以掌握制程之穩(wěn)定性。 d. 基材清潔裝置（Web Cleaner） 可在涂布機上多處裝設黏塵輪或者超音波除塵裝置來消除外來異物、粉塵或纖維，以提高產(chǎn)品良率;其中可能發(fā)生異物來源包括有基材原物料、壓合輪或惰輪的不干凈或無塵室環(huán)境所造成。 e. 濃度偵測系統(tǒng)（Gas Detector） 可在涂布機濃度較高處（如涂布區(qū)域、烘箱前段及廢氣排氣）安裝氣體濃度偵測系統(tǒng)，以預防因排氣不正常，導致濃度過高的危險。 結論 薄膜濕式涂布加工長久以來即運用于各領域之中。而在電子領域中，應用在成長顯著的TFT∕LCD面板、以及未來前景看好的塑料LCD基材、近紅外線阻斷膜等光學組件、大容量積層型電容器等的表現(xiàn)尤為亮麗耀眼。尤其是越來越薄之高精細多層膜構造更是最近幾年的技術趨勢，不過這種濕式涂布薄膜加工技術本身蘊含著尖端科技與藝術氣息之專業(yè)素養(yǎng)，不能如以往一般經(jīng)驗等閑視之。 總之，由于電子產(chǎn)品持續(xù)以“輕薄短小”為發(fā)展目標，電子材料需求日漸成長，隨著底材的高機能化與精密涂布技術的進展，成功實現(xiàn)薄膜的輕量化，并快速朝向薄型、大面積化發(fā)展。同時薄膜的機能性涂布加工更是無孔不入深入各種領域中，隨著薄膜的優(yōu)異性，未來結合具有特殊性能的底材、涂料與新型的涂布技術，勢必會發(fā)展出越來越優(yōu)異的薄膜材料。 |
回復此樓» 收錄本帖的淘帖專輯推薦
 印刷電子 | 知識能改變命運嗎？ | 自我提升 |
» 本帖已獲得的紅花（最新10朵）
chancm8888» 猜你喜歡
化學專業(yè)調劑
已經(jīng)有6人回復
-
求氣相色譜，原理和使用的PPT資料
已經(jīng)有0人回復
-
物理化學論文潤色/翻譯怎么收費?
已經(jīng)有265人回復
-
江蘇某大學招收材料類傷心人員
已經(jīng)有0人回復
-
酰胺類聚合物羧基甲酯脫保護
已經(jīng)有0人回復
-
長春工業(yè)大學，招收化學、生物學、新能源科學與技術調劑研究生
已經(jīng)有0人回復
-
西南林業(yè)大學 招收高分子、化學背景-碩士調劑生！B區(qū)線 (工科)
已經(jīng)有0人回復
-
申請回稿延期一個月，編輯同意了。但系統(tǒng)上的時間沒變，給編輯又寫郵件了，沒回復
已經(jīng)有3人回復
» 本主題相關商家推薦: (我也要在這里推廣)
» 本主題相關價值貼推薦，對您同樣有幫助:
- 原創(chuàng)：復合材料相關公司（2012年橡塑展）
已經(jīng)有12人回復
- 近代X射線多晶體衍射—實驗技術與數(shù)據(jù)分析--馬禮敦編著【轉載】
已經(jīng)有88人回復
- 【分享】“鹵化銀膠片技術在納米領域綻放光彩”——富士膠片R&D高管發(fā)表演講
已經(jīng)有2人回復
3樓2015-11-17 19:32:28
明亮的眼眸
版主 (文壇精英)
- 應助: 44 (小學生)
- 貴賓: 2.05
- 金幣: 10805.2
- 散金: 49625
- 紅花: 395
- 沙發(fā): 2856
- 帖子: 26442
- 在線: 3056.7小時
- 蟲號: 3477583
- 注冊: 2014-10-15
- 性別: MM
- 專業(yè): 藥物學其他科學問題
- 管轄: 工藝技術
2樓2015-11-17 13:02:14
4樓2015-11-17 20:29:37
椰風擋不住
木蟲 (著名寫手)
- 應助: 10 (幼兒園)
- 金幣: 5427.1
- 散金: 640
- 紅花: 5
- 沙發(fā): 1
- 帖子: 2066
- 在線: 292.4小時
- 蟲號: 858968
- 注冊: 2009-09-28
- 性別: GG
- 專業(yè): 能源化工
5樓2016-01-09 17:27:46
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 一志愿吉林大學材料學碩321求調劑 +3 | Ymlll 2026-03-18 | 4/200 |
|
|---|---|---|---|---|
|
|
[教師之家] 焦慮 +8 | 水冰月月野兔 2026-03-13 | 12/600 |
|
|
[考研] 085601專碩，總分342求調劑，地區(qū)不限 +5 | share_joy 2026-03-16 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 0817 化學工程 299分求調劑 有科研經(jīng)歷 有二區(qū)文章 +7 | rare12345 2026-03-18 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 297求調劑 +8 | 戲精丹丹丹 2026-03-17 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 288求調劑，一志愿華南理工大學071005 +4 | ioodiiij 2026-03-17 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 材料，紡織，生物（0856、0710），化學招生啦 +3 | Eember. 2026-03-17 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 277調劑 +5 | 自由煎餅果子 2026-03-16 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 材料工程專碩調劑 +5 | 204818@lcx 2026-03-17 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 085601求調劑 +4 | Du.11 2026-03-16 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 【0856】化學工程（085602）313 分，本科學科評估A類院�；瘜W工程與工藝，誠求調劑 +7 | 小劉快快上岸 2026-03-11 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 275求調劑 +4 | 太陽花天天開心 2026-03-16 | 4/200 |
|
|
|
[考研] [導師推薦]西南科技大學國防/材料導師推薦 +3 | 尖角小荷 2026-03-16 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 一志愿211 0703方向310分求調劑 +3 | 努力奮斗112 2026-03-15 | 3/150 |
|
|
|
[考研]
 機械專碩調劑
+3
|
笨笨兔子 2026-03-12 | 3/150 |
|
|
|
[考博] 東華理工大學化材專業(yè)26屆碩士博士申請 +6 | zlingli 2026-03-13 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 289求調劑 +4 | 這么名字咋樣 2026-03-14 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 328求調劑 +3 | 5201314Lsy！ 2026-03-13 | 6/300 |
|
|
|
[考研] ［0860］321分求調劑，ab區(qū)皆可 +4 | 寶貴熱 2026-03-13 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 274求調劑 +3 | S.H1 2026-03-12 | 3/150 |
|