1、成卷式精密涂布技術(shù)
可應(yīng)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(wàn)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(xué)膜）等，都是利用精密涂布技術(shù)平臺(tái)研發(fā)出的產(chǎn)品。
首先介紹涂布定義與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在此可發(fā)現(xiàn)技術(shù)之重要性，接著再介紹涂布機(jī)構(gòu)的每個(gè)單元，簡(jiǎn)述各單元的重點(diǎn)。
2、涂布定義與產(chǎn)業(yè)
首先必須定義涂布技術(shù)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(lái)看，涂布涵蓋范圍甚廣，工研院材料所發(fā)展的涂布技術(shù)乃以成卷式涂布技術(shù)為主。
首先將一卷基材（如PP、PET、PI、銅箔等），經(jīng)過(guò)涂布裝置將涂料披覆于基材上，再經(jīng)過(guò)干燥過(guò)程將溶劑移除，最后收卷成卷，即為成品或半成品使用。最簡(jiǎn)單的例子就是膠帶的制作，其制作過(guò)程是將感壓膠披覆在OPP或PVC上，經(jīng)過(guò)烘箱干燥后收卷，再經(jīng)過(guò)分條包裝即可販賣，不過(guò)這種涂布技術(shù)較為簡(jiǎn)單 （我們稱之為傳統(tǒng)涂布方法）。
國(guó)內(nèi)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(jìn)行加工，因?yàn)檫@類方法構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作容易，但只能制作低價(jià)值產(chǎn)品，單價(jià)每平方米皆小于10元，而且這類涂布方式屬于開(kāi)放式操作模式，有溶劑揮發(fā)影響操作人員健康的問(wèn)題，尤其環(huán)保意識(shí)愈來(lái)愈重視的今天，實(shí)有必要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
國(guó)外先進(jìn)大廠如Du Pont、3M、Kodak、Nitto等皆以擠壓式涂布（Extrusion Coating）發(fā)展相關(guān)事業(yè)，此類技術(shù)所衍生的產(chǎn)品單價(jià)至少每平方米在50元以上，甚至有些可達(dá)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(guò)涂布技術(shù)開(kāi)發(fā)，其中涵蓋了非常多的技術(shù)，如果以技術(shù)關(guān)鍵來(lái)看，重要性如下:
? 質(zhì)量，性能（Formulation） 25%
? 涂布技術(shù)（Coating） 35%
? 調(diào)送技術(shù)（Know-how） 25%
? 設(shè)備技術(shù)（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(dá)并不是制程重要性大于配方合成，其實(shí)配方還是一切產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的源頭，它支配了后面制程的開(kāi)發(fā)，以材料所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為例，材料合成開(kāi)發(fā)體系是密不可分的，可利用圖二來(lái)表示兩者之間關(guān)聯(lián)性。
建立精密涂布技術(shù)之技術(shù)平臺(tái)，再配合國(guó)人自行開(kāi)發(fā)的各種高功能涂料，即能應(yīng)用于各種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上，可應(yīng)用范圍甚廣，描述如下：
由于涂布技術(shù)所涵蓋范圍甚廣，所以并沒(méi)有真正的涂布產(chǎn)值的預(yù)測(cè)趨勢(shì)發(fā)表，但是從上述產(chǎn)品關(guān)聯(lián)與技術(shù)關(guān)聯(lián)表可知，每一個(gè)單項(xiàng)如果都是成長(zhǎng)上升趨勢(shì)，那整體產(chǎn)值將是非常驚人。
3、涂布制程技術(shù)
前段說(shuō)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(jiàn)。為追求高良率、高精密度的涂布產(chǎn)品，在制作過(guò)程中之各階段都需經(jīng)過(guò)高質(zhì)量之設(shè)計(jì)方可完成，以下就針對(duì)涂布制程之相關(guān)技術(shù)作一介紹分析。
01、涂布方式
涂布技術(shù)包含種類極多，主要可分為兩大類，見(jiàn)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(xué)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(zhì)經(jīng)加工過(guò)程上到基材上，再經(jīng)干燥固化成膜的過(guò)程。
濕式法依其流體力學(xué)差異，主要可分為兩大類型，分別為后計(jì)量式（Post-Metering）及預(yù)計(jì)量式（Pre-Metered）涂布方式，分述如下：
涂布技術(shù)分類
(a)后計(jì)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(zhì)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(guān)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(yù)計(jì)量式涂布（Pre-Metered Coating）
涂膜厚度僅由輸液系統(tǒng)所設(shè)定，不會(huì)因?yàn)橥恳旱牧髯冃再|(zhì)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(shè)計(jì)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。
涂布技術(shù)分類
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(shì)發(fā)展，涂布產(chǎn)品對(duì)精密度及均勻度的要求也逐漸提升，因此在最近幾年，國(guó)內(nèi)相關(guān)涂布廠商也掀起投入精密涂布相關(guān)技術(shù)之研發(fā)，其中又以精密模具涂布方式為最熱門，應(yīng)用如軟性印刷電路板、干膜光阻劑、IC用膠帶等等。
擠壓型涂布法示意圖
02、涂料輸送系統(tǒng)
在輸送系統(tǒng)的應(yīng)用類型上，溶液型涂料通常使用計(jì)量式幫浦（Metering Pump），而熱熔型涂料則使用熔融機(jī)（Melter）或押出機(jī)（Extruder）；其中較常用的計(jì)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(wú)脈動(dòng)之狀況連續(xù)輸送
2.由水狀液體到數(shù)十萬(wàn)厘泊（cps）之高黏度液體皆能定量輸送
3.高精準(zhǔn)度之吐出量，可信賴度高，吐出精準(zhǔn)度在± 1%以內(nèi)
4.使用可變速馬達(dá)變更流量范圍大
5.無(wú)須使用閥之構(gòu)造設(shè)計(jì)，不會(huì)產(chǎn)生阻塞
6.強(qiáng)大的自吸能力，極高的吸入吐出壓力
7.能順暢運(yùn)轉(zhuǎn)輸送且無(wú)震動(dòng)與噪音
8.拆裝保養(yǎng)力求簡(jiǎn)單
涂布厚度完全系由供料系統(tǒng)所決定，因此涂膜在機(jī)器行進(jìn)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(shí)需避免受到雜質(zhì)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(guò)程中都會(huì)加裝過(guò)濾裝置及消泡機(jī)構(gòu)，以確保涂布質(zhì)量；此外設(shè)備也會(huì)裝上壓力表或數(shù)字壓力計(jì)進(jìn)行在線監(jiān)控，以防止濾壓過(guò)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(xiàng)目包括有消泡機(jī)構(gòu)（De-Gassing）、過(guò)濾器（Filter）、靜態(tài)混合裝置（Static Mixer）、壓力傳感器（Pressure Sensor）等。
涂料供應(yīng)示意圖
03、精密模具設(shè)計(jì)
擠壓式模具（Extrusion Die）在高分子加工過(guò)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(shuō)是應(yīng)用范圍相當(dāng)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(nèi)部主要分為分流管（Manifold）與狹縫區(qū)（Slot Section）兩個(gè)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(guò)的阻力極大，所以高分子液體會(huì)先向截面積較大的分流管兩端流動(dòng)，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(shè)計(jì)的最主要的目的在于如何設(shè)計(jì)分流管截面積的變化情形，使得不同流變性質(zhì)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(shè)計(jì)應(yīng)包括內(nèi)部流道幾何形狀分布、內(nèi)外部調(diào)整機(jī)構(gòu)、加熱裝置、?？趲缀涡螤钤O(shè)計(jì)、以及機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中又以內(nèi)部流道設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)可見(jiàn)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(jiàn)模具對(duì)比
04 烘箱設(shè)計(jì)
在涂布工程中，干燥程序是決定涂膜質(zhì)量重要步驟之一，不論干燥技術(shù)或設(shè)備的設(shè)計(jì)，對(duì)涂布產(chǎn)品性質(zhì)優(yōu)劣有顯著的影響，其重要性并不亞于涂布技術(shù)。
熱量的傳遞可借著傳導(dǎo)、對(duì)流及輻射的方式，將熱量由熱源傳送至被加熱物體上，傳導(dǎo)及對(duì)流均需有加熱介質(zhì)，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(zhì)（如空氣），所以是能量效率最高的加熱方式。
在加熱干燥的過(guò)程中，同時(shí)有熱傳及質(zhì)傳兩種現(xiàn)象在進(jìn)行，熱傳乃是提高涂料的溫度，增加其水分或溶劑的流動(dòng)性，并蒸發(fā)水分或溶劑，而質(zhì)傳乃是促使內(nèi)部的水分或溶劑向表面移動(dòng)，以進(jìn)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(diào)整，傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥方式，乃是藉熱風(fēng)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(shí)亦造成溶劑對(duì)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(shí)間等諸多優(yōu)點(diǎn)，較傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥方式，既省能源且設(shè)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(dá)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(zhì)的內(nèi)部進(jìn)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(jìn)行，是其缺點(diǎn)。
為了近一步了解涂膜之干燥狀況，市面上出現(xiàn)了許多計(jì)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(guó) TNN Technology所開(kāi)發(fā)出可以設(shè)計(jì)干燥系統(tǒng)以及計(jì)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(duì)于從事干燥設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、研究以及開(kāi)發(fā)的研發(fā)工程師而言是一個(gè)非常實(shí)用的軟件。此軟件的適用范圍是:
a).可應(yīng)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(gè)設(shè)計(jì)、修正以及評(píng)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(wèn)）所發(fā)展出的仿真軟件，最主要的功能是針對(duì)現(xiàn)有的烘箱，預(yù)測(cè)及估計(jì)其干燥狀況，可以計(jì)算出:涂料的最終溫度、涂料最終溶劑含量以及干燥過(guò)程中熱風(fēng)與涂料的溫度及溶劑含量隨干燥時(shí)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(jié)合熱風(fēng)與紅外線的干燥
c).可以模擬多節(jié)烘箱的干燥
05 無(wú)塵室規(guī)格
無(wú)塵室系將一定空間范圍內(nèi)之溫濕度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音震動(dòng)、照明及靜電控制在某一需求范圍內(nèi)，所給予特別設(shè)計(jì)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(gè)良好的環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造，且其設(shè)計(jì)原理是以區(qū)間化設(shè)計(jì)，由外而內(nèi)逐次提高潔凈度，以加強(qiáng)精密產(chǎn)品之要求。
在無(wú)塵室的維護(hù)管理上，除了需對(duì)進(jìn)出無(wú)塵室的人員加以規(guī)范管理外，原物料與設(shè)備的進(jìn)出也必須透過(guò)無(wú)塵室管理程序，方不至于影響無(wú)塵室的潔凈度，也唯有如此，才能達(dá)到精密涂布產(chǎn)品的規(guī)格要求。
06 其他附屬設(shè)備
為了提高產(chǎn)品良率，建議可利用下列設(shè)備來(lái)改善生產(chǎn)問(wèn)題。
a. 在線膜厚量測(cè)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(guò)濾壓力與傳動(dòng)速度等因素之影響，因此可于在線裝設(shè)膜厚測(cè)量?jī)x來(lái)監(jiān)控膜厚之穩(wěn)定性，藉此也可以減少生產(chǎn)上的問(wèn)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(zhì)量，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)機(jī)臺(tái)狀態(tài)與生產(chǎn)條件之穩(wěn)定，可進(jìn)行監(jiān)控的項(xiàng)目包括表面缺陷，如刮痕、皺折、針孔與斑點(diǎn)等，并加以紀(jì)錄與標(biāo)記，以維持外觀質(zhì)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(dòng)速度、基材張力、烘箱溫度、烘箱內(nèi)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)加以記錄并分析，以掌握制程之穩(wěn)定性。
d. 基材清潔裝置（Web Cleaner）
可在涂布機(jī)上多處裝設(shè)黏塵輪或者超音波除塵裝置來(lái)消除外來(lái)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(lái)源包括有基材原物料、壓合輪或惰輪的不干凈或無(wú)塵室環(huán)境所造成。
e. 濃度偵測(cè)系統(tǒng)（Gas Detector）
可在涂布機(jī)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(cè)系統(tǒng)，以預(yù)防因排氣不正常，導(dǎo)致濃度過(guò)高的危險(xiǎn)。
薄膜濕式涂布加工長(zhǎng)久以來(lái)即運(yùn)用于各領(lǐng)域之中。
涂布技術(shù)系統(tǒng)整合
而在電子領(lǐng)域中，應(yīng)用在成長(zhǎng)顯著的TFT∕LCD面板、以及未來(lái)前景看好的塑料LCD基材、近紅外線阻斷膜等光學(xué)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(lái)越薄之高精細(xì)多層膜構(gòu)造更是最近幾年的技術(shù)趨勢(shì)，不過(guò)這種濕式涂布薄膜加工技術(shù)本身蘊(yùn)含著尖端科技與藝術(shù)氣息之專業(yè)素養(yǎng)，不能如以往一般經(jīng)驗(yàn)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(biāo)，電子材料需求日漸成長(zhǎng)，隨著底材的高機(jī)能化與精密涂布技術(shù)的進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)薄膜的輕量化，并快速朝向薄型、大面積化發(fā)展。同時(shí)薄膜的機(jī)能性涂布加工更是無(wú)孔不入深入各種領(lǐng)域中，隨著薄膜的優(yōu)異性，未來(lái)結(jié)合具有特殊性能的底材、涂料與新型的涂布技術(shù)，勢(shì)必會(huì)發(fā)展出越來(lái)越優(yōu)異的薄膜材料。
