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開創列印技術新思維 - 光電所噴墨式植佈製程平台顛覆傳統應用
噴印技術在一般民眾的眼裡,應該就是列印文件及照片,但是對工研院光電所而言,「噴印技術」的觀念早已不再只侷限於一台小小的印表機裡。在光電所列印技術組的努力下,以噴印製程核心技術為基礎,配合材料的開發、噴墨元件的改良設計及各式應用領域關鍵技術的整合,已將噴印技術領域擴大至TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)彩色濾光片的製作、印刷電路板(PCB)的線路製作、PLED(P o l y m e rLight Emitting Diode;高分子電激發光二極體)的彩色化製程、生物晶片的製造、有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor;OTFT)、有機記憶體(Organic Memory)、3D電子元件等製程運用,不但大幅降低製程成本,更可直接減少原物料的浪費。
「光電子元件噴墨式植佈製程平台」正是「創新應用技術、追求趨勢研發」的最佳驗證。光電所列印技術組組長應台發指出,近年來台灣廠商雖已能逐漸掌握到列印的相關技術,但無可諱言,列印產業一直在追求的仍然是印表機及噴墨頭的代工製造及銷售。從各方面分析都可以很明確地看出,這樣的市場已經相當飽合了,所以如何運用核心技術創造出更高的附加價值,才是關鍵所在。「光電子元件噴墨式植佈製程平台」就是光電所這幾年來一直默默耕耘的成果,相信這項成果也將對國內顯示器相關產業及PCB製程的發展造成重大影響。
顛覆傳統製程下的印刷電路板 傳統印刷電路板(PCB)製程,首先是將印刷電路板上的線路運用電腦繪製成板,並將此板塗抹上光阻液而後轉印至銅箔基板,經過光罩的曝光顯影後,再蝕刻掉感光的光阻液,之後在線路上塗抹保護漆,如此就完成了一塊印刷電路板。
對於如何運用「光電子元件噴墨式植佈製程平台」來顛覆傳統印刷電路板的製程,光電所列印元件部經理陳俊融指出,經由此製程平台,PCB印刷電路板將不再需要經過曝光、顯影、蝕刻等傳統黃光製程,只要利用噴墨微流體控制技術透過噴墨頭,將特定的元件材料植佈到基板上的特定區域,形成像素化的圖案,即可完成一塊印刷電路板。表面來看,就如同文件列印一般,只是運用的材料不再只是傳統的墨水,而紙張也轉換為銅箔基板。當然,在實際操作時,還是需要考量噴墨頭與噴印材料間的相容性,以及噴印品質如線寬與電性的控制。
應用加值的技術特徵 除了PCB應用,此技術也可使用在TFT-LCD的製程中,例如液晶塗佈、配向膜塗佈、彩色濾光片製作等。以彩色濾光片來說,過去TFT- LCD均是以旋轉塗佈的方式塗佈紅綠藍(Red, Green, Blue;RGB)三色,一次僅塗佈一種色料,故每一種色料將會有三分之二的材料被浪費。也就是說,假如其中一次的塗佈有所缺失,則整片玻璃基板就要被丟棄,整個製程因此浪費很多原物料。但運用光電子元件噴墨式植佈製程平台則可以完全改善這樣的狀況。
舉例來說,現今的製程只要先規範出哪些範圍需要噴印不同顏色的墨水,即可運用噴墨頭在該範圍內做準確的噴印上色。就算是缺失的部分,也還可運用同樣的噴印方式做修補。除此之外,這項技術的特點還包括:1. 液晶噴印量精準控制;2. 噴印位置準確(<10μm之偏移量),有助於矩陣型液晶面板噴印;3. 可多孔噴印;4. 大面板之噴印均勻性佳。
負責本項技術研發的光電所列印系統部經理鄭兆凱博士表示,目前研發完成的這一款噴墨式植佈製程平台,在機構上共有11軸的運動控制、雙光學模組及多噴墨頭的控制架構。主要的軸系控制,在精度上達到±1μm、光學解析度±1μm / Pixel、平面度達到±3 0μm,並由光電所自行開發之多工系統,採用了Event and Semaphore雙多工處理平台的並行程序,處理如基板對位檢測、D r o p品質觀測分析、噴頭清潔處理、環境即時檢測、產品缺陷分析等,達到製程同步與量產速度符合廠商的需求。因此我們可以很驕傲的說,此平台是目前全球首見的設計。
技術再升級 產業再加值 為何當初會有這樣的構想從事列印改造工程呢?印刷電路板、TFT-LCD及印表機為何會撞出火花呢?應台發組長說這源於光電所列印技術組的一個初步構想,希望能開創出列印核心技術的新應用,但我們對PCB及TFT-LCD的製程技術又不能完整的掌握,在歷經幾番波折之後,終於找到了一家廠商,願意以長遠的眼光來投入此項研究計劃。過程中,先讓同仁了解整個製程的流程及細節,再試著用噴墨方式來改善每一環節,從每一個錯誤中去改善製程,直到成功為止。
光電所從19 9 4年開始投入噴墨印表機及噴墨印頭的研發,也技轉給國內廠商量產噴墨頭,並使台灣擺脫印表機業「無頭」的窘境。國內廠商也從1998年開始接受國 內外大廠委託,以OEM或ODM方式生產噴墨印表機、雷射印表機,進而至多功能事務機。一路走來,光電所不斷累積列印技術的能量,並衍生應用於各項工業化製程的領域。現今光電所能完全掌握噴印元件設計、噴印製程開發及噴印平台製作三項核心技術,可說是全世界極少數擁有如此完整能力的研發團隊。
展望未來,光電所希望列印技術能與其它產業結合,並將列印核心技術應用面擴大至產業製程上,甚至創造新興產業。對此應台發組長亦指出,產業的活絡是科技延伸的一大關鍵,所以光電所一直在尋求創新的科技研發,這次將印表技術運用於不同的產業,就是一個最好的範例。但我們仍需尋求業界的協助,因為唯有透過和業界的互動與合作,才能將列印技術廣泛使用於生活的每一環節,才能創造台灣列印技術的新價值。
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