微流体喷涂薄膜成形装置及其方法制造方法及图纸

一种微流体喷涂薄膜成形方法，用以在一基板上形成薄膜组件，其特征在于，其步骤包含：　　　　使该基板受到持续性的一波动而产生持续振动；　　　　分布多个微液滴于该基板表面；及　　　　使该微液滴在持续振动的该基板表面固化成膜，通过振动来破坏该微液滴附着于该基板的表面张力，进而破坏该微液滴所含的溶质堆积于该微液滴边缘的机制。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种薄膜成形装置及其方法，尤其涉及一种应用于喷墨工艺的。
技术介绍
喷墨打印技术是一种精细、再现性高的涂布工艺，可应用于各种不同材料的精密组件喷印成形。但是使用喷墨法制作高分辨率的薄膜组件需要相当精确的位置定位，方能将微液滴喷涂在预定的位置上，同时附着于基材的微液滴需将其所包含的溶剂(水、有机溶剂等)挥发才能固化形成薄膜，然而挥发过程中的物理现象将影响薄膜的均匀性。微液滴在基材上具有固态(基板)、液态(液滴)和气态(挥发气体)三相，其中，固态与液态接触线的区域能量比液态与气态接触线区域的能量低(散热快)，此外固态与液态接触线的区域蒸气压比液态与气态接触线区域的蒸气压低，因此形成液滴周围比液滴中心容易固化的现象，使薄膜产生中心低四周高的情形，一般称为咖啡环(coffee ring)，这种不平坦的结构对于功能性组件具有严重的伤害。因此，喷墨方法制作组件主要的问题为薄膜的不均匀性(inhomogeneous)，其次为喷墨涂布干燥的过程中所容易导致的相分离(Phase Separation)。上述问题皆会影响组件的品质和合格率，特别是在制作高分辨率组件的情形下，使得用喷墨法制作薄膜组件的分辨率无法提高。为改善薄膜组件的平坦性和品质，可以在薄膜固化成形的过程中，通过外力、基板表面处理及改变工艺流程等方法来尝试改变和控制薄膜的溶剂蒸发情形。如世界专利公告号WO01/70506A2所揭示，是利用气流吹拂基板表面的液滴的方式，以改变微液滴的溶剂蒸汽浓度梯度，期使液滴边缘固化速度增加，而不会形成咖啡环的结构。气流的方式诚然克服了咖啡环结构的困扰，但是快速的气流可能将半空中的微液滴吹到别的位置，将造成定位控制的困扰。又如美国第4510173号专利所揭露，是使用光固化的热塑性高分子作为组件材料，在工艺流程中需提供热能至基板，使附着至基板的液滴具有流动性以形成平坦膜层，再经由紫外光照射固化，以得到平坦的有机薄膜组件。另外，如美国第6383913号专利中所述，提出一种改变承载表面的湿润性(Wettability)的方法制作组件，借此改善承载的介电层(Dielectric Layer)表面的特性。先在介电层上方先涂布一层介电阻挡层(Dielectric Barrier Layer)，再经过UV光照射处理后，使得介电阻挡层表面由斥水性(Hydrophobic)改变成为亲水性(Hydrophilic)，使粘着(Adhesive)性质大幅改善，以改良薄膜组件的表面性质。另有一相近的作法，如美国第6162745号专利提及一种表面处理的方法，是用来处理溶剂形成薄膜时的薄膜控制方法，其做法是在基板表面照射UV光源，使基板表面在象素(Pixel)处形成亲水性，非象素处则形成非亲水性，以得到较佳的薄膜品质。然而上述的方法仍然难以针对喷墨工艺所产生的咖啡环结构作出良好的改善，进而有效提升薄膜组件品质。参考1997年发表于Nature的文章“Capillary Flow as the Cause of RingStains From Dried Liquid Drops”所阐述关于自然现象中，含有固态溶质的液体干涸产生咖啡环的情形。其提供几个重要的解决方向，消除产生咖啡环的情形，在液滴成型初期，其液滴边缘的累积现象可被忽略，表示蒸发速度越快越好。其次，粘度越高，液体流动速度越慢，则产生的环(Ring)的厚度较宽平。而接触角越大(Contact Angle)，即表面张力越大，其蒸发率(Evaporation Rate)越大，则毛细现象流动越不明显，就会造成越厚的环(Ring)，因此破坏液滴的表面张力有助于形成较平坦的薄膜。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种微流体喷涂薄膜成形装置及方法，通过物理性振动来破坏附着于基板的微液滴的表面张力，使微液滴在干涸的过程中，表面张力受到此物理性作用力的影响，在干涸过程中保持住大部分的溶质，使其无法被毛细力吸引到边缘的接触线，破坏溶质堆积于边缘的机制，而得到较平坦的薄膜均匀性。为实现上述目的，本专利技术提供一种微流体喷涂薄膜成形方法，用以在一基板上形成薄膜组件，其特点在于，其步骤包含 使该基板受到持续性的一波动而产生持续振动；分布多个微液滴于该基板表面；及使该微液滴在持续振动的该基板表面固化成膜，通过振动来破坏该微液滴附着于该基板的表面张力，进而破坏该微液滴所含的溶质堆积于该微液滴边缘的机制。上述的微流体喷涂薄膜成形方法，其特点在于，该波动的频率范围介于20赫兹至10亿赫兹。在微流体表面形成特定的振动频率，可使微液滴表面产生不同的扰动，此特定的振动频率取决于承载基板以及振动源的结构共振频率。产生的扰动会造成微流体本身因受到共振产生驻波结构，进而破坏微液体表面的外型与表面张力。上述的微流体喷涂薄膜成形方法，其特点在于，该波动的驱动波形的占空比(Duty Ratio)为10％至90％。上述的微流体喷涂薄膜成形方法，其特点在于，该波动的振动模式为该波动的振幅平行于该基板平面的方向。上述的微流体喷涂薄膜成形方法，其特点在于，该波动的振动模式为该波动的振幅垂直于该基板平面的方向。本专利技术还提供了一种微流体喷涂薄膜成形装置，用以在一基板上形成薄膜组件，其特点在于，其包含一微流体分布模块，用以产生多个微液滴并使其分布于该基板表面；一微流体承载平台，用以承载该基板，且该微流体承载平台可和该微流体分布模块产生相对位移；及一波动产生模块，含有一个以上的振动组件，以对该基板产生一波动，用以改变该微液滴在该基板表面的固化成膜型态，通过该波动来破坏该微液滴附着于该基板的表面张力，进而破坏该微液滴所含的溶质堆积于该微液滴边缘的机制。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，该微流体分布模块选自热气泡式喷墨头、压电式喷墨头、点阵机(Arrayer)和连续式喷墨装置(ContinuousInk-Jet)其中之一。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，该振动组件为微波组件、超音波组件、压电组件和声波组件其中之一。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，该振动组件为锆钛酸铅(PZT)压电组件。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，该振动组件附着于该基板。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，该振动组件为多个，相对于该基板以对称型式分布。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，该振动组件操作于不同的振幅与频率范围。上述的微流体喷涂薄膜成形装置，其特点在于，还包含一温度控制模块，用于控制该基板的表面温度。由于本专利技术提供的振动可破坏微液体的外型，本专利技术的另一个目的，是使落在基板表面的微流体，具有更好的面积真圆性。利用此物理性扰动，表面张力将受到波扰动的影响，调整因基板本身缺陷或微流体分布过程中，造成微液滴真圆性不佳的问题。波动振幅与频率控制将有效的改变微流体的挥发性与表面张力，进而使毛细现象的产生得到抑制，得到更好的薄膜平坦性。用以产生波动的波动产生模块所包含的振动组件，依照目前所熟知的技术，可为微波组件、超音波组件、压电组件或者是利用声波组件，作为振动声源，进而扰动微流体的表面。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1为本专利技术的微流体喷涂薄膜成形装置的示意图；图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑兆凯，吕春福，邱琬雯，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：