精密涂布在印刷电子领域的应用进展_徐树波

第21卷第4期Vol.21No.4北京印刷学院学报

Journal of Beijing Institute of Graphic Communication 2013年8月Aug.2013

收稿日期：2013-

07-05精密涂布在印刷电子领域的应用进展

徐树波，许文才

（北京印刷学院，北京102600）

摘要：从印刷电子领域的应用角度研究分析了当前国内

外主流涂布技术的现状和发展趋势。微凹版涂布、条缝涂布已成为印刷电子领域的主要涂布技术。随着数字控制技术的应用和涂布工艺的进步，精密涂布在印刷电子领域的应用会更加广泛，也会推动印刷电子产业的发展。关键词：精密涂布；印刷电子；微凹版涂布；条缝涂布中图分类号：TS835

文献标志码：A

文章编号：1004-8626（2013）04-0013-03The Application Ｒesearch of Precision

Coating in Electronic Printing

XU Shubo ，XU Wencai

（Beijing Institute of Graphic Communication ，Beijing 102600，China ）

Abstract ：The situation and development of the current main-stream coating technology were analyzed at the view of the ap-plication of printing electronic at national and international．Micro-gravure coating and slot die coating are the main coating technology in the field of printing electronic．Along with the application of digital controlling technology and the progress of coating technology ，precision coating technology will be more widely applied in printing electronics field and it also can pro-mote the development of the electronic printing industry．

Key words ：precision coating technology ；printed elections ；

micro-gravure coating ；slot die coating

随着科学技术的发展，印刷技术在电子产品制

造过程中已得到广泛应用。印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术。目前，印刷电子已经结合了包括喷墨打印、胶版印刷、凹版印刷、静电印刷和丝网印刷在内的各种印刷技术，并以薄膜电子为基础，通过各种功能性薄膜电子材料的研究与应用，使印刷电子在薄膜晶体管电路、显示器、互连线、太阳能电池背板、传感器和连动器等方面获得越来越多的应用

［1］

。

在印刷电子领域，精密涂布扮演着越来越重要的角色。涂布是将一层或多层具有特定功能的材

料附着于基材表面，以改善基材表面性能或保护基

材，赋予基材特殊功能或者直接利用涂层表面特性提高产品的使用价值。精密涂布可以满足某些涂

层的特殊要求。例如，

很多光学薄膜（如防反射膜）要求涂层厚度小于100nm ；用于新型充电锂电

池电极的涂层要求实现带状涂布或间歇块状涂布。涂布技术可以生产成卷的低成本的产品，所以，将涂布技术应用到印刷电子中可以节约成本，使印刷电子工业化。

1印刷电子与精密涂布的现状

导致目前多数电子产品制造成本高的原因有很多，例如，原材料含有贵金属，制造时需要真空环境，

相应的设备成本高等等。因此，可在常压下制作低成本电子产品的印刷电子技术开始进入人们的视线。印刷电子学有着巨大的发展潜力，市场预计将从2008年的9.530亿美元增长到2015年的300.750亿［2］。实现印刷电子的主要手段有喷墨印刷、网印、涂布、柔印等。印制电路板（PCB ）是

电子行业中最重要的基础电子部分，

几乎所有的电子设备都离不开PCB 。传统PCB 制造过程非常复

杂，需要显影、蚀刻等制造过程，而且有较重的污染。而使用喷墨印刷印制PCB ，只要将CAD 资料直接输入喷墨打印装置，即可达到改变配线的目的

［3］

。无线射频识别（ＲFID ）标签应用于身份识别、物流等方面。几乎所有的印刷技术都可以用来印制ＲFID 标签，目前占主导地位的是网印工艺和喷墨工艺，不过，平版胶印和柔印也开始占有越来越多的份额

［4］

。有机电致发光二极管（OLED ）不但具有高亮度、广色域等优点，而且易于实现柔性显示和3D 显示，将成为未来20年最具前景的新

型显示技术［5］

。OLED 可采用旋转涂布、微凹版涂布等多种方式制备。

按照计量方式，涂布可分为4类：自计量涂布方式（如浸渍涂布）、计量修饰涂布方式（如刮刀涂

布）、预计量涂布（如条缝涂布）、混合涂布（如凹版涂布）［6］。由于精密涂布的涂布层厚度可控性强，均匀性好，所以广泛应用在感光胶片、光学薄膜、印刷电子等领域。

2精密涂布在印刷电子领域的应用

2.1微凹版涂布

微凹版涂布是在普通逆向凹版辊涂布工艺基础上改进开发的，它是一种吻式、反向的凹版涂布方式。微凹版涂布与普通凹版辊涂布最大的不同是直径，普通凹版辊直径约为125 250mm，而微凹版辊直径约为20 50mm，其优势是可以涂布非常薄、均匀性非常好的涂层，在涂布时与基材的接触面积小，与基材所形成的离去角较大，不容易形成积液，可以满足精密涂布的要求。

250线/英寸的微凹版可以涂布厚度0.8 2μm的湿涂层，固化后得到很薄的涂层，而且微凹版涂布得到的是成卷材料，所以，微凹版涂布在制备OLED、有机高分子导电层方面有很好的发展前景。美国、日本等国家在微凹版涂布方面有着大量的专利和应用。美国3M公司在US6593690专利中利用微凹版涂布制备了OLED［7］。该专利在OLED原有结构基础上，在ITO阳极和空穴传输层之间涂布了导电聚合物缓冲层，使得发光效率有所改善。利用微凹版涂布可以使该导电聚合物的干膜厚度为200nm。日本夏普公司在US6815141专利中也利用微凹版涂布制备了OLED［8］，该专利利用微凹版辊在基材上涂布发光体层溶液，通过纯氮气加热干燥，得到厚度为50nm的发光层。

2.2条缝涂布

条缝涂布是一种预计量的涂布方式，其原理是在贮液分配腔中的涂布液经过狭缝横向匀化后，在出口唇片处铺展到被涂基体，其涂布量取决于输入液料量与基材运行速度之比。输入液料量可以采用高精度无脉冲计量泵来输送，涂布十分均匀，达到精密涂布的要求。条缝涂布模头的主要供应商是三菱和EDI，其模头还可以实现间歇式涂布等特殊图形的连续涂布。

条缝涂布可以用于锂电池电极、太阳能电池和OLED等不同产品的精密涂布。美国杜邦公司采用溶液涂布工艺简化OLED结构，使OLED效率、成本及可靠性大为提高，采用蒸镀制造工艺制成的OLED面板工序成本高达液晶面板的2倍以上，与此形成对照的是涂布工艺OLED成本可降至现行液晶面板的一半。美国EDI公司利用条缝涂布可间歇涂布的优点制造锂离子电池电极。EDI公司开发的条缝涂布系统可在基材的两面同时涂布阴极和阳极，大大提高了生产效率。但这需要高精度的机械设备和精密的控制系统。

2.3其他涂布方式在印刷电子领域的应用

旋转涂布、帘式涂布、挤出嘴涂布、丝网涂布等涂布方式也在印刷电子领域有所应用。

旋转涂布在电子领域一直有着广泛应用。20世纪70年代，用旋转涂布法来涂布磁盘、光盘的技术就已经十分成熟。旋转涂布的原理是借助于支持体高速旋转所产生的离心力，将其表面的涂料进行铺展，形成所需厚度的涂层，然后，基材与涂层接触，完成涂布［9］。

在制备有机聚合物材料的发光二极管（PLED）方面，旋转涂布法是一种最简单快捷、能实现高质量薄膜的制备工艺。刘南柳等［10］采用高低转速相结合的方式在旋涂PEDOTʒPSS层时分两步进行，使溶液在第一步铺满发光区的基础上，往相反方向运动而改善单双行不均匀现象，并利用旋涂时中间停顿产生的溶液回流，进一步改善薄膜的均匀性，得到发光电流效率达到17cd/A的绿光显示屏。在制备半导体器件和闪存器件上，旋转涂布也得到了运用。在台湾华邦电子股份有限公司申请的专利［11］中，利用旋转涂布法涂布介电层于衬底上，可以得到性能良好的半导体器件和闪存器件。

目前，旋转涂布还存在一些弊病，其涂布面积有限，涂布效率较低，难以实现低成本的工业化生产。因此，要改善旋转涂布的工艺参数，使旋转涂布得到更广泛的应用，也要发展其他涂布工艺来适应市场。

帘式涂布广泛应用于多层感光材料制造业。由于帘式涂布不与基材接触，可以适应基材的形状，而且其结构简单，易于操作，受到广泛关注。帘式涂布可以应用于PCB外层阻焊膜的制备［12］，其工艺过程包括上板—帘布上阻焊—减速—预烘干—下板。由高效快速传送带完成一面的涂布阻焊层，随即涂布另一面阻焊层，再进一步进行光成像曝光和显影。由于阻焊膜相当于印制板的外衣，要求无弊病，而帘式涂布的非接触性和可适应基材表面，使得涂布阻焊效果比较理想。

挤出嘴涂布是一种预计量涂布方式。其工作原理是基膜按一定速度通过背辊前进，涂布液输入

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