接觸角與塗佈

當液體塗佈在一移動之基材上時，由於慣性力的關係，在基材表面的空氣會施作 用力在液體上（圖三），其作用力的大小則與基材的速度有關。此時液體與基材表面 的 接觸角將隨基材速度的增加而增加，由於此時接觸角並非固定，故稱為動態接觸角 (Dynamic ContactAngle)，當基材速度大到某個速度後（動態接觸角趨近 180），空氣 就 會滲入塗佈液膜中（圖四），此一現象稱為空氣滲入(Air Entrainment)。當此一現 象發生 即無法得到良好塗膜，故在塗佈操作時需避免發生此一現象。至於動態接觸 角的變化 則與基材速度、流體黏度及流體表面張力有關。對牛頓流體，G u t o ff 和 Kendrick(1982) (4) 由實驗結果提出兩個簡單的經驗公式：

圖 3-3 :塗佈時接觸線之作用力示意圖 資料來源: 電子與材料雜誌第 12 期[21]

圖 3-4 塗佈缺陷空氣滲入

資料來源: 電子與材料雜誌第 12 期[21]

θ= 73V 0.22μ0.18σ0.11 (7) 及接觸角 180°時

其中，V 是基材速度、μ 是塗佈流體的黏度、σ 是塗佈流體的表面張力。

若已知流體黏度即可由(7)式及(8)式來估計，避免發生空氣滲入的塗佈速度。

3.1.3 表面張力與塗佈缺陷

塗佈缺陷除了上述空氣滲入之外，跟表面張力有關的塗佈缺陷還有 Craters 、 Benard Convection Cell 、Fat Edges 、Dewetting 等，分述如下：

一、Craters

當一低表面張力顆粒如灰塵、油滴、凝膠(Gel)或其它不溶物等存在於高表面張力 液 膜表面時，由於表面張力梯度的關係，會使顆粒周遭流體往高表面張力方向流動，

而 形成凹陷，就稱作 Craters （圖五）。解決方法可降低液膜厚度、提高液膜黏度、

選用適 當的界面活性劑、維持無塵室烘箱內空氣清潔度等都可減少 Craters 發生。

圖 3-5 Craters 示意圖

資料來源: 電子與材料雜誌第 12 期[21]

二、Benard Convection Cell

液膜乾燥時因溶劑揮發太快或因溫度不均使液膜產生表面張力梯度，會使液膜產 生自然對流現象，形成所謂 BenardCell （圖六）。判斷指標是 Marangoni 數。

其中，μ 是黏度，k 是熱擴散係數(ThermalDiffusivity)，h 是液膜厚度。

當 Ma 超過 80 時，即會產生 Benard Cell 。由於 Benard Cell 會造成乾燥缺陷，

解決方式 可提高液膜黏度、降低乾燥速率或改用揮發性較低的溶劑。

圖3-6 (a)因表面張力梯度所造成的Benard Cells (b)因密度梯度所造成的Benard Cell

資料來源: 電子與材料雜誌第12期[21]

三、Fat Edges

液膜的邊緣在乾燥時，溶劑除了往上揮發，也會從側邊揮發，這會使邊緣乾燥較 快，溶質濃度也會較其它地方高，這會使邊緣的表面張力變得比較高，此時，流體會 往邊緣流動，使得液膜邊緣的厚度變厚，造成所謂Fat Edges（圖七）。解決方式可降 低 乾燥速率，或加入界面活性劑來降低液膜的表面張力。

圖3-7: Fat Edges發生示意圖 資料來源: 電子與材料雜誌第12期[21]

四、Dewetting

液膜能在固體基材表面被覆，液膜的表面張力須小於基材的表面張力，若基材表 面有局部區域受到油污或其它因素的影響，使得該區域的表面張力變得比液膜小，此 時，即會產生不被覆(Dewetting)的現象（圖八）。解決方式是避免基材表面受到污染。

圖3-8: Dewetting發生示意圖

資料來源: 電子與材料雜誌第12期[21]

表面處理

為了增加塗膜液體在基材表面的被覆與接著能力，亦可針對基材表面做處理，以 增加基材表面的表面張力，特別是對水性溶液，因其表面張力較高，基材在塗佈前通 常需要做表面處理。增加基材表面張力的方法有物理方法如Corona處理、Plasma 處 理， 或用化學方法如以酸液微蝕刻基材表面等。其中，Corona 處理是最常用的，以 下簡單介 紹Corona 處理。

Corona 處理（圖九）是利用高壓放電使基材表面空氣中的氧變成臭氧，而臭氧 能活 化基材表面，因而提高塗液與基材的接著性。只是Corona 處理的效果是有時間 性，它的 效果會隨時間增加而逐漸減少，所以一般Corona 處理都是在塗佈前一段做 處理，以確保 其效果。

圖3-9 Corona裝置示意圖 資料來源:電子與材料雜誌第12期[21]

至於Corona 處理設備的選擇需考量：要處理的基材種類與表面性質、發電裝置 (Generator)的操作頻率、電極的介電性質、輪軸(Base Roll)的介電性質等因素，而實 際操 作時可用達因筆(Dyne Pen)來測量基材處理後的表面張力，以確認是否達到要 求。另外 ，在Corona 處理一個很重要的問題就是臭氧，因臭氧具腐蝕性與毒性，