行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
異質性精密噴印製程及其於微奈米光電流系統應用
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2221-E-151-034- 執 行 期 間 ： 99 年 08 月 01 日至 100 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學機械工程系 計 畫 主 持 人 ： 陳錦泰 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：杜昆澤 碩士班研究生-兼任助理人員：黃鉦 碩士班研究生-兼任助理人員：黃國維 碩士班研究生-兼任助理人員：王勛佑 碩士班研究生-兼任助理人員：洪慈憶 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢中 華 民 國 100 年 10 月 28 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
異質性精密噴印製程及其於微奈米光電流系統應用
Heterogeneous Inkjet-Printing Manufacturing Process and Application to
Micro/Nano Opto-Electron-Fluidic (OEF) Systems
計畫編號：NSC 99-2221-E-151-034
執行期限：99年08月01日至100年07月31日
計畫主持人：陳錦泰 國立高雄應用科技大學 機械工程系 計畫參與人員：杜昆澤、黃鉦、王勛佑、黃國維、洪慈憶 中文摘要 此專題究計畫，本研究主要是利用微結構 探討噴印液滴自組成的成型情況結果。主要運 用負型光阻(SU-8)在矽基板上做出高深寬比結 構的基板 (接觸角約為 60~70 度)，再以旋轉塗 佈方式把鐵氟龍塗佈於表面，以形成表面改質 後(接觸角約為 120 度)的疏水性結構；最後利 用翻模技術，以 PDMS 材料翻製接觸角為 80 至 90 度的近疏水性結構 。完成三種異質結構 的 製 作 後 ， 運 用 市 售 工 業 級 材 料 噴 印 機 台 (DMP-2831) ， 噴 印 高 分 子 (Polyacrylamide, Polysciences, USA)材料於微結構中，以堆疊方 式觀測在不同改質表面的成形性，由結果可知 於越疏水的表面上液滴組成性越好，尤其在鐵 氟龍的情形最為明顯。反之，液體在 SU-8 結 構中的流動性是較不理想的，且在噴印堆疊次 數也相對提高許多。由實驗結果可知，在越疏 水的表面或微結構上使用噴墨技術，在微元件 的成形，要在一限定的範圍下，否則會因本身 的疏水聚力太大，導致大尺寸的成形結果是不 如預期的好。相反地，疏水性低的表面性質結 構，可以達到大尺寸的成形效果，但對於材料 使用上較為大量、堆疊的次數較多，表面也相 對較為粗糙。此實驗結果，對於未來在微結構 的成形或是微小光學元件的製作上，在表面改 質及製程提供了重要的基礎噴印製程參數。 關鍵詞：微流體、自組成、微結構、表面改質、 噴印製程技術 AbstractA general fabrication process was designed in the study for the current inkjet printing method, with a series of steps including mask exposure, surface structuring, droplets placement and evaporation. The evaporation process for a sessile 10-μldroplet(purewater)placed on solid surface (SU-8, MicroChem), simply illustrating the shrinking behaviors of surface contours with nearly linear rates of characteristic dimensions (i.e., height and radius) during evaporation. The circular cavities of structured SU-8 surface were prepared by the photolithography procedure (spin-coating, exposure and development) for the use of droplet deposition. With the heterogeneous substrate, the polymeric droplets (~10pl, solid ~ 5 wt%) were jetted in drop-on-demand mode by a piezoelectric droplet generator (DMP-2831), spontaneously forming and self-releasing the hemispherical-shaped structures from the micro cavities serving as molds (radii<75μm, angle~90o). Furthermore, the substrates were created with thestripechannels(width~150μm, length~3mm), thereby generating the straight solid microstructures with hemispherical shapes. This study has demonstrated the self-aligning and pinning effects of boundary confined by the channel sidewalls.
Keywords: Microfluidics, Self-Assembly, Microstructures, Microsystems, Surface
2/7 -Treatment, Inkjet Printing Process
一. 前言 MEMS 領域中半導體製程是不可或缺的 技術，然而其過程的繁雜及過多材料的浪費， 是普遍會遇到的問題。噴印技術的出現，因結 合即需即噴微液滴佈放能力與液滴蒸發成形 模擬控制，在變化多樣的各陣列圖像上可大幅 的減少傳統需光罩製作方式時間。以不同表面 能之基板觀察液滴蒸發過程的輪廓變化，以底 邊長度為例，在疏水性低的基材上，從開始蒸 發都因親水性質而固定邊界，直到蒸發即將結 束才更大幅度的變化。在疏水性高的Teflon 基 材上，接觸角在蒸發過程變化都維持較平均的 蒸發，而疏水性低的玻璃基材上，在蒸發即將 結束的時候，會更較強烈的變化曲線出現。在 此主要以液滴體積做為在不同疏水性基材的 蒸發輪廓比較討論。從微液滴蒸發過程體積的 變化可得知，在不同液滴大小更不一樣的體 積，可以預知多少液滴量大概的成形。而以固 定面積的噴印範圍限定一次噴墨所得到的微 透鏡成形情況，改變噴印次數即可得到不同曲 率及大小的微透鏡。 二. 文獻探討 C. Bourge等人於1955年發表了液體蒸發 對固液氣三態之接觸角的研究[1] ，結果顯示 純水液滴在環氧塑膠基材的蒸發演變，於高 度、接觸角、直徑，與大氣壓力都有密切的關 係。F. Parisse等人於1996年發表了膠體液滴 (colloidal suspension droplets)蒸發過程之輪廓 形狀變化[2]，主要在蒸發體為高濃度水性矽膠 溶 液 (aqueous silica sol, volume fraction of 25%)，蒸發後發現偏離了間單規則的半球形冠 部，其主因為液滴表面非均勻蒸發所引起現 象。R. D. Deegan等人[3]，以生活中常見的咖 啡污漬為例，利用微粒溶液(bead suspensions) 蒸發觀測證明了，液體蒸發時產生自發性的徑 向對流，促使固體物質不斷的被帶到邊緣，形 成環形輪廓，成功說明了不均勻的蒸發所引起 現象液體種類性質無相關。2002年， H. Hu等 人發表液滴表面蒸發數值模擬計算[4] ，以自 行發展出二維度有限元素法(2D finite element method, FEM)程式，成功求解出液滴蒸發擴散 梯度(2D diffusion gradient)與時變動態的輪廓 線，及蒸發通量等重要的蒸發動態參數值，得 到以下的兩個結論: (1)對於稀釋型液體，促使 固體物質不斷的被帶到邊緣，乾燥固化形成環 形輪廓，(2)液滴邊緣被固定不動於基材接觸面 上，在任何蒸發時間，固液體皆具有等半徑底 部。 1994年D. L. MacFarlane等人以一噴墨製 作為透鏡法[5]，將常溫為固態之高分子，利用 加熱先將其熔化降低黏滯性，然後填充入單一 孔液滴產生器，噴於玻璃基板上，其冷卻後即 做出一平凸輪廓之微透鏡；稍後，此方法進一 步被推廣至高分子溶液噴印於疏水性基材[6]。 1998年S. Biehl等人發表噴墨製程的折射式微 透鏡[7] ，使用光反應型聚合材料(polymerized UV light irradiation) ，調整噴溶材料的溶質與 溶 劑 的 組 成 比 例 (mixture of 50%MPTS and 50% mol% TEGDMA ， 30% wt% ethanol fraction) 在 玻 璃 基 板 上 獲 得 半 圓 型 透 鏡 。 H.Sirringhaus等人在2000年[8]發表了利用現今 高解析度噴墨列印技術，完成全球首次製作全 高 分 子 的 電 晶 體 電 路 ， 此 晶 體 列 印 在 Polymide(PI)結構層中PEDOT電極、F8T2汲極 與閘極、PVP高分子介電層、PEDOT/PSS閘極 導電層。S.B.Fuller等人在2002年[9]，發表了利 用噴印技術，完成機電系統的導線層線路與三 維度之靜電式微馬達製作。A.K Nallani等人在 2006年發表一噴墨法改進封裝方法[10] ，其利 用一壓電式噴墨裝置，成功將高分子聚合物噴 至SU-8微圓柱之頂部上，齊下方為具有VCSEL 之GaAs晶圓基材。C. T. Chen等人，在2007年 [11]發表液體在微洞結構的蒸發行為不同於其 在平面上的動態過程，顯示了固液的接觸邊界 條件影響，透過表面處理可以的到更均勻的膜 厚；在2009年 [12]，其更進一步發表使用噴墨 技術精準控制定位，於表面改質基板製作出似 圓輪廓的微凸透鏡。 在此研究中，主要以異質性基板的疏水性 及低表面能的特性，再以噴墨技術噴印富含高 分子微液滴於微結構中，經蒸發沉積形成微透 鏡，且可輕易脫離結構形成單獨的微元件，如
圖一所示: 圖一.微結構液滴分佈流程 (a).旋塗光阻、曝光(b).顯影 (c). 噴印液滴於結構中(d).蒸發固化 三. 實驗與方法 本研究在理論與分析計算上(computation and analysis) ，主要乃建立固、液、氣三象蒸 發對於動態輪廓的分析及實驗結果做探討，並 利用Dimatix DMP-2800材料噴印機台，如圖一 所示，噴印高分子(polyacrylamide，MW1800， 63% solution in water，Polysciences，Inc，USA) 材料堆疊於微結構裡，如圖二所示: 圖二. (a)噴墨平台 (b)材料噴印機台 3.1 理論模擬與分析 在一般常溫常壓環境條件下(1atm, 25℃, RH 10—80%)，由於液滴蒸發過程緩慢(volume rate<120 nl/min) ，則在任何時間上，液滴自由 表面(free surface, i.e., the triple line among the solid/liquid/gas) 將 遵 守 Young-Laplace Equations，參見以下方程式(1)-(3) [5]: gl c sl sg cos( ) (1) ) / 1 / 1 ( R1 R2 P gl (2) ) / 1 / 1 /( ) cos( c P R1 R2 sl sg (3) : sg 固氣間表面自由能 : sl 固液間表面自由能 gl :液氣間表面自由能 :固液間接觸角 P :液氣間壓力差 2 1, R R :氣液間表面之主軸曲率半徑 如此可以求得液滴中心高度、底部半徑、 接觸角、及曲率半徑等特徵尺寸參數。據此， 在完整的計算輪廓蒸發演化過程中，求取主要 體積變率( /V t)、接觸角時變率( /t)、中心 高度時變率( /Hc t)、底部半徑時變率( /Rb t)， 可進一步分別利用(4)-(7)公式可求得[6]，如下 列述: ‧體積變率( /V t): 此變率主要可得知從液滴初始濕態輪廓演 化至最終固態之所需時間(t) ，其變化率同時 也決定中心高度時變率與底部半徑時變率，如 下可求: rb b c hc b c R C H R C H t V/(/2)( 2 2) ( ) (4) ‧接觸角時變率( /t): 主要應用於液滴從初始濕態輪廓演化至最 終固態之曲率變化情況，其變化率同時也決定 中心高度時變率與底部半徑時變率，如下可求: ) /( ) ( 2 /t RbChcHcCrb Rb2Hc2 (5) ‧中心高度時變率( /Hc t),Chr: 此為一維度的尺寸變化，主要用於液滴蒸發 過程的高度變化，實驗上可知此數通常為負 值，為一簡單的線性變化過程，致使體積呈現 類似的等數率蒸發，如下可求: t H Chc c / (6) ‧底部半徑時變率( /Rb t),Crb: 此為一維度的尺寸變化，主要用於液滴蒸發 過程的液滴半徑變化，實驗上可知此數通常為 零實驗上可知此數通常為或少許為負數，為非
4/7 -線性變化過程，使接觸角呈現遲滯現象，如下 可求: t R Crb b / (7) 3.2 微結構製作 實驗利用SU-8 光阻劑在矽晶圓在製作微 結構，Photospacer 製程步驟如下述可分為矽晶 圓清潔烘烤、旋轉塗佈SU-8 光阻劑、軟烤、 曝光、曝後烤、顯影、固烤等七個步驟，流程 如圖三及圖四所示： 圖三. 微形結構於矽晶圓上製作流程 圖四. 微結構PDMS翻模流程 在微透鏡成形結構，主要是運用PDMS翻模 所得，以PDMS作為模子可運用其疏水性質控 制液體的流動，促進液滴自組成模式，增函由 2D的微元件往第三軸的方向做堆疊，圖五為長 形結構及圓形微結構的SEM圖。 圖五. 經PDMS 翻模所得 (a).長形結構 (b).圓形結構 之SEM 圖 3.3 噴印參數設定 (a) (b) 圖六. (a) 噴墨波形持續時間 (b)液滴飛行距離 其液滴成形過程可由觀墨系統觀察得知， 液體從墨袋受抽真空力量擠壓到出墨頭，以脈 衝波形驅動壓電片變形，將液滴噴出、液滴收 縮液柱斷裂、單一顆液滴成形及衛星液滴缺陷 產生，都與壓電片受脈衝波形變形時間長短更 關。脈衝時間主要可以分成三段，分別為Trise、
Tdwell、Tfall。其中，Tdwell 為施以正電壓的維持
時間，壓電片在此時更做最大形變；Tdwell 維持 時 間 關 係 到 液 滴 液 徑 是 否 更 與 噴 孔 大 小 一 樣，及單一顆液滴體積是否符合使用電壓所應 更的量。Tfall 為負電壓維持時間，液滴脫離墨 孔後液滴收縮快慢及液柱斷裂，是單一顆液滴 成形或衛星液滴缺陷產生；Tfall 時間具更電壓 斜率的限制，當脈衝電壓設定好後，壓電片承 受最小的Tfall 固定，所以Tdwell 及Tfall是為可以 調整的。 四. 結果與討論 4.1 輪廓與時間變化 在疏水性高的Teflon 基材上，接觸角在蒸 發過程變化都維持較平均的蒸發，而疏水性低 的玻璃基材上，在蒸發即將結束的時候，會更 較強烈變化曲線出現(體積約15μl)的蒸發過 程，更清楚看出隨著液滴體積的增加，親水性 越高的基材面上，接觸角在越接近完全蒸發 時，所測得的數值越是處於一個變化很大的階 段，而疏水性基材這此變化階段雖也是更較大 的起伏變化。接觸角隨時間的變化中，所探討 在親水基材的變化會更不穩定的上下跳動情 形。在實驗過程動態變化圖中可發現，液滴在 親水性高的基材上接觸面積為最大，且蒸發過 程當液滴穩定與基材接觸時，邊緣會固定至使
在接近完全蒸發時，往中心聚這現象是使接觸 角變化上下跳動的原因，如圖七所示: 圖七. (a)小體積液滴接觸角相對時間的變化 (b)大體積 液滴接觸角相對時間的變化 在接觸角中所提到親水性基材，在蒸發後 段會因液滴由邊緣處往中心縮的變化情況，造 成底邊長度變化而接觸角變化不穩的情形。底 邊長度變化率可看出，在接近完全蒸發的階段 曲線的變化情形，與接觸角在同一變化處都呈 現一樣的情形，由此可證明在親水性高的基材 在蒸發後段，因接觸面積的縮小而造成底邊長 度相對更明顯的變化，而使在時間變化率更明 顯的不穩定震盪。 圖八. (a)小體積液滴底邊長度相對時間的變化 (b) 大體 積液滴底邊長度相對時間的變化 從圖八中可看出具疏水性特質基材，液滴 並無如親水性基材，會固定住接觸面的邊緣， 而是隨著蒸發而逐漸縮小，但因受到表面張力 的影響其接觸角的變化，也限制住往邊緣攤 開，因此不會更親水基材在蒸發其間維持無變 化情形出現，在後段蒸發過程更大幅度的變 化。從底部長度及中心高度隨時間變化曲線中 可看出，在一般玻璃表面上，液滴蒸發在一開 始以中心高度變化更較大幅度的變化，而底邊 長 度 在 相 較 之 下 變 化 率 是 維 持 較 緩 慢 的 變 動，因此在固液相交處是維持無明顯改變的情 形。在接近完全蒸發時底部長度會出現往液滴 中心靠攏的情況，此時接觸角才更明顯變化。 4.2 微結構噴印液滴自組成 在圖九之微透鏡的成形上可觀察到，在利 用噴墨技術製程可改變噴印的次數，以控制液 滴堆疊的高度及體積，加上原本利用微結構改 質表面，使表面更表面張力的驅動，致使液滴 產生自組成能力及限制住液滴數過多液體更 往邊緣擴散的機會，相對地往高度產生增大的 情形，進而改變微透鏡的曲率。 圖九. (a) 噴印堆疊5 次，角度約為45˚(b) 噴印堆疊10 次，角度約為60˚(c) 噴印堆疊15次，角度約為80˚(d) 噴 印堆疊20次，角度約為90˚ 待微液滴蒸發固化後，因表面張力的關係 在蒸發過程中液體會更往中心凝聚，至使微透 鏡邊界與微結構接觸的地方會因完全蒸發，而 不相連接。所以，蒸發固化後可以很容易的就 將微透鏡脫離結構，微結構本身材質PDMS疏 水性高的特點，因此噴印的液滴不會與結構相 接在一起，即使微透鏡脫離後結構依然維持乾 無殘留材料。因此，可以使用為下一批次微透 鏡製作的模子，如圖十所示： 圖十. 透鏡脫離微結構成型(a)、(b)、(d)為單顆元件成形 (c)為陣列成形
6/7 -4.3 表面形貌 微透鏡元件的檢測中以光學效果為主要的 考量，而以固化的微透鏡進行表面形貌的觀 察，利用SEM 不同倍率的轉換下，以了解噴 印添函微分子之水溶液在水分完全蒸發，其在 蒸發過程是否會更應力產生，而致使表面更裂 痕或凹击不平的成形面，這些更缺陷的成形都 是會導致光學條件更缺點的原因。如圖十一所 示，在放大至3000 倍率下可以觀察表面，並 無因蒸發而產生的應力破裂情形，亦無凹凸不 平的成形面。 圖十一. 放大倍率3000的透鏡表面 4.4 透鏡光學測試 實驗結果可發現到，在陣列的透鏡成像上 會具高光穿透率情形發生，但在光中心所呈現 出來的透鏡成像上看出，光在穿過微透鏡時是 在可以增強光強度，從越靠近中心點的地方越 明顯可以觀察到，如圖十二所示： 圖十二. 微透鏡光學經雷射照射成像 五. 結論與建議 綜合而言，本研究以微液滴完成蒸發行為 變化之觀察分析，已獲得到液滴在異質性基板 上液滴接觸角、體積、高度、底邊直徑於各時 間點變化實驗結果；並改變液滴體積比較其異 質性基板上成形輪廓的不同變化控制。蒸發所 觀察到的液滴行為變化分析與多元尺度液滴 自組成技術，結合噴墨技術於微元件製作與成 形性結果，可運用於疏水表面能特性產生液滴 在表面自組成形，如此在蒸發固化後微元件即 可以簡易脫離微結構形成單獨元件。在未來幾 年的相關研究與產業應用方面，建議可進一步 發展自主的噴射元件與控制系統等，期望完成 更深入且完整的相關微液滴自組成元件的簡 易製作，並能夠推廣運用至光電流體微系統元 件。 六.計畫成果自評 本計畫已完成相關文獻之整理、微滴噴印 製程設計、製造與結構量測，可製作微模具及 噴印微型圓球形光學結構等，各項預定工作中 均已如期達到，全計畫進度已於 2011/7/31 計 劃結束前完成。在相關計畫成果方面，已陸續 完成國內學術會議論文 4 篇[13-16]、國際重要 會議論文 3 篇[17-19]、 SCI 國際知名期刊相關 論文 3 篇[20-22]及 ISBN 英文專書章節 1 篇[23] 等累積共計 11 件產出。 七. 參考文獻
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[19] Kun-Te Tu, Guo-Wei Huang, and Chin-Tai Chen*, "Inkjet Printed and Sintered Conductive Silver Lines on Flexible Polymeric Substrates," The 12th Electronic Circuits World Convention (ECWC12), Taipei, Taiwan, Nov. 9-11, 2011 (Accepted).
[20] Chin-Tai Chen*, Ching-Long Chiu, Chung-Yi Hsu, Zhao-Fu Tseng, and Chun-Te Chuang, "Inkjet-Printed Polymeric Microstructures in
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[21] Chin-Tai Chen* and Kun-Ze Tu, "Morphologies of Conductive Looped Liquid Lines Inkjet-Printed on Substrate Surfaces," submitted to Journal of Micromechanics and
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[22] Chin-Tai Chen* and Kun-Ze Tu, "Inkjet Printing of Individual Polymer Micro Parts Self-Shaped with Hemispherical Caps," submitted to Sensors and Actuators A, 2011 (under review). (NSC 99-2221-E-151-034) [23] Chin-Tai Chen*, "Inkjet Printing of
Microcomponents: Theory, Design, Characteristics and Applications," One chapter in Book: Liquid Crystal Displays, ISBN 978-953-307-899-1, InTech Open Access Publisher, 2011 (In publication).
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國科會補助專題研究計畫項下出席國際學術會議心得報告
日期： 100 年 10 月 26 日一、 參加會議經過
第 16 屆固態感測器、致動器及微系統國際學術會議(The 16th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Transducers’11)乃每兩年一度之國際重要微機電系 統與奈米技術(Microelectromechanical Systems and Nanotechnology)領域研討會議之一；始自 1981 年起，分別於 Delft、Philadelphia、Tokyo、Montreux、San Francisco、Stockholm、Chicago、Sendai、 Munich、Boston、Seoul、Lyon、Denver 等地城市舉行。今年度(2011)於 6 月 5 日至 9 日於中國北 京(Beijing, China)的國家會議中心(China National Convention Center, CNCC)舉行，見圖一所示。4 天的研討會議主要包括三場次的特別邀請演講(Plenary Lectures)、四個不同主題場次而同步進行之 口頭論文報告(oral presentation)與海報展覽(poster presentation)等內容，歷經 30 年來已為重要的大 型國際微機電學術研討會議之一。此次會議投稿論文 1652 篇，分別來自超過 30 個不同國家與地區 (與會人士分別來自美洲、歐洲、與亞太等)，共計約有 743 篇論文發表(包括口頭報告 214 篇、海報 展覽 529 篇)，故錄取率僅約 45% (口頭報告僅約 13%)。 圖一: 第 16 屆固態感測器、致動器及微系統國際學術會議會場(中國、北京) 計畫編號 NSC 99－2221－E－151－034－ 計畫名稱 異質性精密噴印製程及其於微奈米光電流系統應用 出國人員 姓名 陳錦泰 服務機構 及職稱 國立高雄應用科技大學 助理教授 會議時間 100 年 6 月 5 日至 100 年 6 月 9 日 會議地點 Beijing, China 會議名稱 (中文)第 16 屆固態感測器、致動器及微系統國際學術會議
(英文) The 16th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers’11)
發表論文 題目
(中文) 異質性表面高分子液滴沉積與自我成形分離成微元件
(英文) Polymeric Droplet Deposition and Self-Release Forming Micro Parts on Heterogeneous Surfaces
其中值得注意的是，在大會開幕首日(Opening Ceremony: June 6, 恰巧亦是 Dragon Boat Festival)，特別邀請三位演講者(Plenary Speakers)，包括分別來自日本、美國與德國的國際知名學者 如下:
(1) Hiroyuki Fujita (University of Tokyo, Japan)
講題: New Trends of MEMS/NEMS Based on Heterogeneous Process Integration Towards
Life/Green Innovation
(2) Roger T. Howe (Stanford University, USA)
講題: Vacuum Microsystems for Energy Conversion and Other Applications
(3) Roland Zengerle (University of Freiburg, Germany)
講題: Microfluidic Solutions for Miniaturization, Integration, Actuation and Parallelization of
Tests on Commercially Available Instruments
此三位特邀學者分別詳細闡述關於微機電異質製程整合技術之未來生活綠色科技發展 (Fujita，參見圖二)、真空微系統技術(Howe)與微流體技術應用商品化(Zegerle)等重要研究課 題，精彩生動的內容引起與會人士很大回響，其相關未來前瞻性研究態度或實務商品化成果 令人印象深刻。 其他各場次研討則包括有微奈米技術相關主題(Nano/Micro-electromechanical Systems, N/MEMS)，提供此些領域廣泛有趣的最新研究成果報告。此外，大會利用報到日期間(June 5)，安排舉辦不同主題的短期課程(short courses)與第 2 屆國際微奈米技術應用競賽(iCAN)， 亦使會議活動添加額外教育與趣味內容。
筆者此次發表一篇論文於 Wet Assembly 場次(Session II-3: 溼式自組立技術, June 7, Tuesday)，題目為 Polymeric Droplet Deposition and Self-Release Forming Micro Parts on Heterogeneous Surfaces (異質性表面高分子液滴沉積與自我成形分離成微元件)，約略 15 分 鐘的口頭報告(12 min)與問答(3 min)亦引起許多現場與會人士相關詢問與回應，特別是針對 於噴印製造元件的高分子材料與微致動器感到十分有興趣，報告會後彼此亦進行學術意見交 流(參見圖二)。
3 二、與會心得
誠如大會主席 S. Xia (General Chair)歡迎致詞所言，本屆 Transducers’11 會議再次吸引了國際上微 奈米技術研究學者熱忱參與，並將諸多最新的跨學術領域研究成果展示與互動交流。其中研究課題 十分廣泛，包括有物理感測微系統 (Mechanical /Physical Sensors and Microsystems)、化學感測微系統 (Chemical Sensors and Microsystems)、生物感測微系統 (Bio-Sensors and Bio-Microsystems)、醫學微 系統(Medical Microsystems)、微流體(Microfluidics)、材料製造與封裝技術(Materials, Fabrication and Packaging Technologies) 、 理 論 設 計 與 測 試 (Theory, Design and Test Methodology) 、 微 致 動 器 (Actuators)、射頻與振盪器 (RF MEMS, Resonators, and Oscillators)、光學微機電(Optical MEMS)、奈 米材料與元件製程(Nanoscale Materials and Fabrication, Devices and Systems)、能源微機電(Energy and Power MEMS)等。由於會議報告課題很多而時間有限，故大會議程便安排不同場次同一時間進行。 筆者近年研究工作領域多為利用微流體製造微奈米光學元件，故主要參加微奈米製造技術、微奈米 流體與光學微機電等場次，其相關與會論文心得擇要敘述如下: 1. 微流體: 包括微米至奈米級流體相變化(蒸發汽化與固化)、微質傳與熱傳導等實驗、模擬計 算分析與設計應用，可藉由表面力、電泳力、壓力等攜帶運送各種微粒子材料(例如，生醫、金屬 顆粒與高分子)。其中，生物、光、電元件與微流體系統具有跨光、電、流、生化等領域結合，目 前至幾年內將仍是國際上十分重要的基礎與應用研究課題。 2. 光學微機電: 包括微投影機、電子紙與微光通訊等微系統設計製作，其多具有許光導管、 多微透鏡、微型面鏡與電致動器等元件，藉由現今光微影與軟性製造技術完成。特別是，相關材 料自我合成與元件自組立技術，可應用於此些多層通道之複雜光機電系統，其相關學理研究與產 業應用是十分有趣且商業潛力十足。 3. 材料製造與封裝技術: 包括新奈米級材料(例如，奈米碳管)，製作線寬至奈米級的精密加工 製造技術，可完成機械、電子、生物、化學等不同需求的奈米級元件與微米級系統。除了現今光 微影製造技術外，正發展中的新興製造技術已提供更多的可供選擇使用方式，包括微奈米壓印技 術與軟性微影技術等，其未來 5~10 年國際技術發展趨勢與產業化潛力，十分值得國內相關研究長 期地密切留意之。
此外，在第 3 天的 Session-V 會議期間(June 8, Wednesday)，有幸遇到國際知名的光流體研究學 者 D. Psaltis (EPFL, Switzerland)，其特別受邀發表 Optofluidics 專題演講(Invited Speech)，吸引了數 百人於會場裡聆聽其光流體研究成果的精彩內容；並有數場其他學者相關生物方面的微光流體研 究發表。由於其多元化基礎與廣泛應用，此類微光流體的研究無庸置疑地將是未來微系統領域重 要的新興課題之一。
三、建議
微奈米技術無疑是本世紀初最重要的新興技術，在生醫與光機電諸多方面具有極寬廣的產業 技術應用潛力；此新興跨領域之未來空間可提供國內新進學者許多很好的基礎、整合與應用型研 究課題，亦可未來國內此些相關產業提供次世代新興產業的重要商品化研發基礎。筆者有幸在此 專題研究計畫裡，獲得補助參加此屆 Transducers’11 國際會議，受益良多而十分感激；後年(2013)， 第 17 屆 Transducers’13 會議(暨 EUROSENSORS XXVII)將移於西班牙、巴塞隆納舉行(Barcelona, Spain, June 16-20, 2013)，亦將規劃繼續前往參加，希冀屆時能獲得更多相關經費補助(特別是研究 生出席國際會議補助費用)。 由於此微奈米新興技術具國際重要性與高度競爭性，包括我國鄰近的中國大陸、香港、新加 坡、韓國、日本皆積極推動參與，筆者十分建議未來可以更充足的經費鼓勵新進學者與研究人員(碩 博士)投入各類之相關新研究課題，以協助跨越領域與國際障礙，更快速建立具特色的前瞻性技術 量能，為將來實際產業應用與國際化奠定最深且廣的充足人才與強烈競爭力。 四、攜回資料名稱及內容
1. Technical Digest, The 16th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers’11).
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2011/10/28國科會補助計畫
計畫名稱: 異質性精密噴印製程及其於微奈米光電流系統應用 計畫主持人: 陳錦泰 計畫編號: 99-2221-E-151-034- 學門領域: 熱傳學、流體力學研發成果名稱
(中文) 噴印製程液滴自組成技術(英文) Droplet Deposit Formation by Inkjet Printing Technology
成果歸屬機構
國立高雄應用科技大學發明人
(創作人)
陳錦泰技術說明
(中文) 本技術提出先藉由化學和物理的表面處理方式製作一微型模具，作為微滴成形之 輪廓控制模板。當液滴著陸於此微型模具後，在固液氣三相間的耦合將瞬時產生 交互作用下，其總是遵循著最小表面自由能量的路徑繼續行進，以利於穩定地控 制其形成最終穩定平衡狀態；這是精確定義圖案化時所不可或缺的生成要素，其 達到導引液滴進入正確的表面位置，減少因流體的不穩定性產生的過去成品不良 問題。 在此類微模具結構裡，可以藉由即需即噴的噴墨技術，以數位佈放的運動進給方 式，將數個微液滴精準地投射入微結構，並自主地形成一液態流膜，最後蒸發乾 燥後固化成一微結構體。在於應用多尺度噴印製程技術來簡化傳統繁瑣的微影蝕 刻製程，同時兼具節約耗材的環保技術特色，以製作出各類可調變之微結構元件。 利用微結構表面基材，可重覆使用與大量生產，節約傳統製程裡每個成品皆需光 罩設計製作、光阻曝光顯影的時間與耗材損失，只需在電腦輔助設計繪製圖檔後 (CAD)即可定義出所需尺寸圖像，因此可大幅提高其經濟生產效率。(英文) The generation of droplets and structured surface of substrates are certainly the most significant for the microfluid-based fabrication processing. Therefore, several key considerations of the research are proposed, including the colloidal drop design, liquid evaporation process, surface-treated substrates, microstructured surfaces, droplet deposition methods and optical applications. We can gain controllable high-quality performances in fabricating various two- to three- dimensional objects on normal substrates. The substrates microstructured by photo- to soft-lithography play a critical role on the droplet flowing and evaporation. As a result, the incoperation of the droplet and heterogeneous sufaces were combined and applied to fabricate the transparent millimeter- to micro-meter structures for some potentional applications such as optical MEMS devices.
產業別
光學及精密器械製造業技術/產品應用範圍
可能應用之產業別: 微機電系統、光電等產業界…。 可能應用之產品: 微透鏡、微鏡面、微透鏡陣列、微鏡面陣列、微顯示器、微投影機…技術移轉可行性及
預期效益
微系統精密製造技術與光電應用(半導體與顯示器)技術皆為目前極重要的產業，可望藉 此噴印製程提高設計技術能力、降低產品製造成本、增加產業競爭力。 註：本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。99 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：陳錦泰 計畫編號： 99-2221-E-151-034-計畫名稱：異質性精密噴印製程及其於微奈米光電流系統應用 量化 成果項目 實際已達成 數（被接受 或已發表） 預期總達成 數(含實際已 達成數) 本計畫實 際貢獻百 分比 單位 備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ... 等） 期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 1 1 100% 研討會論文 4 4 60% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 5 5 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國內 參與計畫人力 （本國籍） 專任助理 0 0 100% 人次 期刊論文 1 1 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 3 3 60% 篇 論文著作 專書 1 1 100% 章/本 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國外 參與計畫人力 （外國籍） 專任助理 0 0 100% 人次其他成果
(
無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。) 1.協助東福公司微滴冷卻系統技術. 2.個人指導專題學生黃正智、吳忠縉、黃啟晉、呂昶憲之「高節能、省水與數 位控制之微液滴噴霧冷卻裝置」作品獲 2011 南區技專校院師生產學合作實務 專題製作競賽 綠色能源組冠軍. 3.個人指導研究生黃國維、洪慈憶、蔡宗瑋之「常溫下之微液滴蒸發沉積」作 品入圍 2011 東元創意科技競賽 Green Tech 決賽.4.獲邀擔任 Journal of Micromechanics and Microengineering 國際期刊 Paper Reviewer.
5.獲邀擔任 Journal of Micromechanical Systems 國際期刊 Paper Reviewer. 6. 獲 邀 擔 任 The 6th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2011) Local Organizing Committee Member. 成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0 科 教 處 計 畫 加 填 項 目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0
