｜精細印刷技術與應用

摘要：印刷技術的發展已超過一千年歷史，除了低製作成本、高產率的優勢外，近年來先進印刷材料的大量開發，更加速了印刷技術於光電、半導體以及生醫方面的應用，不論於研究單位或業界都廣受矚目，因此，本文將針對目前各種印刷技術的操作原理、發展現況及各印刷技術的優勢進行介紹。

Abstract: Printing technology has been developed more than one thousand years due to it has many advantages such as low fabrication cost and high throughput. Besides, more and more advanced printing materials are developed recently, that will enhance the development of printing application in optical-electronics, semiconductor, and biomedicine industries. In this article, we introduce the working principle and present situation of each mainstream printing technology.

關鍵詞：印刷技術及應用、低成本高產率製程、細線路導線

Keywords：printing technology, low fabrication cost and high throughput, fine line conducting wire

前言
人類文明之初始於結繩記事，由簡單的纏繩之技可預見了人類的科技新未來。紙筆的發明奠定了文明的基礎，直到現今各式各樣的電子產品如電腦及各種行動電子裝置，大量的資訊可輕易地藉由網際網路或衛星通訊流通，使21世紀紮紮實實成為一個e世代。縱觀人類科技文明之發展，其中的轉變皆歸功於積體電路與電晶體的發明，引導著這些電子資訊功能的進展。近二、三十年來積體電路技術發展可謂突飛猛進，積體電路的應用已擴及到日常生活當中的各個層面，實際上半導體元件已有相當久遠的歷史，最初1874年Braun早期的研究發現銅或鐵和硫化鉛的金屬-半導體接觸具有非對稱的電傳導特性，接著於1947年William Shockley、John Bardeen以及Walter Brattain在美國貝爾電話實驗室製作出第一顆電晶體元件，自1960年由Kahng和Atalla所開發出的第一顆金氧半電晶體（Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）後，也等同於宣告積體電路時代的來臨。隨後半導體元件在許多學者研究人員的創新之下，開發出許多具有潛力的明星產品，諸如發光二極體、太陽能電池、彩色液晶電視，以及目前最熱門的觸控面板等，使人類的生活更為豐富，也附加了許多的便利性與娛樂性。

以核心技術的觀點來看，鍍膜及圖案化技術是整體半導體元件製程的關鍵技術，欲完成單一金氧半電晶體元件，至少要重覆七道的鍍膜及圖案化的程序，其中鍍膜設備包含離子佈植、蒸鍍、濺鍍…等，在圖案化部分則包含光阻塗佈、微影、蝕刻等。上述製程中將大量採用酸、鹼、有機溶液及列管毒氣等，所產生的廢料、廢液和廢氣等有害物質，更將嚴重破壞自然生態，此外在環保維護的工作上亦需投注大量的心力以及更多額外的經費，在環保議題受全球列為重要課題的今日，勢必須尋找其他可行的綠色製造方案，以共同為全球環保努力。就製造成本而言，前述製程不論設備的購置以及材料利用率上，都有進一步提升的空間。真空鍍膜及圖案化微影製程技術，雖然是穩定可靠的製造方法，但不論就環保議題或製造成本而言，已逐漸面臨重新檢討的必要。因此迫切需要能取而代之的圖案化技術以突破所面臨的問題以提升效益。

「印刷」一個即古老確又新潮的工藝技法，在因應全球綠色製造潮流的今日，又重新被提起，加入新的材料技術及創意，將使它有機會成為引領新興科技製造革命之鑰。生活周邊大量的圖文製品，諸如報章雜誌、紡織品、包裝紙…等大多採用印刷技術來製作，歷經超過一千多年的洗禮，它依然存在，代表該技術具有其不可取代之特性，但到了90年代，印刷技術不單單只是單純應用在傳統紡織或是商品包裝等相關方面，更值得注意的是在一些印刷電子，亦或軟性電子（Flexible Electronics）等領域，印刷技術又找到了扮演的角色，由於能將設計圖形大量且快速精確地複製於電子產品的基材上，以達到製程快速、成本低廉，同時兼具環保概念，使得印刷電子儼然成為各方所矚目的焦點技術。

多數的半導體材料是以無機物為主，主要的特點在於極高的載子移動率，然而在軟性電子應用中，產品曲撓過程中將導致無機物材料產生裂痕，產品無法使用。反觀有機/高分子雖然載子移動率不如現有的無機材料，但卻具有可撓特性，因此有機半導體材料常被用以製作軟性電子產品。根據市場調查公司IDTechEx對有機與印刷電子之市場分析，將軟性電子產業可區分為三大類：（1）軟性顯示產業；（2）軟性能源產業；（3）其他-如邏輯運算、資料記憶、感知器、無線智慧標籤等與電子運算相關之軟性電子產業。於2006年市場報告指出，全球整體軟性電子市場規模預估2010年可達47.5億美元的產值，2015年可達300億美元，而2025年更可達2500億美元。依據目前的發展趨勢，軟性電子市場應用可分為三個階段：第一階段（2010年前）市場以軟性顯示器為主要產業；第二階段（2011至2015年）能源及顯示產業各約佔有25%之市場；第三階段（2020至2025年）軟性照明以及邏輯運算及記憶體產業興起。現階段國際軟性電子的研發活動主要均集中於軟性顯示器、軟性太陽能電池以及有機電子元件的研究與開發應用，並試圖與行動生活、生醫電子及綠色能源生活等結合。因此，各研究機構普遍認為，短期之內，低階軟性顯示器（如用於廣告用看板或可攜式電子裝置的顯示器）、無線辨識智慧型標籤（例如含顯示功能之無線辨識標籤、或是含有感測器之智慧型標籤等）及兩者的組合會是最主要的應用發展方向。以下將介紹目前印刷電子的主流技術及其原理，以及目前發展的現況。