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專題題目：奈米彩繪轉印
-以矽油降低介面的黏性
指導教授：王聖璋 老師
組
員：胡閔程、林冠成
呂泓昇、黃盛彬
1
前言
電泳沉積有著操作簡易、可在室溫下操作、沉積顆
粒小、成本低廉及沉積速度快等優點，可披覆鍍膜
於形狀複雜且微小之導電基板。
奈米轉印微影術由於不受光學式微影繞射極限之限
制，加工解析度可達10奈米之內，加工原理簡單及
加工速度快。
2
先前研究
電泳沉積在沒有離型層的試片上有很大的附著力。
熱壓轉印需要高溫高壓才會達到完全轉印的效果，
但是會使木材烤焦及變形。
溫度200℃、壓力3噸、時間3分鐘
3
研究動機
我們要改善銅片與電沉積物間的附著力，使
熱壓轉印能在低溫低壓下達到完全轉印。
嘗試以Primer和矽油來作為試片與沉積物的
隔層，來使沉積物和試片之間的附著力降低。
附著力的降低在熱壓時的壓力及溫度亦可大
幅的下降，並且讓電泳後的試片能在低溫低壓
下完全轉印至木材上。
4
矽油特性
矽油是一種無色的物質其黏度變化大，使其
呈現出稀薄如水、黏稠、果膠的液體。
有良好的電特性、耐溫、優良的離形度、防
水性及消泡性質，使其比一般相同的有機物
質更好用。
一般使用矽油的範圍很廣泛。例如：電絕緣油、
抗震油、導熱、紡織精製劑、防水、離形劑、
拋光、消泡劑及化妝品等。
5
廠商試片微影製程
試片主要由銅箔包覆一層玻
璃纖維，在試片上塗膜一層
玻璃纖維 光阻，在未附著光阻地方為
電泳面積
銅片
光阻
白色部分為基材
黃色部份為光阻
要進行四種不同顏色熱壓的試片
6
實驗流程
Spin Coating
烘烤
離型層
銅片
烘烤140℃6min
電泳漆
離型層
電泳沉積
銅片
烘烤
烘烤140℃ 10min
電泳漆
熱壓轉印
木材
7
實驗內容
1.試片電泳前塗佈Primer和矽油之比較
2.電泳時間、電壓不同之比較
3.試片Spin coating→電泳→烘烤→壓印
4.熱壓轉印時改變各種壓力(2T、1T、0.5T)、時
間(2min、1min、30s)、溫度(150℃、100℃)
5.同一木材進行四種顏色四次熱壓轉印
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塗佈Primer試片熱壓轉印
熱壓參數 150℃ 1.5噸 2分鐘
50V
100V
150V
30s
△
△
△
60s
△
△
△
90s
△
△
△
電壓參數
電泳時間
X
△
○
Primer
銅片
試片顏料無法完全轉印過去
轉印之圖形會有暈散的現象
電壓和時間越大圖形暈散越明顯
高溫高壓雖然有完全轉印過去，
但是木材已經嚴重變形及烤焦
9
熱壓200℃ 2噸 3分鐘
Primer+矽油試片熱壓轉印
Primer
矽油
銅片
Primer
銅片
熱壓參數:150℃ 1.5噸 2分鐘
離型層
電壓參數
150V30s
P1:2
△
P1:3
P1:4
X
X
P1:5
△
沉積有些地方有完全轉印有
些地方則轉印不過去
P1:2
P1:3
P1:4
P1:5
Primer+矽油是有機會可以
達到完全轉印的效果
10
各比例矽油電泳
矽油
各比例矽油是由矽油+甲苯下去調配的
配方: 矽油:甲苯
矽油比例
1:1
膜厚(μｍ） 4.623
1:2
3.972
1:3
2.259
1:4
銅片
1:5
1.276
1.115
電泳50V30秒
矽油1:1
矽油1:2
電泳100V30秒
矽油1:1
矽油1:2
矽油1:3
矽油1:3
矽油1:4
矽油1:5
矽油1:4
矽油1:5
矽油含量越低電泳沉積越好
電泳電壓提高時，沉積的效果也越理想
11
各比例矽油熱壓轉印
熱壓參數: 150℃ 1.5噸 2分鐘
矽油比例
1:1
1:2
1:3
1:4
1:5
50V 30s
X
△
X
100V 30s
X
X
△
○
○
○
△
電泳參數
X
△
○
雖然有完全轉印過去但是高溫
高壓之下已經造成木材的變形與
烤焦
12
熱壓轉印成品
熱壓1.5噸150℃ 2分鐘
熱壓0.5噸150℃ 1分鐘
熱壓1噸150℃ 2分鐘
熱壓0.5噸150℃ 2分鐘
熱壓0.5噸150℃ 30秒
熱壓0.5噸100℃ 30秒
塗佈矽油之試片熱壓時壓力越大，轉印越不理想
熱壓溫度越低轉印色澤較均勻鮮艷
13
電泳四種顏色試片熱壓
電泳100V 30秒
熱壓0.5噸 100℃ 30s
使用其他色料進行電泳沉積也是可以達到轉印的預期效果
14
單一木材四次熱壓轉印
紅色試片
黃色試片
藍色試片
黒色試片
將廠商試片浸泡在3%NaOH + 97% DIwater中
加熱至60度，直到絕緣膜脫落為止
紅色除膜後
黃色除膜後
黑色除膜後
藍色除膜後
15
木材四次熱壓之圖形
經過四次熱壓之後，木材沒有變形及烤焦
先轉印之圖形會被之後的試片反轉印回去
試片使用100V 30s 電泳表面會有明顯的沉積顆粒
16
轉印後烘烤實驗
紅色轉印後
紅色烘烤後轉印藍色
紅、藍色烘烤後轉印黑色
轉印後烘烤150℃ 10分鍾
轉印後烘烤再轉印之試片沒有產生被反轉印情況
有烘烤過的木材轉印顏色也較鮮艷飽和
轉印後烘烤再轉印之試片
17
低濃度矽油電泳之試做
電泳參數
矽油比例
20V30s
30V30s
1:10
X
△
1:15
X
△
X
△
40V30s
○
○
50V30s
○
○
60V30s
○
○
○
矽油濃度降低時電泳電壓確實可以降
低許多
電壓的降低使其沉積表面較之前高電
壓平坦
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低濃度矽油試片熱壓轉印
熱壓參數:0.5噸 100℃ 30秒
電泳參數
矽油比例
1:10
1:15
X
20V30s
30V30s
X
△
△
X
△
40V30s
○
△
50V30s
△
△
60V30s
○
△
○
矽油濃度的降低造成了轉印的困難
19
問題
項目
問題
解決方案
1.
矽油使用棉花棒塗佈時會有
不均勻的情況
使Spin coating
機進行塗佈
2.
旋轉塗佈轉速越低，電泳沉
積也越困難
提高旋轉塗佈的
轉速
3.
矽油比例越低電泳沉積越不
理想，甚至電鍍不上去
提高電泳時候的
電壓或者提高矽
油比例
20
問題
項目
4.
5.
6.
問題
解決方案
電泳後的試片電壓越大電 降低電泳電壓，
泳沉積表面越粗糙，會有
沉積顆粒出現
廠商試片在去除絕緣膜時， 提高NaOH溶液的
會有去除不乾淨的情況
溫度
同一試片進行多次熱壓會
有圖形反轉印的情況
在每次轉印之後
烘烤，使圖形顏
料固化再轉印
21
結論



矽油比例越高，越容易電泳沉積。
矽油1:1到1:5可以使電鍍薄膜和試片產生
有效的隔離作用。
以矽油當離型膜時有壓力越大熱壓越不理
想的情形。
22
結論




廠商試片使用100V30s進行電泳時表面會有
明顯顆粒。
廠商試片同一木材進行四次熱壓有經過烘
烤和沒烘烤的木材有顏色飽和鮮明與否的
差異。
提高矽油和甲苯的比例可以降低電泳電壓
使沉積比面更加平坦。
矽油和甲苯比例的提高也降低了沉積物和
試片分離能力。
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計劃表執行進度表
完成度(%)
100
80
資料閱讀
60
投影片製作
40
電泳沉積
20
熱壓轉印
0
2
3
4
5
6
月份
24
專業知識與訓練
1.做實驗前步驟計畫與細心執行
2.了解奈米微影技術以及奈米轉印技術的製程
與應用
3.分析技術(如AFM、SEM)的原理及操作方式
4.電化學沉積應用原理與執行
5.熱壓轉印應用原理與執行
25
參考文獻
1.
2.
3.
4.
5.
6.
http://nano.nchc.org.tw/dictionary/Optical_L
ithography.html
機械工業期刊第279期、第294期96年9月號
新興機械產業技術簡訊第27期93年04月15日出刊
http://www.twtfc.com/ (尚志精密化學(股)公司)
物理雙月刊（廿三卷六期）2004 年 6 月
國立中央大學機械工程研究所博士論文-界面活性
劑與電泳輔助放電加工之研究
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