CN104325803A - 网版印刷膜及其表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网版印刷膜及其表面改性方法，所述方法包括：提供一基材，且此基材至少有一表面为聚乙烯醇(PVA)膜。通过产生一加热源及一等离子体源改性所述基材的所述表面，其中基材的受热温度范围为100℃至500℃之间，且产生加热源可以在产生等离子体源之前或之后进行。
Description
技术领域
本发明是有关于一种网版印刷设备，且特别是有关于一种网版印刷膜及其表面改性方法。
背景技术
精密网版印刷因技术进步，已成为太阳能电池或太阳能板上印制电极银线的主要制造技术。网版印刷膜乃定义电极线图样的印刷屏蔽。将其贴合于所欲印制的太阳能板上，并涂抹含有导电金属-通常为银-的浆料后，即可完成电极印制。而网版印刷膜则可在刮除残余浆料后，重新利用之，直到其表面浆料已难以刮除或膜本身破损。
网版印刷膜可以高分子膜或金属薄膜制，后者提供相当好的机械强度，可重复利用次数高，但制造成本相当昂贵。而以高分子膜制，虽成本低廉且技术门坎较低，但在浆料涂布后，将因高分子本身亲水且沾黏的特性而难以清除。残留的浆料在下次网印时，除了降低下次使用时的电极印刷质量外，网印膜在几次印刷后将不敷使用，整体来说势必增加太阳能电池电极的制作成本。近来有通过镀制疏水膜来改善浆料残留的问题，但网印膜本身若吸收浆料膨胀则会造成线宽改变或不均。
另外，特定的高分子膜如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)，因其组成是具有羟基(-OH)的长链状高分子。羟基不仅会与水产生氢键，小分子的PVA更能溶于水，所以用于网版印刷的PVA膜会吸浆料里的水分并因此膨胀。膨胀后的网印膜张力下降而不耐使用，且线宽会改变或不均，因此印刷质量难以提升。
发明内容
本发明提供一种网版印刷膜的表面改性方法，能使网版印刷膜具有疏水性、不沾黏性与不吸水膨胀。
本发明提供一种网版印刷膜，具有疏水性、不沾黏性与不吸水膨胀。
本发明的网版印刷膜的表面改性方法，包括提供一基材，且此基材至少有一表面为聚乙烯醇(PVA)膜。产生一加热源及产生一等离子体源沉积疏水膜改性所述基材的所述表面，其中基材的受热温度范围为100℃至500℃之间。
在本发明的一实施例中，产生上述加热源的步骤是在产生等离子体源之前或之后，或可同时进行的。
在本发明的一实施例中，上述加热源的加热时间为1秒～300秒。
在本发明的一实施例中，上述加热源的加热次数为1次～20次。
在本发明的一实施例中，上述加热源包含但不限于红外灯管照射、紫外光照射、接触式加热或使用微波或射频电磁加热。
在本发明的一实施例中，上述等离子体源为电子回旋共振等离子体(electron cyclotron resonance，ECR)或电容耦合等离子体(capacitance-coupled plasma，CCP)。
在本发明的一实施例中，上述等离子体源的压力范围介于10-4Torr至1Torr之间。
在本发明的一实施例中，上述等离子体源使用的反应气体是选自由碳氟气体、碳氢气体、氧气与惰性气体所组成的集合中的气体。
在本发明的一实施例中，上述惰性气体的流量占上述反应气体总流量的10％至75％之间。
在本发明的一实施例中，上述疏水膜包括碳氟膜及类金刚石膜的多层膜结构。
在本发明的一实施例中，上述等离子体源的等离子体覆盖面积至少为0.1平方公尺以上，例如在0.1平方公尺～4平方公尺之间。
本发明的网版印刷膜是使用上述方法进行表面改性的网版印刷膜，其特征在于所述网版印刷膜的表面的主成分为去OH基的聚乙烯醇(PVA)。
在本发明的另一实施例中，上述网版印刷膜表面为经等离子体镀制的碳氟及类金刚石疏水多层膜。
在本发明的另一实施例中，上述网版印刷膜与水的接触角大于100度、小于150度。
基于上述，本发明通过加热改性与等离子体改性，同时提升网版印刷膜的PVA膜表面的疏水性与水滴滑动性，并且能将会吸水的PVA膜改为不吸水的特性。因此，通过本发明改性的网版印刷膜能提升网印质量，间接降低太阳能电池的制作成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种网版印刷膜的表面改性流程步骤图；
图2是未处理的PVA膜与实施例中经加热改性的PVA膜的红外光吸收频谱图；
图3是未处理的PVA膜与实施例的网版印刷膜通过水滴接触角测试得到的示意图；
图4是未处理的PVA膜与实施例的网版印刷膜在不同阶段的重量变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是依照本发明的一实施例的一种网版印刷膜的表面改性流程步骤图。
请参照图1，于步骤100中，提供一基材，且此基材至少有一表面为聚乙烯醇(PVA)膜。
然后，可选择进行步骤102或步骤104；也可同时进行步骤102和步骤104。步骤102是产生一加热源，改性所述基材中为PVA膜的表面，其中基材的受热温度范围为100℃至500℃之间。上述加热源的加热时间例如在1秒～300秒，且加热次数可进行1次～20次。举例来说，可使用如红外灯管或紫外光之类的加热源进行数次短时间局部照射；或者，上述加热源可为接触式加热，如接触式加热板进行局部瞬间加热；或者，使用微波或射频电磁波，对披覆于PVA膜底部的不锈钢网进行电磁加热，使得PVA膜进行热裂解或再交联(cross-linking)，而不至于熔解或烧灼一般设于网版印刷膜外侧的固定胶，达到PVA膜改性而不吸水的特性。经步骤102改性的PVA膜通过检测发现其主成分是去OH基的PVA。
步骤104是产生一等离子体源改性所述基材中为PVA膜的表面，以进行网版印刷膜的疏水及抗水改良。经过步骤104之后，PVA膜表面会沉积疏水膜故具有疏水性、不沾黏性与不吸水膨胀。例如基材中为PVA膜的表面的水接触角变大，即网版印刷膜与水的接触角可大于100度、小于150度。所述等离子体源例如电子回旋共振等离子体(electron cyclotronresonance，ECR)或电容耦合等离子体(capacitance-coupled plasma，CCP)。上述等离子体源的压力范围例如介于10-4Torr至1Torr之间。等离子体源使用的反应气体例如是选自由碳氟气体、碳氢气体、氧气与惰性气体所组成的集合中的气体，且惰性气体的流量譬如是与其他反应气体呈特定比率，如占反应气体总流量的10％至75％之间。
上述等离子体源的等离子体覆盖面积至少为0.1平方公尺以上，例如在0.1平方公尺～4平方公尺之间。本实施例为实现上述大面积的微波等离子体源，可使用小面积的窗格搭配金属窗框所构成的多发射源ECR(multi-source ECR，MECR)来组成大面积的装置(参照台湾专利公开号TW201230886的装置)，所以能使每个等离子体激发单元独立产生互不相干的等离子体源而达到高密度及高均匀度的大面积等离子体，还可解决大面积的窗格(如石英玻璃)所带来的高成本及易受到大气压力压缩变形或碎裂的问题。
而且，步骤104所进行的等离子体改性还可以是由两道等离子体处理所构成；举例来说，可先进行能改善与PVA膜之间的附着性的平滑等离子体镀膜步骤，再进行表面疏水处理的疏水等离子体镀膜步骤。上述平滑等离子体镀膜可以是利用常温等离子体辅助化学气相沉积，镀制类金刚石膜(diamond-like coating，α-C：H)，因为类金刚石膜为致密的碳堆叠，所以水分子不易钻入且表面光滑不易沾黏。其中，可使用包含但不限于CH4、C2H2、C2H4、C3H6、C3H8等碳氢气体来作为等离子体源使用的反应气体。
而上述疏水等离子体镀膜则可利用多种不同种类等离子体形成碳氟膜(α-C：F)，其中可使用包含但不限于CF4、C2F6、C3F8等碳氟气体、或以适量O2搭配CF4、或以适量碳氢气体搭配CF4，使得C：F比例约2～3之间制备所述碳氟膜。至于上述疏水等离子体镀膜所采用的等离子体则包括电容耦合等离子体(CCP)、感应耦合等离子体(inductance-coupled plasma，ICP)、表面波等离子体(surface wave plasma，SWP)或电子回旋共振等离子体(ECR)，其中以表面波等离子体(SWP)与电子回旋共振等离子体(ECR)较适于作为碳氟膜的镀制手段。本实施例如经两道等离子体处理，可达到网版印刷膜的表面具有疏水的能力，且沾上水滴也极易随重力流掉，对于印刷浆料去除大有帮助。在步骤104的等离子体改性中如进一步的施加直流或射频偏压，可使得镀膜速率加快且镀制成品密度提升。
在本实施例中，使用ECR等离子体还有能同时在网版印刷膜的正反两面均能形成镀膜的功效。由于ECR等离子体因操作在相对低压环境(～mTorr)，等离子体扩散能力极强，即使是数微米的孔隙，对等离子体离子与自由基均可扩散进入，故能通过扩散至网版印刷膜的反面而形成疏水膜。如此一来，本实施例能解决传统等离子体处理时，疏水膜仅会在网版印刷膜的表面沉积，导致网版印刷膜的背面易黏附浆料且难以清除的问题。
在本实施例中，产生加热源的步骤102可在产生等离子体源的步骤104之前进行，也可以在产生等离子体源的步骤104之后进行；较佳是先进行步骤102，以减少热改性时的挥发气体破坏表面等离子体镀膜的机会。
以下列举几个实施例来验证本发明的功效，但本发明的范围并不局限于以下实施例。
实施例
首先，进行边胶遮框保护，所使用的网版印刷膜是Al／PTFE板并在其中设有PVA膜。然后利用红外灯管加热源，对PVA膜进行4～5次且每次约2.5秒的照射，其中每个红外灯管的功率是1300W。
然后，对进行上述加热改性的PVA膜先进行傅立叶变换红外线光谱仪(FTIR)检测，得到图2所示的红外光吸收频谱图。由图2可知经加热改性的PVA膜只有OH的吸收巨幅的减少，这代表分子原有的OH基已经几乎挥发掉，因此经加热改性的PVA膜通过检测发现是去OH基的PVA。
然后，将上述加热处理后的网版印刷膜进行一连串等离子体改性。详细制程是先建立真空(<2×10-5Torr)再于3.5mTorr的压力下使用C2H2和Ar作为等离子体源的反应气体进行1分钟左右的等离子体改性步骤，其中流量比为C2H2：Ar=1：1、每一等离子体源的微波功率为1800W，经此步骤应可于PVA膜表面形成类金刚石膜(α-C：H)。
接着，于5.8mTorr的压力下使用CF4、C2H2和Ar作为等离子体源的反应气体进行1分钟左右的等离子体改性步骤，其中流量比为CF4：C2H2：Ar=3：2：3、每一等离子体源的微波功率为1800W，经此步骤应可于PVA膜表面形成碳氟膜(α-C：F)。最终得到的网版印刷膜表面为经等离子体镀制的碳氟及类金刚石疏水多层膜。
然后将所得到的改性后网版印刷膜进行以下测量：
水滴接触角测试
通过水滴接触角测试得到如图3显示的结果，其中未处理的PVA膜与水的接触角约60度，但是经实施例改性过的网版印刷膜与水的接触角约114度，因此证明经实施例改性过的网版印刷膜可达到疏水效果。
重量变化测量
以原始状态的重量为100％，测量未处理的PVA膜与实施例的网版印刷膜在不同阶段的重量，并计算其重量差异比例，结果显示于图4。由图4可知，经实施例改性过的网版印刷膜在浸泡后的吸水量远低于未处理的聚乙烯醇(PVA)膜，所以证明经实施例改性过的网版印刷膜可达到不吸水的特性。
综上所述，本发明利用加热源与等离子体源对聚乙烯醇(PVA)为网印膜的太阳能电池用网版印刷膜进行表面改性，使其具有疏水性、低黏附性且不吸水而膨胀软化。通过本发明可大幅提升电极银线网印质量，间接有效降低太阳能电池的制作成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种网版印刷膜的表面改性方法，包括：
提供基材，该基材至少有一表面为PVA膜；产生加热源改性该基材的该表面，其中该基材的受热温度范围为100℃至500℃之间；以及产生等离子体源沉积疏水膜以改性该基材的该表面。
2.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，产生该加热源的步骤是在产生该等离子体源之前或之后，或可同时进行。
3.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该加热源的加热时间为1秒～300秒。
4.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该加热源的加热次数为1次～20次。
5.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该加热源包括红外灯管照射、紫外光照射、接触式加热、或使用微波或射频电磁加热。
6.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该等离子体源为电子回旋共振等离子体或电容耦合等离子体。
7.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该等离子体源的压力范围介于10-4Torr至1Torr之间。
8.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该等离子体源使用的反应气体是选自由碳氟气体、碳氢气体、氧气与惰性气体所组成的集合中的气体。
9.如权利要求8所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该惰性气体的流量占该反应气体总流量的10％至75％之间。
10.如权利要求8所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该疏水膜包括碳氟膜及类金刚石膜的多层膜结构。
11.如权利要求1所述的网版印刷膜的表面改性方法，其特征在于，该等离子体源的等离子体覆盖面积至少为0.1平方公尺以上。
12.如权利要求11所述的网版印刷膜的表面改性方法，其中该等离子体源的面积的等离子体覆盖面积在0.1平方公尺～4平方公尺之间。
13.一种使用如权利要求1所述的方法进行表面改性的网版印刷膜，其特征在于：所述网版印刷膜的主成分为去OH基的聚乙烯醇。
14.如权利要求13所述的网版印刷膜，其特征在于，该网版印刷膜表面为经等离子体镀制的碳氟及类金刚石疏水多层膜。
15.如权利要求13所述的网版印刷膜，其特征在于，该网版印刷膜与水的接触角大于100度。
16.如权利要求13所述的网版印刷膜，其特征在于，该网版印刷膜与水的接触角小于150度。
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