CN105826485B - 可挠性环境敏感电子元件封装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可挠性环境敏感电子元件封装，其包括一可挠性电子元件、一薄膜封装层以及一封止结构。薄膜封装层覆盖可挠性电子元件，且封止结构覆盖薄膜封装层与可挠性电子元件。封止结构包括一第一部分以及一第二部分，第一部分覆盖可挠性电子元件与薄膜封装层，且第二部分覆盖第一部分。第二部分的杨氏系数介于0至100MPa，而第一部分的杨氏系数大于第二部分的杨氏系数，且第一部分的厚度小于第二部分的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种可挠性环境敏感电子元件封装，且特别是涉及一种能够兼顾挠曲特性以及阻气特性的可挠性环境敏感电子元件封装。
背景技术
随着电子产品中元件设计日趋精密，对于水气/氧气的阻障能力的需求也随之提升。以有机电激发光元件为例，由于有机电激发光元件对于水气与氧气的渗入极为敏感，现行的封装技术通常是采用薄膜封装层(thin film encapsulation，TFE)、全面性封止结构(sealing adhesive)、阻气层(gas barrier film)以及盖板对有机电激发光元件进行封装，以确保有机电激发光元件不易受到水气与氧气渗入进而影响其特性。封止结构可采用热固胶，热固胶具有较佳的阻气特性，但当热固胶被应用于可挠性有机电激发光元件的封装时，封装后的可挠性有机电激发光元件若要从硬质基板上取下，热固胶所产生的应力会导致可挠性有机电激发光元件损伤。此外，热固胶的挠曲特性不佳，不利于可挠性有机电激发光元件的挠曲。
承上述，可挠性有机电激发光元件在封装时，如何兼顾挠曲特性、阻气特性以制作工艺便利性，实为目前仍待开发的重点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可挠性环境敏感电子元件封装，以解决上述问题。
为达上述目的，本发明提供一种可挠性环境敏感电子元件封装，其包括一可挠性电子元件、一薄膜封装层以及一封止结构。薄膜封装层覆盖可挠性电子元件，封止结构覆盖薄膜封装层与可挠性电子元件，封止结构包括一第一部分以及一第二部分，第一部分覆盖可挠性电子元件与薄膜封装层，且第二部分覆盖第一部分。第二部分的杨氏系数介于0至100MPa，而第一部分的杨氏系数大于第二部分的杨氏系数，且第一部分的厚度小于第二部分的厚度。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1G为本发明第一实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的制作流程示意图；
图2A与图2B分别为本发明第二实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的上视示意图与剖面示意图；
图3A与图3B分别为本发明第三实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的上视示意图与剖面示意图；
图4A与图4B分别为本发明第四实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的上视示意图与剖面示意图；
图5A至图5E分别为不同封止结构的剖面示意图。
符号说明
100、100'、100”、100”'：可挠性环境敏感电子元件封装
110：可挠性电子元件
112：可挠性基板
114：环境敏感电子元件
GB1：第一阻障层
120：薄膜封装层
122、124、126：薄膜
130、130a、130'、130”、130”'：封止结构
132、132'：第一部分
134、134'：第二部分
136、136'：侧壁阻挡结构
GB2：第二阻障层
C：可挠性盖板
具体实施方式
第一实施例
图1A至图1G是本发明第一实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的制作流程示意图。请参照图1A与图1B，首先，在一硬质基板SUB1上形成一可挠性电子元件110。在本实施例中，硬质基板SUB1例如为玻璃基板或是其他具备良好机械强度的基板，而可挠性电子元件110包括一可挠性基板112以及一环境敏感电子元件114，其中环境敏感电子元件114配置于可挠性基板112上。可挠性基板110的材料包括玻璃、金属箔(metal foil)、塑胶材料或聚合物材料，例如聚亚酰胺(polyimide,PI)、聚亚酰胺与无机混合物(hybrid PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚醚砜(Polyethersulfone,PES)、聚丙烯酸酯(polyacrylate,PA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalatc,PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚原冰烯(polynorbornene,PNB)、聚醚亚酰胺(polyetherimide,PEI)、聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)、环烯烃聚合物(Cycloolefin polymer,COP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃纤维增强型塑胶基板(Glass FiberReinforced Plastic,GFRP)、碳纤维强化高分子复合材料(Carbon Fiber ReinforcedPolymer,CFRP)等。举例而言，环境敏感电子元件114可为有机电激发光元件或是其他对于水气与氧气敏感的电子元件。前述的有机电激发光元件例如是有机电激发光显示器或有机电激发光光源，本实施例不限定环境敏感电子元件114的型态。
为了增进可挠性基板112的阻气特性，本实施例可在环境敏感电子元件114制作之前，选择性地于可挠性基板112上制作一第一阻障层GB1。此时，部分的第一阻障层GB1会分布于环境敏感电子元件114与可挠性基板112之间。第一阻障层GB1可为单层薄膜或是由多层薄膜所构成的叠层，本实施例不限定第一阻障层GB1的层数与构成材质。承上述，当第一阻障层GB1是由多层薄膜所构成的叠层时，第一阻障层GB1例如是由有机薄膜与无机薄膜交替堆叠所构成的叠层，当然，第一阻障层GB1也可以是由多层无机薄膜堆叠所构成的叠层。当第一阻障层GB1是由多层无机薄膜堆叠所构成的叠层时，第一阻障层GB1具有良好的阻气特性且在制造上较为容易，举例而言，第一阻障层GB1可为氮化硅与氧化硅交替堆叠的叠层。第一阻障层GB1的水气穿透率不高于10-2g/m2·Day，较佳为不高于10-6g/m2·Day。
接着请参照图1C，在制作完成环境敏感电子元件114之后，在可挠性基板112上形成一薄膜封装层120以覆盖环境敏感电子元件114。在本实施例中，薄膜封装层120包括多层相互堆叠的无机薄膜122、124、126，前述的无机薄膜122、124、126包括交替堆叠的氮化硅薄膜及碳氧化硅(SiOC)薄膜。然而，本实施例并不限定无机薄膜122、124、126的层数与材料，在其他实施例中，薄膜封装层120包括单层或多层的有机薄膜或是无机薄膜，也可以是上述的组合。举例来说，无机材料包括三氧化二铝(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或是碳氧化硅(SiOC)；有机材料包括聚对二甲苯(parylene)或是丙烯酸(acrylic)。此领域具有通常知识者当可依据实际的设计需求而作适当的更动。
为了避免吸收可挠性电子元件110的环境敏感电子元件114与薄膜封装层120之间的应力，本实施例可以选择性地于环境敏感电子元件114与薄膜封装层120之间制作柔软层(未绘示)，以增进可挠性电子元件110的信赖性。此处，柔软层的材质可选用容易受应力作用而出现脱层(delamination)的材质，以释放环境敏感电子元件114与薄膜封装层120之间的应力。柔软层的材质例如是有机小分子材料(Small molecular materials)、有机寡聚合物(Oligomers)、有机-无机金属共蒸镀材料或无机金属氧化物材料等。上述的有机小分子化合物的分子量约介于10g/mol至2,000g/mol之间，如三(8-羟基喹啉)铝(tris(8-hydroxyquinoline)-aluminum,Alq3)、N,N’-双(萘-1-基)-N,N’-二苯基联苯胺(N,N’-di(naphthalene-1-yl)-N,N’-diphenyl-benzidine,NPB)或酞菁铜盐(Phthalocyaninecopper complex,CuPc)。有机寡聚物的分子量约介于500g/mol至3,000g/mol之间，如对苯乙烯寡聚物(Phenylene vinylene oligomers)、芴寡聚物(Fluorene oligomers)。有机-无机金属共蒸镀材料可如前述有机材料与金属材料共蒸镀而得，有机-无机金属共蒸镀材料的分子量约介于3g/mol至500g/mol之间。换言之，前述的柔软层不但可以适当地释放环境敏感电子元件114与薄膜封装层120之间的应力，更可控制应力被释放的位置。
请参照图1D与图1E，在完成薄膜封装层120的制作之后，接着形成一封止结构130以覆盖薄膜封装层120与可挠性电子元件110。此处，可挠性电子元件110、薄膜封装层120与封止结构130已初步构成一可挠性环境敏感电子元件封装100。在本实施例中，封止结构130包括一第一部分132以及一第二部分134，第一部分132全面性地覆盖可挠性电子元件110与薄膜封装层120，且第二部分134覆盖第一部分132，其中第二部分134的杨氏系数介于0至100MPa，而第一部分132的杨氏系数大于第二部分134的杨氏系数，且第一部分132的厚度小于第二部分134的厚度。在本实施例中，第一部分132的杨氏系数介于50MPa至1000MPa之间，而在其他可行的实施例中，第一部分132的杨氏系数介于50MPa至3000MPa之间。举例而言，第一部分132的厚度介于1微米至10微米之间，而第二部分134的厚度介于5微米至25微米之间。此处，封止结构130中的第一部分132与第二部分134之间可以具有明显的界面，或者封止结构130中的第一部分132与第二部分134之间有些微互混的现象(无明显的界面存在)产生。在其他实施例中，封止结构130中的第一部分132具有较高成分比例的高杨氏系数材料(例如热固胶)与较低成分比例的低杨氏系数材料(例如感压胶)，而第二部分134则具有较低成分比例的高杨氏系数材料(例如热固胶)与较低成分比例的高杨氏系数材料(例如感压胶)，且封止结构130中的高杨氏系数材料的成分比例在厚度方向上递减。在一实施例中，封止结构130通过适当地控制加热的程度或者适当地控制光固化的程度以使封止结构130的杨氏系数在其厚度方向上出现渐层的变化。值得注意的是，本实施例的封止结构130除了可以如图1D与图1E般整合于可挠性环境敏感电子元件的封装制作工艺中制作，也可以事先制作完成(如图5A所示)。
在一实施例中，封止结构130中的第一部分132是满足前述杨氏系数与厚度限制的胶材，例如是固化温度小于等于120度的热固胶，而封止结构130中的第二部分134是满足前述杨氏系数与厚度限制的胶材，例如是感压胶。此处，第一部分132(例如热固胶)具有较佳的阻气特性，而第二部分134(例如感压胶)则具有较佳的应力缓冲能力以及挠曲特性。换言之，本实施例所使用的封止结构130可以兼顾可挠性环境敏感电子元件封装100的挠曲特性以及阻气特性。举例而言，前述的封止结构130中的第一部分132的材质包括环氧树脂(Epoxy resin)、尿素树脂(Urea resin)、三聚氰胺(Melamine)、酚醛树脂(Phenol resin)等，而前述的封止结构130中的第二部分134的材质包括压克力(Acrylics)、丁基橡胶(Butyl rubber)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinyl acetate)、腈(nitriles)、硅橡胶(silicon rubber)、苯乙烯嵌段共聚物(styrene block copolymer)等。另外，环境敏感电子元件114例如是主动式环境敏感电子显示元件或被动式环境敏感电子显示元件，其中主动式环境敏感电子显示元件例如是一主动型矩阵有机发光二极管(Active MatrixOrganic Light Emitting Diode,AM-OLED)或者是主动型矩阵电泳显示器(Active MatrixElectrophoretic Display,AM-EPD)，俗称电子纸，或者是主动型矩阵液晶显示器(ActiveMatrix Liquid Crystal Display,AM-LCD)。被动式环境敏感电子显示元件则例如是被动驱动式有机电激发光元件(Passive Matrix OLED,PM-OLED)或者是超扭转向列型液晶显示器(Super Twisted Nematic Liquid Crystal Display,STN-LCD)。
在本实施例中，当第一部分132的厚度越小，可挠性环境敏感电子元件封装100从硬质基板SUB1上取下时，薄膜封装层120与环境敏感电子元件114之间的应力(正向应力与剪应力)以及薄膜封装层120与第一部分132之间的应力(正向应力与剪应力)越小。当第二部分134的厚度越大时，薄膜封装层120与环境敏感电子元件114之间的应力(正向应力与剪应力)以及薄膜封装层120与第一部分132之间的应力(正向应力与剪应力)越小。此外，当第一部分132与第二部分134的杨氏系数越小时，则薄膜封装层120与可挠性电子元件110之间的应力(正向应力与剪应力)以及薄膜封装层120与第一部分132之间的应力(正向应力与剪应力)越小。
若薄膜封装层120中最外层的薄膜126为氮化硅薄膜时，由于此氮化硅薄膜126在高温时容易产生结构松动而形成水氧的渗透路径，此时，第一部分132(例如热固胶)直接与氮化硅薄膜126接触可以改善氮化硅薄膜126的松动现象，以确保薄膜封装层120与封止结构130不易产生水氧的渗透路径，进而确保薄膜封装层120与封止结构130的阻气特性。
请参照图1F，为了进一步增进前述包括有可挠性电子元件110、薄膜封装层120与封止结构130的可挠性环境敏感电子元件封装100的阻气特性，本实施例可以选择性地于封止结构130(即第二部分134)上形成一第二阻障层GB2及一可挠性盖板C，以使封止结构130位于可挠性电子元件110与可挠性盖板C之间。具体而言，封止结构130位于薄膜封装层120与可挠性盖板C之间。在一实施例中，第二阻障层GB2与第一阻障层GB1可为相同材质，可挠性盖板C与可挠性基板112可为相同材质。
请参照图1G，在完成封止结构130、第二阻障层GB2以及可挠性盖板C的制作之后，将可挠性环境敏感电子元件封装100从硬质基板SUB1上取下。在可挠性环境敏感电子元件封装100取下的过程中，由于所使用的封止结构130包括阻气特性较佳的第一部分132以及挠曲特性较佳的第二部分134，因此封止结构130除了具有良好的阻气特性之外，本实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100可以在常温条件下从硬质基板SUB1上取下，且有效提高制作工艺良率。
依据模拟结果，当可挠性环境敏感电子元件封装100在常温条件下从硬质基板SUB1上取下时，若以热固胶作为封止结构130，则环境敏感电子元件114与薄膜封装层120之间的界面所遭受的正向应力与剪应力较大；当可挠性环境敏感电子元件封装100在常温条件下从硬质基板SUB1上取下时，若以感压胶作为封止结构130，则环境敏感电子元件114与薄膜封装层120之间的界面所遭受的正向应力与剪应力较小；当可挠性环境敏感电子元件封装100在常温条件下从硬质基板SUB1上取下时，若以本实施例的封止结构130(复合式热固胶和感压胶为例)，则环境敏感电子元件114与封止结构130之间的界面所遭受的正向应力与剪应力介于前述二者之间。
第二实施例
图2A与图2B分别为本发明第二实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的上视示意图与剖面示意图。请参照图2A与图2B，本实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100'与第一实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100类似，二者主要差异之处在于：封止结构130'的第一部分132例如为热固胶，而封止结构130'的第二部分134'例如为流体。在本实施例中，前述的流体例如为高表面张力流体、高粘度流体或低吸湿流体(例如硅油)。此外，本实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100'中的封止结构130'可进一步包括一侧壁阻挡结构136，此侧壁阻挡结构136配置于第一部分132上，且嵌入于第二部分134'中。本实施例的侧壁阻挡结构136除了具有良好的阻气特性外，更具备限制第二部分134'(流体)流动范围的功能。值得注意的是，本实施例的封止结构130'除了可以整合于可挠性环境敏感电子元件的封装制作工艺中制作，也可以事先制作完成(如图5B所示)。
第三实施例
图3A与图3B分别为本发明第三实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的上视示意图与剖面示意图。请参照图3A与图3B，本实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100”与第二实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100'类似，二者主要差异之处在于：可挠性环境敏感电子元件封装100”中的侧壁阻挡结构136'同时嵌入于封止结构130”的第一部分132与第二部分134'中。值得注意的是，本实施例中所提及的第二部分134'不限定必须是流体，此第二部分134'也可采用非流体。
此外，本实施例的封止结构130”除了可以整合于可挠性环境敏感电子元件的封装制作工艺中制作，也可以事先制作完成(如图5C所示)。
第四实施例
图4A与图4B分别为本发明第四实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的上视示意图与剖面示意图。请参照图4A与图4B，本实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100”'与第三实施例的可挠性环境敏感电子元件封装100”类似，二者主要差异之处在于：本实施例的封止结构130”'具有不同结构。详言之，本实施例的封止结构130”'中，第一部分132'包括多个彼此分离的图案(如图4A的左侧所示)或一具有篓空区域的连续图案(如图4A的右侧所示)，以局部性覆盖薄膜封装层120。举例而言，前述的图案可为条状图案或块状图案。此外，第一部分132'被第二部分134'所包覆，且第一部分132'未延伸至可挠性环境敏感电子元件封装100”'的侧边。值得注意的是，本实施例的封止结构130”'除了可以整合于可挠性环境敏感电子元件的封装制作工艺中制作，也可以事先制作完成(如图5D所示)。除了上述图5A(第一实施例)至图5D(第四实施例)所述的封止结构130、130'、130”、130”'，本发明也可采用如图5E所绘示的封止结构130a。
由于第一部分132(例如热固胶)包括多个彼此分离的图案，且图案与图案之间维持一间隔，因此，可将可挠性环境敏感电子元件封装100”'在常温条件下从硬质基板上取下。再者，封止结构130”'的第一部分132具有图案化，有助于增加可挠性环境敏感电子元件封装100”'的挠曲特性。
基于上述，由于本发明实施例采用具有多种不同杨氏系数的封装材料作为封止结构，因此可以兼顾可挠性环境敏感电子元件封装的挠曲特性以及阻气特性。此外，本发明实施例可以在常温的情况下将可挠性环境敏感电子元件封装从硬质基板上取下，据此，本发明实施例的可挠性环境敏感电子元件封装的制造方法可以减少制作工艺所需的时间并且降低制作工艺成本。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (17)
1.一种可挠性环境敏感电子元件封装，包括：
可挠性电子元件，其包括：
可挠性基板；
环境敏感电子元件，配置于该可挠性基板上；以及
第一阻障层，配置于该可挠性基板上，其中部分该第一阻障层分布于该环境敏感电子元件与该可挠性基板之间；
薄膜封装层，覆盖该可挠性电子元件，该薄膜封装层包括多层无机薄膜，且该些无机薄膜覆盖该环境敏感电子元件；以及
封止结构，覆盖该可挠性电子元件与该薄膜封装层，该封止结构包括第一部分以及第二部分，该第一部分覆盖该可挠性电子元件与该薄膜封装层，该第二部分覆盖该第一部分，其中该第二部分的杨氏系数介于0至100MPa，而该第一部分的杨氏系数大于该第二部分的杨氏系数，且该第一部分的厚度小于该第二部分的厚度，且该第一部分以及该第二部分的材质不同于该薄膜封装层的材质。
2.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该些无机薄膜的最外层为氮化硅薄膜，且该氮化硅薄膜与该封止结构的该第一部分直接接触。
3.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该封止结构的该第一部分包括热固胶，而该封止结构的该第二部分包括感压胶。
4.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该封止结构的该第一部分包括热固胶，而该封止结构的该第二部分包括流体。
5.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该封止结构还包括：
侧壁阻挡结构，配置于该第一部分上。
6.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该第一部分的厚度介于1微米至10微米之间，而该第二部分的厚度介于5微米至25微米之间。
7.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该第一部分全面性覆盖该薄膜封装层。
8.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该第一部分包括多个彼此分离的图案或一具有篓空区域的连续图案，以局部性覆盖该薄膜封装层。
9.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，还包括：
柔软层，配置于该可挠性电子元件与该薄膜封装层之间。
10.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，还包括：
可挠性盖板，覆盖该封止结构，其中该封止结构位于该可挠性电子元件与可挠性盖板之间；以及
第二阻障层，配置于该可挠性盖板与该封止结构之间。
11.如权利要求1所述的可挠性环境敏感电子元件封装，其中该第一部分的杨氏系数介于50MPa至3000MPa之间。
12.一种封止结构，适于覆盖于一可挠性电子元件以及一薄膜封装层上，且该薄膜封装层覆盖该可挠性电子元件，该封止结构包括第一部分以及第二部分，该第一部分覆盖该可挠性电子元件，该第二部分覆盖该第一部分，其中该第二部分的杨氏系数介于0至100MPa，而该第一部分的杨氏系数大于该第二部分的杨氏系数，且该第一部分的厚度小于该第二部分的厚度，且该第一部分以及该第二部分的材质不同于该薄膜封装层的材质，其中该第一部分包括多个彼此分离的图案或一具有篓空区域的连续图案。
13.如权利要求12所述的封止结构，其中该第一部分包括热固胶，而该第二部分包括感压胶。
14.如权利要求12所述的封止结构，其中该封止结构的该第一部分包括热固胶，而该封止结构的该第二部分包括流体。
15.如权利要求12所述的封止结构，其中该第一部分的厚度介于1微米至10微米之间，而该第二部分的厚度介于5微米至25微米之间。
16.如权利要求12所述的封止结构，还包括一侧壁阻挡结构，围绕该第二部分。
17.如权利要求12所述的封止结构，其中该第一部分的杨氏系数介于50MPa至3000MPa之间。
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