CN107123753A - 一种薄膜封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对器件的薄膜封装领域中,原子层沉积(ALD)成膜致密,但速率较慢的问题,提出了一种新的薄膜封装方法,其步骤包括:第(1)步,采用原子层沉积方法在衬底沉积第一无机阻隔层;第(2)步,采用物理气相沉积方法在第(1)步制备的无机阻隔层上沉积第二无机阻隔层;第(3)步,采用原子层沉积方法在第(2)步沉积的无机阻隔层上沉积第三无机阻隔层;第(4)步,制备有机阻隔层,形成周期性结构阻隔层;第(5)步,重复第(2)~(4)步骤,形成具有多个周期的薄膜封装结构。本发明结合ALD和其他常用薄膜沉积方式,具有成膜致密、成膜速率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及器件封装技术领域,尤其涉及一种高效快速的薄膜封装方法。
背景技术
电子器件尤其是有机电子器件的寿命受空气中水汽和氧气的影响特别大,因此其封装是提高电子器件寿命的一个重要环节。目前,器件封装方法包括金属盖板封装、玻璃盖板封装和薄膜封装。其中,薄膜封装方法在柔性器件的封装上具有潜在的优势。至今被多数人接受的薄膜封装技术是基于有机/无机多层膜交替复合结构的Barix封装技术,以及多层纳米薄膜结构,而其中的无机材料膜对Barix封装和多层膜的水氧阻隔性能起着至关重要的作用。在薄膜封装过程中,无机薄膜的制备一般采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)两种技术。其中,PECVD沉积薄膜速度较快,但存在较多的缺陷,且等离子体容易对所封装器件造成损伤。ALD技术通过前驱体及反应气体的脉冲作用交替到达衬底表面,运用饱和吸附及化学反应实现膜生长,膜质量非常致密,几乎无缺陷,但ALD薄膜沉积的缺点是生长速度太慢。传统的物理气相沉积,如溅射、脉冲激光沉积和离子镀等薄膜沉积方法薄膜生长速度快,但由于这些方法是基于薄膜岛状生长,岛边界容易产生缺陷和空洞,膜的致密性较差。本发明技术针对ALD技术薄膜沉积速度慢,物理气相沉积薄膜致密性差等缺点,提出一种薄膜封装方法,在该方法中,首先利用原子层沉积制备一层薄薄的第一无机阻隔层,消除衬底或器件表面的水蒸气和氧气;然后利用物理气相沉积快速生长一层第二无机阻隔层;接着采用原子层沉积制备第三无机阻隔层,填充第二无机阻隔层存在的空洞和缺陷;最后制备一层有机阻隔层,一方面增加水蒸气和氧气的渗透路径,另一方面增加柔性性能。该机构薄膜可以重复几个周期,达到更佳效果。本发明一种薄膜封装方法既能获得优异水氧阻隔性,又能大大提高封装效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜封装方法,该方法不仅制作效率高,而且水氧阻隔性能好。
为实现上述目的,本发明采用的方案是:
一种薄膜封装方法,包括以下步骤:
第(1)步,采用原子层沉积方法在衬底上沉积第一无机阻隔层;
第(2)步,采用物理气相沉积方法在第(1)步制备的第一无机阻隔层上沉积第二无机阻隔层;
第(3)步,采用原子层沉积方法在第(2)步制备的第二无机阻隔层上制备高质量第三无机阻隔层;
第(4)步,采用溶液法、parylene化学气相沉积方法或分子层沉积方法在第(3)步制备的第三无机阻隔层上制备有机阻隔层,形成周期性结构阻隔层;
第(5)步,重复第(2)~(4)步骤,形成具有多个周期的薄膜封装结构。
第(2)步所述的物理气相沉积包括溅射镀膜、脉冲激光沉积、离子镀方法和蒸发镀膜。
第(4)步所述的溶液法包括喷墨打印、旋涂、刮涂和丝网印刷。
第(1)步所述的第一无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为5-20nm,主要作用是去除衬底或器件表面吸附的水蒸气和氧气。
第(2)步所述的第二无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为50-500nm;第(3)步所述的第三无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为10-100nm;第(4)步所述的有机阻隔层的厚度为0.5-50μm。
本发明的有益效果在于:
本发明的薄膜封装方法既能获得优异水氧阻隔性,又能大大提高封装效率(一般情况下ALD的镀膜速率为0.5纳米/分钟,物理气相沉积为10-100纳米/分钟)。
附图说明
图1为本发明一种薄膜封装方法示意图。
附图中,主要元件标记说明如下:
00—衬底;01—第一无机阻隔层;02—第二无机阻隔层;03—第三无机阻隔层;04—有机阻隔层。
具体实施方式
一种薄膜封装方法,包括以下步骤:
第(1)步,采用原子层沉积方法在衬底上沉积第一无机阻隔层;
第(2)步,采用物理气相沉积方法在第(1)步制备的第一无机阻隔层上沉积第二无机阻隔层;
第(3)步,采用原子层沉积方法在第(2)步制备的第二无机阻隔层上制备高质量第三无机阻隔层;
第(4)步,采用溶液法、parylene化学气相沉积方法或分子层沉积方法在第(3)步制备的第三无机阻隔层上制备有机阻隔层,形成周期性结构阻隔层;
第(5)步,重复第(2)~(4)步骤,形成具有多个周期的薄膜封装结构。
第(2)步所述的物理气相沉积包括溅射镀膜、脉冲激光沉积、离子镀方法和蒸发镀膜。
第(4)步所述的溶液法包括喷墨打印、旋涂、刮涂和丝网印刷。
第(1)步所述的第一无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为5-20nm,主要作用是去除衬底或器件表面吸附的水蒸气和氧气。
第(2)步所述的第二无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为50-500nm;第(3)步所述的第三无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为10-100nm;第(4)步所述的有机阻隔层的厚度为0.5-50μm。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案,以下结合附图和实施例详细说明一种柔性器件封装方法。优选的,本发明实施例中第一无机阻隔层为氧化铝;第二无机阻隔层为采用磁控溅射制备的氧化硅;第三无机阻隔层为氧化铝;有机阻隔层为采用喷墨打印制备的PMMA层。
本发明提供优选实施例,但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中,为了清楚放大了层和区域的厚度,但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。
在此参考图是本发明的理想化实施例的示意图,本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状,而是包括所得到的形状,比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形表示,图中的表示是示意性的,但这不应该被认为限制本发明的范围。
实施例1
一种柔性器件封装方法,包括下列步骤:
(一)采用ALD制备第一无机阻隔层
第一无机阻隔层的作用,一方面可先在器件上沉积一层致密阻隔膜,另一方面还可通过反应除去器件表面的水蒸气和氧气。
本实施例中,第一无机阻隔层采用Al2O3薄膜,其ALD沉积工艺采用三甲基铝(TMA)和H2O作为前驱体,主要过程为:以99.999%的高纯氮气为载气,流量为40 sccm,反应温度为180℃。首先通入前驱体TMA与基板表面的-OH反应生成O-Al-CH3,TMA气体的脉冲时间为50ms,后清洗10 s,抽走副产物CH4和剩余的TMA。然后通入H2O蒸汽,H2O蒸汽的脉冲时间为30ms,H2O与表面的-Al-CH3反应生成Al-OH后再清洗(10 s)抽走副产物CH4和未反应的H2O,从而实现单循环的原子层沉积。每个循环可以沉积约为0.1 nm的Al2O3膜,薄膜的厚度通过控制循环数来控制,本实施例中第一无机阻隔层,共进行100个循环,沉积Al2O3膜的厚度约为11 nm。
(二)采用磁控溅射制备第二无机阻隔层
磁控溅射镀膜速度比ALD快得多,可提高器件封装速率。
本实施例中,采用成都威特南光真空科技公司生产的WTCJ-600型射频磁控溅射镀膜系统溅射二氧化硅(SiO2)薄膜。薄膜制备过程中,以纯度99.95%的Si靶作为靶材,并通入纯度为99.99%的O2作为反应气体进行化学反应。溅射气体为纯度99.99%的高纯氩气。开始溅射时,腔内真空要抽至2.0×10-3Pa。为了去除Si靶材表面的污染物,使沉积薄膜与基片的附着性增强,提高薄膜的质量,需预溅射5min,然后基片架以75 rad/s匀速旋转,使靶材粒子均匀地沉积在玻璃基片表面。SiO2磁控溅射镀膜的最优工艺制备参数为功率600W,溅射气压1.0Pa,氧氩气体流量比为46 sccm:126 sccm,镀膜时间分别为60min。
(三)采用ALD制备第三无机阻隔层
磁控溅射镀膜速度比ALD快得多,但膜的致密性没有ALD制备的膜那么高,第三无机阻隔层的作用是进一步填补磁控溅射膜的孔洞。
本实施例中,第三无机阻隔层同样采用Al2O3薄膜,其ALD沉积工艺采用三甲基铝(TMA)和H2O作为前驱体,主要过程为:以99.999%的高纯氮气为载气,流量为40 sccm,反应温度为180℃。首先通入前驱体TMA与基板表面的-OH反应生成O-Al-CH3,TMA气体的脉冲时间为50 ms,后清洗10 s,抽走副产物CH4和剩余的TMA。然后通入H2O蒸汽,H2O蒸汽的脉冲时间为30 ms,H2O与表面的-Al-CH3反应生成Al-OH后再清洗(10 s)抽走副产物CH4和未反应的H2O,从而实现单循环的原子层沉积。每个循环可以沉积约为0.1 nm的Al2O3膜,薄膜的厚度通过控制循环数来控制,本实施例中第一无机阻隔层,共进行800个循环,沉积Al2O3膜的厚度约为90 nm。
(三)采用喷墨打印制备有机阻隔层
利用美国MicroFab公司的Jetlab 2连续型喷墨打印系统在第三无机阻隔层上喷射无溶剂型PMMA(IPD-372),选择Jetlab2喷墨打印设备的80μm的针头;接着查找参考点,将Jetlab2气压调试为-12Pa,当喷口处的液体与喷口的面齐平后会慢慢出现半月牙,这时再调节保持电压(Dwell Voltage , V d )、重复电压(Echo Voltage , V e )及喷头到圆孔凹槽阵列的距离S,最终得到不带卫星液滴的稳定液滴,利用计算机分析液滴的参数得到液滴的体积进而计算出填充单个圆孔凹槽所需要的液滴数;设置trigger mode为burst,drops perburst为单个圆孔凹槽所需要的液滴数,设置print为rectangular array,选择打印模式为对位模式,嵌入参考点后开始打印,将微液滴阵列放置于365nm紫外灯下曝光5min进行固化,制成有机阻隔层。
以上例子主要说明了本发明的基于接触印刷转移的表面传导场发射电子源的制作方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述,但是本领域普通技术人员应当了解,本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此,所展示的例子与实施例方式被视为示意性的而非限制性的,在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下,本发明可能涵盖各种的修改与替换。以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种薄膜封装方法,其特征在于:包括以下步骤:
第(1)步,采用原子层沉积方法在衬底上沉积第一无机阻隔层;
第(2)步,采用物理气相沉积方法在第(1)步制备的第一无机阻隔层上沉积第二无机阻隔层;
第(3)步,采用原子层沉积方法在第(2)步制备的第二无机阻隔层上沉积第三无机阻隔层;
第(4)步,采用溶液法、parylene化学气相沉积方法或分子层沉积方法在第(3)步制备的第三无机阻隔层上制备有机阻隔层,形成周期性结构阻隔层;
第(5)步,重复第(2)~(4)步骤,形成具有多个周期的薄膜封装结构。
2.根据权利要求1所述的薄膜封装方法,其特征在于:第(2)步所述的物理气相沉积方法包括溅射镀膜、脉冲激光沉积、离子镀方法和蒸发镀膜。
3.根据权利要求1所述的薄膜封装方法,其特征在于:第(4)步所述的溶液法包括喷墨打印、旋涂、刮涂和丝网印刷。
4.根据权利要求1所述的薄膜封装方法,其特征在于:第(1)步所述的第一无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,阻隔层厚度为5-20nm。
5.根据权利要求1所述的薄膜封装方法,其特征在于:第(2)步所述的第二无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为50-500nm。
6.根据权利要求1所述的薄膜封装方法,其特征在于:第(3)步所述的第三无机阻隔层为金属氧化物、氧化硅或氮化硅,厚度为10-100nm。
7.根据权利要求1所述的薄膜封装方法,其特征在于:第(4)步所述的有机阻隔层的厚度为0.5-50μm。
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Rao | Development of Flexible Electronics Packaging Technology |
Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170901 |
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