TW202232296A - 三維感測裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種三維感測裝置包含壓力感測薄膜、奈米銀電極、第一觸控感測電極層以及第二觸控感測電極層。壓力感測薄膜包含基材以及經極化之壓力感測層。壓力感測層設置且接觸於基材之第一側。奈米銀電極設置於壓力感測層相對於基材的另一側。第一觸控感測電極層設置且接觸於基材之第二側，並包含具有毛邊蝕刻之圖案化電極。圖案化電極包含複數個第一軸向電極。第一軸向電極中之兩相鄰者之間具有介於20微米至35微米之間距。第二觸控感測電極層設置於第一觸控感測電極層相對於壓力感測層之另一側。

Description

三維感測裝置及其製造方法

本發明是有關於一種三維感測裝置及其製造方法。

隨著觸控壓感應用需求大幅提升，相關整合運用因應而生。因應行動攜帶需要，產品搭載兼具觸控、壓感以及顯示功能的應用便受關注。

目前，一些現有技術係採用壓力感測模組及觸控感測模組同步製作的製造方式，其中壓力感測模組的壓電材料需預先完成極化，而觸控感測模組或其它模組部件往往需要採取高溫製程來製作（例如，高於100℃），如先前技術CN108227978A所提及使用高溫熱處理製程。然而，此高溫製程會使已極化的壓電材料之壓電特性劣化或喪失。

因此，如何提出一種可解決上述問題的三維感測裝置及其製造方法，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可有解決上述問題的三維感測裝置及其製造方法。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種三維感測裝置包含壓力感測薄膜、奈米銀電極、第一觸控感測電極層以及第二觸控感測電極層。壓力感測薄膜包含基材以及經極化之壓力感測層。壓力感測層設置且接觸於基材之第一側。奈米銀電極設置於壓力感測層相對於基材的另一側。第一觸控感測電極層設置且接觸於基材之第二側，並包含具有毛邊蝕刻之圖案化電極。圖案化電極包含複數個第一軸向電極。第一軸向電極中之兩相鄰者之間具有介於20微米至35微米之間距。第二觸控感測電極層設置於第一觸控感測電極層相對於壓力感測層之另一側。

於本發明的一或多個實施方式中，第一觸控感測電極層為奈米銀線電極層。

於本發明的一或多個實施方式中，三維感測裝置進一步包含貼合膠。貼合膠黏合於第一觸控感測電極層與第二觸控感測電極層之間。

於本發明的一或多個實施方式中，第一觸控感測電極層包含有效電極區以及無效電極區。有效電極區與無效電極區分離。第一軸向電極位於有效電極區內。

於本發明的一或多個實施方式中，每一第一軸向電極的邊緣包含複數個弧形輪廓。

於本發明的一或多個實施方式中，第二觸控感測電極層為奈米銀線電極層或氧化銦錫電極層。

於本發明的一或多個實施方式中，壓力感測層為經極化之聚偏二氟乙烯層。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種三維感測裝置製造方法包含：提供壓力感測薄膜，壓力感測薄膜包含基材以及壓力感測層，壓力感測層設置且接觸於基材之第一側；形成導電層於基材之第二側上；利用雷射圖案化製程圖案化導電層，以使導電層成為具有毛邊蝕刻之圖案化電極之第一觸控感測電極層；以及形成第二觸控感測電極層於第一觸控感測電極層相對於壓力感測層之另一側。

於本發明的一或多個實施方式中，圖案化電極包含複數個第一軸向電極。第一軸向電極中之兩相鄰者之間具有介於20微米至35微米之間距。

於本發明的一或多個實施方式中，雷射圖案化製程係使用紅外線雷射。

於本發明的一或多個實施方式中，三維感測裝置製造方法進一步包含：塗佈奈米銀電極於壓力感測層相對於基材的另一側。

於本發明的一或多個實施方式中，形成第二觸控感測電極層的步驟包含：利用貼合膠黏合第二觸控感測電極層與第一觸控感測電極層。

於本發明的一或多個實施方式中，形成第二觸控感測電極層的步驟包含：圖案化另一導電層，以使此另一導電層成為第二觸控感測電極層。

於本發明的一或多個實施方式中，圖案化此另一導電層的步驟包含：利用雷射圖案化製程圖案化此另一導電層，以使此另一導電層成為具有毛邊蝕刻之另一圖案化電極之第二觸控感測電極層。

於本發明的一或多個實施方式中，壓力感測層為經極化之聚偏二氟乙烯層。

於本發明的一或多個實施方式中，雷射圖案化製程為低溫雷射蝕刻製程。

於本發明的一或多個實施方式中，雷射圖案化製程的製程溫度小於攝氏100度。

綜上所述，於本發明的三維感測裝置製造方法中，形成於壓力感測薄膜上的第一觸控感測電極層係利用低溫的雷射圖案化製程而獲得具有毛邊蝕刻之圖案化電極，因此壓力感測薄膜中已極化的壓電材料之壓電特性並不會受溫度影響而劣化或喪失。另外，由於第二觸控感測電極層在製作出圖案化電極之後，才利用貼合膠而與第一觸控感測電極層相互黏合，因此第二觸控感測電極層上的圖案化電極可彈性地採用高溫製程（例如，黃光製程）或低溫圖案化製程，從而可增加製程彈性。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖，其為繪示根據本發明一實施方式之三維感測裝置100的示意圖。如第1圖所示，三維感測裝置100包含壓力感測薄膜110、第一觸控感測電極層120、奈米銀電極130、第二觸控感測電極層140、走線150、160以及貼合膠170。壓力感測薄膜110包含基材110a以及經極化之壓力感測層110b。壓力感測層110b設置且接觸於基材110a之第一側110a1。奈米銀電極130設置於壓力感測層110b相對於基材110a的另一側。第一觸控感測電極層120設置且接觸於基材110a之第二側110a2。走線150設置於第一觸控感測電極層120上，並與第一觸控感測電極層120電性連接。第二觸控感測電極層140設置於第一觸控感測電極層120相對於壓力感測層110b之另一側。走線160設置於第二觸控感測電極層140上，並與第二觸控感測電極層140電性連接。貼合膠170黏合於第一觸控感測電極層120與第二觸控感測電極層140之間，且包含介電材料，因此可使第一觸控感測電極層120與第二觸控感測電極層140電性絕緣。藉此，第一觸控感測電極層120與第二觸控感測電極層140之間的觸控訊號(如互電容感應訊號)可經由走線150、160提取。

於一些實施方式中，如第1圖所示，三維感測裝置100包含可進一步包含覆蓋層180。覆蓋層180覆蓋於第二觸控感測電極層140遠離第一觸控感測電極層120的一側。

請參照第2圖，其為繪示第1圖中之第一觸控感測電極層120與第二觸控感測電極層140的上視圖。如第2圖所示，第一觸控感測電極層120包含彼此分隔的複數個第一軸向電極121。第二觸控感測電極層140包含彼此分隔且跨越第一軸向電極121的複數個第二軸向電極141。前述「第一軸」與「第二軸」例如分別為相互垂直的兩軸（例如X軸與Y軸）。換言之，第一軸向電極121為沿著第一軸延伸的導電線路，並間隔排列。第二軸向電極141為沿著第二軸延伸的導電線路，並間隔排列。

於一些實施方式中，第一觸控感測電極層120的第一軸向電極121為利用雷射圖案化製程獲得之圖案化電極。在製作第一觸控感測電極層120的過程中，可先將一導電層塗佈於基材110a之第二側110a2上，再利用雷射圖案化製程圖案化此導電層，以使此導電層成為具有毛邊蝕刻之圖案化電極之第一觸控感測電極層120。藉此，壓力感測薄膜110中已極化的壓電材料之壓電特性並不會受製作第一觸控感測電極層120時的製程溫度影響而劣化或喪失。

於一些實施方式中，雷射圖案化製程為低溫雷射蝕刻製程，但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，雷射圖案化製程的製程溫度小於攝氏100度。

請一併參照第2圖及第3圖，第3圖為繪示雷射圖案化製程於第一觸控感測電極層120上形成圖案的示意圖。在第一觸控感測電極層120的圖案化電極是由低溫雷射蝕刻製程所製作出的實施方式中，可使用低溫雷射依據第3圖所示的圖案（亦可視為低溫雷射的行進路徑）對塗佈於基材110a之第二側110a2上的導電層進行圖案化，以獲得第一軸向電極121。

具體來說，第一觸控感測電極層120包含有效電極區AA以及無效電極區DA。有效電極區AA與無效電極區DA分離。第一軸向電極121位於有效電極區AA內。需說明的是，習知之觸控感測電極層的無效區可直接洗掉（例如經由黃光製程）。然而，對於本案採用雷射圖案化製程之第一觸控感測電極層120來說，只能利用雷射掃斷無效電極區DA內電性連結形成虛擬電極圖案區域(dummy pattern area)，請留意無效電極區DA未完全去除形成電性分離之虛擬電極圖案區域帶來有益效果為有效避免靜電損壞效果（即有效對抗ESD）。

請參照第4圖，其為繪示第3圖中之第一觸控感測電極層120的局部放大圖。如第4圖所示，每一第一軸向電極121的邊緣包含複數個弧形輪廓。舉例來說，雷射圖案化製程所採用的雷射光束係以螺旋的行進方式在第一觸控感測電極層120上進行蝕刻，進而使得第一軸向電極121的邊緣包含複數個依序相連的弧形輪廓。前述「毛邊蝕刻」即指這些弧形輪廓。

於一些實施方式中，第一軸向電極121中之兩相鄰者之間具有介於20微米至35微米之間距G。前述範圍係等於或略大於雷射圖案化製程所使用之雷射光束的直徑，雷射燒結能量可使間距G略大於雷射光束直徑。

於一些實施方式中，壓力感測層110b為經極化之聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride, PVDF)層。亦即，壓力感測層110b的材料包含聚偏二氟乙烯。換言之，壓力感測層110b為一種晶格壓電材料。當對此材料結晶的某一方向施加壓力而產生形變時，偶極的大小及方向也隨之變化，因此電荷量也隨之變化，從而產生電壓。

於一些實施方式中，第一觸控感測電極層120為奈米銀線(silver nano wires, SNW；又稱AgNW)電極層。詳細來說，第一觸控感測電極層120包含基質和摻雜於其內之奈米銀線。奈米銀線於基質中相互搭接形成導電網路。基質是指含奈米銀線的溶液在經過塗佈與加熱烘乾等製程所形成的非奈米銀線物質。奈米銀線散佈或嵌入於基質中，且部分地從基質中突出。基質可以保護奈米銀線免受腐蝕、磨損等外界環境的影響。於一些實施方式中，基質係可壓縮的。

於一些實施方式中，奈米銀線的線長為約10 μm至約300 μm。於一些實施方式中，奈米銀線的線徑(或線寬)小於約500 nm。於一些實施方式中，奈米銀線的長寬比(線長與線徑之比)大於10。於一些實施方式中，奈米銀線可為其他導電金屬奈米線表面或非導電奈米線表面鍍銀的物質等變形形式。採用奈米銀線形成奈米銀線電極層具有以下的優點：相較於ITO的價格低、工藝簡單、撓性好、可耐受彎折…等。

於一些實施方式中，第二觸控感測電極層140為相同或相似於第一觸控感測電極層120之奈米銀線電極層。第二觸控感測電極層140的第二軸向電極141可為利用雷射圖案化製程獲得之圖案化電極。在製作第二觸控感測電極層140的過程中，可利用雷射圖案化製程圖案化另一導電層，以使此另一導電層成為具有毛邊蝕刻之圖案化電極（即第二軸向電極141）之第二觸控感測電極層140。於實際應用中，可使用低溫雷射依據相似於第3圖所示之圖案的另一圖案（圖未示）對此另一導電層進行圖案化，以獲得第二軸向電極141。

於一些實施方式中，第二觸控感測電極層140為氧化銦錫(ITO)電極層。在製作第二觸控感測電極層140的過程中，利用黃光製程對以氧化銦錫為材料的另一導電層進行圖案化，以使此另一導電層成為具有複數個第二軸向電極141之第二觸控感測電極層140，由於不同於第一觸控感測電極層分開製作再貼合，故即便第二觸控感測電極層140為氧化銦錫(ITO)電極層使用高溫製程後與第一觸控感測電極層120對貼亦不影響壓力感測薄膜110中已極化的壓電材料之壓電特性。

請參照第5圖，其為繪示三維感測裝置製造方法的流程圖。如第5圖所示，三維感測裝置製造方法包含步驟S101至步驟S106。

步驟S101：提供壓力感測薄膜，壓力感測薄膜包含基材以及壓力感測層，壓力感測層設置且接觸於基材之第一側。

步驟S102：形成導電層於基材之第二側上。

步驟S103：利用雷射圖案化製程圖案化此導電層，以使此導電層成為包含毛邊蝕刻之圖案化電極之第一觸控感測電極層。

步驟S104：塗佈奈米銀電極於壓力感測層相對於基材的另一側。

步驟S105：圖案化另一導電層，以使此另一導電層成為第二觸控感測電極層。

步驟S106：利用貼合膠黏合第二觸控感測電極層與第一觸控感測電極層。

於一些實施方式中，前述雷射圖案化製程係使用紅外線雷射，但本揭露並不以此為限。

於一些實施方式中，步驟S102、S103可早於步驟S105執行。於一些實施方式中，步驟S102、S103可晚於步驟S105執行。

於一些實施方式中，步驟S105亦可利用步驟S103中所採用的雷射圖案化製程圖案化前述另一導電層，以使此另一導電層成為具有毛邊蝕刻之另一圖案化電極之第二觸控感測電極層。

於一些實施方式中，三維感測裝置製造方法可進一步包含步驟S107。

步驟S107：形成覆蓋層於第二觸控感測電極層遠離第一觸控感測電極層的一側。

於一些實施方式中，前述低溫圖案化製程的製程溫度小於攝氏100度。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，於本發明的三維感測裝置製造方法中，形成於壓力感測薄膜上的第一觸控感測電極層係利用低溫的雷射圖案化製程而獲得具有毛邊蝕刻之圖案化電極，因此壓力感測薄膜中已極化的壓電材料之壓電特性並不會受溫度影響而劣化或喪失。另外，由於第二觸控感測電極層在製作出圖案化電極之後，才利用貼合膠而與第一觸控感測電極層相互黏合，因此第二觸控感測電極層上的圖案化電極可彈性地採用高溫製程（例如，黃光製程）或低溫圖案化製程，從而可增加製程彈性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:三維感測裝置 110:壓力感測薄膜 110a:基材 110b:壓力感測層 120:第一觸控感測電極層 121:第一軸向電極 130:奈米銀電極 140:第二觸控感測電極層 141:第二軸向電極 150,160:走線 170:貼合膠 180:覆蓋層 AA:有效電極區 DA:無效電極區 G:間距 S101~S107:步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為繪示根據本發明一實施方式之三維感測裝置的示意圖。 第2圖為繪示第1圖中之第一觸控感測電極層與第二觸控感測電極層的上視圖。 第3圖為繪示雷射圖案化製程於第一觸控感測電極層上形成圖案的示意圖。 第4圖為繪示第3圖中之第一觸控感測電極層的局部放大圖。 第5圖為繪示三維感測裝置製造方法的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

S101~S107:步驟

Claims (18)

1. 一種三維感測裝置，包含： 一壓力感測薄膜，包含： 一基材；以及 經極化之一壓力感測層，設置且接觸於該基材之一第一側； 一奈米銀電極，設置於該壓力感測層相對於該基材的另一側； 一第一觸控感測電極層，設置且接觸於該基材之一第二側，並包含具有毛邊蝕刻之一圖案化電極，該圖案化電極包含複數個第一軸向電極，其中該些第一軸向電極中之兩相鄰者之間具有介於20微米至35微米之一間距；以及 一第二觸控感測電極層，設置於該第一觸控感測電極層相對於該壓力感測層之另一側。
2. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該第一觸控感測電極層為一奈米銀線電極層。
3. 如請求項1所述之三維感測裝置，進一步包含一貼合膠，黏合於該第一觸控感測電極層與該第二觸控感測電極層之間。
4. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該第一觸控感測電極層包含一有效電極區以及一無效電極區，該有效電極區與該無效電極區分離，且該些第一軸向電極位於該有效電極區內。
5. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中每一該些第一軸向電極的一邊緣包含複數個弧形輪廓。
6. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該第二觸控感測電極層為一奈米銀線電極層或一氧化銦錫電極層。
7. 如請求項1所述之三維感測裝置，其中該壓力感測層為經極化之一聚偏二氟乙烯層。
8. 一種三維感測裝置製造方法，包含： 提供一壓力感測薄膜，該壓力感測薄膜包含一基材以及一壓力感測層，該壓力感測層設置且接觸於該基材之一第一側； 形成一導電層於該基材之一第二側上； 利用一雷射圖案化製程圖案化該導電層，以使該導電層成為具有毛邊蝕刻之一圖案化電極之一第一觸控感測電極層；以及 形成一第二觸控感測電極層於該第一觸控感測電極層相對於該壓力感測層之另一側。
9. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該圖案化電極包含複數個第一軸向電極，且該些第一軸向電極中之兩相鄰者之間具有介於20微米至35微米之一間距。
10. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該雷射圖案化製程係使用紅外線雷射。
11. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，進一步包含： 塗佈一奈米銀電極於該壓力感測層相對於該基材的另一側。
12. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該形成該第二觸控感測電極層的步驟包含： 利用一貼合膠黏合該第二觸控感測電極層與該第一觸控感測電極層。
13. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該形成該第二觸控感測電極層的步驟包含： 圖案化另一導電層，以使該另一導電層成為該第二觸控感測電極層。
14. 如請求項13所述之三維感測裝置製造方法，其中該圖案化該另一導電層的步驟包含： 利用該雷射圖案化製程圖案化該另一導電層，以使該另一導電層成為具有毛邊蝕刻之另一圖案化電極之該第二觸控感測電極層。
15. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該壓力感測層為經極化之一聚偏二氟乙烯層。
16. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該雷射圖案化製程為一低溫雷射蝕刻製程。
17. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該雷射圖案化製程的一製程溫度小於攝氏100度。
18. 如請求項8所述之三維感測裝置製造方法，其中該第一觸控感測電極層為一奈米銀線電極層。

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