TWI408249B

TWI408249B - 利用電漿增強化學氣相沉積技術在可撓式塑膠基板上連續沉積有機／無機多層水氣阻障層之方法及其製品

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Publication number: TWI408249B
Application number: TW98125362A
Authority: TW
Original assignee: Univ Nat Formosa
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2013-09-11
Also published as: TW201104011A

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利用電漿增強化學氣相沉積技術在可撓式塑膠基板上連續沉積有機/無機多層水氣阻障層之方法及其製品

本發明係有關一種利用電漿增強化學氣相沉積技術在可撓式塑膠基板上連續沉積有機/無機多層水氣阻障層之方法及其製品，尤指一種利用單一電漿增強化學氣相沉積系統，藉由調變製程中四甲基矽烷單體流量及四甲基矽烷與氧氣混合氣體流量比例，在固定射頻功率及製程壓力條件下，於可撓式PET塑膠基板上連續沉積至少一對有機矽基薄膜以及無機氧化矽薄膜之多層膜結構。

塑膠材料由於具有質量輕、薄型化、可攜帶性以及不易因外力衝擊而碎裂等優越特性，因此，在日常生活中，塑膠材料的使用隨處可見，包括飲料寶特瓶、食物及藥品封裝袋、交通工具的零件使用、大廈櫥窗以及光碟片等。近年來，由於光電產業的蓬勃發展，光學與電學充分結合已密不可分，許多與生活上息息相關的元件(如照明設備、影視系統以及智慧型辨識系統等)都有跨時代的改變，除了致力於提高相關元件的品質與效能外，進一步要求光電元件具有輕、薄以及攜帶性佳等特性，為了達到此目標，世界各國紛紛投入大量經費及人力進行「軟式光電元件」的研發，而完成此一目標的最適當基板材料，非可撓式塑膠基板莫屬。然而，在製作各項可撓式光電元件研發過程中，塑膠基板的光學性質、機械強度以及環境穩定性亦是影響光電元件品質與效能的最重要因素之一。其中，這些以塑膠基板或塑膠基材為主的應用商品，產品的時效性以及可靠性需求更為嚴苛，對於塑膠基板本身的穩定性要求等級也因此相對提高許多。以可撓式平面顯示器為例，所採用的可撓式塑膠基材多為聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate;PET)或聚碳酸酯(polycarbonate;PC)塑膠基板，這些塑膠基板對於水氣與氧氣的阻障性不佳(一般而言，在室溫環境下，玻璃基板對於水氣的滲透度約為10^-5 g/m² /day，而塑膠基板則約為10⁰ ~10¹ g/m² /day)，使得水氣與氧氣容易透過塑膠基板，與元件中的有機物質或電極產生化學反應，進而降低以塑膠為基板所製備之光電元件的效能及使用壽命，導致元件失效或損壞，因此，必須在塑膠基板表面及元件表面製備可靠且特性良好的封裝結構，防止水氣與氧氣的吸附及穿透，劣化光電元件的操作特性與壽命。所以如何提高以可撓式塑膠光電元件之可靠性與使用壽命，在塑膠元件表面製備特性良好的氣體阻障層封裝結構之研發，已成為迎接軟性光電元件新世代來臨最重要也是最關鍵的課題之一。

目前習用於可撓式塑膠基板上製作氣體阻障層的技術大致可分為以下四種技術：

1.封裝蓋技術(encapsulation)：係利用環氧樹脂材料密封玻璃封蓋與塑膠基板間的縫隙，此種方式雖然可以在最低成本考量下完成氣體阻擋層之製作，然而，此技術在實際塑膠基板應用上，受限於金屬與乾燥劑材料在可見光波段穿透率不佳，進而劣化塑膠基板的光學特性，若使用玻璃材料封蓋雖然可以克服上述造成可見光穿透率不佳的缺點，但是玻璃材料的硬度及剛性對於塑膠基板的可撓曲特性將造成重大影響。

2.電漿聚合薄膜(plasma polymerized thin film)封裝技術：此技術係將有機分子源材料氣體，利用高週波之電場使其產生電漿過程，將有機分子前軀物活化分解，產生活性高的自由基，並聚合成聚合物薄膜。在此一過程中的材料性質選用，主要是採用有較佳化學鍵結特性之源材料，使其進行化學反應後，成為具有較穩定的化學性質的聚合物薄膜，藉此鈍化塑膠基板的表面化學特性與活性，不易吸附或滲透水氣及氧氣。

3.利用電漿增強化學氣相法沉積無機薄膜封裝技術：此種方法係利用電漿增強化學氣相沉積技術，利用有機或無機氣體分子搭配氧氣、氮氣或其他源氣體，在塑膠基板上沉積氧化矽、氮化矽或其他金屬介電質膜等均勻且緻密之非晶結構無機薄膜，以達到阻水氣與氧氣滲透之目的。

4.有機一無機多層阻障層薄膜：此方法為一多層結構，利用有機材料與無機材料交互堆疊的方式，可以達到阻水氣與氧氣的功能，利用此技術進行可撓式塑膠基板封裝製程，其效果已有文獻指出可接近玻璃基板所具有之低水氣滲透能力。

綜觀上述四種在塑膠基板上製作阻水氣與氧氣之方式，可以將塑膠基板的封裝方式分為兩大類：一類為傳統式封裝方式，此種封裝方式，在密封的手套箱內且充滿氮氣(N₂ )的環境下，在已完成元件製作之塑膠基板上，使用另一片基板作為封蓋，然後使用環氧樹脂型材料來密封封蓋與塑膠基板之間的縫隙，並經由紫外光照射後使樹脂硬化。另一類為薄膜式封裝方式，此種封裝方式係採用不同的製程方式，在低溫環境下製作多層膜結構，可同時阻止水氣以及氧氣穿透塑膠基板，改善塑膠基板光電元件操作時的可靠性與壽命。目前多層膜結構應用在塑膠基板封裝製程中，最為成功的技術為Vitex Systems公司開發出的氣體阻障層結構，此結構係由聚合物膜及陶瓷膜在不同真空製程技術中疊加沉積而成，總厚度約僅為3微米，對於水氣和氧氣的滲透性相當於一層玻璃的效果，該層阻水氣與氧氣的阻隔層結構稱為「Barix^TM 」，可以達到可撓式顯示器的封裝需求。

本發明衡諸各種塑膠基板封裝技術之優缺點及特性，採用具有優越水氣阻障效果之有機/無機多層薄膜封裝結構，克服產業習用之「Barix^TM 」結構在製程技術以方法上的專利限制，考量多層薄膜結構製程成本以及薄膜品質，發明利用單一真空製程系統(電漿增強化學氣相沉積系統)，以兼具安全性以及成本優勢之四甲基矽烷有機液體單體以及四甲基矽烷與氧氣混合氣體，在可撓式塑膠基板上連續沉積有機矽基/無機氧化矽多層水氣阻障層結構。該有機薄膜係為利用四甲基矽烷單體電漿聚合而成之有機矽基緩衝層功能性薄膜，可以有效降低無機氧化矽薄膜沉積在塑膠基板上的內應力累積，進而改善薄膜品質與附著度(其原理如本發明人先前所研發中華民國專利公開號第200819556號前案所記載)，藉由單一真空製程技術調變製程氣體，在固定射頻功率及製程壓力條件下，沉積多對高品質之有機矽基/無機氧化矽薄膜結構，具體提升可撓式塑膠基板之阻水氣滲透能力，應用於塑膠光電元件封裝製程中。

本發明人憑藉多年的研究經驗與學識積極投入研發，經不斷的實驗與研究，終得有本發明成果。因本發明具有創新性及進步性，故而獲得國科會通過編號為第NSC 96-2221-150-E-072-MY3號之補助計劃案，而且經本發明人等投入研發後，不負國科會計劃補助之期望而有本發明之成果產出。

本發明專利採用有機/無機多層膜封裝製程技術，係參考產業習用由聚合物膜及陶瓷膜所組成之「Barix^TM 」結構，針對製程技術以及多層膜結構加以簡化與精進。本發明特色之一為利用單一真空製程系統(電漿增強化學氣相沉積系統)，連續沉積有機/無機多層水氣阻障層結構，不需經過不同真空製程系統分別沉積有機與無機薄膜，除了可以改善薄膜製程時的環境穩定性與潔淨需求外，亦可以大幅降低製程設備成本與薄膜製程時間。本發明特色之二為有機/無機多層膜結構沉積所使用的四甲基矽烷(Si(CH₃ )₄ )有機液體源材料，相較業界習用以電漿增強化學氣相沉積技術製備矽化物所使用之源材料，具有安全性及低設備成本優勢，可以利用該有機單體電漿聚合(polymerization)成為有機矽基薄膜，也可以輔以氧氣氣體進行化學氣相反應沉積無機氧化矽薄膜，因此，可以利用單一電漿增強化學氣相沉積系統，以四甲基矽烷單體及四甲基矽烷與氧氣混合氣體，在低溫環境下於可撓式塑膠基板表面連續沉積有機/無機多層氣體阻障層結構。本發明特色之三為專利中揭示之新穎且獨特的有機矽基/無機氧化矽薄膜結構中，有機矽基薄膜係利用四甲基矽烷單體源材料在電漿增強化學氣相沉積系統中電漿聚合而成，薄膜主要是以矽-碳以及碳-氫化學鍵結所組成，可以有效緩衝無機氧化矽薄膜沉積在可撓式塑膠基板上由於結構以及材料特性的顯著差異，造成單獨沉積無機氧化矽薄膜時所產生的薄膜內應力，具體改善無機薄膜的附著度與可靠性，因此，藉由此獨特之有機矽基功能性薄膜的製備，可以降低多層膜結構的應力累積，進一步製作多對有機矽基/無機氧化矽薄膜結構，提升本發明所述之多層水氣阻障層的阻水氣滲透能力。其中，本發明之具體發明技術以及實施例概述如后。

壹.本發明之技術概要及特點 1.本發明之方法

本發明利用電漿增強化學氣相沉積技術在可撓式塑膠基板上連續沉積有機/無機多層水氣阻障層之方法，主要特徵在於：採用單一電漿增強化學氣相沉積系統之真空製程技術，並使用有機矽基單體及氧氣為氣源材料，並固定該電漿增強化學氣相沉積系統的製程壓力、射頻電漿功率，改變氣體源材料的流量及沉積時間，於可撓式塑膠基板上連續沉積至少一對功能性之有機矽基薄膜及無機矽化物薄膜的水氣阻障多層膜結構。

請參看圖二所示，本發明製程中係先使用該有機矽基單體氣體為第一氣體源材料，利用該電漿增強化學氣相沉積系統的電漿聚合方式，先在可撓式塑膠基板(40)沉積有機矽基聚合物薄膜(41)。再使用該有機矽基單體氣體與氧氣、氮氣、氨氣(NH₃ )或笑氣(N₂ O)所形成之混合氣體為第二氣體源材料，利用同一電漿增強化學氣相沉積系統，在相同射頻功率及製程壓力條件下，於該有機矽基薄膜(41)上沉積無機矽化物薄膜(42)，形成一對有機/無機水氣阻障層結構(43)。再使用該機矽基單體氣體作為第三氣體源材料，並利用同一電漿增強化學氣相沉積系統，對該無機矽化物薄膜(42)表面進行表面改質製程，在水氣阻障層結構(43)表面沉積一具有疏水特性之有機矽基表面疏水層(44)，且較佳實施例中該表面疏水層厚度為10nm。

2.本發明成品之具體結構

請參看圖二所示，本發明利用上述方法所製成具有有機/無機多層水氣阻障層結構的可撓式塑膠基板，其構造係包括有一可撓式塑膠基板(40)，及至少一對連續沉積在該基板(40)上的有機矽基薄膜(41)及無機矽化物薄膜(42)的有機/無機水氣阻障層結構(43)，且一對該多層膜結構之該有機矽基薄膜(41)介於該無機矽化物薄膜(42)與該塑膠基板(40)之間。

再者，本發明一種較佳實施例中，距離該基板(40)最遠的一該無機矽化物薄膜(42)表面經由有機矽基單體改質而沉積一具有防水功能之有機矽基薄膜以作為表面疏水層(44)，且該表面疏水層(44)之水滴接觸角特性大於100°。

貳.本發明的具體實驗例

本發明中連續沉積有機矽基/無機氧化矽多層阻障層結構所使用之真空製程技術，係採用業界習用之電漿增強化學氣相沉積系統(如圖一所示)，此系統主要可分為真空抽氣系統、製程反應腔體以及氣體源供應系統等三大部份。其中，真空抽氣系統是由旋轉柱塞邦浦(20)(Rotary plunger pump)及渦輪分子邦浦(21)(Turbomolecular pump)所構成。製程反應腔體為不鏽鋼製之圓柱腔體(10)，上、下電極(11)(12)為鋁製金屬電極，其中下電極(12)(down electrode)及腔體(10)不銹鋼質外殼同時接地，射頻電源匹配箱(13)(RF power matching box)接至上電極(11)(up electrode)，射頻電源供應器輸出之射頻頻率為13.56MHz。氣體源供應部份則使用四甲基矽烷單體和氧氣為氣源材料，其中四甲基矽烷之液體儲存瓶為一不鏽鋼製的圓柱形容器(30)(請配合參看圖一及附件一所示)，由於四甲基矽烷有機液體材料在室溫下具有較高的蒸氣壓(約7.1×10⁴ Pa)，因此，不鏽鋼容器(30)及輸送管路均不需加熱，並可利用一般的氣體質流控制器(32)(33)，控制適量的四甲基矽烷蒸氣導入輸送氣體管路中，與控制容器(31)中適量的反應氣體氧氣導入輸送氣體管路中而在氣體混合槽(34)(gas mixing box)充份混合，再輸送至真空的上電極(11)板中，並利用上電極(11)均勻分佈之氣體噴灑頭(14 shower head)，使反應氣體均勻的充滿製程反應腔體(10)中。本發明根據圖一所示之電漿增強化學氣相沉積系統，在相同製程壓力及射頻功率條件下(製程壓力及射頻功率分別固定為13Pa及70W)，藉由調變製程中四甲基矽烷單體流量(流量固定為60sccm)及四甲基矽烷與氧氣混合氣體流量比例(流量分別設定為60sccm及120sccm)，控制有機矽基薄膜及無機氧化矽薄膜沉積時間，使其厚度分別約為40nm與200nm(此厚度比例係為維持無機氧化矽薄膜附著度並使其具有最小薄膜沉積內應力之條件)，在可撓式PET塑膠基板(40)上連續沉積至少一對有機矽基薄膜(41)以及無機氧化矽薄膜(42)之多層膜結構，其中，本發明之一對有機/無機氣體阻障層結構圖及製程過程如圖二所示，有機與無機膜層之材料特性、多層膜結構附著度特性以及水氣滲透率特性之實施例敘述如下。

1.有機矽基薄膜

圖三(a)為以四甲基矽烷單體為源材料所沉積的電漿聚合(plasma polymerization)薄膜，利用傅立葉轉換紅外線吸收光光譜儀分析薄膜中各元素鍵結情形，從圖中可以發現，在波數為795cm^-1 、837cm^-1 以及1270cm^-1 位置，有明顯的矽-碳-氫鍵結，且在波數為2900cm^-1 ～2925cm^-1 位置，有明顯的碳-氫(C-H)化學鍵結，這些鍵結與四甲基矽烷單體材料鍵結特性相似，因此，此有機薄膜可以視為類四甲基矽烷之有機矽基聚合薄膜(TMS-like organosilicon polymerized film)，其中，碳-氫鍵結亦為具有疏水特性之化學基團，可以使得所沉積之有機矽基薄膜表面具有疏水特性，從圖三(a)之附圖中即可發現，當塑膠基板表面沉積此有機矽基薄膜後，基板之水滴接觸角提升至100°以上，可以大幅降低塑膠基板表面水滴吸附的面積，進而降低塑膠基板水氣滲透機制，因此，利用四甲基矽烷單體所沉積之有機矽基薄膜亦將應用於本發明之多層膜結構的表面特性改質製程中(如圖二所示)，使多層膜表面具有疏水特性，優化本發明所提出之有機矽基/無機氧化矽薄膜結構之阻水氣滲透能力。

2.無機氧化矽薄膜

圖三(b)為以四甲基矽烷與氧氣混合氣體，在具有最佳化水氣滲透率之製程條件下(射頻功率為70W，製程壓力與溫度分別為13Pa以及120℃，四甲基矽烷及氧氣流量比為60sccm:120sccm)，所沉積無機氧化矽薄膜之傅立葉轉換紅外線吸收光光譜圖與水滴接觸角量測結果。由圖中可以發現，薄膜中主要是由Si-O-Si化學鍵結所組成，其中，吸收波數為1080cm^-1 、800cm^-1 以及460cm^-1 分別對應Si-O-Si伸張鍵(Stretching mode)、彎曲鍵(Bending mode)以及振動鍵(Rocking mode)，而波數為940cm^-1 以及2800cm^-1 ~3700cm^-1 波段上，則有明顯的矽-氧-氫等具有親水特性官能基團，使得所沉積之氧化矽薄膜具有親水特性，水滴接觸角約為58°，而利用橢圓偏光儀量測薄膜之光學折射率，可以發現所沉積之氧化矽薄膜光學折射率約為1.462與化學計量比之非晶矽二氧化矽薄膜折射率十分接近，且此時之薄膜表面粗糙度約為0.81nm，顯示利用四甲基矽烷與氧氣混合氣體可以沉積品質良好且均勻性佳的非晶氧化矽薄膜。

3.水氣阻障層附著度與可靠性

利用無機氧化矽薄膜雖然可以改善可撓式塑膠基板之水氣滲透率(本實例中根據上述揭示之製程參數在PET塑膠基板上沉積厚度約200nm之氧化矽薄膜，其整體水氣滲透率約可下降至10^-1 g/m² -day)，然而，由於塑膠基板與無機氧化矽薄膜間材料特性上的顯著差異造成薄膜內應力的累積，使得單獨沉積氧化矽薄膜時產生龜裂及微孔洞並且容易剝落，所以增加無機氧化矽薄膜沉積厚度，將無法持續改善塑膠基板的水氣滲透率特性，因此，必須尋找適當的薄膜結構緩衝無機薄膜沉積在塑膠基板上的應力累積，維持無機薄膜沉積品質。有鑒於此，本發明利用前述以四甲基矽烷單體所沉積之有機矽基薄膜作為無機氧化矽薄膜沉積在可撓式塑膠基板上的緩衝層結構，發明一種獨特的有機矽基/無機氧化矽多層水氣阻障層結構，接著再以四甲基矽烷單體氣體為第三氣體源材料，使用同一電漿增強化學氣相沉積系統，控制第三氣體源材料流量為60sccm，且在無機氧化矽薄膜外沉積形成厚度為10nm且具疏水性防水功能之表面疏水層，藉由該有機矽基薄膜中主要組成之矽-碳化學鍵結的交相鏈結特性，消除無機氧化矽薄膜沉積時，由於塑膠基板與無機薄膜結構及材料特性的差異所產生的內應力累積，並根據產業習用之薄膜附著度方格測試(ASTM D 3359 standard tape test)，驗證無機氧化矽薄膜之沉積品質與可靠性，圖四(a)所示即為在厚度為125μm之PET塑膠基板上，根據上述製作無機氧化矽製程條件沉積14分鐘後，所製備厚度約為200nm之無機氧化矽薄膜的方格附著度測試結果，從圖中可以發現，在塑膠基板上直接沉積無機氧化矽薄膜，經過方格測試結果，薄膜有明顯剝落(peel off)的現象，顯示薄膜內有相當大的內應力累積，此內應力將導致薄膜沉積產生龜裂及微孔隙的缺陷，進而影響薄膜的阻水氣滲透能力，然而，若在此無機氧化矽薄膜沉積前，預先利用上述製作有機矽基薄膜製程條件，先在可撓式塑膠基板沉積約40nm有機矽基薄膜(沉積時間為1分鐘)，再沉積14分鐘厚度達200nm之無機氧化矽薄膜，則此連續沉積之有機矽基/無機氧化矽薄膜經過方格測試後，可以完全的附著在塑膠基板上(如圖四(b))，顯示在無機氧化矽薄膜沉積前加入此功能性有機矽基緩衝層薄膜，可以有效消除無機層的內應力累積，進而提升無機氧化矽薄膜品質與多層膜結構的可靠性，從圖五(a)及圖五(b)中單層無機氧化矽薄膜以及有機矽基/無機氧化矽薄膜結構沉積在基板上，利用穿透式電子顯微鏡觀測膜層與基板的橫截面圖結果也可以發現，基板與無機薄膜沉積時由於材料及結構特性的差異所造成界面不連續的現象，可以藉由有機矽基緩衝層降低薄膜內應力的累積，進而形成連續的基板與膜層界面結構。

根據上述實例可以證實，本發明所提出之連續沉積有機矽基/無機氧化矽多層膜結構中，有機矽基薄膜為具有獨特性質之功能性薄膜，該有機矽基薄膜可以有效緩衝無機薄膜沉積時所產生的內應力累積，改善無機薄膜沉積在塑膠基板上的薄膜附著性與可靠性，因此，本發明之有機/無機多層膜結構，可以藉此有機緩衝層的製作，改善無機薄膜的品質，使無機薄膜充分發揮其優異的阻水氣滲透能力，利用本專利中所揭示之真空製程方式與採用之有機矽基單體源材料，在兼顧經濟效益、便利性及安全性等考量前提下，在可撓式塑膠基板上沉積多對有機/無機多層水氣阻障層結構，提升塑膠化光電元件的操作可靠性與使用壽命。表一所示即為PET塑膠基板以及在PET塑膠基板上沉積單層無機氧化矽薄膜、單對以及雙對有機矽基/無機氧化矽薄膜利用水蒸氣透過率測試儀(MOCON Permatran-W Mode 3/61)量測之水氣滲透率結果，結果顯示，將兩對本發明所提出之有機矽基/無機氧化矽薄膜連續沉積在PET塑膠基板上，可使PET基板之整體水氣滲透率顯著下降，接近該MOCON量測儀器之極限值(~0.005g/m² -day)。

表一

表一中之條件為：40℃、100%RH，基板厚度125μm，有機矽基及無機氧化矽薄膜厚度分別約為40nm與200nm。

參、結論

本發明之具體實現，可以製作可撓式矽基太陽能電池元件封裝製程應用，在符合經濟效益及便利性的考量下連續沉積有機矽基/無機氧化矽多層水氣阻障層結構，提升操作時的元件可靠性與使用壽命，進而在可撓式塑膠基板上製作具有可靠性高且性能穩定之太陽能電池元件，對該整合性計畫具有直接且具體的貢獻。

本發明係發明人審的世界各國利用各種技術提升可撓式塑膠基板水氣滲透率之研究成果，並參的產業習用之多層膜封裝技術的優缺點，提出一種新穎且具體可行之可撓式塑膠基板薄膜封裝技術，利用產業習用之電漿增強化學氣相沉積系統，以四甲基矽烷有機單體及四甲基矽烷與氧氣形成之混合氣體為源氣體材料，在單一真空製程系統中，固定有機矽基/無機氧化矽多層膜結構之製程壓力以及施加之射頻電漿功率，僅改變源氣體種類及流量之製程條件，藉以控制沉積薄膜的材料特性，在可撓式塑膠基板上連續沉積有機矽基/無機氧化矽多層膜結構，並藉由有機薄膜的獨特材料特性與無機薄膜交互堆疊的方式，藉以降低薄膜結構中的內應力，避免無機氧化矽薄膜中產生微孔隙以及龜裂的現象，並藉此特殊之有機/無機堆疊結構降低水氣滲透路徑，具體提升可撓式塑膠基板阻水氣滲透能力。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列申請專利範圍所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。

本發明因有國科會編號為第NSC 96-2221-150-E-072-MY3號之補助計劃案，本發明之研發成果，其所具體界定於申請專利範圍之特徵，未見於同類技術，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，為確保研發之權益，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

(10)．．．腔體

(11)(12)．．．電極

(13)．．．射頻電源匹配箱

(14)．．．氣體噴灑頭

(20)(21)．．．邦浦

(30)(31)．．．容器

(32)(33)．．．控制器

(34)．．．氣體混合槽

(40)．．．可撓式塑膠基板

(41)．．．有機矽基薄膜

(42)．．．無機氧化矽薄膜

(43)．．．有機/無機水氣阻障層結構

(44)．．．表面疏水層

圖一為本發明使用之電漿增強化學氣相沉積系統示意圖；

圖二為本發明之一對有機矽基/無機水氣阻障層及表面疏水處理之膜層結構暨製程流程圖；

圖三(a)為本發明有機矽基薄膜之傅立葉轉換紅外線吸收光譜圖及水滴接觸角量測結果；

圖三(b)為本發明無機氧化矽薄膜之傅立葉轉換紅外線吸收光譜圖及水滴接觸角量測結果；

圖四(a)為本發明在PET塑膠基板上沉積單層無機氧化矽薄膜之薄膜附著度方格測試結果；

圖四(b)為本發明在塑膠基板上連續沉積有機矽基/無機氧化矽薄膜之薄膜附著度方格測試結果；

圖五(a)為本發明無機氧化矽薄膜沉積在基板上之橫截面圖；及

圖五(b)為本發明有機矽基/無機氧化矽薄膜沉積在基板上之橫截面圖。

附件一：為本發明使用之四甲基矽烷液體儲存裝置及輸送管路圖。

(40)．．．可撓式塑膠基板

(41)．．．有機矽基薄膜

(42)．．．無機氧化矽薄膜

(43)．．．有機/無機水氣阻障層結構

(44)．．．表面疏水層

Claims

一種利用電漿增強化學氣相沉積技術在可撓式塑膠基板上連續沉積有機/無機多層水氣阻障層之方法，其可撓式塑膠基板係可應用於光電元件封裝製程中，其特徵在於：採用單一電漿增強化學氣相沉積系統之真空製程技術，在固定製程壓力為13 Pa、所施加之射頻電漿功率為70 W及製程溫度為120℃的條件下，先後使用有機矽基單體氣體為第一氣體源材料，及使用有機矽基單體氣體與氧氣、氮氣、氨氣(NH₃ )或笑氣(N₂ O)所形成之混合氣體為第二氣體源材料，分別控制該第一氣體源材料及該第二氣體源材料之流量及沉積時間，先以該第一氣體源材料在該可撓式塑膠基板沉積一厚度為40 nm的有機矽基薄膜，再以該第二氣體源材料於該有機矽基薄膜沉積一厚度為200 nm的無機矽化物薄膜，而於該可撓式塑膠基板上連續沉積至少一對具厚度之功能性之有機/無機水氣阻障層結構的多層膜結構。
如請求項1所述之方法，其中，該第一氣體源材料的流量為60sccm，該第二氣體源材料中之該有機矽基單體氣體及該氧氣的流量分別為60 sccm及120 sccm而形成該混合氣體。
如請求項1所述之方法，其中，再使用機矽基單體氣體為第三氣體源材料，並利用同一該電漿增強化學氣相沉積系統，該第三氣體源材料的流量為60sccm，對該無機矽化物薄膜表面進行改質而形成一厚度約10nm且具防水特性之有機矽基薄膜以作為表面疏水層，且該表面疏水層之水滴接觸角特性大於100°。
一種利用電漿增強化學氣相沉積技術在可撓式塑膠基板上連續沉積有機/無機多層水氣阻障層之方法，其可撓式塑膠基板係可應用於光電元件封裝製程中，其特徵在於：採用單一電漿增強化學氣相沉積系統，在固定製程壓力及所施加之射頻電漿功率條件下，先使用有機矽基單體氣體為第一氣體源材料，控制該第一氣體源材料之流量及沉積時間而於該可撓式塑膠基板上沉積一厚度為40 nm的第一有機矽基薄膜，再使用有機矽基單體氣體與氧氣、氮氣、氨氣(NH₃ )或笑氣(N₂ O)所形成之混合氣體為第二氣體源材料，控制該第二氣體源材料之流量及沉積時間而於該第一有機矽基薄膜沉積一厚度為200 nm之無機矽化物薄膜而形成至少一對有機/無機水氣阻障層結構，最後再使用有機矽基單體氣體為第三氣體源材料，而對該無機矽化物薄膜表面進行改質以形成一具防水特性且厚度為10 nm之第二有機矽基薄膜以作為表面疏水層。
如請求項4所述之方法，其中，該第一氣體源材料的流量為60sccm，該第三氣體源材料的流量為60sccm，且該表面疏水層之水滴接觸角特性大於100°，該第二氣體源材料中之該有機矽基單體氣體及該氧氣的流量分別為60 sccm及120 sccm。
如請求項1或4所述之方法，其中，該至少一對有機/無機水氣阻障層結構為複數對。
一種以如請求項1所述之方法製成具有有機/無機多層水氣阻障層的可撓式塑膠基板，其包括有一可撓式塑膠基板，及至少一對連續沉積在該基板上而包括有機矽基薄膜及無機矽化物薄膜之有機/無機水氣阻障層結構的多層膜結構，且一對該多層膜結構之該有機矽基薄膜介於該無機矽化物薄膜與該塑膠基板之間。
一種以如請求項4所述之方法製成具有有機/無機多層水氣阻障層的可撓式塑膠基板，其包括有一可撓式塑膠基板，及至少一對連續沉積在該基板上而包括有機矽基薄膜及無機矽化物薄膜之有機/無機水氣阻障層結構的多層膜結構，一對該多層模結構之該無機矽化物薄膜表面沉積有一第二有機矽基薄膜以作為表面疏水層。
如請求項7或8所述之可撓式塑膠基板，其中，該有機矽基單體為四甲基矽烷單體。