TWI417533B - 具有氣體滲透率積體感測器的封裝器件及其製造方法、製造封裝器件的系統、測定封裝器件內所安排的電子組件狀態的方法及系統、封裝件及封裝箔片 - Google Patents

具有氣體滲透率積體感測器的封裝器件及其製造方法、製造封裝器件的系統、測定封裝器件內所安排的電子組件狀態的方法及系統、封裝件及封裝箔片 Download PDF

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Description

具有氣體滲透率積體感測器的封裝器件及其製造方法、製造封裝器件的系統、測定封裝器件內所安排的電子組件狀態的方法及系統、封裝件及封裝箔片
本發明一般係關於封裝器件領域，更特別關於具有積體感測器的封裝器件。
許多電子器件諸如有機發光器件(OLEDs)、電荷耦合器件(CCDs)、薄膜電晶體(TFTs)、有機薄膜電晶體(OTFTs)及太陽能電池，包含若干曝露於水氣、氧氣或大氣中污物下會劣化的主動式組件。為確保此等器件之壽命，就典型而言，係用某種氣密封裝形式，來保護此等器件以免曝露於劣化性物質。
由於在如此器件中氣密的重要性，氣密密封測試已成為此等器件製造上的一重要方面。舉例而言，在半導體產業中，標準的可靠度品質測試包括一個或更多個濕度評估。此等評估係使具適當樣品尺寸的器件在承接受高溫、偏電壓及/或壓力等其他條件外，也承受濕氣環境。
已有各種氣密性測試被發展出，以評估封裝式封裝件之氣密性。舉例而言，氦洩漏測試，用於積體電路(IC)封裝中的細微洩漏偵測，係將氦氣與乾燥氮氣的混合物密封入封裝件中，並使用質譜儀來 偵測封裝件所洩漏出的氦氣。
氦洩漏測試法雖已使用於許多型態的半導體封裝件，但有某些問題，特別是當應用於光電或微機電器件(MEMS)。舉例而言，由於原子量差異，氦氣將會自氮氣分離且遷移到封裝腔頂部，在影響封裝腔之折射率外，也影響器件中組件之熱導率。
氦洩漏測試法一般僅可應用來測試具腔體的封裝件，乃有別的方法被發展出，用於不含腔體的器件，諸如薄膜為電子器件。
目前人們在觀測電子組件之光學性質，以評定封裝內電子組件之條件。舉例而言，可觀測顯微鏡下OLEDs中的劣化模樣，以評定OLEDs之老化情形。然而，目視檢查法在本質上是過於簡化的，僅能提供有關封裝器件的定性資訊，但對準確的定量研究並不有用。在測試大量新製OLEDs的工廠線上，目視檢查也是高度耗時的。一旦OLED被集成入顯示器面板，目視檢查也不可行。
過去曾有嘗試要將氣體滲透感測器集成入封裝器件。美國專利第3,943,557號說明一種具有一積分式氣密性偵檢器的半導體封裝件。該氣密性偵檢 器包含一組被一氧化鈷層所分隔的指叉狀電極。然而，在水氣存在下，該等指叉狀電極之間無電流通過。在水氣不存在下，氧化鈷之電阻率顯著減低，從而使該等指叉狀電極短路，以觸發一警鈴，指示有水氣進入。
德國專利申請案第DE 102 08 767號說明一種量測器件，用以測定用來形成封裝的材料之滲透。該量測器件包含一存在於封裝體中的腐蝕敏感材料層，用於電阻量測。該腐蝕敏感材料因氧氣/水氣進入封裝體而劣化，其電阻乃增大。封裝內的水氣係藉著監視該腐蝕敏感元件中的電阻變化來偵測。
雖然有此等發展，封裝封裝件中的積體感測器仍有其限制。舉例而言，對無充分靈敏度的感測器來說，其可靠度及準確度仍有改良的必要，方足以偵測每天10-5平方公尺或更高水準的氣體滲透。
據此，本發明之一目的在提供一種封裝器件，該封裝器件有至少一個氣體滲透感測器包封在封裝體內，用以量測氣體入於封裝體的滲透。
在一第一方面，本發明係關於一種封裝器件，該封裝器件包含：一底座基板；一電子組件，安排 於該底座基板上，且包封於一封裝體內，該封裝器件係保護此等器件以免於水氣及/或氧氣；及至少一個氣體滲透感測器，安排於該底座基板上，且包封於該封裝體內，以量測氣體入於封裝體的滲透。該至少一個氣體滲透感測器包含一電導感測元件及能夠將該感測元件連接於一信號評估單元的電性連接器。該感測元件包含一水氣及/或氧氣敏感材料，其中所述材料之與水氣及/或氧氣的反應造成該電導感測元件之電導率/電阻變化。
在一第二方面，本發明係關於一種製造根據本發明之第一方面的封裝器件的方法。該方法包含：提供一底座基板，用以供一電子組件在該底座基板上形成；形成一電子組件於該底座基板上；形成至少一個氣體滲透感測器，用以監視真空下在該底座基板上的氣體之滲透；及形成一封裝體於該電子組件和該感測器上方。
在一第三方面，本發明係關於一種製造封裝器件的系統。該系統有一真空室，該真空室包含：一夾具，該夾具係安排於該真空室內，而用以接收一樣品；一鎖載室，連接於該真空室，所述鎖載室係經配接以輸運樣品至該夾具上；一電漿源，能夠分 布電漿，用以清洗該樣品；至少一第一材料源，該第一材料源係經配接以形成一氣體滲透感測器於該樣品上，及至少一第二材料源，該第二材料源係經配接以形成一封裝體於該樣品上方；一線性運動驅動器，能夠對該夾具上的樣品施以正向力；一加熱器，耦合於該夾具，而用以加熱一樣品；及一紫外光(UV)源，用以固化一可UV固化的聚合物。
在一第四方面，本發明係關於一種測定根據本發明之第一方面的封裝器件內所安排的電子組件之狀態的方法。該方法包含：量測該封裝體中所包含的感測器之電導率；從該感測器電導率測定已滲透入該封裝體的水氣及/或氧氣量；及獲得該已滲透入該封裝體的水氣及/或氧氣量與該電子組件狀態的關係。
本發明亦關於一種測定系統，用以測定一封裝器件中的電子組件之狀態，所述系統係包含：一封裝器件；及一信號評估單元，耦合於該氣體滲透感測器，該信號評估單元係用以測定該感測器之電導率/電阻。
本發明人做到，將一簡單，卻是準確的，含一與水氣及/或氧氣有反應的感測元件的氣體滲透感 測器，集成入任何含一電子組件的封裝體中。水氣及/或氧氣滲透入該封裝體時，該感測元件隨而接觸到水氣及/或氧氣，且其電導率/電阻會一再改變。藉著量測此感測元件電導率/電阻變化，有可能測定在任何時間點已滲透入該封裝體的水及/或氧氣量。因而，本發明便於定性及定量評估封裝器件中水氣及/或氧氣滲透。
將感測器集成入諸如OLEDs、半導體及太陽能電池等封裝器件，在終端使用者外，也在製造層級上有實用利益。舉例而言，本發明讓使用者能夠估算器件作業壽命。在生產線，本發明使快速檢查能夠運作，以測定製得的器件是否有完好的封裝。本發明也能使任何封裝器件之劣化模式便於研究，俾以改良封裝製造技術。
根據本發明之第一方面，在封裝體內包封有至少一個氣體滲透感測器，以量測氣體入於封裝體的滲透。該感測器包含一電導感測元件，而該電導感測元件係包含一與水氣及/或氧氣反應的材料，使得其電導率或電阻在反應下變化。在某種意義上，該感測元件係作用唯一可變電阻器，其電阻通過與水氣及/或氧氣的化學反應而改變。藉著量測感測 器之性質變化，則可能由此推測封裝體之氣密性以及電子組件之作業狀況。舉例而言，在一感測器中，鈣感測元件與水蒸氣的化學反應會造成某些導電鈣金屬轉換為非導電的氫氧化鈣，從而減小該感測元件的導通電流所通過的橫截面積。此則造成感測器中的電導率/電阻增大；量測跨越該感測器的電位降，或者直接量測電阻，可藉而偵測此變化。WO 2005/095924例說一種以如此方式作業的氣體滲透感測器，此係舉例而言。
該感測元件包含任何對水氣及/或氧氣反應的合適材料，以致涉入對水氣及/或氧氣的化學反應，從而轉換為非導電的材料。該感測元件較佳者包含一材料，係在與水氣及/或氧氣反應當下即有可量測的電導率/電阻變化。在本發明之一些實施例中，該感測元件包含一水氣及/或氧氣敏感材料，諸如導電有機聚合物、金屬、金屬合金、金屬氧化物，及彼等之組合物。此等材料例如II族金屬(諸如Ca及Mg)、以及過渡金屬(諸如Fe)。也可使用導電有機聚合物，包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚對二甲苯、聚乙烯基吡啶、噻吩-聯吡啶共聚物、聚吡啶、聚聯吡啶、及有機金屬聚 二甲苯。諸如VO2,CrO2,MoO2,LiMn2O4,Cd2SnO4,CdIn2O4,Zn2SnO4,ZnSnO3,Zn2In2O5等導電金屬氧化物，也是可使用的。
可基於所要做的量測之靈敏度，來選取該感測元件材料。舉例而言，若要靈敏地量測進入封裝體的水氣，則可選取對水氣有高反應率的材料。另一方面，用以做長時期量測的感測器可包含具有低的，但卻可量測的反應率。
在本發明之一個實施例中，該感測器係設計作為電子組件的類比器件，以此，電子組件在封裝體中的劣化速率與感測元件在感測器中的劣化速率相匹配。該至少一個感測器之感測元件可有至少一個物理性質或物理化學性質係至少實質上類似於電子組件者。舉例而言，感測元件之面積體積比或與水氣及/或氧氣的反應率可實質上類似於電子組件者；或者，感測器之可取用表面尺度類似於電子組件者。另一可能的，視情況可選擇的此實施例實作，係在氣體滲透感測器和電子組件周圍提供封裝結構，使得感測器及電子組件皆在同一水氣及/或氧氣滲透速率下曝露。
該封裝體之氣密性可在製造過程中，或在含封 裝器件的實際產品使用期間做測試。舉例而言，欲在製造過程中對個別的封裝電子組件做故障測試，則在該電子組件附近安排單一個氣體滲透感測器，即足以測定封裝結構是否不透空氣。對包含眾多電子組件的大型OLED顯示單元，估計整個顯示單元封裝體之氣密性，乃是有利的，所以可將數十或數百個氣體滲透感測器集成入器件，以測定封裝體中的缺陷之正確位置。在消費性電子產品中，利用複數個感測器來估計電子組件之狀況條件，對終端使用者而言也是有利的，俾使電子組件之剩餘操作壽命得獲評估。
本發明詳加考慮了封裝體內的各種感測器安排。原則上，每一氣體滲透感測器，可各自置於封裝體內的任何可利用空間。舉例而言，感測器可置於封裝體緣部附近，以避免電子組件現有架構有所改變。或者，感測器可置於電子組件近旁，以更加準確地估定電子組件附近的滲透狀況條件。本發明之實施例有包含複數個感測器者，其中各感測器皆可被安排在電子組件周遭；或者為了故障測試之便，感測器可被安排在封裝體內氣密性密封疑似薄弱的位置。氣體滲透感測器也可遍布封裝體中，做 規則性格狀排置。
在一些應用中，係將感測器集成入小型電子組件內，可設計複數個感測器，使其充分地小並佔據封裝體內的任何便利位置，而不擾亂電子組件架構。本發明之實施例有集成感測器於OLED內者，其中感測器之感測元件可有表面積之曝露而接觸水氣及/或氧氣者係小於0.5平方釐米，或小於0.1平方釐米；感測元件之寬度則二倍於感測元件之長度。也可設計感測器尺寸，使其等同於OLED畫素尺寸。感測器與電子組件間在基板上的距離可為約1微米至約100微米。若採行精細製造技術，諸如微影術，則感測器與電子組件間的距離可為約1微米至約10微米。另一方面，當使用蔽蔭遮罩以製造感測器及器件時，可用到100微米大間隙。相鄰的感測器可以任何合適的距離(如，至少約1釐米)，彼此間隔。
為了防止感測器電路線與電子組件電路線間由於感測器近接電子組件所致的任何短路情形，舉例而言，可在感測器與電子組件之間間置電性絕緣材料。在本發明之一個實施例中，該電性絕緣材料係選自下列諸物所組成之群：聚亞醯胺、聚對二甲苯、 聚苯乙烯、及聚氯乙烯。
在感測器中，可包含有補充材料，以改良感測器性能。舉例而言，可施用一實質上為氣體可滲透的含聚合物線型層的含聚合物線型層於感測元件之一個或二個表面，使感測元件得以均勻劣化。如此的聚合物可為一選自下列諸物所組成之群的有機聚合物：丙烯酸系聚合物、及對二甲苯型聚合物；或者可為一包含矽底聚合物的無機聚合物。在另一例中，也可採用一覆蓋感測元件至少一部份的保護層，以保護感測元件，使免於製造期間的物理性損害。該保護層可包含諸如下列的材料：金屬、金屬合金、金屬氧化物、有機聚合物、及彼等之組合物。
該用以保護電子組件使免於水氣及/或氧氣的封裝體可呈任何先前技術中的合適的構形或排置，諸如WO 03/047317所說明的壁壘堆疊結構，或美國專利第6,81118,479號所說明的封裝體緣密封結構，或美國專利第6,866,901號所說明的多層薄膜構形(其中有一障壁膜放在電子組件上方，從而與基板相向將電子組件夾心。)，或此等封裝體構形之任何合適的組合。
不論所用的封裝體型態為何，都有一連接於感 測器之感測元件的電性連接器延伸穿過封裝體，如此而曝露接觸一驅動器電路，或一信號評估單元，或任何其他外部電路。該電性連接器可包含至少二個電極。電極形式可為接線，或為延伸穿過封裝體而曝露供接觸的導電膜。
某些應用需要嚴苛的障壁性質來而需撓性的封裝體，對此，可使用多層薄膜封裝體。多層薄膜就典型而言包含一層或更多層具低水氣及/或氧氣滲透率的障壁材料。此等材料可選自下列諸物所組成之群：金屬氧化物、陶瓷氧化物、無機聚合物、有機聚合物、及彼等之混合物或組合物。有機聚合物障壁材料，舉例而言，包括過氧聚合物、多硫化物、矽膠、及聚氨酯。有機障壁層包括無任何奈米粒子的聚對二甲苯、聚亞醯胺、或丙烯酸底聚合物硬塗層。也可使用諸如BaO,SrO,CaO及MgO等無機材料。此外，該障壁層材料可選自各種金屬元素，諸如Ti,Mg,Ba及Ca。該障壁層可藉物理或者化學氣相沈積法來沈積。該障壁層之厚度就典型而言可在10奈米至200奈米範圍內。
本發明人頃發現，可最低限度地折衷犧牲封裝氣密性，將氣體滲透感測器集成入一封裝器件，所 憑藉者，係施用多層薄膜，其至少一層中分佈有能與水氣及/或氧氣交互作用的反應性奈米粒子，該等奈米粒子能阻滯水氣及/或氧氣滲透入該封裝體。本說明說所用者，「交互作用」一詞，係指水氣及/或氧氣與奈米粒子間的任何物理或化學交互作用，故水氣及氧氣係自該滲透入封裝體的氣體被移除，以免觸及電子組件。此定義包括：諸如化學反應，以及水及/或氧分子之物理吸附。舉例而言，該等奈米粒子可包含能吸附水及/或氧的材料，諸如沸石或奈米碳管。該等奈米粒子也可包含能與水及/或氧反應的材料。如此的材料，舉例而言，包括諸如Ti,Mg,Ba,Ca,Al2O3,TiO2,ZnO,SrO,CaO,MgO及BaO等金屬或金屬氧化物。惰性奈米粒子(即，不與水及/或氧反應的粒子)也可納入多層膜，以便阻礙水氣及/或氧氣滲透入封裝體。可用來形成惰性奈米粒子的材料，舉例而言，包括金、銅、銀、鉑、氧化矽、矽灰石、富鋁紅柱石、蒙脫土、矽酸鹽玻璃、氟矽酸鹽玻璃、氟硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、矽酸鈣玻璃、矽酸鈣鋁玻璃、氟矽酸鈣鋁玻璃、碳化鈦、碳化鋯、氮化鋯、碳化矽或氮化矽、金屬硫化物、及彼等之混合物或組合物。 該等奈米粒子也可分佈於一聚合物內，或分佈於任何其他合適的用以保持奈米粒子的黏合劑之內。
在本發明之一個例示實施例中，該多層膜包含至少一個具低水氣及/或氧氣滲透率的障壁層，及至少一個含有能與水及/或氧反應的奈米粒子的密封層，以改良該封裝體之氣體障壁性質。金屬氧化物障壁層習知可提供強大的氣體障壁性質。然而，在此等金屬氧化物層中，典型地會有針孔缺陷，使氣體障壁性質受限。本發明人頃發現，使用金屬氧化物障壁層並結合一層奈米粒子，可藉以實質地改良該多層膜之氣體障壁性質，因該等奈米粒子可望密封金屬氧化物障壁層中的缺陷。在本發明之一些較佳實施例中，該障壁層，舉例而言，可包含諸如Al2O3,HfO2,TiO2或氧化銦錫(ITO)等金屬氧化物。
在該密封層中的奈米粒子濃度可依封裝體氣體障壁性質需如何嚴苛而變異。理論上，使用高濃度奈米粒子，應是有利的，其係俾以增大封裝體清除水氣及/或氧氣的能力。然而，在顯示器件(諸如OLED)中光學品質乃是重要的，可要求其中行將納入該多層膜的奈米粒子之數量及尺寸。舉例而言，為防止透過該多層膜的光散射，該等奈米粒子之尺 寸以小於OLED特徵波長為較佳。該特徵波長係定義為OLED光譜峰值強度所在的波長。在設計封裝層以用於TOLED或透視顯示器時，吸氣劑粒子之尺寸典型地可小於該特徵波長之½，或較佳地小於該特徵波長之1/5。就典型而言，此等比值對應於200奈米以下，較佳地則對應於500奈米以下的粒子尺寸。在一些封裝體設計中，若需發射光作散射(舉例而言)，則宜有較大的粒子。
在本發明之一個實施例中，該等奈米粒子為桿狀，有直徑30至50奈米及長度100至400奈米。使用具不同形狀及尺寸的奈米粒子，可能是有利的，其係俾以定做奈米粒子在該多層膜中的隨機包裝密度，以實現電子組件密封效果。在電子組件包含OLED或任何其他發光組件的情況下，可於多層膜中納入先前技術所知的任何光學膜，以改良其光學性質。可提供諸如擴散片之類的光學膜，以實現最適的光透射水準，而仍有效地將光擴散。可提供光學膜作為汲光層(若為上發光型OLEDs情形)。傳統的光擴散片可包含帶有丙烯酸成分的以PET(聚乙烯對苯二甲酸酯)為底質的材料，或包括固定式表面塗層。該光學膜也可包含一有機透明氧化物膜。 該光學膜可藉任何合適的製造方法來沈積，諸如藉PVD(物理氣相沈積法，如，濺鍍法、熱蒸鍍法、或電子束蒸鍍法)、電漿聚合法、CVD(化學氣相沈積法)、印刷法、旋塗法、或任何習知的塗裝法(針尖塗裝法或浸漬塗裝法)。
為了進而降低水氣及/或氧氣通過封裝體的滲透，並為封裝電子器件和被集成的感測器提供附加的機械性保護，可在該多層膜上方放置更多的封裝結構。舉例而言，可安排一覆蓋基板至該多層膜上，其係以一膠黏層分界，將該覆蓋基板湊合至該多層膜上。若為封裝體緣部密封結構情形，其也可能包含一不帶有多層膜的覆蓋基板，致而在封裝體內界定有一充滿惰性氣體的空間。該覆蓋基板也可選自硬性或者撓性的，但較佳者為耐劃痕的材料，其係能抵抗衝擊力，故而降低多層膜及/或電子組件所受的物理性損害者。所能使用的材料例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯、玻璃、ITO、及透明塑膠。
該支撐電子組件和氣體滲透感測器的底座基板可包含任何具氣體障壁性質的耐久性材料。該支撐電子組件和感測器的基板可包含一聚合材料，包括 諸如聚碳酸酯、聚乙烯、聚醚碸、環氧樹脂、聚對苯二甲酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚氯酯、及聚丙烯酸酯等有機聚合物。其也可包含矽膠、聚二甲基矽氧烷、雙環戊二烯基鐵、聚二氯磷腈、及彼等之衍生物等無機聚合物。
底座基板視情況可塗裝以包含單個或多個透明金屬氧化物層(作為障壁層)的障壁膜。金屬氧化物障壁膜(亦稱為障壁堆疊)正常下包含多個有機與無機障壁薄膜交替層。有機塗層，諸如丙烯酸系塗層，在正常下係用於二個接連的氧化物障壁膜之間，作為夾心層。該障壁堆疊基板可為透明或不透明，且可切成較佳的尺寸。在有機發光顯示器(OLED)應用中，例示性的障壁膜較佳者實質上為透明的。
氣體滲透感測器之集成入封裝體，有一重要的考慮，在於感測器驅動電路之集成入電子組件架構。在本發明之一個例示性實施例中，係在封裝器件內提供分離的用於一感測器的電路線(獨立於電子組件所用的電路線)，藉以實現氣體滲透感測器之集成，所以該氣體滲透感測器能連接於一外部電路，且獨立於該電子組件而作業。被動式及主動式矩陣OLEDs二者都包含可通過感測器而分接驅動電 流的行、列電極，於此可量測氣體滲透。
對一習知的OLED驅動器，諸如Solomon Systech Ltd.所提供者，其段驅動器及行驅動器可藉合併氣體滲透感測器作業電路來修改。以此方式，電子組件和氣體滲透感測器可耦合於一共用的驅動電路。然而，電子組件與氣體滲透感測器也可能連接於分離的驅動電路；即，氣體滲透感測器連接於一第一驅動電路，電子組件連接於一第二驅動電路。舉例而言，用於氣體滲透感測器的驅動電路可包含一系統，根據以下所說明的本發明之再一方面，係用以測定封裝器件中的電子組件狀態。若係使用一分離的驅動電路於氣體滲透感測器的情形，則不必對現有的用於電子組件的驅動電路做出修改。
在本發明之一個實施例中，氣體滲透感測器之電性連接器可耦合於一信號評估單元，以量測該感測器之電阻相關的性質。信號評估單元之例包括安培計、伏特計、歐姆計、萬用電表、瓦特計、電位計、及電源計等。在該信號評估單元中，可包含有能夠顯示已滲透過底座基板的水氣及/或氧氣量相關數值的顯示單元，諸如LCD(液晶顯示器)。該氣體滲透感測器可安排在該基板面對待保護物件所置 入的圍體的一側上，而該顯示單元則安排在該底座基板面之外側上，俾便於方便的氣密性量測值讀取。
可將一用以調制電子組件供應電源的回饋控制器耦合於一驅動電路，而該驅動電路則係連接於氣體滲透感測器或量測該感測器中的變化的信號評估單元，以接收回饋而影響封裝體內水氣及/或氧氣劣化程度。該電子組件供應電源可根據感測器所提供的回饋而變異。舉例而言，諸如OLEDs等發光器件由於主動式發光材料劣化，逾長時將會更趨黯淡。為補償亮度損耗，可能需供應更多電源給OLED。可使用任何合適的回饋控制演算法，舉例而言，令回饋控制器隨著氣體滲透入封裝體的程度增大而增大正饋入電子組件的電源。可將一回饋控制模組併入氣體滲透感測器之驅動電路，以便提供回饋來調制通過行/列電極而供應OLED的電流。或者，較簡單的解決方案，乃是納入一分離的驅動電路，以避免現有的積體驅動器重工。
本發明可應用於剛性或撓性的，用以封裝任何可能因曝露於水氣及/或氧氣而受損害的物品的封裝結構。雖然所提及者為OLEDs封裝，但應瞭解，本發明可應用於任何封裝物件或器件，包括電子組 件、食品、及藥品。電子組件例如：太陽能電池、被動式及主動式OLEDs、電荷耦合器件(CCDs)、微機電感測器(MEMSs)、及TFTs。
在封裝電子器件之外，本發明亦可應用於任何氣密性封裝件，包括習知的封裝箔片，其上欲集成一氣體滲透感測器，諸如Tetra-Pak®食物用封裝材料、發泡封裝塑料、及藥品用容器。該氣體滲透感測器可方便地集成入任何現有的封裝材料，以便於封裝內圍體氣密性量測值讀取。據此，本發明係關於一種用以保護水氣及/或氧氣敏感物件的封裝件。該封裝件包含：一底座基板，具低水氣及/或氧氣滲透率；及至少一個氣體滲透感測器，其能夠量測氣體通過該底座基板的滲透，而係安排於該底座基板上。每一氣體滲透感測器皆包含一電導感測元件，該電導感測元件係含對水氣及/或氧氣敏感的材料，其中所述材料與水氣及/或氧氣的反應造成該感測元件之電阻增大。本發明亦提供一能夠將該感測元件連接於一信號評估單元的電性連接器。
本發明欲圖該封裝件可用以包圍任何待保護的物件，包括電子組件、藥品、食品、及化學品，使免於水氣及/或氧氣。因而，本說明書所用「封裝 件」一詞，可指任何封裝箔片，經安排/折疊以形成一圍體，而在該圍體中則安排了水氣及/或氧氣敏感物件。其亦可指條狀封裝料、發泡封裝塑料、可預填注射筒、藥物軟管、外用藥瓶、壺腹玻管、可預填吸入器、靜脈注射用容器、瓶、蓋/圍體、或處方容器。該封裝件亦可指用來儲存毒物(例如，放射性物質、有讀化學物質)的容器。在本說明書中「底座基板」一詞，係指該封裝件壁之任何部分。
感測器之集成入封裝器件，係根據本說明書所說明的本發明之第二方面的方法。該方法包含：在所提供的一底座基板上形成一電子組件；然後，在真空條件下，在該底座基板上形成氣體滲透感測器。一封裝體接著形成於該電子組件和該感測器上方，此係在惰性氣體存在下或在真空條件下實行。在本說明書中「真空條件」一詞，係指大氣壓力顯著降低下的環境。如此的環境可設在習知的中度真空與超高度真空之間。在本發明之一些實施例中，係於感測器及/或封裝體形成期間，用到約10-3至約10-9毫巴，或約10-6至約10-7毫巴真空條件。
使用基板前，可藉濕式化學清洗及/或藉乾式氧或氬電漿處理(舉例而言)，來清洗底座基板表 面。在本發明之一個實施例中，清洗基板表面此一步驟係先行於在基板上形成電子組件和感測器。頃發現，移除基板表面上的表面污物，顯著地改良了基板與封裝體之間的接觸，致而有改良的障壁性質。基板表面可藉濕式化學清洗來清洗，或更佳地由乾式氧或氬電漿處理來清洗。
根據本發明形成封裝器件，可依封裝設計、OLED架構、基板、而採各種不同的方式來進行其步驟序列，亦可批次或捲揚式製程進行。
由於對封裝器件之各電子組件形成有不同的需求，可在幾個階段上進行製造。舉例而言，電子組件諸如OLED者，其製造可在蒸發室中進行。因基板係在電漿室中清洗，清洗過的基板可在真空下移送至蒸發室。在基板上形成電子組件後，可在手套箱中進行感測器製造。為維持無污染環境，也可在惰性大氣或真空下進行移送。
該用以監視電子組件狀態的感測器之形成，可在該基板上沈積二個分離的電極，並在該二個電極間沈積一感測元件。電子組件和感測器形成後，可在彼等上方形成一包含一多層膜的主封裝體，該多層膜係用以提供水氣及/或氧氣防護。該多層膜可 藉任何化學或物理性沈積方法來形成。在該封裝器件上方，可進而附接一覆蓋基板。在該感測器和該電子組件上方，可塗一紫外光(UV)可固化黏著劑，以容許覆蓋基板附接於該封裝器件上方。作法包含：施用UV可固化黏著劑；接而，將該黏著劑曝露於紫外光，從而固化之。
該根據本發明的積體感測器容許即時監視進入封裝器件的氧氣和水氣滲透，由此可間接測定封裝體內的電子組件狀態。換言之，該積體感測器促成一種測定封裝器件中電子組件狀態的方法。此方法可用來對無功能的電子組件實行故障分析，舉例而言，以此可測定破裂的封裝體是否為電子組件故障的原因。設若有複數個感測器安排於封裝體之不同部位，則可輕易偵測封裝體中造成故障的缺陷位置何在。此有助於較快地將故障原因孤立在製程中某些步驟的，而使故障分析所需的回復時間較短。
此方法包含：量測封裝體所包圍的感測器之電導率；從該感測器電導率測定已滲透入封裝體的氧氣及/或水氣量；及將該已滲透入封裝體的氧氣及/或水氣量水準關聯於電子組件狀態。在本說明書中「狀態」一詞，係指電子組件作業狀態，諸如標 示故障的電子組件特定條件。對於電子組件狀態，係將感測器置於含有電子組件的封裝體內，藉以間接測定之。感測器和電子組件都接受同一氧氣及/或水氣曝露水準，故感測器之劣化(由於與封裝體內的氧氣及/或水氣反應)可與電子組件狀態關聯，從而使電子組件狀態之測定成為可能。舉例而言，若知一電子組件在曝露於[y]克水蒸氣後達到臨界故障條件，且可測定一感測器在曝露於同一[y]克水蒸氣後顯示[z]歐姆電阻改變，則該電子組件之臨界故障水準可藉量測該感測器之電阻改變而立即測定。
在本發明之一個實施例中，於感測器測定電子組件狀態之外，附加了執行封裝器件電性及/或物理性評估，以測定封裝體中所包圍的電子組件是否有功能。該用以評估封裝器件的附加步驟特別有助於一些實施例：以感測器間接測定電子組件狀態，既係間接量測，則對電子組件功能狀態無真實標示。因而，量測電子組件之實際性質，諸如電阻或電導率，可提供關於電子組件實際條件的有用資訊。物理性評估也可由訓練有素的技術人員來實行，舉例而言，人員可觀察封裝體中是否有明顯的 物理性缺陷，導致器件故障。
該積體感測器可用來實行各種量測，諸如測定電子組件之剩餘壽命。此外，該感測器量測可提供資料，用以評估封裝體之積體性。舉例而言，該積體感測器可作用為製程後端階段中的一測試系統之部分，用以檢查所製的封裝器件批次，以測定封裝體是否有功能。在消費性電子產品應用顯示器情形中，該感測器可耦合於一具有程式化邏輯的積體電路，當已滲透入封裝體的氧氣及/或水氣量水準超過一閾值水準時，顯示警告信號於該封裝器件上，或者於該封裝器件做為局部的所屬系統上。然後，可視該封裝器件已敗壞，舉例而言，已不可依賴其有正常的持續性作用。
根據本發明之另一方面，其係提供一種用以製造根據本發明之第一實施例的封裝器件的系統，而該封裝器件係具有氣體滲透感測器者。該系統包含：一真空室；及一安排在該真空室內的夾具。該真空環境係用來進行氣體滲透感測器之製造。在該真空環境內，可提供一第一材料源，以在一樣品底座基板上形成一氣體滲透感測器；在該真空環境內，同樣可提供一第二材料源，以在該感測器和該 電子組件上方形成一封裝體。或者，電子組件製造或封裝體製程可在真空室外，分不同階段來進行。
在本發明之一個實施例中，該真空室包含：複數個串聯的次真空室，用以實行一串接式製程。由於製程各階段進行所需的不同設備所加諸的空間限制，可提供分離的次真空室。舉例而言，該第一材料源和該第二材料源可各自連接於個別的次真空室。
可使用一鎖載系統，促使底座基板便於在真空或惰性大氣下從一個真空室移轉至另一個真空室。可將一習知的鎖載室安放至一附接於主真空室的閘閥。然後，基板能被輕易地移位，通過一寬大的入口門戶而至該鎖載真空室中的移轉機台上。鎖載室被抽空至所要的真空水準且閘閥被打開之後，基板被移轉，沿鎖載室主軸，通過一磁鐵輪架而進入製程室。此作法容許在不破壞主真空室真空下重複裝載及卸載基板。若真空室包含複數個串聯的次真空室，則鎖載室可包含一可移動穿過每一個別的次真空室的可延伸軸。真空室可連接高真空泵抽裝備，諸如機械式增壓泵浦、旋轉式泵浦、渦輪泵浦、及能傳遞超高真空座真空密封應用的冷凝泵浦站。此 外，也可納入壓力錶、氣體管線、壓力傳感器、及隔離閥，以監視真空室中的真空。
本發明尚提供一夾具，用以接住一基板夾持桌，供封裝器件形成於該桌上。基板夾持桌(台)可附接於該夾具，較佳者可含一加熱單元，供熱使達100℃或更高，且含一溫度控制器，用以維持所需溫度。可用該加熱製程，在覆蓋基板和器件黏合真空下之時，將黏著劑融化。
以一線性運動驅動器，施正向力於該夾具上的樣品，並將覆蓋基板壓縮至黏著劑上。該線性運動驅動器可以一氣動執行器，或以一具有約5磅至約100磅共大軸向負載的外部電動機來作業，以提供範圍在40至80psi的封裝用壓力。
在本發明之一個實施例中，該系統進而包含軌道，用來將該線性運動驅動器之運動對準該夾具。該線性運動驅動器與該夾具係其沿一支撐框架和數個線性滾珠導座被引導對準。該支撐夾具係經設計，使得黏著劑能通過真空室之鎖載室而裝載至其上。同樣，器件或基板能通過鎖載室而移轉至基板夾持桌，供第二密封製程處理。
可提供任何習知的射頻(RF)電漿清洗源，用以表面預處理。例如，XEI Scientific,Inc.所出品的Evactron®電漿源，其係使用空氣最為氧氣源，來產生氧自由基。在該系統之背景中，可做外部安放配接電漿源。
其他可併入該系統的特點包括：一帶有x,y & z軸控制器的基板夾持桌，該控制器係用以定位該基板夾持桌：以及一射頻功率控制器，用以控制電漿源之RF功率。在該系統中，可包含一UV源，用以固化任何使用於封裝體中的UV可固化黏著劑。波長365奈米及300奈米，分別有強度85毫瓦/平方釐米及22毫瓦/平方釐米者，可用來固化該黏著劑。
根據本發明之再一方面，係提供一種量測或評估系統，用以測定一封裝器件中的一電子組件之狀態。此一系統包含：一信號評估單元，經配接而耦合於一根據本發明之第一方面的封裝器件之感測器。該信號評估單元能量測該感測器之電導率/電阻變化相關的性質。該信號評估單元之例包括安培計、伏特計、歐姆計、萬用電表、瓦特計、及電位計。視情況可提供一顯示單元，來顯示氣體入於封裝器件之封裝體的滲透相關的數值。
為自動化全部的量測製程，該系統可包含：一驅動電路，用以操作該感測器，由此來獲得讀數；以及一驅動電路，用以操作該封裝器件中的電子組件。舉例而言，該電子組件可先作業，以檢查其是否仍有功能；若該電子組件無功能，則可用該氣體滲透感測器做進一步測試，以檢查該封裝體是否損壞。另一方面，若該電子組件仍有功能，則可論定該封裝體並未受損。該信號評估單元可包含於該操作電子組件的驅動電路之中，或者其可為獨立器件，僅附接於該感測器。
透過以下詳細說明、圖式及非限制性的範例，將更瞭解本發明之此等方面。
圖1顯示一根據本發明之一個實施例的封裝器件10之簡圖。該器件10包含：一底座基板12，支撐一OLED器件14及一用以量測OLED器件14狀態的感測器16。感測器16沿著OLED器件14側面排列；二者被封裝於一封裝體18內。OLED器件14和感測器16係由一在底座基板12上設有電路的電子驅動器來供電。在封裝體18上方則附接有一覆蓋基板21。
圖2顯示一根據本發明之例示性實施例的封裝器件100。其中，一OLED 104和一感測器106，後者含有一些導電軌道1061及一感測元件1063，係安排於一底座基板102上，OLED 104和感測器106上方形成有一封裝體，而該封裝體係包含多層膜1191、1191。該封裝體尚包含一障壁黏著劑墊112，其中係嵌有感測器106和OLED 104，其上則可附接一覆蓋基板114，從而使得OLED 104和感測器106被夾心於底座基板102與覆蓋基板114之間。多層膜1191、1191包含一含奈米粒子的最內的奈米粒子層121，而該等包含奈米粒子係用與水氣及氧氣反應者。其上鄰次二層為光學層123,125，係用以改良透過該封裝體的光擴散。
在圖2所示出的本發明實施例中，覆蓋OLED 104的多層膜1191中的層排列係等同於覆蓋感測器106的多層膜1192中的層排列。然而，若有必要，亦可有不同的層排列。如圖3中所描繪的另個一例示性實施例所示，覆蓋OLED 104的多層膜1291包含一第一光學層123，其為最內層，接續為奈米粒子層121，然後為一第二光學層125。
圖4示出一包含多個感測器的封裝器件400，其 中該等感測器係集成在一含有多個OLEDs的OLED架構內。該封裝器件400包含四個位於陽極線411與陰極線412接面的OLEDs 401,402,403,404。陽極線411和陰極線412集體構成該器件之電極線。氣體滲透感測器420係安排於電極線之間。在此實施例中，總共九個感測器形成一格狀系統圍繞該四個OLEDs。該感測器格狀系統能用來精確偵測水氣及/或氧氣是在偵測器件之何部位進入封裝體；此非單一個感測器所能為。
例1：具有積體感測器的OLED製造
1.基板表面處理
係將塗有氧化矽的鈉鈣玻璃基板(顯示器品質玻璃)切成50毫米x 50毫米小塊，或切為OLED底座基板或覆蓋基板用途所需的任何尺寸小塊。可使用氣密作業下的空心陽模切裁設備或任何切條機，將樣品切分成特定的或需要的尺寸。
水蒸氣之滲透入本封裝封裝件，主要可透過黏著劑與基板的介面；透過黏著劑密封，仍有擴散情形。合適的表面預處理製程，諸如電漿處理，可消除該黏著劑問題。據此，係以異丙醇(IPA)來沖洗， 並以氮氣來吹乾之。此等製程幫助移除表面上所吸附的宏觀尺度級粒子。不建議丙酮或甲醇清洗或沖洗。以氮氣吹乾後，將基板置於真空爐中(壓力10-1毫巴)，用真空爐來脫水氣及氧氣。該真空爐具備前級管線阱，以防止烴油從真空泵浦回遷。在脫氣製程之後，立即將障壁堆疊移轉至電漿處理室(ULVAC SOLCIET群組工具)。其係使用RF氬電漿，以低能離子轟炸障壁膜表面，俾以移除表面污物。室中的基壓係維持於4 x 10-6毫巴以下。氬氣流率為70sccm。RF功率設在200瓦特；最適處理時間通常係用到5至8分鐘，依表面條件而定。
2.OLED製造
本例採用了WO 03/047317 A1中所說明的OLED架構。係使用具有片電阻20歐姆/平方的ITO塗布玻璃，作為OLED器件製造用的基板。以丙酮或甲醇來從事濕式化學清洗，接著做乾式電漿處理。使用聚苯乙烯磺酸摻雜的PEDOT(聚3,4-二氧乙烯噻吩)，作為一電洞輸運層(HTL)。使用市售苯取代的聚對苯乙烯(PPV)黃光發射聚合物。沈積一20奈米厚的鈣膜，作法係在ULVAC群組中做熱蒸發，基壓為2 x 10-6毫巴。使用銀膜，來保護底下的鈣。以 丙酮或甲醇來從事濕式化學清洗，接著做乾式電漿處理。在270℃，2 x 10-5巴高度真空中，沈積75奈米NPB。採用以小分子為底質的OLED結構，其中係在2 x 10-5巴高度真空，270℃下沈積一65奈米厚的AlQ3(三(8-羥基喹啉)鋁)電致發光層(EL)。在270℃，沈積一5Å厚的LiF，作為EL與電極間的中間層。該電極鋁係用熱蒸技術來沈積，達200奈米厚度。
3.鈣感測器製造
在表面電漿處理之後，基板在真空下被移轉至一蒸發室，在該蒸發室中進行一鈣感測器層和二個銀電極沈積。該二個銀電極尺寸為2釐米乘2釐米。感測元件係內製在該二個電極之間，經設計為1釐米長，2釐米寬，150奈米厚。所量測的感測元件電阻率為0.37歐姆-釐米。在該沈積製程之後，使用一鎖載系統，在大氣壓氮氣下移轉該樣品至一手套箱。
在該OLED玻璃基板緣上施用一UV可固化環氧樹脂，接著以35毫米乘35毫米玻璃滑動密封。使用一400瓦特金屬鹵化物UV光源(DYMAX Co.，2000-EC系列UV光源)，來固化該UV環氧樹脂。使 用365奈米及300奈米波長，其分別有強度85毫瓦/平方釐米及22毫瓦/平方釐米者，來固化該環氧樹脂。固化時間為2分鐘。將試樣與其伴隨的感測器置於一恆濕室(德國，Weiss，WK1型)中，其中溫度和濕度可設於所要的水準。該感測器之電極係連接於一恆定的電流源計(Keithley)，量測電流設為常數1毫安培，以避免接點上有任何電化學誘導的反應。必要時，使用實驗室看圖軟體來記錄資料。
在該電漿處理製程之後，該障壁堆疊在真空下被移轉至一真空蒸發室(熱蒸發)，在該蒸發室中，將150毫米鈣透過一合適的遮罩沈積入二個厚120奈米至500奈米的透明導電氧化物條狀物之間。在該鈣沈積之後，沈積一100奈米透明或不透明絕緣膜，來保護該鈣感測器。該絕緣膜可為PVD或CVD製程所沈積的任何型態的有機或無機膜。然而，氟化鋰(LiF)或氟化鎂(MgF)係較佳者，作為本發明實施例之一。然後，此封裝的測試胞被移轉至一恆濕室(德國，Weiss，WK1型)，並監視長時後鈣電阻之變化率。測量可在不同的溫度及相對濕度下為之，全都在大氣壓條件下。溫度係在周圍溫度至95℃範圍內。相對濕度視恆濕室規格而定，至多可達 100%。測試胞之導電軌道端子連接於一恆定的電流源計(Keithley電流計)，其間介有一電腦。藉由電腦，使用實驗室看圖軟體，每秒鐘監視鈣感測器電阻/銀軌道電阻並自動繪圖。本發明人提倡使用做FFT(快速傅利葉)分析的動態信號分析儀，以一秒鐘週期區間自動做噪訊頻譜量測。
4.多層膜進度封裝
奈米粒子層可衍生自含奈米粒子分散體的可聚合丙烯酸混合物，且可經固化，於固化後形成一奈米結構表面。旋塗法、網版印刷法、或PVD或CVD方法可用以將該混合物沈積至OLED和感測器上。沈積HfO2 UV過濾器層及光學層，也可藉PVD(物理氣相沈積法，如，濺鍍法、熱蒸鍍法、或電子束蒸鍍法)、電漿聚合法、CVD(化學氣相沈積法)、印刷法、旋塗法、或任何習知的塗裝法(針尖塗裝法或浸漬塗裝法)。
5.製造設備
以上所說明的製程可在串接式系統中，或者在或捲揚式系統中進行。圖5A中描繪有一串接式製造系統570。該系統包含數個串聯的次真空室，用以 實行以下步驟：清洗底座基板、形成電子組件、形成氣體滲透感測器、及進行器件封裝，各步驟在分離的次真空室中進行。舉實例而言，在一OLED情形中，OLED陽極、有機EL層、及陰極可分別在次真空室571,572及573中形成，氣體滲透感測器則在次真空室574中形成。電漿清洗及封裝可在次真空室575中進行。該底座基板承載著感測器和電子組件，最後可由一鎖載室578移轉至次真空室575(其可為一手套箱)。
在本發明之一個例示性實施例中，次真空室575可為一實驗室規模的手套箱500，用以實行圖5B所示的氣體滲透感測器製造及封裝。在此例中，真空室502有尺寸400毫米x 500毫米x 650毫米，連接於一高真空泵浦站504(以機械式增壓泵浦與旋轉式泵浦組合較佳)，而基壓維持在10-4毫巴。使用高真空Pirani錶506，來監視該真空壓力。使用隔離閥508，將高真空泵浦站504與真空室502隔離。線性運動驅動器510係用來在真空下將黏著劑墊512密封至OLED器件514上。線性運動驅動器510通過一KF25凸緣連接體516而安置於真空室，且係以氣動作業來驅動線性運動系統。
氣動式線性運動饋孔係施用一在40至80psi範圍內的壓縮空氣壓力，藉而提供線性運動作用。壓縮空氣得以通過氣動執行器522之入口518及出口520。藉調節氣動執行器522頂端所設的調整紐526，可減短或增長線性旅程。一經調整，防鬆螺母524即將調整紐526鎖就定位。線性旅程調整可做到所要的旅程距。一合適的黏著劑夾具528連接於線性運動驅動器510，而係用以夾持器件密封用的黏著劑墊512。該線性驅動器之軸向負載，就典型而言，為20磅。在從事黏著劑密封製程之時，夾具528也用來施壓。典型所施的壓力在40至80psi範圍內，所需的壓力係就所用的基板/器件型態而定。該壓力可施於基板之緣部，或者整面。可依據封裝需求，而使用不同型態的夾具。夾具係由高等級的真空相容材料所建構；焊接不銹鋼波紋管及線型軸承軸心座可提供可靠性及平順的作業。氣動式饋孔可從工業標準組件來選取，所選諸如conflat®相容的Del-Seal CF金屬密封凸緣，或者ISO KF Kwik-Flange彈性體雙密封帶孔架。
線性運動驅動器之平順作業、夾具移動、及基板對準，係藉一支撐框架530和數個線性滾珠導座 532來小心控制。夾具係經設計，使得黏著劑能通過真空室之一鎖載室534而被裝載至夾具上。同樣地，器件或基板可通過鎖載室而被移轉至基板夾持桌，做次級密封製程。
真空室502尚具備一電漿源536，用來在黏著劑黏合製程之前做表面預處理或清洗。RF功率控制器538係用以控制該電漿源之RF功率。表面製備係由清洗及表面改性所組成，其中表面改性係對入廠樣品或器件所做，俾以獲得所要的或可再製的性質。若為聚合物基板情形，障壁膜表面上的表面污染是多端的；以聚合物為底質的基板由於較長的儲存時間，且因操持及曝露於周圍條件下而易吸收水蒸氣。任何表面污染定然會影響黏著劑墊之黏著性。本發明使用RF氬電漿，以低能離子轟炸基板或初級密封的器件之表面，俾以移除表面污物。該室中的基壓係維持在4 x 10-6毫巴以下，且由一壓力監視器550所監視。氬氣流率為70sccm。RF功率設在200瓦特；最適處理時間正常為5至8分鐘，依表面條件而定。氬氣管線551係連接於該真空室，以引入電漿處理用的氬氣。氬氣管線552係連接於該真空室，而用來在電漿處理製程之後排空該真空室。
基板加熱桌540可供熱至多達100℃，係用溫度控制器來維持所需的溫度。該加熱製程在器件真空黏合期間使黏著劑融化。在真空密封製程之後，可將該黏著劑曝露在UV光下達30秒鐘，使其固化。使用一400瓦特金屬鹵化物UV光源542(DYMAX Co.，2000-E型)，來固化該黏著劑。使用365奈米及300奈米波長，其分別有強度85毫瓦/平方釐米及22毫瓦/平方釐米者，來固化該黏著劑。
據此，製造程序可根據封裝設計、OLED架構、基板來彈性選取，且不僅能用於本說明書所示的批次或串接式系統，同樣也能適應捲揚式系統。
例2：封裝器件特性
以下結果示範，從一以玻璃為底質的封裝OLED結構中的一積體感測器，獲得水蒸氣輸運速率及擴散係數乃是可能的。
鈣測試結構係與一以小分子(Alq3)和PPV聚合物為底質的OLED器件結構集成，該OLED器件結構係用標準的製程在玻璃基板上所製造，且係用緣部密封技術與一覆蓋玻璃封裝者。此測試之目的係要量測此封裝結構之WVTR性質，且將此封裝結構量測 結果與OLED暨PLED之壽命關聯。該等器件係保持在60℃恆溫及90%相對濕度下。該等器件在恆定電流或電壓下並不受應力，但每當以恆定區間量測發光時，仍施以0.5毫安培電流；結果示於圖6。此點確保器件僅在高溫及高濕度下受應力，但不受電性應力。對鈣感測器的光學分析，係通過具有CCD相機的顯微鏡，分時間區間來從事。
從圖7可見，損壞面積大增係與OLED器件發光大減相對應。然而，該二極體係在鈣感測器完全氧化前即告故障。如此，可論定此量測方法可有利於瞭解器件壽命及劣化現象，也有用於所給定的OLED封裝件、黏著劑、及聚合物基板之水蒸氣輸運性質估計。
圖8示出，器件發光在150小時間從110燭光/平方米遽降之50燭光/平方米。既然器件不受電性應力，則該器件退化可能主要是由於水蒸氣滲透過黏著劑密封所致。小插圖15示出，水蒸氣通過2平方毫米黏著劑密封材料而入於封裝件的滲透是顯著的，且經計算為4.4 x 10-5克/天。可論定此量測方法可有利於瞭解器件壽命及劣化現象，也有用於所給定的OLED封裝件、黏著劑、及聚合物基板之 水蒸氣輸運性質估計。然而，此真空密封器件壽命經示出係長於250小時；由光學方法所做的鈣測試顯示在60℃恆溫及90%相對濕度下無劣化達540小時。
水蒸氣由一可溶性擴散機制滲透過封裝体，係逐漸進入封裝体與OLED接觸。該感測元件包含一塊鈣金屬所在，會有來自黏著劑密封的脫附水蒸氣與金屬鈣反應，而產生氫氧化鈣(Ca(OH)2)或氧化鈣(CaO)。此外，該感測元件之功能係作為一電阻器，其在測試期間逐漸與水蒸氣反應，而其光學及電學性質乃隨之變化。
例3：感測器集成入被動式矩陣OLED
在此例中，係示範複數個感測器之集成入一被動式矩陣OLED(PMOLED)。
圖9示出一包含有四個畫素群組901,902,903,904的小PMOLED顯示器圖示。EL層910係安排於行電極914(陽極)與列電極912(陰極)之間。該等陽極經安排而垂直於該等陰極，且每一陽極陰極交點各構成一個畫素。在該圖中，標示為a至i的九個畫素係包含於每一畫素群組。沿PMOLED顯示器邊 緣，靠近或介於畫素群組所安排者，乃是氣體滲透感測器920，其係畫做暗灰色方塊。
可使用一驅動電路，以提供電源給選定的陽極條和陰極條，從而控制哪一個畫素打開，哪一個畫素關上。氣體滲透感測器也可耦合於該驅動電路，以實行氣體滲透量測。如此圖所可見者，氣體滲透感測器之集成不需在OLED架構上做實質的改變。在一些情形中，沿著覆蓋OLED的封裝體之邊緣安排氣體滲透感測器，對於氣密性量測即屬充分。
PMOLED對於文字及圖示最有效率，最適合小螢幕(2至3吋對角線)，故可見諸於手機、PDA(個人數位助理)、及MP3播放器。即便是用到外部電路，PMOLED也比當今用於此等器件的LCD消耗較少的電池能源。另一方面，對於較奢求的顯示器應用，可使用主動式矩陣OLED(AMOLED)。AMOLED有完整的陰極層、有機分子層、及陽極層，但該陽極層疊上一形成矩陣的TFT陣列。該TFT陣列本身為一電路，兒戲而係決定哪一個畫素打開成像。一般而言，因為TFT陣列比外部電路需求較少的電源，所以AMOLED比PMOLED消耗較少的電源，而對於大型顯示器有效率。AMOLED也有較高的刷新率，適合於視 訊。AMOLED的最佳用途為電腦監視器、大螢幕電視(TV)、及電子信號或看板。以類似於上述對PMOLED的方式，可將氣體滲透感測器集成入一AMOLED架構。
本發明已藉由其例示性實施例而有所說明；應瞭解，在不脫離如下申請專利範圍請求項所列定的本發明精神及範圍時，可對本發明做各種變動及修改。
10‧‧‧封裝器件
12‧‧‧底座基板
14‧‧‧OLED器件
16‧‧‧感測器
18‧‧‧封裝體
21‧‧‧覆蓋基板
100‧‧‧封裝器件
102‧‧‧底座基板
104‧‧‧OLED
106‧‧‧感測器
1061‧‧‧導電軌道
1063‧‧‧感測元件
1191‧‧‧多層膜
1192‧‧‧多層膜
112‧‧‧障壁黏著劑墊
114‧‧‧覆蓋基板
121‧‧‧奈米粒子層
123‧‧‧第一光學層
125‧‧‧第二光學層
1291‧‧‧覆蓋OLED的多層膜
400‧‧‧包含多個感測器的封裝器件
401、402、403、404‧‧‧OLEDs
411‧‧‧陽極線
412‧‧‧陰極線
420‧‧‧氣體滲透感測器
500‧‧‧手套箱
502‧‧‧真空室
504‧‧‧高真空泵浦站
506‧‧‧高真空Pirani錶
508‧‧‧隔離閥
510‧‧‧線性運動驅動器
512‧‧‧黏著劑墊
514‧‧‧OLED器件
516‧‧‧KF25凸緣連接體
522‧‧‧氣動執行器
518‧‧‧入口
520‧‧‧出口
524‧‧‧防鬆螺母
526‧‧‧調整紐
528‧‧‧夾具
530‧‧‧撐框架
532‧‧‧線性滾珠導座
534‧‧‧鎖載室
536‧‧‧電漿源
538‧‧‧RF功率控制器
540‧‧‧基板加熱桌
542‧‧‧400瓦特金屬鹵化物UV光源
550‧‧‧壓力監視器
551‧‧‧氬氣管線
552‧‧‧氮氣管線
570‧‧‧串接式製造系統
571、572、573、574、575‧‧‧次真空室
578‧‧‧鎖載室
901、902、903、904‧‧‧畫素群組
910‧‧‧EL層
912‧‧‧列電極
914‧‧‧列電極
920‧‧‧氣體滲透感測器
現在將僅藉非限制性的範例，並參考附圖，來說明本發明之示範性實施例，其中：圖1示出一包含有一積體感測器的封裝器件之簡圖；圖2及3示出一根據本發明的封裝器件之示性實施例，其中封裝體包含一多層膜，而該多層膜係有一層奈米粒子，用以移除水氣及/或氧氣。
圖4描繪多個集成在一具有四個OLEDs的封裝器件內的感測器。
圖5A示出一用以製造封裝器件的封裝系統；圖5B顯示一串接式製造系統，其包含複數個串聯的次真空室。
圖6示出一發光對時間關係圖，係基於一具有PPV底聚合物的OLED在5至15小時區間的發光讀數。
圖7示出感測器內的感測元件在不同時間區間的顯微鏡相片。
圖8示出一發光對時間關係圖及一電阻對時間關係圖，分別屬於逾300小時和延長時期的該OLED及該感測器。
圖9為一集成有複數個氣體滲透感測器的被動式矩陣OLED圖示。
10‧‧‧封裝器件
12‧‧‧底座基板
14‧‧‧OLED器件
16‧‧‧感測器
18‧‧‧封裝體
21‧‧‧覆蓋基板
100‧‧‧封裝器件
102‧‧‧底座基板

Claims (88)

  1. 一種封裝器件，其包含一底座基板；一電子組件，安排於該底座基板上，且包封於一封裝體內，該封裝器件保護此等器件以免於水氣及/或氧氣；及至少一個氣體滲透感測器，安排於該底座基板上，且包封於該封裝體內，能量測氣體入於封裝體的滲透，其中，所述至少一個氣體滲透感測器各包含：一電導感測元件，包含一水氣及/或氧氣敏感材料，其中所述材料之與水氣及/或氧氣的反應造成該電導感測元件之電阻增大，及一電性連接器，其能將該感測元件連接於一信號評估單元。
  2. 如請求項1之封裝器件，其中有複數個氣體滲透感測器經安排於該封裝體內。
  3. 如請求項2之封裝器件，其中該複數個氣體滲透感測器係做規則性格狀安排於該電子組件周圍。
  4. 如請求項2之封裝器件，其中該複數個氣體滲透 感測器係安排於該封裝體緣部附近。
  5. 如請求項4中封裝器件，其中各氣體滲透感測器皆與相鄰的感測器間隔至少約1釐米距離。
  6. 如請求項1之封裝器件，其中該至少一個氣體滲透感測器各與該電子組件間隔約1微米至約10微米距離。
  7. 如請求項1之封裝器件，其中該氣體滲透感測器係安排在該封裝體內該電子組件所未佔據的位置。
  8. 如請求項1之封裝器件，其中有一電性絕緣材料間置於該至少一個氣體滲透感測器與該電子組件之間。
  9. 如請求項8之封裝器件，其中該電性絕緣材料係選自下列諸物所組成之群：聚亞醯胺、聚對二甲苯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、及聚氯乙烯。
  10. 如請求項1之封裝器件，其中該至少一個氣體滲透感測器有至少一個物理性質或物理化學性質，而該至少一個物理性質或物理化學性質係至少實質上同於該電子組件。
  11. 如請求項10之封裝器件，其中該至少一個物理性 質或物理化學性質係選自下列諸性質所組成之群：該至少一個感測器之可取用表面尺度、表面面積體積比、及與水氣及/或氧氣的反應率。
  12. 如請求項1之封裝器件，其中該感測元件包含一水氣及/或氧氣敏感材料，而該水氣及/或氧氣敏感材料係選自下列諸物所組成之群：導電有機聚合物、金屬、金屬合金、金屬氧化物，及彼等之混合物或組合物。
  13. 如請求項12之封裝器件，其中該感測元件包含一金屬，而該金屬係選自下列諸物所組成之群：鈣、鐵、鎂、及彼等之組合物。
  14. 如請求項12之封裝器件，其中該導電有機聚合物係選自下列諸物所組成之群：聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚對二甲苯、聚乙烯基吡啶、噻吩-聯吡啶共聚物、聚吡啶、聚聯吡啶、有機金屬聚二甲苯、及彼等之組合物。
  15. 如請求項12之封裝器件，其中該金屬氧化物係選自下列諸物所組成之群：VO2,CrO2,MoO2,LiMn2O4,Cd2SnO4,CdIn2O4,Zn2SnO4,ZnSnO3,Zn2In2O5及彼等之組合物。
  16. 如請求項1之封裝器件，其尚包含一保護層，而 該保護層覆蓋該感測元件之至少一部份。
  17. 如請求項16之封裝器件，其中該保護層包含一材料，而該材料係選自下列諸物所組成之群：一金屬、一金屬合金、一金屬氧化物、一金屬氧化物混合物、一金屬氮化物、一有機聚合物、及彼等之組合物。
  18. 如請求項1之封裝器件，其尚包含一施用於該感測元件至少一個表面上的線型層。
  19. 如請求項18之封裝器件，其中該線型層係間置於該感測元件與該底座基板之間。
  20. 如請求項18之封裝器件，其中該線型層包含一實質上為氣體可滲透的有機聚合物。
  21. 如請求項20之封裝器件，其中該有機聚合物係選自下列諸物所組成之群：丙烯酸系聚合物、對二甲苯型聚合物、及彼等之衍生物。
  22. 如請求項18之封裝器件，其中該線型層包含一無機聚合物。
  23. 如請求項22之封裝器件，其中該無機聚合物包含一矽底聚合物。
  24. 如請求項1之封裝器件，其中該電性連接器包含 至少二個電極，所述電極係延伸穿過該封裝體，從而曝露接觸一信號評估單元。
  25. 如請求項1之封裝器件，其中該封裝體包含一多層膜設置於該至少一個氣體滲透感測器與該電子組件之間。
  26. 如請求項25之封裝器件，其中該多層膜包含含至少一個具有低水氣及/或氧氣滲透率的障壁層。
  27. 如請求項26之封裝器件，其中該至少一個障壁層包含一選自下列諸物所組成之群的材料：金屬氧化物、陶瓷氧化物、無機聚合物、有機聚合物、及彼等之混合物或組合物。
  28. 如請求項27之封裝器件，其中該有機聚合物係選自下列諸物所組成之群：過氧聚合物、多硫化物、矽膠、及聚氨酯。
  29. 如請求項25之封裝器件，其中該多層膜包含至少一層分佈有能與水氣及/或氧氣交互作用的反應性奈米粒子者，以阻滯水氣及/或氧氣滲透入該封裝體。
  30. 如請求項29之封裝器件，其中該反應性奈米粒子係透過化學反應而與水氣及/或氧氣交互作用。
  31. 如請求項30之封裝器件，其中該奈米粒子包含一選自下列諸物所組成之群的材料：金屬、金屬氧化物、及彼等之組合物。
  32. 如請求項31之封裝器件，其中該奈米粒子包含一選自下列諸物所組成之群的金屬：Al,Ti,Mg,Ba及Ca。
  33. 如請求項31之封裝器件，其中該奈米粒子包含一選自下列諸物所組成之群的金屬氧化物：TiO2,Al2O3,ZrO2,ZnO,BaO,SrO,CaO,MgO,VO2,CrO2,MoO2，及LiMn2O4。
  34. 如請求項31之封裝器件，其中該奈米粒子包含一選自下列諸物所組成之群的透明導電氧化物：錫酸鎘(Cd2SnO4)、銦酸鎘(CdIn2O4)、錫酸鋅(Zn2SnO4及ZnSnO3)、及氧化銦鋅(Zn2In2O5)。
  35. 如請求項29之封裝器件，其中該反應性奈米粒子係透過吸收而與水氣及/或氧氣交互作用。
  36. 如請求項35之封裝器件，其中該奈米粒子包含奈米碳管。
  37. 如請求項29之封裝器件，其中該多層膜尚包含惰性奈米粒子，其能阻礙水氣及/或氧氣滲透入封 裝體。
  38. 如請求項37之封裝器件，其中該惰性奈米粒子包含一選自下列諸物所組成之群的材料：金、銅、銀、鉑、氧化矽、矽灰石、富鋁紅柱石、蒙脫土、矽酸鹽玻璃、氟矽酸鹽玻璃、氟硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、矽酸鈣玻璃、矽酸鈣鋁玻璃、氟矽酸鈣鋁玻璃、碳化鈦、碳化鋯、氮化鋯、碳化矽或氮化矽、金屬硫化物、及彼等之組合物。
  39. 如請求項1之封裝器件，其中該底座基板包含一聚合材料。
  40. 如請求項39之封裝器件，其中該聚合材料包含一選自下列諸物所組成之群的有機聚合物：聚碳酸酯、聚乙烯、聚醚碸、環氧樹脂、聚對苯二甲酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚氯酯、及聚丙烯酸酯。
  41. 如請求項39之封裝器件，其中該聚合材料包含一選自下列諸物所組成之群的無機聚合物：矽膠、聚二甲基矽氧烷、雙環戊二烯基鐵、聚二氯磷腈、及彼等之衍生物。
  42. 如請求項1之封裝器件，其中該封裝體包含一覆蓋基板，其係安排在該感測器周圍的一黏著劑上。
  43. 如請求項42之封裝器件，其中在該封裝體內界定有一中空空間。
  44. 如請求項43之封裝器件，其中在該中空空間充滿惰性氣體。
  45. 如請求項42之封裝器件，其中該覆蓋基板及/或該底座基板包含一選自下列諸物所組成之群的材料：玻璃、氧化銦錫、及透明塑膠。
  46. 如請求項1之封裝器件，其中該電子組件耦合於一第一驅動電路，且該氣體滲透感測器耦合於一第二驅動電路。
  47. 如請求項1之封裝器件，其中該電子組件和該氣體滲透感測器耦合於一共用的驅動電路。
  48. 如請求項1之封裝器件，其尚包含一信號評估單元，所述信號評估單元耦合於該感測器，以以量測該感測器之電阻相關的性質。
  49. 如請求項48之封裝器件，其尚包含一顯示單元，其係能顯示已滲透入該封裝體的水氣及/或氧氣量相關的數值。
  50. 如請求項48之封裝器件，其尚包含一回饋控制器，所述回饋控制器耦合於該信號評估單元，以 接收來自該信號評估單元的回饋信號，控制供應給該電子組件的電源。
  51. 如請求項50之封裝器件，其中該回饋控制器隨著氣體滲透入該封裝體的程度增大而增大供應給該電子組件的電源。
  52. 如請求項1之封裝器件，其中該電子組件係選自下列諸物所組成之群：有機發光器件(OLED)、電荷耦合器件(CCD)、微機電感測器(MEMS)、有機薄膜電晶體(OTFT)、及太陽能電池。
  53. 一種製造如請求項1所述的封裝器件的方法，其包含：提供一底座基板，用以供一電子組件形成於其上；形成該電子組件於該底座基板上；在真空下形成至少一個氣體滲透感測器於該底座基板上，所述氣體滲透感測器係能量測氣體入於一封裝體的滲透；及形成該封裝體於該電子組件和該感測器上方。
  54. 如請求項53之方法，其中該「在真空下形成至少一個氣體滲透感測器於該底座基板上」步驟係在約10-6至約10-7毫巴低壓下進行。
  55. 如請求項53之方法，其尚包含：以氧電漿來清洗基板表面。
  56. 如請求項53之方法，其中該電子組件係在真空下形成於該底座基板上。
  57. 如請求項53之方法，其中該電子組件係由噴墨印刷所形成。
  58. 如請求項53之方法，其中該電子組件係選自下列諸物所組成之群：有機發光器件(OLED)、電荷耦合器件(CCD)、微機電感測器(MEMS)、有機薄膜電晶體(OTFT)、及太陽能電池。
  59. 如請求項53之方法，其中該電子組件在真空下形成於該底座基板上後，在形成該感測器之前，將該底座基板在惰性大氣下移轉至一組裝區。
  60. 如請求項53之方法，其中該「形成該封裝體」步驟包含：於該電子組件和該氣體滲透感測器上方，形成至少一層分佈有反應性奈米粒子者，所述反應性奈米粒子係包含能與水氣及/或氧氣交互作用的材料，以阻滯水氣及/或氧氣滲透入該封裝體。
  61. 如請求項60之方法，其尚包含： 施用一紫外光可固化黏著劑於該反應性奈米粒子層上方；附接一覆蓋基板於該黏著劑；及曝露該黏著劑於紫外光下，從而固化該黏著劑。
  62. 如請求項53之方法，其中該「形成該電子組件；形成該氣體滲透感測器；及形成該封裝體」步驟係在真空下進行。
  63. 一種製造如請求項1所述的封裝器件的系統，有一真空室，該真空室包含：一夾具，安排於該真空室內，而用以接收一樣品；一鎖載室，連接於該真空室，所述鎖載室經配接以輸運樣品至該夾具上；一電漿源，能將電漿分散，用以清洗該樣品；至少一第一材料源，經配接以形成一氣體滲透感測器於該樣品上，及至少一第二材料源，其經配接以形成一封裝體於該樣品上方；一線性運動驅動器，能對該夾具上的樣品施以正向力；一加熱器，耦合於該夾具，而用以加熱樣品；及 一紫外光源，用以固化一紫外光可固化的聚合物。
  64. 如請求項63之系統，其中該真空室包含複數個串聯的次真空室。
  65. 如請求項64之系統，其中該第一材料源和該第二材料源各自連接於個別的次真空室。
  66. 如請求項63之系統，其中該鎖載室包含一可移動穿過所述複數個串聯的次真空室的可延伸軸。
  67. 如請求項63之系統，其中該線性運動驅動器能施約40psi至約80psi壓力於該夾具上的樣品。
  68. 如請求項63之系統，其尚包含相對於該夾具做固定安排的軌道，用以導引該線性運動驅動器之移動朝向該夾具。
  69. 一種測定如請求項1所述的封裝器件內所安排的電子組件狀態的方法，其包含：量測該封裝體內所安排的氣體滲透感測器之電導率/電阻；從所述該感測器電導率/電阻測定已滲透入該封裝器件之封裝體的水氣及/或氧氣量；及將該已滲透入該封裝器件之封裝體的水氣及/或氧氣量關聯於該電子組件狀態。
  70. 如請求項69之方法，其尚包含步驟：評估封裝器件中的電子組件之電學及/或物理性質，以測定該電子組件是否有功能。
  71. 如請求項69之方法，其中「將該已滲透入該封裝器件之封裝體的水氣及/或氧氣量關聯於該電子組件狀態」步驟包含：測定水氣及/或氧氣閾值量，一逾該值，該電子組件即告曝露；比較已滲透入該封裝體的水氣及/或氧氣量與所述閾值量；測定該電子組件之剩餘作業壽命。
  72. 如請求項69之方法，其尚包含：將該感測器耦合於一信號評估單元。
  73. 如請求項72之方法，其中該方法係對該封裝器件施行，以以評估該封裝體之積體性。
  74. 如請求項72之方法，其中當該已滲透入該封裝體的水氣及/或氧氣量超過一閾值水準，即視該封裝器件已敗壞，已不可依賴其有正常的持續性作用。
  75. 如請求項74之方法，其中該方法係對一無功能的 電子組件施行，以測定破裂的封裝體是否為該電子組件故障的原因。
  76. 一種測定如請求項1所述的封裝器件中的電子組件狀態的系統，其包含：一信號評估單元，係經配接而耦合於根據請求項1的封裝器件之感測器，所述信號評估單元能量測該感測器之電導率/電阻相關的性質。
  77. 如請求項76之系統，其尚包含一電腦，該電腦將該感測器之電導率/電阻相關的性質關聯於氣體進入該封裝器件之封裝體的滲透相關的數值。
  78. 如請求項76之系統，其尚包含一顯示單元，用以顯示該氣體進入該封裝器件之封裝體的滲透相關的數值。
  79. 如請求項76之系統，其尚包含一驅動電路，該驅動電路係耦合於該封裝器件中的電子組件。
  80. 如請求項79之系統，其中該信號評估單元細胞含於該驅動電路中。
  81. 一種用以保護一氧氣及/或水氣敏感物件的封裝件，其包含：一底座基板，具低水氣及/或氧氣滲透率；及 至少一個氣體滲透感測器，安排於該底座基板上，而能量測氣體通過該底座基板的滲透，其中，所述至少一個氣體滲透感測器各包含：一電導感測元件，含一水氣及/或氧氣敏感材料，其中所述材料與水氣及/或氧氣的反應造成該感測元件之電阻增大；及一電性連接器，其能將該感測元件連接於一信號評估單元。
  82. 如請求項81之封裝件，其中所述底座基板經配接而形成一圍體之至少一部份，在該圍體係安排有所要保護的氧氣及/或水氣敏感物件。
  83. 如請求項82之封裝件，其中該氣體滲透感測器係安排於該底座基板面對該圍體的一側上。
  84. 如請求項81之封裝件，其中所述底座基板係包含於條狀封裝料、發泡封裝塑料、可預填注射筒、藥物軟管、外用藥瓶、壺腹玻管、可預填吸入器、靜脈注射用容器、瓶、蓋/圍體、或處方容器中。
  85. 如請求項81之封裝件，其中該氣體滲透感測器係耦合於一信號評估單元。
  86. 如請求項85之封裝件，其中所述信號評估單元包 含一顯示單元，用以顯示已滲透過該底座基板的水氣及/或氧氣量相關的數值。
  87. 如請求項86之封裝件，其中該要保護的物件係選自下列諸物所組成之群：電子組件、藥品、食品、及醫用化學品。
  88. 一種封裝箔片，能經配接而形成一圍體，以保護一氧氣及/或水氣敏感物件，該封裝箔片包含：一底座基板，具低水氣及/或氧氣滲透率；及至少一個氣體滲透感測器，安排於該底座基板上，而能量測氣體通過該底座基板的滲透，其中，所述至少一個氣體滲透感測器各包含：一電導感測元件，含一水氣及/或氧氣敏感材料，其中所述材料與水氣及/或氧氣的反應造成該感測元件之電阻增大；及一電性連接器，其能將該感測元件連接於一信號評估單元。
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