TWI656672B

TWI656672B - 可撓性環境敏感電子元件封裝體

Info

Publication number: TWI656672B
Application number: TW104115559A
Authority: TW
Inventors: 陳坤明; 蔡鎭竹; 李裕正; 羅國隆
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2019-04-11
Also published as: TW201628230A

Abstract

一種可撓性環境敏感電子元件封裝體，其包括一可撓性電子元件、一薄膜封裝層以及一封止膠。薄膜封裝層覆蓋可撓性電子元件，且封止膠覆蓋薄膜封裝層與可撓性電子元件。封止膠包括一第一部分以及一第二部分，第一部分覆蓋可撓性電子元件與薄膜封裝層，且第二部分覆蓋第一部分。第一部分的楊氏係數介於50MPa至1000MPa之間，第二部分的楊氏係數介於0至100MPa，而第一部分的楊氏係數大於第二部分的楊氏係數，且第一部分的厚度小於第二部分的厚度。

Description

可撓性環境敏感電子元件封裝體

本發明是有關於一種可撓性環境敏感電子元件封裝體，且特別是有關於一種能夠兼顧撓曲特性以及阻氣特性的可撓性環境敏感電子元件封裝體。

隨著電子產品中元件設計日趨精密，對於水氣/氧氣的阻障能力的需求也隨之提升。以有機電激發光元件為例，由於有機電激發光元件對於水氣與氧氣的滲入極為敏感，現行的封裝技術通常是採用薄膜封裝層(thin film encapsulation，TFE)、全面性封止膠(sealing adhesive)、阻氣層(gas barrier film)以及蓋板對有機電激發光元件進行封裝，以確保有機電激發光元件不易受到水氣與氧氣滲入進而影響其特性。封止膠可採用熱固膠，熱固膠具有較佳的阻氣特性，但當熱固膠被應用於可撓性有機電激發光元件的封裝時，封裝後的可撓性有機電激發光元件若要從硬質基板上取下，熱固膠所產生的應力會導致可撓性有機電激發光元件損傷。此外，熱固膠的撓曲特性不佳，不利於可撓性有機電激發光元件的撓曲。

承上述，可撓性有機電激發光元件在封裝時，如何兼顧撓曲特性、阻氣特性以製程便利性，實為目前仍待開發的重點之一。

本發明之一實施例提供一種可撓性環境敏感電子元件封裝體。

本發明之一實施例提供一種可撓性環境敏感電子元件封裝體，其包括一可撓性電子元件、一薄膜封裝層以及一封止膠。薄膜封裝層覆蓋可撓性電子元件，封止膠覆蓋薄膜封裝層與可撓性電子元件，封止膠包括一第一部分以及一第二部分，第一部分覆蓋可撓性電子元件與薄膜封裝層，且第二部分覆蓋第一部分。第一部分的楊氏係數介於50MPa至1000MPa之間，第二部分的楊氏係數介於0至100MPa，而第一部分的楊氏係數大於第二部分的楊氏係數，且第一部分的厚度小於第二部分的厚度。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、100'、100"、100'''‧‧‧可撓性環境敏感電子元件封裝體

110‧‧‧可撓性電子元件

112‧‧‧可撓性基板

114‧‧‧環境敏感電子元件

GB1‧‧‧第一阻障層

120‧‧‧薄膜封裝層

122、124、126‧‧‧薄膜

130、130a、130'、130"、130'''‧‧‧封止膠

132、132'‧‧‧第一部分

134、134'‧‧‧第二部分

136、136'‧‧‧側壁阻擋結構

GB2‧‧‧第二阻障層

C‧‧‧可撓性蓋板

圖1A至圖1G是本發明第一實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的製作流程示意圖。

圖2A與圖2B分別為本發明第二實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的上視示意圖與剖面示意圖。

圖3A與圖3B分別為本發明第三實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的上視示意圖與剖面示意圖。

圖4A與圖4B分別為本發明第四實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的上視示意圖與剖面示意圖。

圖5A至圖5E分別為不同封止膠的剖面示意圖。

【第一實施例】

圖1A至圖1G是本發明第一實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的製作流程示意圖。請參照圖1A與圖1B，首先，於一硬質基板SUB1上形成一可撓性電子元件110。在本實施例中，硬質基板SUB1例如為玻璃基板或是其他具備良好機械強度的基板，而可撓性電子元件110包括一可撓性基板112以及一環境敏感電子元件114，其中環境敏感電子元件114配置於可撓性基板112上。可撓性基板110的材料包括玻璃、金屬箔(metal foil)、塑膠材料或聚合物材料，例如聚亞醯胺(polyimide,PI)、聚亞醯胺與無機混合物(hybrid PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚醚碸(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)、聚醚亞醯胺(polyetherimide,PEI)、聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)、環烯烴聚合物(Cyclo olefin polymer,COP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃纖維增強型塑膠基板(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)、碳纖維強化高分子複合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)等。舉例而言，環境敏感電子元件114可為有機電激發光元件或是其他對於水氣與氧氣敏感的電子元件。前述的有機電激發光元件例如是有機電激發光顯示器或有機電激發光光源，本實施例不限定環境敏感電子元件114的型態。

為了增進可撓性基板112的阻氣特性，本實施例可在環境敏感電子元件114製作之前，選擇性地於可撓性基板112上製作一第一阻障層GB1。此時，部分的第一阻障層GB1會分佈於環境敏感電子元件114與可撓性基板112之間。第一阻障層GB1可為單層薄膜或是由多層薄膜所構成之疊層，本實施例不限定第一阻障層GB1之層數與構成材質。承上述，當第一阻障層GB1是由多層薄膜所構成之疊層時，第一阻障層GB1例如是由有機薄膜與無機薄膜交替堆疊所構成之疊層，當然，第一阻障層GB1亦可以是由多層無機薄膜堆疊所構成之疊層。當第一阻障層GB1是由多層無機薄膜堆疊所構成之疊層時，第一阻障層GB1具有良好的阻氣特性且在製造上較為容易，舉例而言，第一阻障層GB1可為氮化矽與氧化矽交替堆疊的疊層。第一阻障層GB1的水氣穿透率不高於10^-2g/m²‧Day，較佳係不高於10^-6g/m²‧Day。

接著請參照圖1C，在製作完成環境敏感電子元件114之後，於可撓性基板112上形成一薄膜封裝層120以覆蓋環境敏感電子元件114。在本實施例中，薄膜封裝層120包括多層相互堆疊的無機薄膜122、124、126，前述的無機薄膜122、124、126包括交替堆疊的氮化矽薄膜及碳氧化矽(SiOC)薄膜。然，本實施例並不限定無機薄膜122、124、126的層數與材料，在其他實施例中，薄膜封裝層120包括單層或多層的有機薄膜或是無機薄膜，也可以是上述之組合。舉例來說，無機材料包括三氧化二鋁(Al₂O₃)、氧化矽(SiO_x)、氮化矽(SiN_x)、氮氧化矽(SiO_xN_y)或是碳氧化矽(SiOC)；有機材料包括聚對二甲苯(parylene)或是丙烯酸(acrylic)。此領域具有通常知識者當可依據實際的設計需求而作適當的更動。

為了避免吸收可撓性電子元件110的環境敏感電子元件114與薄膜封裝層120之間的應力，本實施例可以選擇性地於環境敏感電子元件114與薄膜封裝層120之間製作柔軟層(未繪示)，以增進可撓性電子元件110的信賴性。此處，柔軟層的材質可選用容易受應力作用而出現脫層(delamination)的材質，以釋放環境敏感電子元件114與薄膜封裝層120之間的應力。柔軟層的材質例如是有機小分子材料(Small molecular materials)、有機寡聚合物(Oligomers)、有機-無機金屬共蒸鍍材料或無機金屬氧化物材料等。上述之有機小分子化合物的分子量約介於10g/mol至2,000g/mol之間，如三(8-羥基喹啉)鋁(tris(8-hydroxyquinoline)-aluminum,Alq3)、N,N’-雙(萘-1-基)-N,N’-二苯基聯苯胺(N,N’-di(naphthalene-1-yl)-N,N’-diphenyl-benzidine,NPB)或酞菁銅鹽(Phthalocyanine copper complex,CuPc)。有機寡聚物的分子量約介於500g/mol至3,000g/mol之間，如對苯乙烯寡聚物(Phenylene vinylene oligomers)、芴寡聚物(Fluorene oligomers)。有機-無機金屬共蒸鍍材料可如前述有機材料與金屬材料共蒸鍍而得，有機-無機金屬共蒸鍍材料的分子量約介於3g/mol至500g/mol之間。換言之，前述的柔軟層不但可以適當地釋放環境敏感電子元件114與薄膜封裝層120之間的應力，更可控制應力被釋放的位置。

請參照圖1D與圖1E，在完成薄膜封裝層120的製作之後，接著形成一封止膠130以覆蓋薄膜封裝層120與可撓性電子元件110。此處，可撓性電子元件110、薄膜封裝層120與封止膠130已初步構成一可撓性環境敏感電子元件封裝體100。在本實施例中，封止膠130包括一第一部分132以及一第二部分134，第一部分132全面性地覆蓋可撓性電子元件110與薄膜封裝層120，且第二部分134覆蓋第一部分132，其中第一部分132的楊氏係數介於50MPa至1000MPa之間，第二部分134的楊氏係數介於0至100MPa，而第一部分132的楊氏係數大於第二部分134的楊氏係數，且第一部分132的厚度小於第二部分134的厚度。舉例而言，第一部分132的厚度介於1微米至10微米之間，而第二部分134的厚度介於5微米至25微米之間。此處，封止膠130中的第一部分132與第二部分134之間可以具有明顯的介面，或者封止膠130中的第一部分132與第二部分134之間有些微互混的現象(無明顯的介面存在)產生。在其他實施例中，封止膠130中的第一部分132具有較高成分比例的高楊氏係數材料(例如熱固膠)與較低成分比例的低楊氏係數材料(例如感壓膠)，而第二部分134則具有較低成分比例的高楊氏係數材料(例如熱固膠)與較高成分比例的低楊氏係數材料(例如感壓膠)，且封止膠130中的高楊氏係數材料的成分比例在厚度方向上遞減。在一實施例中，封止膠130透過適當地控制加熱的程度或者適當地控制光固化的程度以使封止膠130的楊氏係數在其厚度方向上出現漸層的變化。值得注意的是，本實施例的封止膠130除了可以如圖1D與圖1E般整合於可撓性環境敏感電子元件的封裝製程中製作，亦可以事先製作完成(如圖5A所示)。

在一實施例中，封止膠130中的第一部分132是滿足前述楊氏係數與厚度限制的膠材，例如是固化溫度小於等於120度的熱固膠，而封止膠130中的第二部分134是滿足前述楊氏係數與厚度限制的膠材，例如是感壓膠。此處，第一部分132(例如熱固膠)具有較佳的阻氣特性，而第二部分134(例如感壓膠)則具有較佳的應力緩衝能力以及撓曲特性。換言之，本實施例所使用的封止膠130可以兼顧可撓性環境敏感電子元件封裝體100的撓曲特性以及阻氣特性。舉例而言，前述之封止膠130中的第一部分132的材質包括環氧樹脂(Epoxy resin)、尿素樹脂(Urea resin)、三聚氰胺(Melamine)、酚醛樹脂(Phenol resin)等，而前述之封止膠130中的第二部分134之材質包括壓克力(Acrylics)、丁基橡膠(Butyl rubber)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinyl acetate)、腈(nitriles)、矽橡膠(silicon rubber)、苯乙烯嵌段共聚物(styrene block copolymer)等。另外，環境敏感電子元件114例如是主動式環境敏感電子顯示元件或被動式環境敏感電子顯示元件，其中主動式環境敏感電子顯示元件例如是一主動型矩陣有機發光二極體(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AM-OLED)或者是主動型矩陣電泳顯示器(Active Matrix Electrophoretic Display,AM-EPD)，俗稱電子紙，或者是主動型矩陣液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Display,AM-LCD)。被動式環境敏感電子顯示元件則例如是被動驅動式有機電激發光元件(Passive Matrix OLED,PM-OLED)或者是超扭轉向列型液晶顯示器(Super Twisted Nematic Liquid Crystal Display,STN-LCD)。

在本實施例中，當第一部分132的厚度越小，可撓性環境敏感電子元件封裝體100從硬質基板SUB1上取下時，薄膜封裝層120與環境敏感電子元件114之間的應力(正向應力與剪應力)以及薄膜封裝層120與第一部分132之間的應力(正向應力與剪應力)越小。當第二部份134的厚度越大時，薄膜封裝層120 與環境敏感電子元件114之間的應力(正向應力與剪應力)以及薄膜封裝層120與第一部分132之間的應力(正向應力與剪應力)越小。此外，當第一部分132與第二部份134的楊氏係數越小時，則薄膜封裝層120與可撓性電子元件110之間的應力(正向應力與剪應力)以及薄膜封裝層120與第一部分132之間的應力(正向應力與剪應力)越小。

若薄膜封裝層120中最外層之薄膜126為氮化矽薄膜時，由於此氮化矽薄膜126在高溫時容易產生結構鬆動而形成水氧的滲透路徑，此時，第一部分132(例如熱固膠)直接與氮化矽薄膜126接觸可以改善氮化矽薄膜126的鬆動現象，以確保薄膜封裝層120與封止膠130不易產生水氧的滲透路徑，進而確保薄膜封裝層120與封止膠130的阻氣特性。

請參照圖1F，為了進一步增進前述包括有可撓性電子元件110、薄膜封裝層120與封止膠130的可撓性環境敏感電子元件封裝體100之阻氣特性，本實施例可以選擇性地於封止膠130(即第二部分134)上形成一第二阻障層GB2及一可撓性蓋板C，以使封止膠130位於可撓性電子元件110與可撓性蓋板C之間。具體而言，封止膠130位於薄膜封裝層120與可撓性蓋板C之間。在一實施例中，第二阻障層GB2與第一阻障層GB1可為相同材質，可撓性蓋板C與可撓性基板112可為相同材質。

請參照圖1G，在完成封止膠130、第二阻障層GB2以及可撓性蓋板C的製作之後，將可撓性環境敏感電子元件封裝體100 從硬質基板SUB1上取下。在可撓性環境敏感電子元件封裝體100取下的過程中，由於所使用的封止膠130包括阻氣特性較佳的第一部分132以及撓曲特性較佳的第二部分134，因此封止膠130除了具有良好的阻氣特性之外，本實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100可以在常溫條件下從硬質基板SUB1上取下，且有效提高製程良率。

依據模擬結果，當可撓性環境敏感電子元件封裝體100在常溫條件下從硬質基板SUB1上取下時，若以熱固膠作為封止膠130，則環境敏感電子元件114與薄膜封裝層120之間的介面所遭受的正向應力與剪應力較大；當可撓性環境敏感電子元件封裝體100在常溫條件下從硬質基板SUB1上取下時，若以感壓膠作為封止膠130，則環境敏感電子元件114與薄膜封裝層120之間的介面所遭受的正向應力與剪應力較小；當可撓性環境敏感電子元件封裝體100在常溫條件下從硬質基板SUB1上取下時，若以本實施例的封止膠130(複合式熱固膠和感壓膠為例)，則環境敏感電子元件114與封止膠130之間的介面所遭受的正向應力與剪應力介於前述二者之間。

【第二實施例】

圖2A與圖2B分別為本發明第二實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的上視示意圖與剖面示意圖。請參照圖2A與圖2B，本實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100'與第一實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100類似，二者主要差異之處在於：封止膠130'的第一部分132例如為熱固膠，而封止膠130'的第二部分134'例如為流體。在本實施例中，前述的流體例如為高表面張力流體、高黏度流體或低吸溼流體(例如矽油)。此外，本實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100'中的封止膠130'可進一步包括一側壁阻擋結構136，此側壁阻擋結構136配置於第一部分132上，且嵌入於第二部分134'中。本實施例的側壁阻擋結構136除了具有良好的阻氣特性外，更具備限制第二部分134'(流體)流動範圍的功能。值得注意的是，本實施例的封止膠130'除了可以整合於可撓性環境敏感電子元件的封裝製程中製作，亦可以事先製作完成(如圖5B所示)。

【第三實施例】

圖3A與圖3B分別為本發明第三實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的上視示意圖與剖面示意圖。請參照圖3A與圖3B，本實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100"與第二實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100'類似，二者主要差異之處在於：可撓性環境敏感電子元件封裝體100"中的側壁阻擋結構136'同時嵌入於封止膠130"的第一部分132與第二部分134'中。值得注意的是，本實施例中所提及的第二部份134'不限定必須是流體，此第二部份134'亦可採用非流體。

此外，本實施例的封止膠130"除了可以整合於可撓性環境敏感電子元件的封裝製程中製作，亦可以事先製作完成(如圖5C所示)。

【第四實施例】

圖4A與圖4B分別為本發明第四實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的上視示意圖與剖面示意圖。請參照圖4A與圖4B，本實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100'''與第三實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體100"類似，二者主要差異之處在於：本實施例的封止膠130'''具有不同結構。詳言之，本實施例的封止膠130'''中，第一部分132'包括多個彼此分離的圖案，以局部性覆蓋薄膜封裝層120。舉例而言，前述之圖案可為條狀圖案或塊狀圖案。此外，第一部分132'被第二部分134'所包覆，且第一部分132'未延伸至可撓性環境敏感電子元件封裝體100'''的側邊。值得注意的是，本實施例的封止膠130'''除了可以整合於可撓性環境敏感電子元件的封裝製程中製作，亦可以事先製作完成(如圖5D所示)。除了上述圖5A(第一實施例)至圖5D(第四實施例)所述的封止膠130、130'、130"、130'''，本發明亦可採用如圖5E所繪示的封止膠130a。

由於第一部分132(例如熱固膠)包括多個彼此分離的圖案，且圖案與圖案之間維持一間隔，因此，可將可撓性環境敏感電子元件封裝體100'''在常溫條件下從硬質基板上取下。再者，封止膠130'''的第一部分132具有圖案化，有助於增加可撓性環境敏感電子元件封裝體100'''的撓曲特性。

基於上述，由於本發明實施例採用具有多種不同楊氏係數的封裝材料作為封止膠，因此可以兼顧可撓性環境敏感電子元件封裝體的撓曲特性以及阻氣特性。此外，本發明實施例可以在常溫的情況下將可撓性環境敏感電子元件封裝體從硬質基板上取下，據此，本發明實施例的可撓性環境敏感電子元件封裝體的製造方法可以減少製程所需的時間並且降低製程成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故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。

Claims

一種可撓性環境敏感電子元件封裝體，包括：一可撓性電子元件；一薄膜封裝層，覆蓋該可撓性電子元件；以及一封止膠，覆蓋該可撓性電子元件與該薄膜封裝層，該封止膠包括一第一部分以及一第二部分，該第一部分覆蓋並且環繞該可撓性電子元件與該薄膜封裝層，該第二部分覆蓋該第一部分，其中該第一部分的楊氏係數介於50MPa至1000MPa之間，該第二部分的楊氏係數介於0至100MPa，而該第一部分的楊氏係數大於該第二部分的楊氏係數，且該第一部分的厚度小於該第二部分的厚度，且該第一部分以及該第二部分的材質不同於該薄膜封裝層的材質。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該可撓性電子元件包括：一可撓性基板；以及一環境敏感電子元件，配置於該可撓性基板上。
如申請專利範圍第2項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該可撓性電子元件更包括：一第一阻障層，配置於該可撓性基板上，其中部分該第一阻障層分佈於該環境敏感電子元件與該可撓性基板之間。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該薄膜封裝層包括多層無機薄膜，且該些無機薄膜覆蓋該環境敏感電子元件。
如申請專利範圍第4項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該些無機薄膜的最外層為氮化矽薄膜，且該氮化矽薄膜與該封止膠的該第一部份直接接觸。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該封止膠的該第一部分包括熱固膠，而該封止膠的該第二部分包括感壓膠。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該封止膠的該第一部分包括熱固膠，而該封止膠的該第二部分包括流體。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該封止膠更包括：一側壁阻擋結構，配置於該第一部分上。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該第一部分的厚度介於1微米至10微米之間，而該第二部分的厚度介於5微米至25微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該第一部分全面性覆蓋該薄膜封裝層。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，其中該第一部分包括多個彼此分離的圖案，以局部性覆蓋該薄膜封裝層。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，更包括：一柔軟層，配置於該可撓性電子元件與該薄膜封裝層之間。
如申請專利範圍第1項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，更包括：一可撓性蓋板，覆蓋該封止膠，其中該封止膠位於該可撓性電子元件與可撓性蓋板之間。
如申請專利範圍第13項所述的可撓性環境敏感電子元件封裝體，更包括：一第二阻障層，配置於該可撓性蓋板與該封止膠之間。
一種封止膠，適於覆蓋於一可撓性電子元件以及一薄膜封裝層上，且該薄膜封裝層覆蓋該可撓性電子元件，該封止膠包括一第一部分以及一第二部分，該第一部分覆蓋並且環繞該可撓性電子元件，該第二部分覆蓋該第一部分，其中該第一部分的楊氏係數介於50MPa至1000MPa之間，該第二部分的楊氏係數介於0至100MPa，而該第一部分的楊氏係數大於該第二部分的楊氏係數，且該第一部分的厚度小於該第二部分的厚度，且該第一部分以及該第二部分的材質不同於該薄膜封裝層的材質。
如申請專利範圍第15項所述的封止膠，其中該第一部分包括熱固膠，而該第二部分包括感壓膠。
如申請專利範圍第15項所述的封止膠，其中該第一部分包括熱固膠，而該第二部分包括流體。
如申請專利範圍第15項所述的封止膠，其中該第一部分的厚度介於1微米至10微米之間，而該第二部分的厚度介於5微米至25微米之間。
如申請專利範圍第15項所述的封止膠，其中該第一部分包括多個彼此分離的圖案。
如申請專利範圍第15項所述的封止膠，更包括一側壁阻擋結構，圍繞該第二部分。