TWI661193B - 無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構 - Google Patents

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許進明
Wen Tuan Wu
吳文端
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Abstract

本發明有關於一種無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其包含有一待測基板；一鈣薄膜，係形成於待測基板上；兩金屬探板，係設置於鈣薄膜上；一腔體，係具有一容置空間以容設待測基板、鈣薄膜與兩金屬探板；以及兩金屬探針，係分別設置於兩金屬探板上，並延伸至腔體外；藉此，本發明僅設置一層鈣薄膜於待測基版上，透過量測鈣薄膜的導電值變化率能獲得待測基板之水氣穿透率(Water Vapor Transmission Rate,WVTR)與氧氣透氣率(Oxygen Transmission Rate,OTR)。

Description

無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構
本發明係有關於一種水氣與氧氣穿透感測結構，尤其係指一種不使用銀電極之無銀電極式的水氣與氧氣穿透感測結構，可用以量測基板的水氣穿透率(Water Vapor Transmission Rate,WVTR)或氧氣透氣率(oxygen transmission rate,OTR)，藉此數據，以得知該基板是否適合作為電子元件的封裝基板。
按，製造電子元件時，最後皆會將其封裝，係避免外界的水氣或氧氣滲入內部，造成內部的潮濕或是氧化，而使電子元件損壞無法使用；依照電子元件的不同，需要阻隔水氣與氧氣的程度也會不同，因此藉由量測封裝基板的水氣穿透率(WVTR)或氧氣透氣率(OTR)，可知道封裝基板的阻氣率。目前軟性電子產品的發展，如軟性有機發光二極體(OLED)與量子點(QD)光學膜等產品，其阻氣率的需求須達1x10-5g/m2/day以下。MOCON公司所推出的基材阻氣率量測設備，其靈敏度僅能達到量測水氣穿透率(WVTR)至5x10-4g/m2/day的程度，係無法滿足應用於軟性OLED基板之驗證需求，且量測設備昂貴，一台動輒上百萬，對於研發單位是個沉重的負擔，因此係需要研發新的量測方法。
中華民國專利公告號TW I305835「測量測試材料之氣體滲透之感測器」係提供一感測元件，係以一種對水或氧氣敏感之材料 製成，當感測元件與水或氧氣接觸時，經由電極量測，會發現感測元件之導電率發生變化；此前案專利之對水或氧氣敏感之材料可選用鈣，電極可選用銀製成，其係屬於鈣測試法，以鈣測試法量測水氣穿透率(WVTR)，可達1x10-6g/m2/day以下的能力。
傳統的鈣測試法，係利用鈣薄膜與水氣或氧分子接觸時形成氫氧化鈣或氧化鈣，氫氧化鈣形成的厚度隨水氣或氧氣分子的增加而增加，此鈣薄膜因部分形成氫氧化鈣，而導致導電值下降，其下降的程度隨鈣薄膜暴露於水氧分子的濃度與時間有關，量測該鈣薄膜導電值一般需先行鍍一對銀電極於鈣薄膜之兩側，並以封裝技術封合鈣感測元件，該封裝製程須於水氧值小於1ppm的手套箱環境中進行，完成後再以銅探針接觸於該銀電極，並給予銀電極適當之電壓，再經由外部儀器量測電流，因而得知鈣薄膜的導電值，隨著時間變化觀測鈣薄膜之導電值的變化率，以了解鈣薄膜與水氧分子接觸形成氫氧化鈣或氧化鈣的速率，進而換算待測基板之水氣穿透率(WVTR)或氧氣透氣率(OTR)。
鈣測試法雖然成本低於量測設備的購買，但由於銀電極不穩定的特性，因此需要於手套箱以及封裝盒內進行量測，其不穩定的量測結果以及繁複的製程，導致目前尚未有商用的鈣測試阻氣率檢測技術。爰此，如何提供一種較穩定且又低成本的量測結構，即為發明人所思及的方向。
今，發明人即是鑑於上述現有之阻氣量測設備於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。
本發明主要目的為提供一種無銀電極式之水氣與氧氣穿透 感測結構，其去除使用銀電極結構，直接以金屬探板接觸鈣感測膜，由於金屬探板具平整表面，能與鈣感測膜完整接觸，係有效提高接觸面積，增加量測之穩定性，藉此，量測基板的水氣穿透率(WVTR)或氧氣透氣率(OTR)。
為了達到上述實施目的，本發明一種無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其包含有一待測基板；一鈣薄膜，係形成於待測基板上；兩金屬探板，係設置於鈣薄膜上；一腔體，係具有一容置空間以容設待測基板、鈣薄膜與兩金屬探板；以及兩金屬探針，係分別設置於兩金屬探板上，並延伸至腔體外。
於本發明之一實施例中，待測基板可例如為玻璃材料。
於本發明之一實施例中，鈣薄膜係以熱蒸鍍形成於待測基板上。
於本發明之一實施例中，鈣薄膜之厚度約為100nm~200nm。
於本發明之一實施例中，兩金屬探板係可例如選用銅、鋁或不鏽鋼材料。
於本發明之一實施例中，腔體可例如為不鏽鋼材料。
於本發明之一實施例中，兩金屬探針係可例如選用銅、鋁或不鏽鋼材料。
(1)‧‧‧待測基板
(2)‧‧‧鈣薄膜
(3)‧‧‧金屬探板
(4)‧‧‧腔體
(41)‧‧‧容置空間
(5)‧‧‧金屬探針
第一圖：本發明其較佳實施例之整體結構示意圖。
第二圖：本發明其較佳實施例之量測示意圖。
第三圖：本發明其較佳實施例之量測結果曲線圖。
本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更 深入且具體之瞭解。
請參閱第一圖，本發明一種無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其包含有一待測基板(1)，可例如為玻璃材料；一鈣薄膜(2)，係以熱蒸鍍形成於待測基板(1)上，其厚度約為100nm~200nm；兩金屬探板(3)，係設置於鈣薄膜(2)上，可例如選用銅、鋁或不鏽鋼材料；一腔體(4)，可例如為不鏽鋼材料，係具有一容置空間(41)以容設待測基板(1)、鈣薄膜(2)與兩金屬探板(3)；以及兩金屬探針(5)，係分別設置於兩金屬探板(3)上，並延伸至腔體(4)外，可例如選用銅、鋁或不鏽鋼材料。
此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。
請繼續參閱第一圖，本發明一種無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其係用於量測待測基板(1)之水氣穿透率(WVTR)或氧氣透氣率(OTR)，製作時，先取一玻璃製成之待測基板(1)，並透過熱蒸鍍的方式，於待測基板(1)上形成一以鈣材料製成之鈣薄膜(2)，並再設置兩個金屬探板(3)於鈣薄膜(2)上，將待測基板(1)、鈣薄膜(2)以及金屬探板(3)組成之感測元件放置於一不鏽鋼腔體(4)內之容置空間(41)，並於兩個金屬探板(3)上個別連接一金屬探針(5)，實際量測時，係將本感測結構放置於恆溫恆濕儀之感測環境內，環境之濕度為70%RH，溫度為25℃，如第二圖所示，並進行電導-溫度(G-t)的量測。
請參閱第三圖，本發明實施時，以不同材料的金屬探板(3)作成三個實施例，分別為銅金屬探板(3)、鋁金屬探板(3)與不鏽鋼金屬探板(3)，經由金屬探板(3)量測鈣薄膜(2)的電阻值，以獲得待測基板(1)之水氣穿透率(WVTR)；由圖中可知，使用銅金屬探板(3)時，鈣薄膜(2)電阻值第一天至第七天，其變化約在1.7Ω~2.5Ω之 間，換算待測基板(1)之水氣穿透率(WVTR)約為1.3x10-3g/m2/day；使用鋁金屬探板(3)時，鈣薄膜(2)電阻值第一天至第七天，其變化約在1.5Ω~2.4Ω之間，換算待測基板(1)之水氣穿透率(WVTR)約為1.7x10-3g/m2/day；使用不鏽鋼金屬探板(3)時，鈣薄膜(2)電阻值第一天至第七天，其變化約在1.2Ω~2.4Ω之間，換算待測基板(1)之水氣穿透率(WVTR)約為2.5x10-3g/m2/day；據此實驗結果顯示，由於第三圖中的三個實施例的折線都呈線性穩定成長，即便不使用傳統鈣測試法的銀薄膜電極，直接使用其他金屬探板(3)與鈣薄膜(2)直接接觸，亦可以得到穩定的電阻-時間(R-t)趨勢關係；此外，此水氣穿透率(WVTR)數值為鈣薄膜(2)暴露在有微量水氧值(<2ppm)的環境下測得，因此是反映實際的環境值，於是，若鈣薄膜(2)被有效地保護起來，即可偵測至1x10-5g/m2/day以下的能力，甚至小於1x10-6g/m2/day。
由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：
1.本發明無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，於鈣薄膜上直接設置金屬探板，由平整的金屬探板與鈣薄膜完整接觸，相較於習知技術使用銀電極，需要在手套箱與封裝盒內進行量測，本發明不須再額外鍍上一層銀電極，亦可量測到鈣薄膜的導電率變化。
2.本發明無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構係以腔體容設待測基板、鈣薄膜、金屬探板等元件，其感測成本係大幅低於購買目前市面商用量測設備，又不須如傳統鈣測試法有繁複的製程，且需要穩定的量測環境，而本發明感測結構穩定、又具低成本之優勢，係適合作為檢測水氣穿透率(WVTR)或氧氣透氣率(OTR)之設備。
綜上所述，本發明之無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

Claims (5)

  1. 一種無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其包含有：一待測基板；一鈣薄膜，係形成於該待測基板上；兩金屬探板，係選用銅、鋁或不鏽鋼材料，並設置於該鈣薄膜上；一腔體，係具有一容置空間以容設該待測基板、該鈣薄膜與該兩金屬探板；以及兩金屬探針，係選用銅、鋁或不鏽鋼材料，分別設置於該兩金屬探板上，並延伸至該腔體外。
  2. 如申請專利範圍第1項所述無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其中該待測基板為玻璃材料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其中該鈣薄膜係以熱蒸鍍形成於該待測基板上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其中該鈣薄膜之厚度為100nm~200nm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述無銀電極式之水氣與氧氣穿透感測結構，其中該腔體為不鏽鋼材料。
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