TWI747556B - 壓電薄膜之極化方法 - Google Patents

Abstract

一種壓電薄膜之極化方法。在此方法中，將壓電薄膜平貼在導電基材之表面。進行第一除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之表面之間的氣泡。於進行第一除泡處理後，對壓電薄膜進行極化製程。

Description

壓電薄膜之極化方法

本揭露是有關於一種壓電薄膜之製作技術，且特別是有關於一種壓電薄膜之極化方法。

壓電材料中之電域的極性方向常常沒有規則性而互相抵消，易造成整個壓電材料沒有極性，而無法呈現材料本身的壓電特性。因此，通常需對壓電材料進行極化製程，方能使壓電材料的電域方向一致而呈現壓電特性。

非接觸式極化技術係以高電場進行極化，將壓電薄膜裡的分子沿著電場分布整齊地排列，達到使壓電薄膜呈現壓電特性的效果。目前，壓電薄膜的極化處理大都使用電暈放電(corona discharge)技術來提供電子來源。在一些採電暈放電技術之極化設備中，電子會先經過具有負性高電壓網(grid)才到待極化之表面。

然而，當壓電薄膜開始呈現壓電效應後，在壓電薄膜之表面上所累積的電荷持續提供高電場的環境，會造成壓電薄膜伸縮，使得壓電薄膜之表面的平整度難以維持。另外，壓電薄膜的伸縮導致壓電薄膜產生高低起伏，如此使得壓電薄膜表面越接近電極，而提高了壓電薄膜被擊穿的機率。由於壓電薄膜之表面不平整與被擊穿為極化過程最常發生的瑕疵且屬於不可修復的瑕疵，因此必須加以預防才能降低這類瑕疵發生的機率。

因此，本揭露之一目的就是在提供一種壓電薄膜之極化方法，其在壓電薄膜極化前先進行除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之間的氣泡。藉此，極化壓電薄膜時，可提高壓電薄膜之表面的平整性，並可避免壓電薄膜被擊穿，更可提高壓電薄膜之極化均勻性，進而可大幅提升壓電薄膜之極化品質與良率。

本揭露之另一目的就是在提供一種壓電薄膜之極化方法，其可在壓電薄膜極化期間及/或極化後，再對壓電薄膜進行除泡處理，藉此可有效維持壓電薄膜之表面的平整度，進一步提升壓電薄膜之極化品質，有利於極化後之壓電薄膜之後續製程的進行與應用。

根據本揭露之上述目的，提出一種壓電薄膜之極化方法。在此方法中，將壓電薄膜平貼在導電基材之表面。進行第一除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之表面之間的氣泡。於進行第一除泡處理後，對壓電薄膜進行極化製程。

依據本揭露之一實施例，於上述進行極化製程期間，此方法更包含進行第二除泡處理，以去除壓電薄膜與該導電基材之表面之間的氣泡。

依據本揭露之一實施例，於上述進行極化製程後，此方法更包含進行第三除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之表面之間的氣泡。

依據本揭露之一實施例，上述進行第一除泡處理與進行第二除泡處理包含利用刮除方式、真空方式、擠壓方式、及/或靜電吸附方式。

依據本揭露之一實施例，上述進行第一除泡處理與進行第二除泡處理包含設置輔助電極壓在壓電薄膜上。

依據本揭露之一實施例，上述之輔助電極為導電板或半導體板。

根據本揭露之上述目的，另提出一種壓電薄膜之極化方法。在此方法中，將壓電薄膜平貼在導電基材之表面。進行數個除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之表面之間的氣泡。對壓電薄膜進行數個極化製程。這些除泡處理與極化製程交錯進行。

依據本揭露之一實施例，於上述進行極化製程後，此方法更包含進行另一除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之表面之間的氣泡。

依據本揭露之一實施例，上述進行除泡處理與另一除泡處理各包含利用刮除方式、真空方式、擠壓方式、及/或靜電吸附方式。

依據本揭露之一實施例，上述進行除泡處理包含設置輔助電極壓在壓電薄膜上。

請參照圖1A至圖1C，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖。在本實施方式中，進行壓電薄膜100之極化時，可先將壓電薄膜100平貼在導電基材110之表面112上。壓電薄膜100可為有機壓電薄膜或無機壓電薄膜。有機之壓電薄膜100可為高分子壓電材料，例如但不限於聚偏二氟乙烯(PVDF)的均聚物。無機之壓電薄膜可為壓電陶瓷材料，例如但不限於鋯鈦酸鉛(PZT)。

在一些例子中，可利用射出成膜方式先製作出有機的壓電薄膜100。再將所製備之壓電薄膜100貼合在導電基材110之表面112上。在這樣的例子中，製作壓電薄膜100時無需基材。大部分之有機的壓電薄膜100，例如聚偏二氟乙烯的均聚物，於成膜後需經過拉伸處理。在另一些例子中，可利用例如塗布方式，直接在導電基材110之表面112上形成壓電薄膜100。

導電基材110之表面112為一平坦表面，因此壓電薄膜100可以平貼方式設置在導電基材110之表面112上。此外，導電基材110具有可支撐壓電薄膜100的結構強度，以避免壓電薄膜100變形。在一些例子中，導電基材110可為金屬板、金屬膜、碳板、或者金屬捲材，其中金屬捲材可應用於壓電薄膜100之捲對捲(RTR)極化製程。導電基材110會隨著待極化的壓電薄膜100一起經過極化製程。舉例而言，對一些捲對捲或連續式(In-line)極化設備來說，此導電基材110會跟著進行極化製程之壓電薄膜100一起移動。

在一些例子中，導電基材亦可為包含不導電或導電基底以及導電層，其中導電層覆蓋在基底上。導電層之相對於基底的表面為導電基材與壓電薄膜100接合的表面，即壓電薄膜100平貼在導電層之表面上。基底可為不導電材質，例如塑膠膜、透明玻璃、或塑膠板。導電層可例如包含金屬層、導電氧化層、或碳奈米粉漿層。

如圖1A所示，壓電薄膜100貼合在導電基材110之表面112時，壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間可能會有氣泡120產生。此時，可進行第一除泡處理，以去除壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡120，如圖1B所示。進行第一除泡處理所採用之方式包含但不限於刮除方式、真空方式、擠壓方式、及/或靜電吸附方式。

舉例而言，可利用刮刀來刮除壓電薄膜100與導電基材110之間的氣泡120。亦可將壓電薄膜100與導電基材110置入腔室，再透過對腔室抽真空的方式來去除壓電薄膜100與導電基材110之間的氣泡120。另可以捲對捲方式擠壓壓電薄膜100與導電基材110，以去除壓電薄膜100與導電基材110之間的氣泡120。或者，可利用例如電漿或高壓氣體噴吹壓電薄膜100之貼合表面102的方式，先在貼合表面102上產生靜電，再利用靜電吸附方式使壓電薄膜100之貼合表面102緊密地貼合在導電基材110的表面112上，藉此去除壓電薄膜100與導電基材110之間的氣泡120。

完成第一除泡處理後，即可對壓電薄膜100進行極化製程，以使壓電薄膜100呈現壓電特性。在一些例子中，可利用電漿來進行壓電薄膜100的極化製程。請參照圖1C，進行極化製程時，極化電極130可設於壓電薄膜100之上方，電源供應器140之第一極142與極化電極130電性連接，電源供應器140之第二極144與導電基材110均接地。電源供應器140之第一極142與第二極144具有不同電位。電源供應器140對極化電極130供電後，極化電極130可產生電漿，電漿朝貼合在導電基材110之表面112上的壓電薄膜100噴射，以極化壓電薄膜100。在一些示範例子中，更可將一電網(未繪示)設於極化電極130與壓電薄膜100之間。電網之電壓可與極化電極130之電壓相同或相近，或者小於極化電極130之電壓。

由於在壓電薄膜100極化前，已先去除壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡120，因此可在極化製程期間避免因壓電薄膜100的內應力產生氣泡集中而形成氣體通道，進而可避免外界氣體再經由氣體通道而散布於整個壓電薄膜100與導電基材110之間。藉此，不僅可提高壓電薄膜100之表面的平整性與極化均勻性，更可避免壓電薄膜100於極化製程中被擊穿與永久性變形，進而可有效提升壓電薄膜100之極化品質與良率。

在極化製程期間，因壓電薄膜100之內應力，而可能在壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間再次出現氣泡120。因此，在一些例子中，於進行壓電薄膜100之極化製程期間，可選擇性地進行第二除泡處理，以去除在極化製程期間出現在壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡120。進行第二除泡處理所採用之方式包含但不限於刮除方式、真空方式、擠壓方式、及/或靜電吸附方式。

於極化製程後，壓電薄膜100上有靜電，使得壓電薄膜100因電場而產生內應力。壓電薄膜100因內應力而可能呈現不平整狀態，導致在壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間又出現氣泡120。因此，在一些例子中，於進行壓電薄膜100之極化製程後，可選擇性地進行第三除泡處理，以去除極化製程期間與之後出現在壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡120，藉以平整化壓電薄膜100。類似地，進行第三除泡處理所採用之方式包含但不限於刮除方式、真空方式、擠壓方式、及/或靜電吸附方式。

在本實施方式中，第二除泡處理與第三除泡處理可根據實際製程需求而選擇性進行。舉例而言，壓電薄膜100在極化製程後大致呈平整狀態時，可省略第三除泡處理。或者，在極化製程期間，壓電薄膜100呈平整狀態時，可省略第二除泡處理。

請參照圖2，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電薄膜之極化製程的裝置示意圖。在一些例子中，進行第一除泡處理、第二除泡處理、與第三除泡處理可額外設置輔助電極150，並使此輔助電極150緊壓在壓電薄膜100上。藉此，可在壓電薄膜100極化前、極化期間、與極化後，以擠壓方式去除壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡，並提升極化後之壓電薄膜100的平整度。輔助電極150較佳係壓設在整個壓電薄膜100上。輔助電極150可例如為導電板或半導體板。

在一些例子中，輔助電極150之表面上可以鍍上或塗上一層厚度非常薄的絕緣層(未繪示)，其中此絕緣層與壓電薄膜100分別位於輔助電極150的相對二側。此絕緣層之厚度可例如為約60nm以下。此絕緣層可例如為類鑽碳薄膜。藉由在輔助電極150之表面上設置絕緣層，可避免輔助電極150與導電基材110之間產生電弧，進而可提升整體極化製程的良率。

在一些示範例子中，可將電網160設於極化電極130與輔助電極150之間。電網160與電源供應器140之第三極146連接。電網160之電壓可與極化電極130之電壓相同或相近，或者小於極化電極130之電壓。

請同時參照圖1A至圖1C與圖3，其中圖3係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的流程圖。本實施方式可對壓電薄膜100進行多道次的極化製程。進行壓電薄膜100之極化時，可先進行步驟200，以將壓電薄膜100平貼在導電基材110之表面112上，如圖1A所示。類似於上述實施方式，可先利用射出成膜方式先製作出有機的壓電薄膜100，再將所製備之壓電薄膜100貼合在導電基材110之表面112上；或者，可利用例如塗布方式，直接在導電基材110之表面112上形成壓電薄膜100。壓電薄膜100與導電基材110之材料與特性已說明於上，於此不再贅述。另外，導電基材110亦可以由基底與導電層組成的導電基材取代。

接著，可進行步驟210，以交錯進行除泡處理與極化製程，分別如圖1B與圖1C所示。在步驟210中，可先進行一道除泡處理，以去除壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡120後，再對壓電薄膜100進行一道極化製程，而後再次進行除泡處理，並於此除泡處理後再次對壓電薄膜100進行極化製程。交錯進行除泡處理與極化製程，直至壓電薄膜100極化完成。

在一些例子中，壓電薄膜100極化完成後，可選擇性地進行步驟220，以對極化後之壓電薄膜100進行另一除泡處理，來去除極化製程期間與之後出現在壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112之間的氣泡120，並平整化壓電薄膜100。進行這些除泡處理所採用之方式包含但不限於刮除方式、真空方式、擠壓方式、及/或靜電吸附方式。舉例而言，進行除泡處理時，可如同圖2所示，設置輔助電極150於壓電薄膜100上，來將壓電薄膜100與導電基材110之間的氣泡去除。

由上述之實施方式可知，本揭露之一優點就是因為本揭露之壓電薄膜之極化方法在壓電薄膜極化前先進行除泡處理，以去除壓電薄膜與導電基材之間的氣泡。藉此，極化壓電薄膜時，可提高壓電薄膜之表面的平整性，並可避免壓電薄膜被擊穿，更可提高壓電薄膜之極化均勻性，進而可大幅提升壓電薄膜之極化品質與良率。

由上述之實施方式可知，本揭露之另一優點就是因為本揭露之壓電薄膜之極化方法可在壓電薄膜極化期間及/或極化後，再對壓電薄膜進行除泡處理，藉此可有效維持壓電薄膜之表面的平整度，進一步提升壓電薄膜之極化品質，有利於極化後之壓電薄膜之後續製程的進行與應用。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:壓電薄膜 102:貼合表面 110:導電基材 112:表面 120:氣泡 130:極化電極 140:電源供應器 142:第一極 144:第二極 146:第三極 150:輔助電極 160:電網 200:步驟 210:步驟 220:步驟

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： ［圖1A］至［圖1C］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖； ［圖2］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電薄膜之極化製程的裝置示意圖；以及 ［圖3］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的流程圖。

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

100:壓電薄膜

102:貼合表面

110:導電基材

112:表面

130:極化電極

140:電源供應器

142:第一極

144:第二極

146:第三極

150:輔助電極

160:電網

Claims (10)

1. 一種壓電薄膜之極化方法，包含：將一壓電薄膜平貼在一導電基材之一表面；進行一第一除泡處理，以去除該壓電薄膜與該導電基材之該表面之間的氣泡；以及於進行該第一除泡處理後，對該壓電薄膜進行一極化製程。
2. 如請求項1所述之方法，其中於進行該極化製程期間，該方法更包含進行一第二除泡處理，以去除該壓電薄膜與該導電基材之該表面之間的氣泡。
3. 如請求項1或2所述之方法，其中於進行該極化製程後，該方法更包含進行一第三除泡處理，以去除該壓電薄膜與該導電基材之該表面之間的氣泡。
4. 如請求項2所述之方法，其中進行該第一除泡處理與進行該第二除泡處理包含利用一刮除方式、一真空方式、一擠壓方式、及/或一靜電吸附方式。
5. 如請求項2所述之方法，其中進行該第一除泡處理與進行該第二除泡處理包含設置一輔助電極壓在該壓電薄膜上。
6. 如請求項5所述之方法，其中該輔助電極為一導電板或一半導體板，且該輔助電極之一表面上設有一絕緣層，該絕緣層與該壓電薄膜分別位於該輔助電極之相對二側。
7. 一種壓電薄膜之極化方法，包含：將一壓電薄膜平貼在一導電基材之一表面；進行複數個除泡處理，以去除該壓電薄膜與該導電基材之該表面之間的氣泡；以及對該壓電薄膜進行複數個極化製程，其中該些除泡處理與該些極化製程交錯進行。
8. 如請求項7所述之方法，其中於進行該些極化製程後，該方法更包含進行另一除泡處理，以去除該壓電薄膜與該導電基材之該表面之間的氣泡。
9. 如請求項8所述之方法，其中進行每一該些除泡處理與該另一除泡處理包含利用一刮除方式、一真空方式、一擠壓方式、及/或一靜電吸附方式。
10. 如請求項7所述之方法，其中進行該些除泡處理包含設置一輔助電極壓在該壓電薄膜上。

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