TWM579386U - 壓電材料薄膜之極化設備 - Google Patents

Abstract

一種壓電材料薄膜之極化裝置，適用以對裝置結構之壓電材料薄膜進行極化製程。裝置結構包含絕緣基材、以及壓電材料薄膜設於絕緣基材之表面之第一部分上。壓電材料薄膜之極化設備包含導電載盤、極化電極、以及直流電源。導電載盤包含凸狀部與凹陷部。絕緣基材設於凸狀部上，且凸狀部對應位於壓電材料薄膜之下方。凹陷部對應位於絕緣基材之表面之第二部分的下方。極化電極設於導電載盤之上方，且配置以朝裝置結構之壓電材料薄膜發射複數個帶電離子束。直流電源配置以在極化電極與導電載盤之間形成高電場環境。

Description

壓電材料薄膜之極化設備

本新型是有關於一種壓電材料薄膜的製作技術，且特別是有關於一種壓電材料薄膜之極化設備。

近年來，壓電材料的應用相當廣泛，這些應用包含電子產品觸控感測器、軍機迴聲定位、以及超音波蜂鳴器等。為了滿足特殊應用的需求，有時壓電材料必須做成薄膜。一般而言，需經過壓電塗料製備、壓電塗料塗布、以及壓電塗膜的極化處理後，才能製得具有壓電特性的薄膜。

由於壓電材料裡的分子架構有不對稱的特性，因此帶正電和負電的物質分布不均勻，而造成分子架構裡有局部正極和局部負極。這樣的特性是壓電材料產生極性的來源，極性方向定義為從局部負極至局部正極的方向。晶格具有相同極性方向的區域叫做電域。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，易造成整塊壓電材料沒有極性，進而無法呈現材料本身的壓電特性。因此，在電子元件製程上，壓電材料薄膜先經過極化製程，透過高強度電場 環境使壓電材料的電域轉向而對齊，此壓電材料薄膜才能呈現壓電性能。

由於電子元件的尺寸有限制，使得待極化的壓電材料薄膜的形狀和尺寸也受到限制，因此電子元件的量產過程通常係將多數小片壓電材料薄膜以塗布或黏合的方式排列在電子元件的基材上，以製作出圖案化的壓電材料薄膜。然而，利用高強度電場對壓電材料薄膜進行極化製程時，高電場可能會擊穿壓電材料薄膜。

目前有一種非接觸式極化技術，其利用遮板與接地的金屬載盤的組合，來確保壓電材料薄膜於極化製程時不被高電場擊穿，以利提升壓電材料薄膜的合格率，並可保護不導電基材上之電子元件不會受到損傷。在此技術中，平板狀的遮板設於壓電材料薄膜上方。遮板中設有開孔，開孔可暴露出待極化的壓電材料薄膜，以使壓電材料薄膜在極化過程可受到來自極化電極之電子束的影響。遮板係由絕緣材料所製成，其中絕緣材料可為軟質塑膠。

然而，圖案化壓電材料薄膜的尺寸越來越大時，遮板的開口率提高，因遮板的材料限制而導致遮板的製作難度越高。而且，大型遮板也有機械強度不足的疑慮。遮板除了有製作難度高的問題外，於極化製程期間，遮板與金屬載盤密合時，遮板的開孔與壓電材料薄膜的定位必須對準，才能使壓電材料薄膜達到有效且均勻的極化效果，而大型遮板的定位也對極化製程產線增加許多困難。此外，遮板並不適用於卷對卷(roll to roll)的極化製程。

因此，本新型之一目的就是在提供一種壓電材料薄膜之極化設備，其導電載盤包含凸狀部與凹陷部，其中凸狀部對應位於裝置結構之壓電材料薄膜的下方。由於凸狀部可吸引帶電離子束使帶電離子束射向壓電材料薄膜，藉此不僅可使帶電離子束集中在壓電材料薄膜的表面，更可確保絕緣基材上的電子元件不受到帶電離子束的轟擊而損傷。

本新型之另一目的是在提供一種壓電材料薄膜之極化設備，導電載盤的凸狀部可使帶電離子束集中在待極化的壓電材料薄膜上而催化極化過程，因此可確保壓電材料薄膜的極化更完整。

根據本新型之上述目的，提出一種壓電材料薄膜之極化設備，適用以對裝置結構之至少一壓電材料薄膜進行極化製程。裝置結構包含絕緣基材、以及前述之壓電材料薄膜設於絕緣基材之表面之第一部分上。壓電材料薄膜之極化設備包含導電載盤、極化電極、以及直流電源。導電載盤包含至少一凸狀部與至少一凹陷部。絕緣基材設於凸狀部上，且凸狀部對應位於壓電材料薄膜之下方。凹陷部對應位於絕緣基材之表面之第二部分的下方。極化電極設於導電載盤之上方，且配置以朝裝置結構之壓電材料薄膜發射複數個帶電離子束。直流電源配置以在極化電極與導電載盤之間形成高電場環境。

依據本新型之一實施例，上述之凸狀部之外緣與壓電材料薄膜之外緣對齊、或上述之凸狀部之外緣位於壓電材料薄膜之外緣的範圍內。

依據本新型之一實施例，上述之裝置結構更包含至少一電子元件設於絕緣基材之表面的第二部分上，凹陷部的範圍涵蓋整個電子元件。

依據本新型之一實施例，上述之導電載盤更包含至少一反向電極以及至少一絕緣層。反向電極設於凹陷部中，且配置以驅離朝絕緣基材之表面之第二部分入射的帶電離子束。絕緣層包覆住反向電極。

依據本新型之一實施例，上述之凹陷部為未貫穿導電載盤之盲孔。

依據本新型之一實施例，上述之凹陷部為貫穿導電載盤之貫穿孔。

依據本新型之一實施例，上述之凹陷部之深度與寬度之比例為約0.1至約10。

依據本新型之一實施例，上述之凹陷部之深度與寬度之比例為約0.5至約1。

依據本新型之一實施例，上述之裝置結構更包含至少一薄膜電極設於絕緣基材之表面之第一部分與壓電材料薄膜之間，薄膜電極與導電載盤電性耦合。

依據本新型之一實施例，上述之壓電材料薄膜之極化設備更包含電網設於極化電極與裝置結構之間，其中 帶電離子束經由電網而朝裝置結構噴射，電網之電壓與極化電極之電壓相同或相近。

100‧‧‧極化設備

100a‧‧‧極化設備

100b‧‧‧極化設備

100c‧‧‧極化設備

110‧‧‧裝置結構

110b‧‧‧裝置結構

112‧‧‧壓電材料薄膜

112e‧‧‧外緣

114‧‧‧絕緣基材

114a‧‧‧第一部分

114b‧‧‧第二部分

114s‧‧‧表面

116‧‧‧薄膜電極

118‧‧‧電子元件

120‧‧‧導電載盤

120a‧‧‧導電載盤

120c‧‧‧導電載盤

122‧‧‧凸狀部

122a‧‧‧凸狀部

122c‧‧‧凸狀部

122e‧‧‧外緣

124‧‧‧凹陷部

124a‧‧‧凹陷部

124c‧‧‧凹陷部

126‧‧‧反向電極

128‧‧‧絕緣層

130‧‧‧極化電極

132‧‧‧帶電離子束

140‧‧‧直流電源

142‧‧‧第一輸出端

144‧‧‧第二輸出端

146‧‧‧第三輸出端

150‧‧‧電網

152‧‧‧網孔

x‧‧‧寬度

y‧‧‧深度

為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本新型之一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本新型之另一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖；〔圖3〕係繪示依照本新型之又一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖；以及〔圖4〕係繪示依照本新型之再一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖。

請參照圖1，其係繪示依照本新型之一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖。壓電材料薄膜之極化設備100適用以對裝置結構110之至少一壓電材料薄膜112進行極化製程。在一些例子中，裝置結構110可包含欲進行極化製程的壓電材料薄膜112、絕緣基材114、以及至少一薄膜電極116。絕緣基材114具有表面114s，此表面114s可例如為絕緣基材114的上表面。絕緣基材114之表 面114s具有第一部分114a與第二部分114b。薄膜電極116設置在絕緣基材114之表面114s的第一部分114a上，壓電材料薄膜112則設置在薄膜電極116上。也就是說，壓電材料薄膜112設置在絕緣基材114之表面114s的第一部分114a上方，薄膜電極116位於絕緣基材114之表面114s的第一部分114a與壓電材料薄膜112之間。絕緣基材114可例如為玻璃基材，且可為平板結構。

在一些實施例中，壓電材料薄膜之極化設備100主要包含導電載盤120、極化電極130、以及直流電源140。導電載盤120係配置以承載欲進行極化製程的裝置結構110。導電載盤120之材料可例如為金屬。如圖1所示，導電載盤120包含一或多個凸狀部122、以及一或多個凹陷部124，其中凸狀部122與凹陷部124交錯配置以使導電載盤120具有凹凸的表面結構。在此實施方式中，每個凹陷部124為導電載盤120中的盲孔，即凹陷部124並未貫穿導電載盤120。每個凹陷部124具有深度y與寬度x。在一些例子中，凹陷部124之深度y與寬度x之比例為約0.1至約10。在一些示範例子中，凹陷部124之深度y與寬度x之比例為約1至約3。在另一些示範例子中，凹陷部124之深度y與寬度x之比例為約0.5至約1。

請繼續參照圖1，在一些例子中，裝置結構110放置在導電載盤120上時，絕緣基材114設於導電載盤120之凸狀部122上，且絕緣基材114之底面可與凸狀部122接觸。裝置結構110之薄膜電極116可利用導電線路(未繪示) 而與導電載盤120電性耦合。此外，導電載盤120之凸狀部122對應位於裝置結構110之壓電材料薄膜112的下方，即位於絕緣基材114之表面114s的第一部分114a的下方。也就是說，凸狀部122與壓電材料薄膜112分別位於絕緣基材114的相對二側。導電載盤120之凹陷部124則對應位於絕緣基板114之表面114s的第二部分114b的下方。因此，在一些示範例子中，導電載盤120之凸狀部122的數量、尺寸、及位置可分別和裝置結構110之壓電材料薄膜112的數量、尺寸、及位置對應。每個壓電材料薄膜112具有外緣112e，凸狀部122亦具有外緣122e。凸狀部122之外緣122e可例如與對應之壓電材料薄膜112的外緣112e對齊。或者，凸狀部122之外緣122e可例如位於壓電材料薄膜112之外緣112e的範圍內，即壓電材料薄膜112的面積可略大於凸狀部122的面積。凹陷部124之數量、尺寸、及位置可分別和絕緣基材114之表面114s之第二部分114b的數量、尺寸、及位置對應。凹陷部124可例如與對應之第二部分114b對齊，或者凹陷部124可例如略大於對應之第二部分114b。

如圖1所示，極化電極130設於導電載盤120的上方，且位於裝置結構110之壓電材料薄膜112的上方。舉例而言，極化電極130橫設於導電載盤120的上方，且極化電極130之延伸方向可實質平行於導電載盤120之上表面。極化電極130可用以產生許多帶電離子束132，並可將這些帶電離子束132朝向裝置結構110的壓電材料薄膜112發射。在一些例子中，極化電極130可利用以電暈放電方式提 供電離子束132。帶電離子束132可帶負電，例如電子束。帶電離子束132亦可帶正電。

直流電源140可為高壓直流電源。直流電源140與極化電極130及導電載盤120電性耦合，藉以在極化電極130與導電載盤120之間形成高電場環境。在一些例子中，如圖1所示，壓電材料薄膜之極化設備100更可包含電網150設於極化電極130與置於導電載盤120上之裝置結構110之間。電網150可例如鄰近於導電載盤120。舉例而言，電網150橫設於極化電極130與導電載盤120之間。在一些示範例子中，電網150的延伸方向可實質平行於導電載盤120之上表面。電網150之網格架構具有許多網孔152。極化電極130所提供之帶電離子束132隨著電場方向噴射到電網150，接著帶電離子束132經由電網150之網格架構的網孔152繼續往導電載盤120上之裝置結構110噴射。在一些例子中，電網150之電壓與極化電極130之電壓相同或相近。

在一些例子中，直流電源140可包含第一輸出端142、第二輸出端144、與第三輸出端146。舉例而言，第三輸出端146可接地而具有接地電位(即電位0)，第一輸出端142與第二輸出端144為負電電位；或者，第三輸出端146可為正電電位，第一輸出端142與第二輸出端144為負電電位。直流電源140之第一輸出端142電性耦合於極化電極130，第二輸出端144電性耦合於電網150，而第三輸出端146電性耦合於導電載盤120。在一些示範例子中，藉由這樣的電性耦合，使極化電極130的電壓大於電網150的電 壓，並使電網150的電壓大於導電載盤120的電壓。舉例而言，如圖1所示，分別與極化電極130及電網150耦接之第一輸出端142及第二輸出端144為高壓輸出端，第三輸出端146與導電載盤120接地。此時，由於薄膜電極116與導電載盤120電性耦合，因此薄膜電極116亦接地。

在這樣的示範例子中，極化電極130的電壓大於電網150的電壓，且電網150的電壓大於導電載盤120的電壓，因而在極化電極130與電網150之間以及電網150與導電載盤120之間產生電場。極化電極130所提供之帶電離子束132隨著電場方向噴射到電網150，接著帶電離子束132經由電網150之網孔152繼續往導電載盤120發射。

利用壓電材料薄膜之極化設備100對裝置結構110之壓電材料薄膜112進行極化製程時，極化電極130所產生的帶電離子束132隨電場方向依序射向電網150與導電載盤120上之裝置結構110。由於導電載盤120的凸狀部122能夠吸引帶電離子束132，藉此可將帶電離子束132帶往凸狀部122上方的壓電材料薄膜112，而使帶電離子束132集中在待極化的壓電材料薄膜112的表面。因此，具凹凸之表面構造的導電載盤120具有偏壓電極的功能。此外，導電載盤120絕大部分的表面被裝置結構110之絕緣基材114所遮住，因此帶電離子束132可均勻地累積在裝置結構110的表面上。帶電離子束132造成壓電材料薄膜112和絕緣基材114的表面累積電荷後會偏往導電載盤120等接地處前進，而催化壓電材料薄膜112的極化過程，確保極化更完整，其 中極化的過程能導出壓電材料薄膜112之表面上的電荷累積。

請參照圖2，其係繪示依照本新型之另一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖。本實施方式之壓電材料薄膜之極化設備100a的架構大致上與上述實施方式之壓電材料薄膜之極化設備100的架構相同，二者之間的差異在於壓電材料薄膜之極化設備100a的導電載盤120a的結構與導電載盤120不同。導電載盤120a同樣包含一或多個凸狀部122a與一或多個凹陷部124a，但每個凹陷部124a為貫穿導電載盤120a的貫穿孔。

請參照圖3，其係繪示依照本新型之又一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖。本實施方式之壓電材料薄膜之極化設備100b的架構與上述實施方式之壓電材料薄膜之極化設備100的架構大致相同，二者之間的差異在於壓電材料薄膜之極化設備100b之待處理的裝置結構110b與上述之待處理的裝置結構110不同。針對特殊電子元件設計或卷對卷的製程，裝置結構110b之壓電材料薄膜112會直接塗布在絕緣基材114上，而可能沒有薄膜電極。此外，裝置結構110b更可包含一或多個電子元件118，其中電子元件118設於絕緣基材114之表面114s之第二部分114b上。在一些示範例子中，每個凹陷部124的範圍涵蓋整個對應之電子元件118。由於導電載盤120的凸狀部122能夠吸引帶電離子束132朝向絕緣基材114之表面114s的第一部分114a，因此可確保位於絕緣基材114之表面114a 的第二部分114b上的電子元件118不受到帶電離子束132的轟擊而損傷。

請參照圖4，其係繪示依照本新型之再一實施方式的一種壓電材料薄膜之極化設備的裝置示意圖。本實施方式之壓電材料薄膜之極化設備100c的架構大致上與上述實施方式之壓電材料薄膜之極化設備100b的架構相同，二者之間的差異在於壓電材料薄膜之極化設備100c的導電載盤120c的結構與導電載盤120不同。導電載盤120c除了同樣包含一或多個凸狀部122c與一或多個凹陷部124c外，還包含一或多個反向電極126以及一或多個絕緣層128。反向電極126的數量可與凹陷部124c的數量相同，且反向電極126可分別對應設於凹陷部124c中。絕緣層128的數量與反向電極126的數量相同。絕緣層128分別對應包覆住反向電極126，以電性隔離反向電極126與導電載盤120c之凸狀部122c及凹陷部124c。所有的反向電極126可利用導電線路(未繪示)彼此電性耦合。

在壓電材料薄膜之極化設備100c中，反向電極126之電性可與帶電離子束132之電性相同，藉此可從反向電極126上方驅離帶電離子束132，即將朝絕緣基材114之表面114s之第二部分114b入射之帶電離子束132驅離，而使這些帶電離子束132更集中地朝向絕緣基材114之表面114s之第一部分114a上的壓電材料薄膜112，以強化導電載盤120c的偏壓效果。在一些例子中，反向電極126可為與直流電源140之輸出具有相反電荷或包含能改變帶電離子 束132之方向的電性物質、本身可產生磁場的磁性物質、或經通電等方式可產生磁場的物質。

由上述之實施方式可知，本新型之一優點就是因為本新型之壓電材料薄膜之極化設備的導電載盤包含凸狀部與凹陷部，其中凸狀部對應位於裝置結構之壓電材料薄膜的下方。由於凸狀部可吸引帶電離子束使帶電離子束射向壓電材料薄膜，藉此不僅可使帶電離子束集中在壓電材料薄膜的表面，更可確保絕緣基材上的電子元件不受到帶電離子束的轟擊而損傷。

由上述之實施方式可知，本新型之另一優點就是因為本新型之壓電材料薄膜之極化設備之導電載盤的凸狀部可使帶電離子束集中在待極化的壓電材料薄膜上而催化極化過程，因此可確保壓電材料薄膜的極化更完整。

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

Claims (10)

1. 一種壓電材料薄膜之極化設備，適用以對一裝置結構之至少一壓電材料薄膜進行一極化製程，該裝置結構包含一絕緣基材以及該至少一壓電材料薄膜設於該絕緣基材之一表面之一第一部分上，該壓電材料薄膜之極化設備包含：一導電載盤，其中該導電載盤包含至少一凸狀部與至少一凹陷部，該絕緣基材設於該至少一凸狀部上，且該至少一凸狀部對應位於該至少一壓電材料薄膜之下方，該至少一凹陷部對應位於該絕緣基材之該表面之一第二部分之下方；一極化電極，設於該導電載盤之上方，且配置以朝該裝置結構之該至少一壓電材料薄膜發射複數個帶電離子束；以及一直流電源，配置以在該極化電極與該導電載盤之間形成一高電場環境。
2. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該至少一凸狀部之一外緣與該至少一壓電材料薄膜之一外緣對齊、或該至少一凸狀部之該外緣位於該至少一壓電材料薄膜之該外緣的範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該裝置結構更包含至少一電子元件設於該 絕緣基材之該表面之該第二部分上，該至少一凹陷部的範圍涵蓋整個該至少一電子元件。
4. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該導電載盤更包含：至少一反向電極，設於該至少一凹陷部中，且配置以驅離朝該絕緣基材之該表面之該第二部分入射之該些帶電離子束；以及至少一絕緣層，包覆住該至少一反向電極。
5. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該至少一凹陷部為未貫穿該導電載盤之至少一盲孔。
6. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該至少一凹陷部為貫穿該導電載盤之至少一貫穿孔。
7. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該至少一凹陷部之深度與寬度之比例為0.1至10。
8. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該至少一凹陷部之深度與寬度之比例為0.5至1。
9. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，其中該裝置結構更包含至少一薄膜電極設於該絕緣基材之該表面之該第一部分與該至少一壓電材料薄膜之間，該至少一薄膜電極與該導電載盤電性耦合。
10. 如申請專利範圍第1項之壓電材料薄膜之極化設備，更包含一電網設於該極化電極與該裝置結構之間，其中該些帶電離子束經由該電網而朝該裝置結構噴射，該電網之電壓與該極化電極之電壓相同或相近。