用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜及其封裝工藝的制作方法
【專利摘要】一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜及采用該水氧阻隔膜作為電子器件封裝的工藝，水氧阻隔膜由多層用于阻隔水、氧分子的阻隔層和多層用于結(jié)構(gòu)去耦并吸收水、氧分子的吸收層交錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合薄膜，阻隔層和吸收層均為無機(jī)薄膜；復(fù)合薄膜包括與器件接觸的最下層、與大氣接觸的最上層以及設(shè)置于最下層與最上層之間的中間層，最下層和最上層均為阻隔層，且構(gòu)成復(fù)合薄膜的任意相鄰的兩層分別為一阻隔層和一吸收層。阻隔層為SiO2薄膜或者Si3N4薄膜或者SiON薄膜或者Al2O3薄膜中的至少一種。吸收層為具有非晶結(jié)構(gòu)金屬氧化物薄膜或者氮化物薄膜。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠在較薄的厚度下獲得優(yōu)良的水氧阻隔性能。
【專利說明】用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜及其封裝工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子器件封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜及其封裝工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]為了保障柔性半導(dǎo)體薄膜電子器件性能的有效性，通常在使用中需要對(duì)柔性半導(dǎo)體薄膜電子器件的薄膜功能體進(jìn)行封裝。現(xiàn)有的封裝技術(shù)，通常由多種材料層層堆疊，利用不同材料的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到良好的水氧隔絕效果。
[0003]目前使用較多的材料體系主要為:無機(jī)/有機(jī)雜化多層薄膜；無機(jī)/有機(jī)雜化多層薄膜結(jié)構(gòu)中，無機(jī)薄膜(如，Si3N4, Al2O3等)具有良好的水氧隔絕效果，在多層薄膜中起到主要的隔絕作用。但是由于無機(jī)薄膜沉積方法的限制，在這些薄膜中常常會(huì)出現(xiàn)針孔或由顆粒物所引入的缺陷，這些缺陷會(huì)形成水氧分子的擴(kuò)散通道。因此，通常會(huì)引入有機(jī)薄膜用于填補(bǔ)或修復(fù)無機(jī)薄膜中的缺陷，進(jìn)而獲得具有良好阻隔效果的封裝薄膜。但是，由于有機(jī)薄膜的水氧阻隔性較差，因此往往需要多個(gè)無機(jī)/有機(jī)薄膜的重復(fù)結(jié)構(gòu)才能滿足水氧阻隔要求。這使得此種薄膜封裝層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備成本上升。同時(shí)，由于有機(jī)層的引入，導(dǎo)致復(fù)合薄膜厚度增加，導(dǎo)致最終的柔性器件抗彎折性能劣化。
[0004]為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低成本,純無機(jī)封裝的設(shè)想應(yīng)運(yùn)而生。文獻(xiàn)“High-PerformanceTransparent Barrier Films of S1x/SiNx Stacks on Flexible Polymer Substrates，，(D01: 10.1149/1.2335592)提出多層S1/SiN的無機(jī)復(fù)合薄膜。但是由于Si3N4和5102結(jié)構(gòu)類似，導(dǎo)致無機(jī)薄膜間去耦合效果并不明顯，容易導(dǎo)致缺陷的持續(xù)生長(zhǎng)。
[0005]專利CN1977404B同樣提出純無機(jī)的封裝系統(tǒng)，系統(tǒng)采用至少兩個(gè)相鄰層包括相同的材料，其優(yōu)選材料同樣也是氮化硅和氧化硅。該專利采用相同的無機(jī)材料作為封裝層，但是通過沉積工藝的調(diào)整而達(dá)到去結(jié)構(gòu)耦合的效果。然而和上述文獻(xiàn)問題相似，相同的材料結(jié)構(gòu)差異極小，依然容易導(dǎo)致缺陷的持續(xù)生長(zhǎng)。
[0006]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜及其封裝工藝以克服現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，具有良好的水氧阻隔性能，能夠?qū)崿F(xiàn)在較薄的結(jié)構(gòu)下獲得良好的水氧隔絕性能。
[0008]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。
提供一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，由多層用于阻隔水、氧分子的阻隔層和多層用于結(jié)構(gòu)去耦并吸收水、氧分子的吸收層交錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合薄膜，所述阻隔層和所述吸收層均為無機(jī)薄膜；
所述復(fù)合薄膜包括與器件接觸的最下層、與大氣接觸的最上層以及設(shè)置于最下層與最上層之間的中間層，最下層和最上層均為阻隔層，且構(gòu)成復(fù)合薄膜的任意相鄰的兩層分別為一阻隔層和一吸收層。
[0009]優(yōu)選的，所述復(fù)合薄膜的總體厚度不大于I微米，在30 °C、相對(duì)濕度100 %的條件下達(dá)到6.52X 10_4 g/m2/day的水汽透過率。
[0010]優(yōu)選的，上述阻隔層為S12薄膜或者Si3N4薄膜或者S1N薄膜或者Al2O3薄膜中的至少一種；
通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備S12薄膜、Si3N4薄膜或者S1N薄膜，通過物理氣相沉積法或原子層沉積法制備Al2O3薄膜。
[0011]每層阻隔層的厚度設(shè)置為I ηπΓ500 nm。
[0012]優(yōu)選的，上述吸收層為具有非晶結(jié)構(gòu)的薄膜，所述吸收層為非晶金屬氧化物薄膜或者非晶氮化物薄膜。
[0013]優(yōu)選的，上述吸收層為含In、Zn、Ga、Sn、Cd、Pb中任意一種或多種元素組成的非晶金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜，在該薄膜內(nèi)的所有金屬元素中，任意單一金屬元素所占薄膜內(nèi)所有金屬兀素總量的比例不小于10%,不大于90%。
[0014]另一優(yōu)選的，上述吸收層為非晶結(jié)構(gòu)的MgO、V2O5, MnO2, CeO2, Pr2O3> N1或者ZrO2薄膜；或者為非晶結(jié)構(gòu)的ZnN、AlN、GaN氮化物薄膜。
[0015]上述吸收層的薄膜厚度設(shè)置為Inm?30nm。
[0016]上述吸收層通過PVD法或ALD法沉積制備而成。
[0017]本發(fā)明的另一目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種用于柔性薄膜電子器件的封裝方法，所封裝的制品具有良好的水氧阻隔性能，能夠?qū)崿F(xiàn)在較薄的結(jié)構(gòu)下獲得良好的水氧隔絕性能。
[0018]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。
提供一種用于柔性薄膜電子器件的封裝方法，采用上述的水氧阻隔膜作為柔性薄膜電子器件的封裝層。
[0019]本發(fā)明的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，由多層用于阻隔水、氧分子的阻隔層和多層用于結(jié)構(gòu)去耦并吸收水、氧分子的吸收層交錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合薄膜，所述阻隔層和所述吸收層均為無機(jī)薄膜；所述復(fù)合薄膜包括與器件接觸的最下層、與大氣接觸的最上層以及設(shè)置于最下層與最上層之間的中間層，最下層和最上層均為阻隔層，且構(gòu)成復(fù)合薄膜的任意相鄰的兩層分別為一阻隔層和一吸收層。該水氧阻隔膜能在較薄的厚度下實(shí)現(xiàn)良好的水氧阻隔膜效果。采用該水氧阻隔層作為封裝層的柔性薄膜電子器件的封裝方法具有水氧阻隔層厚度薄、水樣阻隔性能良好的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但附圖中的內(nèi)容不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0021]圖1是本發(fā)明用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是樣品I的WVTR測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0023]圖3是樣品I的SEM圖像。
[0024]圖4是樣品2的WVTR測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0025]圖5是樣品2的SEM圖像。
[0026]圖6是樣品3的WVTR測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0027]圖7是樣品3的SEM圖像。
[0028]圖8是樣品2高分辨電子顯微鏡照片圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0029]結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0030]實(shí)施例1。
[0031]一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，如圖1所示，由多層用于阻隔水、氧分子的阻隔層和多層用于去耦并吸收水、氧分子的吸收層交錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合薄膜，阻隔層和吸收層均為無機(jī)薄膜，復(fù)合薄膜為純無機(jī)復(fù)合薄膜。復(fù)合薄膜的總體厚度不大于I微米，在30 °C、相對(duì)濕度100 %的條件下達(dá)到不高于6.52X10_4 g/m2/day的水汽透過率。
[0032]復(fù)合薄膜包括與器件接觸的最下層、與大氣接觸的最上層以及設(shè)置于最下層與最上層之間的中間層，最下層和最上層均為阻隔層，且構(gòu)成復(fù)合薄膜的任意相鄰的兩層分別為一阻隔層和一吸收層。
[0033]阻隔層為S12薄膜或者Si3N4薄膜或者S1N薄膜或者Al2O3薄膜中的至少一種，其中，可通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備S12薄膜、Si3N4薄膜或者S1N薄膜，可通過物理氣相沉積法或原子層沉積法制備Al2O3薄膜。
[0034]每層阻隔層的厚度設(shè)置為I ηπΓ500 nm。
[0035]吸收層為具有非晶結(jié)構(gòu)的薄膜，吸收層為非晶金屬氧化物薄膜或者非晶氮化物薄膜。
[0036]吸收層可為含In、Zn、Ga、Sn、Cd、Pb中任意一種或多種元素組成的非晶金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜，在該薄膜內(nèi)的所有金屬元素中，任意單一金屬元素所占薄膜內(nèi)所有金屬元素總量的比例不小于10%，不大于90%。
[0037]吸收層也可為非晶結(jié)構(gòu)的Mg0、V205、Mn02、Ce02、Pr203、Ni0或者ZrO2薄膜；或者為非晶結(jié)構(gòu)的ZnN、AIN、GaN氮化物薄膜。
[0038]吸收層的薄膜厚度設(shè)置為Inm?30nm，可通過PVD法或ALD法沉積制備而成。
[0039]該水氧阻隔膜采用阻隔層與吸收層交錯(cuò)疊層的結(jié)構(gòu)，其阻隔層具有高密度特點(diǎn)，作為水、氧分子的主要隔絕層；吸收層主要以非晶結(jié)構(gòu)存在，可以對(duì)阻隔層薄膜中存在的缺陷起到結(jié)構(gòu)上去耦合的效果，優(yōu)化多層阻隔層薄膜的水氧阻隔性能。同時(shí)IZ0、IGZ0、ITZ0、AZO在濺射時(shí)控制條件，能保持其薄膜內(nèi)部氧缺乏的特點(diǎn)，使其在無機(jī)復(fù)合薄膜中，起到吸收擴(kuò)散進(jìn)入的氧分子的作用。而MgO、CaO> ZrO> PrO> NbO薄膜均能夠起到吸附水分子的作用，可進(jìn)一步延緩大氣中水、氧分子向柔性器件擴(kuò)散的時(shí)間。
[0040]由于吸收層容易吸附水、氧分子，所以吸收層必須要在具有良好水氧阻隔性能的阻隔層保護(hù)下才能正常發(fā)揮作用，因此，本發(fā)明采用阻隔層與吸收層交錯(cuò)層疊結(jié)構(gòu)，任意相鄰的兩層分別為一阻隔層和一吸收層。由于有機(jī)物不具備良好的水氧阻隔性能，所以不能作為阻隔層。
[0041]需要說明的是，構(gòu)成阻隔層各層的材料可以相同，也可以不相同。構(gòu)成吸收層各層的材料可以相同，也可以不同。
[0042]本發(fā)明的全無機(jī)復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，通過對(duì)無機(jī)薄膜材料以及制備方法的選擇，具有如下效果:(1)達(dá)到了無機(jī)薄膜之間的去耦合效果，利用多層無機(jī)薄膜相互覆蓋缺陷。(2)使用無機(jī)薄膜作為水、氧分子的吸收層，進(jìn)而減小復(fù)合薄膜中水氧分子的透過率。(3)全無機(jī)復(fù)合水氧阻隔薄膜的制作工藝簡(jiǎn)單，水氧阻隔性能優(yōu)越，可以在更薄的厚度，以及更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)下獲得良好的隔絕性能。
[0043]實(shí)施例2。
[0044]一種用于柔性薄膜電子器件的封裝方法，采用實(shí)施例1的水氧阻隔膜作為封裝層，所封裝的制品具有良好的水氧阻隔性能，能夠?qū)崿F(xiàn)在較薄的結(jié)構(gòu)下獲得良好的水氧隔絕性能。
[0045]實(shí)施例3。
[0046]制備三種柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)構(gòu)分別為:
樣品 I):Si3N4(200nm) / Si3N4 (200nm) /PEN ；
樣品 2) =Si3N4 (200nm) /IZ0(30nm) / Si3N4 (200nm) /PEN ；
樣品 3):Si3N4 (200nm) /IZ0(30nm) / Si3N4 (200nm) /IZ0(30nm) / Si3N4 (200nm) /IZ0(30nm) / Si3N4 (200nm) /PEN。
[0047]其中Si3N4薄膜采用PECVD設(shè)備沉積，薄膜沉積溫度為80 °C，功率150 W，采用NH3、N2> SiH4的混合氣體作為反應(yīng)氣體。
[0048]采用Mocon (Aquatran? Model 2)法測(cè)量在38°C、相對(duì)濕度100%條件下的水氧阻隔系數(shù)WVTR性能。
[0049]三個(gè)樣品的WVTR測(cè)試結(jié)果及SEM圖像分別如圖2至圖8所示。
[0050]樣品I 的 WVTR測(cè)試值為 1.34X 10_2 g/m2/day，樣品 2 的 WVTR測(cè)試值為 1.31 X 10_3g/m2/day，樣品3的WVTR測(cè)試值為6.52X 10_4 g/m2/day。交替層疊的阻隔層、吸收層結(jié)構(gòu)，能夠提高無機(jī)薄膜的水氧阻隔膜性能。
[0051]從SEM圖像中可以看出，樣品2與樣品3中的吸收層為非晶結(jié)構(gòu)，并且能夠很好的消除阻隔層中缺陷的持續(xù)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)構(gòu)去耦合效果。并且IZO薄膜由于其內(nèi)部存在大量氧空位，具有對(duì)氧氣的吸附效果。
[0052]針對(duì)樣品2，我們拍攝了高分辨電子顯微鏡照片對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)一步觀察。如圖8所示，由于PECVD沉積SiNx的溫度較低，薄膜出現(xiàn)了大量的孔洞?？梢钥吹絀ZO薄膜可以阻隔SiNx薄膜內(nèi)孔洞的生長(zhǎng)，因此可以說IZO起到了很好的結(jié)構(gòu)去耦層的作用。為了在掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察時(shí)，減少電荷積累效應(yīng)，我們?cè)跇悠?的薄膜的兩層分別制備了 50 nm的Al膜。
[0053]綜上所述，采用本發(fā)明的水氧阻隔膜的水氧阻隔效果優(yōu)于氮化硅/氧化硅層疊的水氧阻隔效果。
[0054]實(shí)施例4。
[0055]一種用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，采用AlOx作為阻隔層薄膜；非晶的ITZO (In:Sn:Zn=l:0.5:1)薄膜作為吸收層薄膜；其中AlOx采用ALD設(shè)備沉積，使用三甲基鋁(TMA)以及O3作為反應(yīng)前驅(qū)體。ITZO薄膜采用PVD方式沉積，濺射功率為500 W，濺射氣體采用Ar。
[0056]水氧阻隔薄膜的具體結(jié)構(gòu)為:A10X(10 nm)/ ITZO (20 nm) /AlOx (10 nm)/ITZ0(20 nm) /AlOx (10 nm)/PEN。整個(gè)阻隔層薄膜厚度不超過100 nm，獲得超薄水氧阻隔膜。使用Ca膜法評(píng)估水氧阻隔性能，得到WVTR僅為5*10_5 g/m2/day?？梢?，具有良好的水氧阻隔效果。
[0057]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于:由多層用于阻隔水、氧分子的阻隔層和多層用于結(jié)構(gòu)去耦并吸收水、氧分子的吸收層交錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合薄膜，所述阻隔層和所述吸收層均為無機(jī)薄膜； 所述復(fù)合薄膜包括與器件接觸的最下層、與大氣接觸的最上層以及設(shè)置于最下層與最上層之間的中間層，最下層和最上層均為阻隔層，且構(gòu)成復(fù)合薄膜的任意相鄰的兩層分別為一阻隔層和一吸收層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于:所述復(fù)合薄膜的總體厚度不大于I微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于:所述阻隔層為S12薄膜或者Si3N4薄膜或者S1N薄膜或者Al2O3薄膜中的至少一種； 通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備S12薄膜、Si3N4薄膜或者S1N薄膜，通過物理氣相沉積法或原子層沉積法制備Al2O3薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于:每層阻隔層的厚度設(shè)置為I ηπΓ500 nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于: 所述吸收層為具有非晶結(jié)構(gòu)的薄膜，所述吸收層為非晶金屬氧化物薄膜或者非晶氮化物薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于: 所述吸收層為含In、Zn、Ga、Sn、Cd、Pb中任意一種或多種元素組成的非晶金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜，在該薄膜內(nèi)任意一種單一金屬元素所占薄膜內(nèi)所有金屬元素總量的比例不小于10%，不大于90%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于: 所述吸收層為非晶結(jié)構(gòu)的MgO、V205、Mn02、CeO2, Pr203、N1或者ZrO2薄膜；或者為非晶結(jié)構(gòu)的ZnN、AIN、GaN氮化物薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于:所述吸收層的薄膜厚度設(shè)置為Inm?30nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于柔性薄膜電子器件的水氧阻隔膜，其特征在于:所述吸收層通過PVD法或ALD法沉積制備而成。
10.用于柔性薄膜電子器件的封裝方法，其特征在于:采用如權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的水氧阻隔膜作為柔性薄膜電子器件的封裝層。
【文檔編號(hào)】H01L23/00GK104362129SQ201410635918
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】徐苗, 李民, 陶洪, 李洪濛, 鄒建華, 王磊, 彭俊彪 申請(qǐng)人:廣州新視界光電科技有限公司