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TWI546406B - 撓性複合物，彼之製法與應用 - Google Patents

撓性複合物，彼之製法與應用 Download PDF

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TWI546406B
TWI546406B TW103125508A TW103125508A TWI546406B TW I546406 B TWI546406 B TW I546406B TW 103125508 A TW103125508 A TW 103125508A TW 103125508 A TW103125508 A TW 103125508A TW I546406 B TWI546406 B TW I546406B
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flexible
foil
coated
vapor
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荷姆特 麥克
菲力普 艾柏特
比約恩 保羅普
艾尼爾 賽森那
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贏創工業股份有限公司
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Publication date
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Description

撓性複合物，彼之製法與應用
本發明關於撓性複合物，其可用於撓性電子領域中，尤其用於製造撓性電子電路、撓性電路板、撓性顯示器(例如，撓性LCD顯示器或撓性OLED顯示器)、撓性發光元件(例如，撓性LED或撓性OLED)、撓性發電機或電能儲存器(諸如撓性太陽能電池或撓性可再充電電池)或撓性扁平纜線。
亦稱為撓性電路之撓性電子為藉由將電子裝置架設在撓性聚合物基材上而用於組裝電子電路之技術。使用例如耐高溫聚合物箔片或透明聚合物箔片。撓性電路亦可為藉由成像方法(例如，網版印刷或噴墨印刷)而施加於印刷電路(諸如銀、銅、鋁或鉑軌道)之箔片。撓性電子電路可使用與用於剛性電路板之相同的結構組件製造且可在製造期間修改成所欲形狀或可在使用期間彎曲。該等撓性印刷電路(FPC)可使用光微影蝕刻技術製造。在撓性箔片上製造電路或製造撓性扁平纜線(FFC)之替代方式為在塑料箔片 的兩層(諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))之間層合非常薄的金屬條。將用於此方式的該等PET層以在層合期間活化之熱固性黏著劑塗佈。FPC及FFC對許多應用展現一系列的優點：
‧有可能製造固定架設之電子子配件，其中在3個軸上需要電接線，例如在照相機中
‧有可能製造電接線，其中子配件在意欲的使用期間必須展現可撓性，例如在行動電話中
‧有可能在子配件之間建構電接線，以便取代比較重且體積比較大的電纜線束，例如在汽車、船舶、飛機、火箭或衛星中，及
‧有可能製造在其中電路板的厚度或空間限制為決定因子之環境中的電接線。
撓性電路可易受到來自環境的化學侵襲。例如，氧或水蒸氣對微型電子電路可具有不利的影響。這尤其指在該等電路被用在化學腐蝕性環境中時。不乏有很多使電子電路與環境隔離的嘗試，以便可確保彼之穩定性及更長久的功能性。一種其實例為將積體電路封裝在樹脂中。在撓性電路的例子中，此種做法對產品的可撓性會有不利的影響。亦已嘗試使用薄的玻璃箔片密封撓性電路。其缺點在於該等玻璃箔片常有不足的撓性。當層合物彎曲時，尤其彎曲至不同的曲率時，該等產品時常失敗，且玻璃箔片破裂及喪失彼之原來功能。
潛在的龐大使用者利益之其他領域為撓性透明顯示 器、撓性透明發光元件或撓性光伏打元件之領域。該等元件可能成為任何所欲使用形狀且能容許設計者開闢全新的應用領域。因此，可能以此方式打破迄今所使用之條塊狀通訊裝置(諸如智慧型手機)。此外，亦有可能製造需要阻擋及/或耐風雨性塗層的全新形狀之部件。包含塑料的部件通常比玻璃部件更容易成形。可製造完全新穎形狀的玻璃-塑料複合物部件。特別在汽車製造中，撓性顯示器或發光元件可順利地整合在內部空間的設計語言中。該等種類的撓性顯示器及發光元件或光伏打元件可以空間節省方式使用/輸送，例如以捲式形式。在該等元件中所使用之電子具有水和氧敏感性，而因此必須受到防護。這可藉由以塑料箔片封裝而達成。然而，至今已知沒有塑料箔片對氧和水蒸氣有足夠高的阻擋功能，同時具有極好的撓性且能夠在使用時無限多次地折疊或成形而不因此喪失彼之功能。
目前驚訝地發現以塑料箔片所形成且賦予阻擋層之複合物不具有現有解決辦法的缺點且作為撓性電子之阻擋箔片非常有用。
此複合物具有熱穩定性、顯示極高的對抗氧和水蒸氣之阻擋效應、具有耐潮濕性、可均勻地施加或層合、具有平順的表面、展現極佳的層間黏附性、具有撓性和防刮傷性、且可為透明的。
本發明關於一種撓性複合物，其包含界定上與下表面之塑料箔片及至少一個對抗氣體和液體的介電阻擋層，特別對抗氧和水蒸氣，該阻擋層係藉由電漿增強熱蒸氣沉積而直接施加於表面中之至少一者及包含蒸氣可沉積的無機材料。
原則上已知將介電層以電漿增強熱蒸氣沉積在不同基材的表面上。此類型之方法的實例說明於WO 2011/009444 A1、WO 2010/009719 A1和WO 2011/035783A1 中。塑料箔片與介電層之組合未說明於該等參考文獻中。特別驚訝的是撓性塑料箔片與蒸氣沉積之介電層形成極其堅固的黏附組合，此組合既不損害初始箔片的撓性，亦不損害其在撓性電子之製造及應用中的配置。本發明的複合物使其有可能對密封產品達成非常好的關於氧和水蒸氣之防護，尤其為撓性電子產品，諸如撓性電子電路、撓性電路板、撓性顯示器、撓性發光元件、撓性發電機或電能儲存器、或撓性扁平纜線。
本發明的一個態樣提供一種在塑料箔片上製造塗層之方法，該方法包含以下步驟：提供具有至少一個欲塗佈之表面的塑料箔片及藉由將至少一種蒸氣可沉積的無機材料沉積在欲塗佈之塑料箔片的表面上而在欲塗佈之塑料箔片的表面上製造塗層，該沉積係藉由至少一種蒸氣可沉積的無機材料之熱蒸發。所有或僅一些塗層可使用電漿增強熱電子束蒸發來製造。該施加方法特別溫和。許多塑料僅具有限的熱穩定性。此方法的優點在於事實上施加可發生在 低於100℃之溫度下。
本發明的另一態樣關於一種經塗佈之塑料箔片，尤其為藉由前述方法所獲得者，其中至少一個表面呈現至少一部分由至少一種蒸氣可沉積的無機材料所組成之塗層。可以此方式施加厚度範圍從幾奈米至數微米之透明玻璃層，與塑料箔片組合以形成撓性且亦透明的複合物。
所使用之蒸氣可沉積的無機材料原則上可為在電漿增強熱電子束蒸發條件下可蒸發的任何無機材料，尤其為建基於金屬、半導體、金屬氧化物、金屬碳化物或金屬氮化物之材料。金屬的較佳實例為鋁、金、銀、鉻、鎳或銅；半導體的較佳實例為矽、鎵、碲化鎘或銅-銦-鎵-硒-硫化合物，諸如銅-銦-鎵二硒化合物或銅-銦二硫化合物；金屬氧化物的較佳實例為氧化鋁、二氧化矽，氮化矽，碳化矽，氧化鈦，氧化鋯，氧化銦錫，經氟摻雜之氧化錫，氧化銦鎵錫；或尤其為蒸氣可沉積的玻璃材料。優先使用矽酸鹽玻璃，及特別優先使用硼矽酸鹽玻璃。
本發明提供藉由沉積至少一種蒸氣可沉積的無機材料而在塑料箔片上產生用於各種應用的經個別設計之全區域或結構化塗層的有效方式。此材料使其有可能提供用於各種應用的塑料箔片之裝配塗層。
可使用不同的蒸氣可沉積的無機材料達成個別或組合優點，由此取決於所使用之蒸氣可沉積的無機材料及特別的應用亦有可能達成不同的最優化。因此，從單一組份系統二氧化矽所獲得的蒸氣沉積層與從蒸氣可沉積的玻璃材 料所獲得的層以類似厚度相比而通常具有較高的光透射，尤其在紫外光波長區域內。同樣地，以二氧化矽的破壞電壓較佳。氧化鋁係以高的耐刮傷及高的光學折射率受到注意。氧化鈦具有非常高的光學折射率。氮化矽具有高的破壞電壓且另外與蒸氣沉積玻璃相比而具有高的光學折射率。然而，蒸氣沉積玻璃對製造具有高的氧和水蒸氣阻擋功能之表面層非常有用。
蒸氣可沉積的無機材料能藉由電漿增強熱電子束蒸發而成為比較輕柔的塑料箔片塗層。
用作為蒸氣可沉積的玻璃材料之硼矽酸鹽玻璃的熔融溫度為例如約1300℃。在二氧化矽的例子中之對應值為約1713℃，在氧化鋁的例子中為約2050℃，在氧化鈦的例子中為約1843℃，在氮化矽的例子中為約1900℃，及在碳化矽的例子中為大於2300℃。
以電漿增強熱電子束蒸發用於蒸氣可沉積的無機材料促進最優化形式的層沉積。電漿增強熱蒸發可根據所欲應用而個別調節，以便在塑料箔片上製造塗層時達成所欲層性質。電漿增強亦使其有可能例如控制且達成最優化的層黏附及在層中固有的壓縮或拉伸應力。進一步有可能影響蒸氣沉積層的化學計量。
在本發明的各種實體中，在塑料箔片上的塗層可具有單或多層化建構。在多層建構中，有可能塗佈塑料箔片的 兩個表面及/或在一個表面上經蒸氣沉積二或多層。在此有可能從第一蒸氣沉積材料形成至少一個子層及從一些其他的蒸氣沉積材料形成至少一個另外的子層。在可能情況的實例中，第一子層係從二氧化矽形成，接著從氧化鋁或從硼矽酸鹽玻璃在該子層上形成層。
在一個實體中，藉由電漿增強熱電子束蒸發而沉積之塗層的一或多個子層可與使用其他的製備方法(例如，濺鍍或化學蒸氣沉積(CVD))所形成之一或多個另外的子層組合。塗層的一或多個另外的子層可在沉積一或多個子層之前及/或之後處理。
電漿增強有助於提高蒸氣沉積層方面的品質。據此可達成良好的壓實且由此良好的密封性質。由於改進之層生長，所以使缺陷減至最少。欲塗佈之基材不必預加熱。此類型之塗佈方法亦已知為IAD冷塗佈法。該方法的一個特殊優點為可達成高的沉積率，整體而言能使製造時的處理時間達到最優化。
若欲達成高的層品質，慣用類型的蒸氣沉積法需要將基材高溫預加熱。這導致增加冷凝粒子的脫附且由此降低可達到的蒸氣沉積率。電漿增強具有額外的好處，可使蒸氣射束(vapor lobe)使用電漿噴射定向，以便使蒸發之粒子在欲塗佈之塑料表面上達成各向異性定點圖案(landing pattern)。結果是可達成層沉積而沒有所謂的連結(link)。連結為欲塗佈之塑料箔片表面上的不同區域之間的非所欲接線。
較佳形式的方法可具有下列方法特徵中之一或多者。在一個實體中，電漿增強熱電子束蒸發方法可以約20奈米/分鐘至約2微米/分鐘之蒸氣沉積率進行。可考慮使用氧氣、氮氣及/或氬氣電漿。另一選擇地或另外地，可在熱蒸發之處理步驟之前先進行活化及/或清潔欲塗佈之表面的預處理。預處理可使用電漿進行，尤其為氧氣、氮氣及/或氬氣電漿。較佳地當場進行預處理，亦即在熱蒸發之前直接在塗佈設備中進行。
在本發明的一個可能有利的實體中，以熱蒸發至少一種蒸氣可沉積的無機材料之步驟包含從二或多個蒸發源共蒸發之步驟。可藉由從二或多個蒸發源共蒸發來沉積相同或不同的材料。
在本發明的一個進一步發展中，較佳地進行二或多次在欲塗佈之塑料箔片表面上製造塗層之步驟。
在本發明進一步有利的實體中，在塑料箔片的二或多個區域上製造塗層。例如，可在塑料箔片的頂部及底部上製造塗層。在頂部及底部上的塗層沉積可發生在同時或連續的操作中。
在本發明較佳的進一步發展中，將結構化塗層施加於塑料箔片的至少一個表面上且將結構化塗層的結構至少部分填滿。可使用導電及/或透明材料將結構化塗層至少部分填滿。
在本發明的一個有利的實體中，在塑料箔片的至少一個表面上製造至少一個導電區域。該至少一個導電區域可 用於例如製造一或多個導體軌道。該等導體軌道可位於遠離塗層的塑料箔片表面上或直接位於以塗層覆蓋的塑料箔片表面上或在塑料箔片的兩個側面上。
在本發明進一步有利的實施態樣中，結合層係形成於結構化塗層上。結合層包含例如用於後續金屬化之晶種層及/或黏著劑層。
在本發明的一個發展中，塗層較佳地以多層塗層形成於塑料箔片的至少一個表面上。在一個實施態樣中，多層塗層係使用蒸氣可沉積的玻璃材料(尤其為硼矽酸鹽玻璃)，或使用二氧化矽及蒸氣可沉積的玻璃材料，或使用二氧化矽及氧化鋁之層所形成，在該例子中，蒸氣可沉積的玻璃材料或氧化鋁之子層形成在二氧化矽上的覆蓋層。一種關於此點的可能性為使用除了例如熱蒸氣、濺鍍以外的沉積技術製造一或多個子層。
在本發明的一個有利的實體中，所形成的塗層具有0.05微米至100微米之層厚度，較佳為0.1微米至50微米之層厚度，及更佳為介於約0.1微米與1微米之間的層厚度。就本發明的目的之層厚度係使用輪廓儀(來自例如Veeco Metrology Group)測定。
在本發明的一個進一步發展中，塑料箔片的表面在沉積至少一種蒸氣可沉積的無機材料期間具有不超過約120℃之溫度，較佳為不超過約100℃。此低的基材溫度對塗佈熱敏感性材料特別有利。在一個實體中，使用電漿增強熱電子束蒸發來確保所製造之層方面足夠的稠密度而沒有 任何後退火的必要。
根據本發明，將塑料箔片用作為基材。原則上可關注任何所欲塑料，諸如熱固性塑料，或特別為熱塑性塑料。
塑料通常為合成有機聚合物。可使用共聚物以及均聚物。亦可使用由有機聚合物的混合物所組成之箔片或由塑料複合物所組成之箔片。
所使用之塑料箔片可由部分結晶及/或非晶形有機聚合物建構。優先選擇使用由有機聚合物所組成之透明箔片。應瞭解其在此說明的上下文中意指箔片在從380奈米至780奈米之波長範圍內對箔片表面上的電磁輻射具有不少於80%之電磁輻射入射的透射率，較佳為不少於90%，及最佳為從95%至100%。
特別優先選擇使用非晶形有機聚合物所組成之箔片。
根據本發明所使用之塑料箔片的厚度可在寬的限度內改變。必須選擇箔片厚度以確保意欲應用所必要之撓性。塑料箔片的典型厚度係在從0.5微米至5毫米之範圍內改變，尤其在從1微米至1毫米之範圍內，及最佳在從5微米至500微米之範圍內。
根據本發明所使用之聚合物可為以任何所欲方式所獲得的產物，例如藉由自由基鏈增長加成聚合反應、藉由縮合聚合反應、或藉由加成聚合反應所製造之產物。
優先選擇使用之聚合物類型的實例為聚烯烴，諸如聚乙烯、聚丙烯、自聚環烯烴所衍生之聚合物(例如，環烯烴共聚物)，例如自降莰烯及乙烯所衍生之聚合物。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚鹵乙烯或聚偏二鹵乙烯，諸如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯或聚偏二氟乙烯。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚乙烯基芳族，諸如聚苯乙烯或苯乙烯與其他乙烯化不飽和單體之共聚物。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯(〝聚(甲基)丙烯酸酯〞)、聚乙烯醚、聚乙烯基羧酸酯、聚四鹵乙烯(諸如聚四氟乙烯)或丙烯腈均-或共聚物。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚甲醛均-或共聚物。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚醯胺，諸如自脂族或芳族二羧酸、或自芳族或脂族二胺、及亦自芳族或脂族胺基羧酸所衍生之聚醯胺。其實例為自己二酸及1,6-六亞甲基二胺、自癸二酸及1,6-六亞甲基二胺、自己內醯胺、或自對苯二甲酸及自1,4-二胺基苯所衍生之脂族聚醯胺。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚酯，包括聚碳酸酯，諸如自脂族或芳族二羧酸、及自芳族或脂族二醇、及亦自芳族或脂族羥基羧酸、或自脂族或芳族二醇、或自光氣所衍生之聚酯。其實例為自對苯二甲酸及乙二醇、自苯二甲酸及乙二醇、自對苯二甲酸及1,4-丁二醇、自羥基苯甲酸、或自雙酚A及光氣所衍生之聚酯。
特別優先選擇為以防刮傷性蒸氣沉積玻璃材料塗佈之聚碳酸酯。該等作為例如汽車製造之防刮傷性組件非常有用。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚胺甲酸酯，諸如自脂族或芳族二異氰酸酯、及自芳族或脂族二醇所衍生之聚胺甲酸酯。其實例為自二異氰酸苯酯及自聚伸烷二醇所衍生之聚胺甲酸酯。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚伸烷二醇，諸如聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇，或聚乙烯醇。應理解必須就分子量及/或黏度方面來選擇該等聚合物，使得可由此形成箔片。
優先選擇使用之聚合物類型的更多實例為聚(有機)矽氧烷，諸如聚(二甲基)矽氧烷。應理解亦必須就分子量及/或黏度方面來選擇該等聚合物，使得可由此形成箔片。
最特別優先選擇使用由耐高溫聚合物所組成之箔片作為基材。應瞭解其在此說明的上下文中意指聚合物適合於150至250℃之持續使用溫度。可能有至多400℃之短暫的突發溫度(temperature spike)，例如在CVD或PACVD方法之配置中。
特別優先選擇使用的耐高溫聚合物類別為：
‧氟聚合物，諸如聚四氟乙烯或全氟烷氧基烷烴
‧聚苯撐
‧聚芳基，其中芳族環係經由氧或硫原子或經由CO或SO2基團連結；其實例為聚苯硫、聚醚碸或聚醚酮
‧芳族聚酯(聚芳基物)或芳族聚醯胺(聚芳族醯胺(polyaramid))；其實例為聚-間-苯撐間苯二甲醯胺、聚-對-苯撐對苯二甲醯胺、聚羥基苯甲酸酯及其共聚物
‧雜環聚合物，諸如聚醯亞胺、聚苯並咪唑或聚醚醯亞胺。
用作為基材之箔片另外包括由導電性聚合物所組成之箔片。應瞭解其在此說明的上下文中意指箔片具有金屬導電性。
優先選擇之導電性聚合物類別為藉由摻合而成為導電性的上述聚合物。
聚合物最初為絕緣體或半導體。與金屬導體可相比的導電性僅在聚合物一經氧化或還原摻合後才發生。
導電性聚合物的實例為聚苯胺或聚乙炔，其導電性可藉由例如與五氟化砷或與碘摻合而明顯增加。導電性聚合物的更多實例為摻合之聚吡咯、聚苯硫、聚噻吩及亦為具有巨環配位基之有機金屬錯合物，諸如酞青素。氧化摻合可以五氟化砷、四氯化鈦、溴或碘達成；相反地，還原摻合可以鈉-鉀合金或二苯甲酮酸二鋰(dilithium benzophenonate)達成。
經塗佈之塑料箔片的較佳實體提供下列特徵中之一或多者：藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之一或多層較佳地具有DIN 12116之至少2級的耐酸性。以類似於DIN 12116之參考文獻。將欲測試之表面據此在氫氯酸(c= 5.6mol/l)中沸騰6小時。接著測定以mg/100cm2計之重量損失。當6小時之後一半的表面重量損失為大於0.7mg/100cm2及至多1.5mg/100cm2時，則符合2級。當6小時之後一半的表面重量損失為至多0.7mg/100cm2時，則更佳地符合1級。
另一選擇地或另外地，具備有DIN 52322(ISO 695)之2級的耐鹼性，更佳為1級。再以類似的參考文獻。為了測定耐鹼性，將表面暴露於沸騰的含水溶液中3小時。該溶液係由等份量的氫氧化鈉(c=1mol/l)及碳酸鈉(c=0.5mol/l)所組成。測定重量損失。當3小時之後的表面重量損失為大於75mg/100cm2及至多175mg/110cm2時，則符合2級。1級是在3小時之後的表面重量損失為至多75mg/100cm2。
在一個實施態樣中，藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之一或多層具有DIN 12111(ISO 719)之至少2級的耐水解性，較佳為1級。
另一選擇地或另外地，亦可具備有耐溶劑性。
在一個較佳的實施態樣中，藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之層具有少於+500MPa之內應力，其中正記號表示在層中的壓縮應力。在層中的內應力較佳地經制定在從+200MPa至+250MPa及亦在-20MPa至+50MPa，其中負記號表示在層中的拉伸應力。
在進一步較佳的實施態樣中，由塑料箔片及藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之阻擋層所組成的複合物具有少 於100(g/m2*24h*bar)之氧滲透率，較佳為少於10-2(g/m2*24h*bar)，更佳為少於10-5(g/m2*24h*bar)，及最佳為10-6至10-10(g/m2*24h*bar)。
在進一步較佳的實施態樣中，由塑料箔片及藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之阻擋層所組成的複合物具有少於100(g/m2*24h*bar)之水蒸氣滲透率，較佳為少於10-2(g/m2*24h*bar)，更佳為少於10-5(g/m2*24h*bar)，及最佳為10-6至10-10(g/m2*24h*bar)。
氧及/或水蒸氣滲透率可使用來自Mocon(www.mocon.com)之儀器測定。該測定係依照ASTM F1249來進行。
在一個特別佳的實施態樣中，由塑料箔片及藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之阻擋層所組成的複合物為透明的。應瞭解其在此說明的上下文中意指複合物在從380奈米至780奈米之波長範圍內對以阻擋層塗佈之複合物表面上的電磁輻射具有不少於80%之電磁輻射入射的透射率，較佳為不少於90%，及最佳為從95%至100%。
另外或另一選擇地，藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之層可依照ISO 9385而達到至少HK 0.1120=400之努式(Knoop)硬度的防刮傷性。
在本發明的一個實體中，藉由電漿增強熱電子束蒸發所沉積之層非常堅固地黏附於塑料表面，在以50奈米尖端的奈米壓痕器試驗中具有大於100mN之橫向力。另一選擇地，蒸氣沉積層之黏附性可藉由膠帶瞬時黏著性(tape snap adhesion)試驗或藉由橫切(cross cut)/膠帶瞬時黏著性試驗(根據DIN EN ISO 2409)來測定。
可修改製造塗層之方法，以便可發展上述層性質中之一或多者。
在本發明進一步的發展中，將依照本發明塗佈之塑料箔片與一或多種基材組合。基材依次可為箔片或箔片複合物，例如塑料箔片及/或金屬箔片，或為電、電子、光電子、電機械或微型機械組件。根據本發明塗佈之箔片與另外的箔片或組件之組合可藉由例如黏附、層合或熔合而達到。根據本發明塗佈之塑料箔片可覆蓋另外的箔片或另外的箔片複合物之一個表面或其兩個表面。根據本發明塗佈之塑料箔片可覆蓋組件表面的一部分或包封組件的整個表面。根據本發明，蒸氣可沉積的無機材料亦可施加於目前可仍未經建構成防刮傷形式的特殊成形表面。這可能在例如汽車工程中提供全新的組件。
另外的基材可為已與根據本發明塗佈之塑料箔片組合的任何所欲產品。現將使用撓性電子作為實例來說明此等複合物的一些較佳實體。然而，其他的產品亦可與根據本發明塗佈之塑料箔片組合。
根據本發明塗佈之塑料箔片較佳地與選自下列群組之組件組合：半導體組件、光電子組件、電機械組件及/或微型機械組件，或與代表撓性扁平纜線或撓性印刷電路之構成部件的箔片複合物組合。
本發明較佳地關於撓性複合物，其包含在一個側面上 以形成圖案的導電性材料(尤其為金屬、導電性聚合物及/或金屬填充之聚合物)圖案化之撓性塑料箔片(基底箔片)，該圖案係與施加於該側面的電子組件(例如，積體電路、電晶體、電容器、電阻器及/或電感器)組合且界定電子電路，且在該側面上及隨意地在遠離其的側面上以根據本發明的複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。具有此類型電路的組件僅從一個側面通達。然而，電洞可提供在基底箔片上，以便可提供與電子組件連接的接觸線。另外，此類型的撓性電路配備有雙通道(dual access)。此類型的撓性電路同樣地使用單一導電層。然而，有可能從兩個側面通達導體圖案的選擇特徵。
在進一步的實體中，本發明較佳地關於撓性複合物，其包含在兩個側面上以形成圖案的導電性材料(尤其為金屬、導電性聚合物及/或金屬填充之聚合物)圖案化之撓性塑料箔片(基底箔片)，該圖案係與施加於該等側面中之一或兩者的電子組件(例如，積體電路、電晶體、電容器、電阻器及/或電感器)組合且界定電子電路，且在一個側面上及隨意地在兩個側面上以根據本發明的複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。兩個導體層片(conductor ply)被用於該等雙側撓性電路中。該等雙側撓性電路可以或不以穿透電鍍(through-plating)製造。該穿透電鍍提供用於基底箔片的兩個側面上之組件的接線，所以可將組件配置在兩個側面上。
在進一步的實體中，本發明較佳地關於撓性複合物， 其包含至少兩個撓性塑料箔片(基底箔片)，在各箔片的該等側面中之一或兩者上以形成圖案的導電性材料(尤其為金屬、導電性聚合物及/或金屬填充之聚合物)圖案化，該圖案係與位於一個基底箔片的一個側面上或一個基底箔片的兩個側面上或二或多個基底箔片的一或多個側面上的電子組件(例如，積體電路、電晶體、電容器、電阻器及/或電感器)組合且界定電子電路，且在該複合物的一個側面上及隨意地在兩個側面上以根據本發明的複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。兩或多個導體層片被用於該等多層化撓性電路中。該等多層化撓性電路通常係以導電性材料的個別圖案之間的穿透電鍍提供，雖然這不是絕對必要的。多層化撓性電路的個別層可藉由層合而以連續或分批方式建構。在需要最大的撓性程度之例子中慣例以分批層合。
在進一步的實體中，本發明較佳地關於撓性電路與剛性(rigid)電路(混成構造)之複合物，在該複合物的一個側面上及隨意地在兩個側面上以根據本發明的複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。此類型的撓性電路包含混成構造，其中由剛性及撓性基材所組成之撓性電路彼此層合在單一結構中。剛性-撓性電路不能與硬化(stiffened)撓性構造混淆，該硬化撓性構造為其中已將硬化元件固定之簡單的撓性電路，以便可保護定點的電子組件重量。在剛性-撓性電路中的層通常亦藉由穿透電鍍而使彼此以電連接。
用於製造撓性電路之基底箔片為撓性聚合物箔片。其供做層合物的基礎層片。在一般的情況中，撓性電路之基底箔片構成撓性電路的大部分物理及電性質之媒介物。在無黏性構造的撓性電路中，基底材料提供所有的特徵性質。雖然可能有多樣的厚度，但是多數的撓性箔片典型地使用從5微米延伸至500微米之相對薄的尺寸範圍。但是亦可能為更薄或更厚的材料。有許多不同的材料，使用其作為製造撓性電路之基底箔片可能較佳。其實例為聚酯(PET)、聚醯亞胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醯亞胺(PEI)或各種氟聚合物(FEP)。
可獲得成為多層化產品的撓性電路。這典型地藉由層合而達到。黏著劑可被用作為產生層合物之接合介質。有用的黏著劑包括熱熔融黏著劑或其中藉由固化而形成黏著接合之熱固物。
金屬箔片常被用作為撓性層合物中的導電元件。金屬箔片為使導體軌道經正常蝕刻之材料。可使用具有不同厚度的多樣性金屬箔片來製造撓性電路。優先選擇使用銅箔片。
在進一步較佳的實施態樣中，根據本發明的經塗佈之塑料箔片被用在至少一層導電性材料與至少一個塑料箔片之層合物的外部側面中之一或兩者上，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。導電性材料層較佳地經建構成圖案形式，尤其為相互平行的導體軌道形式，且隨意地架設在兩個塑料箔片之間。此類型的層合物可被用作 為扁平纜線。
本發明亦提供一種製造上述的經塗佈之塑料箔片的方法。
本發明的方法包含以下步驟：i)將界定上與下表面之塑料箔片放置在蒸氣沉積裝置中，及ii)將至少一個對抗氣體和液體(尤其對抗氧和水蒸氣)的介電阻擋層藉由蒸氣可沉積的無機材料之電漿增強熱蒸氣沉積而沉積在表面中之至少一者上。
可藉由沉積阻擋層而提供機械穩定性及防刮傷性組件。
可使用本發明的方法提供以蒸氣可沉積的無機材料(尤其為玻璃)塗佈之箔片，該箔片具有防刮傷性且可達成迄今以玻璃不可能達成的各種形狀。表面具有玻璃成分，但是形狀與玻璃典型固有的正常限制無關。因此，可製造出因為材料限制而迄今不可能的組件用於汽車工程，但是亦用於例如火車及建築施工。
本發明的箔片複合物可特別用於製造電、電子、電光學、電機械及微型機械組件，且亦用於製造撓性電接線。
電組件的實例為撓性發電機或電能儲存器，尤其為撓性太陽能電池(撓性光伏打電池)或撓性可再充電電池。
電子組件的實例為撓性電子電路或撓性電路板。
電光學組件的實例為撓性顯示器，尤其為撓性LCD顯示器或撓性OLED顯示器；或撓性發光元件，尤其為撓 性LED、撓性OLED或撓性雷射二極體；或撓性光電晶體。
電機械組件的實例為繼電器、麥克風或揚聲器。
微型機械組件的實例為感應器或致動器(例如，繼電器、開關、閥、幫浦)及亦為微型系統(例如，微型馬達或按鈕)。
可將該等組件應用於非常廣泛的各種工業及居家領域中，例如電腦、周邊設備(諸如印表機或鍵盤)、行動電話、照相機、個人娛樂設備、珠寶、功能性服裝、監視器、汽車、船舶、飛機、火箭或衛星中。
許多電路包含用於無源佈纜之結構，其被用於連接電子組件，諸如積體電路、電阻器、電容器及類似者，或另外被用於直接或使用插頭連接器來建立不同的電子裝置之間的接線。本發明亦關於上述經塗佈之複合物在連接電、電子、電光學、電機械或微型機械組件之纜線中的應用。

Claims (39)

  1. 一種撓性複合物，其包含界定上與下表面之塑料箔片及至少一個對抗氣體和液體的介電阻擋層，該阻擋層係藉由電漿增強熱蒸氣沉積(plasma-enhanced thermal vapor deposition)而直接施加於該表面中之至少一者及包含蒸氣可沉積的無機材料，其中該複合物具有少於100(g/m2*24h*bar)之氧滲透率及/或具有少於100(g/m2*24h*bar)之水蒸氣滲透率，以及在該複合物表面以該阻擋層塗佈時，其在從380奈米至780奈米之波長範圍內對以阻擋層塗佈之複合物表面上的電磁輻射具有不少於80%之電磁輻射入射的透射率。
  2. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該塑料箔片在其兩個表面的每一者上具有至少一個對抗氣體和液體的介電阻擋層，該阻擋層係藉由電漿增強熱蒸氣沉積而施加。
  3. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該介電阻擋層之蒸氣可沉積的無機材料係選自下列群組：鋁、金、銀、鉻、鎳、銅、矽、鎵、氧化鋁、二氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化銦錫、經氟摻雜之氧化錫、氧化銦鎵錫、碲化鎘、銅-銦-鎵-硒-硫化合物或蒸氣可沉積的玻璃材料。
  4. 根據申請專利範圍第3項之複合物，其中該玻璃為矽酸鹽玻璃。
  5. 根據申請專利範圍第4項之複合物，其中該玻璃材料為硼矽酸鹽玻璃。
  6. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該介電阻擋層的厚度係在從50奈米至100微米之範圍內。
  7. 根據申請專利範圍第6項之複合物，其中該介電阻擋層的厚度係在從100奈米至50微米之範圍內。
  8. 根據申請專利範圍第7項之複合物，其中該介電阻擋層的厚度係在從100奈米至1微米之範圍內。
  9. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該塑料箔片係選自熱塑性塑料或熱固性塑料之群組。
  10. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該塑料箔片係選自透明塑料之群組。
  11. 根據申請專利範圍第9項之複合物，其中該熱塑性塑料係選自下列群組：聚烯烴、聚鹵乙烯、聚偏二鹵乙烯、聚乙烯基芳族、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醚、聚乙烯基羧酸酯、聚四鹵乙烯、丙烯腈均-或共聚物、聚甲醛均-或共聚物、聚醯胺、聚酯、聚伸烷二醇及/或聚(有機)矽氧烷。
  12. 根據申請專利範圍第11項之複合物，其中該聚酯包括聚碳酸酯與聚胺甲酸酯。
  13. 根據申請專利範圍第9或10項之複合物，其中該熱塑性塑料為耐高溫塑料，其係選自下列群組：氟聚合物、聚苯撐、聚芳基(其中芳族環係經由氧或硫原子或經由CO或SO2基團連結)、芳族聚酯、芳族聚醯胺及/或雜 環聚合物。
  14. 根據申請專利範圍第13項之複合物，其中該熱塑性塑料為聚醯亞胺、聚苯並咪唑或聚醚醯亞胺。
  15. 根據申請專利範圍第9項之複合物，其中該熱塑性塑料係選自下列群組：聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈及/或聚醯亞胺。
  16. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物具有少於10-5(g/m2*24h*bar)之氧滲透率及/或具有少於10-5(g/m2*24h*bar)之水蒸氣滲透率。
  17. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中在該複合物表面以該阻擋層塗佈時，其在從380奈米至780奈米之波長範圍內對以阻擋層塗佈之複合物表面上的電磁輻射具有不少於90%之電磁輻射入射的透射率。
  18. 根據申請專利範圍第17項之複合物，其中該透射率為從95%至100%。
  19. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物係與一或多種基材組合，及/或與電、電子、光電子、電機械及/或微型機械組件組合。
  20. 根據申請專利範圍第19項之複合物，其中該基材為箔片或箔片複合物。
  21. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物係與選自下列群組之組件組合：半導體組件、光電子組件、電機械組件及/或微型機械組件，或與代表撓性扁平 纜線或撓性印刷電路之構成部件的箔片複合物組合。
  22. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物為撓性複合物，其包含在一個側面上以形成圖案的導電性材料圖案化之撓性塑料箔片，該圖案係與施加於該側面的電子組件組合且界定電子電路，且在該側面上及隨意地在遠離其的側面上以根據申請專利範圍第1項之複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。
  23. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物為撓性複合物，其包含在兩個側面上以形成圖案的導電性材料圖案化之撓性塑料箔片，該圖案係與施加於該等側面中之一或兩者的電子組件組合且界定電子電路，且在一個側面上及隨意地在兩個側面上以根據申請專利範圍第1項之複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。
  24. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物為撓性複合物，其包含至少兩個撓性塑料箔片，在各箔片的該等側面中之一或兩者以形成圖案的導電性材料圖案化，該圖案係與位於一個撓性塑料箔片的一個側面上或一個撓性塑料箔片的兩個側面上或二或多個塑料箔片的一或多個側面上的電子組件組合且界定電子電路，且在該複合物的一個側面上及隨意地在兩個側面上以根據申請專利範圍第1項之複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。
  25. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該複合物為撓性電路與剛性電路之複合物，在該複合物的一個側面上及隨意地在兩個側面上以根據申請專利範圍第1項之複合物箔片塗佈，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。
  26. 根據申請專利範圍第1項之複合物，其中該根據申請專利範圍第1項的經塗佈之塑料箔片被用在至少一層導電性材料與至少一個塑料箔片之層合物的外部側面中之一或兩者上，使得以蒸氣可沉積的無機材料塗佈的該側面朝向外。
  27. 一種製造根據申請專利範圍第1項之撓性複合物之方法，其包含至少以下的步驟：i)將界定上與下表面之塑料箔片放置在蒸氣沉積裝置中，及ii)將至少一個對抗氣體和液體的介電阻擋層藉由電漿增強熱蒸氣沉積將蒸氣可沉積的無機材料沉積在表面中之至少一者上。
  28. 一種根據申請專利範圍第1項之撓性複合物的應用，其係用於製造電、電子、電光學、電機械及微型機械組件，且亦用於製造撓性電接線。
  29. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該電組件為撓性發電機或電能儲存器。
  30. 根據申請專利範圍第29項之應用，其中該撓性發電機或電能儲存器為撓性太陽能電池或撓性可再充電電 池。
  31. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該電子組件為撓性電子電路或撓性電路板。
  32. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該電光學組件為撓性顯示器；或撓性發光元件；或撓性光電晶體。
  33. 根據申請專利範圍第32項之應用，其中該撓性顯示器為撓性LCD顯示器或撓性OLED顯示器。
  34. 根據申請專利範圍第32項之應用，其中該撓性發光元件為撓性LED、撓性OLED或撓性雷射二極體。
  35. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該電機械組件為繼電器、麥克風或揚聲器。
  36. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該微型機械組件為感應器或致動器，或微型系統。
  37. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該微型機械組件為繼電器、開關、閥或幫浦，或為微型馬達或按鈕。
  38. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該組件及/或接線被用於電腦、周邊設備、行動電話、照相機、個人娛樂設備、珠寶、功能性服裝、監視器、汽車、船舶、飛機、火箭或衛星。
  39. 根據申請專利範圍第28項之應用，其中該根據申請專利範圍第1項的經塗佈之複合物被用於連接電、電子、電光學、電機械或微型機械組件之纜線中。
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