DE102012214411B4 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen hermetisch dichter kavitäten - Google Patents
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Abstract
Description
- Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen Vorrichtungen und ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung hermetisch dichter Kavitäten.
- Die Druckschrift Sung Gap Im et al., Lab Chip, 2009, 9, 411- 416 beschreibt einen Nanoklebstoff für mikrofluidische Bauelemente.
- Die Druckschrift
WO 2009/ 042 052 A2 - Flächige organische Bauelemente, beispielsweise organische Leuchtdioden oder organische Photovoltaik-Module, sollten gegen Eindringen von schädlichen Stoffen, beispielsweise gegen das Eindringen von Sauerstoff und Wasser, geschützt (verkapselt) werden, sonst kann es zu einer unkontrollierten Alterung bzw. Degradierung der organischen Stoffe oder Stoffgemische der organischen Schichten kommen.
- Ein herkömmliches Verkapselungsverfahren flächiger Bauelemente ist die Kavitätsverkapselung bei der ein Kavitätsglas mit Getter auf das flächige Bauelement geklebt wird. Dieses Verfahren ist relativ kostspielig und eignet sich nur für mechanisch starre flächige Bauelemente.
- Weiterhin herkömmlich für flächige Bauelemente ist die in situ Dünnschicht-Verkapselung, bei der eine dünne Verkapselungsschicht direkt auf dem flächigen Bauelement (Verkapselung) und ggf. auch auf dem Substrat unter dem Bauelement (Barriere) erzeugt wird. Die Verkapselung muss dabei in situ erfolgen und verlängert dadurch den Prozessfluss und erhöht die Fertigungstiefe am Bauteil.
- Weiterhin herkömmlich ist die Lamination eines flächigen Bauteils mit Barrierefolien. Dabei werden flächige Barrierefolien auf und unter das flächige Bauelement geklebt, üblicherweise unter Ausbildung eines Schutzrandes, indem die untere Barrierefolie direkt auf der oberen Barrierefolie verklebt wird. Die Barrierefolien sind beispielsweise Kunststofffolien, die mit einer Barriereschicht aus beispielsweise SiO2, SiN oder Metallfilmen versehen sind. An den Kanten der Barrierefolien wird das Eindringen von Wasser und Sauerstoff jedoch lediglich vom Laminationsklebstoff begrenzt. Bisher bekannte Klebstoffe haben jedoch nur eine begrenzte Dichtigkeit bezüglich Wasser und Sauerstoff. Daraus resultiert am Rand des laminierten flächigen Bauelementes eine Schwachstelle in der Barrierewirkung des laminierten Bauteils, die zur Randleckage führen kann.
- In verschiedenen Ausführungsformen werden Vorrichtungen und ein Verfahren zum Herstellen hermetisch bezüglich Wasser und Sauerstoff dichter Kavitäten bereitgestellt, mit denen es beispielsweise möglich ist Wasser und Sauerstoff empfindliche Stoffe, Stoffgemische oder Bauelemente mit Barrierefolien ohne herkömmliche Klebstoffe hermetisch dicht zu verkapseln.
- Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem organischen Stoff eine, ungeachtet des jeweiligen Aggregatzustandes, in chemisch einheitlicher Form vorliegende, durch charakteristische physikalische und chemische Eigenschaften gekennzeichnete Verbindung des Kohlenstoffs verstanden werden. Weiterhin kann im Rahmen dieser Beschreibung unter einem anorganischen Stoff eine, ungeachtet des jeweiligen Aggregatzustandes, in chemisch einheitlicher Form vorliegende, durch charakteristische physikalische und chemische Eigenschaften gekennzeichnete Verbindung ohne Kohlenstoff oder einfacher Kohlenstoffverbindung verstanden werden. Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem organisch-anorganischen Stoff (hybrider Stoff) eine, ungeachtet des jeweiligen Aggregatzustandes, in chemisch einheitlicher Form vorliegende, durch charakteristische physikalische und chemische Eigenschaften gekennzeichnete Verbindung mit Verbindungsteilen die Kohlenstoff enthalten und frei von Kohlenstoff sind, verstanden werden. Im Rahmen dieser Beschreibung umfasst der Begriff „Stoff“ alle oben genannten Stoffe, beispielsweise einen organischen Stoff, einen anorganischen Stoff, und/oder einen hybriden Stoff. Weiterhin kann im Rahmen dieser Beschreibung unter einem Stoffgemisch etwas verstanden werden, was Bestandteile aus zwei oder mehr verschiedenen Stoffen besteht, deren Bestandteile beispielsweise sehr fein verteilt sind. Als eine Stoffklasse ist ein Stoff oder ein Stoffgemisch aus einem oder mehreren organischen Stoff(en), einem oder mehreren anorganischen Stoff(en) oder einem oder mehreren hybrid Stoff(en) zu verstehen. Der Begriff „Material“ kann synonym zum Begriff „Stoff“ verwendet werden.
- Mittels des Verfahrens zur Atomlagenabscheidung (ALD: „atomic layer deposition“) lassen sich reproduzierbar sehr dünne, funktionelle Schichten in verschiedenen technischen Bereichen herstellen, beispielsweise in der Optik, der Halbleiterfertigung und der Optoelektronik.
- Unter dem Begriff der „Atomlagenabscheidung“ sind Verfahren bekannt, bei denen zum Herstellen einer Schicht die dazu notwendigen Ausgangsprodukte (Präkursoren) nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd nacheinander in einer Beschichtungskammer, auch als Reaktor bezeichnet, mit dem zu beschichtenden Substrat darin, zugeführt werden. Die Ausgangsmaterialien können sich dabei auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates beziehungsweise auf dem zuvor abgelagerten Ausgangsmaterial abwechselnd ablagern und damit eine chemische Verbindung eingehen. Hierdurch ist es möglich, pro Zykluswiederholung, also dem Zuführen der notwendigen Ausgangsprodukte in nacheinander folgenden Teilschritten, jeweils maximal eine Monolage der aufzubringenden Schicht aufzuwachsen. Mittels der Anzahl der Zyklen ist eine gute Kontrolle der Schichtdicke möglich. Das zuerst zugeführte Ausgangsmaterial lagert sich nur an der zu beschichtenden Oberfläche an und erst das danach zugeführte zweite Ausgangsmaterial kann chemische Reaktionen mit dem ersten Ausgangsmaterial eingehen. Die chemischen Reaktionen der Ausgangsprodukte sind mittels der Anzahl an Reaktionspartnern an der Oberfläche begrenzt, d.h. selbstbegrenzt.
- Eine ähnliche selbstbegrenzende Oberflächenreaktion kann für das Ausbilden organischer Filme, beispielweise Polymerfilme, beispielsweise Polyamid, angewendet werden. Dieses Ausbilden organischer Filme kann als Moleküllagenabscheideverfahren (molecular layer deposition MLD) bezeichnet werden, da je Zyklus ein Teil eines Moleküls auf der Oberfläche aufgebracht wird. Die MLD-Präkursoren können homobifunktional Reaktanden aufweisen, mit anderen Worten die Ausgangsprodukte können jeweils zwei gleiche funktionelle Gruppen aufweisen.
- Eine selbstterminierende MLD Reaktion jeder Lage kann mit heterobifunktionalen Reaktanden ausgebildet sein, d.h. jedes Ausgangsprodukt weist zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen auf. Eine der funktionellen Gruppen kann mit der chemischen Gruppe der Oberfläche reagieren und die andere nicht. Die heterobifunktionalen Reaktanden können dadurch nur monofunktional ausgebildet sein und so eine doppelte Reaktion untereinander verhindern, die beispielsweise zu einer Terminierung der Polymerkette führen könnte.
- Neben heterobifunktionalen Reaktanden kann eine doppelte Reaktion auch mittels einer maskierten oder geschützten Funktionalität realisiert werden, wobei sich die maskierte oder geschützte Funktionalität nur bei der Reaktion offenbart. Es gibt eine Vielzahl von Ringöffnungsreaktionen, die Hydroxyl (-OH), Amin (-NH2) oder Carbonsäure (-COOH) erzeugen. Beispielsweise kann ein Epoxid-Ring mit einer Amin-Gruppe an einer Substratoberfläche reagieren, um eine Hydroxyl-Gruppe zu erzeugen. Ein zyklisches Azasilan, beispielsweise 2,2-Dimethoxy-1,6-Diaza-2-silacyclooctane, kann mit einer Hydroxyl-Gruppe an einer Substratoberfläche eine Amin-Gruppe erzeugen. Ein zyklisches Carbonat, beispielsweise Ethylencarbonat, kann mit einer Amin-Gruppe an einer Substratoberfläche eine Hydroxyl-Gruppe ergeben.
- Die Moleküllagenabscheidung von organischen Polymeren und organisch-anorganischen Hybridpolymere kann auch mittels eines Drei-Stufen-Verfahrens ausgebildet werden. Ein Drei-Stufen-Verfahren kann die Flexibilität der Moleküllagenabscheidung erhöhen und verschiedene organische Zusammensetzungen umfassen. Zusätzlich kann mittels eines Drei-Stufen-Verfahrens die Anzahl der verschiedenen Kombinationen von möglichen heterobifunktionalen Reaktanden erhöht werden, die verwendet werden können um das MLD-Verfahren zu definieren. Ein Beispiel für ein Drei-Stufen-Verfahren ist beispielsweise die sequentielle Reaktion von Trimethylaluminium, Ethanolamin und Maleinsäureanhydrid. Diese Verfahren weist ein Metallalkyl-Reaktanden, einen heterobifunktionalen Reaktanden und einen Ringöffnungs-Reaktanden auf. Dieses dreistufige Verfahren vermeidet die Möglichkeit der doppelten Reaktionen und kann zu einem sehr robusten und linearen Wachstum der Moleküllagen führen.
- Andere mögliche Drei-Stufen-Verfahren mit heterobifunktionalen Reaktanden, Ringöffnungs-Reaktanden und Reaktanden mit maskierten oder geschützten Funktionalitäten können eine breite Palette von Möglichkeiten für die Moleküllagenabscheidung von organischen MLD-Filmen und organisch-anorganische Hybrid-MLD-Filmen ermöglichen. Weiterhin sind generell auch Verfahren mit vier oder mehr Stufen möglich. Ein Beispiel für ein Vier-Stufen-Verfahren kann beispielsweise Trimethylaluminium/Wasser/Dimethylmethoxychlorosilan/Wasser zum Erzeugen eines Polydimethylsiloxan-Filmes (Silikon) aufweisen.
- Mittels ALD und MLD kann ein sehr konformes Schichtwachstum ermöglicht werden, wobei auch Oberflächen mit großem Aspektverhältnis gleichmäßig bedeckt werden können.
- Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Vorrichtung aufweisend: einen ersten Träger, der mit mindestens einem ALD-Präkursor und/oder mindestens einem MLD-Präkursor belegt ist; einen zweiten Träger, der mit mindestens einem ALD-Präkursor und/oder mindestens einem MLD-Präkursor belegt ist, der/die zu dem ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des ersten Trägers komplementär ist/sind/; wobei der erste Träger mit dem zweiten Träger zumindest teilweise mittels einer atomaren Verbindung zwischen dem ALD-Präkursor des ersten Trägers und dem ALD-Präkursor des zweiten Trägers bzw. zwischen dem MLD-Präkursor des ersten Trägers und dem MLD-Präkursor des zweiten Trägers verbunden ist derart, dass eine ALD-Schicht oder eine MLD-Schicht gebildet ist.
- In einer Ausgestaltung kann der erste Träger mechanisch elastisch ausgebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger flächig sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger eine geometrisch komplexe dreidimensionale Form aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger eine Diffusionsbarriere bezüglich schädlicher Stoffe wie beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff oder das Stoffgemisch des ersten Trägers eine intrinsische Diffusionsbarriere bezüglich schädlicher Stoffe wie beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen ersten Systemträger und eine erste Verkapselungsschicht aufweisen oder daraus gebildet sein und die Diffusionsbarriere des ersten Trägers bezüglich schädlicher Stoffe wie beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff mittels der ersten Verkapselungsschicht ausgebildet sein. Ein Systemträger kann dabei als ein selbstragendes Substrat verstanden werden, beispielsweise eine Folie oder Glassubstrat, wobei der Systemträger auch erst mittels der Verkapselungsschicht hermetisch abgedichtet werden kann und somit zu einem hermetisch dichten Träger werden kann.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff oder eine Legierung aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Magnesium, Titan, Platin, Nickel, Zinn, Zink.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Glas, Quarzglas, Saphir, Siliziumkarbid, Graphen, Diamant.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff oder ein Stoffgemisch aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus Halbleitermaterialien:
- Elementarhalbleiter: Silizium, Germanium, α-Zinn, Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise Fullerene, Bor, Selen, Tellur; Verbindungshalbleiter: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Antimon, Stickstoff, Zink, Cadmium, Beryllium, Quecksilber; Organische Halbleiter: Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophen, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3; sowie Mischsysteme: Polyvinylcarbazol, TCNQ Komplexe.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen organischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester, Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES), Polyethylennaphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyetherketone (PEEK).
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen organisch-anorganischem Hybridstoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: organisch modifizierte Keramiken.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: anorganischer Stoff, organischer Stoff und/oder Hybridstoff.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger eine Dicke von ungefähr 1,0 µm bis ungefähr 5 µm aufweisen, wobei der Träger selbsttragend ist.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger eine Dicke von ungefähr 5 µm bis ungefähr 200 µm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger eine Dicke von ungefähr 200 µm bis ungefähr 20 cm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des ersten Trägers eine Strukturierung aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des ersten Trägers eine mikroskopisch veränderte Oberflächentopografie aufweisen.
- Die Oberflächentopografie kann dabei periodisch, willkürlich oder vereinzelt angeordnete Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen, mit einer Höhe bzw. Tiefe von ungefähr 100 nm bis ungefähr 5 cm, und einer Länge und/oder Breite von ungefähr 100 nm bis zu ungefähr 1 m aufweisen. Die Erhebungen oder Vertiefungen können jede erdenkliche geometrische Form aufweisen, beispielsweise kugelförmig oder ein Kugelsegment beispielsweise Kugelhälfte oder 2/3 einer Kugel, zylinderförmig, kubisch, pyramidenartig oder vieleckig mit drei oder mehr Seitenflächen, oder eine geometrische komplexe Form aufweisen, beispielsweise in Form eines Hakens oder eines Ringes, beispielsweise einer Öse.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des ersten Trägers unterschiedliche ALD-Präkursor und/oder unterschiedliche MLD-Präkursor aufweisen.
- Beispielsweise können topografisch strukturierte Bereiche der Oberfläche andere ALD-Präkursor und/oder andere MLD-Präkursor aufweisen als unstrukturierte Bereiche.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger mechanische Elastizität aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger flächig sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger eine geometrisch komplexe dreidimensionale Form aufweisen, beispielsweise eines Kanisters, Fasses, Schlauches, Flügels, Bootsrumpfes.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger eine Diffusionsbarriere bezüglich schädlicher Stoffe, beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff oder das Stoffgemisch des zweiten Trägers eine intrinsische Diffusionsbarriere bezüglich schädlicher Stoffe wie beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen zweiten Systemträger und eine zweite Verkapselungsschicht aufweisen oder daraus gebildet werden und die Diffusionsbarriere des zweiten Trägers bezüglich schädlicher Stoffe wie beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff mittels der zweiten Verkapselungsschicht ausgebildet sein. Ein Systemträger kann dabei als ein selbstragendes Substrat verstanden werden, beispielsweise eine Folie oder Glassubstrat, wobei der Systemträger auch erst mittels der Verkapselungsschicht hermetisch abgedichtet und somit zu einem hermetisch dichten Träger werden kann.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger einen anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff oder eine Legierung aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Magnesium, Titan, Platin, Nickel, Zinn, Zink.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Glas, Quarzglas, Saphir, Siliziumkarbid, Graphen, Diamant.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus Halbleitermaterialien: Silizium, Germanium, α-Zinn, Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise Fullerene, Bor, Selen, Tellur; Verbindungshalbleiter: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Antimon, Stickstoff, Zink, Cadmium, Beryllium, Quecksilber; Organische Halbleiter: Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophen, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3; sowie Mischsysteme: Polyvinylcarbazol, TCNQ Komplexe.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen organischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester, Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES), Polyethylennaphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyetherketone (PEEK).
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger einen organisch-anorganischem Hybridstoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des zweiten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: organisch modifizierten Keramiken.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des zweiten Trägers ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: anorganischer Stoff, organischer Stoff und/oder Hybridstoff.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger eine Dicke von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 5 µm aufweisen, wobei der Träger selbsttragend ist.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger eine Dicke von ungefähr 5 µm bis ungefähr 200 µm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Träger eine Dicke von ungefähr 200 µm bis ungefähr 20 cm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des zweiten Trägers eine Strukturierung aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des zweiten Trägers eine mikroskopisch veränderte Oberflächentopografie aufweisen.
- Die Oberflächentopografie kann periodisch, willkürlich oder vereinzelt angeordnete Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen, mit einer Höhe bzw. Tiefe von ungefähr 100 nm bis ungefähr 5 cm, und einer Länge und/oder Breite von ungefähr 100 nm bis zu ungefähr 100 m aufweisen. Die Erhebungen oder Vertiefungen können jede erdenkliche geometrische Form aufweisen, beispielsweise kugelförmig oder ein Kugelsegment beispielsweise Kugelhälfte oder 2/3 einer Kugel, zylinderförmig, kubisch, pyramidenartig oder vieleckig mit drei oder mehr Seitenflächen, oder eine geometrische komplexe Form aufweisen, beispielsweise in Form eines Hakens oder eines Ringes, beispielsweise einer Öse.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des zweiten Trägers unterschiedliche ALD-Präkursor und/oder unterschiedliche MLD-Präkursor aufweisen.
- Dabei können topografisch strukturierte Bereiche der Oberfläche andere ALD-Präkursor und/oder andere MLD-Präkursor aufweisen als unstrukturierte Bereiche. Strukturierte bzw. unstrukturierte Bereiche beziehen sich dabei auf das Höhenniveau der Oberflächenebene, die den überwiegenden Teil der Oberfläche des Trägers ausbildet.
- In noch einer Ausgestaltung kann die chemisch strukturierte und/oder topografisch strukturierte Oberfläche des ersten Trägers eine komplementäre Struktur zur chemisch strukturierten und/oder topografisch strukturierten Oberfläche des zweiten Trägers aufweisen, d.h. das Schlüssel-Schloss-Prinzip chemisch, topografisch erfüllen.
- Mittels mikroskopisch komplementärer Strukturierung des ersten Systemträgers zum zweiten Systemträger kann die Scher- und Zugbelastbarkeit der Verbindungschicht physikalisch erhöht werden. Dadurch kann die mechanische Haltbarkeit der Kavität erhöht werden, beispielsweise wenn ein Über- oder Unterdruck auf die Kavität wirkt. Komplementäre Strukturen können beispielsweise mikroskopische Haken und Ösen oder Erhebungen und Vertiefungen sein.
- Die Oberflächentopografie der Systemträger kann dabei periodisch, willkürlich oder vereinzelt angeordnete Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen, mit einer Höhe bzw. Tiefe von ungefähr 100 nm bis ungefähr 5 cm, und einer Länge und/oder Breite von ungefähr 100 nm bis zu ungefähr 100 m aufweisen. Die Erhebungen oder Vertiefungen können jede erdenkliche geometrische Form aufweisen, beispielsweise kugelförmig oder ein Kugelsegment beispielsweise Kugelhälfte oder 2/3 einer Kugel, zylinderförmig, kubisch, pyramidenartig oder vieleckig mit drei oder mehr Seitenflächen, oder eine geometrische komplexe Form aufweisen, beispielsweise in Form eines Hakens oder eines Ringes (Öse). Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, nur den ersten Träger zu strukturieren und den zweiten Träger unstrukturiert zu belassen, d.h. der zweite Träger hat eine glatte Oberfläche. Die Strukturierung kann dann als verkapselte Durchführung verwendet werden, beispielsweise für die elektrische Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelementes innerhalb der Kavität durch die Verkapselung hindurch.
- In einer weiteren Ausgestaltung können die topografisch komplementär strukturierten Oberflächenbereiche des ersten Trägers die Präkursor des zweiten Trägers und die topografisch komplementär strukturierten Oberflächenbereiche des zweiten Trägers die Präkursor des ersten Trägers aufweisen. Das Bilden einer Verbindungsschicht kann dann nur bei chemischer und topografischer komplementärer Übereinstimmung der Träger erfolgen. Dadurch ist ein exaktes Ausrichten der Träger zueinander möglich beispielsweise für die elektrische, hermetisch dichte Kontaktierung der Kavität.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Strukturierung des ersten Trägers und/oder des zweiten Trägers mittels lokalisierter Erwärmung oder mittels Katalyse des Verbindungsprozesses der ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung können der oder die ALD-Präkursor des ersten Trägers und/oder zweiten Trägers einen organischen, anorganischen oder organisch-anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- Eine als nicht einschränkend anzusehende Auswahl an Stoffen als ALD-Präkursor ist beispielsweise in nachfolgender Übersicht dargestellt.
Präkursor Präkursor -Komplement resultierende Verbindung Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) H2O; Al2O3 O3; O2-Plasma, OH-Gruppen BBr3 H2O B2O3 Tris(dimethylamino) silan H2O2 SiO2 Cd(CH3)2 H2S CdS Hf[N(Me2)]4 H2O HfO2 Pd(hfac)2 H2; H2 Plasma Pd MeCpPtMe3 O2 plasma PtO2 MeCpPtMe3 O2 plasma; O2 plasma + H2 Pt Si(NCO)4; SiCl4 H2O SiO2 TDMASn H2O2 SnO2 C12H26N2Sn H2O2 SnOx TaCl5 H2O Ta2O5 Ta[N(CH3)2]5 O2 Plasma Ta2O5 TaCl5 H Plasma Ta TiCl4 H Plasma Ta Ti[OCH(CH3) ]4; TiCl4 H2O TiO2 VO(OC3H9)3 O2 V2O5 Zn(CH2CH3)2 H2O; H2O2 ZnO Zr(N(CH3)2)4)2 H2O ZrO2 Bis (ethylcyclopenta dienyl)magnesium H2O MgO Tris(diethylamido) (tert-butylimido) tantalum N2H4 TaN - In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der MLD-Präkursor des ersten Trägers und/oder des zweiten Trägers einen organischen Stoff, anorganischen Stoff oder organisch-anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- Eine als nicht einschränkend anzusehende Auswahl an Stoffen als MLD-Präkursor ist beispielsweise in nachfolgender Übersicht dargestellt.
Präkursor Präkursor - Komplement resultierende Verbindung p-Phenylendiamine Terephtaloylchlorid Poly(p-phenylen terephthalamid) Trimethylaluminium (Al (CH3) 3 - TMA) Ethylenglykol; (-O-Al-O-C2H4-)n „Alucone“ ; Poly(Aluminiumeth ylenglykol) Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Ethanolamin (-N-Al-O-C2H4-)n Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Glycerin Vom Typ „Alucone“ Diethylzink Zn(CH2CH3)2 Diole, beispielsweise Ethylenglykol; (-O-Zn-O-C18H4-)n „Zincone“ 1,6-Hexandiamin C6H8Cl2O2 (Adipolychlorid) Nylon 66 TiCl4 Diole, „Titanicone“ beispielsweise Ethylenglykol Zr[OC(CH3)3]4 Diole, „Zircone“ Zirkonium tetra-t-butoxid beispielsweise Ethylenglykol Metall-Alkyl-Derivat; Diole, Metall-cone beispielsweise Ethylenglykol beispielsweise Triethylaluminium, Triisobutylaluminium Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Carboxy-Derivat (R-COOH) * R-COO- (Al (CH3)2* Dimethylaluminium R-COO-(Al(CH3)2* Diole, Al-OCH2CH2NH2* beispielsweise Ethylenglykol Al-OCH2CH2NH2* Maleinsäureanyhdrid C4H2O3 R-NH- C(O)CHCHCOOH* Zn(CH2CH3)2 Hydrochinon „Zincone“ Mg(EtCp)2 Diole, CarboxyGruppen „Magcone“ Mn(EtCp)2 Diole, CarboxyGruppen „Mancone“ - MLD-Schichten zeichnen sich durch eine höhere Flexibilität aus, als rein anorganische Schichten. Mittels MLD-Schichten lassen sich auch Polyimide oder andere Kombinationen von ALD-Schichten und MLD-Schichten durch die Kombination der entsprechenden Präkursoren bilden. Solche Schichten können sich insbesondere als Grundlage für Oberflächenreaktion besonders eignen.
- In noch einer Ausgestaltung kann das Aufbringen der Oberflächen des ersten Trägers bzw. des zweiten Trägers mit ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor zu einem reaktiven Präkursor an der Oberfläche des ersten Trägers bzw. zweiten Trägers führen.
- Die ALD-Schicht und/oder MLD-Schicht aus der Verbindung der ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des ersten Trägers mit den ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des zweiten Trägers verbindet den ersten Träger lückenlos zusammenhängend mit dem zweiten Träger, derart dass die ALD-Schicht und/oder MLD-Schicht zwischen erstem Träger und zweitem Träger eine Kavität einfasst.
- In noch einer Ausgestaltung kann das atomare Verbinden der ALD-Präkursor und/oder der MLD-Präkursor des ersten Trägers mit den ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des zweiten Trägers zu einer ALD-Schicht bzw. einer MLD-Schicht mittels Ändern der Temperatur und/oder Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung kann das atomare Verbinden der ALD-Präkursor und MLD-Präkursor mittels Ändern der Temperatur ein Erhöhen der Temperatur aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung kann das atomare Verbinden der ALD-Präkursor und MLD-Präkursor mittels eines Erhöhens der Temperatur auf bis zu ungefähr 150 °C erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung kann das Verbinden der ALD-Präkursor und MLD-Präkursor zu ALD-Schichten und/oder MLD-Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung mittels Einwirkens von Röntgen-Strahlung oder UV-Strahlung erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung kann das Verbinden der ALD-Präkursor bzw. MLD-Präkursor zu ALD-Schichten bzw. MLD-Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung und Änderns der Temperatur durch ein Erhöhen der Temperatur nach Bestrahlen der Verbindungstelle des ersten Trägers mit dem zweiten Träger mit Mikrowellen erfolgen.
- Die Kavität ist hermetisch gegen Diffusionsströme von schädlichen Materialien wie beispielsweise Wasser und Sauerstoff abgedichtet.
- In noch einer Ausgestaltung kann in der Kavität ein organisches Bauelement gekapselt sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des ersten Trägers oder des zweiten Trägers, parallel Träger des zu verkapselnden Bauteils bzw. das zu verkapselnde Bauteil sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann mittels der hermetisch dichten Verbindung des ersten Trägers mit dem zweiten Träger eine Flüssigkeit oder Gas in der Kavität zwischen ersten Träger und zweiten Träger gekapselt sein.
- Ein Träger mit Diffusionsbarriere kann synonym als hermetisch dichter Träger verstanden werden. Die lückenlos zusammenhängende Verbindung des ersten hermetisch dichten Trägers mit dem zweiten hermetisch dichten Träger schafft eine Kavität zwischen der ersten Verkapselungsschicht und der zweiten Verkapselungsschicht. Wichtig ist hierbei die direkte Verbindung der Diffusionsbarrieren der beiden Träger. Aus bzw. in diese Kavität ist keine Diffusion von gasförmigen oder flüssigen Stoffen wie Wasser und/oder Sauerstoff möglich. Die Kavität ist dabei der Raum zwischen erstem Träger und zweitem Träger, der von dem ersten Träger und dem zweiten Träger aufgespannt wird.
- Flächige, flexible geformte Träger können beispielsweise Folien sein und geometrisch komplexe Formen sein, die aus dem Falten von Folien gebildet werden. Der erste Träger und der zweite Träger können dabei einen gemeinsamen Systemträger aufweisen. Ein Systemträger kann dabei als ein selbstragendes Substrat verstanden werden, beispielsweise eine Folie oder Glassubstrat, wobei der Systemträger auch erst mittels der Verkapselungsschicht hermetisch abgedichtet werden kann und somit zu einem hermetisch dichten Träger werden kann.
- Ein gemeinsamer Systemträger für den ersten Träger und den zweiten Träger können beispielsweise unterschiedliche Bereiche auf dem Systemträger sein, beispielsweise geometrisch gegenüberliegende Ränder eines flächigen, flexiblen Systemträgers, beispielsweise einer Folie.
- Geometrisch komplexe Formen können, beispielsweise die Form eines Kanisters, Fass, Schlauches, Flügels, einer Tragfläche oder eines Bootsrumpfes annehmen. Die flächige Ausdehnung, d.h. deren Länge und Breite, des ersten Trägers und/oder des zweiten Trägers kann ungefähr 1 cm bis ungefähr 100 m aufweisen. Die flächigen Ausdehnungen der Träger können eine quadratische, rechteckige, runde oder passgenaue Form aufweisen. Eine Länge eines Systemträgers von ungefähr 100 m kann beispielsweise bei einer Folie auf einer Rolle in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren vorteilhaft sein. Die flächige Ausdehnung des zweiten Systemträgers, beispielsweise einige cm2, kann dabei sehr viel kleiner sein als die flächige Ausdehnung des ersten Trägers, beispielsweise einige m2, beispielsweise bei der Verwendung des zweiten Träger als Reparaturflicken für den ersten Träger. Die flächige Ausdehnung des zweiten Trägers, in der Verwendung als Reparaturflicken, kann beispielsweise passgenau (mit Überlapp für die Verbindungsschicht) auf die flächige Ausdehnung der Reparaturstelle in, auf oder unter dem ersten Träger angepasst werden.
- Ein komplex geformter flächiger Träger kann wiederum komplex strukturierte Teilbereiche aufweisen, die Träger sein können, im Beispiel des Bootsrumpf beispielsweise ein Loch im Bootsrumpf. Der erste Träger kann dann der Bereich des Bootsrumpfes mit Loch sein, während der zweite Träger als ein Reparaturflicken ausgebildet sein kann. Der Reparaturflicken kann das Loch im Bootsrumpf gegen die Diffusion von Wasser mittels der ALD-Schicht bzw. MLD-Schicht abdichten, d.h. das Loch im Bootsrumpf kann das in der Kavität zwischen ersten Träger und zweiten Träger vor Wasserdiffusion zu schützende Objekt sein, d.h. der erste Träger kann eine offene flächige Oberfläche aufweisen.
- Die Kavität kann beispielsweise als Schutzraum für organische Bauelemente vor eindringendem Wasser und/oder Sauerstoff verwendet werden. Die Kavität kann jedoch auch ein Ausdringen von Wasser bei gleichzeitigem Eindringen von Sauerstoff verhindern beispielsweise als hermetisch dichter, beispielsweise anaerober, Schutzraum für verderbliche Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, Wein, Medikamente. Neben der Eigenschaft als Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und Sauerstoff kann die Verkapselungsschicht auch eine desinfizierende Wirkung haben, beispielsweise bei silberhaltigen Stoffen oder Stoffgemischen der Verkapselungsschicht. Silber ist für seine desinfizierenden Eigenschaften bekannt und kann beispielsweise das Bilden von Bakterien verhindern bzw. reduzieren, beispielsweise für die Vorratslagerung von Wasser, Wein oder Medikamenten in abgedichteten Kavitäten, sogenannten Schläuchen.
- Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Aufbringen mindestens eines ALD-Präkursors und/oder mindestens eines MLD-Präkursors auf einen ersten Träger; Aufbringen mindestens eines ALD-Präkursors und/oder mindestens MLD-Präkursors auf einen zweiten Träger, wobei der ALD-Präkursor und/oder der MLD-Präkursor, der auf dem zweiten Träger aufgebracht ist, komplementär ist zu dem ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor, der auf dem ersten Träger aufgebracht ist; und Verbinden des mindestens einen ALD-Präkursors und/oder des mindestens einen MLD-Präkursors, der auf dem ersten Träger aufgebracht ist, mit dem komplementären mindestens einen ALD-Präkursor und/oder dem komplementären mindestens einen MLD-Präkursor, der auf dem zweiten Träger aufgebracht ist; wobei der erste Träger mit dem zweiten Träger zumindest teilweise mittels einer atomaren Verbindung zwischen dem ALD-Präkursor, der auf dem ersten Träger aufgebracht ist, und dem ALD-Präkursor, der auf dem zweiten Träger aufgebracht ist, bzw. zwischen dem MLD-Präkursor, der auf dem ersten Träger aufgebracht ist, und dem MLD-Präkursor, der auf dem zweiten Träger aufgebracht ist, derart, dass eine ALD-Schicht oder eine MLD-Schicht gebildet wird; wobei die Oberfläche des ersten Trägers (102) und/oder des zweiten Trägers (104) strukturiert wird; und wobei die Oberfläche des ersten Trägers (102) und/oder die Oberfläche des zweiten Trägers (104) mit mehreren voneinander unterschiedlichen ALD-Präkursoren belegt wird und/oder mit mehreren voneinander unterschiedlichen MLD-Präkursoren belegt wird.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger mechanisch elastisch, auch als flexibel bezeichnet, ausgebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger flächig sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger eine geometrisch komplexe dreidimensionale Form aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger eine Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff oder das Stoffgemisch des ersten Trägers eine intrinsische Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger einen ersten Systemträger und eine erste Verkapselungsschicht aufweisen oder daraus gebildet werden und die Diffusionsbarriere des ersten Trägers bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff mittels der ersten Verkapselungsschicht erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger einen anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff oder eine Legierung aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Magnesium, Titan, Platin, Nickel, Zinn, Zink.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Glas, Quarzglas, Saphir, Siliziumkarbid, Graphen, Diamant.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus Halbleitermaterialien: Silizium, Germanium, α-Zinn, Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise Fullerene, Bor, Selen, Tellur; Verbindungshalbleiter: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Antimon, Stickstoff, Zink, Cadmium, Beryllium, Quecksilber; Organische Halbleiter: Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophen, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3; sowie Mischsysteme: Polyvinylcarbazol, TCNQ Komplexe.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen organischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester, Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES), Polyethylennaphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyetherketone (PEEK).
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger einen organisch-anorganischem Hybridstoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: organisch modifizierter Keramiken.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff des ersten Trägers ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: anorganischer Stoff, organischer Stoff und/oder Hybridstoff.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger eine Dicke von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 5 µm aufweisen, wobei der Träger selbsttragend ist.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger eine Dicke von ungefähr 5 µm bis ungefähr 200 µm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der erste Träger eine Dicke von ungefähr 200 µm bis ungefähr 20 cm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Oberfläche des ersten Trägers strukturiert sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Strukturieren der Oberfläche des ersten Trägers bzw. ersten Systemträger ein mikroskopisches Verändern der Oberflächentopografie vor Aufbringen der Oberfläche des ersten Trägers mit ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Oberfläche des ersten Trägers unterschiedliche ALD-Präkursor und/oder unterschiedliche MLD-Präkursor aufweisen oder daraus gebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger mechanisch elastisch ausgebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger flächig sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger eine geometrisch komplexe dreidimensionale Form aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger eine Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff oder das Stoffgemisch des zweiten Trägers eine intrinsische Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger einen zweiten Systemträger und eine zweite Verkapselungsschicht aufweisen oder daraus gebildet werden und die Diffusionsbarriere des zweiten Trägers bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff mittels der zweiten Verkapselungsschicht erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger einen anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff oder eine Legierung aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Magnesium, Titan, Platin, Nickel, Zinn, Zink.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Glas, Quarzglas, Saphir, Siliziumkarbid, Graphen, Diamant.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus Halbleitermaterialien: Silizium, Germanium, α-Zinn, Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise Fullerene, Bor, Selen, Tellur;
- Verbindungshalbleiter: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Antimon, Stickstoff, Zink, Cadmium, Beryllium, Quecksilber; Organische Halbleiter: Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophen, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3; sowie Mischsysteme: Polyvinylcarbazol, TCNQ Komplexe.
- In noch einer Ausgestaltung kann der erste Träger einen organischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff des ersten Trägers einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester, Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES), Polyethylennaphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyetherketone (PEEK).
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger einen organisch-anorganischem Hybridstoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff des zweiten Trägers einen Stoff aufweisen oder gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: organisch modifizierte Keramiken.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger ein Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff des zweiten Trägers ein Stoffgemisch aufweisen oder gebildet sein aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: anorganischer Stoff, organischer Stoff und/oder Hybridstoff.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger eine Dicke von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 5 µm aufweisen, wobei der Träger selbsttragend ist.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger eine Dicke von ungefähr 5 µm bis ungefähr 200 µm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der zweite Träger eine Dicke von ungefähr 200 µm bis ungefähr 20 cm aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Oberfläche des zweiten Trägers eine Strukturierung aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Strukturieren der Oberfläche des ersten Trägers bzw. ersten Systemträgers ein mikroskopisches Verändern der Oberflächentopografie vor Aufbringen der Oberfläche des ersten Trägers mit ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor bzw. vor Aufbringen des ersten Systemträgers mit der Verkapselungsschicht aufweisen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Oberfläche des zweiten Trägers unterschiedliche ALD-Präkursor und/oder unterschiedliche MLD-Präkursor aufweisen oder darauf gebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die chemisch strukturierte und/oder topografisch strukturierte Oberfläche des ersten Trägers komplementär zur chemisch strukturierten und/oder topografisch strukturierten Oberfläche des zweiten Trägers ausgebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Strukturierung des ersten Trägers und/oder des zweiten Trägers mittels lokalisierter Erwärmung oder mittels Katalyse des Verbindungsprozesses der ALD- oder MLD-Präkursor erfolgen.
- Die Strukturierung der Träger, kann mittels gängiger fotolithografischer Verfahren (Maskierung, Belichtung und Ätzen der Systemträger) oder mittels Auftragen lokal unterschiedlich dicker Verbinder-Schichten mittels gängiger fotolithografischer Verfahren, chemische Katalyse der Präkursor oder lokale Erwärmung.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens können die ALD-Präkursor des ersten Trägers und/oder zweiten Trägers einen organischen, anorganischen oder organisch-anorganischen Stoff aufweisen oder daraus gebildet werden.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Aufbringen der Oberflächen des ersten Trägers bzw. des zweiten Trägers mit ALD- und/oder MLD-Präkursor zu einem reaktiven Präkursor an der Oberfläche des ersten Trägers bzw. zweiten Trägers führen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die ALD-Schicht und/oder MLD-Schicht aus der Verbindung der ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des ersten Trägers mit den ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des zweiten Trägers den ersten Träger lückenlos zusammenhängend mit dem zweiten Träger verbinden, derart dass die ALD-Schicht und/oder MLD-Schicht zwischen erstem Träger und zweitem Träger eine Kavität einfasst.
- Nach Ausrichten des zweiten Trägers zum ersten Träger kann mittels eines Heißpräge-Verfahrens (hot embossing) die Verbindungsschicht ausgebildet werden, wobei der Stempel im Heißpräge-Verfahren auf die geometrischen Ränder der Träger, mit Verbinder-Schichten angepassten ist.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verbinden der ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des ersten Trägers mit den ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor des zweiten Trägers zur ALD-Schicht bzw. MLD-Schicht mittels Änderns der Temperatur und/oder Bestrahlens mit elektromagnetischer Strahlung erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verbinden der ALD-Präkursor und MLD-Präkursor zu ALD-Schichten und/oder MLD-Schichten mittels Änderns der Temperatur mittels Erhöhens der Temperatur erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verbinden mittels Erhöhens der Temperatur auf bis zu ungefähr 150 °C erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verbinden der ALD-Präkursor und MLD-Präkursor zu ALD-Schichten und/oder MLD-Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung mittels Einwirken von Röntgen-Strahlung oder UV-Strahlung erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verbinden der ALD-Präkursor und MLD-Präkursor zu ALD-Schichten und/oder MLD-Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung und Erhöhens der Temperatur infolge eines Bestrahlens der Verbindungsstelle des ersten Trägers mit dem zweiten Träger mit Mikrowellen erfolgen.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Kavität hermetisch gegen Diffusionsströme von Wasser und Sauerstoff abgedichtet sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann in der Kavität ein organisches Bauelement gekapselt werden.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Oberfläche der ersten Trägers oder zweiten Trägers, parallel Träger des zu verkapselnden Bauteils bzw. das zu verkapselnde Bauteil sein.
- In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels der hermetisch dichten Verbindung des ersten Trägers mit dem zweiten Träger eine wässrige Flüssigkeit in der Kavität zwischen ersten Träger und zweiten Träger gekapselt werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
- Es zeigen
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer hermetisch dichten Kavität; -
2 eine schematische Querschnittsansicht strukturierter Systemträger; -
3 eine schematische Querschnittsansicht des Prinzips der ALD- bzw. MLD-Verbindung; -
4 eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit der Verkapselungsvorrichtung; -
5 eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit der Verkapselungsvorrichtung; -
6 eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit einer herkömmlichen Verkapselung mit Barrierefolien; und -
7 eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit einer herkömmlichen in-situ Dünnschicht-Verkapselung. - In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
- Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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1 zeigt eine hermetisch dichte Kavität 100 zwischen einem hermetisch dichten ersten Träger 102 und einem hermetisch dichten zweiten Träger 104. Der hermetisch dichte erste Träger 102 kann einen ersten Systemträger 106, eine erste Verkapselungsschicht 108 und eine erste Verbinder-Schicht 110 aufweisen. Der hermetisch dichte zweite Träger 104 kann einen zweiten Systemträger 112, eine zweite Verkapselungsschicht 114 und eine zweite Verbinder-Schicht 116 aufweisen. In der Verbindungsschicht 118 kann der hermetisch dichte erste Träger 102 im körperlichen Kontakt 120 mit dem hermetisch dichten zweiten Träger 104 stehen und atomar verbunden sein. - Die erste Verkapselungsschicht 108, die zweite Verkapselungsschicht 114 und die Verbindungsschicht 118 können undurchlässig bezüglich Wasser und Sauerstoff sein, d.h. als hermetisch bezüglich Wasser und Sauerstoff dicht zu verstehen. Mittels der Verkapselungsschichten 108, 114 können die Systemträger 106, 112 zu hermetisch abgedichteten Träger 102, 104 werden. Die lückenlos zusammenhängende Verbindung des ersten hermetisch dichten Trägers 102 mit dem zweiten hermetisch dichten Träger 104 können eine Kavität 100 zwischen der ersten Verkapselungsschicht 108 und der zweiten Verkapselungsschicht 114 bilden. Die Kavität 100, d.h. anschaulich der zwischen den Trägern 102, 104 aufgespannte Raum, kann mittels der Verkapselungsschichten 108, 114 und der Verbindungsschicht 118 vor einer Diffusion von Wasser und Sauerstoff aus der Kavität 122 bzw. einer Diffusion von Wasser und Sauerstoff in die Kavität 124, 126, 128, 130 geschützt werden.
- Der erste Systemträger 106 und/oder der zweite Systemträger 112 können mechanisch elastisch, flächig und/oder geometrisch komplex geformt sein. Flächig flexible Formen können beispielsweise Folien sein und geometrisch komplexe Formen, Formen sein, die aus dem Falten von Folien hervorgerufen werden.
- Der erste Systemträger 106 und/oder der zweite Systemträger 112 können aus einem organischen Stoff oder Stoffgemisch, beispielsweise Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester, Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES), Polyethylennaphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyetherketone (PEEK); einem anorganischen Stoff oder einer Legierung aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Magnesium, Titan, Platin, Nickel, Zinn, Zink; aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus: Glas, Quarzglas, Saphir, Siliziumkarbid, Graphen, Diamant, aus der Gruppe von Stoffen bestehend aus Halbleitermaterialien: Silizium, Germanium, α-Zinn, Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise Fullerene, Bor, Selen, Tellur; Verbindungshalbleiter: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Antimon, Stickstoff, Zink, Cadmium, Beryllium, Quecksilber; Organische Halbleiter: Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophen, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3; sowie Mischsysteme: Polyvinylcarbazol, TCNQ Komplexe.
oder einem Hybridstoff, beispielsweise organisch modifizierter Keramik, gebildet sein. - Der erste Systemträger 106 und/oder der zweite Systemträger können eine Dicke von ungefähr 1 µm bis ungefähr 20 cm aufweisen,
beispielsweise von ungefähr 1 µm bis ungefähr 200 µm; beispielsweise von ungefähr 200 µm bis ungefähr 2 mm; beispielsweise von ungefähr 2 mm bis ungefähr 1 cm; beispielsweise von ungefähr 1 cm bis ungefähr 20 cm. - Die flächige Ausdehnung, d.h. deren Länge und Breite, des ersten Systemträgers 106 und/oder des zweiten Systemträger 112 kann ungefähr 1 cm bis ungefähr 100 m aufweisen. Die flächigen Ausdehnungen der Systemträger 106, 112 können eine quadratische, rechteckig, runde oder passgenaue Form aufweisen. Eine Länge eines Systemträgers 106, 112 von ungefähr 100 m kann beispielsweise bei einer Folie auf einer Rolle in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren vorteilhaft sein. Die flächige Ausdehnung des zweiten Systemträgers 112, beispielsweise einige cm2, kann dabei sehr viel kleiner sein als die flächige Ausdehnung des ersten Trägers 106, beispielsweise einige m2, beispielsweise bei der Verwendung des zweiten Träger 104 als Reparaturflicken für den ersten Träger 102. Die flächige Ausdehnung des zweiten Trägers 104, in der Verwendung als Reparaturflicken, kann beispielsweise passgenau (mit Überlapp für die Verbindungsschicht 118) auf die flächige Ausdehnung der Reparaturstelle in, auf oder unter dem ersten Träger 102 angepasst werden.
- Die erste Verkapselungsschicht 108, die zweite Verkapselungsschicht 114 und die Verbindungsschicht 118 können eine Diffusion von Wasser oder Sauerstoff durch die flächige Seite 124, 128 des ersten Systemträgers 106 bzw. des zweiten Systemträgers 112 in oder aus der Kavität 100 verhindern. Die Verkapselungsschichten 108, 114 können im körperlichen Kontakt zu ihren jeweiligen Systemträgern 106, 112 stehen und eine Schichtdicke von ungefähr 1 nm bis maximal ungefähr 1 mm aufweisen,
beispielsweise von ungefähr 1 nm bis ungefähr 50 nm; beispielsweise von ungefähr 50 nm bis ungefähr 200 nm; beispielsweise von ungefähr 200 nm bis ungefähr 100 µm.
Als Stoffe für die Verkapselungsschichten 108, 114 können sich als Stoff eigen beispielsweise Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid Lanthaniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminiumdotiertes Zinkoxid, sowie Mischungen und Legierungen derselben. - Die erste Verkapselungsschicht 108 und zweite
Verkapselungsschicht 114 können eine gleiche oder unterschiedliche chemischen Zusammensetzung und/oder Schichtdicke aufweisen. Ist beispielsweise die Kavität 100 einseitig Wasser und/oder Sauerstoff intensiver ausgesetzt, beispielsweise von 124, kann die erste Verkapselungsschicht 108 eine Verkapselung mit einem anderen Stoff, einer größerer Dichte und/oder Schichtdicke als der zweiten Träger 104 aufweisen. - Weist ein Systemträger 106 oder 112 bereits eine intrinsische Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und Sauerstoff auf, kann auf eine zusätzliche Verkapselungsschicht 108 oder 114 verzichtet werden, beispielsweise wenn der Systemträger aus Glas oder einem Metall ausgebildet ist. Dann kann der Systemträger 106 bzw. 112 zum hermetisch abgedichteten Träger 102 bzw. 104 werden.
- Die Kavität 100 kann als Schutzraum für organische Bauelemente vor eindringendem Wasser und/oder Sauerstoff 124, 126, 128, 130 verwendet werden. Die Kavität kann jedoch auch ein Ausdringen von Wasser bei gleichzeitigem Eindringen von Sauerstoff verhindern beispielsweise als hermetisch dichter, beispielsweise anaerober, Schutzraum für verderbliche Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, Wein, Medikamente. Neben der Eigenschaft als Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und Sauerstoff kann die Verkapselungsschicht 108 bzw. 114 auch eine desinfizierende Wirkung haben, beispielsweise bei silberhaltigen Stoff oder Stoffgemischen der Verkapselungsschicht. Silber ist für seine desinfizierenden Eigenschaften bekannt und kann beispielsweise das Bilden von Bakterien verhindern bzw. reduzieren, beispielsweise für die Vorratslagerung von Wasser, Wein oder Medikamenten.
-
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht strukturierter Systemträger. Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein vor Aufbringen der Verkapselungsschichten 108, 114 und der Verbinder-Schichten 110, 116 bzw. bei intrinsischer Verkapselung der Systemträger 106 bzw. 112 vor Aufbringen der Verbinder-Schichten 110, 116 den ersten Systemträger 106 und/oder zweiten Systemträger 112 topografisch lokal zu strukturieren 202, 204, 208, 210, 212 und andere Bereiche unstrukturiert zu belassen 206, wobei die unstrukturierte Ebene 206 des ersten Trägers 102 und des zweiten Trägers 104 das Bezugsniveau für die Erhebungen und Vertiefungen darstellt. - Die Strukturen des ersten Systemträgers 106 und zweiten Systemträgers 112 können topografisch komplementär zueinander ausgebildet sein 202 zu 204, 208 zu 210 oder nur einer der Systemträger kann strukturiert sein 212, während der andere Systemträger unstrukturiert 206 belassen wird.
- Mittels der mikroskopisch komplementären Strukturen 202, 204, 208, 212 des ersten Systemträgers 106 zu dem zweiten Systemträger 112 kann der Scher- und/oder Zugbelastbarkeit der Verbindungschicht 118 physikalisch erhöht werden. Dadurch kann die mechanische Haltbarkeit der Kavität 100 erhöht werden, beispielsweise wenn ein Über- oder Unterdruck auf die Kavität 100 wirkt. Komplementäre Strukturen können beispielsweise mikroskopische Haken und Ösen oder Erhebungen 204, 210 und Vertiefungen 208, 202 sein.
- Die Oberflächentopografie der Systemträger 106, 112 kann dabei periodisch, willkürlich oder vereinzelt angeordnete Erhebungen 204, 210 und/oder Vertiefungen 202, 208, 212 aufweisen, mit einer Höhe bzw. Tiefe von ungefähr 100 nm bis ungefähr 5 cm, und einer Länge und/oder Breite von ungefähr 100 nm bis zu ungefähr 100 m aufweisen. Die Erhebungen 204, 210 oder Vertiefungen 202, 208, 212 können jede erdenkliche geometrische Form aufweisen, beispielsweise kugelförmig oder ein Kugelsegment beispielsweise Kugelhälfte oder 2/3 einer Kugel, zylinderförmig, kubisch, pyramidenartig oder vieleckig mit drei oder mehr Seitenflächen, oder eine geometrische komplexe Form aufweisen, beispielsweise in Form eines Hakens oder eines Ringes (Öse). Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, nur den ersten Träger 106 zu strukturieren 212 und den zweiten Träger 112 unstrukturiert 206 zu belassen, d.h. der zweite Träger 112 kann eine glatte Oberfläche 206 aufweisen. Die Struktur 212 kann dann als verkapselte Durchführung verwendet werden, beispielsweise für die elektrische Kontaktierung eines optoelektronischen Bauelementes innerhalb der Kavität 100 durch die Verkapselung 108, 114 hindurch.
- Das Strukturieren der Träger 102, 104 kann mittels gängiger fotolithografische Verfahren (Maskierung, Belichtung und Ätzen der Systemträger 106, 112) oder mittels Auftragens lokal unterschiedlich dicker Verbinder-Schichten 110, 116, chemische Katalyse der Präkursor oder lokale Erwärmung oder mittels Prägen erfolgen.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Prinzips der ALD- bzw. MLD-Verbindung bzw. die hermetisch dichte Verbindung 300 eines ersten hermetisch dichten Trägers 102 mit einem zweiten hermetisch dichten Träger 104 mittels Ausbildens einer Verbindungsschicht 118. - Auf dem ersten Träger 102 und dem zweiten Träger 104 sind Verbinder-Schichten 110, 116 abgeschieden mit reaktiven Oberflächen 302, 304. Die reaktiven Oberflächen 302, 304 weisen dabei reaktive ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor auf. Die Präkursor des ersten Trägers 302 können dabei komplementär zu den Präkursor des zweiten Trägers 304 ausgebildet sein.
- Eine als nicht einschränkend anzusehende Auswahl an Stoffen als ALD-Präkursor bzw. MLD-Präkursor ist beispielsweise in nachfolgender Übersicht dargestellt.
Präkursor Präkursor -Komplement resultierende Verbindung Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) H2O; Ethylenglykol; O3; O2-Plasma, OH-Gruppen Al2O3 BBr3 H2O B2O3 Tris(dimethylamino) silan H2O2 SiO2 Cd(CH3)2 H2S CdS Hf[N(Me2)]4 H2O HfO2 Pd(hfac)2 H2; H2 Plasma Pd MeCpPtMe3 O2 plasma PtO2 MeCpPtMe3 O2 plasma; 02 plasma + H2 Pt Si(NCO)4; SiCl4 H2O SiO2 TDMASn H2O2 SnO2 C12H26N2Sn H2O2 SnOx TaCl5 H2O Ta2O5 Ta[N(CH3)2]5 O2 Plasma Ta2O5 TaCl5 H Plasma Ta TiCl4 H Plasma Ta Ti[OCH(CH3) ]4; TiCl4 H2O TiO 2 VO(OC3H9)3 O2 V2O5 Zn(CH2CH3)2 H2o; H2O2 ZnO Zr(N(CH3)2)4)2 H2O ZrO2 Bis (ethylcyclopenta dienyl)magnesium H2O MgO Tris(diethylamido) (tert-butylimido) tantalum N2H4 TaN p-Phenylendiamine Terephtaloylchlorid Poly(p-phenylen terephthalamid) 1,6-Hexandiamin C6H8Cl2O2 (Adipolychlorid) Nylon 66 Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Ethylenglykol; (-O-Al-O-C2H4-)n „Alucone“ Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Ethanolamin (-N-Al-O-C2H4-)n Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Glycerol Vom Typ „Alucone“ Zn(CH2CH3)2 Ethylenglykol; (-O-Zn-O-C2H4-)n „Zincone“ TiCl4 Diole, beispielsweise Ethylenglykol „Titanicone“ Zr[OC(CH3)3]4 Zirkonium tetra-t-butoxid Diole, beispielsweise Ethylenglykol „Zircone“ Metall-Alkyl-Derivat; Diole, beispielsweise Ethylenglykol Metall-cone beispielsweise Triethylaluminium, Triisobutylaluminium Trimethylaluminium (Al(CH3)3 - TMA) Carboxy-Derivat (R-COOH) * R-COO-Al(CH3)2* Dimethylaluminium R-* COO- (Al (CH3) 2* Diole, beispielsweise Ethylenglykol * Al-OCH2CH2NH2* Al-OCH2CH2NH2* Maleinsäureanyhdrid C4H2O3 R-NH-C(O)CHCHCOOH* Zn(CH2CH3)2 Hydrochinon „Zincone“ Mg(EtCp)2 Diole, CarboxyGruppen „Magcone“ Mn(EtCp)2 Diole, CarboxyGruppen „Mancone“ - Das Aufbringen von ALD-Präkursor bzw. MLD-Präkursor auf der Oberfläche des hermetisch dichten Trägers 102, 104 sei, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, am Beispiel des ersten Trägers 102 skizziert.
- Vor dem Aufbringen des Präkursor auf die Oberfläche des hermetisch dichten Trägers 102 kann die Oberfläche unter Umständen vorbehandelt werden beispielsweise Glätten, Aufrauen, nasschemisches Bilden von Hydroxyl- oder Goldgruppen an der Oberfläche des hermetisch dichten Trägers 102.
- Auf die Oberfläche des hermetisch dichten Trägers 102 können eine oder mehrere Lagen eines oder mehrerer ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor abgeschieden werden. Dabei kann das Aufbringen der Präkursor auf der gesamten Oberfläche 202, 206, 208 oder nur teilweise auf Bereichen der Oberfläche des hermetischen dichten Träger 102, beispielsweise nur auf 202, 208 oder an den geometrischen Ränder der flächigen Oberfläche des ersten Trägers 102 (nicht gezeigt) erfolgen. Das Aufbringen von Präkursor auf Teilbereichen der Oberfläche des ersten Träger 102 kann mittels gängiger fotolithografischer Verfahren begrenzt werden.
- Zum Aufbringen der Verbinder-Schicht 110 mit reaktiver Oberfläche 302 können sequentiell reaktive komplementäre Präkursor gasförmig oder nasschemisch über die Oberfläche des hermetisch dichten Trägers 102 geleitet werden. Die ALD-Präkursor bzw. MLD-Präkursor können mit der jeweilig exponierten Oberfläche des ersten Trägers 102 bzw. den bereits gebildeten Teilen der Verbinder-Schicht 110 reagieren und atomare Bindung ausbilden, wenn die jeweilige Oberfläche das jeweilige Präkursor -Komplement aufweist. Diese Reaktion kann für jeden Präkursor selbstterminierend sein und überschüssiger ALD-Präkursor bzw. MLD-Präkursor kann abgepumpt werden. Mittels nacheinander folgendes, lagenweises Abscheiden komplementärer Präkursor kann die Verbinder-Schicht 110 auf der Oberfläche des hermetisch dichten Trägers aufgebracht werden - daher der Begriff ALD Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition ALD) bzw. MLD Moleküllagenabscheidung (molecular layer deposition MLD). Die exponierte Präkursor - Lage der Verbinder-Schicht 110 kann dabei die reaktiven Präkursor -Oberfläche 302 ausbilden. Diese kann für das Ausbilden einer atomaren Bindung in der Verbindungs-Schicht 118 mit dem Präkursor -Komplement 304 des zweiten Trägers 104 wesentlich sein.
- Die reaktiven ALD-Oberflächen oder MLD-Präkursor-Oberflächen 302 bzw. 304 der Verbinder-Schichten 110, 116 können im körperlichen Kontakt 120 zum Ausbilden der Verbindungsschicht 118 führen, d.h. die ALD-Präkursor und/oder MLD-Präkursor der reaktiven Oberflächen 302 und 304 können im körperlichen Kontakt 120 eine atomar gebundene ALD-Schicht und/oder MLD-Schicht ausbilden.
- Das Ausbilden der atomaren Bindung kann beispielsweise in einem trockenchemischen Prozess mittels Energiezufuhr erfolgen. Die Energiezufuhr kann je nach ALD-Präkursor bzw. MLD-Präkursor mittels beispielsweise einem Erhöhen der Temperatur, Zuführen elektromagnetischer Strahlung beispielsweise Röntgen-Strahlung oder UV-Strahlung; oder mittels Erhöhen der Temperatur in Folge des Einwirkens einer elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise Mikrowellen, aufweisen.
- Die Verbindungsschicht 118 kann den ersten Träger 102 mit dem zweiten Träger 106 lückenlos zusammenhängend wenigstens an den geometrischen Rändern der Verkapselungsschicht eines der Träger 102, 104 verbinden. Die Verbindungsschicht 118 kann dabei undurchlässig bezüglich Wasser und Sauerstoff sein. Die Verbinder-Schichten 110 und 116 kann im Kontaktbereich 120 des ersten Trägers 102 mit dem zweiten Träger 104 nach der atomaren Bindung der Präkursor 302 mit 304 zur Verbindungsschicht 118 werden.
- Das lagenweise Aufbringen der Präkursor auf dem ersten Träger 102 kann auch ein Strukturieren der Oberflächen bewirken, beispielsweise zum Erzeugen einer planaren 206 reaktiven Oberflächen 302 für die Verbindung mit der reaktiven Oberfläche 304 des zweiten Trägers 104 oder das Ausbilden topografischer Strukturen 204, 210.
- In einem weiteren Ausführungsbeispiel können auf die topografisch komplementär strukturierten Oberflächenbereiche des ersten Trägers 202, 208 Präkursor des zweiten Trägers 104 werden und auf die zum ersten Träger 102 topografisch komplementär strukturierten Oberflächenbereiche des zweiten Trägers 204, 210 die Präkursor des ersten Trägers 302 aufgebracht werden. Das Bilden einer Verbindungsschicht 118 kann dann nur bei chemischer und topografischer komplementärer Übereinstimmung der Träger 102, 104 erfolgen. Dadurch kann ein Ausrichten der Träger 102, 104 zueinander erleichtert werden beispielsweise für die elektronische Kontaktierung der Kavität.
- Die Erzeugung unterschiedlicher Präkursor-Bereiche als reaktive Oberfläche 302, 304 kann unter Verwendung gängiger lithografischer Prozesse (Masken) erfolgen, beispielsweise kann im letzten Schritt zur Herstellung von 110, 116 vor Ausbilden der reaktiven Oberfläche 302, 304 eine Maske auf der bereits gebildeten Verbinder-Schicht 110 bzw. 116 aufgebracht werden, die in den zu strukturierenden Teilen der Oberfläche eine atomare Bindung der Präkursor -Lage 302 bzw. 304 mit der Verbinder-Schicht 110 bzw. 116 verhindert.
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4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit Verkapselungsvorrichtung 400. - Ein flächiges Bauelement 402, beispielsweise ein optoelektronisches Bauelement, beispielsweise ein organische Leuchtdiode (organic light emitting diode OLED), kann einen organisch funktionellen Schichtaufbau 404 auf einem Bauelementträger 406 aufweisen, beispielsweise eine Glasträger mit einer Dicke von ungefähr 0,1 bis 5 mm, und kann einen mechanischen Schutz 408, beispielsweise ein Epoxid, aufweisen. Eine elektrische Kontaktierung 410 sichert die Stromversorgung der organisch funktionellen Schichtaufbau 404. Der Bauelementträger 406 kann auf oder über dem hermetisch dichten ersten Träger 102 abgelegt oder fixiert werden. Die flächige Abmessung des ersten Trägers 102 ist dabei wenigstens gleich groß oder größer als der Bauelementträger 406. Der erste Träger 102 kann mechanisch starr, beispielsweise Glas mit einer Dicke von 2 mm und eine flächige Oberfläche von ungefähr 15 x 15 cm2 aufweisen. Glas kann eine intrinsische Diffusionsbarriere bezüglich Wasser und Sauerstoff aufweisen, so dass auf eine zusätzliche Verkapselungsschicht 108 auf dem ersten Träger 102 verzichtet werden kann. Die reaktive Oberfläche 302 kann beispielsweise Trimethylaluminium (TMA) aufweisen. Die Verbinder-Schicht 110 kann den aus TMA-Präkursor und TMA-Präkursor -Komplement resultierenden Stoff Alucone und/oder Al2O3 aufweisen oder daraus gebildet sein.
- Auf oder über dem mechanischen Schutz 408 wird der hermetisch dichte zweite Träger 104 abgelegt oder fixiert. Die flächige Abmessung des zweiten Trägers 104 ist dabei wenigstens gleich groß oder größer als der mechanische Schutz 408 und weist zudem einen lückenlos umlaufenden Kontaktbereich 120 zu dem ersten Träger 102 auf. Der zweite Träger 104 kann beispielsweise eine mechanisch flexible PET-Folie als Systemträger 112 mit einer Dicke von ungefähr 0,1 mm und einer flächigen Oberfläche von ungefähr 15 x 15 cm2 aufweisen. Als Verkapselungsschicht 114 kann auf dem zweiten Systemträger 112 eine oder mehrere Oxid- und oder Nitridschichten beispielsweise mittels PECVD und oder ALD Verfahren 0,5 µm abgeschieden werden. Auf oder über der Verkapselungsschicht 114 kann der zweite Träger 104 eine Verbinder-Schicht 114 Alucone mit einer Schichtdicke von ungefähr 0,1 µm aufweisen. Die reaktive Oberfläche 304 der Verbinder-Schicht 114 kann das hydroxylhaltige TMA-Komplement aufweisen, beispielsweise Ethylenglykol. Es ist darauf hinzuweisen, dass in anderen Ausführungsbeispielen die Dimensionen auch ohne weiteres anders gewählt sein können und somit die oben beispielhaft angegebenen Dimensionen keinen einschränkenden Charakter haben.
- Der erste Träger 102 und der zweite Träger 104 bilden eine provisorische Kavität. Der Bauelementträger 406, der erste Träger 102 und zweite Träger 104 werden zueinander ausgerichtet, so dass sich die elektrische Kontaktierung 410 in der elektrischen Durchführung 212 befindet. Das Ausrichten des Bauelementträgers 406, des ersten Trägers 102 und des zweiten Trägers 104 zueinander kann mittels topografischer Strukturierungen 202, 204, 208, 210 erleichtert werden.
- Der erste Träger 102 und der zweite Träger 104 weisen nach dem Ausrichten in dem Kontaktbereich 120 chemisch, topografisch komplementäre reaktive Oberflächen 302, 304 auf. Nach dem Ausrichten der Träger 102, 104 und des Bauelementes 402 kann mittels lokalem Erhöhen der Temperatur im Kontaktbereich 120 durch die reaktiven Oberflächen 302, 304 eine hermetische dichte Verbindungsschicht 118 ausgebildet werden. Die provisorische Kavität wird dadurch zur hermetisch dichten Kavität 100.
- Die Ausgestaltung 400 kann dabei unter Vakuum ausgebildet werden. Das Erzeugen der topografischen Strukturen 202, 204, 208, 210 und 212 kann mittels Strukturieren von 110 und 116 erfolgen.
- In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das optoelektronische Schichtaufbau 404 mit mechanischen Schutz 408 beispielsweise direkt auf der Glasscheibe 102 erzeugt werden, d.h. der Bauelementträger 406 entspricht dem ersten Systemträger 106 und dem hermetisch dichten ersten Träger 102, beispielsweise wenn der Bauelementträger 406 aus Glas gebildet ist, beispielsweise eine Glasscheibe mit einer Dicke von 2000 µm und einer flächigen Oberfläche von 15 × 15 cm2. Das flächige optoelektronisches Bauelement 402 mit mechanischem Schutz 408 hat eine kleinere flächige Abmessung als der erste Träger 102, beispielsweise eine flächigen Oberfläche von 14,5 x 14,5 cm2 und eine Dicke von ungefähr 20 µm. Das Bauelement 402 mit mechanischem Schutz 408 kann mittig, d.h. axial symmetrisch, auf dem ersten Träger 102 ausgerichtet sein. Auf dem flächigen Rand des ersten Trägers 102 ohne optoelektronische Schichtstruktur 404 und mechanischem Schutz 408 kann eine Verbinder-Schicht 110 aus Alucone mit einer Schichtdicke von ungefähr 0,1 µm und einer reaktiven TMA Oberfläche 302 aufgebracht sein. Als hermetisch dichter zweiter Träger 104 kann beispielsweise eine PET-Folie mit einer Dicke von 500 µm und einer flächigen Oberfläche von 15 x 15 cm2 als Systemträger 112, und mit einer ungefähr 0,5 µm dicken Oxid- und oder Nitridschicht als Verkapselungsschicht 114 verwendet werden. Auf der Oberfläche der Verkapselungsschicht 114 kann eine Verbinder-Schicht 116 aus Alucone mit einer Schichtdicke von 0,1 µm abgeschieden sein. Die reaktive Oberfläche 304 der Verbinder-Schicht 116 kann eine an die Verbinder-Schicht atomar gebundene Lage Ethylenglykol als TMA-Komplement aufweisen. Nach Ausrichten des zweiten Trägers 104 zum ersten Träger 102 kann mittels eines Heißpräge-Verfahrens (hot embossing) die Verbindungsschicht 118 ausgebildet werden, wobei der Stempel im Heißpräge-Verfahren auf die geometrischen Ränder der Träger 102, 104 mit Verbinder-Schichten 110, 116 angepassten ist.
-
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit der Verkapselungsvorrichtung 500. - Mechanisch flexible Träger 102, 104 können vorteilhaft sein, wenn die mechanisch flexiblen Eigenschaften eines flexiblen flächigen Bauelementes 402 in der Kavität 100 erhalten werden sollen, beispielsweise kann der Bauelementträger 406 aus einer Kunststofffolie, beispielsweise aus PET, PEN, PC, PI mit einer Schichtdicke von 100 µm ausgebildet sein.
- Der erste Träger 102 und der zweite Träger 104 können beide mechanisch elastisch sein, beispielsweise PET-Folien 106, 112 mit einer Dicke von 100 µm und einer flächigen Oberfläche von ungefähr 15 × 15 cm2 aufweisen. Als Stoff für die Verkapselungsschichten 108, 114 kann SiN mit einer Schichtdicke von 0,5 µm auf den Folien 106, 112 aufgebracht sein. Die reaktive Oberfläche 302 des ersten Trägers kann beispielsweise Terephtaloylchlorid aufweisen. Die reaktive Oberfläche 304 des zweiten Trägers kann ein Terephtaloylchlorid-Komplement aufweisen, beispielsweise p-Phenylendiamine. Die Verbinder-Schichten 110, 116 können eine Dicke von 0,1 µm aufweisen und den aus der atomaren Bindung von Terephtaloylchlorid und p-Phenylendiamine entstehenden Stoff Poly(p-phenylenterephthalamide) aufweisen oder daraus gebildet sein.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes verpackt mit einer herkömmlichen Verkapselung 600 mit Barrierefolien. In einer Verkapselungsvorrichtung eines organischen optoelektronischen Bauelementes 402 mit laminierten Barrierefolien 102, 104 werden die Barrierefolien 102, 104 herkömmlich mit einem Laminationsklebstoff 602 miteinander verbunden. Der Laminationsklebstoff 602 umfasst das Bauelement 402 füllt den Raum zwischen den Barrierefolien 102, 104 auf. Mittels Barrierefolien ist das optoelektronische Bauelement vor Wasser und Sauerstoff aus Richtung der Barrierefolien 124, 126 geschützt. Jedoch können Wasser und Sauerstoff seitlich (angedeutet mittels der Richtungspfeile 604) in den Laminationsklebstoff 602 und das organische optoelektronische Bauelement 402 eindringen. -
7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines organischen Bauelementes 402 verpackt mit einer herkömmlichen in-situ Dünnschicht-Verkapselung 700. - In einer Verkapselungsvorrichtung eines organischen optoelektronischen Bauelementes 402 mit in-situ Dünnschicht-Verkapselung 700 kann das organischen optoelektronischen Bauelementes 402 auf einen hermetisch dichten Träger aufgebracht werden, beispielsweise erzeugt oder fixiert. Beim Herstellen des organischen optoelektronischen Bauelementes 402 (in-situ) kann eine dünne Verkapselungsschicht 702 über oder auf dem organischen optoelektronischen Bauelementes 402 aufgebracht werden. Diese in-situ Methode hat den Nachteil den Prozessfluss zu verlängern und nicht unabhängig vom Prozess des zu verkapselnden Bauteils durchführbar zu sein.
- In verschiedenen Ausführungsformen werden Vorrichtungen und ein Verfahren zum Herstellen bezüglich Wasser und Sauerstoff hermetisch dichter Kavitäten bereitgestellt, mit denen es möglich ist Wasser und Sauerstoff empfindliche Stoffe, Stoffgemische oder Bauelemente mit Barrierefolien ohne Klebestoffe hermetisch dicht zu verkapseln. Dadurch können auf eine in-situ Verkapselungsbeschichtung der Stoffe oder Bauelemente weitestgehend verzichtet werden, aber dennoch beliebige Stoff der Träger zum Einsatz kommen. Wird ein Bauelementträger zudem als Systemträger verwendet, kann weiterhin Barrierefolie eingespart werden.
Claims (11)
- Vorrichtung, aufweisend: • einen ersten Träger (102), der mit mindestens einem ALD-Präkursor (302) und/oder mindestens einem MLD-Präkursor (302) belegt ist; • einen zweiten Träger (104), der mit mindestens einem ALD-Präkursor (304) und/oder mindestens einem MLD-Präkursor (304) belegt ist, der/die zu dem ALD-Präkursor (302) und/oder MLD-Präkursor (302) des ersten Trägers (102) komplementär ist/sind; • wobei der erste Träger (102) mit dem zweiten Träger (104) zumindest teilweise mittels einer atomaren Verbindung (118) zwischen dem ALD-Präkursor (302) des ersten Trägers (102) und dem ALD-Präkursor (304) des zweiten Trägers (104) bzw. zwischen dem MLD-Präkursor (302) des ersten Trägers (102) und dem MLD-Präkursor (304) des zweiten Trägers (104) verbunden ist derart, dass eine ALD-Schicht (118) oder eine MLD-Schicht (118) gebildet ist; • wobei die ALD-Schicht (118) und/oder MLD-Schicht (118) aus der Verbindung der ALD-Präkursor (302) und/oder MLD-Präkursor (302) des ersten Trägers (102) mit den ALD-Präkursor (304) und/oder MLD-Präkursor (304) des zweiten Trägers (104) den ersten Träger (102) lückenlos zusammenhängend mit dem zweiten Träger (104) verbindet derart, dass die ALD-Schicht (118) und/oder MLD-Schicht (118) zwischen erstem Träger (102) und zweitem Träger (104) eine Kavität (100) einfassen; und • wobei die Kavität (100) hermetisch gegen Diffusionsströme (124, 126, 128, 130) von Wasser und Sauerstoff abgedichtet ist.
- Vorrichtung gemäß
Anspruch 1 , wobei der erste Träger (102) und zweite Träger (104) eine Diffusionsbarriere (108, 114) bezüglich Wasser und/oder Sauerstoff aufweisen. - Vorrichtung gemäß einem der
Ansprüche 1 bis2 , wobei in der Kavität (100) ein organisches Bauelement (402), insbesondere eine organische Leuchtdiode (402), gekapselt wird. - Vorrichtung gemäß einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei die Oberfläche der ersten Trägers (102) oder die Oberfläche zweiten Trägers (104), Bauteilträger (406) des zu verkapselnden Bauteils (402) ist bzw. das zu verkapselnde Bauteil (402) aufweist. - Vorrichtung gemäß einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei in der Kavität (100) zwischen erstem Träger (102) und zweitem Träger (104) mittels der hermetisch dichten Verbindung (118) eine wässrige Flüssigkeit gekapselt wird. - Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, das Verfahren aufweisend: • Aufbringen mindestens eines ALD-Präkursors (302) und/oder mindestens eines MLD-Präkursors (302) auf einen ersten Träger (102); • Aufbringen mindestens eines ALD-Präkursors (304) und/oder mindestens MLD-Präkursors (304) auf einen zweiten Träger (104), wobei der ALD-Präkursor (304) und/oder der MLD-Präkursor (304), der auf dem zweiten Träger (104) aufgebracht ist, komplementär ist zu dem ALD-Präkursor (302) und/oder MLD-Präkursor (302), der auf dem ersten Träger (102) aufgebracht ist; und • Verbinden des mindestens einen ALD-Präkursors (302) und/oder des mindestens einen MLD-Präkursors (302), der auf dem ersten Träger (102) aufgebracht ist, mit dem komplementären mindestens einen ALD-Präkursor (304) und/oder dem komplementären mindestens einen MLD-Präkursor (304), der auf dem zweiten Träger (104) aufgebracht ist; • wobei der erste Träger (102) mit dem zweiten Träger (104) zumindest teilweise mittels einer atomaren Verbindung zwischen dem ALD-Präkursor (302), der auf dem ersten Träger (102) aufgebracht ist, und dem ALD-Präkursor (304), der auf dem zweiten Träger (104) aufgebracht ist, bzw. zwischen dem MLD-Präkursor (302), der auf dem ersten Träger (102) aufgebracht ist, und dem MLD-Präkursor (116), der auf dem zweiten Träger (104) aufgebracht ist, derart, dass eine ALD-Schicht (118) oder eine MLD-Schicht (118) gebildet wird; • wobei die Oberfläche des ersten Trägers (102) und/oder des zweiten Trägers (104) strukturiert wird; und • wobei die Oberfläche des ersten Trägers (102) und/oder die Oberfläche des zweiten Trägers (104) mit mehreren voneinander unterschiedlichen ALD-Präkursoren belegt wird und/oder mit mehreren voneinander unterschiedlichen MLD-Präkursoren belegt wird.
- Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die chemisch strukturierte und/oder topografisch strukturierte Oberfläche des ersten Trägers (102) komplementär zur chemisch strukturierten und/oder topografisch strukturierten Oberfläche des zweiten Trägers (104) ist.
- Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 6 bis7 , wobei die Strukturierung des ersten Trägers (202, 208, 212) und/oder des zweiten Trägers (204, 210) mittels lokalisierter Erwärmung oder mittels Katalyse des Verbindungsprozesses der ALD-Präkursor (110, 116) oder MLD-Präkursor (110, 116) gebildet werden. - Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 6 bis8 , wobei das Belegen der Oberflächen des ersten Trägers (102) bzw. des zweiten Trägers (104) mit ALD-Präkursor (110, 116) und/oder MLD-Präkursor (110, 116) reaktive ALD-Präkursor (302, 304) und/oder reaktive MLD-Präkursor (302, 304) an der Oberfläche des ersten Trägers (102) bzw. zweiten Trägers (104) bildet. - Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 6 bis9 , wobei die ALD-Schicht (118) und/oder MLD-Schicht (118) aus der Verbindung der ALD-Präkursor (302) und/oder MLD-Präkursor (302) des ersten Trägers (102) mit den ALD-Präkursor (304) und/oder MLD-Präkursor (304) des zweiten Trägers (104) den ersten Träger (102) lückenlos zusammenhängend mit dem zweiten Träger (104) verbindet, derart dass die ALD-Schicht (118) und/oder MLD-Schicht (118) zwischen erstem Träger (102) und zweitem Träger (104) eine Kavität (100) eingefasst wird. - Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 6 bis10 , wobei in der Kavität (100) ein organisches Bauelement (402) gekapselt wird.
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