冷 凍 空 調 工 程 系 碩 士 班 碩 士 學 位 論 文 次 世 代 塑 膠 基 板 平 面 顯 示 器 之 基 板 逸 氣 研 究 A Study on the Substrate Outgassing of Flat Panel Display made with Next Generation Plastic Substrate 研 究 生 : 薛 景 發 指 導 教 授 : 鄭 鴻 斌 中 華 民 國 九 十 五 年 七 月
摘 要 論 文 名 稱 : 次 世 代 塑 膠 基 板 平 面 顯 示 器 之 基 板 逸 氣 研 究 頁 數 :118 校 所 別 : 國 立 台 北 科 技 大 學 冷 凍 空 調 工 程 系 碩 士 班 畢 業 時 間 :94 學 年 度 第 二 學 期 研 究 生 : 薛 景 發 學 位 : 碩 士 指 導 教 授 : 鄭 鴻 斌 關 鍵 詞 : 真 空 逸 氣 塑 膠 基 板 氣 壓 增 建 法 塑 膠 平 面 顯 示 器 之 基 本 構 造 與 傳 統 玻 璃 平 面 顯 示 器 並 沒 有 太 大 差 異, 僅 將 上 下 兩 層 的 玻 璃 基 板 改 由 具 有 高 透 明 度 高 耐 熱 性 與 易 加 工 的 塑 膠 基 板 所 取 代, 以 達 到 輕 量 化 薄 型 化 且 具 可 撓 曲 性 之 顯 示 面 板 但 在 TFT-LCD 或 OLED 的 相 關 製 程 中, 製 程 溫 度 高 且 通 常 在 真 空 狀 態 下 進 行, 塑 膠 基 板 在 此 狀 態 下 容 易 產 生 逸 氣 (Outgassing) 行 為, 這 些 逸 氣 對 相 關 製 程 影 響 甚 大, 進 而 影 響 產 品 的 良 率 本 研 究 所 設 計 的 真 空 逸 氣 測 試 系 統 採 用 冷 凍 真 空 幫 浦 作 為 排 氣 幫 浦, 並 利 用 一 石 英 燈 進 行 塑 膠 基 板 的 加 熱 及 溫 度 控 制, 加 熱 溫 度 為 25 50 75 和 100, 使 用 氣 壓 增 建 法 來 分 析 塑 膠 基 板 在 真 空 中 的 逸 氣 率, 此 外 並 使 用 傳 統 的 玻 璃 基 板 進 行 上 述 實 驗, 以 作 為 比 對 的 參 考 實 驗 所 測 試 的 塑 膠 基 板 為 PC PC+HC PMMA PMMA+HC 及 PET 由 實 驗 結 果 發 現,PMMA 基 板 的 單 位 逸 氣 率 最 大 ; 塑 膠 基 板 所 塗 佈 的 硬 化 層 對 逸 氣 率 有 決 定 降 低 或 上 升 的 影 響 ; 耐 熱 性 以 PC 基 板 為 最 佳, 而 PMMA 基 板 在 75 和 100 時 產 生 嚴 重 變 形 ;PET 基 板 在 高 溫 下 (80 以 上 ), 具 有 低 逸 氣 率 的 優 異 特 性 i
ABSTRACT Title:A Study on the Substrate Outgassing of Flat Panel Display made with Next Generation Plastic Substrate Pages:118 School:National Taipei University of Technology Department:Department of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering Time:July, 2006 Researcher:C.-F. Hsueh Degree:Master Advisor:H.-P. Cheng Keywords:vacuum outgassing, plastic substrate,build up method The basic structure of plastic flat panel display is not much different from that of traditional glass display, except that the two glass substrates are replaced by highly transparent, highly heat-resistant, and easily processed plastic substrate. The plastic display is lightweight, thin, and flexible. However, during the TFT-LCD or OLED production process, the production temperature is high and the process is carried in vacuum environment. Therefore, plastic substrate may have problem of outgassing, which affects the quality significantly. The vacuum outgassing testing system design by this study uses cryopump as the exhaust pump, and quartz light for heating and controlling the temperature of the plastic substrate. The heating temperatures are 25, 50, 75 and 100, and build up method is used to analyze the outgassing rate of the plastic substrate in a vacuum environment. Also, the test was conducted on the glass substrate for comparison. The ii
plastic substrates used in the test were PC, PC+HC, PMMA, PMMA+HC, and PET. The results showed that the unit outgassing rate of PMMA substrate is the largest; the harden layer coated on the plastic substrate could determine the rise or fall of the outgassing rate; PC substrate shows the best heat-resistance; PMMA substrate shows serious deformation at 75 and 100 ; PET substrate has feature of low outgassing rate under high temperature (over 80 ). iii
誌 謝 本 研 究 論 文 承 蒙 指 導 教 授 鄭 鴻 斌 博 士 兩 年 辛 苦 的 指 導, 在 研 究 上 給 予 充 足 的 研 究 資 源 並 且 對 於 研 究 過 程 所 遇 到 的 疑 問 細 心 指 導, 使 得 本 研 究 論 文 可 以 順 利 完 成 另 外, 並 教 導 學 生 研 究 方 法 做 人 處 事 態 度 及 培 養 獨 立 思 考 模 式, 使 得 學 生 從 中 獲 益 匪 淺, 在 此 謹 表 達 心 中 十 二 萬 分 敬 意 與 謝 意 口 試 期 間, 承 陳 宗 欣 教 授 劉 鏞 教 授 對 於 論 文 需 改 正 的 地 方 提 供 寶 貴 意 見, 使 論 文 得 以 順 利 完 成 感 謝 黑 川 科 技 有 限 公 司 鍾 居 田 鍾 志 杰 鍾 志 豪 先 生, 在 設 備 進 行 組 裝 中 的 協 助 與 技 術 指 導 並 且 提 供 許 多 理 論 與 實 務 結 合 相 關 方 面 的 寶 貴 意 見 感 謝 優 貝 克 科 技 ( 股 ) 公 司 楊 副 理 源 昌 先 生, 於 設 備 試 機 期 間 所 給 予 的 協 助 建 議 感 謝 華 立 股 份 有 限 公 司 許 嘉 文 先 生, 提 供 本 研 究 所 需 之 塑 膠 基 板 感 謝 年 捷 企 業 有 限 公 司 黃 明 欽 先 生, 提 供 本 研 究 所 需 之 塑 膠 基 板 感 謝 真 空 技 術 及 超 低 溫 技 術 應 用 研 究 室 的 研 究 同 仁 金 品 羿 君 季 孜 小 邱 佳 琪 阿 良 建 吉 安 宏 一 宏 子 毅 裕 晉 肇 元 士 德, 在 研 究 所 期 間 給 予 的 幫 忙 及 協 助 最 後, 謹 以 此 陋 作 獻 給 我 最 親 愛 的 父 母, 由 衷 地 感 激 他 們 長 久 以 來 的 養 育 之 恩, 還 有 奶 奶 岳 父 岳 母 老 哥 大 嫂 大 姊 二 姐 二 姐 夫 阿 牛 的 關 心, 特 別 是 我 的 老 婆 冠 伶 在 我 的 身 後 給 我 無 限 的 溫 暖, 並 將 我 們 可 愛 的 小 寶 貝 稚 蓁 照 顧 得 如 此 完 善, 使 我 能 夠 無 後 顧 之 憂 來 順 利 完 成 碩 士 學 業, 親 愛 的 家 人, 擁 有 你 們 我 真 的 非 常 幸 福, 我 愛 你 們 ~ 永 遠 iv
目 錄 摘 要... i ABSTRACT... ii 誌 謝... iv 目 錄...v 表 目 錄... vii 圖 目 錄... ix 第 一 章 緒 論...1 1.1 前 言...1 1.2 研 究 目 的...2 1.3 文 獻 回 顧...3 第 二 章 理 論 基 礎...5 2.1 表 面 氣 體 吸 附 對 真 空 技 術 的 影 響...5 2.2 熱 過 程 導 致 的 氣 體 放 出...6 2.2.1 表 面 脫 附...7 2.2.2 擴 散 作 用...8 2.2.3 氣 體 放 出 率 的 測 量 方 法...8 2.3 影 響 氣 體 逸 氣 率 的 因 素...11 2.3.1 烘 烤 溫 度...11 2.3.2 材 料 性 質...13 2.3.3 表 面 處 理 方 法...14 2.3.4 導 入 氣 體 的 乾 燥 度...16 2.3.5 表 面 粗 糙 度...16 v
第 三 章 基 板 特 性 與 種 類...19 3.1 基 板 特 性...19 3.2 基 板 種 類...24 3.3 表 面 硬 化 層 (HC)...28 第 四 章 實 驗 設 備...29 第 五 章 實 驗 流 程 與 規 劃...47 5.1 實 驗 流 程...47 5.2 實 驗 規 畫...52 5.3 實 驗 計 算 模 式...55 第 六 章 實 驗 結 果 與 討 論...57 6.1 背 景 實 驗...57 6.2PC 基 板...59 6.3 PC+HC 基 板...61 6.4 PMMA 基 板...63 6.5 PMMA+HC 基 板...64 6.6 Glass 基 板...66 6.7 PET 基 板...68 6.8 綜 合 分 析...70 第 七 章 結 論 與 建 議...116 7.1 結 論...116 參 考 文 獻...117 vi
表 目 錄 表 3.1 不 同 塑 膠 基 板 之 氧 氣 透 過 率 與 水 氣 透 過 率 [10]... 20 表 3.2 OLED 對 玻 璃 基 板 之 特 性 需 求 [11]... 21 表 3.3 可 撓 式 光 學 級 透 明 塑 膠 基 板 特 性 [12]... 23 表 5.1 實 驗 規 畫... 54 表 5.2 計 算 逸 氣 率 之 參 數 公 式 單 位... 56 表 6.1 CASE1 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 72 表 6.2 CASE2 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 73 表 6.3 CASE3 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 74 表 6.4 背 景 環 境 平 均 逸 氣 率... 75 表 6.5 CASE4 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 76 表 6.6 CASE5 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 77 表 6.7 CASE6 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 78 表 6.8 CASE7 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 79 表 6.9 CASE8 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 81 表 6.10 CASE9 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 82 表 6.11 CASE10 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 83 表 6.12 CASE11 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 84 表 6.13 CASE12 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 86 表 6.14 CASE13 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 87 表 6.15 CASE14 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 88 表 6.16 CASE15 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 89 表 6.17 CASE16 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 91 vii
表 6.18 CASE17 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 92 表 6.19 CASE18 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 93 表 6.20 CASE19 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 94 表 6.21 CASE20 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 96 表 6.22 CASE21 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 97 表 6.23 CASE22 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 98 表 6.24 CASE23 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 99 表 6.25 CASE24 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 101 表 6.26 CASE25 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 102 表 6.27 CASE26 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 103 表 6.28 CASE27 之 計 算 參 數 公 式 單 位 說 明... 104 表 6.29 所 有 案 例 之 單 位 逸 氣 率... 106 viii
圖 目 錄 圖 2.1 典 型 的 壓 力 與 抽 氣 時 間 關 係 圖 [13]... 7 圖 2.2 熱 逸 氣 率 量 測 實 驗 系 統 圖 [13]... 9 圖 2.3 典 型 之 熱 逸 氣 率 隨 時 間 之 變 化 曲 線 圖 [13]... 9 圖 2.4 不 銹 鋼 超 高 真 空 系 統 在 烘 烤 後, 主 要 氣 體 之 氣 壓 增 建 情 形... 11 圖 2.5 在 一 不 銹 鋼 真 空 系 統 中, 烘 烤 過 程 中 四 種... 12 圖 2.6 在 一 不 銹 鋼 真 空 系 統 中, 烘 烤 時 幾 種 氣 體 分 壓 的 變 化 [13]... 13 圖 2.7 幾 種 材 料 的 逸 氣 率 [13]... 14 圖 2.8 不 同 的 表 面 處 理 下 的 不 銹 鋼 材 料 的 表 面 逸 氣 率 [13]... 15 圖 2.9 幾 種 處 理 方 法 後 鋁 合 金 逸 氣 率 之 比 較 [13]... 15 圖 2.10 鋁 合 金 真 空 腔 暴 露 不 同 溼 度 後, 其 抽 氣 後 十 小 時 之 逸 氣 率... 16 及 殘 餘 水 氣 的 關 係 圖 圖 中 表 逸 氣 率, 表 水 氣 分 壓 訊 號 [13]... 16 圖 2.11 兩 種 不 同 粗 糙 係 數 的 鋁 合 金 試 料, 以 升 溫 脫 離 法 得 到 H 2... 17 圖 2.12 兩 種 不 同 粗 糙 係 數 的 鋁 合 金 試 料, 以 升 溫 脫 離 法 得 到 H 2O... 18 圖 3.1 OLED 用 可 撓 式 塑 膠 基 板 構 造 [10]... 20 圖 3.2 不 同 表 面 粗 糙 度 的 塑 膠 基 板 對 OLED 元 件 之 影 響 [11]... 21 圖 3.3 ZEONOR PC 及 PET 塑 膠 基 板 之 光 學 穿 透 性 [12]... 22 圖 4.1 系 統 設 備 示 意 圖... 32 圖 4.2 冷 凍 真 空 幫 浦 系 統 照 片... 33 圖 4.3 真 空 腔 體 周 圍 儀 器 設 備... 34 圖 4.4 腔 體 周 圍 各 儀 器 設 備 放 大 圖 (1)... 35 圖 4.5 腔 體 周 圍 各 儀 器 設 備 放 大 圖 (2)... 36 ix
圖 4.6 溫 度 感 測 器 固 定 在 石 英 燈 燈 管 中 心 處... 37 圖 4.7 石 英 燈 組 上 之 K-TYPE 熱 偶 線 訊 號 線 拉 至 腔 體 上 蓋 真 空 引 入 裝 置... 37 圖 4.8 逸 氣 測 試 系 統 各 式 儀 器 設 備 圖... 38 圖 4.9 溫 度 感 測 器 固 定 在 測 試 塑 膠 基 板... 38 圖 4.10 超 低 溫 矽 二 級 體 溫 度 感 測 器 固 定 在 一 / 二 級 冷 凝 面... 39 圖 4.11 超 低 溫 冷 凍 幫 浦 底 部 之 真 空 訊 號 引 入 裝 置... 40 圖 4.12 閘 閥... 40 圖 4.13 高 壓 空 氣 系 統... 41 圖 4.14 節 流 閥... 42 圖 4.15 基 板 利 用 螺 絲 與 不 鏽 鋼 網 作 固 定... 42 圖 4.16 玻 璃 基 板 利 用 真 空 耐 熱 膠 帶 與 不 鏽 鋼 網 作 固 定... 43 圖 4.17 氦 氣 壓 縮 機... 43 圖 4.18 冰 水 機... 44 圖 4.19 乾 式 真 空 幫 浦... 45 圖 4.20 氦 氣 測 漏 照 片... 46 圖 5.1 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統 開 機 程 序 操 作 流 程 圖... 49 圖 5.2 關 機 程 序 操 作 流 程 圖... 50 圖 5.3 基 板 實 驗 流 程 圖... 51 圖 5.4 實 驗 規 畫... 53 圖 6.1 CASE1 壓 力 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 72 圖 6.2 CASE2 壓 力 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 73 圖 6.3 CASE3 壓 力 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 74 圖 6.4 CASE1~CASE3 逸 氣 曲 線 比 較... 75 圖 6.5 CASE4 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 76 圖 6.6 CASE5 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 77 x
圖 6.7 CASE6 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 78 圖 6.8 CASE7 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 79 圖 6.9 CASE4~ CASE7 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖 比 較... 80 圖 6.10 PC 塑 膠 基 板 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖... 80 圖 6.11 CASE8 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 81 圖 6.12 CASE9 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 82 圖 6.13 CASE10 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 83 圖 6.14 CASE11 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 84 圖 6.15 CASE8~CASE11 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖 比 較... 85 圖 6.16 PC+HC 塑 膠 基 板 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖... 85 圖 6.17 CASE12 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 86 圖 6.18 CASE13 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 87 圖 6.19 CASE14 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 88 圖 6.20 CASE15 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 89 圖 6.21 CASE12~CASE15 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖 比 較... 90 圖 6.22 PMMA 塑 膠 基 板 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖... 90 圖 6.23 CASE16 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 91 圖 6.24 CASE17 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 92 圖 6.25 CASE18 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 93 圖 6.26 CASE19 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 94 圖 6.27 CASE16~CASE19 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖 比 較... 95 圖 6.28 PMMA+HC 塑 膠 基 板 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖... 95 圖 6.29 CASE20 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 96 圖 6.30 CASE21 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 97 圖 6.31 CASE22 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 98 xi
圖 6.32 CASE23 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 99 圖 6.33 CASE20~CASE23 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖 比 較... 100 圖 6.34 GLASS 基 板 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖... 100 圖 6.35 CASE24 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 101 圖 6.36 CASE25 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 102 圖 6.37 CASE26 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 103 圖 6.38 CASE27 壓 力 溫 度 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖... 104 圖 6.39 CASE24~CASE27 逸 氣 率 對 時 間 之 曲 線 圖 比 較... 105 圖 6.40 PET 塑 膠 基 板 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖... 105 圖 6.41 六 種 實 驗 基 板 之 單 位 逸 氣 率 對 溫 度 之 曲 線 圖 比 較... 107 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (1)... 108 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (2)... 109 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (3)... 110 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (4)... 111 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (5)... 112 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (6)... 113 圖 6.42 基 板 實 驗 後 之 外 觀 情 形 (7)... 114 圖 6.43 基 板 變 形 程 度... 115 xii
第 一 章 緒 論 1.1 前 言 近 年 來 隨 著 電 子 辦 公 設 備 ( 如 平 面 液 晶 顯 示 器 筆 記 型 電 腦 ) 個 人 及 家 庭 視 訊 娛 樂 設 施 ( 如 單 槍 投 影 機 平 面 電 視 車 用 平 面 顯 示 器 ) 可 攜 式 電 子 資 訊 產 品 ( 如 Hand-Hold PC PDA Mobil Phone) 的 大 量 普 及, 帶 動 了 平 面 顯 示 器 產 業 的 蓬 勃 發 展, 然 而 在 人 們 追 求 輕 薄 短 小 的 訴 求 下, 以 傳 統 玻 璃 基 板 為 主 的 平 面 顯 示 器 也 朝 向 更 輕 更 薄 的 技 術 在 發 展, 但 是 目 前 在 整 體 重 量 上 仍 嫌 笨 重, 且 因 玻 璃 製 程 上 有 厚 度 限 制, 因 此 已 逐 漸 無 法 滿 足 e 世 代 人 們 對 輕 薄 短 小 平 面 顯 示 器 的 需 求 為 解 決 並 克 服 以 玻 璃 作 為 平 面 顯 示 器 基 板 所 遇 到 的 缺 點, 使 用 可 塑 性 高 更 輕 薄 短 小 的 塑 膠 基 材 來 取 代 玻 璃 基 板, 在 目 前 已 成 為 發 展 平 面 顯 示 器 技 術 的 新 趨 勢 玻 璃 基 板 相 較 於 塑 膠 基 板 而 言 具 有 易 碎 不 耐 衝 擊 以 及 較 大 厚 度 與 重 量 等 先 天 缺 點 因 此, 此 類 基 板 將 逐 漸 無 法 滿 足 新 一 代 產 品 應 用 之 輕 量 薄 型 化 與 可 撓 曲 摺 疊 使 用 等 需 求 所 以, 利 用 塑 膠 基 板 來 替 代 玻 璃 基 板, 不 但 改 善 了 玻 璃 基 板 的 缺 點, 同 時 因 塑 膠 本 身 具 備 可 撓 曲 性 (Flexibility) 及 薄 型 化 與 不 同 形 狀 之 裁 切 加 工 等 特 性, 更 可 提 供 e 世 代 平 面 顯 示 器 在 外 型 上 的 需 求 與 設 計 上 有 較 寬 廣 的 設 計, 甚 至 塑 膠 基 板 可 捲 曲 的 特 性 更 提 供 了 使 用 者 攜 帶 上 的 方 便, 若 塑 膠 基 板 平 面 顯 示 器 的 技 術 可 以 充 分 的 發 揮 並 大 量 地 使 用 量 產 技 術 上, 相 信 在 未 來, 我 們 只 需 帶 著 一 份 可 摺 疊 或 撓 曲, 且 如 文 件 般 薄 的 顯 示 器 件, 即 可 透 過 無 線 電 通 訊 傳 輸 界 面 來 做 資 訊 的 接 收 與 發 送 有 鑑 於 此,Casio 於 1983 年 即 推 出 TN 型 塑 膠 液 晶 顯 示 器 之 SL-800 計 算 機, 而 Ricoh 也 於 1993 年 發 表 STN 型 塑 膠 液 晶 顯 示 器, 特 別 是 近 幾 年 隨 著 行 動 電 話 與 個 人 數 位 秘 書 (PDA) 的 普 及 化, 可 撓 式 塑 膠 平 面 顯 示 1
器 遂 逐 漸 盛 行, 夏 普 (Sharp) 公 司 於 1998 年 開 始 量 產 0.2mm 厚 之 STN 型 塑 膠 基 板 液 晶 顯 示 器, 且 於 2000 年 4 月 首 先 開 始 量 產 彩 色 STN 型 塑 膠 液 晶 顯 示 器, 而 其 他 公 司 如 松 下 東 芝 等 也 相 繼 投 入 而 台 灣 的 TFT-LCD 產 業 自 1990 年 聯 友 光 電 切 入 中 小 型 尺 寸 領 域, 經 歷 十 多 年 來 的 苦 心 經 營, 直 至 1999 年 日 本 的 領 導 廠 商 如 IBM 東 芝 三 菱 松 下 等 將 大 量 技 術 轉 移 給 台 灣 之 後, 台 灣 的 生 產 總 產 值 及 中 下 游 產 業 也 逐 漸 成 長, 到 目 前 為 止, 台 灣 TFT-LCD 面 板 廠 的 總 產 能 已 超 越 日 本, 並 與 韓 國 互 相 競 爭 世 界 第 一 的 地 位, 因 此 若 能 以 塑 膠 基 板 代 替 玻 璃 基 板 成 功 開 發 量 產 型 塑 膠 液 晶 平 面 顯 示 器, 則 將 來 平 面 顯 示 器 的 總 產 能 將 無 可 限 量 1.2 研 究 目 的 塑 膠 平 面 顯 示 器 之 基 本 構 造 與 傳 統 玻 璃 平 面 顯 示 器 並 沒 有 太 大 差 異, 僅 將 上 下 兩 層 的 玻 璃 基 板 改 由 具 有 高 透 明 度 高 耐 熱 性 與 易 加 工 的 塑 膠 基 板 所 取 代, 以 達 到 輕 量 化 薄 型 化 且 具 可 撓 曲 性 之 顯 示 面 板 雖 然 高 透 明 性 之 光 學 塑 膠 基 板 具 有 取 代 玻 璃 基 板 之 優 異 性, 然 而 塑 膠 基 板 本 身 亦 有 美 中 不 足 之 處, 如 耐 熱 性 耐 濕 性 耐 化 學 性 硬 度 都 較 玻 璃 差, 尤 其 在 TFT-LCD 或 OLED 的 相 關 製 程 中, 溫 度 常 高 達 300 ~400, 且 通 常 在 真 空 狀 態 下 進 行, 塑 膠 基 板 在 此 狀 態 下 容 易 產 生 逸 氣 行 為, 這 些 逸 氣 對 相 關 製 程 影 響 甚 大, 甚 而 影 響 產 品 的 良 率 本 論 文 的 目 的 為, 進 行 塑 膠 基 板 平 面 顯 示 器 之 塑 膠 基 板 逸 氣 行 為 研 究, 針 對 不 同 溫 度 ( 室 溫 25 50 75 100 ) 塑 膠 基 板 在 高 真 空 環 境 中 的 逸 氣 現 象 進 行 分 析, 並 採 用 PMMA PC PET 等 業 界 常 用 之 塑 膠 材 質 為 研 究 基 板 本 論 文 採 用 濺 鍍 系 統 常 使 用 的 冷 凍 真 空 幫 浦 作 為 高 真 空 抽 氣 幫 浦, 並 利 用 業 界 慣 用 的 石 英 燈 進 行 塑 膠 基 板 的 加 熱 及 溫 度 控 制, 此 外 並 使 用 傳 統 的 玻 璃 基 板 進 行 上 述 實 驗, 以 作 為 比 對 的 參 考 同 時, 並 輔 以 在 基 板 安 裝 多 點 溫 度 感 測 器 以 測 量 溫 度, 藉 以 找 出 石 英 燈 對 基 板 加 熱 時, 基 板 受 熱 逸 氣 現 象 分 析 2
1.3 文 獻 回 顧 材 料 因 製 作 程 序 的 關 係 常 有 氣 體 存 在 於 其 中, 在 一 般 的 情 況 下 這 些 氣 體 會 存 在 於 材 料 中 或 材 料 的 表 面, 很 久 而 不 會 釋 出, 但 若 材 料 的 溫 度 升 高, 或 材 料 表 面 壓 力 降 低, 這 些 氣 體 就 會 釋 出, 我 們 稱 這 種 氣 體 釋 出 的 現 象 為 逸 氣 存 在 於 材 料 中 的 氣 體 型 態 約 有 下 列 四 種 : 1. 氣 體 溶 解 在 固 體 ( 或 液 體 ) 中 2. 氣 體 形 成 化 合 物 如 氧 化 物 氮 化 物 碳 氫 化 合 物 氯 化 物 等 存 在 ( 附 著 或 溶 解 ) 在 固 體 ( 或 液 體 ) 中 3. 氣 體 分 子 在 固 體 形 成 時 ( 熔 鑄 ), 氣 泡 或 間 隙 存 於 固 體 中 4. 氣 體 被 吸 附 在 固 體 表 面, 或 由 於 熱 擴 散 進 入 固 體 分 子 間 這 些 氣 體 的 逸 氣 對 真 空 的 影 響 甚 大, 有 些 材 料 易 於 吸 附 氣 體, 或 製 作 時 不 易 去 除 氣 體, 因 此 不 適 用 於 真 空 有 些 材 料 雖 無 上 述 氣 體 存 在 其 中 的 情 形, 但 其 組 成 成 份 若 蒸 氣 壓 ( 在 平 衡 狀 態 下, 分 子 作 用 在 大 氣 與 其 液 體 或 固 體 周 遭 的 壓 力, 並 和 溫 度 有 關 ) 很 高, 或 者 材 料 中 的 雜 質 易 於 蒸 發, 則 在 真 空 中 均 有 逸 氣 的 可 能 有 關 於 材 料 在 真 空 中 逸 氣 的 文 獻 回 顧 如 下 :Murata 等 人 [1] 發 現 將 PMMA 薄 膜 置 入 一 真 空 腔 體 中, 水 分 子 約 3 小 時 於 薄 膜 表 面 脫 附, 再 來 是 N 2 O, 約 12 小 時, 最 後 是 CO 2, 約 72 小 時 ;Hollander 等 人 [2] 則 研 究 PE PP PET 三 種 塑 膠 材 料 置 於 10E-8mbar 的 氫 電 漿 中, 可 發 現 PE 與 PP 經 由 紫 外 光 照 射 後 會 產 生 大 量 的 氫 水 及 碳 氫 化 合 物 ;Minato 等 人 [3] 分 別 以 150 ~300 烘 烤 鍍 有 TiN 的 鈦 腔 體 及 不 鏽 鋼 製 成 之 真 空 腔 體 進 行 抽 氣, 發 現 氫 會 比 其 他 殘 餘 氣 體 不 容 易 抽 除 且 以 250 烘 烤 腔 體 進 行 抽 氣 時, 以 不 鏽 鋼 製 成 之 腔 體 氫 的 逸 氣 是 鈦 腔 體 的 10 倍 之 多 ;Douglas[4] 等 人 探 討 以 紅 外 線 光 源 作 為 加 熱 方 式, 來 增 加 氫 氣 在 玻 璃 基 板 上 的 釋 放 率, 最 後 成 功 的 探 討 出 以 紅 外 線 為 加 熱 源 可 更 快 更 有 效 的 將 玻 璃 基 板 上 的 氫 氣 釋 放 出 來 ; Bennett 等 人 [5] 探 討 在 不 鏽 鋼 表 面 的 加 熱 逸 氣 的 影 響, 並 使 用 氣 壓 增 建 法 來 計 算 逸 氣 率, 最 後 在 研 究 中 得 知 氫 氣 為 最 主 要 的 逸 氣, 而 一 氧 化 碳 及 二 氧 化 碳 的 逸 氣 3
率 則 趨 近 於 零 ;A. G. Peressadko 等 人 [6] 研 究 裸 不 鏽 鋼 和 M O S 2 覆 蓋 滾 珠 軸 承 的 逸 氣, 其 中 發 現 氫 氣 碳 氫 化 合 物 及 甲 烷 為 其 中 主 要 的 逸 氣 氣 體, 而 其 中 決 定 滾 珠 軸 承 逸 氣 量 的 兩 個 主 要 過 程 分 別 為 接 觸 表 面 的 局 部 加 熱 及 本 身 的 變 形 和 斷 裂 ; Christopher 等 人 [7] 以 氦 氣 及 氖 氣 來 探 討 氣 體 在 玻 璃 基 板 上 可 溶 性 的 量 測 方 法, 最 後 探 討 出 氣 體 可 溶 性 量 測 的 方 法 與 基 板 空 隙 大 小 分 布 位 置 及 實 驗 溫 度 有 關 ; Theodore 等 人 [8] 利 用 等 體 積 滲 透 系 統 混 合 新 的 薄 膜 得 到 了 較 小 的 洩 漏, 並 利 用 此 遮 蔽 技 術 發 展 了 較 脆 的 原 料 及 較 薄 的 樣 本 ; 丁 南 宏 等 人 [9] 說 明 塑 膠 基 板 由 於 逸 氣 問 題, 造 成 表 面 結 構 改 變, 利 用 表 面 分 析 儀, 針 對 塑 膠 表 面 進 行 測 試, 以 量 測 出 基 板 表 面 的 逸 氣 行 為 ; 田 宏 隆 [10] 謝 添 壽 等 人 [11] 說 明 由 於 塑 膠 基 板 在 應 用 於 OLED 方 面 對 於 阻 氣 性 和 吸 水 性 規 定 甚 為 嚴 格, 因 此 在 塑 膠 基 板 與 膜 之 間 鍍 上 一 層 阻 氣 層, 以 阻 隔 基 板 表 面 的 逸 氣 行 為 ; 田 宏 隆 [12] 探 討 可 撓 式 基 板 應 用 於 一 般 平 面 顯 示 器 時, 基 板 物 性 對 於 顯 示 器 的 影 響, 另 外 還 說 明 一 般 塑 膠 基 板 製 作 方 法 目 前 平 面 顯 示 器 所 使 用 之 基 材 為 玻 璃, 為 因 應 顯 示 器 薄 型 化 及 可 撓 曲 性 之 發 展, 以 塑 膠 基 板 取 代 玻 璃 為 一 必 然 趨 勢, 也 因 此 探 討 及 研 究 塑 膠 基 板 在 高 真 空 及 高 溫 環 境 下 的 逸 氣 問 題 也 更 趨 重 要 4
第 二 章 理 論 基 礎 2.1 表 面 氣 體 吸 附 對 真 空 技 術 的 影 響 對 於 一 個 理 想 的 真 空 系 統 ( 極 乾 淨 的 表 面 ), 系 統 中 的 氣 壓 (P) 和 容 器 的 體 積 (V), 以 及 抽 氣 速 率 (S) 有 如 下 的 關 係 : 此 程 式 的 解 為 : dp V dt = SP (2.1) S P( t) = P o exp (2.2) Vt 其 中,P o 為 時 間 t=0 時 的 氣 壓 因 此 氣 壓 會 隨 著 時 間 而 急 速 下 降, 若 以 一 般 系 統 的 體 積 和 抽 氣 速 率 估 計, 只 需 數 秒 鐘 的 時 間, 真 空 度 便 可 達 到 高 真 空, 甚 至 超 高 真 空 的 程 度 不 過 實 際 上 的 情 況 與 此 相 差 甚 遠 眾 所 周 知, 在 一 大 氣 壓 時, 空 氣 中 主 要 的 氣 體 為 氮 氣, 其 次 為 氧 氣, 而 水 蒸 氣 只 占 了 約 百 分 之 ㄧ 不 過 在 抽 氣 的 過 程 中, 當 真 空 度 達 到 高 真 空 時, 氣 壓 下 降 的 速 率 變 的 緩 慢, 而 且 主 要 的 殘 留 氣 體 並 不 是 氮 氣 或 氧 氣, 而 是 以 水 氣 占 了 最 大 的 部 份 這 些 水 氣 主 要 是 因 為 真 空 系 統 曝 露 到 空 氣 時, 空 氣 中 所 含 的 水 氣 附 著 在 真 空 材 料 表 面 上 所 造 成 當 抽 氣 時, 這 些 水 氣 受 到 環 境 溫 度 的 影 響 而 慢 慢 釋 放 到 真 空 中 為 了 達 到 超 高 真 空, 一 般 的 方 法 是 以 加 熱 烘 烤 的 模 式 除 去 這 些 水 氣 在 達 到 超 高 真 空 後, 真 空 中 仍 有 不 少 的 殘 留 氣 體, 主 要 是 氫 氣 一 氧 化 碳 和 二 氧 化 碳 等 等, 這 些 氣 體 也 是 從 材 料 的 表 面 不 斷 的 釋 放 至 真 空 中 因 此 對 於 一 個 實 際 的 系 統, 上 述 的 公 式 (2.1.) 便 需 要 修 正, 一 般 是 以 如 下 式 的 氣 流 平 衡 方 程 式 描 述 之 5
dp Q = SP + V (2.3) dt 其 中,(2.3) 式 左 邊 代 表 系 統 的 逸 氣 率 (Q: 單 位 時 間 內, 由 表 面 釋 放 至 真 空 的 氣 體 分 子 數 ),(2.3) 式 右 邊 第 一 項 為 : 單 位 時 間 內, 由 幫 浦 所 抽 走 的 氣 體 分 子 數,(2.3) 式 右 邊 第 二 項 為 : 在 系 統 腔 體 中, 氣 體 分 子 數 的 變 化 率 ( 假 設 腔 體 的 體 積 不 變, 則 氣 體 分 子 數 的 變 化 會 反 應 在 氣 壓 的 變 化 上 ) 為 了 降 低 真 空 系 統 氣 壓, 方 法 不 外 乎 增 加 幫 浦 的 抽 氣 速 率 或 減 少 材 料 表 面 逸 氣, 不 過 當 真 空 到 一 定 程 度 以 後, 增 加 幫 浦 的 抽 氣 速 率 將 變 的 不 切 實 際, 因 此 最 好 的 方 法 還 是 減 少 材 料 的 表 面 逸 氣, 所 以 氣 體 在 材 料 表 面 的 吸 附 或 放 出 的 行 為, 密 切 地 影 響 真 空 的 氣 壓 對 於 一 個 真 空 系 統 而 言, 氣 體 的 來 源 可 分 為..(1) 漏 氣, (2) 蒸 發,(3) 表 面 逸 氣 ( 脫 附 ),(4) 擴 散,(5) 幫 浦 回 流 氣 體 及 (6) 滲 透 等 其 中 漏 氣 的 情 形 是 一 般 系 統 中 必 須 避 免 的, 幫 浦 回 流 氣 體 可 以 藉 著 幫 浦 的 選 擇 或 者 利 用 冷 陷 阱 的 模 式 減 少, 而 蒸 發 可 由 選 用 低 蒸 氣 壓 的 材 料 加 以 避 免, 或 查 出 材 料 的 蒸 氣 壓 而 清 楚 的 評 估 至 少 表 面 逸 氣 脫 附 擴 散 以 及 滲 透 等, 則 不 僅 受 到 材 料 及 處 理 方 法 的 影 響, 而 且 與 氣 體 的 吸 附 和 放 出 有 極 大 的 關 係 除 了 影 響 到 逸 氣 率 外, 許 多 幫 浦, 例 如 吸 附 幫 浦 冷 凍 幫 浦 離 子 幫 浦 及 結 托 幫 浦 等 等, 也 都 利 用 表 面 吸 附 的 原 理 達 到 抽 氣 的 作 用 此 外 材 料 表 面 的 附 著 也 會 影 響 真 空 計 的 靈 敏 或 是 其 背 景 壓 力 因 此 氣 體 的 吸 附 和 放 出 的 基 本 原 理, 深 刻 的 影 響 了 真 空 技 術 方 面 的 實 務 與 理 念 這 些 現 象 從 高 真 空 技 術 發 展 初 期 就 已 經 受 到 重 視, 而 且 應 用 面 也 越 來 越 廣 2.2 熱 過 程 導 致 的 氣 體 放 出 真 空 系 統 中 材 料 表 面 氣 體 的 釋 放, 通 稱 為 釋 氣 或 逸 氣 (outgassing) 其 中 可 能 的 逸 氣 原 因 包 括 表 面 受 熱 脫 附 (thermal desorption) 擴 散 作 用, 以 及 材 料 本 身 受 激 發 ( 電 子 離 子 或 光 子 ) 而 逸 氣 假 如 從 典 型 的 抽 氣 過 程 中, 壓 力 與 時 間 的 變 化 曲 6
線 來 分 析 ( 如 圖 2.1), 抽 氣 時 容 器 腔 體 中 的 氣 體 首 先 被 移 除, 其 次 是 表 面 所 吸 附 的 氣 體, 再 接 著 就 是 材 料 中 氣 體 擴 散 所 造 成 的 作 用, 最 後 當 上 述 的 逸 氣 來 源 都 減 低 至 相 當 程 度 後, 從 真 空 系 統 外 滲 透 至 真 空 容 器 內 的 氣 體 分 子 數, 決 定 了 系 統 所 能 達 到 最 低 氣 壓 剛 開 始 抽 氣 時, 主 要 是 抽 除 容 器 腔 體 中 的 氣 體 分 子, 此 時 氣 壓 隨 時 間 的 指 數 下 降 經 過 一 段 時 間 後 表 面 脫 附 以 及 擴 散 作 用 逐 漸 顯 著 在 逸 氣 率 曲 線 上, 表 面 脫 附 作 用, 其 曲 線 斜 率 近 似 -1, 而 擴 散 作 用 之 斜 率 約 為 -1/2 在 表 面 脫 附 或 擴 散 作 用 之 後, 為 一 定 斜 率 的 釋 放 作 用 對 一 般 金 屬 材 料 而 言, 主 要 的 逸 氣 來 源 為 表 面 脫 附 和 擴 散 作 用 圖 2.1 典 型 的 壓 力 與 抽 氣 時 間 關 係 圖 [13] 2.2.1 表 面 脫 附 當 材 料 放 在 真 空 容 器 中, 材 料 表 面 所 吸 附 的 氣 體 因 受 熱 會 釋 放 出 來, 此 現 象 稱 為 表 面 脫 附 (surface desorption) 表 面 脫 附 主 要 與 氣 體 分 子 吸 附 能 量 表 面 溫 度 氣 壓 和 表 面 之 氣 體 覆 蓋 率 等 有 關, 通 常 稱 為 熱 逸 氣 (thermal outgas) 氣 體 吸 附 在 表 面 上 可 分 為 物 理 吸 附 與 化 學 吸 附, 在 真 空 系 統 中, 由 於 物 理 吸 附 之 氣 體 在 室 溫 下 可 以 很 容 易 逃 離 表 面 由 幫 浦 抽 走, 因 而 化 學 吸 附 之 氣 體 是 真 空 系 統 中 最 常 見 的 逸 氣 7
材 料 表 面 的 逸 氣 數 據 顯 示, 逸 氣 率 (q) 與 時 間 (t) 的 關 係 可 以 表 示 為 : q(t) ~ t -α (2.4) 其 中 斜 率 α 由 實 驗 逸 氣 率 可 求 得, 範 圍 為 -0.7~2, 而 最 常 見 的 斜 率 值 約 為 1 此 斜 率 亦 可 由 吸 附 等 溫 線 預 測 出, 不 過 仍 有 些 學 者 認 為 是 多 種 擴 散 作 用 的 加 成 效 果 2.2.2 擴 散 作 用 擴 散 作 用 是 ㄧ 物 質 在 另 一 物 質 中 因 濃 度 的 不 同 而 產 生 的 遷 移 現 象, 真 空 器 壁 與 真 空 中 的 氣 體 分 子 濃 度 有 一 梯 度 分 布, 此 時 濃 度 梯 度 會 驅 使 壁 中 的 分 子 或 原 子 擴 散 到 表 面, 在 擴 散 至 表 面 容 器 之 後, 分 子 或 原 子 則 再 經 釋 放 作 用 而 排 放 至 真 空 中, 而 形 成 主 要 的 逸 氣 來 源 之 ㄧ 此 擴 散 作 用 可 以 用 第 一 與 第 二 定 律 描 述 擴 散 作 用 的 現 象, 一 般 在 多 孔 性 的 非 金 屬 材 料 可 以 發 現 至 於 金 屬 材 料, 擴 散 作 用 主 要 來 自 多 孔 性 的 氧 化 層, 除 非 在 較 特 別 的 情 形 下 ( 例 如 含 水 氣 較 少 的 條 件 下 ), 否 則 較 不 易 觀 察 到 擴 散 的 行 為 2.2.3 氣 體 放 出 率 的 測 量 方 法 (1) 流 量 法 流 量 法 (throughput method) 可 以 用 來 測 量 逸 氣 率, 其 原 理 為 將 一 已 知 氣 導 (conductance) 的 小 孔 (orifice) 裝 置 在 欲 測 量 逸 氣 率 的 真 空 腔 與 幫 浦 之 間, 則 通 過 小 孔 的 淨 流 量 Q( 即 總 逸 氣 率 ) 為 Q = C( P 1 P2) (2.5) 而 所 欲 量 測 材 料 其 單 位 面 積 之 逸 氣 率 則 為 Q q = (2.6) A 8
其 中 P 1為 真 空 腔 之 氣 壓, P 2 為 幫 浦 端 之 氣 壓,C 為 小 孔 之 氣 導,A 為 待 測 真 空 腔 的 總 表 面 積 以 圖 2.2 之 逸 氣 率 量 測 實 驗 系 統 為 例, 此 系 統 利 用 BA 真 空 計 分 別 量 測 容 器 I 與 容 器 II 的 真 空 度 兩 容 器 間 置 入 一 直 徑 6mm 的 小 孔 限 制 其 氣 流 量, 所 量 測 逸 氣 率 隨 時 間 變 化 曲 線 則 如 圖 2.3 所 示 實 驗 量 測 顯 示 逸 氣 率 (q) 在 最 初 24 小 時 約 與 時 間 成 反 比 在 加 熱 時 因 為 容 器 表 面 所 吸 附 的 水 氣 被 趕 出, 因 而 造 成 逸 氣 率 大 幅 度 上 升 但 在 降 溫 後 的 q 值 則 因 加 熱 而 有 效 的 降 低 逸 氣 率 圖 2.2 熱 逸 氣 率 量 測 實 驗 系 統 圖 [13] 圖 2.3 典 型 之 熱 逸 氣 率 隨 時 間 之 變 化 曲 線 圖 [13] 9
(2) 氣 壓 增 建 法 除 了 流 量 法 之 外, 氣 壓 增 建 法 (build up method or pressure rise-up method) 也 常 被 應 用 於 測 試 真 空 系 統 的 性 能, 雖 然 此 種 方 法 所 得 到 的 結 果 受 到 較 多 的 干 擾 因 素, 使 得 其 值 較 不 準 確, 但 是 此 種 方 法 較 簡 易 與 便 利, 因 此 在 超 高 真 空 系 統 的 測 試 上, 也 成 為 一 種 半 定 量 性 的 必 備 方 法 其 原 理 可 由 (2.7) 式 描 述 dp Q = SP + V (2.7) dt 假 若 在 時 間 t=0 時, 將 所 有 的 真 空 幫 浦 關 閉 ( 因 而 抽 氣 速 率 S 近 似 為 0), 因 此 (2.7) 式 變 為 dp Q = V ( ) (2.8) dt 將 (2.8) 式 積 分, 則 Q P ( t) = ( ) t + P0 (2.9) V 其 中 P (t) 為 時 間 t 時 的 氣 壓, P 0 為 時 間 t=0 時 的 氣 壓 當 系 統 關 掉 幫 浦 後 之 短 時 間 內, 氣 壓 會 隨 著 時 間 成 正 比 上 升 ( 氣 壓 增 建 ) 從 氣 壓 的 上 升 斜 率 和 系 統 體 積 之 乘 積, 即 可 求 出 系 統 之 逸 氣 率 圖 2.4 為 不 銹 鋼 超 高 真 空 系 統 在 烘 烤 後 幾 種 主 要 氣 體 之 氣 壓 增 建 情 形 10
圖 2.4 不 銹 鋼 超 高 真 空 系 統 在 烘 烤 後, 主 要 氣 體 之 氣 壓 增 建 情 形 從 曲 線 斜 率, 在 乘 以 系 統 體 積, 即 為 逸 氣 率 值, 此 值 亦 標 示 於 圖 中 [13] 2.3 影 響 氣 體 逸 氣 率 的 因 素 2.3.1 烘 烤 溫 度 一 般 的 真 空 材 料 其 逸 氣 率 會 隨 著 溫 度 而 變 化 且 成 多 處 尖 峰, 顯 示 真 空 材 料 表 面 具 有 多 種 的 吸 附 能 量, 因 此 烘 烤 溫 度 與 材 料 的 逸 氣 率 間 有 相 當 密 切 的 關 係 如 圖 2.3 所 示, 在 烘 烤 時 真 空 腔 的 逸 氣 率 急 速 升 高, 而 在 烘 烤 後 的 逸 氣 率 較 烘 烤 前 降 了 數 個 數 量 級 而 圖 2.5 所 示 為 一 個 典 型 的 不 鏽 鋼 真 空 腔, 在 烘 烤 前 後 幾 個 主 要 殘 餘 氣 體 成 份 逸 氣 的 質 譜 圖, 其 烘 烤 前 的 水 氣 含 量 最 高, 而 烘 烤 後 含 量 急 速 下 降 而 比 其 它 幾 種 殘 餘 氣 體 還 低, 此 圖 顯 示 了 此 烘 烤 對 於 儲 氣 的 有 效 性, 而 且 對 於 水 氣 更 具 效 果 烘 烤 過 程 中 系 統 的 溫 度 是 一 個 重 要 關 鍵, 由 圖 2.6 中 可 看 出 系 統 在 烘 烤 時, 主 要 的 逸 氣 來 源 H 2 CH 4 H 2 O CO 和 質 量 數 31 的 氣 體 H 2 隨 溫 度 升 高 逐 漸 上 升 而 無 下 降 的 趨 勢, 這 是 由 於 金 屬 材 料 內 部 的 擴 散 現 象 產 生 的 ; H 2 O 在 200 時, 其 逸 氣 率 已 大 幅 下 降, 顯 示 其 束 縛 能 較 小 ;CO 和 質 量 數 31 的 氣 體 分 別 在 11
220 與 270 各 有 一 個 尖 峰, 代 表 該 溫 度 可 以 克 服 其 束 縛 能 ; 而 CH 4 在 2.5 和 4 小 時 處 有 兩 個 尖 峰 從 此 圖 中 可 看 出 材 料 表 面 上 有 著 複 雜 的 化 學 反 應, 而 不 同 的 溫 度 點 對 應 不 同 狀 態 之 氣 體 分 子 的 逸 氣 在 烘 烤 除 氣 的 過 程 中, 除 了 上 述 溫 度 之 影 響 外, 烘 烤 溫 度 的 均 勻 性 亦 非 常 的 重 要 如 果 在 烘 烤 時, 系 統 中 有 些 溫 度 偏 低 的 死 角, 則 烘 烤 時 所 趕 出 的 氣 體 容 易 躲 藏 此 處, 待 烘 烤 後 再 放 出, 大 大 的 影 響 了 烘 烤 的 效 果 圖 2.5 在 一 不 銹 鋼 真 空 系 統 中, 烘 烤 過 程 中 四 種 主 要 的 殘 餘 氣 體 分 壓 對 時 間 的 變 化 [13] 12
圖 2.6 在 一 不 銹 鋼 真 空 系 統 中, 烘 烤 時 幾 種 氣 體 分 壓 的 變 化 [13] 2.3.2 材 料 性 質 一 般 非 金 屬 材 料 的 逸 氣 率 會 比 金 屬 材 料 的 逸 氣 率 大 上 幾 個 數 量 級, 因 此 即 使 使 用 少 量 非 金 屬 材 料, 也 不 可 忽 視 對 其 真 空 氣 壓 的 影 響 圖 2.7 顯 示 幾 種 材 料 其 逸 氣 率 曲 線 的 比 較 圖 關 於 真 空 中 的 電 性 絕 緣 材 料, 氧 化 鋁 和 玻 璃 除 了 具 有 逸 氣 率 低 小 的 優 良 性 外, 還 有 耐 烘 烤 的 特 性 由 於 部 分 材 料 受 到 加 熱 溫 度 的 限 制, 而 無 法 降 低 逸 氣 率, 以 達 到 要 求 的 真 空 程 度 至 於 金 屬 材 料, 一 般 而 言 雖 然 其 逸 氣 率 較 非 金 屬 材 料 低, 不 過 當 使 用 在 超 高 真 空 時, 必 須 考 慮 其 蒸 氣 壓 的 影 響, 因 此 某 些 金 屬 材 料, 例 如 銦 鉛 鎵 等 並 不 適 合 一 般 的 超 高 真 空 系 統 使 用 至 於 常 用 金 屬 材 料, 不 銹 鋼 鋁 合 金 及 無 氧 銅 為 三 種 最 常 見 的 真 空 腔 材 料 基 本 上, 其 逸 氣 率 與 處 裡 過 程 有 關, 而 都 可 以 達 到 低 逸 氣 率 的 要 求, 因 此 在 使 用 時 常 依 照 系 統 的 整 體 考 慮, 例 如 熱 導 率 加 工 特 性 等 來 選 擇 13
圖 2.7 幾 種 材 料 的 逸 氣 率 [13] 2.3.3 表 面 處 理 方 法 同 樣 材 料 在 不 同 的 表 面 處 理 之 下 會 有 不 同 的 逸 氣 率 圖 2.8 為 不 鏽 鋼 之 例 子, 其 母 材 以 及 在 經 過 電 解 研 磨 機 械 研 磨 化 學 研 磨 和 製 造 者 要 求 的 表 面 處 理 方 法 後 之 逸 氣 率 圖 2.9 為 鋁 合 金 在 不 同 的 處 理 方 法 後 其 逸 氣 率 之 比 較, 雖 然 鋁 合 金 素 材 的 表 面 條 件 較 差, 不 過 隨 著 科 技 的 進 步, 在 經 過 適 當 的 表 面 處 理 之 後, 也 非 常 適 合 低 逸 氣 率 的 要 求 鋁 合 金 由 於 其 氫 氣 的 溶 解 度 及 擴 散 速 率 低, 在 超 高 真 空 時 具 有 較 低 的 氫 氣 殘 留 氣 體 量 而 不 銹 鋼 則 利 用 在 空 氣 中 加 熱, 使 表 面 形 成 一 層 氧 化 障 礙 層, 以 阻 擋 氫 氣 從 材 料 內 部 擴 散 至 真 空 中 最 近 由 於 及 高 真 空 的 發 展, 對 於 表 面 處 理 的 要 求 更 為 嚴 格, 其 中 較 具 代 表 性 的 有 鏡 面 加 工 及 離 子 披 覆 (ion plating) 等 方 法 14
圖 2.8 不 同 的 表 面 處 理 下 的 不 銹 鋼 材 料 的 表 面 逸 氣 率 [13] 圖 2.9 幾 種 處 理 方 法 後 鋁 合 金 逸 氣 率 之 比 較 [13] 15
2.3.4 導 入 氣 體 的 乾 燥 度 眾 所 周 知, 一 般 真 空 系 統 在 抽 氣 後, 最 主 要 的 殘 留 氣 體 為 水 氣, 因 此 導 入 真 空 腔 氣 體 的 乾 燥 度 對 逸 氣 率 有 極 大 的 影 響 圖 2.10 為 暴 露 不 同 濕 度 氣 體 下, 其 抽 氣 後 十 小 時 之 逸 氣 率 值 及 殘 餘 水 氣 信 號 強 度 的 關 係 圖 此 曲 線 的 形 狀 似 乎 並 不 隨 著 真 空 腔 材 料 的 改 變 而 有 所 不 同, 基 本 上 都 具 有 一 清 楚 轉 折 鋁 合 金 轉 折 點 大 約 在 20ppm 處 大 於 轉 折 點 的 暴 露 溼 度 低 於 此 點 時, 對 逸 氣 率 的 影 響 不 明 顯, 表 示 此 材 料 的 吸 附 已 呈 飽 和 狀 態, 而 當 暴 露 溼 度 低 於 此 點 時, 逸 氣 率 值 急 劇 下 降, 亦 即 此 時 水 氣 的 吸 附 尚 未 飽 和, 因 此 逸 氣 率 會 隨 著 濕 度 降 低 而 下 降 圖 2.10 鋁 合 金 真 空 腔 暴 露 不 同 溼 度 後, 其 抽 氣 後 十 小 時 之 逸 氣 率 及 殘 餘 水 氣 的 關 係 圖 圖 中 表 逸 氣 率, 表 水 氣 分 壓 訊 號 [13] 2.3.5 表 面 粗 糙 度 表 面 積 大 者 吸 附 氣 體 的 量 較 多, 因 而 抽 氣 過 程 中 所 排 放 出 的 氣 體 量 也 多, 這 是 容 易 了 解 的 對 於 逸 氣 而 言, 表 面 積 不 只 是 所 見 的 巨 觀 部 分, 更 包 含 了 表 面 上 微 小 凹 凸 的 小 表 面 積 ( 這 些 表 面 積 稱 為 真 表 面 積 ) 真 表 面 積 積 的 大 小 可 從 單 分 子 層 吸 附 的 氣 體 量 加 以 測 定, 一 個 分 子 吸 附 在 表 面 所 佔 的 面 積 可 從 理 論 上 推 測 求 得, 在 完 全 冷 卻 的 表 面 上, 吸 附 單 分 子 層 的 稀 有 氣 體 可 決 定 吸 附 等 溫 線, 依 據 等 16
溫 線 ( 例 如 BET 吸 附 等 溫 線 ), 可 量 得 稀 有 氣 體 分 子 大 小 程 度 的 真 表 面 積, 而 真 表 面 積 與 巨 觀 表 面 積 的 比 稱 為 粗 糙 係 數 受 到 表 面 上 微 小 凹 凸 面 的 影 響, 各 種 表 面 研 磨 的 處 理 可 有 效 的 降 低 逸 氣 率 圖 2.11 為 粗 糙 係 數 與 H 2 升 溫 脫 離 逸 氣 的 關 係 圖, 在 比 例 中, 鋁 合 金 管 件 擠 出 成 型 的 表 面 粗 糙 係 數 為 12.6, 而 鑽 石 切 削 加 工 的 表 面 粗 糙 係 數 為 4.9 此 兩 種 樣 品 在 真 空 中 以 20K.min -1 的 升 溫 速 度 加 熱 時, 從 四 極 質 譜 儀 量 測 之 主 要 是 出 氣 體 為 H 2 O H 2 和 CO, 從 圖 2.11 中 可 知 表 面 粗 糙 度 大 的 材 料 其 逸 氣 率 亦 大, 而 且 H 2 的 逸 氣 率 和 粗 糙 係 數 幾 乎 是 成 比 例 ; 圖 2.12 為 H 2 O 氣 體 放 出 的 現 象, 雖 然 當 表 面 粗 糙 係 數 大 時 其 逸 氣 率 也 大, 但 氣 體 脫 離 的 類 型 卻 有 很 大 的 不 同 擠 出 成 型 的 樣 品 在 140 和 470 附 近 可 清 楚 看 見 H 2 O 吸 附 態 的 兩 個 尖 峰, 但 此 二 尖 峰 在 鑽 石 切 削 的 樣 品 上 卻 不 明 顯 由 於 水 的 吸 附 狀 態 極 為 複 雜, 水 氣 逸 氣 的 行 為 不 單 只 是 表 面 粗 糙 度 的 問 題 而 已, 而 且 必 須 考 慮 材 料 表 面 氧 化 層 和 表 面 組 成 的 差 異 圖 2.11 兩 種 不 同 粗 糙 係 數 的 鋁 合 金 試 料, 以 升 溫 脫 離 法 得 到 H 2 的 質 譜 圖, 釋 出 H 2 的 比 例 與 粗 糙 係 數 的 比 例 相 同 [13] 17
圖 2.12 兩 種 不 同 粗 糙 係 數 的 鋁 合 金 試 料, 以 升 溫 脫 離 法 得 到 H 2O 的 質 譜 圖, 釋 出 H 2 O 的 狀 況 較 為 複 雜, 並 不 與 粗 糙 係 數 成 比 例 [13] 18
第 三 章 基 板 特 性 與 種 類 3.1 基 板 特 性 可 撓 式 塑 膠 基 材 因 較 玻 璃 基 材 更 具 有 輕 量 化 薄 型 化 易 裁 切 與 耐 衝 擊 等 優 點, 故 成 為 未 來 次 世 代 平 面 顯 示 器 所 用 的 新 基 板 材 料, 以 便 可 以 克 服 現 有 玻 璃 基 材 的 重 量 重 易 破 碎 與 厚 度 操 作 限 制 等 缺 點 然 而 塑 膠 基 板 本 身 亦 有 其 不 足 之 處, 包 括 表 面 硬 度 低 而 易 被 異 物 刮 傷 或 擦 傷, 且 耐 化 學 藥 品 性 差 等 ; 另 外, 其 對 氣 體 之 阻 絕 效 果 遠 較 玻 璃 基 板 差, 以 OLED 元 件 來 說, 其 發 光 材 料 對 水 氣 與 氧 氣 相 當 敏 感, 為 確 保 該 元 件 的 顯 示 品 質 與 保 證 其 使 用 壽 命, 該 元 件 所 具 有 的 塑 膠 基 板 需 具 有 高 氣 體 阻 隔 的 效 能, 然 一 般 塑 膠 基 板 的 氧 氣 透 過 率 (Oxygen Transmission Rate; OTR) 與 水 氣 透 過 率 (Water Vapor Transmission Rate; WVTR) 均 相 當 大, 如 表 3.1 所 示 為 解 決 塑 膠 基 板 的 低 氣 體 阻 隔 性 與 低 表 面 硬 度 等 缺 點, 通 常 會 在 塑 膠 基 板 表 面 塗 佈 一 層 氣 體 阻 隔 層 (Gas Barrier), 阻 絕 外 界 的 水 氣 或 氧 氣 進 入 OLED 元 件 內, 以 避 免 OLED 發 光 層 的 氧 化 或 裂 解 壞 死, 進 而 影 響 該 元 件 的 品 質 與 壽 命 另 外, 為 使 塑 膠 基 板 表 面 也 能 像 玻 璃 般 具 耐 磨 損 刮 傷 與 耐 化 學 溶 劑 的 特 性, 最 外 層 還 會 再 塗 佈 一 層 表 面 硬 化 層 (Hard Coat), 使 其 達 到 耐 刮 與 耐 化 學 溶 劑 ; 此 外, 亦 可 藉 由 表 面 硬 化 層 來 增 加 塑 膠 基 板 與 ITO 透 明 導 電 膜 間 的 黏 著 性, 其 基 本 構 造 如 圖 3.1 所 示 19
表 3.1 不 同 塑 膠 基 板 之 氧 氣 透 過 率 與 水 氣 透 過 率 [10] Substrate Thickness (μm) OTR (cc/m2 day) WVTR (cc/m2 day) PET PEN Zeonor Arton PAr PES PI 25 125 188 188 100 200 25 160 5.5 218 975 1500 168 388 40 1.8 0.5 24 84 52 54 層 別 ITO Gas Barrier Plastic Film Haed Coat 厚 度 0.05-0.1μm 2-5μm 100-400μm 2-10μm 功 能 導 電 層 阻 氣 性 Support 耐 刮 傷 耐 溶 劑 抗 濕 性 ITO 密 著 性 圖 3.1 OLED 用 可 撓 式 塑 膠 基 板 構 造 [10] 此 外, 基 板 本 身 之 翹 曲 (Warp) 表 面 波 紋 (Waviness) 與 粗 糙 度 (Roughness) 亦 需 加 以 考 慮, 因 翹 曲 與 表 面 波 紋 大 小 將 直 接 影 響 到 主 動 式 TFT 元 件 製 作 過 程 中 曝 光 顯 影 之 焦 距 位 置 ; 而 基 板 表 面 的 粗 糙 度 大 小, 將 直 接 影 響 該 顯 示 器 之 影 像 品 質 以 玻 璃 液 晶 顯 示 器 而 言, 不 同 型 態 之 面 板 其 對 玻 璃 基 板 之 翹 曲 表 面 波 紋 與 粗 糙 度 皆 有 嚴 格 的 限 制, 如 表 3.2 所 示 因 此 若 表 面 粗 糙 度 過 大, 如 圖 3.2 中 所 示 之 PET 塑 膠 基 板, 經 蒸 鍍 有 機 發 光 層 後 的 OLED 元 件, 將 導 致 該 蒸 鍍 層 厚 薄 不 均, 在 通 入 電 流 後, 將 造 成 表 面 波 峰 之 尖 端 放 電, 使 有 機 發 光 層 受 損 而 形 成 暗 點, 大 大 影 響 顯 示 之 品 質 ; 若 以 表 面 粗 糙 度 較 小 (<10nm) 之 PC 塑 膠 基 板 所 作 成 的 OLED 元 件, 則 此 一 現 象 大 為 改 善, 由 此 可 見 透 明 塑 膠 基 板 表 面 平 坦 度 對 OLED 顯 示 器 元 件 影 響 的 重 要 性 20
表 3.2 OLED 對 玻 璃 基 板 之 特 性 需 求 [11] 表 面 平 坦 度 翹 曲 波 紋 粗 糙 度 熱 收 縮 AM-OLED <0.1 <0.1 <5 <10ppm (250 ) 圖 3.2 不 同 表 面 粗 糙 度 的 塑 膠 基 板 對 OLED 元 件 之 影 響 [11] 表 3.3 所 示 為 光 學 級 透 明 塑 膠 基 板 的 特 性 比 較, 其 依 有 機 高 分 子 結 構 的 不 同 而 有 不 同 的 光 學 特 性 耐 熱 性 與 耐 化 學 性 等 對 於 OLED 顯 示 器 之 可 撓 式 塑 膠 基 板 的 選 用, 首 重 其 光 學 特 性, 一 般 要 求 純 塑 膠 基 板 在 550nm 波 長 下, 其 光 學 穿 透 度 越 高 越 好 ( 近 乎 90%), 如 圖 3.3 所 示, 以 確 保 塑 膠 基 板 經 塗 佈 表 面 阻 氣 層 表 面 硬 化 層 與 鍍 上 ITO 膜 後, 其 光 學 穿 透 度 仍 可 保 持 在 83% 以 上, 光 學 遲 滯 性 需 求 在 20nm 以 下, 尤 其 是 未 來 主 動 式 OLED 顯 示 器 元 件, 其 要 求 更 低 (<10nm); 其 次 是 塑 膠 基 板 本 身 的 耐 熱 性 與 尺 寸 安 定 性, 將 影 響 面 板 在 後 段 製 程 中 對 溫 度 使 用 的 限 制 由 表 3.3 得 知,PET 因 有 良 好 之 光 學 穿 透 度 與 低 的 熱 膨 脹 係 數 且 價 格 便 宜, 因 此 被 廣 泛 運 用 於 21
觸 控 式 面 板 (Touch Panel) 上, 然 因 其 光 學 遲 滯 性 較 大, 並 不 適 用 於 開 發 全 彩 的 可 撓 式 塑 膠 OLED 顯 示 器 面 板 而 最 近 熱 門 之 高 透 明 mcoc 光 學 塑 膠 薄 膜 材 料 亦 紛 紛 推 出, 如 日 本 JSR 與 Zeon 兩 家 公 司 所 開 發 出 來 的 mcoc 光 學 塑 膠 薄 膜 材 料, 其 商 品 名 則 分 別 為 Arton 及 Zeonor, 此 兩 種 塑 膠 基 板 的 光 學 穿 透 性 極 佳, 光 學 遲 滯 現 象 小, 且 最 大 操 作 溫 度 可 高 達 150 C, 因 而 提 供 可 撓 式 塑 膠 OLED 顯 示 器 基 板 材 料 的 另 一 個 新 選 擇 此 外,PES 雖 有 較 高 的 耐 熱 性, 然 因 其 分 子 主 結 構 中 含 有 硫 原 子, 該 塑 膠 薄 膜 略 帶 黃 色, 光 學 穿 透 度 因 而 稍 差, 且 單 價 昂 貴, 吸 水 率 又 高, 因 此 在 真 空 製 程 中 也 較 容 易 有 雜 質 氣 體 ( Out Gassing) 的 問 題 產 生 圖 3.3 Zeonor PC 及 PET 塑 膠 基 板 之 光 學 穿 透 性 [12] 22
表 3.3 可 撓 式 光 學 級 透 明 塑 膠 基 板 特 性 [12] Unit PET PEN PC ARTON (JSR) ZEONOR (ZEON) PAr PES Thinkness μm 100 75 150 188 188 75 100 Specific Gravity Water Absorption Refractive Index g./cm 1.30 1.36 1.20 1.08 1.01 1.20 1.37 % 0.3 0.3 0.2 0.4 <0.01 0.6 1.4 1.40 1.74 1.59 1.51 1.53 1.60 1.65 Retardation nm 68 TBD 41 6~7 3~5 12 13 Haze % 0.6 1.0 0.8 Light Transmission Glass Transition Temp.( ) Using Temperature Heat Shrinkage (150 /30min) % % 90.4 88 92.4 1.5 (t=3.2 mm) 92 (t=3.2 mm) 0.8 (t=3.0mm) 0.9 1.4 92 92.6 90.2 (t=3.0mm) 70 120 145 165 163 21.5 22.5 120 180 125 150 150 180 180 MD 1 0.4~0.5 0.7 <0.1 <0.1 0.18 TD 0.5 0~0.2 0.5 <0.1 <0.1 TBD 0.05 CTE ppm/ 17 21 70 62 60 53 55 Chemical Resistance Methanol Ethanol Acetone X MEK X Cellosolve X X X 目 前 顯 示 器 用 透 明 導 電 膜 材 料 仍 以 ITO 為 主, 並 採 直 流 磁 控 濺 鍍 (DC Magnetron Sputtering) 方 式, 在 300 C 以 上 的 溫 度 於 玻 璃 基 板 上 進 行 成 膜, 其 ITO 的 電 阻 率 (Resistivity) 約 可 達 1.3 10-4 Ω cm, 若 將 ITO 透 明 導 電 膜 之 膜 厚 度 提 升 到 23
250nm 以 上, 即 可 獲 得 面 電 阻 (Sheet Resistance) 約 為 5Ω/ ( 註 :Ω/ 的 定 義 為 單 位 面 積 的 平 均 電 阻 值, 其 值 使 用 四 點 探 針 進 行 量 測, 測 量 整 片 基 材 的 平 均 電 阻 值 ) 而 在 塑 膠 基 材 上 濺 鍍 ITO 透 明 導 電 膜 時, 因 受 限 於 塑 膠 基 材 本 身 的 耐 熱 性 差, 及 避 免 高 溫 時 塑 膠 基 材 本 身 會 釋 出 之 雜 質 氣 體 等 的 影 響, 故 大 多 數 還 是 選 擇 在 室 溫 環 境 下 成 膜, 而 電 阻 率 可 控 制 在 5~7 10-4 Ω cm 範 圍 內 ; 若 大 幅 提 高 ITO 透 明 導 電 膜 的 膜 厚, 會 因 塑 膠 基 板 本 身 的 撓 曲 性 (Flexibility) 及 尺 寸 安 定 性 差, 致 ITO 透 明 導 電 膜 較 容 易 出 現 裂 紋 之 現 象, 加 上 光 學 透 過 率 亦 會 降 低, 故 一 般 控 制 在 100~150nm 的 膜 厚, 而 其 面 電 阻 約 為 30Ω/, 甚 至 更 低 由 上 述 可 得 知, 塑 膠 基 板 較 大 的 問 題 還 是 在 耐 熱 性 吸 水 率 及 其 逸 氣 現 象, 若 能 克 服 這 些 問 題, 塑 膠 基 板 應 用 範 圍 將 更 寬 廣 3.2 基 板 種 類 (1) 聚 碳 酸 酯 PC 聚 碳 酸 酯, 英 文 名 Polycarbonate, 簡 稱 PC 聚 碳 酸 酯 是 分 子 主 鏈 中 含 有 [O-R-O-CO] 鏈 節 的 熱 塑 性 樹 脂, 按 分 子 結 構 中 所 帶 酯 基 不 同 可 分 為 脂 肪 族 脂 環 族 脂 肪 一 芳 香 族 型, 其 中 具 有 實 用 價 值 的 是 芳 香 族 聚 碳 酸 酯, 並 以 雙 酚 A 型 聚 碳 酸 酯 為 最 重 要, 分 子 量 通 常 為 10 萬 PC 是 一 種 非 晶 體 工 程 材 料, 具 有 特 別 好 的 抗 沖 擊 強 度 熱 穩 定 性 光 澤 度 抑 製 細 菌 特 性 阻 燃 特 性 以 及 抗 污 染 性 PC 的 缺 口 伊 芳 估 德 沖 擊 強 度 (otched Izod impact stregth) 非 常 高, 並 且 收 縮 率 很 低, 一 般 為 0.1%~0.2%; 具 有 良 好 的 耐 熱 性 和 耐 低 溫 性, 在 較 寬 的 溫 度 範 圍 內 具 有 穩 定 的 力 學 性 能 尺 寸 穩 定 性 電 性 能 和 阻 燃 性, 可 在 -60~120 下 長 期 使 用, 變 型 溫 度 約 在 130~145 PC 有 很 好 的 機 械 特 性, 但 流 動 特 性 較 差, 因 此 這 種 材 料 的 注 塑 過 程 較 困 難 在 選 用 何 種 品 質 的 PC 材 料 時, 要 以 產 品 的 最 終 期 望 為 基 準 如 果 塑 件 要 求 有 較 高 的 抗 沖 擊 性, 那 麼 就 使 用 低 流 動 率 的 PC 材 料 ; 反 之, 可 以 使 用 高 流 動 率 的 PC 24
材 料, 這 樣 可 以 優 化 注 塑 過 程 PC 主 要 應 用 為 光 學 系 統 內 部 零 件 及 印 刷 圖 表 的 PC 薄 膜 手 機 外 殼 的 PC/ABS 合 膠 以 及 各 種 精 密 零 件 ( 螺 帽 齒 輪 軸 承 ) 建 築 用 料 以 及 日 常 生 活 用 品 中 的 家 用 電 器 馬 達 真 空 吸 塵 器 等 (2) 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 脂 PMMA 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 脂, 英 文 名 為 Polymethyl Methacrylate, 簡 稱 PMMA, 由 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 聚 合 而 製 得 的 熱 塑 性 樹 脂, 多 為 無 定 形 聚 合 物, 分 子 量 常 高 達 100 萬 良 好 的 透 明 性 是 PMMA 最 大 特 色 綜 合 性 能 超 過 聚 苯 乙 烯, 但 質 脆, 易 熔 於 有 機 溶 劑, 如 作 透 光 材 料, 其 表 面 硬 度 稍 低, 容 易 擦 花 適 於 製 作 透 明 絕 緣 零 件 和 強 度 一 般 的 零 件 變 型 溫 度 約 在 93~100 PMMA 台 灣 俗 稱 壓 克 力, 在 中 國 大 陸 稱 為 有 機 玻 璃, 具 有 優 良 的 光 學 特 性 及 耐 氣 侯 變 化 特 性 白 光 的 穿 透 性 高 達 92% PMMA 製 品 具 有 很 低 的 雙 折 射, 特 別 適 合 製 作 影 碟 等 主 要 應 用 為 光 電 產 業 中 的 光 碟 片 光 纖 與 LCD 導 光 板 ; 醫 學 方 面 的 儲 血 容 器 纖 維 觀 測 器 ; 以 及 照 明 方 面 枝 型 燈 螢 光 燈 蓋 的 應 用 和 日 常 生 活 中 的 文 具 與 廚 房 用 具 (3) 聚 對 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 PET 聚 對 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯, 英 文 名 polyethylene terephthalate, 簡 稱 PET,PET 是 由 DMT( 或 PTA) 與 EG 在 連 繼 熔 融 態 下 聚 合 反 應 生 成 的 縮 聚 物, 而 後 在 固 態 聚 合 過 程 中 得 到 大 晶 粒 和 最 終 的 分 子 量 固 有 粘 度 薄 膜 用 PET 分 子 量 約 為 25,000, 一 般 塑 料 用 PET 分 子 量 約 為 2~3 萬 PET 是 乳 白 色 或 淺 黃 色 高 度 結 晶 的 聚 合 物, 表 面 平 滑 有 光 澤 在 較 寬 的 溫 度 範 圍 內 具 有 優 良 的 物 理 機 械 性 能, 長 期 使 用 溫 度 可 達 120, 電 絕 緣 性 優 良, 甚 至 在 高 溫 高 頻 下, 其 電 性 能 仍 較 好, 但 耐 電 暈 性 較 差, 抗 潛 變 性, 耐 疲 勞 性, 耐 摩 擦 性 尺 寸 穩 定 性 都 很 好 25
PET 的 主 要 應 用 為 擠 壓 塗 層 材 料 X 射 線 其 它 照 像 膠 片 和 電 器 絕 緣 所 使 用 之 PET 薄 膜 ; 機 械 工 業 齒 輪 葉 片 皮 帶 輪 幫 浦 零 件 等 精 密 機 械 零 組 件 ; 汽 車 工 業 應 用 範 圍 為 流 量 控 制 閥 化 油 器 蓋 車 窗 控 制 單 元 等, 日 常 生 活 中 更 是 應 用 於 食 品 汽 水 酒 類 等 飲 料 包 裝 物 (4) 聚 萘 二 甲 酸 乙 二 酯 PEN PEN 是 由 萘 二 甲 酸 二 甲 酯 (NDC) 與 乙 二 醇 (EG) 縮 聚 而 成, 在 1948 年 就 問 世, 到 70 年 代 日 帝 人 公 司 開 發, 取 名 Q 纖 維 但 由 於 2.6 萘 二 甲 酸 的 原 料 來 源 和 成 本 問 題, 未 能 繼 續 發 展, 到 90 年 代 中 期 後, 又 重 新 引 起 美 國 大 公 司 的 興 趣, 主 要 原 因 是 其 强 度 模 量 耐 熱 性 和 耐 水 解 等 基 本 性 能 優 於 聚 酯, 極 適 合 於 作 輪 胎 簾 子 布 ( 强 度 8.8cN/dtex, 模 量 308cN/dtex, 沸 水 收 縮 率 1%) 和 耐 160 的 F 級 電 絕 緣 材 料 等 其 主 要 特 點 ( 特 別 是 用 作 容 器 ) 有 :(1) 氣 體 透 過 率 低 阻 隔 性 好 ;(2) 吸 收 紫 外 綫 性 好 ;(3) 玻 璃 軟 化 溫 度 高 耐 熱 性 好 ;(4) 耐 化 學 藥 品 性 好 ;(5) 香 味 吸 收 率 小 ;(6) 耐 水 解 更 重 要 的 是 由 PEN 樹 脂, 或 它 與 PET 的 混 合 樹 脂 製 成 的 飲 料 瓶 等, 微 量 溶 出 物 少 可 以 經 熱 消 毒 回 收 使 用, 因 此 美 歐 日 正 趨 於 取 代 聚 瓶, 而 其 薄 膜 也 是 耐 160 的 電 絕 緣 材 料, 其 膠 片 作 錄 音 帶 時 可 常 期 使 用 而 不 損 音 質, 其 錄 相 帶 具 有 高 清 晰 度 等, 是 未 來 的 換 代 産 品 (5)ARTON ARTON 具 有 Tricyclodecane 的 脂 肪 族 環 狀 構 造, 以 及 Alkylester 的 極 性 官 能 基, 使 其 在 光 學 特 性 及 物 性 兩 方 面 兼 具 優 點 與 PC 樹 脂 或 PMMA 樹 脂 比 較, 其 較 佳 的 耐 熱 性 則 相 當 顯 著 ARTON 在 光 學 零 組 件 中 的 主 要 用 途 有 4 種, 玆 分 別 詳 述 如 下 : I. 光 學 透 鏡 低 複 折 射 性 高 耐 熱 性 低 吸 水 性 等 特 徵 是 ARTON 在 這 個 領 域 的 26
最 大 利 器, 目 前 商 品 化 的 項 目 有 讀 取 頭 鏡 片 稜 鏡 CCD 照 相 機 投 影 機 鏡 片 等 II. 光 碟 片 低 複 折 射 性 及 良 好 成 形 加 工 性 使 ARTON 能 應 用 在 CD MD 等 產 品 ARTON 在 光 碟 片 基 板 的 斜 面 入 射 複 折 射 表 現 上 遠 優 於 PC 樹 脂 III. 光 纖 維 ARTON 作 成 光 纖 維 與 石 英 光 纖 維 比 較, 有 不 易 折 斷 的 特 性 大 口 徑 纖 維 的 切 割 或 接 續 亦 較 易 施 工, 因 此 廣 泛 應 用 在 近 距 離 數 據 通 信 或 汽 車 內 部 配 線 IV. 光 學 薄 膜 ARTON 是 一 種 熱 可 塑 性 塑 膠, 因 此 可 以 採 用 押 出 成 形 或 溶 劑 成 形 來 作 成 片 材 或 薄 膜 高 透 明 性 低 複 折 射 高 耐 熱 性 良 好 二 次 加 工 性 等 特 徵, 使 ARTON 能 應 用 在 TFT-LCD 的 位 相 差 薄 膜 及 觸 控 面 板 用 的 透 明 導 電 薄 膜 (6)Zeon Zeon 公 司 創 立 於 1950 年, 最 初 以 生 產 PVC 樹 脂 起 家 隨 後 發 展 成 為 全 球 最 著 名 的 合 成 橡 膠 生 產 廠 商, 尤 其 在 特 殊 合 成 橡 膠 更 是 佔 全 球 首 位 的 市 場 Zeonex 的 最 大 特 徵 是 比 重 小 低 吸 水 率 良 好 的 透 明 性 低 複 折 射 等, 特 別 是 折 射 率 受 温 度 及 光 源 波 長 的 影 響 極 微 各 種 光 學 零 組 件 所 要 求 的 材 料 物 性 各 有 不 同 的 重 點,Zeonex 所 具 有 的 均 衡 物 性, 使 它 能 廣 泛 應 用 在 各 種 光 學 零 組 件 除 了 在 光 學 零 組 件 的 用 途 以 外,Zeonex 尚 具 有 含 低 雜 質 況 且 雜 質 不 易 被 析 出 的 特 性, 因 此 可 以 應 用 在 注 射 器 醫 藥 品 容 器 等 醫 療 器 具 Zeonex 的 高 絶 緣 性 與 高 週 波 特 性, 使 它 適 用 於 高 周 波 同 軸 連 接 器 或 行 動 電 話 天 線 (7) 聚 醚 砜 PES 27
聚 醚 砜, 英 文 名 polyethersulfone, 簡 稱 PES 聚 醚 砜 分 子 架 構 中 不 存 在 任 何 酯 類 架 構 的 單 元, 聚 醚 砜 具 有 出 色 的 熱 性 能 和 氧 化 穩 定 性 經 UL 確 認 聚 醚 砜 連 續 使 用 溫 度 為 180, 並 滿 足 UL94V-0 級 阻 燃 要 求,( 濃 度 為 0.51mm) 聚 醚 砜 耐 應 力 開 裂, 不 溶 於 極 性 溶 劑 如 酮 類 和 一 些 含 鹵 碳 氫 化 合 物 耐 水 解, 耐 極 大 多 數 酸 鹼 脂 類 碳 氫 化 合 物 醇 油 及 脂 類 可 以 透 過 對 其 分 子 量 的 控 制 或 添 加 各 種 增 強 材 料 各 種 纖 維, 以 提 升 聚 合 物 的 性 能 聚 醚 砜 具 有 特 有 的 設 計 性 能, 包 括.. 寬 溫 度 範 圍 內 (-100~200 ) 高 機 械 性 能 ; 高 熱 變 形 溫 度 及 良 好 耐 熱 老 化 性 能 ; 長 期 使 用 溫 度 達 180 ; 製 品 耐 侯 性 好 ; 阻 燃 及 低 煙 密 度 性 ; 良 好 電 性 能 ; 透 明 等 因 此 PES 製 品 大 量 應 用 於 電 氣 電 子 機 械 醫 療 食 品 及 航 空 太 空 飛 行 領 域 3.3 表 面 硬 化 層 (HC) 由 於 塑 膠 基 板 表 面 無 法 如 玻 璃 基 板 ㄧ 樣 具 耐 磨 損 刮 傷 與 耐 化 學 溶 劑 的 特 性, 因 此 會 再 外 層 塗 佈 一 層 表 面 硬 化 層 (Hard Coat), 使 其 達 到 耐 刮 與 耐 化 學 性 溶 劑 ; 此 外, 亦 可 藉 由 表 面 硬 化 層 來 增 加 塑 膠 基 板 與 ITO 透 明 導 電 膜 的 黏 著 性 此 外, 基 板 本 身 之 翹 曲 (Warp) 表 面 波 紋 (Waviness) 與 粗 糙 度 (Roughness) 亦 需 加 以 考 慮, 因 翹 曲 與 表 面 波 紋 大 小 將 直 接 影 響 到 主 動 式 TFT 元 件 製 作 過 程 中 曝 光 顯 影 之 焦 距 位 置 ; 而 基 板 表 面 的 粗 糙 度 大 小, 將 直 接 影 響 該 顯 示 器 之 影 像 品 質 就 玻 璃 液 晶 顯 示 器 而 言, 依 不 同 型 態 之 面 板 其 對 玻 璃 基 板 之 翹 曲 表 面 波 紋 與 粗 糙 度 皆 有 嚴 格 的 限 制, 然 而 於 表 面 塗 佈 一 層 硬 化 層 後, 將 可 使 上 列 問 題 解 決 28
第 四 章 實 驗 設 備 真 空 逸 氣 測 試 系 統 主 要 是 由 測 試 腔 體 閘 閥 節 流 閥 冷 凍 真 空 幫 浦 含 氦 氣 壓 縮 機 乾 式 真 空 幫 浦 冰 水 機 真 空 計 殘 留 氣 體 分 析 儀 等 組 成, 圖 4.1 為 實 驗 系 統 設 備 示 意 圖, 實 體 照 片 如 圖 4.2 所 示 圖 4.3 為 真 空 腔 體 周 圍 儀 器 設 備 照 片, 圖 4. 及 圖 4.5 為 各 儀 器 設 備 放 大 圖 真 空 腔 體 周 圍 有 六 個 接 頭, 分 別 將 派 藍 尼 真 空 計 離 子 真 空 計 殘 氣 分 析 儀 前 級 閥 氣 體 進 入 口 及 真 空 訊 號 引 入 裝 置 於 腔 體 周 圍 其 派 藍 尼 真 空 計 及 離 子 真 空 計 所 量 測 的 壓 力 範 圍 分 別 為 0.4~2700 Pa 及 8 5.0 10 ~ 9.0 10 0 Pa 腔 體 所 接 出 的 前 級 閥 其 功 能 為 當 冷 凍 真 空 幫 浦 系 統 由 前 級 幫 浦 進 行 真 空 腔 體 抽 氣 時 所 開 啟 的 閥 門 在 真 空 腔 體 中 上 蓋 位 置 設 置 石 英 燈 對 塑 膠 基 板 進 行 加 熱, 於 石 英 燈 組 上 裝 置 溫 度 感 測 器 T1, 固 定 方 式 如 圖 4.6, 以 量 測 石 英 燈 之 溫 度, 並 將 石 英 燈 組 上 之 K-TYPE 熱 偶 線 訊 號 線 拉 至 真 空 引 入 裝 置, 如 圖 4.7, 利 用 連 結 於 大 氣 側 的 電 源 供 應 / 控 制 器 來 控 制 輸 入 於 石 英 燈 的 熱 量 石 英 燈 與 電 源 供 應 / 控 制 器 之 間 以 高 真 空 用 之 大 電 流 真 空 引 入 (feedthought) 相 連 接, 而 溫 度 感 測 器 之 訊 號 以 高 真 空 訊 號 引 入 裝 置 與 大 氣 側 之 溫 度 顯 示 記 錄 器 相 連 接, 如 圖 4.8 在 塑 膠 基 板 上 則 安 裝 5 點 溫 度 感 測 器 T2~T6, 裝 置 位 置 如 圖 4.9, 其 中 T2~T5 訊 號 以 高 真 空 訊 號 引 入 裝 置 與 大 氣 側 之 溫 度 顯 示 記 錄 器 相 連 接, 而 T6 訊 號 則 藉 由 高 真 空 訊 號 引 入 裝 置 與 電 源 供 應 / 控 制 器 連 接, 本 實 驗 所 使 用 之 電 源 供 應 / 控 制 器 具 有 控 制 加 熱 溫 度 功 能, 可 設 定 加 熱 至 基 板 的 溫 度, 藉 由 基 板 上 所 傳 回 的 溫 度 回 饋 訊 號 來 調 整 石 英 燈 加 熱 功 率 的 大 小, 以 維 持 所 設 定 之 加 熱 溫 度 條 件 石 英 燈 及 塑 膠 基 板 上 所 採 用 的 溫 度 感 測 器 選 用 在 真 空 熱 系 統 中 常 用 之 K-Type 熱 電 偶 線, 溫 度 顯 示 範 圍 為 -200~1370 冷 凍 真 空 幫 浦 內 部 的 矽 二 極 體 超 低 溫 溫 度 感 測 器 訊 號 線 拉 至 真 空 引 入 裝 置, 如 圖 4.10, 另 一 端 則 是 在 在 大 氣 側 接 超 低 溫 溫 度 顯 示 器, 如 圖 4.11, 而 其 中 置 放 29
於 冷 凍 真 空 幫 浦 冷 凝 面 的 矽 二 極 體 超 低 溫 溫 度 感 測 器 其 量 測 溫 度 範 圍 介 於 4K~325K, 所 配 合 使 用 的 超 低 溫 溫 度 顯 示 器, 最 大 可 輸 出 的 溫 度 為 2 組 測 試 腔 體 下 方 連 接 一 閘 閥, 如 圖 4.12, 視 實 驗 需 求 可 隔 離 腔 體 側 與 抽 氣 側 或 是 當 實 驗 需 進 行 不 同 步 驟 而 須 將 腔 體 回 壓 至 大 氣 時, 閘 閥 亦 可 隔 離 抽 氣 側 與 大 氣 側 而 不 需 將 超 低 溫 冷 凍 幫 浦 停 機 ; 而 閘 閥 的 開 關 與 閉 合 是 使 用 一 高 壓 空 氣 來 驅 動, 其 高 壓 氣 體 系 統 如 圖 4.13 閘 閥 下 方 連 接 一 節 流 閥, 如 圖 4.14, 視 實 驗 壓 力 需 求, 可 導 入 一 製 程 氣 體 將 藉 由 節 流 閥 改 變 氣 導 來 調 整 系 統 壓 力, 最 後 連 接 節 流 閥 為 超 低 溫 冷 凍 幫 浦 系 統 各 設 備 接 合 處 連 接 腔 體 之 監 測 儀 器 所 使 用 的 O 型 環, 其 材 質 為 氟 橡 膠 (VITON), 此 種 材 質 可 耐 熱 耐 酸 鹼, 為 真 空 設 備 常 使 用 的 O 型 環 材 質 在 實 驗 中, 基 板 置 放 於 不 鏽 鋼 網 上, 卻 因 為 閘 閥 動 作 而 使 得 基 板 產 生 位 移, 所 以 將 溫 度 感 測 器 點 焊 於 華 司 上, 並 利 用 螺 母 和 螺 絲 固 定 塑 膠 基 板 外, 尚 可 利 用 螺 絲 與 不 鏽 鋼 網 固 定, 如 圖 4.15; 另 外, 因 為 要 與 傳 統 基 板 ~ 玻 璃 ~ 做 比 較, 但 因 為 玻 璃 無 法 鑽 孔, 只 能 利 用 真 空 耐 熱 膠 帶 來 做 固 定, 而 與 不 鏽 鋼 網 固 定 的 方 式 也 是 利 用 真 空 耐 膠 帶, 如 圖 4.16 所 示 此 外, 當 測 試 完 一 組 基 板 逸 氣 實 驗 時, 利 用 閘 閥 阻 隔 腔 體 與 高 真 空 測 來 進 行 下 一 組 試 驗, 而 腔 體 需 回 壓 至 大 氣 壓 力 下, 為 避 免 過 多 水 氣 在 回 壓 時 急 劇 進 入 腔 體 中, 所 以 利 用 導 入 氮 氣 來 回 壓, 以 避 免 因 回 壓 過 程 而 使 腔 體 所 含 之 水 氣 過 高, 進 而 使 下 組 試 驗 使 用 前 級 幫 浦 抽 氣 時, 因 水 氣 含 量 高 導 致 真 空 度 不 易 提 升 圖 4.17 為 氦 氣 壓 縮 機 照 片 圖 氦 氣 壓 縮 機 面 板 顯 示 設 備 運 轉 時 氦 氣 返 回 及 供 給 的 壓 力 值 氦 氣 壓 縮 機 總 共 運 轉 時 數 及 故 障 指 示, 包 括 供 水 不 足 壓 力 過 低 過 載 指 示 及 一 個 重 置 按 扭 圖 4.18 為 冰 水 機 照 片 圖 面 板 顯 示 包 括 室 內 溫 度 冰 水 機 出 口 溫 度 及 調 整 冰 水 機 啟 動 溫 度 按 鍵 及 電 源 開 關 圖 4.19 為 乾 式 真 空 幫 浦 照 片 圖 對 於 冷 凍 真 空 幫 浦 系 統 而 言, 乾 式 真 空 幫 浦 30
亦 是 當 做 前 級 幫 浦 使 用, 乾 式 真 空 幫 浦 對 於 真 空 腔 體 進 行 抽 氣, 當 真 空 腔 體 壓 力 降 至 10 Pa 後, 再 由 冷 凍 真 空 幫 浦 繼 續 對 真 空 腔 體 進 行 抽 氣 至 系 統 到 達 終 極 壓 力 為 止 乾 式 真 空 幫 浦 主 要 由 六 級 魯 式 幫 浦 所 構 成, 開 啟 乾 式 真 空 幫 浦 之 前 需 先 將 氮 氣 通 入 至 幫 浦 內 並 且 配 合 冰 水 機 使 用 圖 4.20 為 氦 氣 測 漏 儀 及 顯 示 面 板 照 片 圖, 此 氦 氣 測 漏 儀 能 偵 測 之 靈 敏 度 範 圍 為 1 10-4 ~1 10-12 torr L/min, 在 冷 凍 真 空 幫 浦 系 統 開 啟 之 前 先 對 於 真 空 系 統 進 行 測 漏, 以 確 保 系 統 可 維 持 在 真 空 環 境 中 在 使 用 時, 其 面 板 上 會 以 數 位 型 式 顯 示 所 量 測 系 統 的 洩 漏 率, 此 氦 氣 測 漏 儀 會 自 動 進 行 靈 敏 度 校 正 及 零 點 調 整 31
PWC PG IG RGA BG E1 QL TS T1 TD T2~T6 TR BGC ` T7 T8 TV GV TVC HG RV N 2 V 1 CM N 2 V 2 DP CH HC V 1 :N 2 V 2 :N 2 進 入 閥 出 口 閥 PG : 派 藍 尼 真 空 計 IG: 離 子 真 空 計 E1: 高 壓 電 極 棒 RV: 前 級 閥 GV: 閘 閥 CM: 超 低 溫 顯 示 器 CH: 冰 水 機 TR: 溫 度 紀 錄 器 QL: 石 英 燈 TD: 測 試 腔 體 TS: 實 驗 樣 品 RGA: 殘 氣 分 析 儀 BG : 電 容 式 真 空 計 TV: 節 流 閥 HG: 高 壓 空 氣 HC: 氦 氣 壓 縮 機 PWC: 電 源 供 應 器 及 控 制 器 DP: 乾 式 真 空 幫 浦 T1~T6: 熱 偶 式 溫 度 感 測 器 T7~T8: 矽 二 極 體 超 低 溫 溫 度 感 測 器 TVC: 節 流 閥 控 制 器 BGC: 電 容 式 真 空 計 控 制 器 圖 4.1 系 統 設 備 示 意 圖 32
氦 氣 壓 縮 機 測 試 腔 體 電 源 供 應 器 冷 凍 真 空 幫 浦 節 流 閥 閘 閥 前 級 幫 浦 圖 4.2 冷 凍 真 空 幫 浦 系 統 照 片 33
真 空 腔 體 腔 體 上 蓋 派 藍 尼 真 空 計 四 極 式 質 譜 管 前 級 閥 真 空 引 入 裝 置 離 子 真 空 計 殘 氣 分 析 儀 圖 4.3 真 空 腔 體 周 圍 儀 器 設 備 34
派 藍 尼 真 空 計 離 子 真 空 計 四 極 式 質 譜 管 殘 氣 分 析 儀 圖 4.4 腔 體 周 圍 各 儀 器 設 備 放 大 圖 (1) 35
前 級 閥 真 空 訊 號 引 入 裝 置 電 力 引 入 訊 號 引 入 腔 體 上 蓋 真 空 電 力 與 訊 號 引 入 裝 置 圖 4.5 腔 體 周 圍 各 儀 器 設 備 放 大 圖 (2) 36
圖 4.6 溫 度 感 測 器 固 定 在 石 英 燈 燈 管 中 心 處 圖 4.7 石 英 燈 組 上 之 K-TYPE 熱 偶 線 訊 號 線 拉 至 腔 體 上 蓋 真 空 引 入 裝 置 37
離 子 真 空 計 控 制 器 派 蘭 尼 真 空 計 控 制 溫 度 記 錄 器 超 低 溫 溫 度 顯 示 殘 氣 分 析 儀 電 源 供 應 圖 4.8 逸 氣 測 試 系 統 各 式 儀 器 設 備 圖 連 接 至 電 源 供 應 / 控 制 器 連 接 至 溫 度 記 錄 器 圖 4.9 溫 度 感 測 器 固 定 在 測 試 塑 膠 基 板 38
超 低 溫 溫 度 感 測 器 固 定 在 二 級 冷 凝 面 超 低 溫 溫 度 感 測 器 固 定 在 一 級 冷 凝 面 圖 4.10 超 低 溫 矽 二 級 體 溫 度 感 測 器 固 定 在 一 / 二 級 冷 凝 面 39
圖 4.11 超 低 溫 冷 凍 幫 浦 底 部 之 真 空 訊 號 引 入 裝 置 圖 4.12 閘 閥 40
空 氣 壓 縮 機 空 氣 乾 燥 機 註 : 空 氣 乾 燥 機 為 當 空 氣 壓 縮 機 壓 出 之 氣 體 通 過 空 氣 乾 燥 機, 使 空 氣 中 之 水 份 凝 結 下 來, 可 保 護 閥 門 不 會 受 到 水 份 傷 害 而 銹 蝕 損 壞 圖 4.13 高 壓 空 氣 系 統 41
圖 4.14 節 流 閥 圖 4.15 基 板 利 用 螺 絲 與 不 鏽 鋼 網 作 固 定 42
圖 4.16 玻 璃 基 板 利 用 真 空 耐 熱 膠 帶 與 不 鏽 鋼 網 作 固 定 [3] [1] [2] [1] 氦 氣 返 回 壓 力 [2] 氦 氣 供 給 壓 力 [3] 電 源 指 示 燈 氦 氣 壓 縮 機 圖 4.17 氦 氣 壓 縮 機 43
[1] [2] [1] 電 源 開 關 [2] 冰 水 機 出 口 溫 度 [3] 設 定 溫 度 [4] 室 溫 [3] [4] 圖 4.18 冰 水 機 44
乾 式 幫 浦 外 觀 實 體 圖 : 電 源 指 示 燈 氮 氣 通 入 調 整 鈕 氮 氣 壓 力 表 氮 氣 通 入 口 冷 卻 水 進 出 口 乾 式 真 空 幫 浦 內 部 結 構 圖 : 六 級 魯 式 幫 浦 圖 4.19 乾 式 真 空 幫 浦 45
氦 氣 測 漏 儀 照 片 圖 顯 示 面 板 放 大 圖 圖 4.20 氦 氣 測 漏 照 片 46
第 五 章 實 驗 流 程 與 規 劃 5.1 實 驗 流 程 (A) 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統 開 機 程 序 1. 確 認 所 有 的 閥 為 關 閉 狀 態 ( 洩 壓 閥 前 級 閥 等 ) 2. 啟 動 前 級 乾 式 真 空 幫 浦 3. 5 秒 鐘 後 將 前 級 閥 打 開, 待 測 試 腔 體 壓 力 下 降 至 10Pa 4. 將 前 級 閥 關 閉, 待 5 分 鐘 後 檢 視 測 試 腔 體 真 空 度 是 否 回 升 至 40Pa 以 上 5. 若 測 試 腔 體 的 真 空 度 回 升 至 40Pa 以 上, 重 回 步 驟 (3) 若 沒 有 回 升 至 40Pa 以 上, 則 繼 續 以 下 步 驟 6. 將 前 級 閥 打 開, 待 測 試 腔 體 壓 力 下 降 至 10Pa 後 再 將 前 級 閥 關 閉 7. 開 啟 冰 水 機 並 確 定 打 開 冰 水 機 後 方 的 管 路 開 關 8. 啟 動 冷 凍 真 空 幫 浦 9. 關 閉 前 級 乾 式 真 空 幫 浦 10. 導 入 氮 氣 到 乾 式 真 空 幫 浦 內 部 與 其 連 接 於 測 試 腔 體 的 Bellow 管 中, 使 其 回 復 到 一 大 氣 壓 狀 態 註 : 1. 離 子 真 空 計 的 開 啟 時 機, 須 在 0.67P 以 下 才 可 將 離 子 真 空 計 打 開, 避 免 離 子 真 空 計 產 生 氧 化 2. 冰 水 機 所 使 用 的 純 水 須 定 期 更 換, 並 要 經 常 查 看 水 質 是 否 潔 淨 47
(B) 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統 關 機 程 序 1. 關 閉 離 子 真 空 計 2. 關 閉 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統 3. 關 閉 冰 水 機 4. 關 閉 總 電 源 (C) 真 空 系 統 測 漏 檢 驗 1. 將 氦 氣 測 漏 儀 與 測 試 腔 體 相 連 接 2. 首 先 由 前 級 乾 式 真 空 幫 浦 對 測 試 腔 體 進 行 抽 氣 ; 待 腔 體 壓 力 下 降 至 40Pa 時, 關 閉 腔 體 與 前 級 乾 式 真 空 幫 浦 之 間 的 閥 門 3. 開 啟 測 試 腔 體 與 氦 氣 測 漏 儀 之 間 的 閥 門, 由 氦 氣 測 漏 儀 內 部 的 抽 氣 系 統 繼 續 對 測 試 腔 體 進 行 抽 氣 4. 待 氦 氣 測 漏 儀 操 作 面 板 顯 示 壓 力 穩 定 後, 使 用 氦 氣 進 行 相 關 位 置 之 探 漏, 包 含 測 試 腔 體 周 圍 的 接 口 端, 冷 凍 真 空 幫 浦 與 腔 體 的 接 合 處, 若 系 統 有 洩 漏, 則 操 作 面 板 的 壓 力 會 上 升, 蜂 鳴 器 會 鳴 叫 (D) 玻 璃 與 塑 膠 基 板 實 驗 程 序 1. 以 酒 精 清 洗 玻 璃 與 塑 膠 基 板 2. 以 氮 氣 吹 乾 基 板 3. 將 基 板 置 入 測 試 腔 體 後, 啟 動 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統, 並 將 測 試 腔 體 抽 至 終 極 壓 力 4. 將 所 有 測 量 分 析, 以 研 究 基 板 之 逸 氣 行 為, 同 時 並 以 真 空 計 量 測 並 記 錄 真 空 腔 體 的 壓 力 數 據 以 數 位 傳 輸 的 方 式 紀 錄 於 電 腦 整 個 系 統 的 相 關 操 作 流 程 圖 分 別 如 圖 5.1 圖 5.2 及 圖 5.3 所 示 48
以 酒 精 擦 拭 測 試 腔 體 以 酒 精 清 洗 玻 璃 / 塑 膠 基 板 以 氮 氣 吹 乾 玻 璃 / 塑 膠 基 板 將 基 板 置 入 真 空 腔 體 後, 啟 動 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統, 並 將 測 試 腔 體 抽 至 終 極 壓 力 關 閉 閘 閥, 並 對 基 板 加 熱 至 設 定 溫 度, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 將 所 量 測 到 之 壓 力 溫 度 數 值 記 錄 至 電 腦 圖 5.1 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統 開 機 程 序 操 作 流 程 圖 49
以 酒 精 擦 拭 測 試 腔 體 以 酒 精 清 洗 玻 璃 / 塑 膠 基 板 以 氮 氣 吹 乾 玻 璃 / 塑 膠 基 板 將 基 板 置 入 真 空 腔 體 後, 啟 動 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統, 並 將 測 試 腔 體 抽 至 終 極 壓 力 關 閉 閘 閥, 並 對 基 板 加 熱 至 設 定 溫 度, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 將 所 量 測 到 之 壓 力 溫 度 數 值 記 錄 至 電 腦 圖 5.2 關 機 程 序 操 作 流 程 圖 50
以 酒 精 擦 拭 測 試 腔 體 以 酒 精 清 洗 玻 璃 / 塑 膠 基 板 以 氮 氣 吹 乾 玻 璃 / 塑 膠 基 板 將 基 板 置 入 真 空 腔 體 後, 啟 動 冷 凍 真 空 幫 浦 抽 氣 系 統, 並 將 測 試 腔 體 抽 至 終 極 壓 力 關 閉 閘 閥, 並 對 基 板 加 熱 至 設 定 溫 度, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 將 所 量 測 到 之 壓 力 溫 度 數 值 記 錄 至 電 腦 圖 5.3 基 板 實 驗 流 程 圖 51
5.2 實 驗 規 畫 實 驗 中 的 塑 膠 基 板 材 質 分 別 是 PMMA PC PET 等 業 界 常 用 之 塑 膠 基, 並 針 對 不 同 溫 度 ( 室 溫 25 50 75 100 ) 塑 膠 基 板 在 高 真 空 環 境 中 的 逸 氣 現 象 進 行 分 析, 而 其 中 PMMA 及 PC 則 另 有 塗 佈 硬 化 層 和 無 塗 佈 硬 化 層 的 分 別, 而 為 了 與 傳 統 玻 璃 基 板 作 比 較, 傳 統 玻 璃 基 板 亦 作 上 述 之 實 驗, 如 圖 5.4 所 示 在 做 基 板 逸 氣 試 驗 前, 需 要 做 背 景 逸 氣 試 驗 並 測 試 出 其 逸 氣 量, 這 是 因 為 測 試 腔 體 內 若 沒 放 基 板 仍 會 有 極 微 小 的 逸 氣 量, 而 當 放 入 基 板 時 所 測 試 出 之 逸 氣 量 為 腔 體 加 上 基 板 的 逸 氣 量 之 和, 必 須 扣 去 背 景 所 釋 出 之 逸 氣 量 方 為 基 板 之 實 際 逸 氣 量 本 論 文 實 驗 共 有 27 組, 其 中 背 景 實 驗 為 Case1~Case3,PC 基 板 逸 氣 實 驗 為 Case4~Case7,PC+HC 基 板 逸 氣 實 驗 為 Case8~Case11,PMMA 基 板 逸 氣 實 驗 為 Case12~Case15,PMMA 基 板 逸 氣 實 驗 為 Case16~Case19,Glass 基 板 逸 氣 實 驗 為 Case20~Case23,PET 基 板 逸 氣 實 驗 為 Case24~Case27, 將 以 上 實 驗 由 表 5.1 來 說 明 在 進 行 每 一 組 實 驗 之 前, 都 必 須 對 測 試 腔 體 進 行 清 潔 的 程 序, 清 潔 的 程 序 為 以 無 塵 布 沾 上 酒 精 擦 拭 測 試 腔 體 內 部 系 統 的 O 型 環 在 每 一 組 實 驗 前 並 無 進 行 加 熱 除 氣 的 動 作 實 驗 中 所 進 行 測 試 的 塑 膠 基 板 有 華 立 企 業 股 份 有 限 公 司 所 提 供 PC 塑 膠 基 板 其 型 號 為 1151 PC 雙 面 硬 化 層 塑 膠 基 板 其 型 號 為 MSK PC PMR2 PMMA 塑 膠 基 板 其 型 號 為 MSK PMMA A999 PMMA 雙 面 硬 化 層 塑 膠 基 板 其 型 號 為 MSK PMMA PMR2; 年 捷 企 業 有 限 公 司 提 供 的 PET 塑 膠 基 板 其 型 號 為 T60 Toray 52
PC PMMA PET Glass 厚 度 0.8mm 厚 度 0.8mm 厚 度 0.25mm 厚 度 0.7mm 面 積 100cm 2 面 積 100cm 2 面 積 100cm 2 面 積 100cm 2 有 硬 化 層 無 硬 化 層 有 硬 化 層 無 硬 化 層 無 硬 化 層 無 硬 化 層 石 英 燈 加 熱 於 基 板 的 溫 度 為 別 為 室 溫 25 50 75 及 100 圖 5.4 實 驗 規 畫 53
表 5.1 實 驗 規 畫 基 板 類 型 硬 化 層 加 熱 溫 度 Case1 無 無 無 Case2 無 無 無 Case3 無 無 無 Case4 PC 無 25 Case5 PC 無 50 Case6 PC 無 75 Case7 PC 無 100 Case8 PC 有 25 Case9 PC 有 50 Case10 PC 有 75 Case11 PC 有 100 Case12 PMMA 無 25 Case13 PMMA 無 50 Case14 PMMA 無 75 Case15 PMMA 無 100 Case16 PMMA 有 25 Case17 PMMA 有 50 Case18 PMMA 有 75 Case19 PMMA 有 100 Case20 Glass 無 25 Case21 Glass 無 50 Case22 Glass 無 75 Case23 Glass 無 100 Case24 PET 無 25 Case25 PET 無 50 Case26 PET 無 75 Case27 PET 無 100 54
5.3 實 驗 計 算 模 式 本 論 文 所 逸 氣 率 之 計 算 公 式 方 法 是 採 用 氣 壓 增 建 法 ( 請 參 閱 本 文 2.2.3), dp Q = V ( ) (2.8) dt 當 系 統 利 用 閘 閥 隔 離 冷 凍 真 空 幫 浦 後 之 短 時 間 內, 氣 壓 會 隨 著 時 間 成 正 比 上 升 ( 氣 壓 增 建 ) 從 氣 壓 的 上 升 斜 率 和 系 統 體 積 之 乘 積, 即 可 求 出 系 統 之 逸 氣 率 將 實 驗 所 記 錄 下 來 之 壓 力 值 繪 製 成 一 壓 力 隨 時 間 變 化 的 曲 線, 但 受 壓 力 計 只 能 量 測 至 小 數 點 後 一 位 的 壓 力 值, 所 以 繪 製 出 的 壓 力 曲 線 大 都 會 有 階 梯 狀 的 圖 形 產 生, 所 以 將 原 壓 力 曲 線 利 用 軟 體 繪 出 一 次 方 程 式 和 二 次 方 程 式 兩 條 壓 力 曲 線 P(t), 對 P(t) 取 一 次 微 分 可 得 dp/dt 之 值, 即 為 系 統 壓 力 之 上 升 斜 率 在 一 次 方 程 式 壓 力 曲 線 下 所 計 算 出 之 逸 氣 率 為 一 定 值, 符 號 為 Q, 在 實 驗 中 所 計 算 出 的 Q 是 基 板 本 身 的 逸 氣 率 再 加 上 系 統 的 背 景 逸 氣 率 Q B, 所 以 必 須 扣 除 系 統 的 背 景 逸 氣 率 才 是 基 板 本 身 的 逸 氣 率, 將 所 得 之 基 板 逸 氣 率 除 以 基 板 的 面 積 即 可 得 單 位 時 間 單 位 面 積 下 之 逸 氣 率 值 q 由 二 次 方 程 式 壓 力 曲 線 所 計 算 得 到 的 逸 氣 率 Q(t) 為 一 隨 時 間 變 化 值, 對 此 曲 線 進 行 時 間 的 積 分 可 得 總 逸 氣 量 Q T, 在 實 驗 中 所 計 算 得 到 的 Q T 是 基 板 本 身 的 逸 氣 量 再 加 上 系 統 的 逸 氣 量 Q TB, 所 以 必 須 扣 除 系 統 的 背 景 逸 氣 量 才 是 基 板 本 身 的 逸 氣 量, 將 所 得 之 基 板 逸 氣 量 除 以 基 板 的 面 積 和 實 驗 時 間 即 可 得 單 位 時 間 單 位 面 積 下 的 逸 氣 率 值 q 上 述 之 Q B 及 Q TB 為 進 行 3 次 系 統 背 景 逸 氣 量 測 所 得 到 之 平 均 值, 計 算 逸 氣 率 的 相 關 參 數 公 式 及 單 位 如 表 5.2 所 示 55
表 5.2 計 算 逸 氣 率 之 參 數 公 式 單 位 一 次 方 程 式 所 得 之 近 似 值 二 次 方 程 式 所 得 之 近 似 值 參 數 公 式 單 位 參 數 公 式 單 位 P(t) - Pa P(t) - Pa dp/dt - Pa/Sec dp/dt - Pa/Sec Q V (dp/dt) Pa Liter/Sec Q(t) V (dp/dt) Pa Liter/Sec Q T T2 Q(t)dt Pa Liter T1 q (Q-Q B )/A (Pa Liter)/ (Sec cm 2) q (Q T -Q TB ) /(A Time) Pa Liter/ Sec cm 2 註 :* 測 試 系 統 內 部 表 面 積 3662.5cm 2 測 試 系 統 體 積 17Liter 基 板 面 積 200 cm 2 *P(t): 壓 力 隨 時 間 變 化 之 曲 線 (Pa), 可 由 原 始 壓 力 經 軟 體 擬 繪 出 一 次 或 二 次 方 程 式 近 似 壓 力 曲 線 *Q 及 Q(t): 逸 氣 率 (Pa Liter/Sec), 在 一 次 方 程 近 似 壓 力 曲 線 下 為 一 定 值 (Q), 在 二 次 方 程 近 似 壓 力 曲 線 下 為 一 隨 時 間 變 化 值 (Q(t)), 可 繪 出 逸 氣 率 曲 線 *Q T : 總 逸 氣 量 (Pa Liter), 逸 氣 率 Q(t) 進 行 時 間 積 分 *q: 單 位 逸 氣 率 (Pa Liter/ Sec cm 2 ), 每 秒 每 平 分 公 分 所 釋 放 出 多 的 氣 體 量 *Time: 實 驗 測 試 時 間 (Sec) *Q B : 平 均 系 統 逸 氣 率 (Pa Liter/ Sec) *Q TB : 平 均 系 統 逸 氣 量 (Pa Liter) *V: 測 試 系 統 體 積 (Liter) *A: 測 試 系 統 內 部 表 面 積 或 基 板 面 積 (cm 2 ) 56
第 六 章 實 驗 結 果 與 討 論 6.1 背 景 實 驗 Case1 Case1 為 一 背 景 實 驗, 實 驗 設 定 條 件 為 腔 體 內 無 置 放 基 板 及 無 加 熱 溫 度 系 統 抽 真 空 至 終 極 壓 力 2.4E-5Pa 後, 關 閉 閘 閥 並 紀 錄 腔 體 壓 力 上 升 狀 態, 從 閘 閥 關 閉 瞬 間 開 始 計 算 時 間, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 腔 體 壓 力 時 間 與 逸 氣 率 關 係 圖 如 圖 6.1 所 示 由 圖 可 知 當 閘 閥 快 速 隔 絕 幫 浦 與 腔 體 時, 幫 浦 相 較 於 腔 體 有 較 高 的 真 空 度, 而 腔 體 因 為 閘 閥 的 快 速 隔 斷 而 無 法 保 持 在 較 高 真 空 度 的 狀 態, 此 時 腔 體 壓 力 會 急 劇 的 上 昇, 另 外 腔 體 壓 力 上 升 的 原 因 還 包 括 腔 體 本 身 的 逸 氣, 但 後 者 的 影 響 較 小 當 時 間 越 接 近 189Sec 時, 關 閉 閘 閥 所 造 成 的 腔 體 壓 力 急 遽 上 升 現 象 趨 於 平 緩, 而 腔 體 逸 氣 造 成 腔 體 壓 力 上 升 的 情 況 逐 漸 增 大, 所 以 在 時 間 189Sec~247Sec 時 壓 力 曲 線 略 為 持 平, 之 後 始 逐 漸 緩 慢 上 升 圖 6.1 中 之 逸 氣 曲 線 Q(t) 是 利 用 腔 體 壓 力 二 次 方 程 近 似 曲 線 (Fit Pressure : Quadratic equation) 計 算 後 所 繪 出 的, 逸 氣 率 隨 時 間 增 加 而 增 加 使 用 一 次 方 程 (Fit Pressure : Linear equation) 與 二 次 方 程 近 似 腔 體 壓 力 所 得 到 的 逸 氣 率 q 皆 為 2.2E-7 Pa Liter/ Sec cm 2, 計 算 參 數 公 式 單 位 如 表 6.1 所 示 Case2 Case2 為 一 背 景 實 驗, 實 驗 設 定 條 件 為 腔 體 內 無 置 放 基 板 及 無 加 熱 溫 度 系 統 抽 真 空 至 終 極 壓 力 2.4E-5Pa 後, 關 閉 閘 閥 並 紀 錄 腔 體 壓 力 上 升 狀 態, 從 閘 閥 關 閉 瞬 間 開 始 計 算 時 間, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 壓 力 時 間 與 逸 氣 率 關 係 圖 如 圖 6.2 所 示 由 圖 可 知 當 閘 閥 快 速 隔 絕 幫 浦 與 腔 體 時, 幫 浦 相 較 於 腔 體 有 較 高 的 真 空 度, 而 腔 體 因 為 閘 閥 的 快 速 隔 斷 而 無 法 保 持 在 較 高 真 空 度 的 狀 態, 此 時 腔 體 壓 力 會 急 57
劇 的 上 昇, 另 外 腔 體 壓 力 上 升 的 原 因 還 包 括 腔 體 本 身 的 逸 氣, 但 後 者 的 影 響 較 小 當 時 間 越 接 近 188Sec 時, 關 閉 閘 閥 所 造 成 的 腔 體 壓 力 急 遽 上 升 現 象 趨 於 平 緩, 而 腔 體 逸 氣 造 成 腔 體 壓 力 上 升 的 情 況 逐 漸 增 大, 所 以 在 時 間 188Sec~248Sec 時 壓 力 曲 線 略 為 持 平, 之 後 始 逐 漸 緩 慢 上 升 圖 6.2 中 之 逸 氣 曲 線 Q(t) 是 利 用 腔 體 壓 力 二 次 方 程 近 似 曲 線 (Fit Pressure : Quadratic equation) 計 算 後 所 繪 出 的, 逸 氣 率 隨 時 間 增 加 而 增 加 使 用 一 次 方 程 (Fit Pressure : Linear equation) 與 二 次 方 程 近 似 腔 體 壓 力 所 得 到 的 逸 氣 率 q 皆 為 2.14E-7 Pa Liter/ Sec cm 2, 計 算 參 數 公 式 單 位 如 表 6.2 所 示 Case3 Case3 為 一 背 景 實 驗, 實 驗 設 定 條 件 為 腔 體 內 無 置 放 基 板 及 無 加 熱 溫 度 系 統 抽 真 空 至 終 極 壓 力 2.4E-5Pa 後, 關 閉 閘 閥 並 紀 錄 腔 體 壓 力 上 升 狀 態, 從 閘 閥 關 閉 瞬 間 開 始 計 算 時 間, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 壓 力 時 間 與 逸 氣 率 關 係 圖 如 圖 6.3 所 示 由 圖 可 知 當 閘 閥 快 速 隔 絕 幫 浦 與 腔 體 時, 幫 浦 相 較 於 腔 體 有 較 高 的 真 空 度, 而 腔 體 因 為 閘 閥 的 快 速 隔 斷 而 無 法 保 持 在 較 高 真 空 度 的 狀 態, 此 時 腔 體 壓 力 會 急 劇 的 上 昇, 另 外 腔 體 壓 力 上 升 的 原 因 還 包 括 腔 體 本 身 的 逸 氣, 但 後 者 的 影 響 較 小 當 時 間 越 接 近 200Sec 時, 關 閉 閘 閥 所 造 成 的 腔 體 壓 力 急 遽 上 升 現 象 趨 於 平 緩, 而 腔 體 逸 氣 造 成 腔 體 壓 力 上 升 的 情 況 逐 漸 增 大, 所 以 在 時 間 200Sec~265Sec 時 壓 力 曲 線 略 為 持 平, 之 後 始 逐 漸 緩 慢 上 升 圖 6.3 中 之 逸 氣 曲 線 Q(t) 是 利 用 腔 體 壓 力 二 次 方 程 近 似 曲 線 (Fit Pressure : Quadratic equation) 計 算 後 所 繪 出 的, 逸 氣 率 隨 時 間 增 加 而 增 加 使 用 一 次 方 程 (Fit Pressure : Linear equation) 與 二 次 方 程 近 似 腔 體 壓 力 所 得 到 的 逸 氣 率 q 皆 為 2.06E-7 Pa Liter/ Sec cm 2, 計 算 參 數 公 式 單 位 如 表 6.3 所 示 比 較 Case1~Case3 如 圖 6.4 比 較 Case1~Case3 的 逸 氣 率 Q Q(t) 及 單 位 逸 氣 率 (q) 可 知, 這 三 個 案 例 的 單 位 逸 氣 率 (q) 非 常 相 近, 平 均 值 q B 為, 如 表 九 所 示 2.13E-7 Pa Liter/ Sec cm 2, 58
將 這 3 個 案 例 所 得 到 的 逸 氣 率 Q 及 總 逸 氣 量 Q T 取 平 均, 可 以 得 到 Q B 及 Q TB, 作 為 計 算 後 續 基 板 逸 氣 實 驗 所 需 的 系 統 背 景 環 境 逸 氣 率 及 總 逸 氣 量 的 基 礎 數 據, 如 表 6.4 所 示 6.2PC 基 板 Case4 Case4 為 PC 基 板 逸 氣 實 驗, 實 驗 設 定 條 件 為 腔 體 內 置 放 PC 基 板 及 加 熱 溫 度 為 25 系 統 抽 真 空 至 終 極 壓 力 6.0E-5Pa 後, 關 閉 閘 閥 並 紀 錄 腔 體 壓 力 上 升 狀 態, 從 閘 閥 關 閉 瞬 間 開 始 計 算 時 間, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 腔 體 壓 力 測 試 時 間 基 板 溫 度 與 逸 氣 率 關 係 圖, 如 圖 6.5 所 示 逸 氣 曲 線 Q(t) 是 利 用 圖 中 的 二 次 方 程 壓 力 曲 線 計 算 後 所 繪 出 的, 逸 氣 率 隨 時 間 增 加 而 降 低 使 用 一 次 方 程 壓 力 曲 線 計 算 所 得 之 單 位 逸 氣 率 q 為 1.27E-3 Pa Liter/ Sec cm 2, 使 用 二 次 方 程 壓 力 曲 線 計 算 所 得 的 單 位 逸 氣 率 q 為 1.26E-3 Pa Liter/ Sec cm 2, 兩 者 非 常 的 接 近 計 算 參 數 公 式 單 位 如 表 6.5 所 示 Case5 Case5 為 PC 基 板 逸 氣 實 驗, 實 驗 設 定 條 件 為 腔 體 內 置 放 PC 基 板 及 加 熱 溫 度 為 50 系 統 抽 真 空 至 終 極 壓 力 6.0E-5Pa 後, 關 閉 閘 閥 並 紀 錄 腔 體 壓 力 上 升 狀 態, 從 閘 閥 關 閉 瞬 間 開 始 計 算 時 間, 測 試 時 間 為 10 分 鐘 腔 體 壓 力 測 試 時 間 基 板 溫 度 與 逸 氣 率 關 係 圖, 如 圖 6.6 所 示 逸 氣 曲 線 Q(t) 是 利 用 圖 中 的 二 次 方 程 壓 力 曲 線 計 算 後 所 繪 出 的, 逸 氣 率 隨 時 間 增 加 而 降 低 使 用 一 次 方 程 壓 力 曲 線 計 算 所 得 之 單 位 逸 氣 率 q 為 2.5E-3 Pa Liter/ Sec cm 2, 使 用 二 次 方 程 壓 力 曲 線 計 算 所 得 的 單 位 逸 氣 率 q 為 2.53E-3 Pa Liter/ Sec cm 2, 兩 者 非 常 的 接 近 計 算 參 數 公 式 單 位 如 表 6.6 所 示 Case6 Case6 為 PC 基 板 逸 氣 實 驗, 實 驗 設 定 條 件 為 腔 體 內 置 放 PC 基 板 及 加 熱 溫 度 59