专利名称：用于检测器件封装水氧渗透指标的方法及其检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测水氧渗透指标的方法及其检测装置。尤其涉及一种对水 氧敏感器件(如有机发光二极管(OLED)、有机光伏器件、有机薄膜晶体管等)封装结构在较 低水平的水氧渗透速率及渗透总量下进行快速、精密检测的方法及其检测装置。
背景技术：
快速发展的有机电子器件，如OLED显示与白光照明、有机太阳能电池、有机薄膜 晶体管、传感器等技术的应用及产业化都需要解决封装的问题，这是由于大气环境中的水 氧成分能导致有机器件的快速老化。研究表明，采用高性能防水氧渗透的材料及封装技 术能大幅度延长器件工作寿命。计算表明，如要使OLED器件寿命达到实用的IXlO4小 时以上，其封装结构对水汽的渗透速率需低于5X 10_6g · nT7d，氧气的渗透速率应低于 IO-5Cm2 -rn-Vd,当前困扰科研人员的主要难题是，即使制备出防水氧渗透性能的衬底保护层 或封装结构，如何对它们的阻隔性能进行定量测试。目前还没有商用仪器能够测试如此低 的渗透速率，传统的传感器水氧检测装置只能检测lX10_3g · nT7d。实验室通用的有机器件水氧渗透速率检测的方法为Ca反应结合CCD光谱分析的 测试方法，先在真空度下在基片上蒸镀沉积IOOnm厚的面积为5mm的Ca膜。在N2手套箱 (水氧含量均低于Ippm)中用待测基片或封装结构与玻璃把Ca膜用环氧树脂封装组成一个 测试单元，将此测试单元置于温度和相对湿度恒定的环境下，Ca膜会与渗透进入的水氧反 应生成透明的氢氧化钙，在Ca膜区会形成透明圆孔。Ca膜反应后的情况通过显微系统送入 CCD摄像系统，CCD将光信号转换成数字信号并在计算机中做图像处理。通过计算Ca膜被 腐蚀的相对面积，再计算水氧的渗透率。若为全玻璃封装的测试单元，则测得从封装边缘环 氧树脂透过的水氧的渗透率。此方法可以计算某段时间内的水氧渗透的平均速度，但被腐 蚀面积的识别与估算有一定困难，特别是被腐蚀区的Ca仍有少量未与水氧反应的情况下 存在较大误差，此外，这种方法需要较长的时间。因此如何找到一种既经济又能达到预定精 度、还能在较短时间内完成测试的方法及装置是广大科研人员最关心的问题。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的旨在提供一种用于检测器件封装水 氧渗透指标的方法及其检测装置。利用石英微天平原理及结合晶振片上沉积活泼金属膜， 实现低于5X 10_6g ·πΓ2/(1水氧渗透速率的实时在线检测，达到OLED等有机光电器件产品封 装对水氧渗透率极限检测的要求，进一步缩短检测周期，提高精确度。实现上述本发明第一个目的的技术方案为用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其特征在于(1)、在石英晶振片的活性区真空沉积一层具活泼性的金属膜；(2)、将所述石英晶振片在隔绝空气的情况下转移到手套箱之中，所述手套箱内的 水氧含量均低于0. Ippm ；
(3)、在手套箱内将所述石英晶振片置入测试盒，并用器件封装相同的结构及方法 密封，所述器件封装结构包括封装薄膜、含水氧隔阻薄膜的基片和封装连接处的固化封装 胶；(4)、将测试盒与晶体振荡器、晶控仪、电源相连构成石英微天平，接通电源，通过 晶控仪感测石英晶振片的压电效应及质量负荷效应，实时向微处理器输出，计算得到金属 膜吸收入渗的水氧后增加的质量，进而计算得到单位时间内水氧渗透速率与已渗入的水氧总量。进一步地，前述用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其中步骤(1)中所述石 英晶振片为适用于石英微天平的晶振片，晶振频率在0. IMHz 55MHz之间；晶振电极的材 质为金、银、铝中的一种；采用真空蒸镀的方式在石英晶振片的活性区沉积具活泼性的金属膜。更进一步地，前述用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其中该金属膜是通过 膜厚仪实时监控进行辅助控制厚度而真空沉积的。实现上述本发明第二个目的的技术方案为用于检测器件封装水氧渗透指标的检测装置，其特征在于包括测试盒，提供器件 封装进行水氧渗透指标检测的腔体，所述测试盒设有腔体内镀金属膜的石英晶振片及腔壁 上的晶振片连接口，所述晶振片连接口朝向测试盒腔体内侧与石英晶振片的两电极相连; 并且所述石英晶振片通过晶振片连接口及导线与外部晶体振荡器、晶控仪、电源连接形成 石英微天平的回路，所述晶控仪的输出端接微处理器。进一步地，前述用于检测器件封装水氧渗透指标的检测装置，其中该金属膜为具 活泼性钙、镁、钠、锶、钾、钡、铯、钇、镧、镱、钐、铒中任意一种或几种形成的金属薄膜，且薄 膜厚度介于IOnm 1000歷。优选厚度为IOOnm的钙(Ca)膜。本发明用于检测器件封装水氧渗透指标的方法及其检测装置，较之于现有技术的 检测方法，可对低于5 X 10_6g ·πΓ2/(1的水氧渗透速率进行实时在线检测，达到有机发光二极 管等有机光电器件产品封装对水汽渗透率极限检测的要求；进一步提高了检测精确度，且 大大缩短了相对传统方法的检测周期。以下便结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方
案更易于理解、掌握。
图1为本发明用于检测器件封装水氧渗透指标的检测装置一实施例的系统结构 示意图。图中各附图标记的含义为1 石英晶振片、2 金属钙膜、3 环氧树脂、4 测试盒密闭腔体、5 待测薄膜 衬底、6 测试空腔、7 导线、8 振荡器、9 晶控仪。
具体实施例方式本发明创新地提出了一种用于检测器件封装水氧渗透指标的方法及其检测装置， 可以快速、精确、在线地检测水氧渗透速率及渗透的总量，灵敏度高达1. OX 10_6g · nr2/d。
该检测方法的主要特征内容包括如下步骤(1)、在石英晶振片的活性区真空沉积一层具活泼性的金属膜；(2)、将所述石英晶振片在隔绝空气的情况下转移到手套箱之中，所述手套箱内的 水氧含量均低于0. Ippm ；(3)、在手套箱内将所述石英晶振片置入测试盒，并用封装结构密封，所述封装结 构包括基片、封装薄膜或成套的基片与封装薄膜；(4)、将测试盒与晶体振荡器、晶控仪、电源相连构成石英微天平，并接通电源，通 过晶控仪感测石英晶振片的压电效应及质量负荷效应，实时向微处理器输出，计算得到金 属膜吸收入渗的水氧后增加的质量，进而计算得到单位时间内水氧渗透速率与已渗入的水
氧总量。步骤(4)的具体过程是振荡器通过迅速改变给石英晶振片的电流使其高速振 动，同时一个电子信号被送回晶控仪，晶控仪中的电路收到电子信号后传送到微处理器，计 算晶振片的每秒振速，当水氧通过基片或封装结构渗透至待测腔内，与石英晶振片上的活 泼金属膜反应生成氧化物或氢氧化物，晶振片质量负荷增加，从而导致振动频率下降，下降 的值与渗透的水氧质量成正比，这些信息通过微处理器计算水氧渗透速率及总量并将结果 显示在晶控仪上。上述技术方案可进一步优化，具体表现为该石英晶振片为适用于石英微天平的晶振片，晶振频率在0. IMHz 55MHz之间， 晶振电极的材质为金、银、铝中的一种，优选晶振频率6MHz的金电极；采用真空蒸镀的方式 在石英晶振片的活性区沉积具活泼性的金属膜。其中该金属膜是通过膜厚仪实时监控进行 辅助控制厚度而真空沉积的。而该检测装置的主要结构特征如图1所示，包括测试盒4，提供器件封装进行水氧 渗透指标检测的腔体6，腔体材料本身不渗透水氧，所述测试盒4设有位于腔体6内的镀金 属膜2的石英晶振片1及腔壁上的晶振片连接口(未图示，为电气控制的常规技术)，该晶 振片连接口朝向测试盒4腔体6内侧与石英晶振片1的两电极相连(未图示，为电气控制 的常规技术)，该测试盒4使用紫外固化的环氧树脂3密封；并且石英晶振片1通过晶振片 连接口及导线7与外部晶体振荡器8、晶控仪9、电源连接形成石英微天平的回路，电源连接 220V交流市电，而此外，该晶控仪9的输出端还进一步连接微处理器(未图示，为电气控制 的常规技术)，进行高速、精密计算并显示结果。深入来看，其中该金属膜为具活泼性钙、镁、钠、锶、钾、钡、铯、钇、镧、镱、钐、铒中 任意一种或几种形成的金属薄膜，且薄膜厚度介于IOnm lOOOnm。优选厚度为IOOnm的钙 (Ca)膜。该手套箱与金属膜真空蒸镀腔通过一阀门(未图示，为电气控制的常规技术)相 连；手套箱为商用手套箱，水氧含量低于0. Ippm,是用高纯惰性气体N2或Ar结合手套箱的 内循环功能实现。而将镀有活泼金属膜的晶振片密封于待测的封装结构所采用的方式是使 用环氧树脂紫外固化。振荡器通过迅速改变给晶振片的电流使晶振片高速振动，同时一个电子信号被送 回晶控仪，晶控仪中的电路收到电子信号后，计算晶振片的每秒振速，当水氧通过基片或封 装结构渗透至待测腔内，与晶振片上的活泼金属反应生成氧化物或氢氧化物，晶振片质量负荷增加，从而导致振动频率下降，下降的值与渗透的水氧质量成正比，这些信息传送到一 个微处理器，计算水氧渗透速率及总量并将结果显示在晶控仪上。水氧渗透指标检测的实例介绍首先在石英晶振片活性区掩膜真空沉积金属Ca膜，将镀有Ca膜的石英晶振片在 不暴露在大气中的情况下转移到手套箱(水氧含量< 0. Ippm)，将镀有Ca膜的石英晶振片 置于专用测试盒内，并用待测薄膜样品环氧树脂UV固化密封，并在大气中将测试盒的石英 晶振片与振荡器(或称振荡盒)、晶控仪(或称晶体计数器)及电源相连，此时水氧只能从 薄膜渗入到腔内。渗入的水氧即时与石英晶振片上的钙膜发生如下反应2Ca+02 — 2Ca02Ca0+H20 — 2Ca (OH) 2Ca+2H20 — Ca (OH) 2+H2即Ca膜能充分吸收渗透入密封腔内的几乎所有水氧，导致晶振片质量负荷增加。 本实施例晶振片频率为6MHz，晶振频率计数可精确至0. 1Hz，可准确称量到Am = Ing的重 量。对有机发光二极管产品的封装结构进行检测，对水氧渗透速率超标(>5X10-6g*nT2/ d)的封装结构，可观察到频率每半小时下降0. IHz的连续变化，只需数天即可准确测得水 氧渗透性能状态，而实验室传统的钙膜结合CCD法至少需要数周以上时间才可估算出水氧 渗透的总量；增大测试盒中待测有机发光二极管封装结构的面积，可进一步提高检测效率； 本装制测试时还可与PC连机计数与计算，实现全自动水氧渗透检测。综上所述，本发明一种水氧渗透指标的检测方法及其检测装置通过实施例的具体 描述，其结构特征及检测原理已被详细地公示。然而，以上详细描述的实施例仅为深入理解 本发明创新实质而提供，并非以此限制本发明具体实施方式
的多样性，但凡基于上述实施 例及其检测方法所作的等效替换或简单修改，均应该被包含于本发明专利请求的专利保护 范围之内。
权利要求
用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其特征在于(1)、在石英晶振片的活性区真空沉积一层具活泼性的金属膜；(2)、将所述石英晶振片在隔绝空气的情况下转移到手套箱之中，所述手套箱内的水氧含量均低于0.1ppm；(3)、在手套箱内将所述石英晶振片置入测试盒，并用器件封装相同的结构及方法密封，所述器件封装结构包括封装薄膜、含水氧隔阻薄膜的基片和封装连接处的固化封装胶；(4)、将测试盒与晶体振荡器、晶控仪、电源相连构成石英微天平，接通电源，通过晶控仪感测石英晶振片的压电效应及质量负荷效应，实时向微处理器输出，计算得到金属膜吸收入渗的水氧后增加的质量，进而计算得到单位时间内水氧渗透速率与已渗入的水氧总量。
2.根据权利要求1所述的用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其特征在于步骤 (1)中所述石英晶振片为适用于石英微天平的晶振片，晶振频率在0. IMHz 55MHz之间； 晶振电极的材质为金、银、铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其特征在于步骤 (1)中采用真空蒸镀的方式在石英晶振片的活性区沉积具活泼性的金属膜。
4.根据权利要求1或3所述的用于检测器件封装水氧渗透指标的方法，其特征在于 所述金属膜是通过膜厚仪实时监控进行辅助控制厚度而真空沉积的。
5.用于检测器件封装水氧渗透指标的检测装置，其特征在于包括测试盒，提供封装 结构进行水氧渗透指标检测的腔体，所述测试盒设有腔体内镀金属膜的石英晶振片及腔壁 上的晶振片连接口，所述晶振片连接口朝向测试盒腔体内侧与石英晶振片的两电极相连； 并且所述石英晶振片通过晶振片连接口及导线与外部晶体振荡器、晶控仪、电源连接形成 石英微天平的回路，所述晶控仪的输出端接微处理器。
6.根据权利要求5所述的用于检测器件封装水氧渗透指标的检测装置，其特征在于 所述金属膜为具活泼性钙、镁、钠、锶、钾、钡、铯、钇、镧、镱、钐、铒中任意一种或几种形成的 金属薄膜，且薄膜厚度介于IOnm lOOOnm。
全文摘要
本发明揭示了一种用于检测器件封装水氧渗透指标的方法及其检测装置。首先制备一镀有活泼金属层的石英晶振片；再将石英晶振片在隔绝空气的情况下转移到测试盒之中并用器件封装相同的封装结构及方法密封，最后将测试盒与晶体振荡器、晶控仪、电源相连构成石英微天平，并接通电源，通过晶控仪感测石英晶振片的压电效应及质量负荷效应，实时向微处理器输出，计算得到金属膜吸收入渗的水氧后增加的质量，进而计算得到单位时间内水氧渗透速率与已渗入的水氧总量。本发明的检测方法和检测装置可用于对水氧敏感器件的封装进行水氧渗透速率的实时在线检测，检测限低于5×10-6g·m-2/d，可满足有机光电器件产品封装对水汽渗透速率的极限检测要求。
文档编号G01N15/08GK101949813SQ20101023710
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者崔铮, 张东煜, 苏文明 申请人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所