压电材料薄膜的极化设备的制作方法

本实用新型是有关于一种压电材料薄膜的制作技术，且特别是有关于一种压电材料薄膜的极化设备。

背景技术：

近年来，压电材料的应用相当广泛，这些应用包含电子产品触控感测器、军机回声定位、以及超音波蜂鸣器等。为了满足特殊应用的需求，有时压电材料必须做成薄膜。一般而言，需经过压电涂料制备、压电涂料涂布、以及压电涂膜的极化处理后，才能制得具有压电特性的薄膜。

由于压电材料里的分子架构有不对称的特性，因此带正电和负电的物质分布不均匀，而造成分子架构里有局部正极和局部负极。这样的特性是压电材料产生极性的来源，极性方向定义为从局部负极至局部正极的方向。晶格具有相同极性方向的区域叫做电域。压电材料中的电域的极性方向常常没有规则性而互相抵消，易造成整块压电材料没有极性，进而无法呈现材料本身的压电特性。因此，在电子元件制程上，压电材料薄膜先经过极化制程，透过高强度电场环境使压电材料的电域转向而对齐，此压电材料薄膜才能呈现压电性能。

由于电子元件的尺寸有限制，使得待极化的压电材料薄膜的形状和尺寸也受到限制，因此电子元件的量产过程通常是将多数小片压电材料薄膜以涂布或粘合的方式排列在电子元件的基材上，以制作出图案化的压电材料薄膜。然而，利用高强度电场对压电材料薄膜进行极化制程时，高电场可能会击穿压电材料薄膜。

目前有一种非接触式极化技术，其利用遮板与接地的金属载盘的组合，来确保压电材料薄膜于极化制程时不被高电场击穿，以利提升压电材料薄膜的合格率，并可保护不导电基材上的电子元件不会受到损伤。在此技术中，平板状的遮板设于压电材料薄膜上方。遮板中设有开孔，开孔可暴露出待极化的压电材料薄膜，以使压电材料薄膜在极化过程可受到来自极化电极的电子束的影响。遮板是由绝缘材料所制成，其中绝缘材料可为软质塑胶。

然而，图案化压电材料薄膜的尺寸越来越大时，遮板的开口率提高，因遮板的材料限制而导致遮板的制作难度越高。而且，大型遮板也有机械强度不足的疑虑。遮板除了有制作难度高的问题外，于极化制程期间，遮板与金属载盘密合时，遮板的开孔与压电材料薄膜的定位必须对准，才能使压电材料薄膜达到有效且均匀的极化效果，而大型遮板的定位也对极化制程产线增加许多困难。此外，遮板并不适用于卷对卷(roll to roll)的极化制程。

技术实现要素：

因此，本实用新型的一目的就是在提供一种压电材料薄膜的极化设备，其导电载盘包含凸状部与凹陷部，其中凸状部对应位于装置结构的压电材料薄膜的下方。由于凸状部可吸引带电离子束使带电离子束射向压电材料薄膜，借此不仅可使带电离子束集中在压电材料薄膜的表面，更可确保绝缘基材上的电子元件不受到带电离子束的轰击而损伤。

本实用新型的另一目的是在提供一种压电材料薄膜的极化设备，导电载盘的凸状部可使带电离子束集中在待极化的压电材料薄膜上而催化极化过程，因此可确保压电材料薄膜的极化更完整。

根据本实用新型的上述目的，提出一种压电材料薄膜的极化设备，适用以对装置结构的至少一压电材料薄膜进行极化制程。装置结构包含绝缘基材、以及前述的压电材料薄膜设于绝缘基材的表面的第一部分上。压电材料薄膜的极化设备包含导电载盘、极化电极、以及直流电源。导电载盘包含至少一凸状部与至少一凹陷部。绝缘基材设于凸状部上，且凸状部对应位于压电材料薄膜的下方。凹陷部对应位于绝缘基材的表面的第二部分的下方。极化电极设于导电载盘的上方，且配置以朝装置结构的压电材料薄膜发射多个带电离子束。直流电源配置以在极化电极与导电载盘之间形成高电场环境。

依据本实用新型的一实施例，上述的凸状部的外缘与压电材料薄膜的外缘对齐、或上述的凸状部的外缘位于压电材料薄膜的外缘的范围内。

依据本实用新型的一实施例，上述的装置结构还包含至少一电子元件设于绝缘基材的表面的第二部分上，凹陷部的范围涵盖整个电子元件。

依据本实用新型的一实施例，上述的导电载盘还包含至少一反向电极以及至少一绝缘层。反向电极设于凹陷部中，且配置以驱离朝绝缘基材的表面的第二部分入射的带电离子束。绝缘层包覆住反向电极。

依据本实用新型的一实施例，上述的凹陷部为未贯穿导电载盘的盲孔。

依据本实用新型的一实施例，上述的凹陷部为贯穿导电载盘的贯穿孔。

依据本实用新型的一实施例，上述的凹陷部的深度与宽度的比例为约0.1至约10。

依据本实用新型的一实施例，上述的凹陷部的深度与宽度的比例为约0.5至约1。

依据本实用新型的一实施例，上述的装置结构还包含至少一薄膜电极设于绝缘基材的表面的第一部分与压电材料薄膜之间，薄膜电极与导电载盘电性耦合。

依据本实用新型的一实施例，上述的压电材料薄膜的极化设备还包含电网设于极化电极与装置结构之间，其中带电离子束经由电网而朝装置结构喷射，电网的电压与极化电极的电压相同或相近。

附图说明

为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是绘示依照本实用新型的一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图；

图2是绘示依照本实用新型的另一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图；

图3是绘示依照本实用新型的又一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图；以及

图4是绘示依照本实用新型的再一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图。

具体实施方式

请参照图1，其是绘示依照本实用新型的一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图。压电材料薄膜的极化设备100适用以对装置结构110的至少一压电材料薄膜112进行极化制程。在一些例子中，装置结构110可包含欲进行极化制程的压电材料薄膜112、绝缘基材114、以及至少一薄膜电极116。绝缘基材114具有表面114s，此表面114s可例如为绝缘基材114的上表面。绝缘基材114的表面114s具有第一部分114a与第二部分114b。薄膜电极116设置在绝缘基材114的表面114s的第一部分114a上，压电材料薄膜112则设置在薄膜电极116上。也就是说，压电材料薄膜112设置在绝缘基材114的表面114s的第一部分114a上方，薄膜电极116位于绝缘基材114的表面114s的第一部分114a与压电材料薄膜112之间。绝缘基材114可例如为玻璃基材，且可为平板结构。

在一些实施例中，压电材料薄膜的极化设备100主要包含导电载盘120、极化电极130、以及直流电源140。导电载盘120是配置以承载欲进行极化制程的装置结构110。导电载盘120的材料可例如为金属。如图1所示，导电载盘120包含一或多个凸状部122、以及一或多个凹陷部124，其中凸状部122与凹陷部124交错配置以使导电载盘120具有凹凸的表面结构。在此实施方式中，每个凹陷部124为导电载盘120中的盲孔，即凹陷部124并未贯穿导电载盘120。每个凹陷部124具有深度y与宽度x。在一些例子中，凹陷部124的深度y与宽度x的比例为约0.1至约10。在一些示范例子中，凹陷部124的深度y与宽度x的比例为约1至约3。在另一些示范例子中，凹陷部124的深度y与宽度x的比例为约0.5至约1。

请继续参照图1，在一些例子中，装置结构110放置在导电载盘120上时，绝缘基材114设于导电载盘120的凸状部122上，且绝缘基材114的底面可与凸状部122接触。装置结构110的薄膜电极116可利用导电线路(未绘示)而与导电载盘120电性耦合。此外，导电载盘120的凸状部122对应位于装置结构110的压电材料薄膜112的下方，即位于绝缘基材114的表面114s的第一部分114a的下方。也就是说，凸状部122与压电材料薄膜112分别位于绝缘基材114的相对二侧。导电载盘120的凹陷部124则对应位于绝缘基板114的表面114s的第二部分114b的下方。因此，在一些示范例子中，导电载盘120的凸状部122的数量、尺寸、及位置可分别和装置结构110的压电材料薄膜112的数量、尺寸、及位置对应。每个压电材料薄膜112具有外缘112e，凸状部122亦具有外缘122e。凸状部122的外缘122e可例如与对应的压电材料薄膜112的外缘112e对齐。或者，凸状部122的外缘122e可例如位于压电材料薄膜112的外缘112e的范围内，即压电材料薄膜112的面积可略大于凸状部122的面积。凹陷部124的数量、尺寸、及位置可分别和绝缘基材114的表面114s的第二部分114b的数量、尺寸、及位置对应。凹陷部124可例如与对应的第二部分114b对齐，或者凹陷部124可例如略大于对应的第二部分114b。

如图1所示，极化电极130设于导电载盘120的上方，且位于装置结构110的压电材料薄膜112的上方。举例而言，极化电极130横设于导电载盘120的上方，且极化电极130的延伸方向可实质平行于导电载盘120的上表面。极化电极130可用以产生许多带电离子束132，并可将这些带电离子束132朝向装置结构110的压电材料薄膜112发射。在一些例子中，极化电极130可利用以电晕放电方式提供电离子束132。带电离子束132可带负电，例如电子束。带电离子束132亦可带正电。

直流电源140可为高压直流电源。直流电源140与极化电极130及导电载盘120电性耦合，藉以在极化电极130与导电载盘120之间形成高电场环境。在一些例子中，如图1所示，压电材料薄膜的极化设备100更可包含电网150设于极化电极130与置于导电载盘120上的装置结构110之间。电网150可例如邻近于导电载盘120。举例而言，电网150横设于极化电极130与导电载盘120之间。在一些示范例子中，电网150的延伸方向可实质平行于导电载盘120的上表面。电网150的网格架构具有许多网孔152。极化电极130所提供的带电离子束132随着电场方向喷射到电网150，接着带电离子束132经由电网150的网格架构的网孔152继续往导电载盘120上的装置结构110喷射。在一些例子中，电网150的电压与极化电极130的电压相同或相近。

在一些例子中，直流电源140可包含第一输出端142、第二输出端144、与第三输出端146。举例而言，第三输出端146可接地而具有接地电位(即电位0)，第一输出端142与第二输出端144为负电电位；或者，第三输出端146可为正电电位，第一输出端142与第二输出端144为负电电位。直流电源140的第一输出端142电性耦合于极化电极130，第二输出端144电性耦合于电网150，而第三输出端146电性耦合于导电载盘120。在一些示范例子中，通过这样的电性耦合，使极化电极130的电压大于电网150的电压，并使电网150的电压大于导电载盘120的电压。举例而言，如图1所示，分别与极化电极130及电网150耦接的第一输出端142及第二输出端144为高压输出端，第三输出端146与导电载盘120接地。此时，由于薄膜电极116与导电载盘120电性耦合，因此薄膜电极116亦接地。

在这样的示范例子中，极化电极130的电压大于电网150的电压，且电网150的电压大于导电载盘120的电压，因而在极化电极130与电网150之间以及电网150与导电载盘120之间产生电场。极化电极130所提供的带电离子束132随着电场方向喷射到电网150，接着带电离子束132经由电网150的网孔152继续往导电载盘120发射。

利用压电材料薄膜的极化设备100对装置结构110的压电材料薄膜112进行极化制程时，极化电极130所产生的带电离子束132随电场方向依序射向电网150与导电载盘120上的装置结构110。由于导电载盘120的凸状部122能够吸引带电离子束132，借此可将带电离子束132带往凸状部122上方的压电材料薄膜112，而使带电离子束132集中在待极化的压电材料薄膜112的表面。因此，具凹凸的表面构造的导电载盘120具有偏压电极的功能。此外，导电载盘120绝大部分的表面被装置结构110的绝缘基材114所遮住，因此带电离子束132可均匀地累积在装置结构110的表面上。带电离子束132造成压电材料薄膜112和绝缘基材114的表面累积电荷后会偏往导电载盘120等接地处前进，而催化压电材料薄膜112的极化过程，确保极化更完整，其中极化的过程能导出压电材料薄膜112的表面上的电荷累积。

请参照图2，其是绘示依照本实用新型的另一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图。本实施方式的压电材料薄膜的极化设备100a的架构大致上与上述实施方式的压电材料薄膜的极化设备100的架构相同，二者之间的差异在于压电材料薄膜的极化设备100a的导电载盘120a的结构与导电载盘120不同。导电载盘120a同样包含一或多个凸状部122a与一或多个凹陷部124a，但每个凹陷部124a为贯穿导电载盘120a的贯穿孔。

请参照图3，其是绘示依照本实用新型的又一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图。本实施方式的压电材料薄膜的极化设备100b的架构与上述实施方式的压电材料薄膜的极化设备100的架构大致相同，二者之间的差异在于压电材料薄膜的极化设备100b的待处理的装置结构110b与上述的待处理的装置结构110不同。针对特殊电子元件设计或卷对卷的制程，装置结构110b的压电材料薄膜112会直接涂布在绝缘基材114上，而可能没有薄膜电极。此外，装置结构110b更可包含一或多个电子元件118，其中电子元件118设于绝缘基材114的表面114s的第二部分114b上。在一些示范例子中，每个凹陷部124的范围涵盖整个对应的电子元件118。由于导电载盘120的凸状部122能够吸引带电离子束132朝向绝缘基材114的表面114s的第一部分114a，因此可确保位于绝缘基材114的表面114a的第二部分114b上的电子元件118不受到带电离子束132的轰击而损伤。

请参照图4，其是绘示依照本实用新型的再一实施方式的一种压电材料薄膜的极化设备的装置示意图。本实施方式的压电材料薄膜的极化设备100c的架构大致上与上述实施方式的压电材料薄膜的极化设备100b的架构相同，二者之间的差异在于压电材料薄膜的极化设备100c的导电载盘120c的结构与导电载盘120不同。导电载盘120c除了同样包含一或多个凸状部122c与一或多个凹陷部124c外，还包含一或多个反向电极126以及一或多个绝缘层128。反向电极126的数量可与凹陷部124c的数量相同，且反向电极126可分别对应设于凹陷部124c中。绝缘层128的数量与反向电极126的数量相同。绝缘层128分别对应包覆住反向电极126，以电性隔离反向电极126与导电载盘120c的凸状部122c及凹陷部124c。所有的反向电极126可利用导电线路(未绘示)彼此电性耦合。

在压电材料薄膜的极化设备100c中，反向电极126的电性可与带电离子束132的电性相同，借此可从反向电极126上方驱离带电离子束132，即将朝绝缘基材114的表面114s的第二部分114b入射的带电离子束132驱离，而使这些带电离子束132更集中地朝向绝缘基材114的表面114s的第一部分114a上的压电材料薄膜112，以强化导电载盘120c的偏压效果。在一些例子中，反向电极126可为与直流电源140的输出具有相反电荷或包含能改变带电离子束132的方向的电性物质、本身可产生磁场的磁性物质、或经通电等方式可产生磁场的物质。

由上述的实施方式可知，本实用新型的一优点就是因为本实用新型的压电材料薄膜的极化设备的导电载盘包含凸状部与凹陷部，其中凸状部对应位于装置结构的压电材料薄膜的下方。由于凸状部可吸引带电离子束使带电离子束射向压电材料薄膜，借此不仅可使带电离子束集中在压电材料薄膜的表面，更可确保绝缘基材上的电子元件不受到带电离子束的轰击而损伤。

由上述的实施方式可知，本实用新型的另一优点就是因为本实用新型的压电材料薄膜的极化设备的导电载盘的凸状部可使带电离子束集中在待极化的压电材料薄膜上而催化极化过程，因此可确保压电材料薄膜的极化更完整。

虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。