TW200828603A - Masking of and material constraint for depositing battery layers on flexible substrates - Google Patents

Description

200828603 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於遮罩技術及設備，且尤其是關於一種用 以遮軍一撓性基材（欲以一或更多材料層塗覆）的方法及設 備。 【先則技術】 固態薄膜電池及其它薄膜元件通常需要陰影遮罩以界 定電池結構之各種層。傳統平面元件結構仰賴剛性基材及 遮罩材料以及堅硬邊緣之對準程序，以將基材及遮罩對應 至一起。撓性固態薄膜電池技術之出現以及伴隨之較薄基 材及遮罩材料（兩者通常為箔片或條片形式）的運用，皆使 得限制這些撓性材料面臨更大挑戰。此外，在應用一傳統 薄膜沉積技術（例如，物理氣相沉積或化學氣相沉積）的過 程中，亦提高準確界定相關之薄膜塗覆區域的挑戰性。如 第1圖所示之既有方式係將一電池基材110置於一金屬板 115中之一袋部内，裝置一厚的剛性遮罩框架105且接著 以一鉗制構件（clamPing mechanism)120捆缚此組件。既有 方式有許多缺點。舉例而言，厚的剛性遮罩在使用時易於 變形，且不論使用多少的鉗制壓力都無法保持平坦◊傳統 的真空沉積塗覆易於在遮罩邊緣下方滲漏，因而產生一種 界限不明之薄膜廣邊緣。試圖將薄撓性基材運用於既有設 備並不順利，因為薄撓性基材及遮罩鮮少能夠平坦並平順 地放置於一平面表面上，且因而無法平滑地倚靠一既定之 5 200828603 袋部的邊緣而排列。這種配置錯誤會導致在基材表面上形 成一種位置對應不良之塗覆。在這些多層電池結構中，一 位置對應不良或邊緣界限不明之電池層易於產生不適當之 電池層互動，而導致電池失效。通常由超過一薄膜層組成 之其它薄獏元件（例如，薄膜電容器或電晶體）而言，亦有 相同之缺點。

【發明内容】 本發明係關於一種遮罩一基材之方法及設備。在一具 體實施例中，該方法包括彎曲一基材以提供一彎曲基材表 面並在該曲面上提供至少一撓性片材。舉例而言，該基材 及至少一撓性片材可以為一箔片或一條片。在一特定具體 實施例中，該曲面可以為一弧狀。在本發明之另一具體實 施例中’可提供至少一基材或片材、或複數個基材及片材。

在本發明之一具體實施例中，舉例而言，可將至少一 撓性片材和/或基材置於張力中。可藉由在大致上和該曲面 正切之方向上施加一力量以產生張力。例如，在一特定具 體實施例令可利用一彈簧銷來產生張力。彈簧銷可包含下 列之任一者，舉例而言：板片彈簧（flat leaf spring)、曲片 彈簧（bent leaf spring) '圈狀彈簧負載插銷（c〇u spHng loaded pin)、成形與/或曲片彈簧、扭轉彈簧（t〇rsi〇n spring)、或一管狀彈簧。在另一具體實施例中，可利用一 彈性材料（例如，一彈簧構件）來產生張力。在一進一步具 體實施例巾’舉例而t，可利用_離轴滾桿(r〇u_d〇wn 6 200828603 產生張力。更可利用扭矩向基材和/或撓性材料之至少—者 施加張力。 在本發明之一進一步具體實施例中，舉例而言，可單 獨對提供之每一基材和/或撓性片材產生張力。 本發明之另一具體實施例，舉例而言，提出一遮罩設 備’其包括一基材支架，以將一撓性基材固定於一彎曲狀 態；以及一張力器，以在置於撓性基材之一曲面上方的一 遮罩中產生一張力。在一具體實施例中，舉例而言，張力 器可以是一彈簧銷或一離轴滾桿。舉例而言，彎曲狀態可 以為一弧狀。 本發明之另一具體實施例，舉例而言，提出一種用以 遮罩一基材之方法，其包括下列步驟：提供一基材、在該 基材上提供至少一撓性片材、及在該至少一片材或基材中 產生張力以將每一片材之一表面形成一彎曲形狀。在本發 明之一具體實施例中，舉例而言，該基材和/或撓性片材包 括—羯片或一條片，且舉例而言，該彎曲形為一弧狀之外 形。在本發明之一具體實施例中，舉例而言，可利用一彈 菁鎖或離軸滾桿來產生張力。 【實施方式】 可以理解’本發明不限於本說明書所述之特定方法、 化合物、材料、製造技術、使用、及運用，因上述各項可 月匕有所改變。亦應理解，此處所用之名詞僅用以描述特定 具體實施例，且其本意並非限制本發明之範圍。必須注意， 7 200828603 在本說明書及附隨申請專利範圍中，單數形「一」、「一種」、 「該j包括複數型態，除非本文另有明示。因此，舉例而 言，提及「一元件」時係指稱一或更多元件且包括習知枝 藝人士已知的等價物。相似地，再舉一例，提及「一步驟」 或「一手段」時係指稱一或更多步驟或手段，且可包括子 步驟及子手段。應盡可能以最開放性之概念來理解此處所 用之所有連接詞。因此，應將「或」字理解為具有一種邏 輯上「或」之概念，而非一種邏輯上「互斥或」的概念， 除非根據上下文清楚明確地必須做不同之解釋。必須理 解，此處所述之結構亦可指稱此結構之功能等價物。能约 表達近似概念之語言應依此解釋，除非本文另有明示。 除非另有定義，此處所用之所有技術及科學名詞的意 義，跟本發明所屬領域之習知技藝人士所理解的相同。說 明書中描述較佳的方法、技術、元件、及材料，然而任何 與此處所述類似或等價之方法、技術、元件、或材料皆可 用以實作或測試本發明。可理解，此處所述結構亦可指稱 此結構之功能等價物。此處引用之所有參考文獻均以其全 文倂入作為參照。 將一乾淨、均勻之薄條片或猪片材料置於張力中以 橫越-平面、平坦表面，這會在條片或箱片及表面間產生 -區域，肖區域具有兩個大致平行且不會接觸之平面。在 引發張力之力向量（force vector)以及平面、平坦表面間 存在實質互動，因而不會產生向下夕鼓狡+ t θ J卜之轉移力。相反地，當 向橫跨一曲面之一薄箔片狀或條只始 田 求片施加一切線力時，會產 8 200828603 生向下力。簡單的向量分析顯示，即 亦會產生H ^ 隹曲辜+徑报小時， 較大之向下力。所產生之向下力妒 於產生緊漆卜力犯夠有效地用 、 之遮罩與基材介面，且因而可搖$|丨目上 定邊緣的^塗覆。 ^到具有明確界 平挺=2®，製造薄的箱狀或條片時鮮少得到均勻且 錯誤，仍：導通常會存在某些錯誤1然都是微不足道的

箔片或條片— 舉例而言， 於此箱ΠΓ 有凹壓…、及扭轉…卜，塗覆 舉例而言，即便達到一種完全平坦的箱片誤。 影遮罩，合“ q片或條片基材或陰 覆薄膜展該表面上形成時’和該表面接觸之塗 y固有的應力可能引發一變形。傳統上，在真空沉 中為了進行陰影遮罩而必須彼此堆#之基材及遮 田會因為切割、搬運及使用而彎曲。如第2圖所示，备 顯著：：！表面205進行堆叠時，即使平行於該平面施加 " 、時，通常很難讓箔片或條片215、210、217係 持平坦，例如220。用以將落片或條 力 可能超過馆Η七从μ u <力 過/白片或條片材料之屈服抵抗性（yield 轡* je)，而造成箔片或條片之損壞。帛3圖闡明當將 考之箔片或條片315、316、317橫過 31〇)而放i時，利用其產生之轉“ 面（例如，狐 轉移向下力之結果32〇。測 j顯不，在例如第3圖之具趙實施例的此一配置中， 泊片或條片彼此齊平所須之力相對較小。 在示範性具雜實施例中，舉例來說，可將猪片或條片 200828603 之基材及遮罩材料置於 固定於適當處，以便唯以秘過一弧型’且之後將之 支架中的位置。此_=罩與基材之關係並維持基材在 其橫過由-螺栓限制於 簡單限制構件可為-桿件， 之每一端。或者，„ 、μ弧形支架之本體中的箔片或條片 ^ ^ r ^ 可將泊片或條片之基材及遮罩材料的一 端釘扎、箝制、或以其 端對材料施加張力，且在伴;:定於適當位置，可由第二 Ο ί 針扎、箱制、或以A他方Γ 的㈣，將該第二端 洛也署拉 ，、他方式固定於適當位置。當固定於適 此時該釘扎或鉗制構件可維m或條片上之 端上之=移除外部的張力源、。此種簡單方法可包括每一 端上之固定箝制方法。 士同材料在不同應用溫度下會以不同速率膨服。舉例 而口 #統真空沉積處理會在接收塗覆之材料 能。可在此_虚饰士&热 、 、 中塗覆遮罩及基材二者。因而，產生之 溫度改變會導^絲、洛s 於 ”、罩相對於基材、相對於彼此、和/或相對 支架發生不-致的熱膨脹。材料間之熱膨脹的差異亦可 、導致該表面彼此分離，因而經常造成遮罩下發生塗覆渗 漏一：了避免此一問題，一示範性具體實施例可獨立地將 每二片或條片s於張力中，使得可藉自張力裝置中之移 周#熱膨脹造成之箔片或條片的長度變化。可想見多 種月b對這些條片材料施加必要之切線力的方式。 第4A至9C圖中闡明某些施加張力之方法的實施 例第8A及8B圖之策略和第4A至7C圖以及第9A至9C 圖所示有所不同，因為其可運用一種簡單之記憶材料塊（例 10 f t. 200828603 如，橡膠）來取代例如一金屬彈簧或复6 一八匕張力產生 然第4…CW之實施例閣明以—插槽及插鎖配 張力裝置接合至欲置於張力之條片材料的一種方 可運用箝制、連接、結合及其他方式。 第4A圖為本發明之一具體實施例的一剖面 將一板片彈簧430固定至具有一曲面46〇之一丈 而使得一彈簧力44〇載入一插銷42〇，以將基材 材415固定於具有一曲面46 0之一支架41〇。 第4B圖為本發明之一具體實施例的一剖面 將一曲片彈簧435固定至具有一曲面460之一支 而使得一彈簧力445載入一插銷420，以將基材 材415固定於具有一曲面460之一支架41〇。 第5 A圖為本發明之一具體實施例的一剖面 一圈狀彈簧530载入一插銷520,以將基材及撓性 固定於具有一曲面560之一支架510。 第5 B圖為本發明之一具體實施例的一剖面 將一成形570和/或曲片580之板片彈簧535固定 曲面560之一支架510，而使得一彈簧力載入成？ 或曲片580之板片彈簧535，以將基材及撓性片 定於具有一曲面5 60之一支架510。 第5C圖闡明一成形570和/或曲片580之板片 之一具體實施例。 第6A圖為本發明之一具體實施例的一剖面 一扭轉掸簧630固定至具有一曲面66〇之一支架 裝置。雖 置作為將 法，但亦 圖’其中 架 410， 及撓性片 圖，其中 架 410， 及撓性片 圖，其中 片材515 圖，其中 至具有一 杉5 7 0和/ 材515固 彈簧535 圖，其中 6 1 0 » 而 11 200828603 使得一彈簧力載入一插銷620，以確保將基材及撓性片材 615固定於具有一曲面660之一支架610。 ^ 第6B圖為第6A圖之一剖面圖，闡明彈簧630之弯曲 端650用以將彈簧630固定至具有一曲面660之一支架 610，並以接合於插銷620之基材及撓性片材615將彈簧 630之長度640置於扭力中。 第6C圖為第6A圖之一剖面圖，闡明彈簧630之塊端 ζ、 655用以將彈簧630固定至具有一曲面660之一支架610, 並以接合於插銷62 0之基材及撓性片材615將彈簧630之 長度640置於扭力中。 第7Α圖為本發明之一具體實施例的一剖面圖，其中 裝载一傳統扭轉彈簧730，以將基材及撓性片材715緊固 至具有一曲面760之一支架710。 第7Β圖為本發明之一具體實施例的一剖面圖，其中 一矩形扭轉彈簧735載入一插銷72〇，以在基材及撓性片 材715中產生一張力，並將其緊固至具有一曲面760之一 I 支架7 1 0。 第7C圖揭示第7Β圖之扭轉彈簧的翼形設計，闡明彈 菁735之彈簧端750用以將彈簧735固定至具有一曲面760 - 之一支架710，並以接合於插銷720之基材及撓性片材715 將彈簧735之長度740置於扭力中。 • 第8Α圖為本發明之一具體實施例的一剖面圖，其中 將一彈性材料830嵌入具有一曲面86〇之一支架810的上 部中’而使得一彈簧力载入插銷820將基材及撓性片材815 12 200828603 緊固至具有一曲面860之一支架810。 第8B圖為本發明之一具體實施例的一剖面圖， 將一彈性材料830嵌入具有一曲面860之一支架810 部中’而使得一彈簧力載入插銷820將基材及撓性片材 緊固至具有一曲面860之一支架810。 第9 A圖為本發明之一具體實施例的一剖面圖， 將一管狀彈簧元件93〇固定至一插銷92〇，以將基材 性片材緊固至具有一曲面960之一支架910。 第9B圖揭示第9A圖之管狀彈簧93〇的剖視 931、932，以及可鍛接、焊接、硬焊接、壓入或錘入 中之插銷920。 第9C圖為一進一步具體實施例，其揭示第9A圖 狀彈簧930的一螺旋剖視設計931、932，以及可鍛接 接、硬焊接、壓入或錘入該管中之插銷92〇。 應特別指出’雖然第4A至7C及9A至9C圖所 實施例闡明以一彈簧銷配置將基材曲面之上的條片材 持在張力中’但亦可利用例如一離軸滾桿。 本具體實施例之一遮罩方法可利用較不昂責之遮 料。舉例而言，將薄的箔片或條片原料轉變成必須之 開孔相較於切削相同材料之較厚塊而言，前者通常較 價且耗費的時間及勞力較低。此外，薄的箔片或條片 其本身可用於更具成本效益之轉變形式，例如雷射及 切削、钱刻、塑模切削、剪力及模鍛。 將一基材绪片或條片之下表面 其中 的底 815 其中 及撓 部分 該管 之管 、焊 示之 料保 罩材 遮罩 為廉 使得 水刀 弧形 13 200828603 支架上，在一傳統真空沉積處理中產生之 比一平坦支架更為均勻。此種示範性處理 • 膜成長、沉積速率及整個塗覆區域中之性 成更一致的電池產品性能。 在不•障離本發明之精神及範圍之情形 士能夠對本發明之方法及設備進行各種修 本發明運用於各種用途及條件中。舉例而 ζ^) 範性方法及設備係用於遮罩一撓性電池， 本發明運用於多種應用，例如薄膜電子元 件，例如用於圖形設計。此外，欲產生曲 元件基材。舉例而言，可在設計及製造時 罩之一裝置基材彎曲。因此，可將這些及 恰當且合理地視為屬於下列申請專利範圍 範圍中。 【圖式簡單說明】 第1圖為一設備，用以將基材或薄膜 平坦位置中（先前技藝）。 第2圖闡明一平坦、平面保持結構中 性片材並非處於一致地平坦/平面中。 第3圖闡明具有一曲面之一支架，其 . 一曲面。其亦闡明本發明之一具體實施例 一基材來拉緊該基材及撓性片材，提供 並將一撓性片材置於該曲面上。 傳導性冷卻可能 有助於一致的薄 質，且因而能達 下，習知技藝人 改及修飾，以將 言，雖然上述示 可以理解，可將 件、及非電子元 面不必然要彎曲 ，將欲施用一遮 其它修改及修飾 之等價物的完整 保持於一固定及 ’其中基材及撓 可提供撓性片材 ’其中藉由彎曲 一彎曲基材表面 14 200828603 第4A及4B圖為本發明之具體實施例的剖面圖’其中 • 分別利用一板片彈簧及一曲片彈簧將基材及撓性片材緊固 • 至一曲面。 第5A及5B圖為本發明之具體實施例的剖面圖’其中 分別利用一圈狀彈簧負載插銷及一成形和/或曲片彈簧將 基材及撓性片材緊固至一曲面。第5C圖中闡明該成形和/ 或曲片彈簧。 ζ\ 第6Α圖為一具體實施例中的一剖面圖，其中利用一 扭轉彈簧將基材及撓性片材緊固至一曲面。 第6Β及6C圖為第6Α圖之剖面圖，闡明用以將彈簧 固定至該曲面之彈簧末端。 第7Α圖為一具體實施例的一剖面圖，其中利用一傳 統扭轉彈簧將基材及撓性片材緊固至一曲面。 第7Β及7C圖闡明一矩形扭轉彈簧之具體實施例，其 可用以在基材及撓性片材中產生張力。第7C圖詳細闡明 該矩形扭轉彈簧，並揭露其翼狀設計。 I" 第8Α及8Β圖闡明利用一彈性材料作為一彈簧之一具 體實施例。 第9Α圖闡明一管狀彈簧之一具體實施例。 第9Β圖闡明一管狀彈簧之一具體實施例。 第9C圖為一進一步具體實施例，其中該管狀彈簧元 • 件為螺旋形。 【主要元件符號說明】 15 200828603 105 厚剛性遮罩框架 115 金屬板 205 平坦表面 215 、 216 、 217 、 220 、 315 、 310 、 460 ' 560 ' 660 ' 760 > 410、 510、 610 ^ 710' 810 - 415 、 515 、 615 、 715 、 815 、 420 、 520 、 620 、 720 ' 820 ' 430 板片彈簧 440、445 彈簧力 535 板片彈簧 570 成形彈簧 640、740 彈簧長度 65 5 塊端 750 彈簧端 930 管狀彈簧元件 電池基材 鉗制構件 、317、320 箔片或條片 、960 曲面（弧） 支架 基材及撓性片材 插銷 曲片彈簀 圈狀彈簧 曲片彈簧 、735 扭轉彈簧 弯曲端 傳統扭轉彈簧 彈性材料 、93 2 剖視部分 16

Claims (1)

1. 200828603 十、申請專利範圍： 1. 一種遮罩一基材之方法，其至少包含： 彎曲至少一基材，以提供一彎曲基材表面；以及 在該曲面上提供至少一撓性片材。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之基材至 少包括一箔片或一條片。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含提供該曲 面一弧狀之外形。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之撓性片 材至少包括一箔片或條片。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含將上述至 少一片材置於張力中。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含將上述至 少一基材置於張力中。 7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其更包含在大致上 和該曲面成切線之一方向上向上述至少一片材施加一力 量0 17 200828603 8·如申請專利範圍第7項所述之方法，其更包含利用選自 • 一彈簀銷及一離軸滾桿（roll-down bar)所構成之群組的一 構件。 9.如申請專利範圍第6項所述之方法，其更包含在大致上 和該曲面成切線之一方向上向上述至少一基材施加一力 Γ 量。 10·如申請專利範圍第9項所述之方法，其更包含利用選 自一彈簧銷及一離軸滾桿所構成之群組的一構件。 11.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含藉由向 上述至少一基材施加扭矩以產生張力。 c., 12.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含向上述 至少一片材施加一扭矩。 13. —種遮罩設備，其至少包含： 一基材支架，用以將一撓性基材固定於一彎曲狀態中； 一張力器，用以在置於該撓性基材之一曲面上方的一遮 . 罩中產生一張力。 18 200828603 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中上述之張力 * 器至少包含： • 至少一接合構件，其可和上述之片材接合，並適以在和 上述之曲面成切線的一方向上施加一力量。 15.如申請專利範圍第13項所述之設備，其中上述之張力 器係選自一彈簧銷及一離軸滾桿所構成的群組中。 C . 1 6.如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中上述之彎曲 狀態為一蘇狀。 1 7.如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中上述之張力 器係適以向上述之基材施加張力。 18. —種遮罩一基材之方法，其至少包含： C 提供至少一基材； 在上述之基材上提供至少一撓性片材；以及 在上述至少一片材或基材中產生張力，以將每一片材之 一表面形成一蠻曲外形。 • 19.如申請專利範圍第18項所述之方法，其更包含在大致 . 上和該曲面成切線之一方向上向上述至少一片材施加力 量0 19 200828603 ' 20.如申請專利範圍第18項所述之方法，其更包含在大致 • 上和該曲面成切線之方向上向上述至少一基材施加力量。 21.如申請專利範圍第18項所述之方法，其中上述之基材 至少包含一箔片或一條片。 f 22.如申請專利範圍第18項所述之方法，其更包含提供該 彎曲外形一弧狀之外形。 23. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中上述之撓性 片材至少包含一箔片或一條片。 24. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其更包含對該至 少一基材施加一扭矩。 ί: 2 5.如申請專利範圍第24項所述之方法，其更包含利用選 自一彈簧銷及一離軸滾桿所構成之群組的一構件。 20