柔性薄膜封裝及阻隔膜技術(shù)的商業(yè)化花了將近十五年的時(shí)間。然而，這樣的商業(yè)化卻并不意味著阻隔技術(shù)（Barrier Technology）所面臨的問題能夠一勞永逸地得到解決。實(shí)際上，要將這種技術(shù)廉價(jià)而又廣泛地應(yīng)用到各種尺寸、靈敏度水平和柔韌程度的設(shè)備中仍有許多工作要做。

本文回顧了當(dāng)今正在研究開發(fā)的各種阻隔技術(shù)，主要的觀點(diǎn)來自IDTechEx關(guān)于柔性和/或有機(jī)電子的阻隔膜和柔性薄膜封裝研究報(bào)告2018-2028。該報(bào)告分析了各種封裝技術(shù)，如在線薄膜封裝（TFE，Thin Film Encapsulation），多層阻隔膜（MLB，Multi-layerBarrier Film），單層空間式原子層沉積薄膜（Spatial Atomic Layer Deposited Thin Film）和柔性玻璃等。該報(bào)告同樣考慮了各種應(yīng)用，如剛性，塑料剛性和柔性OLED顯示器，OLED照明，量子點(diǎn)增強(qiáng)膜，有機(jī)光伏和其他柔性光伏技術(shù)等。

多層阻隔膜：商業(yè)化的到來？

研究人員發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)單層無機(jī)薄膜的性能水平都和目標(biāo)水平有著量級(jí)層面的差別，于是順理成章地開發(fā)了多層阻隔膜方法。這里，多層阻隔膜沉積了多對(duì)有機(jī)/無機(jī)層。對(duì)比原來0.1-0.2um的厚度，現(xiàn)在有機(jī)層厚度約1-20um，更厚的有機(jī)層可以讓表面更平滑，可以覆蓋顆粒和異物，可以去除針孔位置，最后還可以消除應(yīng)力以增強(qiáng)整個(gè)阻隔膜的柔韌性。

這種方法，至少在小尺寸樣品上，成功地達(dá)到了所需的性能水平。然而，大規(guī)模、高效率、高產(chǎn)量的卷對(duì)卷（R2R）生產(chǎn)則還需要解決很多問題。這是因?yàn)槎鄬幼韪裟さ男阅軐?duì)工藝條件非常敏感：（1）生產(chǎn)環(huán)境必須保持超潔凈，靜電消除裝置必須特別控制以減少表面污染物；（2）R2R機(jī)器必須在設(shè)計(jì)時(shí)（或至少在運(yùn)行時(shí)）就要保證，輥/卷繞機(jī)與阻隔膜上表面之間的接觸盡可能的??；（3）卷筒的寬度保持很窄的同時(shí)速度也要保持地很低，以保證薄膜空間上均勻地、高質(zhì)量地生長(zhǎng)；當(dāng)然，最重要的是，薄膜貼合還需要充當(dāng)進(jìn)入通道的粘合劑。

所有這些挑戰(zhàn)都將被證明是一條陡峭且具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)曲線。大多數(shù)廠家仍停留在窄幅慢速的先導(dǎo)機(jī)器上，只有少數(shù)廠家接過風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)向?qū)挿透咝阅埽? 1E-5克/平方米/天）MLB膜材生產(chǎn)。多層阻隔膜行業(yè)暫時(shí)還無法輕易得出一個(gè)成本計(jì)算模型，因?yàn)槟壳皫缀踹€沒有機(jī)會(huì)能看到實(shí)際的生產(chǎn)狀況和產(chǎn)量。

不過，該行業(yè)現(xiàn)在處于一個(gè)比以往更好的技術(shù)地位。上述報(bào)告不僅詳細(xì)分析了MLB的不同制作方法，還深度透析了現(xiàn)有全球范圍內(nèi)MLB膜材及相關(guān)配件（高性能粘合劑）的主要參與者。此外，考慮短期和長(zhǎng)期潛在發(fā)展（如大尺寸電子產(chǎn)品對(duì)大尺寸柔性阻隔膜的持續(xù)需求）、市場(chǎng)完全采用在線TFE的風(fēng)險(xiǎn)以及材料在空氣中穩(wěn)定性的改善趨勢(shì)等，報(bào)告還在產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值層面提供了十年的市場(chǎng)預(yù)測(cè)。

在線薄膜封裝：繼早期商業(yè)成功后的下一步是什么？

這種方法在某種程度上是MLB技術(shù)的演變。這里，多層結(jié)構(gòu)直接通過在線生產(chǎn)的方式做在了器件的頂上。因此，價(jià)值和風(fēng)險(xiǎn)都由設(shè)備制造商帶入。這里的風(fēng)險(xiǎn)是，較差的阻隔膜會(huì)浪費(fèi)整個(gè)器件而不僅僅是薄膜，同時(shí)阻隔層的重復(fù)沉積顯然會(huì)增加TACT時(shí)間。

然而，該技術(shù)不需要單獨(dú)的基板和附加的粘合劑，設(shè)計(jì)者可以通過減小厚度進(jìn)而增加產(chǎn)品的柔韌性。該技術(shù)于2014年左右在一款基于曲面硬質(zhì)塑料基板的OLED顯示器上得到商業(yè)化。為了取得這一成功，層數(shù)與原始技術(shù)相比顯著減少，同時(shí)沉積工藝相比于之前也作了很大的改進(jìn)。事實(shí)上，這種技術(shù)使用了PECVD和噴墨印刷技術(shù)分別取代PVD（濺射）和蒸鍍來沉積無機(jī)和有機(jī)層。同樣，材料也作了改進(jìn)，在不超過有機(jī)疊層所能承受的溫度下，發(fā)揮出高的性能。這種演變使薄型器件成為可能，也為實(shí)現(xiàn)2mm和更低的彎折半徑奠定了基礎(chǔ)。

盡管目前取得了成功，但在線TFE的研究開發(fā)工作還沒有停下來。用于超薄無機(jī)層制作的All-PECVD工藝和空間式原子層沉積技術(shù)正在開發(fā)中。良率還需要繼續(xù)提高，最重要的是，設(shè)備必須進(jìn)一步拓展以應(yīng)對(duì)更大尺寸的產(chǎn)品。

考慮到目前在線TFE主要用作頂部封裝，而底部需要封裝的包括相對(duì)較厚的連續(xù)無機(jī)層，和其他層（驅(qū)動(dòng)TFT和過渡連接層）。底部阻隔層還可能需要讓位于多層結(jié)構(gòu)以適應(yīng)更高的彎曲度。為此，可能還需要一種更為經(jīng)濟(jì)的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)以及具有更高耐溫性的有機(jī)物。TFE技術(shù)將繼續(xù)為設(shè)備和材料供應(yīng)商以及顯示和照明面板制造商提供更多的機(jī)會(huì)。

原子層沉積（ALD）：克服生產(chǎn)問題？

ALD（Atomic layer deposition）可以實(shí)現(xiàn)單原子厚度的膜層生長(zhǎng)，能夠制作出具有極低水蒸氣透過量（WVTR，Water Vapor Transmission Rate）的高質(zhì)量薄膜。實(shí)際上，用批次時(shí)間ALD（BatchTemporal ALD）沉積的單個(gè)無機(jī)層實(shí)現(xiàn)了諸如OLED之類的應(yīng)用所要求的WVTR。

但是，該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用還存在重大挑戰(zhàn)。首先，該層很薄，難以鈍化表面微粒和污染物，可能導(dǎo)致整體性能的降低。此外，在批次時(shí)間ALD中，生長(zhǎng)半周期在時(shí)間上分開。因此，整個(gè)膜層的生長(zhǎng)過程非常緩慢，影響了整體生產(chǎn)力。

為了解決后面這一個(gè)缺點(diǎn)，許多人正在開發(fā)R2R空間ALD工藝，這種工藝的半周期在空間上是分開的。自然，這項(xiàng)技術(shù)也面臨著自身的挑戰(zhàn)，R2R機(jī)器的設(shè)計(jì)必須使薄膜的ALD涂層表面在卷筒紙卷繞過程中不被接觸，以免損壞這些脆弱的超薄涂層。這需要新穎的具有開創(chuàng)性的設(shè)備設(shè)計(jì)。此外，該技術(shù)還必須在不影響性能的前提下，能擴(kuò)展到更高卷筒速度下更寬幅的卷筒應(yīng)用中，最后它還需要能克服潛在的WVTR問題。

柔性玻璃：終極的基板和阻隔一體化解決方案？

玻璃是一種非常好的阻隔材料，也可以進(jìn)行高溫處理，但是傳統(tǒng)的玻璃都是剛性材料。然而，很多研究人員多年來一直試圖克服這唯一的缺點(diǎn)。實(shí)際上，柔性玻璃大概在十年前就已經(jīng)引入市場(chǎng)。這些玻璃的柔韌性源自其厚度，這種超薄的厚度則是通過刻蝕等方法實(shí)現(xiàn)。

然而，用于阻隔封裝的柔性玻璃在商業(yè)上的應(yīng)用仍然不能確定，僅在最近作為曲面OLED照明的基板被有限的采用。這是因?yàn)槿嵝圆ＡР痪哂衅渌牧夏菢拥娜犴g性，并且非常容易破碎，從而成為真空設(shè)備降低TACT時(shí)間的主要問題。此外，柔性玻璃的供應(yīng)也是一個(gè)問題。正如經(jīng)典的雞與雞蛋情景，目前相關(guān)公司尚未為擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)進(jìn)行投資，所以供應(yīng)和成本問題還沒有明確答案。

不過，長(zhǎng)期來看，柔性玻璃作為一種耐高溫高性能的柔性阻隔和基板一體化的解決方案，對(duì)市場(chǎng)的拉動(dòng)仍然很強(qiáng)勁。同時(shí)，盡管市場(chǎng)強(qiáng)勁，但是目前其商業(yè)前景仍然受到技術(shù)（柔韌性，操作等）和商業(yè)（最終價(jià)格，產(chǎn)能等）等的巨大限制。這些問題的解決還需要耐心和長(zhǎng)期的戰(zhàn)略眼光，而玻璃工業(yè)在其悠久的歷史中已經(jīng)多次變革其身。