DE102005035589A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit einem flexiblen Substrat, auf dessen Oberfläche ein Schichtstapel aus dünnen Schichten, enthaltend mindestens eine elektrische Funktionsschicht aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material, angeordnet ist, wobei das Bauelement mindestens ein erstes Material, ein schichtförmiges zweites Material und ein schichtförmiges drittes Material umfasst und wobei senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen auf das erste Material das zweite Material folgt und auf das zweite Material das dritte Material folgt, wobei eine erste Adhäsionskraft des zweiten Materials am ersten Material geringer ist als eine zweite Adhäsionskraft des dritten Materials am ersten Material und das zweite Material mindestens eine Öffnung aufweist, über welche das dritte Material mit dem ersten Material zur Erhöhung der Haftung des zweiten Materials am ersten Material verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei das elektronische Bauelement mit, senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen, mindestens zwei übereinander und zumindest in einem Flächenbereich F überlappend angeordneten elektrischen Funktionsschichten ausgebildet wird, wobei die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten auf dem Substrat direkt oder indirekt in einem kontinuierlichen Prozess strukturiert werden, wobei das Substrat relativ zu einer Strukturierungseinheit bewegt wird.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus WO 2004/047144 A2 bekannt. Es wird ein organisches elektronisches Bauelement, wie ein organischer Feldeffekt-Transistor (OFET), Schaltungen mit solchen Bauelementen und ein Herstellungsverfahren beschrieben. Die Bildung des elektronischen Bauelements erfolgt über ein preisgünstiges Druckverfahren.
  • DE 101 26 859 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen, damit hergestellte aktive Bauelemente wie organische Feldeffekt-Transistoren (OFETs) oder organische Leuchtdioden (OLEDs) sowie Schaltungen mit derartigen Bauelementen. Die leitfähigen Strukturen wie Leiterbahnen bzw. Elektroden werden mittels Drucktechnik auf einer dünnen, flexiblen Kunststoff-Folie erzeugt, wobei alle bekannten Druckverfahren, insbesondere Tiefdruck, Hochdruck, Flachdruck, Durchdruck (Siebdruck) oder Tampondruck, als geeignet genannt sind.
  • Die Anwendung von kontinuierlichen Prozessen bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen ermöglicht deren preisgünstige Massenproduktion mit hohen Prozessgeschwindigkeiten. Um möglichst gleichmäßige elektrische Werte und die Funktionsfähigkeit eines elektronischen Bauelements zu erreichren, müssen die einzelnen elektrischen Funktionsschichten, aus denen das elektronische Bauelement aufgebaut wird, nacheinander gebildet und dabei übereinander in richtigen Lage und Anordnung gemäß einem vorgegebenen Layout positioniert werden. Je höher die Geschwindigkeit das Substrats und/oder der Strukturierungseinheit im kontinuierlichen Prozess gewählt wird, desto wahrscheinlicher ist ein Auftreten von Abweichungen im Bereich von der idealen Positionierung der elektrischen Funktionsschichten im Hinblick auf weitere, bereits auf dem Substrat vorhandene elektrische Funktionsschichten.
  • Eine direkte Bildung und gleichzeitige Strukturierung der elektrischen Funktionsschicht erfolgt vorzugsweise durch ein Druckverfahren. Alternativ kann eine elektrische Funktionsschicht aber auch mittels Laser oder Ätztechnik erst nach deren Bildung strukturiert werden. In beiden Fällen wird prozessabhängig ein Flächenanteil der elektrischen Funktionsschicht außerhalb der idealen Position, die durch das Layout vorgegeben war, ausgebildet.
    •
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements bereitzustellen, das auch bei hohen Prozessgeschwindigkeiten zu einem funktionsfähigen, elektronischen Bauelement mit den gewünschten elektrischen Kennwerten führt.
  • Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei das elektronische Bauelement mit, senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen, mindestens zwei übereinander und zumindest in einem Flächenbereich F überlappend angeordneten elektrischen Funktionsschichten ausgebildet wird, wobei die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten auf dem Substrat direkt oder indirekt in einem kontinuierlichen Prozess strukturiert werden, wobei das Substrat relativ zu einer Strukturierungseinheit bewegt wird, dadurch gelöst, dass
    • a) eine erste elektrische Funktionsschicht der mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten so strukturiert wird, dass eine erste Längendimension (L1) der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats und in einer Relativ-Bewegungsrichtung des Substrats relativ zu der Strukturierungseinheit um mindestens 5μm länger, vorzugsweise um mehr als 1mm langer, ausgebildet wird als eine Längendimension (LF) das Flachenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats, und/oder dass
    • b) eine erste elektrische Funktionsschicht der mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten so strukturiert wird, dass eine erste Breitendimension (B1) der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats und senkrecht zu einer Relativ-Bewegungsrichtung des Substrats relativ zu der Strukturierungseinheit um mindestens 5μm breiter, vorzugsweise um mehr als 1mm breiter, ausgebildet wird als eine Breitendimension (BF) des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche das Substrats.
  • Etwaige, zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Funktionsschichten benötigte elektrische Leitungen oder Bahnen werden dabei als nicht zur jeweiligen Funktionsschicht zugehörig betrachtet.
  • Wird das Substrat relatitv zur Strukturierungseinheit bewegt, so wird darunter verstanden, dass entweder das Substrat selbst und oder die Strukturierungseinheit bewegt werden kann. Dabei kann entweder nur das Substrat bewegt werden und die Strukturierungseinheit dabei unbeweglich sein, oder die Strukturierungseinheit beweglich und das Substrat dabei unbeweglich sein, oder aber sowohl das Substrat als auch die Strukturierungseinheit beweglich sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine nach der Bildung einer derart dimensionierten ersten elektrischen Funktionsschicht zu bildende und im Hinblick auf die erste elektrische Funktionsschicht auszurichtende weitere elektrische Funktionsschicht mit äußerst geringem Aufwand zu positionieren, da eine geringfügige Abweichung von der idealen Positionierung der weiteren elektrischen Funktionsschicht sich nicht auf die Funktionsfähigkeit und die elektrischen Kennwerte des elektronischen Bauelements auswirkt. Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildetes elektronisches Bauelement toleriert demnach in Relativ-Bewegungsrichtung und/oder senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung eine Abweichung vom Layout in der Positionierung der ersten elektrischen Funktionsschicht gegenüber einer weitren elektrischen Funktionsschicht, je nach Lage der idealen Position der ersten elektrischen Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F. Dadurch kann die Prozessgeschwindigkeit weiter erhöht und die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von defekten elektronischen Bauelementen vermindert werden.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die erste Längendimension der ersten elektrischen Funktionsschicht in Relativ-Bewegungsrichtung um 50 bis 500μm länger ausgebildet wird als die Längendimension das Flächenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung. Diese Auslegung stellt einen Kompromiss dar zwischen dem durch das Verfahraren erforderlichen zusätzlichen Platzbedarf für die elektrischen Funktionsschichten und der Wahrscheinlichkeit eines Erzielens eines nicht oder nur eingeschränkt funktionierenden Bauelements.
  • Es hat sich bewährt, wenn die erste elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart positioniert wird, dass ein erster Flächenschwerpunkt der ersten elektrischen Funktionsschicht und ein Flächenschwerpunkt des Flächenbereichs F senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen im Layout übereinander liegen. Dadurch überragt in Fall a) die erste elektrische Funktionsschicht gemäß Layout den Flächenbereich F in Relativ-Bewegungsrichtung sowohl vorne als auch hinten, so dass ein Flächenschwerpunkt einer weiteren elektrischen Funktionsschicht in Relativ-Bewegungsrichtung sowohl mit einer negativen als auch positiven Abweichung von seiner idealen Position gemäß Layout positioniert werden kann. In Fall b) überragt die erste elektrische Funktionsschicht gemäß Layout den Flächenbereich F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung an beiden Seiten, so dass ein Flächenschwerpunkt einer weiteren elektrischen Funktionsschicht senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung sowohl mit einer negativen als auch positiven seitlichen Abweichung von seiner idealen Position gemäß Layout positioniert werden kann.
  • Liegt lediglich der Fall a) vor, so ist es weiterhin möglich, anstatt den Fall a) mit Fall b) zu kombinieren, dass eine zweite elektrische Funktionsschicht der mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten so strukturiert wird, dass eine zweite Breitendimension der zweiten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats und senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens 5μm breiter, vorzugsweise um mehr als 1mm breiter, ausgebildet wird als eine Breitendimension des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats. Dadurch ist ebenfalls gewährleistet, dass eine unterschiedliche Positionierung des Substrats in der Ebene des Substrats senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung gesehen beim nacheinander erfolgenden Bilden der ersten und zweiten elektrischen Funktionsschichten weitgehend toleriert werden kann.
  • Dabei hat es sich bewährt, wenn die zweite elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F im Layout derart positioniert wird, dass ein zweiter Flächenschwerpunkt der zweiten elektrischen Funktionsschicht und der Flächenschwerpunkt des Flächenbereichs F senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen übereinander liegen. Dadurch überragt die zweite elektrische Funktionsschicht im Layout den Flächenbereich F in Relativ-Bewegungsrichtung an beiden Seiten, so dass in Relativ-Bewegungsrichtung eine gegebenenfalls beim Drucken auftretende seitliche Abweichung der zweiten elektrischen Funktionsschicht von der idealen Position gemäß Layout toleriert werden kann.
  • Es hat sich bewährt, wenn als kontinuierlicher Prozess ein Druckprozess, wie ein Tiefdruck-, Hockdruck-, Flachdruck-, Durchdruck- oder Tampondruck-Verfahren verwendet wird. Unter einem Durchdruck wird hierbei ein Siebdruck oder Schablonendruck verstanden.
  • Derartige Druckverfahren lassen sich mit hohen Prozessgeschwindigkeiten durchführen. Dabei kann eine elektrische Funktionsschicht direkt mittels Drucken unmittelbar und bereits in der gewünschten Form auf dem Substrat gebildet werden.
  • Weiterhin hat sich bewährt, wenn als kontinuierlicher Prozess ein Laserstrukturierungsverfahren oder ein Photolithographie-Strukturierungsverfahren verwendet wird, wobei unter dem Begriff Photolithographie-Strukturierungsverfahren hier generell alle mit Masken oder Maskierungsschichten arbeitenden Ätzverfahren verstanden werden.
  • Durch derartige Verfahren ist die indirekte Ausbildung beziehungsweise Formgebung einer elektrischen Funktionsschicht, die auf dem Substrat beispielsweise mittels Aufdampfen oder Sputtern gebildet werden ist, möglich. Dabei wird beispielsweise eine aufgedampfte elektrische Funktionsschicht bereichsweise mittels Laser entfernt. Bei der Positionierung des Lasers im Hinblick auf die bereichs auf dem Substrat gebildete elektrische Funktionsschicht ergeben sich dabei üblicherweise geringe Abweichungen zur idealen Position, so dass eine Abweichung der gebildeten elektrischen Funktionsschicht zum Layout resultiert.
  • Wird ein Photolack vollflächig auf eine elektrische Funktionsschicht aufgetragen, über eine Maske belichtet, die nicht gehärteten Bereiche des Lacks entfernt, ein Ätzprozess durchgeführt und anschließend der Photolack entfernt, so ergeben sich durch geringe Abweichungen bei der Positionierung der Maske von ihrer idealen Position auch für die gebildete elektrische Funktionsschicht gegenüber dem Layout Lageabweichungen.
  • Weiterhin kann die elektrische Funktionsschicht beispielsweise mit einer ätzresistenten Maskenschicht bereits in den gewünschten Bereichen bedruckt und die nicht bedruckten Bereiche der elektrischen Funktionsschicht durch Ätzen entfernt werden. Anschließend wird die ätzresistente Maskenschicht abgelöst und die darunter verbliebenen, in der gewünschten Form strukturierten Bereiche der elektrischen Funktionsschicht freigelegt. Beim Drucken der Maskenschicht ergeben sich wie beim direkten Druck einer elektrischen Funktionsschicht ebenso Abweichungen von der idealen Position. Diese übertragen sich von der Maskenschicht direkt auf die damit strukturierte elektrische Funktionsschicht.
  • Weiterhin hat sich bewährt, wenn als kontinuierlicher Prozess ein Tintenstrahl-Strukturierungsverfahren verwendet wird, wobei hohe Prozessgeschwindigkeiten möglich sind. Dabei kann eine elektrische Funktionsschicht mittels Tintenstrahldruck unmittelbar und bereits in der gewünschten Form auf dem Substrat gebildet werden. Das Tintenstrahlverfahren ermöglicht aber auch den Auftrag einer Maskenschicht, um eine zuvor gebildete elektrische Funktionsschicht damit zu strukturieren.
  • Vorzugsweise wird eine Relativ-Geschwindigkeit des Substrats gegenüber der Strukturierungseinheit im kontinuierlichen Prozess im Bereich von 0,5 bis 200 m/min, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 100 m/min, gewählt. Dies ermöglicht eine Messenfertigung von elektronischen Bauelementen bei geringen Herstellungskasten.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn als Substrat ein flexibles Substrat, insbensondere eine langgestreckte Kunststoff-Folie, welche gegebenfalls mehrschichtig ist, eingesetzt wird. Geeignet sind hierbei beispielsweise Kunststoff-Folien aus Polyester, Polyethylen, Polyethylenterephthalat oder Polyimid.
  • Es sich bewährt, wenn eine Dicke des Substrats im Bereich von 6μm bis 200μm vorzugsweise im Bereich von 12μm bis 50μm, gewählt wird.
  • Bei einem flexiblen Substrat ist es insbesondere von Vorteil, wenn während des kontinuierlichen Prozesses ein Transport von Rolle zu Rolle vorgenommen wird. Dabei wird das unbeschichtete flexible Substrat auf eine Rolle aufgewickelt, das Substrat von der Rolle abgezogen und durch eine Prozessmaschine geführt, dabei strukturiert und schließlich als beschichtetes Substrat auf eine weitere Rolle aufgewickelt. Dies ermöglicht die Verarbeitung langer Substratbänder, wobei die Positionierung gegenüber der Prozessmaschine nur einmal zu Beginn einer neuen Substratrolle erfolgen muss.
  • Es hat sich bewährt, wenn die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten mit jeweils einer Schichtdicke im Bereich von 1nm bis 100μm, vorzugsweise im Bereich von 10nm bis 300nm, ausgebildet werden.
  • Die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten können im Querschnitt durch das substrat gesehen im elektronischen Bauelement direkt aneinander angrenzend angeordnet werden. Die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten befinden sich somit in direktem Kontakt zueinander.
  • Alternativ kann zwischen den mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten im Querschnitt durch das Substrat gesehen im elektronischen Bauelement mindestens eine dritte elektrische Funktionsschicht mindestens im Flächenbereich F angeordnet werden. Dia mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten befinden sich somit nicht in direktem Kontakt zueinander.
  • Dabei hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine dritte elektrische Funktionsschicht senkrecht zur Oberfläche des Substrats gesehen den Flächenbereich F allseitig überragt, wobei eine dritte Längendimension der mindestens einen dritten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats und in Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens 5μm länger, vorzugsweise um mehr als 1mm länger, ausgebildet wird als die Langendimension des Flächenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats und wobei eine dritte Breitendimension der dritten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats und senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens 5μm breiter, vorzugsweise um mehr als 1mm breiter, ausgebildet wird als Breitendimension des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats.
  • Vorzugsweise wird die erste elektrische Funktionsschicht als eine oder mehrere, insbesondere organische, Elektrode(n) ausgebildet.
  • Als leitfähige „organische" Materialien werden hier alle Arten von organischen, metallorganischen und anorganischen Kunststoffen angesehen, die im Englischen mit "plastics" bezeichnet werden. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches Material als Kohlenstoffe enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, sondern es ist vielmehr auch an den Einsatz von beispielsweise Silikonen gedacht. Weiterhin soll der Begriff keinerlei Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien unterliegen, sondern es ist durchaus auch auch der Einsatz von „small molecules" möglich.
  • Als elektrisch leitfähige organische Materialien haben sich unter anderem Polyanilin oder Polypyrrol bewährt.
  • Als Elektrodenschicht für die erste elektrische Funktionsschicht eigenen sich aber auch aufgedampfte oder gesputterte Metallschichten, beispielsweise aus mindestens einem der Materialien Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Platin, Titan oder ähnlichem. Diese werden dann vorzugsweise mittels Laser oder Ätzen strukturiert.
  • Befindet sich die zweite elektrische Funktionsschicht in direktem Kontakt zur ersten elektrischen Funktionsschicht, dann hat es sich bewährt, wenn die zweite elektrische Funktionsschicht als, insbesondere organische, elektrische Isolationsschicht oder, insbesondere organische, Halbleiterschicht ausgebildet wird. Als organisches Isolationsmaterial hat sich unter anderem Polyvinylphenol bewährt. Als organisches Halbleitermaterial eignet sich beispielsweise Polythiophen.
  • Werden die erste und die zweite elektrische Funktionsschicht beabstandet voneinander angeordnet, so hat es sich bewährt, wenn die zweite elektrische Funktionsschicht als eine oder mehrere, insbesondere organische, Elektrode(n) ausgebildet wird. Als elektrisch leitfähige Materialien sind dabei ebenfalls die bereits oben für die als Elektrode ausgebildete erste elektrische Funktionsschicht genannten Materialien verwendbar.
  • Vorzugsweise wird als elektronisches Bauelement ein Feldeffekttransistor, ein Kondensator, eine Diode oder ein Bauelement mit mindestens einem Via, jeweils insbesondere mit mindestens einer organischen elektrischen Funktionsschicht, ausgebildet. Unter einem Via wird eine Öffnung, üblicherweise senkrecht zur Substratebene, verstanden, über welche eine elektrische Verbindung zwischen nicht direkt miteinander in Kontakt stehenden elektrischen Funktionsschichten eines Funktionsschichtstapels hergestellt wird. Auch bei der Ausbildung von Vias, beispielsweise über ein Ätzverfahren unter Einsatz einer Strukturierungsschicht, kann es zu Versetzungen der oben beschriebenen Art kommen, wobei eine Abweichung der Lage eines Vias von der idealen Position gemäß Layout über das erfindungsgemäße Verfahren ausgaglichen kann.
    •
  • Die 1a bis 3b sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt:
  • 1a eine Draufsicht auf ein beschichtetes Substrat,
  • 1b einen Querschnitt A-A' durch das beschichtete Substrat gemäß 1a,
  • 2a ein Draufsicht auf ein weiteres beschichtetes Substrat,
  • 2b einen Querschnitt B-B' dadurch das beschichtete Substrat gemäß 2a,
  • 3a eine Draufsicht auf ein weiteres beschichtetes Substrat, und
  • 3b einen Querschnitt C-C' durch das beschichtete Substrat gemäß 3a.
  • 1a zeigt eine Draufsicht auf ein Substrat 1 aus PET-Folie, welches mit drei elektrischen Funktionsschichten 2, 3, 4 zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, hier einer Diode, auf der Oberfläche des Substrats 1 bedruckt wurde. Senkrecht zur Oberfläche des Substrats 1 gesehen sind die elektrischen Funktionsschichten 2, 3, 4 übereinander und zumindest in einem Flächenbereich F überlappend angeordnet. Die elektrische Funktionsschicht 2 bildet dabei eine erste elektrische Funktionsschicht aus, wobei eine erste Längendimension L1 der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats 1 und in Relativ- Bewegungsrichtung des Substrats 1 während des Bedruckens (in 1a durch einen Pfeil links im Bild gekennzeichnet) um etwa 25μm länger ausgebildet wird als eine Längendimension LF des Flächenbereiche F in Druckrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die erste elektrische Funktionsschicht ist aus elektrisch leitendem Material, hier Kupfer, als Elektrode ausgebildet. Die elektrische Funktionsschicht 3 bildet eine zweite elektrische Funktionsschicht, die durch eine dritte elektrische Funktionsschicht 4 aus Poly3alkylthiphene von der ersten Funktionsschicht beabstandet ist. Die zweite elektrische Funktionsschicht ist aus Silber gebildet. Die zweite elektrische Funktionsschicht ist so ausgebildet worden, dass eine zweite Breitendimension B2 der zweiten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats 1 und senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens etwa 50μm breiter ausgebildet ist als eine Breitendimension BF des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die zur elektrischen Kontaktierung dar ersten und zweiten elektrischen Funktionsschichten selbstverständlich erforderlichen elektrisch leitenden Zuleitungen oder Bahnen wurden nicht dargestellt.
  • 1a zeigt den Idealfall gemäß dem Drucklayout für das elektronische Bauelement, bei welchem die erste elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart positioniert ist, dass ein erster Flächenschwerpunkt der ersten elektrischen Funktionsschicht und ein Flächenschwerpunkt SF des Flächenbereichs F senkrecht zum Substrat 1 gesehen übereinander liegen und die zweite elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart positioniert ist, dass ein zweiter Flächenschwerpunkt der zweiten elektrischen Funktionsschicht und der Flächenschwerpunkt SF des Flächenbereichs F senkrecht zum Substrat 1 gesehen ebenfalls übereinander liegen. In der Praxis ist dies allerdings aufgrund der beim strukturieren auftretenden Abweichungen nicht der Fall.
  • Der in 1a gezeigte Schichtaufbau ist tolerant gegenüber einer solchen Abweichung beziehungsweise Versetzung der ersten Funktionsschicht in Relativ-Bewegungsrichtung und/oder einer Abweichung beziehungsweise Versetzung der zweiten Funktionsschicht senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung im Hinblick auf den dargestellten Idealfall gemäß dem Layout.
  • 1b zeigt einen Querschnitt A–A' durch das bedruckte Substrat aus 1a, wobei das Substrat 1 und die darauf gedruckten elektrischen Funktionsschichten 2, 3, 4 zu erkennen sind. Dabei bildet die elektrische Funktionsschicht 2 die erste elektrische Funktionsschicht, die elektrische Funktionsschicht 3 die zweite elektronische Funktionsschicht und die elektrische Funktionsschicht 4 eine dritte elektrische Funktionsschicht.
  • 2a zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres bedrucktes Substrat 1 aus PET-Folie, welches mit drei elektrischen Funktionsschichten 2', 3', 4' zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, hier eines Kondensators, auf der Oberfläche des Substrats 1 bedruckt ist. Senkrecht zur Oberfläche des Substrats 1 gesehen sind die elektrischen Funktionsschichten 2', 3', 4' übereinander und zumindest in einem Flächenbereich F überlappend angeordnet. Die elektrische Funktionsschicht 2' bildet dabei eine erste elektrische Funktionsschicht aus, wobei eine erste Längendimension L1 der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats 1 und in relativ-Bewegungsrichtung des Substrats 1 während des Bedruckens des Substrats 1 (in 2a durch einen Pfeil links im Bild gekennzeichnet) um etwa 1mm länger ausgebildet wird als eine Längendimension LF des Flächenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die erste elektrische Funktionsschicht ist aus elektrisch leitendem Material, hier Kupfer, als elektrode ausgebildet. Die elektrische Funktionsschicht 3' bildet eine weitere elektrische Funktionsschicht, die durch eine dritte elektrische Funktionsschicht 4' aus elektrisch isolierendem Polymer von der ersten Funktionsschicht beabstandet ist. Die weitere elektrische Funktionsschicht ist als als Silberelektrode ausgebildet.
  • Die erste elektrische Funktionsschicht ist so ausgebildet worden, dass eine erste Breitendimension B1 der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats 1 und senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung etwa 600μm breiter ausgebildet ist als eine Breiterdimension BF des Flächenbereichs F senkrecht zur Druckrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die zur elektrischen Kontaktierung der ersten und weiteren elektrischen Funktionsschicht erforderlichen elektrisch leitenden Zuleitungen oder Bahnen wurden nicht dargestellt.
  • 2a zeigt den Idealfall gemäß dem Drucklayout für das elektronische Bauelement, bei welchem die erste elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart positioniert ist dass, ein erster Flächenschwerpunkt der ersten elektrischen Funktionsschicht und ein Flächenschwerpunkt SF des Flächenbereichs F senkrecht zum Substrat 1 gesehen übereinander liegen und die dritte sowie die weitere elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart positioniert sind, dass deren jeweiliger Flächenschwerpunkt und der Flächenschwerpunkt SF des Flächenbereich F senkrecht zum Substrat 1 gesehen ebenfalls übereinander liegen. In der Praxis ist dies allerdings aufgrund der beim Drucken auftretenden Abweichungen nicht der Fall. Der in 2a gezeigte Schichtaufbau ist tolerant gegenüber einer solchen Abweichung beziehungsweise Versetzung der ersten Funktionsschicht in Relativ-Bewegungsrichtung und/oder einer Abweichung beziehungsweise Versetzung der ersten Funktionsschicht senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung im Hinblick auf den dargestellten Idealfall gemäß dem Drucklayout.
  • 2b zeigt einen Querschnitt B-B' durch das bedruckte Substrat 1 aus 2a, wobei das Substrat 1 und die darauf gedruckten elektrischen Funktionsschichten 2', 3', 4' zu erkennen sind. Dabei bildet die elektrische Funktionsschicht 2' die erste elektrische Funktionsschicht, die elektrische Funktionsschicht 3' bildet die weitere elektrische Funktionsschicht und die elektrische Funktionsschicht 4' bildet die dritte elektrische Funktionsschicht.
  • 3a zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres bedrucktes Substrat 1 aus PET-Folie, welches mit zwei elektrischen Funktionsschichten 2, 3 als Vorstadium zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, hier beispielsweise eines organischen Feldeffektortransistors (OFET), auf der Oberfläche des Substrats 1 bedruckt ist Senkrecht zur Oberfläche des Substrats 1 gesehen sind die elektrischen Funktionsschichten 2, 3 übereinander und zumindest in einem Flächenbereich F (begrenzt durch eine fettgedruckte Line) überlappend angeordnet. Die elektrische Funktionsschicht 2 bildet dabei eine erste elektrische Funktionsschicht aus, wobei eine erste Längendimension L1 der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats 1 und in einer Relativ-Bewegungsrichtung des Substrats 1 während des Bedruckens des Substrats 1 (in 3a durch einen Pfeil links im Bild gekennzeichnet) um etwa 1mm länger ausgebildet wird als eine Längendimension LF des Flächenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die erste elektrische Funktionsschicht ist aus halbleitenden Material, hier Polyalkylthiophen, ausgebildet. Die elektrische Funktionsschicht 3 bildet eine weitere elektrische Funktionsschicht. Die weitere elektrische Funktionsschicht ist aus Silber gebildet und in Form von zwei Kammstrukturen, die die Source- und Drain-Elektroden des OFET ausbilden sollen, gestaltet. Nachdem die elektrische Funktionsschicht 3 hier eine unregelmäßige Form besitzt, wird der Flächenbereich F in diesem Fall so definiert, dass die maximalen äußeren Abmessungen (in Relativ-Bewegungsdichtung und senkrecht dazu) der elektrischen Funktionsschicht 3 den Umfang des Flächenbereichs F vorgeben, obwohl innerhalb des so definierten Flächenbereichs F nicht an jeder Stelle eine Überlappung der beiden elektrischen Funktionsschichten vorliegt. Diese Definition des Flächenbereichs F ist hier zweckmäßig, da es beim Bedrucken der Kammstruktur mit der ersten Funktionsschicht darauf ankommt, die Kammstruktur vollständig zu bedecken.
  • Die erste elektrische Funktionsschicht ist so ausgebildet worden, dass eine erste Breitendimension B1 der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats 1 und senkrecht zur Relativ-Bewegungseinrichtung etwa 1mm breiter ausgebildet ist als eine Breitendimension BF des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die zur elektrischen Kontaktierung der ersten und weiteren elektrischen Funktionsschichten gegebenenfalls erforderlichen elektrisch leitenden Zuleitungen oder Bahnen wurden nicht dargestellt.
  • 3a zeigt den Idealfall gemäß dem Drucklayout für das elektronische Bauelement, bei welchem die erste elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart positioniert ist, dass ein erster Flächenschwerpunkt der ersten elektrischen Funktionsschicht und ein Flächenschwerpunkt SF des Flächenbereichs F senkrecht zum Substrat 1 gesehen übereinander liegen und die weitere elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F derart poisitioniert ist, dass deren Flächenschwerpunkt und der Flächenschwerpunkt SF des Flächenbereichs F senkrecht zum Substrat 1 gesehen ebenfalls übereinander liegen. In der Praxis wird dies allerdings aufgrund der beim Drucken auftretenden Abweichungen nicht der Fall sein. Der in 3a gezeigte Schichtaufbau ist tolerant gegenüber einer solchen Abweichung beziehungsweise Versetzung der ersten Funktionsschicht in Relativ-Bewegungsrichtung und/oder einer Abweichung beziehungsweise Versetzung der ersten Funktionsschicht senkrecht zur Relativ- Bewegungsrichtung im Hinblick auf den dargestellten Idealfall gemäß dem Drucklayout.
  • 3b zeigt Querschnitt C-C' durch das bedruckte Substrat 1 aus 3a, wobei das Substrat 1 und die darauf gedruckten elektrischen Funktionsschichten 2, 3 zu erkennen sind. Dabei bildet die elektrische Funktionsschicht 2 die erste elektrische Funktionsschicht und die elektrische Funktionsschicht 3 eine weitere elektrische Funktionsschicht.
  • Es wird darauf hingeweisen, dass die Figurendarstellungen 1a bis 3b den Grundgedanken der Erfindung lediglich beispielhaft erläutern und dass sich für den Fachmann aus dem Gesamtzusammenhang viele weitere Möglichkeiten ergeben, das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Bildung von elektrischen Funktionsschichten anderer elektrischer Bauelemente in kontinuierlichen Prozessen einzusetzen dabei den Erfindungsgegenstand zu verlassen.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements auf einer Oberfläche eines Substrats (1), wobei das elektronische Bauelement mit, senkrecht zur Oberfläche des Substrats (1) gesehen, mindestens zwei übereinander und zumindest in einem Flächenbereich F überlappend angeordneten elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') ausgebildet wird, wobei die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') auf dem Substrat (1) direkt oder indirekt in einem kontinuierlichen Prozess strukturiert werden, wobei das Substrat (1) relativ zu einer Strukturierungseinheit bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine erste elektrische Funktionsschicht der mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') so strukturiert wird, dass eine erste Längendimension (LF) der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und in einer Relativ-Bewegungunsrichtung des Substrats (1) relativ zu der Strukturierungseinheit um mindestens 5μm länger, vorzugsweise um mehr als 1mm länger, ausgebildet wird als eine Längendimension (LF) des Flächenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats (1), und/oder dass b) eine erste elektrische Funktionsschicht der mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') so strukturiert wird dass eine erste Breitendimension (B1) der ersten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und senkrecht zu einer Relativ-Bewegungsrichtung des Substrats (1) relativ zu der Strukturierungseinheit um mindestens 5μm breiter, vorzugsweise um mehr als 1mm breiter, ausgebildet wird als eine Breitendimension (BF) des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längendimension (LF) der ersten elektrischen Funktionsschicht in Relativ-Bewegungsrichtung um 50 bis 500μm länger ausgebildet wird als als Längendimension (LF) des Flächenbereichs F in Relativ-Bewegunsrichtung.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flächenbereich F in einem Layout derart positioniert wird, dass ein erster Flächenschwerpunkt der ersten elektrischen Funktionsschicht und ein Flächenschwerpunkt (SF) des Flächenbereichs F senkrecht zum Substrat (1) gesehen übereinander liegen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für Fall a) eine zweite elektrische Funktionsschicht der mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') so strukturiert wird, dass eine zweite Breitendimension (B2) der zweiten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens 5μm breiter, vorzugsweise um mehr als 1mm breiter, ausgebildet wird als eine Breitendimension (BF) des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats (1).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Funktionsschicht im Hinblick auf den Flachenbereich F in einem Layout derart positioniert wird, dass ein zweiter Flächenschwerpunkt der zweiten elektrischer Funktionsschicht und der Flächenschwerpunkt (SF) des Flächenbereich F senkrecht zum Substrat (1) gesehen übereinander liegen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als kontinuierlicher Prozess ein Druckprozess, wie ein Tiefdruck-, Hockdruck-, Flachdruck-, Durchdruck-, oder Tampondruck-Verfahren, ein Laserstrukturierungsverfahren, ein Photolithographie-Strukturierungsverfahren oder Tintenstrahl-Strukturierungsverfahren eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativ-Geschwindigkeit des Substrats (1) gegenüber der Strukturierungseinheit im kontinuierlichen Prozess im Bereich von 0,5 bis 200 m/min, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 100 m/min, gewählt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (1) ein flexibles Subtrat, insbesondere eine langgestreckte Kunststoff-Folie, welche gegebenenfalls mehrschichtig ist, eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Substrats (1) im Bereich von 6μm bis 200μm, vorzugsweise im Bereich von 12μm bis 50μm, gewählt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Substrat während des kontinuierlichen Prozesses von Rolle zu Rolle transportiert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') mit jeweils einer Schichtdicke im Bereich von 1nm bis 100μm, vorzugsweise im Bereich von 10nm bis 300nm, ausgebildet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') im Querschnitt durch das Substrat (1) gesehen im elektronischen Bauelement direkt aneinander angrenzend angeordnet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei elektrischen Funktionsschichten (2, 2', 3, 3', 4, 4') im Querschnitt durch das Substrat (1) gesehen im elektronischen Bauelement mindestens eine dritte elektrische Funktionsschicht mindestens im Flächenbereich F angeordnet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dritte elektrische Funktionsschicht senkrecht zur Oberfläche des Substrats (1) gesehen den Flächenbereich F allseitig überragt, wobei eine dritte Längendimension der mindestens einen dritten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und in Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens 5μm länqer, vorzugsweise um mehr als 1mm länger, ausgebildet wird als die Längendimension (LF) des Flächenbereichs F in Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und wobei eine dritte Breitendimension der dritten elektrischen Funktionsschicht parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung um mindestens 5μm breiter, vorzugsweise um mehr als 1mm breiter, ausgebildet wird als eine Breitendimension (BF) des Flächenbereichs F senkrecht zur Relativ-Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des Substrats (1).
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Funktionsschicht als eine oder mehrere, insbesondere organische, Elektrode(n) ausgebildet wird.
  16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Funktionsschicht als, insbesondere organische, elektrische Isolationsschicht oder, insbesondere organische, Halbleiterschicht ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Funktionsschicht als eine oder mehrere, insbesondere organische, Elektrode(n) ausgebildet wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronisches Bauelement ein Feldeffekttransistor, ein Kondensator, eine Diode oder ein Bauelement enthaltend mindestens ein Via, jeweils insbesondere mit mindestens einer organischen elektrischen Funktionsschicht, ausgebildet wird.
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