CN101970714A - 多通道真空镀膜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道镀膜系统和基材通过系统涂覆多层膜的方法。该系统内至少连接有一个真空泵，用于在系统内部建立真空；系统内也至少包括一个基材能在其中涂覆膜层的镀膜区以及至少一个用于将基材在系统外部的常压和系统内部的真空间进行切换的传送锁。为了使基材在系统间移动，系统内包括了一个传送装置，用于使一个或多个基材在移出系统前至少通过镀膜区两次。

Description

多通道真空镀膜系统
技术领域
本发明涉及镀膜系统。更具体地说，本发明涉及一种采用淀积方法进行镀膜的多通道镀膜系统。
发明背景
在真空中，塑料基材可以通过化学气相沉积系统特别是等离子体增强式化学沉积(PECVD)系统进行镀膜，例如，在美国专利US 6397776和US 6872428的图9和10中描述说明的膨胀式热等离子体(ETP)镀膜系统。在这些真空镀膜系统中，等离子体源或等离子体发生器在包括一个或多个镀膜区的真空室内排成一个阵列。这些等离子体源可以排成垂直阵列，其高度与镀膜系统内需要镀膜的基材高度一致。通常在一个膜层淀积的过程中，一系列基材按顺序通过一个加热区和一个(或一系列)镀膜区。如果基材上的膜层为多层或为包含多个子层(sub-layer)的膜层，一般地每一膜层或者子层需要一个单独的镀膜区域。
由载架(即传送装置)通过同一个通道沿一个方向传送基材的真空镀膜系统被称为连续串联(in-line)真空镀膜系统。位于第一个镀膜区前、最后一个镀膜区后的传送锁(transfer lock)用来将基材或载架从真空镀膜系统外部(如在常压下)自动输送到真空系统内部，然后再将其输送到系统外部。在一个连续串联真空镀膜系统中，一系列密集排列的基材载架横贯一连串的镀膜区域，每一个镀膜区用来涂覆特定的膜层或薄膜子层到基材上，这样有可能得到最大的年处理容量，从而使单位产量预期资本投入最低。
然而，在某些情况下，对镀膜材料的需求量可能并不能使连续串联真空镀膜系统的可利用空间得到充分应用。比如下面两例就属此种情况：1)新的真空镀膜系统初始启动阶段；2)镀膜材料市场需求有限。
真空镀膜系统中所需投资与每个等离子体源相关，这表明成本取决于所需电源以及质量流量控制器、真空泵和组成等离子体源的机械构件的数量。因此，减少等离子体源(统一地通过整个阵列)的数目，有可能使总投资减少，不过这会降低整个阵列的有效高度。这种方式的优势在于可以相对快速地将等离子体膨胀至整个阵列空间。其不足之处在于相对减少了基材能被涂覆的高度范围以及只能小范围地(远远少于50％)减少所需投资额。同时也可以通过降低镀膜系统基础结构(传送锁和真空室)的高度来进一步降低成本，不过这会让上面提到的膨胀优势消失掉。
真空镀膜系统可以配置成在初始时容量较小，但在需要时也能够方便地将其改进以增大其容量，这样的真空镀膜系统可以降低建设、安装和运行所需的初始资金投入。
发明内容
本发明提供了一种连续串联真空镀膜系统的替代方案，以及一种减少初始投资的、在真空中给塑料基材镀膜的方法。该系统也能够在需要时，以最少的投入增大系统的总镀膜生产容量。因此，当需要逐渐增大系统总的镀膜容量时，本发明的真空镀膜系统能够继续使用镀膜系统中已有的基础设施和组件，而不需将其全部替换掉。
因此，本发明提供了一种多通道真空镀膜系统和方法，用于给通过该系统的基材涂覆多层薄膜。该系统包括至少一个与系统相连的、用于在系统内建立真空的真空泵，还包括至少一个能给基材涂覆单层膜的镀膜区和至少一个实现基材在系统外的常压和系统内的真空之间切换的传送锁。为了能在系统内移动基材，该系统中配置有一个传送装置，其能够让基材在移出系统前至少通过镀膜区两次。
一方面，本发明提供了一种给通过系统的基材涂覆多层膜的多通道真空镀膜系统。该系统包括：与系统连接的至少一个用于在系统内部建立真空的真空泵；多个区，其包括至少一个能给基材镀单层膜的镀膜区；多个区内还包括至少一个用于将基材在系统外部的常压和系统内部的真空之间进行切换的传送锁；以及一使一个或多个基材在移出系统前至少通过镀膜区两次的传送装置。
本发明的另一方面，传送装置用于使基材从一个方向通过镀膜区，再反转运动方向，沿另一方向通过镀膜区。
另一方面，多个镀膜区中的其中一个进一步包括一卷取模块(take-up module)，所述卷取模块为传送装置的一部分，卷取模块用于在系统中反转基材的运动方向。
另一方面，卷取模块用来接收、承载以及分配多个基材使多个基材能够同时在镀膜系统中定位。
另一方面，系统中的卷取模块进一步包括一盒式装置(cassette mechanism)，该盒式装置用于分别接收和承载多个基材。
另一方面，多个区中的一个进一步包括一含有加热器的加热区模块，用于在基材镀膜前调整基材的温度。
另一方面，传送锁包括一个作为传送装置一部分的卷取模块，该卷取模块能反转系统内基材的运动方向，传送锁的所述卷取模块用于接收、承载和分配多个模块使多个模块能同时在系统中定位。
另一方面，传送锁为一入口传送锁，系统还包括一出口传送锁，入口传送锁和出口传送锁分别用于在系统内接收基材和将基材输出系统。
另一方面，多个区包括一再循环模块，再循环模块用于将移出系统的模块再次送回进入镀膜区涂覆另一层膜。
另一方面，再循环模块与一分离模块(splitter module)连接，分离模块用于将基材交替引入再循环模块或将其移出系统。再循环模块也与一合并模块(merge module)相连接，合并模块用于将来自再循环模块的基材再导回合并成一系列再进入镀膜区。
另一方面，至少部分模块的壁面与冷却系统相连，该冷却系统用于自动冷却模块的壁面，以减少对通过模块的基材造成的温度影响。
另一方面，本发明提供了一种给基材涂覆多层膜的方法。该法包括如下步骤：在系统内建立真空；通过传送锁将每个基材从镀膜系统外部移至系统内部；在加热区将每个基材加热至适宜镀膜的温度；使基材沿第一运动方向通过镀膜区，并在镀膜区给每个基材涂覆第一层膜；使基材再次通过镀膜区并在镀膜区给每个基材涂覆第二层膜；通过传送锁将每个基材从镀膜系统内部移至系统外部。
另一方面，基材第二次通过镀膜区的步骤为沿第二运动方向，该方向与第一运动方向不为同一方向。
另一方面，第二次通过镀膜区的运动方向与第一运动方向相反。
另一方面，基材再次通过镀膜区时沿第二方向，该运动方向与第一运动方向相同。
另一方面，基材第二次通过镀膜区的步骤包括基材通过系统时反转运动方向。
另一方面，反转步骤包括接收和承载多个基材，然后将其沿第二方向分配出去。
另一方面，多个基材同时移动通过系统。
另一方面，镀膜方法包括基材通过镀膜区两次以上，涂覆至基材上的膜层多于两层。
另一方面，基材通过镀膜区多于两次包括基材通过镀膜区时至少有一次未将相应膜层涂覆于基材上。
附图说明
图1为传统连续串联镀膜系统示意图，其中有两个镀膜区，能涂覆两层膜或子层膜；
图2为根据本发明设计的镀膜系统示意图，其中镀膜系统内一次只存在一个基材或基材载架；
图3为根据本发明设计的镀膜系统示意图，其中镀膜系统内同时有多个基材或基材载架；
图4为根据本发明设计的镀膜系统示意图，其中镀膜系统内同时有多个基材或基材载架，并且包括一个能反转基材方向的传送锁；
图5为根据本发明设计的镀膜系统示意图，其中镀膜系统内同时有多个基材或基材载架，并且包括两个能反转基材方向的传送锁；
图6为根据本发明设计的混合串联真空镀膜系统示意图。
具体实施方式
一方面，本发明与膨胀式热等离子体镀膜系统有关，其能够涂覆多层膜或一层包含多个子层的膜层。从下面的描述中可知，本发明中描述的各种真空镀膜系统结构，在比较其结构、容量和投资时，假定每种都能在基材上涂覆相似形状和大小的本质上类似的膜层。本发明中包括的膨胀式热等离子体镀膜系统的构造所需要的投资远远少于传统连续串联膨胀式热等离子体镀膜系统，其中减少的投资以镀膜容量作为代价。
另一方面，本发明主要涉及能在真空中涂覆膜层或子层于基材上的镀膜系统。尽管本发明描述的角度为基材的膜层或子层通过膨胀式热等离子体镀膜系统涂覆(e.g.，such as the 
Figure BPA00001189571600031
E900glazing by Exatec，LLC of Wixom，Michigan)，但是本领域技术人员要认识到本发明主要是在真空下给基材涂覆所有膜层。因此，包括本发明在内的真空镀膜系统并不总是包括一个膨胀式热等离子体源。需要注意的是下文描述使用的词“基材”，既包括直接通过镀膜系统中的传送装置操作的基材，也包括直接通过镀膜系统中的传送装置操作的承载一个或更多基材的载架本身。
如图1所示，其为一个连续串联真空镀膜系统，根据现有技术情况，该系统有较大镀膜基材容量，能容纳一系列密集排列的基材。基材沿一个方向连续不断地通过各个镀膜区，基材在每一个区内被涂覆一层膜或子层膜。这个传统的连续串联镀膜系统即为后面的参考镀膜系统10。如图所示，通过使用两个镀膜区，参考镀膜系统10用于涂覆两层膜或包含两个子层的一层膜。除了两个镀膜区18，参考镀膜系统10还包括两个交换锁12、多个缓冲区14、至少一个加热区16、一个隔离区20，每一个区都可以视为一个单独的模块组件。
基材或承载基材的载架在箭头22处从入口锁12进入系统10。同系统10的其他部分相同，入口锁12连接有一个或多个真空泵24，用于建立使镀膜系统运行的真空。一系列基材连续不断地由入口锁12进入，经缓冲区14进入到加热区16，将基材加热至适宜镀膜的温度。从加热区16出来的基材进入第一个镀膜区18，在此淀积第一层膜或子层膜。接着，基材进入隔离区20。隔离区20用来将第一个镀膜区18与后面的镀膜区隔离开来，防止各个膜层或子层的成分相互混合或淀积。离开隔离区20的基材进入第二镀膜区18′，在这里第二层膜或子层被淀积在前一层上面。这一层膜或子层与前面的一层膜或子层可能相同也可能不同。若要在系统10中涂覆另外的膜层或子层，那么系统10则应额外包括适当数目的隔离区20和镀膜区18，其数目要与所需额外膜层或子层的数目一致。最后一个膜层或子层涂覆后，镀好膜的基材被输送至缓冲区14′，然后再进入出口锁12′。从出口锁12′出来后，涂覆好的基材就离开系统10，再被输送到其他后处理工序，如图中箭头26所示。
图2-6描述的是根据本发明原理设计的镀膜系统的具体实施方式。这些系统不同于参考镀膜系统10之处在于每个基材在系统内至少反转一次方向，并且至少通过一个镀膜区两次。因此，在本发明中，基材通过至少一个镀膜区的次数多过一次。所以本发明具体实施方式在这里即指多通道镀膜系统。
组成本发明所述多通道镀膜系统基础结构的模块组件中有许多与参考镀膜系统10中使用的模块组件相似。因此，一些相同的模块可以在本发明的具体实施例的多通道镀膜系统中使用。同样，本发明的各种模块也可以用在参考镀膜系统10中。
本发明的多通道镀膜系统在如下描述的具体实施方式中包括一个单独的镀膜区。根据下述描写明显可知，多通道镀膜系统用来涂覆多层膜或涂覆子层膜，不过在下文中统一称为“膜层”。更具体说，图2和图3所示的多通道镀膜系统适宜涂覆两层膜，而在图4、5和图6中所示的多通道镀膜系统适合涂覆多于两层的膜层。
相对于参考镀膜系统10，本发明涉及的多通道镀膜系统的额定容量较小，其原因有两个，如公式(1)所示。
Cm/Cr＝(Zm/SL)×(Um/Ur)              (1)
其中：
Cm为多通道镀膜系统的额定容量
Cr为参考镀膜系统的额定容量
Zm为多通道镀膜系统的镀膜区数目
SL为镀膜层的膜层数目
Um为多通道镀膜系统镀膜区的利用率
Ur为参考镀膜系统镀膜区的利用率
公式(1)中因子(Zm/SL)表明容量与可利用的镀膜区数目成正比，其中(Zm)为多通道镀膜系统中可利用镀膜区数目，相当于参考镀膜系统10中的(SL)。第二个因子(Um/Ur)表明容量也与镀膜区的利用率成正比。换而言之，容量也与基材在每个镀膜区自动镀膜所需时间量成正比。为了便于计算，该使用时间被假定为在所有镀膜区镀膜时相同。由于在参考镀膜系统10中基材连续进入一个镀膜区，Ur值近似等于公式(2)计算所得值。
Ur＝L/(L+Gr)                  (2)
其中：
L为在运动方向上基材的长度；
Gr为各相连基材间的间隙。在实际过程中，在传送装置允许的范围内Gr值相对L而言很小，所以Ur接近单位1。
下面对图2作一说明，该图描述的是本发明原理的多通道镀膜系统30。与图1中所示的参考镀膜系统10相同，镀膜系统30能涂覆两层膜。不过多通道镀膜系统30的投资总额要少于参考镀膜系统10。这是因为镀膜系统30中的很多镀膜区包括其相关基础结构如膨胀式热等离子体源阵列、电源、质量流量控制器等的数量都只有参考镀膜系统10的一半。另外，多通道镀膜系统30去除了隔离模块20和参考镀膜系统10所需的四组真空泵24中的其中两组。而与第二个镀膜区18′和出口锁12′相连的真空泵24被完全从多通道镀膜系统30中去除。
更具体地说，多通道镀膜系统30用来涂覆两层膜。如箭头32所示，基材经由一个传送锁34直接或者通过一个载架(图中未显示，但在本领域中这是为人所熟知的)进入镀膜系统30。传送锁34与镀膜系统30中的相似，只是这里其操作相当于一个入口锁和一个出口锁。真空泵36连接在传送锁34上，用于在传送锁34内建立真空。众所周知，真空泵及其在淀积系统中的使用，因此这里就不做进一步详述了。
离开传送锁34，基材经过缓冲区38然后进入加热区40，加热区40是可选的。基材由传送锁34周期性地传送过来，缓冲区38用于让基材能够赶上前面传送进系统的基材，以使各基材间的间隙最小(并能使镀膜区42的利用率趋于最大)。在加热区40，加热器将基材加热至适宜镀膜的温度，此处的加热器可以为本领域内任何适合的型号。
在镀膜区42(作为优选方式，此处连接有一真空泵36)，可采用传统方法以及任何已知的淀积技术，包括化学气相沉积和等离子体淀积技术(但不限于这些方法)，将第一层膜淀积于基材的一面或两面上。离开镀膜区42后，经一次镀膜的基材通过另一缓冲区38′，然后到达卷取模块44。缓冲区38′具有一使基材和卷取模块44定期相互作用的集合区域；当镀膜参数调整成适合基材再次通过镀膜区42时，缓冲区38′也用来增加镀膜区42和基材(此时处于卷取模块44中)之间的距离。
卷取模块44接收基材并在基材通过缓冲区38′开始时反转基材的方向使之返回通过镀膜系统30。离开缓冲区38′，基材返回到镀膜区42内，再次通过该区并在其一面或两面上涂覆第二层膜。如上所述，第二层膜与第一层膜可能相同，也可能不同。
离开镀膜区42的基材通过加热区40。此时加热区40的加热温度与基材第一次通过镀膜系统30时相比可能相同，也可能减小了。如上所述，温度的减小也许是由于加热区40处于关闭状态，不能在基材第二次通过时自动加热。
接着镀膜两次的基材通过缓冲区38回到传送锁34。如图中箭头46所示，从传送锁34出来后，基材离开镀膜系统30。
除了将输入和输出操作合并成一单独的传送锁34，本实施例中的多通道镀膜系统30也只用一个单独的自动装置装载和卸载基材，而不是如参考镀膜系统10那样需要两个。合并装载和卸载装置使其在一处作用还有一个优点：如果使用基材载架，将基材载架从输出地点返回或循环回到系统内的输入地点时，不再需要任何外部的装置。
除了组件和/或模块数量的减少，多通道镀膜系统30能像参考镀膜系统10一样给基材涂覆两层膜。通过单个的镀膜工作区涂覆两层膜，这需要利用镀膜系统30内额外的三个自由度。
第一，基材的运动方向包括基材通过传送锁34的方向是能反转的。第二，镀膜区42如此构造是为了使其能够完成给基材涂覆不同膜层的必要工序。这是由于多通道镀膜系统30中的镀膜区42能改变气流和/或蒸汽流速率以及膨胀热等离子体能源，在时间尺度上该过程比基材通过镀膜系统30的中转时间要短。第三，加热区40的加热元件，如石英灯等，能够在同样快速的时间尺度上打开和关闭。
如上所述，图2中的多通道镀膜系统30主要是使每一块基材经如下一系列步骤涂覆目标膜层：
(1)通过传送锁34将基材移入镀膜系统30；
(2)通过加热区40向卷取模块44移动，其中的加热器处于开启状态；
(3)在向卷取模块44移动的过程中，通过镀膜区42并涂覆第一层膜；
(4)从传送锁34离开后即进入卷取模块44；
(5)向传送锁34移动时，离开卷取模块44；
(6)再一次通过镀膜区42，同时给基材涂覆第二层膜；
(7)通过加热区40，选择性地关闭加热器，并向传送锁34移动；并且
(8)涂覆好的基材通过传送锁34从镀膜系统30内部移至系统外部。
表面看来，基材在图2所示的多通道镀膜系统30中使用的加热和镀膜处理顺序与图1所示的参考镀膜系统10使用的顺序相同。但是，这两个不同的镀膜系统在有效处理基材方面具有比较细微的差别的，除非多通道镀膜系统30采用下述的方法来解决其不同之处。
第一，多通道镀膜系统30中单个子层的涂覆时间延迟很可能更长一些。这个延长的时间延迟也许会造成基材在涂覆第二层膜时温度更低。必要时，在卷取模块44里对基材自动加热能有效补偿该热量损失。
第二，在多通道镀膜系统30中，经充分镀膜的基材在返回镀膜系统30时要通过加热区40，这是上面描述过的步骤(7)。即使加热器(如石英灯加热器)关闭了，加热区40的壁面也许仍然会放热并且让镀膜基材的温度升高。这一升高的温度很可能对镀膜基材造成热损害。自动冷却(如水冷)加热区40的壁面以及镀膜系统30内的其他地方也许能解决该问题。另外，由于本发明系统中基材(和其携带的热量)的移出频率低于参考镀膜系统10的移出频率，多通道镀膜系统30的其他壁面或组件可能吸收并再辐射多余的热量。类似地，可通过自动冷却镀膜系统中的这些壁面或组件来抵消其热量。
第三，镀膜区42的利用率(Um)，比如多通道镀膜系统30中的镀膜区42被基材占用的时间比例，远远小于单位1，因为每个基材移入镀膜系统30后要在下一个基材进入镀膜系统30前移出去。这使得在基材于系统30中循环时镀膜区42大部分时间处于闲置状态。如果在镀膜基材循环时镀膜剂持续流入镀膜系统42，当镀膜剂前驱体(coating precursor)逸散出镀膜区时很可能会污染基材。至少有两种方法能减轻这个问题。
上述中的一个减轻方法是净化加热模块40和缓冲模块38，可使用与流过镀膜区42总的热等离子体源相同的惰性气体(如氩气)。利用位于镀膜系统42附近或里面的端口将工业废气泵出镀膜区42，来自于加热模块40和缓冲模块38的净化气体能把镀膜剂前驱体限制在镀膜区42内。
另一减轻方法是根据镀膜区处于占用状态还是闲置状态来打开和切断镀膜剂流体。
缓冲区38′和卷取模块44连接在一起也有助于将基材在卷取模块44内受到镀膜剂前驱体的污染降至最低。在图3至图5所示的本发明的具体实施方式里，连接有扩展的卷取模块时这一功能变得更为重要。
相比于图1所示的参考镀膜系统10，公式(1)清楚地解释了多通道镀膜系统30容量的减小。根据图2所示的具体实施方式和图1所示的参考镀膜系统10，公式(1)中第一个因子(Zm/SL)为0.5。第二个因子(Um/Ur)也小于1，因为根据上面所述理由Um远远小于单位1；根据公式(2)可知，在实例中Ur接近单位1。假定Um约等于0.2，这是一个实际的、真实的值，由公式(1)得到多通道镀膜系统30的额定容量大约为镀膜系统10的容量的10％。通过在每次循环操作中涂覆一组或一系列基材而不是单个基材的方式，可大大增加Um的值从而相应地增加多通道镀膜系统30的容量。图3至图5所示的具体实施方式中描述了涂覆一组或一系列基材的方法，接下来将对其进行描述。
参照图3，为根据本发明的进一步的具体实施方式多通道镀膜系统230，该系统的容量远远大于前面描述过的图2中的具体实施方式。此容量的扩大仅需要增加相对很少的资金投入。相较于图2中的具体实施方式，图3的新特征在于卷取模块244的扩大，这样能够一次容纳一组“N”个基材，此处“N”值远远大于1。由于此具体实施方式中的其他模块与图2的具体实施方式中的大致相同，这些模块保留了在前一个具体实施方式中使用的相同附图标记。
卷取模块244通过传送装置接收基材，每次一个，直到整组的“N”个基材都进入。然后卷取模块244将所有的“N”个基材进行分配，每次一个，使其返回到通向镀膜区42的缓冲区38′。这“N”个基材在卷取模块中如一副牌一样堆在一起，还是像旋转木马一样环绕散开，或者其他本领域技术人员知道的排列方式，属于工程自行决定问题。通常卷取模块244包括一盒式装置(图中未显示)或类似装置，用于按顺序校准该盒式装置的位置来接收和分配每一个基材。盒式装置接收和分配基材的方式最好以先入先出原则为基础，这能够确保每个基材在涂覆系列膜层中经历的时间段相同。另外，系统230的操作流程与图2所示的系统大体相同。
图3中的具体实施方式多通道镀膜系统230所需的资金投入要高于图2中所示的具体实施方式镀膜系统30。这是由于卷取模块244相对镀膜系统30中的更大，且增加了盒式装置。不过在其他方面，图2与图3所示的镀膜系统的具体实施方式基本相同。因此可知，两具体实施方式系统30和230之间投资差额仅占两镀膜系统中任一个总投资的一小部分。
图3所示的多通道镀膜系统230有更大的容量，这是由于镀膜区42的利用率Um更高。第一个具体实施方式镀膜系统30中，镀膜区42里一次仅容纳一个基材。第一个具体实施方式的镀膜区42的闲置(未占用)时期从基材离开镀膜区42移向卷取模块开始，包括基材在卷取模块44中反转方向，返回移向镀膜区42以及涂覆好的基材与未涂覆的基材经由传送锁34进行切换的所有时间。
图3所示的具体实施方式中，全部N个基材沿同一方向连续地通过镀膜区42。当全部基材都通过镀膜区42后，镀膜区42的闲置时期才开始。虽然闲置时期的长短本质上与N无关，但是随着N值的增大闲置时期会较少出现，这是由于闲置时期被延长的自动镀膜时间打断。因此，N值增大时利用率Um也随之增大。当N增大到一定限度时，Um的值接近于Ur，但是这个要以系统占用空间和投资为代价，因为随着N的增大，卷取模块的规模和复杂程度也在增加。当N等于5时，Um的实际值为0.5。此时根据公式(1)能得到多通道镀膜系统230的额定容量，约为参考镀膜系统10的容量的25％。这个值远远大于第一个具体实施方式的多通道镀膜系统30的估计值10％，此系统为图2中所示的系统30。
图4阐述的是第三个具体实施方式多通道镀膜系统330，除了卷取模块244外，系统内的传送锁334这样构造使其也能通过利用上述的盒式装置容纳一组N个基材。与第二个具体实施方式相比，第三具体实施方式的新特征是传送锁334的扩大。利用图3中所示的那种卷取模块，基材在传送锁334的盒式装置之间移动，通过镀膜区42，移向卷取模块244，然后再次返回。这样每个基材的两边在每次通过镀膜区42的时候都能够被镀膜。该N个基材可以作为一组或者单个的在传送锁334和外部环境之间进行传送。在这两个例子中，所有N个基材在同一循环中被传送。另外，系统330与前述的具体实施方式和操作方式相同。
图3中的具体实施方式多通道镀膜系统230只能在基材上涂覆两层膜，而图4中的具体实施方式能够给基材涂覆的膜层却多过两层。但是当仅涂覆两层膜时，后一个具体实施方式的并不能提供比图3所示的具体实施方式大的容量，因为增加的投资与图4中的传送锁334的扩大相关。不过，当需要给基材涂覆的膜层多于两层时，图4中的多通道镀膜系统330的构造方式更合适。当需要给基材涂覆的膜层多于两层时，仅一个镀膜区42来完成所有膜层的涂覆。当给基材涂覆两层以上的膜层时，扩大的传送锁334按卷取模块的方式操作，将N个基材的方向反转使其第三次通过镀膜区42。当涂覆的膜层数为奇数时，图4中的镀膜区42的操作为：基材在其中一次(比如最后一次)通过镀膜区42时，基材上未涂覆膜层。在此种情况下，优选方法为使用一个能同时具有传送锁和卷取模块的功用的模块，比如一个另外改进的传送锁334，来代替卷取模块244。这个在图5中有说明。
第四个具体实施方式(图5)镀膜系统430避免了最后一次穿越闲置镀膜区，从而减少了额外的时间消耗。当涂覆的膜层数为奇数时，图4中所示的具体实施方式就需要通过闲置区一次，这里只要将基材送回到同时有接收和输出模块的功能单个传送锁334即可。
如果所有子层的镀膜工序能够相互兼容，也就是说其能在一个共同的镀膜区里实施，那么与参考镀膜系统10需要的投资相比，只有单个镀膜区42的多通道镀膜系统的具体实施方式30、230、330和430(如图2至5所示)所需的投资更低。若最终的标准使得投资最少，则图2中的具体实施方式为优选方式。如果标准比如容量以及每单位容量的投资等同于总投资额，则根据具体应用情况选择图3-5中的具体实施方式作为优选方式。例如，当涂覆的膜层数包含两层时，图3所示的多通道镀膜系统230可以作为优选方式。类似的，当基材涂覆的膜层数为偶数时，图4所示的镀膜系统330可以作为优选方式。当基材涂覆的膜层数为奇数时，图5所示的多通道镀膜系统530可以作为优选方式。
若两层或两层以上的镀膜工序不能在一个共同的镀膜区42里实施，比如因为可能存在的交叉污染，那么根据本发明原理构造的多通道镀膜系统要包括一个以上的镀膜区42。在这种结构中，任何兼容的工序最好只在一个镀膜区内实施，这样在涂覆相同膜层数时多通道镀膜系统包含的镀膜区42仍然少于参考镀膜系统10的。不过如上所述，传送锁和卷取模块的优选构造取决于投资和容量标准的权衡，同时也取决于基材具体需要涂覆的膜层。
图6中说明的是一个混合多通道镀膜系统630，尽管比起图2-5中所示的各种构造的多通道镀膜系统该系统并没有较大优势。与参考镀膜系统10不同，混合镀膜系统630包含的镀膜区42比基材需要涂覆的膜层数要少。假定各个膜层相互兼容，混合镀膜系统630通过单个的镀膜区42给基材涂覆多个膜层。在混合镀膜系统630中，同前面的具体实施方式一样，基材要多次通过镀膜区，但是与参考镀膜系统10相同，所有通过总是沿同一方向。不用反转方向是由于在系统630相对的两端有两个传送锁34、34′，通过循环模块648的一个独立通道，两个传送锁将在镀膜区42的输出端的基材返回，再回到镀膜区42的输入端。不用反转基材方向，用扩大的传送锁代替标准传送锁的容量优势就不存在了。
在多通道镀膜系统630中，单个镀膜区42以一种重复的顺序给基材涂覆膜层，如A、B、C、A、B、C等等。涂覆各种数目的膜层或子层的基材连续地进入镀膜区42，基材膜层数要少于每个基材需要涂覆的数目。基材循环回到镀膜系统42后，再根据每个基材需要涂覆的下一膜层按顺序通过镀膜区42，该通过顺序与工艺顺序一致，这样才能使每个基材在通过镀膜区时能涂覆适宜的膜层。如图6中所示的构造，若一层膜包括X个膜层，部分涂覆的基材离开镀膜区42，采用分离模块650经再循环模块648将其X-1次转移回到镀膜系统42的输入端。这时基材在合并模块652里与由入口传送锁34新输送进系统630的未涂覆的基材进行合并。那些涂覆了所有目标膜层的完全涂覆基材离开镀膜区42，以同等速率移向出口传送锁34′，该速率等于新的未涂覆的基材经入口传送锁34进入系统630的速率。
为了承载上述的一系列基材，参考镀膜系统10中基材以与传送速率相等的额定速率通过入口传送锁。不过，等分成X″的混合镀膜系统630的实际传送速率要比该额定速率小，因为实际过程中，混合镀膜系统630中相连的基材间的空隙要大于参考镀膜系统10中的。该更大的间隙可以允许调整，并且保证在每个基材移出后下一个基材定位于其被镀膜的位置前时镀膜区42的稳定性。在参考镀膜系统10中，基材能根据传送装置的允许范围密集分布，因为每个镀膜区仅执行一个镀膜工序，该镀膜工序是连续的。与参考镀膜系统10一样，混合多通道镀膜系统630中的基材连续通过镀膜区42，因此相对于参考镀膜系统10中利用率(Ur)，混合系统630的利用率(Uh)其表达式如公式(3)所示：
Uh/Ur＝(L+Gr)/(L+Gh)                            (3)
其中，Gh为混合镀膜系统630中连续基材间的空隙，L和Gr与公式(2)中的定义相同。实际上，相连膜层的工艺越不相同Gh值有变大的趋势。该结果是由于需要更长的时间来稳定系统使其能进行下一个镀膜工序。例如，若Gr为L的很小的一部分，并且Gh等于L，则Uh约等于0.5倍Ur。若多通道镀膜系统(如图3-5所示)具有相似的利用率，那么如系统630这样的多通道镀膜系统630可以作为优选方式。部件传送机构的复杂度可以在系统间同等考虑，一个案例中可能需要大的盒式机构，另一个可能需要循环、分离以及合并等模块。不过，混合镀膜系统630还有其他的复杂性以及在每个基材通过镀膜区42后切换膜层工序的物料低效性，而在前面讨论过的多通道镀膜系统的具体实施方式中，这一切换在N个基材都通过镀膜区后才需要进行。
应注意的是混合镀膜系统630中的其他模块和区域的操作方式与前面的具体实施方式大体相同。
前面所述的具体实施方式的优选方式仅为实际中较好的实施方式，并非依此限制本发明或其使用。本领域技术人员从上述描述可知，凡依本具体实施方式的优选方式所做的修改或变更，均应涵盖于本发明的专利范围之内。

Claims (21)

1.一种多通道镀膜系统，用于对通过该系统的基材涂覆多层膜，其包括：
至少一个与该系统连接的真空泵，用于在系统内部建立真空；
多个区，所述多个区内包括至少一个对基材涂覆膜层的镀膜区；
多个区内还包括至少一个用于将基材在该系统外部的常压和该系统内部的真空之间进行切换的传送锁；以及
一传送装置，用来使得所述的一个或多个基材在移出所述系统前至少通过镀膜区两次。
2.根据权利要求1中所述的多通道镀膜系统，所述传送装置用于使基材沿第一个方向通过镀膜区，再反转运动方向，沿另一方向通过镀膜区。
3.根据权利要求2中所述的多通道镀膜系统，所述的多个镀膜区中的其中一个进一步包括一卷取模块，所述卷取模块为传送装置的一部分，卷取模块用于在系统中反转基材的运动方向。
4.根据权利要求3中所述的多通道镀膜系统，该系统中的所述卷取模块供接收、承载以及分配多个基材使多个基材能够同时在镀膜系统中定位。
5.根据权利要求3中所述的多通道镀膜系统，该系统中的所述卷取模块进一步包括一分别用于接收和承载多个基材的盒式装置。
6.根据权利要求1中所述的多通道镀膜系统，所述的多个区中的其中一个进一步包括一含有加热器的、供基材镀膜前调整基材温度的加热区模块。
7.根据权利要求1所述的多通道镀膜系统，所述的传送锁包括一作为传送装置一部分的卷取模块，该卷取模块供反转系统内基材的运动方向，传送锁的所述卷取模块用于接收、承载和分配多个模块使多个模块能同时在系统中定位。
8.根据权利要求1所述的多通道镀膜系统，所述传送锁为一入口传送锁，所述的系统还包括一出口传送锁，所述的入口传送锁和出口传送锁分别用于在系统内接收基材和将基材输出所述系统。
9.根据权利要求1所述的多通道镀膜系统，所述的多个区包括一再循环模块，再循环模块用于将移出系统的模块再次送回进入镀膜区并涂覆第二层膜。
10.根据权利要求9所述的多通道镀膜系统，所述再循环模块与一分离模块连接，分离模块用于将基材引入再循环模块中的一个并将其移出系统，再循环模块也与一合并模块相连接，合并模块用于将来自再循环模块的各基材再导回合并成一系列再进入镀膜区。
11.根据权利要求1所述的多通道镀膜系统，进一步包括至少部分模块具有与冷却系统相连的壁面，该冷却系统用于自动冷却所述模块的壁面，以减少对通过模块的基材造成的温度影响。
12.一种给基材涂覆多层膜的方法，该方法包括如下步骤：
在系统内建立真空；
通过传送锁将各基材从镀膜系统外部移至镀膜系统内部；
以第一运动方向通过镀膜区，并在镀膜区给每个基材涂覆第一层膜；
再次通过镀膜区并在镀膜区给每个基材涂覆第二层膜；以及
通过传送锁将每个基材从镀膜系统内部移至镀膜系统外部。
13.根据权利要求12所述的方法，基材第二次通过镀膜区的步骤为沿第二运动方向，该方向与第一运动方向不为同一方向。
14.根据权利要求13所述的方法，第二次通过镀膜区的运动方向与第一运动方向相反。
15.根据权利要求12所述的方法，基材再次通过镀膜区是沿第二方向，该运动方向与第一运动方向相同。
16.根据权利要求12所述的方法，其中基材第二次通过镀膜区的步骤进一步包括基材通过系统时反转运动方向。
17.根据权利要求16所述的方法，所述的反转步骤包括接收和承载多个基材，然后将其沿第二方向分配出去。
18.根据权利要求12所述的方法，所述的多个基材同时移动通过镀膜系统。
19.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括如下步骤：基材通过镀膜区两次以上，且涂覆至基材上的膜层多于两层。
20.根据权利要求19所述的方法，基材通过镀膜区两次以上的步骤包括如下步骤：基材通过镀膜区时至少有一次未将相应膜层涂覆于基材上。
21.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括在加热区给各模块加热至适宜镀膜的温度的步骤。
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