CN103119193A - 一种真空镀覆的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空镀覆装置（1），将基材在一真空室（175）中作真空镀覆，该真空镀覆装置（1）包含一长形延伸的蒸发器具（10）（110）（110a），及一第一基材载体装置（21）（121）（221）；该蒸发器具（10）（110）（110a）具有多数沿一垂直纵轴（40）设置的蒸发器组件（10a）（210a）；该第一基材载体装置（21）（121）（221）与该蒸发器具（10）（110）（110a）相关联且具一第一塔架；该第一塔架可绕一第一旋转轴（41）（241）旋转且具有保持手段以将基材保持，其中该纵轴（40）与该第一旋转轴（41）（241）之间偏离一角度，小于10度；其中，该装置（1）有至少一个与该蒸发器具（10）（110）（110a）相关的第二基材载体装置（22）（122）（222），该第二基材载体装置具有一可绕一第二旋转轴（42）（242）转动的第二塔架，该第二塔架具有保持手段以将基材保持；其中该二个塔架的轴相对于该蒸发器具的纵轴（40）设计成固定；在该纵轴（40）和第二旋转轴（42）（242）之间偏离了小于10度的角度，且该蒸发器具（10）（110）（110a）与第一基材载体装置（21）（121）（221）及该至少一第二基材载体装置（22）（122）（222）设成使得利用该蒸发具（10）作镀覆，该第一基材载体装置（21）（121）（122）和该至少一第二基材载体装置（22）（122）（222）的基材的镀覆质量相同。此外还关于一种利用此装置作真空镀覆的方法。

Description

一种真空镀覆的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种真空镀覆的方法与装置。

背景技术

将基材用分批操作以作真空镀覆的系统作习知者。因此举例而言，DE3731688A1或EP1947211A1各提到一种用一真空室将基材镀金属的装置，在真空室中至少设有一蒸发器源以及一在二文献中作不同设计的装置以施加电浆聚合化的保护层，并有多数绕一中心轴转动的行星基材保持器，利用此习知系统，由于基材保持器很占空间，故充料时间较久，大于10分钟范围。

充料时间短得多的批次设备同样为习知者，在本申请人Pylon Met的溅镀设备约4～5分钟。其特征为，该溅镀源的技术成本很大。

发明内容

本发明的目的在提供一种装置与方法，其中可利用很小的成本将金属层施到基材上，施覆质量高，充填时间短，且生产力高。

此目的系利用申请专利范围独立项的特点达成，有利的实施例见于申请专利范围附属项。

依本发明的一种真空镀覆装置，将基材在一真空室中作真空镀覆，该真空镀覆装置包含一长形延伸的蒸发器具，及一第一基材载体装置；

该蒸发器具具有多数沿一垂直纵轴设置的蒸发器组件；

该第一基材载体装置与该蒸发器具相关联且具一第一塔架；该第一塔架可绕一第一旋转轴旋转且具有保持手段以将基材保持，其中该纵轴与该第一旋转轴之间偏离一角度，小于10度；其中，

该装置有至少一个与该蒸发器具相关的第二基材载体装置，该第二基材载体装置具有一可绕一第二旋转轴转动的第二塔架，该第二塔架具有保持手段以将基材保持；

其中该二个塔架的轴相对于该蒸发器具的纵轴设计成固定；

在该纵轴和第二旋转轴之间偏离了小于10度的角度，且该蒸发器具与第一基材载体装置及该至少一第二基材载体装置设成使得利用该蒸发具作镀覆，该第一基材载体装置和该至少一第二基材载体装置的基材的镀覆质量相同。

“垂直”一字相关于真空室（当作参考系统）而言。“质量”一词系指镀覆的性质的参数，特别是层厚度、反射因子及／或颜色印象。蒸发器组件相对于塔架（Pylon）的旋转轴的空间朝向系静态者。蒸发器具（Verdampferbank）不是绕其纵轴转动；同样，基材载体装置也非绕蒸发器具转动，如果纵轴与蒸发器具以及旋转轴之间各偏离少于10度的角度，则可用简单方式使该装置达成同类几何组态（Konfiguration），因此利用此蒸发器具将基材镀覆的质量系相或至少相似者。为此，第一及该至少一第二基材载体装置在考虑到个别蒸发器组件及蒸发器具的空间辐射特性呈整体相对于蒸发器具设在几何上相等的位置。此处，蒸发器组件的辐射特性系指一建入到蒸发器具中的蒸发器蒸发的材料的总密度和角度的关系。

本发明用于将基材真空镀覆的装置可使设备的设计特别紧密且利用蒸发器具产生的镀覆蒸气能充分利用，因为该至少二个基材载体具有固定轴的塔架（Pylon）。本发明也包含二个以上的塔架的情形。如果在纵轴与蒸发器具及旋转轴角的角度偏离少于10度，则可用简单方式达成装置之同类几何组态，因此利用蒸发具造成的基材镀覆成用具有相同（或至少相似）的性质。特别是真空室、蒸发器具及相关之基材载体装置设计成使充料时间很短，在4～8分范围。特别是该基材为三度空间的基材，例如用于汽车领域、计算机、通讯、或消费者电子装置者，基材特别是由塑料材料构成者，但也可由金属材料或玻璃构成，它们也可用较小的充填量提供。

利用本发明，尽管充填量较小，换言之同时要镀覆的工作对象数较小，但镀覆程序仍有高的产量。

本发明另一实施例的特点为：该蒸发器具有至少一蒸发器组件，该蒸发器组件具有一水平纵延伸部及一种辐射特性，此辐射特性对一平面呈镜像对称，该平面由该纵延伸段及该纵轴夹成。

其中“水平”指真空室作为参考系统。最简单的情形，这点可利用一夹入在蒸发器保持件之间的蒸发器组件（例如一金属丝（Metallfilament）或一金属线圈（Metallwendel）达成。一第一蒸发器保持件在一第一端侧的区域将蒸发器组件保持住，一第二蒸发器保持件在一第二端侧的区域将蒸发器组件保持住。将第一及第二端侧固定在第一或第二保持件的固定方式在几何上系同类者，因此辐射特性对称于一轴，该轴延伸通过蒸发器组件的纵延伸段。

当然，一般多数蒸发器组件具有上述镜像对称的辐射特性，在一第一及一第二基材载体装置的情形，蒸发器组件宜设在互相对立的基材载体装置间，在四个基材载体装置的情形，它们宜设成一正方形的组态。

本发明又一实施例的特点为：设有至少一处理源，与至少第一基材载体装置或另外的基材载体装置相关关。如果处理源包含一蒸发器具，则此装置的产能在利用热蒸发作真空镀覆方面可提高。如果该处理源为与蒸发器具不同的处理源，则可用简单方式将基材作混合式真空蒸镀。

蒸发器组件特别是沿一垂直纵轴设置，且设有一与第一基材载体装置相关联的电浆源。它设成使电浆处理朝向第一基材载体装置。此外，在蒸发器具之背向第一基材载体装置的那一侧上可设一第二基材载体装置及一与该第二基材载体装置配合的第二电浆源，第二基材载体装置具有一第二塔架（Pylon）（它有保持手段将基材保持住），第二电浆源设成使第二基材载体装置被第二电浆源以与第一基材载体装置受第一电浆源处理之相当的方式处理。

本发明再一实施例的特点在于：

该真空室具有

一第一部分室，它在真空室的壁中具有一开口；

至少一第一部分室，与第一部分室呈门状配合，利用第二部分室可将该开口封闭使真空不泄漏；

其中该蒸发器具、第一基材载体装置及至少一第二基材载体装置与处理源设在或可设在该至少一第二部分室中。

第二部分室可相对于第一部分室定位，因此蒸发器具和第一及该至少一第二基材载体装置很容易探手可及，因此其作业（特别是将蒸发器组件设以蒸发材料以及将基材载体装置随基材运送）变较容易。最好该第二部分室可利用一枢转装置或利用一移动装置相对于第一部分室定位。如此可配合本发明真空镀覆装置的装设的空间条件。

本发明另一实施例的特点为：该真空室有另一真空室，设计成与第二真空室类似且和第一部分室呈门状配合，利用此另一真空室可将第一部分室的开口封闭成密不漏真空。如此，该装置可交替地用第二部分室及其他部分室操作，在交替操作中，该部分室之一各定位成使该开口封闭成密不透真空，而另一部分室定位成使装在其表面的蒸发器具与基材载体装置可探手而及。利用该部分室（它将第一部分室的开口密封成不漏真空），可在真空室中将基材镀覆，而另一部分室则定位成开放方式，且举例而言，可用于操作蒸发具和基材载体装置。

本发明的用于将基材作真空镀覆的方法的特点为：利用前述任一项权利要求所述的装置作真空镀覆。

本发明的方法的一实施例的特点为：利用该蒸发器具，作一金属材料的热蒸镀，特别是包含以下至少一种金属者：铝、铜、锡、铬、钛、钽、金、银、铑、钯、或镍。因此可将特别是三度空间的基材廉价地镀金属。

本发明另一实施例的特点为：利用至少一处理源利用闪光放电（Glimmentladung）将基材处理，藉此特别是在镀覆前可将基材作预处理。

本发明又一实施例的特点为：利用至少一处理源用一闪光放电程序将基材处理。特别是用于将一表覆层（Top Coat-Schicht）施到镀金属的基材表面上。

在以下，本发明利用实施例和图式详细说明，本发明的其他特点和优点也可见于权利要求书。

附图说明

图1为本发明的用于将基材作真空镀覆的装置的视图，具有一蒸发器具，二个基材载体装置，及二个电浆源；

图1a为本发明的用于将基材作真空镀覆的装置的视图，具有一蒸发器具，二个基材载体装置，及一个夹入一夹入保持手段中的蒸发器线圈；

图1b为本发明的用于将基材作真空镀覆的装置的视图，具有一蒸发器具，四个基材载体装置，及一个夹入一夹入保持手段中的蒸发器线圈；

图2为本发明装置的剖面图，具有一第一部分室及二个与第一部分室呈门状配合的另外的部分室。

【主要组件符号说明】

（1）    〔将基材作真空镀覆的〕装置

（2）    〔将基材作真空镀覆的〕装置

（10）    蒸发器具

（10a）   蒸发器组件

（10b）   载体组件

（10c）   载体组件

（21）    基材载体装置

（22）    基材载体装置

（31）    处理源

（31a）   电极

（31b）   对立电极

（32）    处理源

（32a）   电极

（32b）   对立电极

（40）    纵轴

（41）   〔基材载体装置的〕纵轴

（42）   〔基材载体装置的〕纵轴

（110）   蒸发器具

（110a）  蒸发器具

（121）   基材保持装置

（121a）  基材保持装置

（122）   基材保持装置

（122a）  基材保持装置

（130）   电极

（130’） 电极

（131）   对立电极

（131a）  对立电极

（132）   对立电极

（132a）  对立电极

（150）   端子

（160）   控制手段

（170）   控制手段

（175）   真空室

（175a）  第一部分室

（180）   第二部分室

（180a）  其他部分室

（181）   枢转轴

（185）   壁

（185a）  壁

（210a）  蒸发器组件

（210b）  载体组件

（210c）  载体组件

（211a）  蒸发器保持手段

（211b）  蒸发器保持手段

（221）   基材载体装置

（222）   基材载体装置

（223）   基材载体装置

（224）   基材载体装置

（241）  〔基材载体装置的〕纵轴

（242）  〔基材载体装置的〕纵轴

（243）  〔基材载体装置的〕纵轴

（244）  〔基材载体装置的〕纵轴

（250）   水平纵向延伸段

具体实施方式

图1中显示一种将基材在一真空室中作真空镀覆的装置（1）的简化图，该基材特别是三度空间的基材，例如用于汽车领域、计算机、通讯或消费者电子装置或类似物。基材宜由一塑料材料构成，但也可为其他材料。该装置（1）除了图未示的组件（特别是泵的接头及程序气体用的供应装置）外还包含一长形延伸的蒸发器具（10），蒸发器具（10）具有多数蒸发器组件（10a）（10b），蒸发器组件沿一纵轴（40）设置，举例而言，呈塔架状设在具有长形延伸的载体组件（10b）（10c）的框式结构中。举例而言，蒸发器组件（10a）可设在一段150cm～200cm的长度范围，其中在载体组件（10b）（10c）之间的距离，举例而言，可为20～30cm之间。举例而言，蒸发器组件（10a）可设计成作热蒸发，特别是设计成适合夹入在载体组件（10b）（10c）之间的金属丝或金属线圈，它们具有水平之对称轴。最好，蒸发器组件用铝丝充满。当加热时（例如由于电流通过）金属蒸发，因此金属蒸气从真空室具的区域出来并扩散到周围空间并沈积到工作物上。

此外，该装置（1）包含一第一基材载体装置（21），它可绕一可驱动的旋转轴（41）转动且设计成塔架（Pylon）（亦即柱状架构造）形式。图1中为了简明，并不显示基材载体装置（21）其他细节以及被该基材载体装置（21）容纳的基材。旋转轴（41）宜平行于纵轴（40）朝向，其中很明显地，旋转轴（41）和纵轴（40）的朝向可偏离一小小角度，例如小于10度。

此外该装置（1）包含一第二基材载体装置（22）〔它具有一旋转轴（42）〕，它设计成第一基材载体装置（21）相似。旋转轴（42）和旋转轴（41）相似，对纵轴（40）成平行朝向，或偏离了少于10度的角度，旋转轴（41）（42）相对于纵轴（40）固定。

显然，本发明也可包含具有多于二个基材载体装置的装置（1），这些基材载体装置各具有一个具有保持手段的塔架（Pylon），以保持基材，其中在蒸发器具的纵轴与塔架的旋转轴之间的角度偏离少于10度。

此外本发明包含一些基材载体装置，它们具有行星保持手段以保持基材，行星保持手段可绕一些旋转轴转动，这些旋转轴与该塔架绕着的旋转轴不同。

此外该装置（1）包含基材的处理源，设计成电浆源（31）（32）形式，电浆源（31）（32）包含激励手段以在一区域〔基材载体装置（21）（22）设在此区域中〕激发电浆放电，以将基材作电浆处理。处理源（特别是电浆源）可设计成用于将基材表面预处理及／或作电浆镀覆（特别利用电浆CVD）。此外，特别是可设一入口以供反应气体进入。

在图1中所示之实施例，电浆源（31）包含一电极（31a）和一个对立电极（31b）及一（图未示）接地的真空容器，以产生一电浆，特别是闪光放电以将一或数基材的要处理的表面作处理。电极（31a）（31b）设计成板状，其几何形状系大致平行于旋转轴（41）长长延伸。此外图1显示与基材保持装置（22）相关之电浆源（32）的类似之电极（32a）和对立电电极（32b）。最好电浆源（31）（32）用一种交流电压操作，其频率特别是在1赫～350MHz之间，特宜在40KHz。

显然，本发明也可包含其他设计，以及不同数目的处理源，特别是设计成用于作电浆化学蒸镀程序的电浆源，举例而言，利用它可将一表覆层施到一金属层上。此外，当然，本发明也可包含分别之电浆源，对基材作特定处理。此外，也可将处理源之一用于多于一个处理程序，例如闪放电及PECVD。

蒸发器具（10）和处理源（31）（32）沿旋转轴（41）（42）方向的度量设计系用于将空间的终端效应补偿，换言之，在此处情形系使蒸发器具（10）或处理源（31）（32）略超出基材载体装置（21）（22）的端区域之外。此外，在蒸发器具（10）或基材载体装置（21）（22）的终端区域中的（例如镀覆速率）下降，可借着将蒸发器组件沿纵轴（40）互相的距离作对应的调整而补偿。但也可用其他措施将空间终端效应补偿，例如在端区域的一中央区域作遮卷（Blenden）。

图1a显示本发明一实施例的剖视图，具有一蒸发器具及二个基材载体装置（221）（22），它们对一蒸发器组件（210a）的一纵延伸部（250）设成镜像对称，且各绕其纵轴（241）（242）旋转。蒸发器具由二个载体组件（210b）（210c）构成，其上各至少设一蒸发器保持件（211b）（211c），它们将蒸器组件（210a）保持住，蒸发器组件（210a）的水平纵延伸段（250）相当于蒸发器具（10）的水平纵延伸段。

图1b显示本发明一实施例的侧视图，具有四个基材载体装置（221）（222）（223）（224），对一蒸发器组件（210a）的纵延伸段（250）设成镜像对称或对蒸发器组件（210a）的中央点设成点对称，它们各绕其纵轴（241）（242）（243）（244）转动。

图2显示本发明另一实施例的剖面图，具有一装置（2），它包含一真空室（175），该真空室包含一第一部分室（175a）、一第二部分室（180）及另一部分室（180a）。部分室（175a）具有一壁（185）的开口，它可被第二部分室（180）封闭成密不漏真空。另一部分室（18a）同样可将此开口封闭成密不漏真空的方式。部分室（180）（180a）设计成门状。利用一枢接装置可将部分室（180）及部分室（180a）相对于部分室（175a）定位。图2中显示部分室（180a）的一枢转轴，部分室（180a）可绕它枢转使开口打开。部分室（180）设有一相关之枢转轴，当然，部分室（180）及（180a）可轮流打开及关闭，且对应的门止挡件互相对立朝向。

部分室（180）包含一蒸发器具（110）及基材载体装置（121）（122），与图1所示相似。此外部分室（180）包含电极（131）（132），它们各和基材保持装置（121）（122）配合，且可随部分室（180）一起枢转。另一电极（130）或（130’）设在部分室（175a）中，因此电极（130）（131）或（130’）（132）各形成一对电极在闭路的状态，电极（130）（131）或（130’）（132）可使一电浆形成利用它可将设在基材保持装置（121）（122）中的基材作处理。

图2另外显示一可枢转的室（180a），它具有基材载体装置（121a）（122a）及电极（131a）（132a）。在基材载体装置（121a）（122a）之间，在部分室（180a）中设有一蒸发器具（110）。部分室（180a）可绕枢轴轴（181）枢转，以将部分室（175a）的壁（185）的开口封闭，其中，当然部分室（180）先前系对应地定位，以将壁（185）中的开口开放。在关闭的状态，然部分室（180a）枢转时（180a）利用壁（185a）及壁（185）可造成一连贯的壁，特别是密不漏真空者。

借着将处理源（31）（32）分成二部分，使镀覆过程之间的等待（维修）时间大大缩短，其中门可在单一工作步骤中打开或关闭，且所有可能要维修或更换的组件[载体组件（10a）（10b）（10c）、基材]设在门内。

此外设有一接头（150）以连接产生气体的程序的程序泵，它宜对基材载体装置（121）（122）对称设置，俾确保在基材载体装置（121）（122）的区域中的真空比例相同。当然本发明也包含接头（150）不对称的设置方式。

装置（2）在部分室（175a）的范围中有接头，以接到至少一高真空泵（特别是一扩散泵，且宜为油扩散泵）以及将水蒸气移除装置（特别是一抽水的冷阱）。当然，部分室（170a）除了组件（160）（170）外还包含未详细说明之控制手段。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种真空镀覆装置（1），将基材在一真空室（175）中作真空镀覆，该真空镀覆装置（1）包含一长形延伸的蒸发器枱具（10）（110）（110a），及一第一基材载体装置（21）（121）（221）；

该蒸发器具（10）（110）（110a）具有多数沿一垂直纵轴（40）设置的蒸发器组件（10a）（210a）；

该第一基材载体装置（21）（121）（221）与该蒸发器具（10）（110）（110a）相关联且具一第一塔架；该第一塔架可绕一第一旋转轴（41）（241）旋转且具有保持手段以将基材保持，其中该纵轴（40）与该第一旋转轴（41）（241）之间偏离一角度，小于10度；

其特征在于：

该装置（1）有至少一个与该蒸发器具（10）（110）（110a）相关的第二基材载体装置（22）（122）（222），该第二基材载体装置具有一可绕一第二旋转轴（42）（242）转动的第二塔架，该第二塔架具有保持手段以将基材保持；

其中该二个塔架的轴相对于该蒸发器具的纵轴（40）设计成固定；

在该纵轴（40）和第二旋转轴（42）（242）之间偏离了小于10度的角度，且该蒸发器具（10）（110）（110a）与第一基材载体装置（21）（121）（221）及该至少一第二基材载体装置（22）（122）（222）设成使得利用该蒸发具（10）作镀覆，该第一基材载体装置（21）（121）（122）和该至少一第二基材载体装置（22）（122）（222）的基材的镀覆质量相同。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

该蒸发器具（10）有至少一蒸发器组件（10a）（110）（110a），该蒸发器组件（10a）（110）（110a）具有一水平纵延伸部（250）及一种辐射特性，此辐射特性对一平面呈镜像对称，该平面由该纵延伸段（250）及该纵轴（40）夹成。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中：

设有至少一处理源（31）（32），与至少第一基材载体装置（21）（121）（221）或另外的基材载体装置（22）（122）（222）（223）（224）相关关。

4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其中：

该真空室（175）具有

一第一部分室（175a），它在真空室（175）的壁（185）中具有一开口；

至少一第一部分室（180）（180a），与第一部分室呈门状配合，利用第二部分室可将该开口封闭使真空不泄漏；

其中该蒸发器具（110）、第一基材载体装置（121）及至少一第二基材载体装置（122）与处理源（31）（32）设在或可设在该至少一第二部分室中。

5.根据权利要求4所述的装置，其中：

该第二部分室（180）可利用一枢转装置或利用一移动装置相对于第一部分室（175a）定位。

6.根据权利要求4至5任一项所述的装置，其中：

该真空室（175）有另一真空室（180a），设计成与第二真空室（180）类似且和第一部分室呈门状配合，利用此另一真空室（180a）可将第一部分室的开口封闭成密不漏真空。

7.根据权利要求2至6任一项所述的装置，其中：

该至少一处理源（31）（32）设计成电浆源的形式，它具有至少一对电极（31a）（31b），（32a）（32b），（130）（131），（130）（131a），（130’）（132），（130’）（132a），且宜含至少一板形电极。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：

该第一部分室的至少一对电极的至少一电极（130）（130’）以及该至少一对电极的至少一相关的对立电极（131）（131a）（132）（132a）设在第二部分室（180）（180a）中，其中对立电极（131）（131a）（132）（132a）与第二部分室（180）（180a）可一起相对于第一部分室（175a）定位。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中：

该蒸发器具（10）与处理源（31）（32）的度量设计成使它们突伸超出基材载体装置（21）（22）的端区域之外，以将空间终端效应作补偿。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中：

蒸发器组件（10a）或基材载体装置（21）（22）的端区域中的镀覆速率的减少作补偿。

11.一种将基材作真空镀覆的方法，其特征在：

利用前述任一项权利要求所述的装置作真空镀覆。

12.如申请专利范围第11项之方法，其中：

利用该蒸发器具（10）（110）（110a），作一金属材料的热蒸镀，特别是包含以下至少一种金属者：铝、铜、锡、铬、钛、钽、金、银、铑、钯、或镍。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中：

利用至少一处理源（31）（32）用一闪光放电程序将基材处理。

14.根据权利要求11至13任一项所述的方法，其中：

利用至少一处理源（31）（32）将该基材用电浆化学蒸镀程序处理。

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