CN104498889A - 自动化连续式防污膜镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空镀膜领域，尤其涉及自动化连续式防污膜镀膜装置，特别是适用于对液态有机蒸镀材料进行真空蒸发镀膜的镀膜装置，其特征在于：所述真空蒸镀室与所述真空预热室之间设置有一可启闭的闸阀；所述真空预热室内设置有加液系统、推送机构、加热装置和坩埚，所述加液系统向所述坩埚中加注蒸镀所述防污膜的膜料，所述加热装置承载并加热所述坩埚，所述推送机构通过推送杆连接所述坩埚，以使所述坩埚实现在所述真空蒸镀室和所述真空预热室之间的往返移动。本发明的优点是：可以进行自动化、连续式镀膜；可以对液态镀膜材料进行精确定量的镀膜，不但提高了镀膜精度，同时降低了因使用固态药片所导致的高成本。

Description

自动化连续式防污膜镀膜装置

技术领域

本发明涉及真空镀膜领域，尤其涉及自动化连续式防污膜镀膜装置，特别是适用于对液态有机蒸镀材料进行真空蒸发镀膜的镀膜装置。

背景技术

真空镀膜方法是制作薄膜产品的一种重要方法，目前，以真空镀膜方法制备的薄膜产品已经渗透到众多应用领域。在真空蒸镀方法中，镀膜材料可以是无机物和有机物。对于一般的无机膜料，可以直接放入坩埚或镀舟中进行真空蒸镀。对于有机镀膜原料（在此指防污膜料），可以采用如下方法实现真空镀膜：首先，将有机膜料溶解于有机溶剂从而形成有机溶液；而后，将此有机溶液注入多孔吸附载体中；最后，将吸附有有机膜料的载体放入坩埚进行蒸镀。目前的常规方法是将上述吸附有有机膜料的载体进行特殊处理制成固体药片作为镀膜原料，然后进行蒸镀。不过这种方法制成的膜料药片成本高，同时亦需要将药片在特定环境条件下保存以保持药片的镀膜效果。

防污膜可应用于触摸屏、镜片和镜头等领域。在这些光学产品中，基板材料上通常先镀制一些光学薄膜（比如增透膜），然后再蒸镀防污膜。特别是，近年来随着信息技术的发展，以智能手机、平板电脑为主导的终端产品高度普及，触摸屏产品需求迅猛增长。为了增加以触摸屏主的多种光电产品的防污效果，在多种光学产品表面上镀制防污膜已经成为必不可少的工序。

目前，防污膜一般采用前述的真空蒸镀方法进行镀膜。对于常规的防污膜镀膜设备，每镀完一罩膜均需要打开镀膜腔体来放置防污膜原料，这样不利于生产效率的提高；同时，由于防污膜料的有机物特性，罩间镀膜腔体的开门时间和抽真空时间过长将大大增加膜料特性改变的风险。鉴于上述原因，并为了应对市场需求的激增，研发自动化程度高、可以实现不间断生产的连续式防污膜镀膜设备变得日益重要。在开发连续式防污膜镀膜设备方面，可以在防污膜料的预热室和蒸镀室中设置防污膜料传输带，将防污膜料不间断的运送到真空镀膜室以实现连续镀膜。但上述方法中，很难保证防污膜的预热室和蒸镀室完全隔离，由于防污膜料的热挥发特性，因此会导致真空镀膜室的污染。还有，防污膜通常是在其他功能性薄膜镀膜完成后进行；在连续镀膜过程中，防污膜与其他薄膜的镀膜是交替进行的。因此，前述传输带式的连续镀膜装置会造成防污膜料与其他膜料的互相污染，劣化薄膜质量。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了自动化连续式防污膜镀膜装置，通过将盛放防污膜膜料的坩埚在真空预热室和真空蒸镀室之间自动、连续的往返传递，利用真空预热室和真空蒸镀室之间压力差所实现的船闸原理，保证有机膜料在加药、预热过程中不影响真空蒸镀室的环境，实现连续式多种功能薄膜镀膜。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种自动化连续式防污膜镀膜装置，所述镀膜装置包括真空蒸镀室和至少一个真空预热室，所述真空蒸镀室的内腔和所述真空预热室的内腔之间构成连通，其特征在于：所述真空蒸镀室与所述真空预热室之间设置有一可启闭的闸阀；所述真空预热室内设置有加液系统、推送机构、加热装置和坩埚，所述加液系统向所述坩埚中加注蒸镀所述防污膜的膜料，所述加热装置承载并加热所述坩埚，所述推送机构通过推送杆连接所述坩埚，以使所述坩埚实现在所述真空蒸镀室和所述真空预热室之间的往返移动。

所述真空预热室内的真空度小于所述真空蒸镀室内的真空度。

所述真空预热室与所述真空蒸镀室之间设置有一过渡室，所述过渡室内的真空度大于所述真空预热室内的真空度，且小于所述真空蒸镀室内的真空度。

所述加液系统至少包括一套加药装置,所述加药装置由加药控制器、容积式计量阀和滴药阀构成，所述容积式计量阀的药液进口与所述防污膜料药液瓶连通，所述容积式计量阀的药液出口与所述滴药阀连通，所述滴药阀的滴药口通向所述坩埚，所述加药控制器分别连接控制所述容积式计量阀和所述滴药阀。

所述滴药阀具有排液管道，所述排液管道的上部开口与所述容积式计量阀的药液出口连通，所述排液管道的下部开口为滴药口，所述滴药阀内、位于所述排液管道上部开口处设置有一密封堵头，由所述加液控制器控制所述密封堵头的起落。

所述密封堵头底部固定连接一密封针，所述密封针与所述排液管道的内轮廓形状、大小吻合适配，所述密封针的长度不小于所述排液管道的长度，且当所述密封堵头封堵于所述排液管道的上部开口时，所述密封针的端头部伸出于所述滴药口。

所述加热装置包括加热片、外引线和对外引线柱，所述外引线一端导通所述加热片，另一端导通所述对外引线柱，所述对外引线柱由一导电支座支承，所述外引线外围套装包覆有一散热件，所述散热件自所述外引线与所述加热片的连接处起沿所述外引线的延伸方向布设；所述散热件外围涂覆有散热绝缘层。

本发明的优点是：1、可以进行自动化、连续式镀膜。2、可以对液态镀膜材料进行精确定量的镀膜，不但提高了镀膜精度，同时降低了因使用固态药片所导致的高成本。3、通过设置防污膜的预热室、蒸镀室、闸阀、推送机构，以及船闸原理的应用，实现有机膜料在加药、预热过程中不影响真空蒸镀室的环境，保证连续式多种功能薄膜镀膜的薄膜质量。

附图说明

图1为本发明的第一种结构示意图；

图2为本发明的第二种结构示意图；

图3为本发明的第三种结构示意图；

图4为本发明的第四种结构示意图；

图5为本发明中加液系统的结构示意图；

图6为本发明中加液滴嘴的结构示意图；

图7为本发明中加热装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-7所示，图中标记1-41为：预热室1、闸阀2、蒸镀室3、加液系统4、坩埚5、驱动汽缸6、支杆7、滴嘴8、加热头9、喷孔10、蒸镀喷头11、镀膜基板 12、真空泵 13、过渡室 14、上位工控机15、加液控制器16、容积式计量阀17、药液入口18、防污膜料药液瓶19、药液出口20、滴药阀21、密封针22、排液管道23、二位五通阀24、液体管路25、控制管路26、气体管路27、压缩空气出入口28、密封堵头29、滴药口30，加热头法兰31、陶瓷管32、散热件33、陶瓷加热片34、加热头支座35、外引线36、对外引线柱37、支承孔38、连接孔39、导电支座40、散热绝缘层41。

实施例一：如图1所示，本实施例中的自动化连续式防污膜镀膜装置包括预热室1和蒸镀室3，两者的内腔相连通，其中预热室1用于进行镀膜原液的滴注和预加热，蒸镀室3用来实现膜料的真空蒸镀。预热室1和蒸镀室3之间的连接处设置有可受控启闭的闸阀2，用于通过启闭控制预热室1和蒸镀室3之间的联通和关断。预热室1内设置有加液系统4、坩埚5、由驱动气缸6和支杆7构成的推送机构以及加热头9。加液系统4用于实现定时、定量通过滴嘴8向坩埚5内输送加注镀膜原材料。坩埚5放置在加热头9上，加热头9用于对坩埚5进行加热。推送机构中的支杆7的一端由驱动气缸6的输出端连接驱动，另一端与盛放坩埚5的加热头9连接固定，以便将盛有镀膜材料的坩埚5按镀膜要求在预热室1和蒸镀室3内自动往返移动。蒸镀室3内设置有带有喷孔10的蒸镀喷头11和镀膜基板12。蒸镀喷头11可以被加热至一定温度以实现镀膜材料的蒸镀，被加热的镀膜材料通过喷孔10蒸发到镀膜基板12上。镀膜基板12可以借助机械机构在蒸镀室3内移动，并可以在完成镀膜后移动至蒸镀室3之外，以便完成下一轮蒸镀。蒸镀喷头11与镀膜基板12平行放置，以保证镀膜均一性。

预热室1和蒸镀室3分别连接有一真空泵13，真空泵13用于将在工作状态时的预热室1或蒸镀室3内部抽至真空。一般而言，预热室1维持低真空即可对坩埚5内盛放的镀膜原材料进行预热动作；而蒸镀室3需要高真空度来保证镀膜机版12上的镀膜质量。利用预热室1和蒸镀室3、两个真空室之间的闸阀2、推送机构的设置，并配合适时调整闸阀2的开合，就可利用船闸原理，将低真空的预热室1中的镀膜材料输送到高真空的蒸镀室3，并保证各个镀膜过程的独立性。

在此处，船闸原理的应用为：预热室1与外界连通的出口有两个，分别为预热室1中加药用的滴药口30和闸阀2，以上两个出口在任何情况下不会同时开启，以保证蒸镀室3的真空度不会由于预热室1内的加药而发生明显降低。加药时，滴药口30开启，闸阀2关闭，此时蒸镀室3内的真空度不受影响；向蒸镀室3送药时，滴药口30关闭，闸阀2开启，此时蒸镀室3与预热室1连通，其内部的真空度与预热室1内的真空度相均衡，但并不会与外界大气相连通，所以真空度降低程度较小。在完成送药之后，将蒸镀室3内的真空度抽至要求之后即可进行蒸镀防污膜。以上原理的应用是为了实现较高的镀膜效率。

本实施例在具体使用时，具有如下步骤：

1) 闸阀2受控关闭，使预热室1和蒸镀室3之间处于相互隔离的状态。利用加液系统4将镀膜材料通过滴嘴8滴注到位于预热室1中加热头9上所盛放的坩埚5之中。当镀膜材料的滴注量满足镀膜要求之后，关断加液系统4的滴嘴8，此步骤应保证膜料质量精确以及加液系统4与预热室1之间的隔离。

2) 预热室1通过真空泵13抽真空至设定值，其后通过加热头9对坩埚5中的镀膜材料进行预热。同时，将待镀膜基板12推送到蒸镀室3内的指定位置，之后蒸镀室3开始通过真空泵13抽真空直至设定值。此时，在蒸镀室3中，可以对镀膜基板12进行其他薄膜的蒸镀。此处的其他薄膜是指，由于防污膜一般是通常是在其他功能性薄膜镀膜完成后进行的，所以在坩埚5预热时，可进行其他功能性薄膜的蒸镀。待其他薄膜蒸镀完成后，蒸镀喷头11开始加热。

3) 坩埚5中的镀膜材料经加热头9预热，并且蒸镀喷头11加热完成后，闸阀2打开。坩埚5在驱动气缸6以及支杆7的配合作用下运动至蒸镀室3的蒸镀喷头11内。坩埚5中的镀膜材料随即在蒸镀喷头11的高温作用下蒸发，并从蒸镀喷头11的喷孔10中喷出，最终沉积于镀膜基板12上形成薄膜。

4) 此轮镀膜完成后，坩埚5在推送机构的作用下从蒸镀室3回到预热室1，闸阀2随即关闭。蒸镀室3内，镀完膜的镀膜基板12被推送到蒸镀室外，新的镀膜基板12被推送至蒸镀室3中的指定位置。预热室1中，坩埚5运动至加液系统4的滴嘴8下方，加液系统4将镀膜原材料加注至坩埚5中，并开始新一轮的镀膜流程，即上述步骤1）- 4）的过程。

实施例二：本实施例相较实施例一的不同之处在于：本实施例中的蒸镀喷头11上喷孔10的开孔方向以及镀膜基板12的放置方向均垂直于坩埚5的推送方向，同样也可完成镀膜。

实施例三：本实施例相较实施例一或二的不同之处在于：在预热室1和蒸镀室3之间设置有串联的过渡室14，过渡室14连接有一真空泵13。预热室1和过渡室14之间、过渡室14和蒸镀室3之间分别设置有闸阀2，以使三者相对隔离。过渡室14用于保证坩埚途径的各个真空室之间的真空度差异不致太大。而过渡室14的设置目的也是利用上述的船闸原理：因为蒸镀室3必须保持较高的真空度才能开始镀膜，而预热室1的真空度一般不会很高。若预热室1真空度与蒸镀室3的差距较大，则闸阀2打开时，就会导致蒸镀室3的真空度发生明显下降，这样，蒸镀室3的真空泵13需要较长时间抽真空才能达到蒸镀所需的真空度，由此，影响了镀膜效率。但设置了过渡室14时，可利用真空泵将过渡室14的真空度抽至略小于或等于蒸镀室3的真空度，这样一来，当闸阀2打开时，蒸镀室3内的真空度便不会发生明显下降，有利于提高镀膜效率。

实施例四：本实施例相较实施例一、二或三的不同之处在于：为了保证蒸镀室3中的镀膜均一性，可以在蒸镀室3的一侧并联设置两个或两个以上的预热室1，以扩大蒸镀喷头11的覆盖范围以及保证喷孔10所喷出的镀膜材料的均匀性。另外，此装置还可以实现在只镀防污膜情况下的连续不间断镀膜，即使两个或两个以上的预热室1依次工作，当其中一个预热室工作完毕之后，将另一个预热室投入使用，而使之前已经完成工作的预热室进行加液、预热等准备工作。

上述实施例在具体实施时：如图5所示，加液系统4用于将防污膜料药液瓶19内的药液加注到真空镀膜时用于盛放药液的坩埚5内。加液系统包括加液控制器16以及由容积式计量阀17和滴药阀21构成的一套加液装置。该加液装置具有输液线、气动线以及控制线，其中输液线是指传输镀膜药液的管路，气动线为系统中的气体运动路径，这些气体是药液运动的动力，而控制线是指控制阀门部件启闭的线路。

输液线：容积式计量阀17的药液入口18和防污膜料药液瓶19通过液体管路25构成连通以实现抽吸药液，容积式计量阀17的药液出口20与滴药阀21内的排液管道23的上部开口通过液体管路25相连通以实现传输药液。容积式计量阀17可以被精确设定加药量。防污膜原液的精确计量对于镀膜效果有重要作用，药液量不准确将导致防污膜厚度异常，影响光学元件的光学特性。排液管道23的下部开口（滴药口30）对准坩埚5的放置位置以完成加注药液。

气动线：容积式计量阀17上的药液入口18和药液出口20以及滴药阀21分别与二位五通阀24通过气体管路27连通，二位五通阀24由加液控制器16连接控制并连通外界的入气管。容积式计量阀17的药液入口18还与防污膜料药液瓶19相连通，防污膜料药液瓶19连通有一入气管，该入气管用以将药液通过药液入口18压入容积式计量阀17内。容积式计量阀17内的药液通过二位五通阀24所输入的气体压入滴药阀21内。药液出口20和滴药阀21的启闭保持同步，即药液出口20打开时，滴药阀21同时打开完成对坩埚5进行加液。

控制线：加液控制器16通过控制管路26精确连接控制设定容积式计量阀17内的每次加液量（药液量）。加液控制器16还控制二位五通阀24的工作状态，通过控制二位五通阀24以精确控制药液的添加过程。

如图5、6所示，滴药阀21的底部开设有一中空的排液管道23，排液管道23的上部开口与容积式计量阀17的药液出口20相连通以传输药液，排液管道23的下部开口为滴药口30，滴药口30对准坩埚5，坩埚5为镀膜时的镀液盛放容器。如图6所示，呈中空的排液管道23上方具有一密封堵头29，密封堵头29封堵排液管道23的上部开口；排液管道23与密封堵头29之间的相邻面互相对应设置有斜面，以实现二者的相邻面在互相接触时构成相互限位。密封堵头29由二位五通阀24控制起、落动作，其起、落动作作用于排液管道23的打开或关断。密封堵头29的底部固定连接有一密封针22，密封针22的外轮廓形状、大小与排液管道23的内轮廓形状、大小吻合适配，密封针22的长度不小于排液管道23的长度，以使密封针22的端头部随着密封堵头29下落后突出于滴药口30外部，以保证排液管道23内的管道被密封针22完全封堵密封。滴药阀21一侧连接有气体管路27，气体管路27即为二位五通阀24气动控制密封堵头29的气动线。

加液控制器16在实际使用时，可辅以上位控制机15进行操作控制，例如PLC上位机或计算机等。

加液控制器16用于对每次加液量的精确设定，同时接收上位工控机15指令在指定时刻控制容积式计量阀17与滴药阀21配合加药。容积式计量阀17可以被精确设定加药量。滴药阀21与容积式计量阀17同步动作；加药完毕后滴药阀21自动关闭防止泄漏。加液控制器16由单片机作为处理器，籍触摸屏进行人机交互设定加液量，上接上位工控机指令，并按预定设置让容积式计量阀17及关闭阀同步工作。容积式计量阀17的工作原理是通过丝杆调节加药容积，在往复运动中吸排定量容积液体。滴药阀21配合容积式计量阀的开关而开关，避免泄漏；同时滴药阀21内密封堵头29与密封针22的配合结构可以自动清理排液管道23内镀液结晶所造成的堵塞。

上述加液系统在具体实施时具有如下工作流程：

1) 上位工控机15发出吸药指令，加液控制器16控制容积式计量阀17的药液入口18打开，待其从防污膜原液瓶19抽吸定量液体后，其药液入口18关闭。

2) 上位工控机15发出加药指令；加液控制器16控制容积式计量阀17的药液出口20打开，待定量液体注入到滴药阀21中后，其药液出口20关闭。

3) 与此同时，滴药阀21的药液进口打开，滴药阀21末端的密封针22被向上提升，药液进入滴药阀21，并通过排液管道23排送药液至坩埚5后，滴药阀21末端的密封针22插入排液通道10，完成一次自动清理通道。滴药阀末端的密封针22对于排液管道23的打开和关断与容积式计量阀17的药液出口20的打开与关断同步。

其中2)、3）两个步骤同时进行，这种同步是在加液控制器16的控制下，由二位五通阀24来实现的。

如图7所示，加热头9由加热头法兰31、陶瓷加热片34、陶瓷加热片35、外引线36、对外引线柱37和导电支座40构成。支杆7与加热头法兰31之间轴孔配合，两者的组合作为坩埚加热头与其它真空镀膜部件相连接的连接部。加热头法兰31相对于支杆7的另一侧装配有导电支座40，导电支座40上开设有贯通的支承孔38，支承孔38内插装有对外引线柱37。导电支座40相对于加热头法兰31的另一侧装配有热头支座6，两者之间配合连接固定。陶瓷加热片35上放置有陶瓷加热片34，陶瓷加热片34用于加热放置在其表面的坩埚5。陶瓷加热片34的加热方式为电加热，其片体一侧连接有外引线36的一端，外引线36的另一端穿过开设于导电支座40表面的连接孔39与对外引线柱37焊接固定，使得陶瓷加热片34与对外引线柱37之间通过外引线36构成导通；而对外引线柱37与外部电源导通。但由于外引线36与陶瓷加热片34两者的材质不同，所以两者的焊接区域就会由于热量积聚效应而产生变形以至断裂，使陶瓷加热片不能继续发挥加热功能，影响了连续生产。

如图1所示，外引线36的外围套装包覆有散热件33，散热件33以外引线36与陶瓷加热片34的连接处为始端，沿外引线36的延伸方向布置。散热件33的长度可根据散热需要进行选择。而位于散热件33末端的外引线36的外围套装包覆有同样用以散热的陶瓷管32。陶瓷管32以散热件33的末端为始端布置，其长度应满足外引线36末端的余留长度能与对外引线柱37之间构成焊接固定的要求。在散热件33和陶瓷管32的外围涂覆有散热绝缘层41，该散热绝缘层41既对包裹外引线36的散热件33起到散热效果，又对其起到绝缘效果，保持其与周围部件绝缘。

虽然以上述实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，如：预热室1的数量和位置、位于预热室1中的推送机构、加热装置、加液装置的具体结构组成，故在此不一一赘述。

Claims (7)

1.一种自动化连续式防污膜镀膜装置，所述镀膜装置包括真空蒸镀室和至少一个真空预热室，所述真空蒸镀室的内腔和所述真空预热室的内腔之间构成连通，其特征在于：所述真空蒸镀室与所述真空预热室之间设置有一可启闭的闸阀；所述真空预热室内设置有加液系统、推送机构、加热装置和坩埚，所述加液系统向所述坩埚中加注蒸镀所述防污膜的膜料，所述加热装置承载并加热所述坩埚，所述推送机构通过推送杆连接所述坩埚，以使所述坩埚实现在所述真空蒸镀室和所述真空预热室之间的往返移动。

2.根据权利要求1所述的一种自动化连续式防污膜镀膜装置，其特征在于：所述真空预热室内的真空度小于所述真空蒸镀室内的真空度。

3.根据权利要求2所述的一种自动化连续式防污膜镀膜装置，其特征在于：所述真空预热室与所述真空蒸镀室之间设置有一过渡室，所述过渡室内的真空度大于所述真空预热室内的真空度，且小于所述真空蒸镀室内的真空度。

4.根据权利要求1所述的一种自动化连续式防污膜镀膜装置，其特征在于：所述加液系统至少包括一套加药装置,所述加药装置由加药控制器、容积式计量阀和滴药阀构成，所述容积式计量阀的药液进口与所述防污膜料药液瓶连通，所述容积式计量阀的药液出口与所述滴药阀连通，所述滴药阀的滴药口通向所述坩埚，所述加药控制器分别连接控制所述容积式计量阀和所述滴药阀。

5.根据权利要求4所述的一种自动化连续式防污膜镀膜装置，其特征在于：所述滴药阀具有排液管道，所述排液管道的上部开口与所述容积式计量阀的药液出口连通，所述排液管道的下部开口为滴药口，所述滴药阀内、位于所述排液管道上部开口处设置有一密封堵头，由所述加液控制器控制所述密封堵头的起落。

6.根据权利要求5所述的一种自动化连续式防污膜镀膜装置，其特征在于：所述密封堵头底部固定连接一密封针，所述密封针与所述排液管道的内轮廓形状、大小吻合适配，所述密封针的长度不小于所述排液管道的长度，且当所述密封堵头封堵于所述排液管道的上部开口时，所述密封针的端头部伸出于所述滴药口。

7.根据权利要求1所述的一种自动化连续式防污膜镀膜装置，其特征在于：所述加热装置包括加热片、外引线和对外引线柱，所述外引线一端导通所述加热片，另一端导通所述对外引线柱，所述对外引线柱由一导电支座支承，所述外引线外围套装包覆有一散热件，所述散热件自所述外引线与所述加热片的连接处起沿所述外引线的延伸方向布设；所述散热件外围涂覆有散热绝缘层。