CN105457844B - 一种液位沉降法镀膜的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液位沉降法镀膜的装置，包括镀膜腔体，安装在镀膜腔体内的夹持工装，储液槽，将液体在镀膜腔体和储液槽之间输送的输液泵以及控制单元，所述镀膜腔体设有侧开的工件进出口以及密封所述工件进出口的密封盖；本发明的液位沉降法镀膜的装置，通过设置侧开的工件进出口解决了层高限制时超长工件的装载问题，并且整体结构简单，工件安装方便，节省安装空间。

Description

一种液位沉降法镀膜的装置

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，特别涉及一种液位沉降法镀膜的装置。

背景技术

薄膜的制备是近几年材料领域的热点之一，常用的制备薄膜的方法有很多，如MOCVD、PECVD、磁控溅射法、溶胶-凝胶法等。溶胶-凝胶法由于其生产成本低，膜厚可控等优点被广泛应用在科学研究和工业生产当中。溶胶-凝胶(Sol-Gel)常用的工艺方法有旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法等。其中，浸渍提拉法无论对于各类常规工件，还是异形工件都是一种十分有效的镀膜方法。这种方法是把工件固定在提拉板上浸入溶胶中，然后在提拉机的作用下缓缓垂直拉离液面，使溶胶均匀涂布在工件表面。薄膜的厚度可以通过调控提拉速度控制。但是此工艺有它的不足之处，基片，尤其是大尺寸大重量基片，在提拉过程中容易晃动，液面容易受环境影响产生波动，导致镀膜不均匀。此外，提拉装置中增加气氛处理单元困难，大型工件镀膜烘烤后处理可能在搬运中对薄膜造成损坏，影响薄膜质量。而且机械传动装置的存在增加了空间需求：由于需先将工件提升至溶胶槽之上，然后才能进行浸渍提拉，这使得所需高度既包含了工件长度，也包含了溶胶槽深度，且溶胶槽深度一般不小于工件长度。因此，该方法至少需要两倍于工件长度的层高，这极大限制了可选择的镀膜环境，不能高效利用空间。

采用液位沉降，即工件不动，液面下降的方法镀膜可以有效解决上述问题，尤其是要在受限高度空间内进行长工件镀膜时，传统的提拉镀膜工艺是没有办法实现的。而采用液位沉降法，固定长工件不动，按一定速率抽出溶胶，使液面缓慢下降完成镀膜。此方法不仅解决了大工件镀膜的空间限制问题，还增加了镀膜过程的稳定性，增加了膜厚的均匀度，更适合批量化生产。

例如申请号为201010294865.5的中国专利文献公开了一种滴漏式液面降沉下拉或斜拉制备薄膜材料的设备，包括放置在支撑台上的溶液箱体，溶液箱体内放置有上溶液池，溶液箱体的一侧设有液面高度标尺，上溶液池底部有溶液导孔，溶液导孔上连接有滴漏管和液量控制开关，在液量控制开关下方，放置有独立的下溶液池，溶液箱体上有顶盖，顶盖盖上有定位销，顶盖通过定位销与溶液箱体相连接，顶盖上留有温度计插孔，在顶盖中部固结有样品架，该样品架位于上溶液池上方，样品架上安装有薄膜基底托板。该公开的技术方案结构简单，没有转动部件，但该装置完全利用重力沉降，流速难以保持一个恒定值，使得膜厚控制困难。

又例如申请号为200810116407.5的中国专利文献公开了一种液位沉降法制备薄膜的装置，包括：方形扁平结构的容器、用于薄膜干燥和退火的加热板、管路连接容器的储液器。该装置结构简单，通过控制液位沉降，制备所需的薄膜。装置可任意角度倾斜，方便一次性镀膜厚度可控。但该装置的结构限制了其只能在扁平基板镀膜，无法满足大型立体结构的镀膜需求。而且使用单一抽泵抽液，难以避免产生涡流气泡，影响镀膜质量。

又例如申请号为201010515528.4的中国专利文献公开了一种数控提拉式镀膜机，其包括机架和旋转平台，旋转平台对应四个工位设置，其中第二工位为提拉镀膜工位，机架上设有与第二工位匹配的溶液提拉装置，溶液提拉装置设有提升进给单元，提升进给单元上连接有拖板，拖板上设有固定溶液容器的料筒架，提升进给单元还连接有驱动机构:镀膜时提升进给单元先上升将载体置于溶液容器中，然后提升进给单元再缓慢下降进行镀膜。该公开的技术方案采用装有镀膜溶液的容器向下运动的方式进行镀膜，多工位一体，提高了镀膜的效率。但是，该方案在容器下降过程中容易受环境影响晃动导致镀膜不均匀，而且该装置不节约空间，在加工大尺度工件时容易受层高限制。

因此，有必要提供一种更优越的液位沉降法镀膜装置，用以克服现有技术中的缺点和不足，满足超长工件镀膜需求，降低设备使用过程中对场地条件特别是层高的要求，便于加装、卸装，同时实现工件静态或准静态镀膜，提高工艺可控性和稳定性。

发明内容

本发明公开了一种液位沉降法镀膜的装置，便于加装超长工件进行镀膜，具有结构简单、占用空间小、使用方便等优点。

一种液位沉降法镀膜的装置，包括镀膜腔体，安装在镀膜腔体内的夹持工装，储液槽，将液体在镀膜腔体和储液槽之间输送的输液泵以及控制单元，所述镀膜腔体设有侧开的工件进出口以及密封所述工件进出口的密封盖。

本发明将工件进出口设置在侧边，使工件可以水平进入镀膜腔体内，解决了层高限制超长工件的装载问题，减小装置使用过程中的空间，现有技术中从上开口进入的方式还需要设置升降部件来移动夹持工装，增加设备的复杂度，并且安装和定位工件的过程也更为复杂，而本发明中的夹持工装可以直接固定安装，有效简化结构，降低制造成本。

为了提高密封盖的密封效果，密封盖与工件进出口的连接处有密封圈，防止液体渗漏，为了进一步提高密封性，所述密封盖边缘固定有一圈密封圈，所述工件进出口边缘设有嵌入该密封圈的密封槽，所述密封盖和工件进出口之间通过锁扣加力密封，防止液体渗漏。

优选的，所述输液泵采用可调速双向泵，可调速双向泵通过调节送液、抽液流量控制所述镀膜腔体内镀液液面上升、下降速率以控制薄膜厚度。双向泵功率可调，控制腔内液面沉降速率为0～10000μm/s，最小分辨率10μm/s，速度精度-0.02％～+0.02％。利用双向泵可实现循环多次镀膜。

所述的镀膜腔体外形包括但不限于圆柱形和立方形，优选的，所述镀膜腔体为柱型。

为了便于清洁镀膜腔体的内壁，优选的，所述镀膜腔体为圆柱型。

为了增大工件进出口的面积，方便工件安装，优选的，所述镀膜腔体为圆柱型，所述圆柱型的镀膜腔体通过纵向截面分割成安装有夹持工装的腔本体以及密封盖，所述夹持工装可绕中心轴旋转。上述结构使工件进出口贯通整个镀膜腔体，为了尽可以地增大工件进出口，进一步优选的，所述纵向截面通过镀膜腔体的中心轴。从中间将圆柱型的镀膜腔体分割，得到的工件进出口最大。所述夹持工具附带旋转功能，有利于实现高品质镀膜。

为了解决了液面下降过程中的气泡和涡流问题，提高镀膜效果，优选的，所述镀膜腔体内设有将其分隔成上腔体和下腔体的均液隔板，所述均液隔板上设有多个过液孔，所述镀膜腔体与输液泵连接的进出液口位于下腔体。

为了使液体均匀下降，优选的，所述均液隔板上的过液孔绕均液隔板的中心轴中心对称布置。

为了提高均液隔板的匀液效果，优选的，所述均液隔板在垂直方向上间隔布置有多块，多块均液隔板自上而下过液孔的孔径逐渐增大、孔数逐渐减少，各块均液隔板的过液孔总面积相等或者近似。由此可以在进出液口前形成多纹孔通道，有效解决了液面下降过程中的气泡和涡流问题。相邻均液隔板间距可调。多个过液孔是指所有均液隔板的过液孔总和具有多个，也就是说其中有一块均液隔板可以是只有一个过液孔。如对于直径为D的圆柱形的镀膜腔体，设置三层均液隔板，由上而下孔径依次为D/8、D/4和D/2，孔数为16/4/1，最上和最下均液板之间距离为腔体高度的1/5，均液隔板间等距。

优选的，最上层和最下层的均液隔板之间距离与镀膜腔体高度之比为0.1～0.4；

优选的，圆柱形的镀膜腔体的直径为D，任一均液隔板上的过液孔孔径D/8～D/2。

为了便于对工件进行清洗和镀膜，优选的，所述储液槽至少包括一个镀膜液槽以及两个清洗液槽。其中镀膜液槽存放待镀膜溶胶或者有机物，两个清洗液槽分别存放清洗剂和去离子水，用于对镀膜槽和工件进行清洗。各储液槽可以通过同个泵或不同泵连通镀液腔体。

优选的，所述镀膜腔体还设有进气口和出气口，所述进气口用于连接保护气系统，所述保护气系统的气源至少包括氩气、氮气、氧气和氢气中的一种。所述气源通过气路连通部件与镀膜腔体连接，用于烘烤过程通保护气体，或在降液过程平衡腔内气压。

为了提高镀膜效果，优选的，所述镀膜腔体外壁设有加热烘烤单元。所述的加热烘烤单元位于镀膜腔体外侧，包括内层的加热层和外层同心的保温层，用于对镀膜槽腔体和工件加热烘烤，可以通过控制单元设定其加热温度并控制其加热速率。

装置可以通过设置控制单元以控制双向泵抽液方向及抽速、控制加热烘烤单元加热温度及加热速率，并实施检测及显示包括但不限于镀膜腔体内温度、气压、液面高度、储液槽内液体储量、液体抽速等装置工作参数。

每个储液槽包括一个储液容器，一个进液口，一个出液口，出液口通过连接组件经由可调双向泵后与镀膜腔体相连，镀膜液通过一个可调速双向泵在储液槽和镀膜腔体之间往返可实现工件的多次镀膜；

所述可调速双向泵由程序控制，可有效阻断上游的压力脉动及流量波动，适用于高粘度或高密度的流体。

工件的固定由一组可以升降旋转的夹持工装完成，升降功能方便工件的安装，旋转功能有利于提高镀膜质量。所述夹持工装可以是堵头，也可以是抓头、塞头，主要目的是不影响夹持区域的镀膜。

上述结构的装置可以在镀膜腔体内原位完成工件的清洗，镀膜，烘烤，操作方便，减少工件移动对镀膜质量的影响。

本发明采用液位沉降法，利用双向泵实现镀膜腔体内液面上升下降完成镀膜。本发明通过一个可调速双向泵控制流速，通过控制单元控制流速还可以实现对曲面、坡面进行均匀镀膜，使得本发明可以应对更广泛工件目标。

本发明采用原位烘烤的方法，并可在镀膜槽内通保护气氛。实现了设备不动、工件不动完成清洗、镀膜、烘烤固化全过程，避免在工件搬运过程中损伤薄膜。

本发明的有益效果：

本发明的液位沉降法镀膜的装置，通过设置侧开的工件进出口解决了层高限制时超长工件的装载问题，并且整体结构简单，工件安装方便，节省安装空间。

附图说明

图1为实施例1的装置连接关系的框线图。

图2为实施例1的装置的结构示意图。

图3为实施例1的镀膜腔体的立体结构示意图。

图4为实施例1的镀膜腔体的结构示意图。

图5为实施例1的储液槽的立体结构示意图。

图6为实施例1的多块均液隔板的立体结构示意图。

图7为实施例1的密封盖的立体结构示意图。

图8为实施例2的镀膜腔体的结构立体示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1～7所示，本实施例的液位沉降法镀膜的装置包括：包括镀膜腔体1、一组储液槽2、一组可调速双向泵4、加热烘烤单元5以及控制单元6。镀膜腔体1上设有与保护气系统3连接的进气口11和用于排气的出气口12。

镀膜腔体1为圆柱型，镀膜腔体1设有侧开的工件进出口13以及密封所述工件进出口13的密封盖14，圆柱型的镀膜腔体1通过纵向截面分割成安装有夹持工装7的腔本体以及密封盖14，密封盖14一侧铰接安装，依次打开左侧三个锁扣141，即打开密封盖14，通过夹持工装7的升降将工件固定在上下两个夹持工具之间，关闭密封盖14后锁紧锁扣141即可开始镀膜。密封盖14边沿处固定有一圈密封圈142，并保证在密封盖运动过程不松脱，密封圈142可采用耐高温耐有机物的246氟橡胶材质。关闭密封盖14后通过锁紧锁扣141使密封圈142与腔本体边沿贴合，提高密封效果。

镀膜腔体1还设有与调速双向泵4连接的进出液口15，镀膜腔体1内安装有可升降和旋转的夹持工装7，三块间隔布置的均液隔板8。夹持工装7采用堵头或者塞头，上下夹持固定工件可以防止提拉法镀膜中常见的工件底端镀膜不均匀现象，提高镀膜的完整性。

一组储液槽2中每个储液槽2都具有加液口202和进出液口201通过管路与可调速双向泵相连，一组储液槽2的类型包括一个镀膜液槽21和两个清洗液槽22，将待镀膜溶胶倒入镀膜液槽21，清洗剂和去离子水分别倒入两个清洗液槽22，通过控制单元6控制可调速双向泵4运转将清洗剂导入镀膜腔体1直到完全浸没工件，浸泡一段时间后通过可调速双向泵4排出到清洗液槽22，达到清洗工件的效果。在排出清洗剂后，使用气氛吹干或者使用烘烤装置5烘干工件；通过可调速双向泵4将镀膜液槽21内的溶胶导入镀膜腔体1淹没工件到需镀膜高度，浸液10～20秒后通过控制单元6控制可调速双向泵4抽速，降液速率按需要可在0～10000μm/s范围内调控，抽出溶胶到镀膜液槽21，完成一次镀膜，如需要多次镀膜，只需反复进出溶胶，在一次镀膜之后可以用气氛吹干或者使用加热烘烤装置5烘干工件，节省了溶剂挥发时间，提高了成膜质量。本过程完全利用液面升降镀膜，不用提拉工件，节省了时间，也提高了垂直方向上的空间利用率。

三块间隔布置的均液隔板8由上层的小孔盘81，中层中孔盘82和下层的大孔盘83组成，孔口84在圆盘内分布均匀，相邻层孔的总面积一致，由此可以在液体流出前形成多纹孔通道，有效解决了液面下降过程中的气泡和涡流问题，提高成膜的均一性。

上述结构中的管路采用软管连接，减小可调速双向泵4轻微脉冲对镀膜槽的影响。

完成工件的装样、清洗、镀膜只需操作一次工件的安装，节省操作流程，并避免了工件移动过程中的污染损坏。镀膜腔体1外侧有加热烘烤单元5，包括内层的加热层51和外层同心的保温层52，用于对镀膜槽腔体1和工件加热烘烤。并可以通过控制单元6设定其加热温度并控制其加热速率，通过控制单元6设置加热温度和加热步长，即可实现工件的镀膜后退火处理。在此过程中，保护气系统3提供保护气，一般是氮气，通过管路和进气口11输入镀膜腔体1，为工件退火提供气氛保护。完成退火处理后，断电断气，等工件冷却后打开密封盖14，旋松夹持工装7取出工件即完成一个工件的镀膜。

实施例2

如图8所示，本实施例除了镀膜腔体形状以外，其余结构都与实施例1相同。

本实施例的镀膜腔体1是立方形腔体。

Claims (8)

1.一种液位沉降法镀膜的装置，包括镀膜腔体，安装在镀膜腔体内的夹持工装，储液槽，将液体在镀膜腔体和储液槽之间输送的输液泵以及控制单元，其特征在于，所述镀膜腔体设有侧开的工件进出口以及密封所述工件进出口的密封盖；

所述镀膜腔体内设有将其分隔成上腔体和下腔体的均液隔板，所述均液隔板上设有多个过液孔，所述镀膜腔体与输液泵连接的进出液口位于下腔体；

所述均液隔板在垂直方向上间隔布置有多块，多块均液隔板自上而下过液孔的孔径逐渐增大、孔数逐渐减少，各块均液隔板的过液孔总面积近似。

2.如权利要求1所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述镀膜腔体为柱型。

3.如权利要求1所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述输液泵采用可调速双向泵，可调速双向泵通过调节送液、抽液流量控制所述镀膜腔体内镀液液面上升、下降速率以控制薄膜厚度。

4.如权利要求2所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述镀膜腔体为圆柱型，所述圆柱型的镀膜腔体通过纵向截面分割成安装有夹持工装的腔本体以及密封盖，所述夹持工装可绕中心轴旋转。

5.如权利要求1所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述的均液隔板上的过液孔绕均液隔板的中心轴中心对称布置。

6.如权利要求1所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述储液槽至少包括一个镀膜液槽以及两个清洗液槽。

7.如权利要求1所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述镀膜腔体还设有进气口和出气口，所述进气口用于连接保护气系统，所述保护气系统的气源至少包括氩气、氮气、氧气和氢气中的一种。

8.如权利要求1所述的液位沉降法镀膜的装置，其特征在于，所述镀膜腔体外壁设有加热烘烤单元。