CN106048546B - 紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备及方法，其设备是在真空室内设有分区隔板，真空室内的空间分隔成卷绕区和镀膜区，分区隔板上设有供柔性基材通过用的通孔，柔性基材贯穿于整个真空室中，加热器和离子源设于卷绕区内，磁控溅射装置设于镀膜区内；镀膜区内设有多个单元隔板，将镀膜区内的空间分隔成一个柔性基材输送单元和多个镀膜单元。其方法是分别对真空室内的卷绕区和镀膜区进行抽真空，放卷辊放出的柔性基材先经过卷绕区，在卷绕区内进行离子处理和预加热，再送入镀膜区，由多个镀膜单元依次进行溅射镀膜，最后送至卷绕区，由收卷辊进行收卷。本发明结构紧凑，节约设备成本，同时可有效防止不同工艺阶段的工作气氛相互影响。

Description

紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备及方法

技术领域

本发明涉及柔性基材镀膜技术领域，特别涉及一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备及方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，柔性基材的镀膜需求越来越大。柔性基材膜不但具有硬质衬底膜的光电特性，而且具有重量轻、可折叠、不易破碎、便于运输、设备投资少等优点。被广泛应用于高性能汽车贴膜、等离子电视平板显示、触摸屏、太阳能电池等领域。根据不同的应用需求，对所镀膜层的功能性要求也不同，但是总体上，目前各行业对柔性基材膜的功能性要求有越来越高的趋势，膜系结构也趋向于越来越复杂。

目前，磁控溅射法制备柔性薄膜的工艺比较成熟、生产效率也较高。但在实际生产中，磁控溅射法制备柔性薄膜的生产线中仍存在以下问题：

(1)生产线一般设有多个镀膜室对柔性基材表面进行多次镀膜或进行多层不同种类膜层镀膜，多个镀膜室一般采用直线式结构并排安装，其设备体积大，占地面积也大，设备成本较高。

(2)对柔性基材进行镀膜前，一般会采用离子源对其表面进行处理，清除基材表面杂质和改善其表面形貌，但由于镀膜室的真空度要求，离子源的工作气体常常得不到有效排出，容易影响设备中其它工作机构的工作气氛。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，该设备结构紧凑、体积较小，设备成本也低。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜方法。

本发明的技术方案为：一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，包括真空室、柔性基材卷绕机构、磁控溅射装置、加热器和离子源，真空室内设有分区隔板，分区隔板将真空室内的空间分隔成卷绕区和镀膜区，分区隔板上设有供柔性基材通过用的通孔，柔性基材贯穿于整个真空室中，加热器和离子源设于卷绕区内，磁控溅射装置设于镀膜区内；镀膜区内设有多个单元隔板，多个单元隔板将镀膜区内的空间分隔成一个柔性基材输送单元和多个镀膜单元。其中，分区隔板将真空室的内腔分隔成相互独立的卷绕区和镀膜区，外接高真空抽气系统后，可分别对卷绕区和镀膜区进行单独抽真空，避免两个区域内的工作气氛相互影响，相对于直线式镀膜设备，该结构也得到简化。而单元隔板将镀膜区内的空间分隔成相互独立的一个柔性基材输送单元和多个镀膜单元，柔性基材输送单元主要是提供空间，供柔性基材与卷绕区进行相互传送，多个镀膜单元相互独立，可以根据工艺需要镀制不同的膜层，能有效防止不同工作气氛之间的影响。

作为一种优选结构，所述真空室为矩形腔体结构，分区隔板竖直设于真空室内，并将真空室内的空间按左右并排的结构方式分隔成卷绕区和镀膜区。

作为另一种优选结构，所述真空室为矩形腔体结构，分区隔板水平设于真空室内，并将真空室内的空间按上下层叠的结构方式分隔成卷绕区和镀膜区。

根据实际生产线的场地要求，真空室也可设计为圆筒形或其他形状的腔体结构。

所述柔性基材卷绕机构包括依次连接的放卷辊、收卷辊和主辊，放卷辊和收卷辊设于卷绕区内，主辊设于镀膜区内，放卷辊与主辊之间设有多个导向辊，主辊与收卷辊之间也设有多个导向辊；分区隔板上的通孔包括进片通孔和出片通孔，放卷辊和主辊之间的柔性基材由进片通孔通过，主辊与收卷辊之间的柔性基材由出片孔通过。

所述镀膜区中，各单元隔板围绕着主辊的外圆周分布，且各单元隔板与主辊的外表面之间留有供柔性基材通过用的间隙，多个镀膜单元呈扇形状分布于主辊外周。该结构紧凑，相比传统的直线式镀膜设备，可较大程度的节约设备成本。

所述离子源为矩形离子源，设于放卷辊输出端的柔性基材外侧，离子源的电离气体覆盖住柔性基材宽度方向的表面(即在柔性基材的宽度方向上，离子源电离气体的覆盖范围应大于或等于柔性基材的宽度)，可均匀地去除附着于柔性基材表面的杂质，并改善柔性基材的表面形貌，有利于提高柔性基材表面膜层的质量及膜层与柔性基材之间的结合力。而且离子源置于与镀膜区分隔开的卷绕区内，因此离子源的工作气氛不会与镀膜区的工作气氛相互影响。

所述加热器包括多组加热管组件，卷绕区内，从放卷辊到分区隔板的进片通孔之间，柔性基材在多个导向辊上呈竖直平行的缠绕状态，多组加热管组件并排分布于上下两个导向辊之间的柔性基材外侧，且各组加热管组件覆盖住柔性基材宽度方向的表面(即在柔性基材的宽度方向上，各组加热管组件的宽度应大于或等于柔性基材的宽度)。在对柔性基材进行镀膜前，通过加热器对柔性基材进行预热处理，一方面可起到除气的作用，结合离子源清理柔性基材的表面，可使得到的膜层成分更纯净，另一方面，较高温度的柔性基材能提高到达柔性基材表面的膜料分子扩散速率，使膜层更加均匀，膜层和柔性基材的结合力更高；同时，多组加热管覆盖整个柔性基材宽度方向的表面，其加热效果均匀，可有效防止柔性基材变形。

所述磁控溅射装置包括多组溅射阴极，每个镀膜单元内设有至少一组溅射阴极。根据镀膜工艺的实际需要，该结构可完成多层膜系镀膜，且各膜层之间的膜料不会互相影响。

所述卷绕区和镀膜区分别外接高真空抽气系统。高真空抽气系统与传统镀膜设备所以的高真空抽气系统相同，一般包括依次连接的扩散泵机组(或分子泵，或低温泵)和分子泵。

所述收卷辊的输入端还设有电阻率测量仪和透过率测量仪，电阻率测量仪和透过率测量仪均设于卷绕区内，可实时监测镀膜后柔性基材的透过率和电阻率，进一步提高产品质量。

通过上述设备实现一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜方法，包括以下步骤：

(1)分别对真空室内的卷绕区和镀膜区进行抽真空，直至各区域的真空度达到预定值；

(2)放卷辊放出柔性基材，柔性基材先经过卷绕区，在卷绕区内由离子源进行离子处理，由加热器进行预加热；

(3)柔性基材送入镀膜区，按柔性基材的输送方向，由多个镀膜单元依次进行溅射镀膜；

(4)柔性基材完成镀膜后，送至卷绕区，由收卷辊进行收卷。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备与传统的镀膜设备相比较，仅采用一个真空腔体，其结构紧凑，便于布置，有效提高空间利用率，节约设备成本。另外，将真空腔体分隔成相互独立的卷绕区和镀膜区，并将镀膜区分隔成相互独立的多个镀膜单元，可根据不同镀膜工艺的需求设置不同类型的溅射装置，其内部结构简单，却可有效防止不同工艺阶段的工作气氛相互影响。

本紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备中，在柔性基材卷绕机构的放卷侧设有加热器，其中各加热管组件排布密集且可覆盖整个柔性基材表面，通过加热器对柔性基材进行预热处理，一方面可起到除气的作用，结合离子源清理柔性基材的表面，可使得到的膜层成分更纯净，另一方面，较高温度的柔性基材能提高到达柔性基材表面的膜料分子扩散速率，使膜层更加均匀，膜层和柔性基材的结合力更高；同时，多组加热管覆盖整个柔性基材宽度方向的表面，其加热效果均匀，可有效防止柔性基材变形。

本紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备中，在柔性基材卷绕机构的放卷侧设有矩形离子源，可均匀地去除附着于柔性基材表面的杂质，并改善柔性基材的表面形貌，有利于提高柔性基材表面膜层的质量及膜层与柔性基材之间的结合力。而且离子源置于与镀膜区分隔开的卷绕区内，因此离子源的工作气氛不会与镀膜区的工作气氛相互影响。

本紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备中，在柔性基材卷绕机构的收卷侧增设电阻率测量仪和透过率测量仪，可实现柔性基材电阻率和透过率的实时监控，进一步提高产品质量。

附图说明

图1为本紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备的原理示意图。

图2为离子源的结构示意图。

图3为单组加热管组件的结构示意图。

上述各图中，1为真空室，2为主辊，3为放卷辊，4为收卷辊，5为导向辊，6为加热管组件，7为离子源，8为溅射阴极，9为透过率测量仪，10为电阻率测量仪，11为分区隔板，12为单元隔板，13为卷绕区，14为镀膜区，14-1为镀膜单元，14-2为柔性基材输送单元。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，如图1所示，包括真空室、柔性基材卷绕机构、磁控溅射装置、加热器和离子源，真空室内设有分区隔板，分区隔板将真空室内的空间分隔成卷绕区和镀膜区，分区隔板上设有供柔性基材通过用的通孔，柔性基材贯穿于整个真空室中，加热器和离子源设于卷绕区内，磁控溅射装置设于镀膜区内；镀膜区内设有多个单元隔板，多个单元隔板将镀膜区内的空间分隔成一个柔性基材输送单元和多个镀膜单元。其中，分区隔板将真空室的内腔分隔成相互独立的卷绕区和镀膜区，外接高真空抽气系统后，可分别对卷绕区和镀膜区进行单独抽真空，避免两个区域内的工作气氛相互影响，相对于直线式镀膜设备，该结构也得到简化。而单元隔板将镀膜区内的空间分隔成相互独立的一个柔性基材输送单元和多个镀膜单元，柔性基材输送单元主要是提供空间，供柔性基材与卷绕区进行相互传送，多个镀膜单元相互独立，可以根据工艺需要镀制不同的膜层，能有效防止不同工作气氛之间的影响。

其中，真空室为矩形腔体结构，分区隔板竖直设于真空室内，并将真空室内的空间按左右并排的结构方式分隔成卷绕区和镀膜区。

柔性基材卷绕机构包括依次连接的放卷辊、收卷辊和主辊，放卷辊和收卷辊设于卷绕区内，主辊设于镀膜区内，放卷辊与主辊之间设有多个导向辊，主辊与收卷辊之间也设有多个导向辊；分区隔板上的通孔包括进片通孔和出片通孔，放卷辊和主辊之间的柔性基材由进片通孔通过，主辊与收卷辊之间的柔性基材由出片孔通过。

镀膜区中，各单元隔板围绕着主辊的外圆周分布，且各单元隔板与主辊的外表面之间留有供柔性基材通过用的间隙，多个镀膜单元呈扇形状分布于主辊外周。该结构紧凑，相比传统的直线式镀膜设备，可较大程度的节约设备成本。

离子源为矩形离子源，设于放卷辊输出端的柔性基材外侧，离子源的电离气体覆盖住柔性基材宽度方向的表面(即在柔性基材的宽度方向上，离子源电离气体的覆盖范围应大于或等于柔性基材的宽度)，可均匀地去除附着于柔性基材表面的杂质，并改善柔性基材的表面形貌，有利于提高柔性基材表面膜层的质量及膜层与柔性基材之间的结合力。而且离子源置于与镀膜区分隔开的卷绕区内，因此离子源的工作气氛不会与镀膜区的工作气氛相互影响。本实施例中，矩形离子源采用目前市面通用的矩形离子源即可，其结构如图2所示。

加热器包括多组加热管组件，卷绕区内，从放卷辊到分区隔板的进片通孔之间，柔性基材在多个导向辊上呈竖直平行的缠绕状态，多组加热管组件并排分布于上下两个导向辊之间的柔性基材外侧，且各组加热管组件覆盖住柔性基材宽度方向的表面(即在柔性基材的宽度方向上，各组加热管组件的宽度应大于或等于柔性基材的宽度)。在对柔性基材进行镀膜前，通过加热器对柔性基材进行预热处理，一方面可起到除气的作用，结合离子源清理柔性基材的表面，可使得到的膜层成分更纯净，另一方面，较高温度的柔性基材能提高到达柔性基材表面的膜料分子扩散速率，使膜层更加均匀，膜层和柔性基材的结合力更高；同时，多组加热管覆盖整个柔性基材宽度方向的表面，其加热效果均匀，可有效防止柔性基材变形。本实施例中，加热管组件采用目前市面通用的加热管组件即可，其结构如图3所示。

磁控溅射装置包括多组溅射阴极，每个镀膜单元内设有至少一组溅射阴极。根据镀膜工艺的实际需要，该结构可完成多层膜系镀膜，且各膜层之间的膜料不会互相影响。

卷绕区和镀膜区分别外接高真空抽气系统。高真空抽气系统与传统镀膜设备所以的高真空抽气系统相同，一般包括依次连接的扩散泵机组(或分子泵，或低温泵)和分子泵。

收卷辊的输入端还设有电阻率测量仪和透过率测量仪，电阻率测量仪和透过率测量仪均设于卷绕区内，可实时监测镀膜后柔性基材的透过率和电阻率，进一步提高产品质量。

通过上述设备实现一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜方法，包括以下步骤：

(1)分别对真空室内的卷绕区和镀膜区进行抽真空，直至各区域的真空度达到预定值；

(2)放卷辊放出柔性基材，柔性基材先经过卷绕区，在卷绕区内由离子源进行离子处理，由加热器进行预加热；

(3)柔性基材送入镀膜区，按柔性基材的输送方向，由多个镀膜单元依次进行溅射镀膜；

(4)柔性基材完成镀膜后，送至卷绕区，由收卷辊进行收卷。

实施例2

本实施例一种紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，与实施例1相比较，其不同之处在于：真空室为矩形腔体结构，分区隔板水平设于真空室内，并将真空室内的空间按上下层叠的结构方式分隔成卷绕区和镀膜区。

根据实际生产线的场地要求，真空室也可设计为圆筒形或其他形状的腔体结构。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，包括真空室、柔性基材卷绕机构、磁控溅射装置、加热器和离子源，真空室内设有分区隔板，分区隔板将真空室内的空间分隔成卷绕区和镀膜区，分区隔板上设有供柔性基材通过用的通孔，柔性基材贯穿于整个真空室中，加热器和离子源设于卷绕区内，磁控溅射装置设于镀膜区内；镀膜区内设有多个单元隔板，多个单元隔板将镀膜区内的空间分隔成一个柔性基材输送单元和多个镀膜单元。

2.根据权利要求1所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述真空室为矩形腔体结构，分区隔板竖直设于真空室内，并将真空室内的空间按左右并排的结构方式分隔成卷绕区和镀膜区；

或者所述真空室为矩形腔体结构，分区隔板水平设于真空室内，并将真空室内的空间按上下层叠的结构方式分隔成卷绕区和镀膜区。

3.根据权利要求1所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述柔性基材卷绕机构包括依次连接的放卷辊、收卷辊和主辊，放卷辊和收卷辊设于卷绕区内，主辊设于镀膜区内，放卷辊与主辊之间设有多个导向辊，主辊与收卷辊之间也设有多个导向辊；分区隔板上的通孔包括进片通孔和出片通孔，放卷辊和主辊之间的柔性基材由进片通孔通过，主辊与收卷辊之间的柔性基材由出片孔通过。

4.根据权利要求3所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述镀膜区中，各单元隔板围绕着主辊的外圆周分布，且各单元隔板与主辊的外表面之间留有供柔性基材通过用的间隙，多个镀膜单元呈扇形状分布于主辊外周。

5.根据权利要求3所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述离子源为矩形离子源，设于放卷辊输出端的柔性基材外侧，离子源的电离气体覆盖住柔性基材宽度方向的表面。

6.根据权利要求3所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述加热器包括多组加热管组件，卷绕区内，从放卷辊到分区隔板的进片通孔之间，柔性基材在多个导向辊上呈竖直平行的缠绕状态，多组加热管组件并排分布于上下两个导向辊之间的柔性基材外侧，且各组加热管组件覆盖住柔性基材宽度方向的表面。

7.根据权利要求1所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述磁控溅射装置包括多组溅射阴极，每个镀膜单元内设有至少一组溅射阴极。

8.根据权利要求1所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述卷绕区和镀膜区分别外接高真空抽气系统。

9.根据权利要求3所述的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述收卷辊的输入端还设有电阻率测量仪和透过率测量仪，电阻率测量仪和透过率测量仪均设于卷绕区内。

10.根据权利要求1～9任一项所述设备实现的紧凑型柔性基材磁控溅射镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别对真空室内的卷绕区和镀膜区进行抽真空，直至各区域的真空度达到预定值；

(2)放卷辊放出柔性基材，柔性基材先经过卷绕区，在卷绕区内由离子源进行离子处理，由加热器进行预加热；

(3)柔性基材送入镀膜区，按柔性基材的输送方向，由多个镀膜单元依次进行溅射镀膜；

(4)柔性基材完成镀膜后，送至卷绕区，由收卷辊进行收卷。