CN106282958A - 一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统及方法，其中，溅镀系统结构为：左右两边分设进样腔和工艺腔，进样腔和工艺腔相连通，在连通之处上方固定有上真空隔绝装置，下方固定有下真空隔绝装置；在进样腔内依次设置有保护膜收料辊、放料辊、保护膜放料辊和收料辊；在柔性衬底行进流程上设置有若干导向辊；在工艺腔内设置有镀膜辊，并设置有与镀膜辊配套进行溅射工作的直流溅射源、磁控溅射装置和挡板。本发明柔性衬底经过辊轮时不触碰到溅镀面，且增加真空隔绝装置，减少了衬底更换时间，提高了单位时间内卷材的产出量；加入加热装置以及表面处理模组，提高了镀膜品质，提高了柔性电子元件的良品率。

Description

一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统及方法

技术领域

本发明涉及柔性电子元件制造设备领域，具体涉及一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统及方法。

背景技术

现有技术中，有一种卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其包括放卷室、镀膜室和收卷室，收放卷室与镀膜室之间具有能通过柔性基片的狭长细缝，中央镀膜室设有冷却辊，其保护技术是利用线性等离子体源、磁控溅射阴极、柱状多弧源所对应的枪体，采用半开放式分别独立通气，半开放式腔体气压和气体组分适当可调。

在上述装置中，不论溅镀前后，辊皆会接触到溅镀面，这容易刮伤柔性电子元件，因为当辊表面不干净有颗粒附着时，此时卷材经过就会造成固定刮伤，影响产品的良品率。另外，因为需要到达高真空状态，才能进行溅镀工艺制程，所以抽真空耗时长。该设计也没有保护膜装置，当卷材完成时，若在收卷的时候，有颗粒收入了卷料，将造成卷料产生固定的缺陷；也无加热装置和表面处理装置，对溅镀前的材料没办法去除材料含水量以及表面杂质。

现有技术主要存在以下不足：1、在制作柔性电子元件时，其衬底表面经过辊轮容易造成缺陷或损伤，导致后续工艺制程良品率降低。2、卷材溅镀前后没有保护膜，在收卷时容易造成表面刮伤，或者颗粒收入产生缺陷。3、每次溅镀都需要等到高真空才能进行溅镀，用时长。4、溅镀卷材没有经过表面处理，去除表面杂质，造成附着力不佳。5、溅镀卷材来料含水气过高，造成工艺时间过长、成膜品质不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统及方法，柔性衬底经过辊轮时不触碰到溅镀面，增加真空隔绝装置，减少了卷材更换时间，提高了单位时间内卷材的产出量；加入了加热装置以及表面处理模组，提高了镀膜品质，确保了后续柔性电子元件的良品率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统，其结构为：左右两边分设进样腔和工艺腔，所述进样腔和工艺腔相连通，在连通之处上方固定有上真空隔绝装置，下方固定有下真空隔绝装置；在进样腔内依次设置有保护膜收料辊、放料辊、保护膜放料辊和收料辊，所述保护膜收料辊和放料辊用于撕开柔性衬底保护膜，所述保护膜放料辊和收料辊用于对溅射后的柔性衬底添加保护膜；在柔性衬底行进流程上设置有若干导向辊；在工艺腔内设置有镀膜辊，并设置有与镀膜辊配套进行溅射工作的直流溅射源、磁控溅射装置和挡板。

根据上述方案，在所述工艺腔内还设置有表面处理模组，用于增加柔性衬底对溅镀金属的附着性和去除相对杂质。

根据上述方案，在所述进样腔内还设置有加热装置，用于去除柔性衬底水气。

根据上述方案，在进样腔内还设置有纠偏装置，用于调整柔性衬底走位。

根据上述方案，上真空隔绝装置和下真空隔绝装置为橡胶类高分子材料或者金属材料，所述上真空隔绝装置和下真空隔绝装置的真空隔离范围为：高真空1×10^-3～1×10^{- 6}mbar，低真空1×10³mbar以上。

一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀方法，包括以下步骤：

步骤1：打开进样腔，将柔性衬底放入放料辊；

步骤2：将柔性衬底前端假接带拉出，撕开保护膜并固定保护膜在保护膜收料辊上；

步骤3：将假接带沿着导向辊依序穿过加热装置、上真空隔绝装置、镀膜辊、下真空隔绝装置，至收料辊，再将保护膜放入保护膜放料辊，将保护膜拉出并固定到收料辊，关闭进样腔；

步骤4：将进样腔和工艺腔分别进行真空抽气，当达到设定工艺条件压力时，向工艺腔通入Ar气，开启上真空隔绝装置和下真空隔绝装置，平衡进样腔和工艺腔压力，开始镀膜工艺；

步骤5：溅镀完毕后，将溅镀好的柔性衬底收入收料辊中，关闭上真空隔绝装置和下真空隔绝装置，向进样腔通气，使其真空达到一个大气压；

步骤6：开启进样腔，更换柔性衬底，将空卷筒从放料辊拿下并放上新的柔性衬底，同时，将已经镀好膜的柔性衬底从收料辊上取出。

根据上述方案，在步骤4抽真空后，还包括启动加热装置，去除柔性衬底表面水气。

根据上述方案，还包括开启表面处理模组，去除柔性衬底表面杂质。

根据上述方案，溅镀前后都具有保护膜装置，溅镀之前，卷材上会贴覆保护膜，工艺进行之前，通过保护膜装置将膜撕开；溅镀完成之后，也会及时通过保护膜装置将新的保护膜贴覆上去。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1利用高低真空隔绝装置，将工艺腔维持在高真空后，可以在换卷料的时候减少后续工艺抽真空的时间，节省时间。

2将制作柔性电子元件的衬底，其溅镀表面全部避开辊轮正面接触，并且通过加热系统、表面处理系统、在溅镀前控制膜面品质达到良好的镀膜品质后，得到良好的镀膜效果。

3在放卷段，也使用保护膜收卷，使每一卷参与镀膜后可以不受到外界的杂质以及颗粒污染，提升镀膜成品的良品率。

附图说明

图1是本发明中用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统结构示意图。

图中：1-进样腔；2-保护膜收料辊；3-放料辊；4-保护膜放料辊；5-收料辊；6-纠偏装置；7-下真空隔绝装置；8-工艺腔；9-镀膜辊；10-直流溅射源；11-磁控溅射装置；12-挡板；13-表面处理模组；14-上真空隔绝装置；15-加热装置；16-导向辊。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

柔性电子元件制程主要包含涂布工艺制程、溅镀工艺制程、退火工艺制程、蚀刻工艺制程，透过一层层地涂布、显影、蚀刻、剥膜工艺，将柔性电子元件当中的源极、闸极、集极、半导体、绝缘层堆叠成一个完整的电子元件。在电子元件中，主要使用的导体有源极、闸极、集极，这些导体主要是由金属(如金、银、铜、铝、铬、铜合金、银合金等)或是导电材料ITO等氧化物构成，而这些导体在目前的工艺制程中，大多都是借由物理气象沉积或热蒸镀工艺来达到良好的膜后品质。

在现有工艺制程中，最常见的是溅镀工艺，溅镀工艺原理是利用离子解离后的动能去撞击靶材，将靶材原子溅射到衬底上，达到镀膜的效果。本发明借由一种卷对卷的溅镀系统来制作柔性电子元件，电子元件中常见的缺陷是：元件中有异物掉入导致线路短路或是断路；表面有刮伤，造成膜面附着性不佳；漏电流导致性能下降。

本发明将收放卷处于同一个腔室，而溅镀工艺处于另一个腔室，中间利用真空隔绝装置隔离两个腔室，进而减少溅镀工艺所需要的抽真空时间；针对柔性电子元件的良品率观点出发，考虑腔体内所有的辊，在所有制程工艺中皆不碰触到衬底的溅镀面，因此可以提升量率，减少衬底因摩擦造成的缺陷，更在收放卷加入保护膜装置，达到镀膜后立即保护的作用，减少收入卷中的颗粒。

通过本发明，所有产品溅镀前，使用加热装置15以及表面处理模组13将衬底水气排除，同时进行表面清洁，使衬底表面在镀膜前达到良好状态，衬底溅镀表面皆不接触到辊轮，防止辊轮刮伤衬底表面，且溅镀完成后的产品由保护膜来包覆着，确保产品品质。进样腔1及工艺腔8采用高低型真空隔绝设计，换卷时，隔离进样腔1及工艺腔8，使工艺腔8处于高真空状态，换卷完成后，只要将换卷腔体抽至低真空即可进行溅镀工艺流程，节省时间。

本发明溅镀系统结构为：左右两边分设进样腔1和工艺腔8，所述进样腔1和工艺腔8相连通，在连通之处上方固定有上真空隔绝装置14，下方固定有下真空隔绝装置7(上真空隔绝装置14和下真空隔绝装置7的真空隔离范围为：高真空1×10^-3～1×10^-6mbar，低真空1×10³mbar以上)；在进样腔1内依次设置有保护膜收料辊2、放料辊3、保护膜放料辊4和收料辊5，所述保护膜收料辊2和放料辊3用于撕开柔性衬底保护膜，所述保护膜放料辊4和收料辊5用于对溅射后的柔性衬底添加保护膜；在柔性衬底行进流程上设置有若干导向辊16；在工艺腔8内设置有镀膜辊9，并设置有与镀膜辊9配套进行溅射工作的直流溅射源10、磁控溅射装置11和挡板12。

作为改进，在工艺腔8内还设置有表面处理模组13，用于增加柔性衬底对溅镀金属的附着性和去除相对杂质。在进样腔1内还设置有加热装置15，用于去除柔性衬底水气。在进样腔1内还设置有纠偏装置6，用于调整柔性衬底走位。

本发明镀膜方法分为以下四大步骤：

步骤一

打开进样腔1将柔性衬底放入放料辊3，将衬底前端假接带拉出，撕开保护膜并将保护膜固定在保护膜收料辊2上，固定好后，将假接带沿着导向辊16依序穿过加热装置15、上下真空隔绝装置14、7、表面处理模组13，并沿着镀膜辊9穿料至收料辊5，再将保护膜放入保护膜放料辊4，将保护膜拉出并固定至收料辊5，关闭进样腔1。设置好放料辊3及收料辊5，将衬底带出加热装置15，使用上下真空隔绝装置14、7将进样腔1及工艺腔8分别进行真空抽气。

步骤二

当达到设定工艺条件压力时，向工艺腔8通入Ar气，开启上下真空隔绝装置14、7，平衡进样腔1及工艺腔8压力，启动加热装置15去除柔性衬底表面水气，随之开启表面处理模组13，去除柔性衬底表面杂质，确保镀膜前的膜面品质维持高度洁净，开始镀膜工艺。

将欲溅镀的柔性衬底(PET、PEN、不锈钢柔性衬底)抽空到真空值高于10^-7mbar，从进样腔1卷料端放出，同时撕开保护膜，经过加热装置15去除基板上的水气，进入工艺腔8后，利用表面处理模组13产生电浆，电浆轰击基板表面，增加基板对溅镀金属的附着性，也去除相对杂质。任何杂质在柔性显示器元件中都会造成电路短路以及缺陷。完成溅镀前的准备工作，膜开始透过惰性气体Ar，Ar纯度规格需到达99.9995％以上才能使用在电场以及交变磁场的作用下，Ar气解离成高能粒子，撞击金属靶材(如铜、铜合金、银、银合金等金属材质)，能量交换后，靶材表面原子从原晶格转移到基材表面形成膜，利用上真空隔绝装置14和下真空隔绝装置7隔绝进样腔1和工艺腔8，使工艺腔8维持在10^-5mbar。其中收放料辊直径皆需要大于152mm、张力值介于30～1000N/m，膜面均匀性维持在100nm±5％。

步骤三

溅镀完成后，将溅镀好的柔性衬底收入收料辊5中，确定柔性衬底长度已完全收入，关闭真空隔绝装置，隔绝进样腔1及工艺腔8的真空值，使工艺腔8维持在高真空环境中，将进样腔1通气体，直到其为1个大气压，随后更换柔性衬底，将空卷筒从放料辊3拿下并放上新的柔性衬底，将已经镀好膜的柔性衬底从收料辊5上取下。

步骤四

由于上真空隔绝装置14和下真空隔绝装置7已经将工艺腔8维持在高真空的状态，因此能减少抽真空时间，当达到真空值后，重复步骤二到步骤三进行镀膜工艺。

Claims (9)

1.一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统，其特征在于，左右两边分设进样腔(1)和工艺腔(8)，所述进样腔(1)和工艺腔(8)相连通，在连通之处上方固定有上真空隔绝装置(14)，下方固定有下真空隔绝装置(7)；在进样腔(1)内依次设置有保护膜收料辊(2)、放料辊(3)、保护膜放料辊(4)和收料辊(5)，所述保护膜收料辊(2)和放料辊(3)用于撕开柔性衬底保护膜，所述保护膜放料辊(4)和收料辊(5)用于对溅射后的柔性衬底添加保护膜；在柔性衬底行进流程上设置有若干导向辊(16)；在工艺腔(8)内设置有镀膜辊(9)，并设置有与镀膜辊(9)配套进行溅射工作的直流溅射源(10)、磁控溅射装置(11)和挡板(12)。

2.如权利要求1所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统，其特征在于，在所述工艺腔(8)内还设置有表面处理模组(13)，用于增加柔性衬底对溅镀金属的附着性和去除相对杂质。

3.如权利要求1所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统，其特征在于，在所述进样腔(1)内还设置有加热装置(15)，用于去除柔性衬底水气。

4.如权利要求1或2或3所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统，其特征在于，在进样腔(1)内还设置有纠偏装置(6)，用于调整柔性衬底走位。

5.如权利要求1所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀系统，其特征在于，上真空隔绝装置(14)和下真空隔绝装置(7)为橡胶类高分子材料或者金属材料，所述上真空隔绝装置(14)和下真空隔绝装置(7)的真空隔离范围为：高真空1×10^-3～1×10^-6mbar，低真空1×10³mbar以上。

6.一种用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打开进样腔(1)，将柔性衬底放入放料辊(3)；

步骤2：将柔性衬底前端假接带拉出，撕开保护膜并固定保护膜在保护膜收料辊(2)上；

步骤3：将假接带沿着导向辊(16)依序穿过加热装置(15)、上真空隔绝装置(14)、镀膜辊(9)、下真空隔绝装置(7)，至收料辊(5)，再将保护膜放入保护膜放料辊(4)，将保护膜拉出并固定到收料辊(5)，关闭进样腔(1)；

步骤4：将进样腔(1)和工艺腔(8)分别进行真空抽气，当达到设定工艺条件压力时，向工艺腔(8)通入Ar气，开启上真空隔绝装置(14)和下真空隔绝装置(7)，平衡进样腔(1)和工艺腔(8)压力，开始镀膜工艺；

步骤5：溅镀完毕后，将溅镀好的柔性衬底收入收料辊(5)中，关闭上真空隔绝装置(14)和下真空隔绝装置(7)，向进样腔(1)通气，使其真空达到一个大气压；

步骤6：开启进样腔(1)，更换柔性衬底，将空卷筒从放料辊(2)拿下并放上新的柔性衬底，同时，将已经镀好膜的柔性衬底从收料辊(5)上取出。

7.如权利要求5所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀方法，其特征在于，在步骤4抽真空后，还包括启动加热装置(15)，去除柔性衬底表面水气。

8.如权利要求5或6所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀方法，其特征在于，还包括开启表面处理模组(13)，去除柔性衬底表面杂质。

9.如权利要求8所述的用于柔性电子元件的卷对卷高真空溅镀方法，其特征在于，溅镀前后都具有保护膜装置，溅镀之前，卷材上会贴覆保护膜，工艺进行之前，通过保护膜装置将膜撕开；溅镀完成之后，也会及时通过保护膜装置将新的保护膜贴覆上去。