CN107245701A - 一种多靶材磁控溅射卷绕镀膜机及镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空镀膜领域，具体公开多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，包括真空室和安装支架，置于真空室内的卷绕系统、磁控溅射系统和离子源放电系统，所述真空室内分成相互独立的卷材收卷放卷室和靶材室，所述真空室上设有前门和后门，所述卷材收卷放卷室为前门内侧的空腔区域，所述靶材室置于后门内侧的空腔，所述磁控溅射系统包括若干组相互隔离设置的平面靶，各平面靶安装在后门的背面。本发明所述的镀膜机将卷绕系统和磁控溅射系统全部布置于同一真空腔室内部，相互隔离设置，便于溅射不同材料靶材，从而在卷材表面依次沉积不同类型薄膜，实现大批量产品表面的薄膜制备，结构简单，操作便利，提高生产效率，同时制备出的金属薄膜具有较强的导电性能。

Description

一种多靶材磁控溅射卷绕镀膜机及镀膜方法

技术领域

本发明属于真空镀膜产品技术领域，特别涉及一种多靶材真空磁控溅射卷绕镀膜机，并通过用镀膜机能在不同柔性基材表面沉积功能性薄膜的方法。

背景技术

磁控溅射作为一种真空镀膜工艺，可以溅射不同的金属薄膜材料用于不同基材表面的沉积，用于装饰，电磁屏蔽和电路板应用，同时也可溅射制备透明导电薄膜，例如ITO，AZO等，广泛的应用于电子平板显示行业。采用磁控卷绕镀膜方式，可以在不同的卷材表面，如PET，PI，PEN，不锈钢卷材表面沉积各种功能性薄膜。

现有技术中，磁控卷绕镀膜系统通常包括：真空系统，卷绕系统和磁控溅射系统，卷绕系统又包括放卷部分，冷却鼓传动部分和收卷部分。各系统通常由于不同真空度的限制和薄膜溅射的要求，而分别布置在不同的真空腔室内部，相对隔离，以保证磁控溅射薄膜的工艺要求。

特别地，当需要在同一卷材表面溅射不同类型的薄膜时，需要增加磁控溅射靶材单元，这样就会增加相应的溅射腔室单元，往往会造成整个磁控溅射镀膜机组结构冗杂，体积也相对庞大，工艺操作也随之复杂化。

因此，研发一种单一真空腔室的集成化设计，实现卷材磁控溅射过程中，单一腔室溅射不同种类的薄膜的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种靶材磁控溅射卷绕镀膜机，该磁控卷绕镀膜机将组件全部布置与同一真空腔室内部，通过隔离设计实现不同区域氛围的相对隔离，实现在同一腔室中溅射不同材料靶材，在卷材表面依次沉积不同类型薄膜。通过该薄膜制备工艺，可以实现大批量产品表面的防指纹薄膜制备，设备结构简单，操作便利，多靶材设计能够提高设备的生产效率，同时采用该工艺制备的金属薄膜具有导电性能。

为了达到上述技术目的，本发明是按照以下技术方案予以实现的：

本发明所述的一种多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，包括真空室和安装支架，置于真空室内的卷绕系统、磁控溅射系统和离子源放电系统，所述真空室内分成相互独立的卷材收卷放卷室和靶材室，所述真空室上设有前门和后门，所述卷材收卷放卷室为前门内侧的空腔区域，所述靶材室置于后门内侧的空腔，所述卷绕系统置于收卷防卷室内，所述磁控溅射系统包括若干组平面靶，该若干组平面靶之间相互隔离设置，且各平面靶安装在后门的背面。

作为上述技术的进一步改进，所述卷绕系统依次包括放膜辊、冷却鼓、收膜辊，还包括用于调节松紧度的过度辊，以及张紧用薄膜。

作为上述技术的更进一步改进，所述放膜辊置于卷材收卷防卷室上部位置，所述收膜辊置于卷材收卷防卷室下部位置，所述冷却鼓一部分置于卷材收卷防卷室，一部分伸入至靶材室。

作为上述技术的更进一步改进，所述后门为弧形门，所述磁控溅射系统中平面靶为四组，每组有两只平面靶，各组平面靶以可拆装的方式成弧形排布在弧形后门内侧的圆周上，且相邻的两组平面靶之间等距设置且通过挡板分隔开。

本发明还公开了上述多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其具体步骤是：

(1)首先，将待镀膜的基材膜卷置于卷绕系统的放膜辊上，设定相关条件参数；

(2)其次，将上述基材，按照设定的走膜路径，贴合冷却鼓的表面，经过离子源放电系统的预处理区域；

(3)然后，经过磁控溅射系统的平面靶的磁控溅射镀膜区域，在基材薄膜表面沉积功能性薄膜；

(4)最后，将沉积有功能性薄膜的基材薄膜卷复到收卷辊位置，以完成整个镀膜过程；

(5)真空腔室恢复大气压后，将上述条件得到镀膜后卷材取出，进行表面方块电阻导电性能测试。

具体来说：

上述步骤(1)中的卷绕系统的传动速度范围为1-50米/分钟，所述卷绕系统的传动速度范围优选为5-10米/分钟，张力控制范围为5N-150N。

上述步骤(2)中的离子源放电处理条件为：真空度为1-10Pa，优选为2Pa；常温条件下放电处理，走膜过程中对基材薄膜进行放电处理。

上述步骤(3)中所述的磁控溅射系统中的平面靶材与基材薄膜的间距为50mm-80mm，间距可调。

在本发明中，所述磁控溅射系统的真空度为0.1Pa-10Pa，优选气压为0.5Pa，采用的是中频电源或者直流电源进行溅射。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中，真空室设有前门和后门，打开前门可方便装卸基材膜卷，另一端为靶安装室对应的后门，打开后门可方便对靶材进行维护、靶材更换；

(2)本发明中，所有平面靶围绕冷却鼓，依次排布在同一圆周上，且统一固定安装在同一弧形的后门上，靶基距确保相同并可调整，以适应不同的镀膜要求；

(3)本发明中，所述平面靶四周为靶挡板，可有效地减少异常放电，使靶工作稳定，易于靶材的清洗和维护；

(4)本发明中，由于排布有四组八条平面靶，均可兼容直流或者中频电源，作为直流或者中频靶使用，充工作气体也分为四区域分布，可单独控制充入气体量及气体种类，此外，每组靶之间装有隔板，在镀制反应膜时，中间两区不安装平面靶，作为分隔空间，前后两外区域的工作气体就得到很好的分隔，使得溅射区域不会互相干扰。

(5)本发明所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，采用真空磁控溅射工艺在卷材表面沉积功能性薄膜，整个镀膜工艺在同一真空腔室中完成，各个功能区域气氛相对隔离，整个镀膜处理工艺过程简单，可操作性强，具有良好的经济性，卷材薄膜包含了塑料薄膜(PET，PI，PEN)，不锈钢卷材等，对提高真空镀膜设备的使用效率和应用产品的多样性具有非常重要的现实意义。

(6)本发明所述的镀膜该方法，在基材膜卷表面制备的溅射薄膜，由于采用的是真空环境下制备，并且在溅射前进行了离子源放电预处理，溅射薄膜与基材表面的附着力好，并且卷绕设备和溅射靶材与不同的卷材薄膜兼容性好，整个工艺过程简单，操作简便安全，可以制得理想的功能性薄膜。

附图说明

图1是本发明所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机结构示意图；

图2是上述镀膜机的俯视图(前门后门均打开状态)。

具体实施方式

本发明所述的一种多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，包括真空室1和安装支架2，置于真空室1内的卷绕系统和磁控溅射系统及离子源放电系统7，所述真空室1内分成相互独立的卷材收卷放卷室3和靶材室4，所述真空室1上设有前门11和后门12，所述卷材收卷放卷室3为前门11内侧的空腔区域，所述靶材室4置于后门12内侧的空腔，所述卷绕系统置于收卷防卷室11内，所述磁控溅射系统包括若干组平面靶5，该若干组平面靶5之间相互隔离设置，且各平面靶5安装在后门12的背面。

在本发明中，所述卷绕系统依次包括放膜辊10、冷却鼓20、收膜辊30，还包括用于调节松紧度的过度辊50以及张紧在上述四者之间的薄膜40，其中，所述放膜辊10置于卷材收卷防卷室3的上部位置，所述收膜辊30置于卷材收卷防卷室3的下部位置，所述冷却鼓20一部分置于卷材收卷防卷室3，一部分伸入至靶材室4。

如图1所示，所述后门12为弧形门，所述磁控溅射系统中平面靶5共有为四组，每组有两只平面靶5，各组平面靶5以可拆装的方式成弧形排布在弧形后门12内侧的圆周上，且相邻的两组平面靶5之间等距设置且通过挡板6进行分隔开。

本发明还公开了上述多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其具体步骤是：

(1)首先，将待镀膜的薄膜基材40的膜卷置于卷绕系统的放膜辊10上，设定相关参数：所述卷绕系统的传动速度范围为1-50米/分钟，所述卷绕系统的传动速度范围优选为5-10米/分钟，张力控制范围为5N-150N。

(2)其次，将上述薄膜基材40按照设定的走膜路径，贴合冷却鼓20的表面，经过离子放电预处理区域，该步骤中，所述离子源放电处理条件为：真空度为1-10Pa，优选为2Pa；常温条件下放电处理，走膜过程中对基材薄膜进行放电处理。

(3)然后，经过磁控溅射系统的平面靶5的磁控溅射镀膜区域，在薄膜基材40的表面沉积功能性薄膜，所述磁控溅射系统中的平面靶材与基材薄膜的间距为50mm-80mm，间距可调。

(4)最后，将沉积有功能性薄膜的基材薄膜卷复到收卷辊30位置，以完成整个镀膜过程。

在本发明中，所述磁控溅射系统的真空度为0.1Pa-10Pa，优选气压为0.5Pa，采用的是中频电源或者直流电源进行溅射。

以下通过实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例一

以PET卷材作磁控溅射镀膜基材，在基材表面溅射沉积金属铜膜。

(1)通过卷绕系统对PET卷材传动进行控制，设定放卷张力为25N，收卷张力为30N，卷绕传动速度为5m/min，完成卷材薄膜的准备工作后，关闭腔室抽真空度至本地真空6.4x10-4Pa，充入反应气体，直至真空室气压为0.5Pa；

(2)开启线性离子源对卷材薄膜进行预放电处理，处理功率为1kW；

(3)经过离子源放电预处理结束后，采用直流电源，用磁控溅射的方式在溅射铜平面靶，溅射电流为10A，1#-8#磁控溅射平面靶均为铜靶。

(4)冷却鼓设定温度为零下10摄氏度，薄膜基材完成薄膜溅射后，卷复到收卷辊，完成镀膜过程，整个处理镀膜过程均在室温下进行。

(5)真空腔室恢复大气压后，将上述条件得到镀膜后卷材取出，进行表面方块电阻导电性能测试。

实施例二

以PI卷材作磁控溅射镀膜基材，在基材表面溅射沉积金属铜膜。

(1)通过卷绕系统对PET卷材传动进行控制，设定放卷张力为25N，收卷张力为30N，卷绕传动速度为5m/min，完成卷材薄膜的准备工作后，关闭腔室抽真空度至本地真空6.4x10-4Pa，充入反应气体，直至真空室气压为0.5Pa；

(2)开启线性离子源对卷材薄膜进行预放电处理，处理功率为1kW；

(3)经过离子源放电预处理结束后，采用直流电源，靶材#1为平面金属镍靶，用磁控溅射的方式在溅射镍平面靶，溅射电流为8A，靶材#2-#8为平面金属铜靶，用磁控溅射的方式在溅射铜平面靶，溅射电流为10A，在PET基材表面溅射镍铜合金(Ni/Cu)冷却鼓设定温度为零下10摄氏度；

(4)基材薄膜完成薄膜溅射后，卷复到收卷机构，完成镀膜过程，整个处理镀膜过程均在室温下进行；

(5)真空腔室恢复大气压后，将上述条件得到镀膜后卷材取出，进行表面方块电阻性能测试。

下表(1)为上述两实施例进行的方块电阻性能测试结果表：

表(1)

本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，包括真空室和安装支架，置于真空室内的卷绕系统、磁控溅射系统和离子源放电系统，其特征在于：所述真空室内分成相互独立的卷材收卷放卷室和靶材室，所述真空室上设有前门和后门，所述卷材收卷放卷室为前门内侧的空腔区域，所述靶材室置于后门内侧的空腔，所述卷绕系统置于收卷防卷室内，所述磁控溅射系统包括若干组平面靶，该若干组平面靶之间相互隔离设置，且各平面靶安装在后门的背面。

2.根据权利要求1所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，其特征在于：所述卷绕系统依次包括放膜辊、冷却鼓、收膜辊，还包括用于调节松紧度的过度辊，以及张紧用薄膜。

3.根据权利要求2所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，其特征在于：所述放膜辊置于卷材收卷防卷室上部位置，所述收膜辊置于卷材收卷防卷室下部位置，所述冷却鼓一部分置于卷材收卷防卷室，一部分伸入至靶材室。

4.根据权利要求1所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机，其特征在于：所述后门为弧形门，所述磁控溅射系统中平面靶为四组，每组有两只平面靶，各组平面靶以可拆装的方式成弧形排布在弧形后门内侧的圆周上，且相邻的两组平面靶之间等距设置且通过挡板分隔开。

5.根据权利要求1至4任一项所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其具体步骤是：

(1)首先，将待镀膜的基材置于卷绕系统的放膜辊上，设定条件参数值；

(2)其次，将上述基材，按照设定的走膜路径，贴合冷却鼓的表面，经过离子放电预处理区域；

(3)然后，经过磁控溅射系统的平面靶的磁控溅射镀膜区域，在基材薄膜表面沉积功能性薄膜；

(4)最后，将沉积有功能性薄膜的基材薄膜卷复到收卷辊位置，以完成整个镀膜过程；

(5)真空腔室恢复大气压后，将上述条件得到镀膜后卷材取出，进行表面方块电阻导电性能测试。

6.根据权利要求5所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其特征在于：上述步骤(1)中的卷绕系统的传动速度范围为1-50米/分钟，张力控制范围为5N-150N。

7.根据权利要求6所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其特征在于：所述卷绕系统的传动速度范围优选为5-10米/分钟。

8.根据权利要求5所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其特征在于：上述步骤(2)中的离子源放电处理条件为：真空度为1-10Pa，优选为2Pa；常温条件下放电处理，走膜过程中对基材薄膜进行放电处理。

9.根据权利要求5所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其特征在于：上述步骤(3)中所述的磁控溅射系统中的平面靶材与基材薄膜的间距为50mm-80mm，间距可调。

10.根据权利要求5所述的多靶材磁控溅射卷绕镀膜机的镀膜方法，其特征在于：所述的磁控溅射系统的真空度为0.1Pa-10Pa，优选气压为0.5Pa，采用的是中频电源或者直流电源进行溅射。