CN108277471A - 立式周向循环连续式气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式周向循环连续式气相沉积设备，包括主腔室、进料腔室及进料口开合系统、工艺腔室及气相沉积组件、转架系统、腔室升降系统、真空系统及真空管道，真空系统将主腔室、进料腔室及工艺腔室通过各自独立的真空管道进行真空处理，进料腔室及工艺腔室通过气动升降机构驱动进料腔室及工艺腔室升降，将进料腔室及工艺腔室在与主腔室联通的状态及独立真空腔室的状态之间切换，气相沉积组件侧向安装于各工艺腔室，并通过可收缩的波纹管道连接于真空室外，实现不同的镀膜功能。转架系统包括转盘、双转盘转动机构、转盘转动机构驱动转盘公转或定点自转，将工件在进料腔室及工艺腔室之间传递及定点镀膜，实现周向快速连续式真空镀膜。

Description

立式周向循环连续式气相沉积设备

技术领域

本发明属于气相沉积设备技术领域，具体涉及一种立式周向循环连续式气相沉积设备。

背景技术

现有的气相沉积设备按照真空腔的数目可分为单体式镀膜机及连续式镀膜设备。

单体式镀膜机通常是有一个真空腔体及抽气系统组成，真空镀膜工艺模块装载在腔体不同位置上，在达到所需真空度时，按顺序启用所需真空镀膜工艺模块，来实现材料表面的加工，单一腔体导致产品进出料时需要开关门，不能对产品进行连续生产，这会大大降低生产效率，增大人工成本，而且生产的不连续性造成实际生产中的产品差异性增大，一定程度上会影响产品质量。同时单体式镀膜转架在腔体内公转，转架往往比较大，等离子体在整个镀膜空间的分布极其不均匀，真正镀膜时间短，镀膜等待时间过长，严重影响产品质量，镀膜效率低。

自动连续式气相沉积设备是多个独立的镀膜腔的真空镀膜装置，具有连续不间断生产、工艺稳定、生产节拍短的特点，目前大量应用于工业生产。连续式气相沉积设备可以大大提高生产的自动化程度，提高生产效率，提高良品率。

现有技术中的连续式气相沉积设备包含具有复数独立的镀膜腔、具有清洁缓冲腔及缓冲真空腔的缓冲真空装置、具有前置准备腔及完成腔的准备装置、传送装置及包括复数闸门的闸门单元。

连续式气相沉积设备结构复杂，多个独立的镀膜腔需要配置多个高真空泵组，大量闸门的使用，增加了生产成本、生产时间、生产空间，复杂的设备增加了待镀工件传动的难度，多个腔体的存在也使增加了生产过程中故障维修的难度和成本，连续式镀膜设备的高门槛大大提高了企业的使用成本；此外，现有的连续式气相沉积设备对于一些多面、异形的产品（如铣刀、卫浴产品）设计能够实现自转的特种镀膜设备时，受真空门阀高成本及大型翻板阀或插板阀难加工、传动过程的复杂、生产成本的限制，很难设计生产出能够实用的量产机。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在一个真空腔内实现对产品连续式镀膜生产的立式周向循环连续式气相沉积设备。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：包括主腔室、进料腔室及进料口开合系统、工艺腔室及气相沉积组件、可定点自转的转架系统、真空系统及真空管道，真空系统将主腔室、进料腔室及工艺腔室通过各自独立的真空管道进行真空处理，进料腔室及工艺腔室的真空管道通过波纹管连接于主腔室及真空系统，进料腔室及工艺腔室通过气动升降机构驱动进料腔室及工艺腔室升降，将进料腔室及工艺腔室在与主腔室联通的状态及独立真空腔室的状态之间切换，气相沉积组件侧向安装于各工艺腔室，并通过可收缩的波纹管道连接于真空室外。气相沉积组件为磁控溅射模块、多弧离子镀模块、离子清洗模块、离子辅助化学气相沉积模块及化学气相沉积模块的其中一种，实现不同的镀膜功能，转架系统包括转盘、双转盘转动机构、转盘转动机构驱动转盘公转或定点自转，将待镀工件在进料腔室及工艺腔室之间传递及定点自转镀膜。

本发明进一步设置为：转盘转动机构驱动转盘水平转动设置于主腔室内，所述的进料腔室及两个以上工艺腔室位于转盘上方并沿转盘周向等距排布，所述的进料腔室及工艺腔室底部设置有朝向转盘的密封口，所述的气动升降机构驱动进料腔室及工艺腔室升降，所述的进料腔室与转盘接触时将密封口封闭，并构成进料腔室，所述的工艺腔室与转盘接触时将密封口封闭，并构成工艺腔室，所述的转盘上方用于放置待镀工件，并将待镀工件在进料腔室及各工艺腔室之间传递，所述的进料口开合系统设置有将待镀工件从外界直接放入进料腔室的联通密封机构，所述的气相沉积组件可拆卸的安装于工艺腔室且各气相沉积组件的功能不同，所述的进料腔室设置有独立的真空管道连接于真空系统，将进料腔室真空处理或恢复大气压，所述的工艺腔室设置有独立的真空管道连接于真空系统，形成稳定工艺腔室工作气压的工艺真空系统。

本发明进一步设置为：所述的联通密封机构包括基部、伸缩波纹管及联通口，所述的进料腔室设置有联通口，所述的基部为环形构件并贯穿于主腔室的腔室壁，所述的基部位于腔室外侧的端部设置有密封门板，所述的伸缩波纹管一端固定于基部位于腔室内侧的端部，另一端与联通口相对应，所述的基部设置有驱动伸缩波纹管与联通口相对应的端部密封贴合联通口或远离联通口的伸缩机构。

本发明进一步设置为：所述的真空系统包括真空波纹管及放气波纹管，所述的真空波纹管一端延伸至进料腔室并与进料腔室联通，另一端延伸至主腔室壁并设置有调节口，所述的调节口设置有外接抽气系统，所述的外接抽气系统对进料腔室进行真空处理，所述的放气波纹管一端延伸至进料腔室并与进料腔室联通，另一端延伸至主腔室壁并设置有放气口，所述的放气口设置有放气机构。

本发明进一步设置为：所述的转盘分别与进料腔室及各工艺腔室对应设置有安装待镀工件且具有自转功能的挂具组件。

本发明进一步设置为：各所述的挂具组件底部设置有与转盘转动配合的转轴，所述的主腔室设置有与转盘同轴转动的自转齿盘及驱动自转齿盘转动的自转电机，各所述的转轴外周设置有与自转齿盘相啮合的齿形部件。

本发明进一步设置为：所述的气相沉积组件为磁控溅射模块或多弧离子镀模块或离子清洗模块或离子辅助化学气相沉积模块或化学气相沉积模块。

与现有技术相比，具有如下实质性区别和显著性进步：

1）在一台单腔真空设备中可以连续不间断镀膜加工。

2）设备简单，没有使用闸门控制真空，降低了机械加工难度，降低了设备成本及维护成本。

3）设备通过转盘的公转来实现工艺腔室的更换，大大缩短了生产节拍时间、操作简单，提高了生产效率。

4）设备镀膜组件可换性强，可对待镀工件进行多种工艺的加工。

5) 设备真空维持方式简单，可在同一节拍中实现不同工艺的同时使用。

6）设备通过自转齿盘配合自转电机的自转传动，可以实现挂具组件的自转，从而实现异形、多面的产品的连续化生产。

总之，本发明所提供的立式周向循环连续式气相沉积设备，不仅可在一个真空室内实现工件涂层的连续不间断生产，对同一批次工件进行多种工艺的复合加工而且可以实现多面、异形产品的连续式生产；单腔连续式设备的简单实用化，可以大大降低设备的成本，提高生产效率，降低生产成本。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中A的放大图；

图3为图1中B的放大图；

图4为本发明具体实施方式中主腔室的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式中上顶板的俯视图；

图6为本发明具体实施方式中子腔室升降机构的结构示意图；

图7为本发明具体实施方式中进料腔室及工艺腔室的结构示意图；

图8为本发明具体实施方式中自转齿盘及公转齿盘的传动示意图；

图9为本发明具体实施方式的起始进料循环示意图；

图10为本发明具体实施方式的循环进料工作示意图。

具体实施方式

为便于描述，本发明中，对真空装置真空的获得与恢复大气进行简要阐述。

真空装置是用结构金属碳钢、不锈钢等焊接装配而成，为获得所需要的真空度，需要对真空装置装载抽气系统，一般抽气系统分为两部分：粗抽系统、精抽系统，粗抽系统一般包括大抽速的机械泵、罗茨泵、由气缸及电磁阀控制的前级阀组成，精抽系统包括一套或多套高真空抽气泵及高真空泵的前级泵组；真空获得的过程是：启动粗抽系统的泵组及前级阀对真空装置进行抽气，待达到一定真空度时，使用精抽系统对真空装置进行进一步的抽气，直至达到所需要的本底真空；真空装置的恢复大气过程就是启动设备上装配的放气阀，通入空气或保护气，使得真空装置恢复到标准大气压。

本发明中用到的真空系统的粗抽系统部分没有画出，外接抽气系统的精抽系统（分子泵）及进料腔室的粗抽系统、多组工艺腔室共用的粗抽系统没有画出，为使得该发明能够高效优质的产出，下列说明中高真空抽气泵配置了分子泵及低温泵。

如图1所示，本发明公开了一种立式周向循环连续式气相沉积设备，包括主腔室1、进料腔室5及进料口开合系统12、工艺腔室6及气相沉积组件3、可定点自转的转架系统4、真空系统2及真空管道53，真空系统2将主腔室1、进料腔室5及工艺腔室6通过各自独立的真空管道13进行真空处理，进料腔室5及工艺腔室6的真空管道通过波纹管53连接于主腔室及真空系统5，进料腔室5及工艺腔室6通过气动升降机构52驱动进料腔室及工艺腔室升降，将进料腔室及工艺腔室在与主腔室联通的状态及独立真空腔室的状态之间切换，气相沉积组件3侧向安装于各工艺腔室6，并通过可收缩的波纹管道58连接于真空室外。气相沉积组件3为磁控溅射模块、多弧离子镀模块、离子清洗模块、离子辅助化学气相沉积模块及化学气相沉积模块的其中一种，实现不同的镀膜功能。转架系统包括转盘4、双转盘转动机构41、转盘转动机构驱动转盘公转或定点自转，将待镀工件在进料腔室5及工艺腔室6之间传递及定点自转镀膜。

转盘转动机构41驱动转盘4水平转动设置于主腔室11内，进料腔室5及两个以上工艺腔室6位于转盘4上方并沿转盘4周向等距排布，进料腔室5及工艺腔室6底部设置有朝向转盘4的密封口，子腔室升降机构52驱动进料腔室5及工艺腔室6升降，进料腔室5与转盘4接触时将密封口封闭，并构成进料腔室51，工艺腔室6与转盘4接触时将密封口封闭，并构成工艺腔室61，转盘4上方用于放置待镀工件，并将待镀工件在进料腔室及各工艺腔室之间传递，进料口12设置有将待镀工件从外界直接放入进料腔室51的联通密封机构，气相沉积组件3可拆卸的安装于工艺腔室6且各气相沉积组件3的功能不同，进料腔室5设置有将进料腔室51真空处理或恢复大气压的真空系统，工艺腔室6设置有稳定工艺腔室61工作气压的工艺真空系统。

真空系统包括真空波纹管53及放气波纹管58，调节波纹管53一端延伸至进料腔室1并与进料腔室51联通，另一端延伸至主腔室1壁并设置有调节口13，调节口13设置有外接抽气系统，外接抽气系统对进料腔室进行真空处理，放气波纹管58一端延伸至进料腔室5并与进料腔室51联通，另一端延伸至主腔室1壁并设置有放气口19，放气口19设置有放气机构，放气机构及外接抽气系统为现有外接构件，未在附图中表示不影响结构理解，工艺真空系统与真空系统的结构相同。

转盘4分别与进料腔室51及各工艺腔室61对应设置有安装待镀工件且具有自转功能的挂具组件41，增设挂具组件，使待镀工件能够稳定安装于转盘4，不会因转盘4的转动而移位，保证加工效果，挂具组件一般选用载物转夹杆。

气相沉积组件3为磁控溅射模块或多弧离子镀模块或离子清洗模块或离子辅助化学气相沉积模块或化学气相沉积模块，上述模块具为现有模块，与工艺腔室61组合实现不同的功能。

如图2所示，联通密封机构包括基部121、伸缩波纹管122及联通口54，进料腔室5设置有联通口54，基部121为环形构件并贯穿于主腔室1的腔室壁，基部121位于腔室外侧的端部设置有密封门板123，伸缩波纹管122一端固定于基部121位于腔室内侧的端部，另一端与联通口54相对应，基部121设置有驱动伸缩波纹管122与联通口54相对应的端部密封贴合联通口54或远离联通口54的伸缩机构，伸缩机构为安装于主腔室1的腔室壁的伸缩气缸123，伸缩波纹管122与联通口54相对应的端部外周设置有联动环1221，伸缩气缸123与联动环1221联动设置以实现伸缩波纹管122端部的移动。

如图3和图8所示，各挂具组件41底部设置有与转盘4转动配合的转轴42，主腔室1设置有与转盘4同轴转动的自转齿盘14及驱动自转齿盘转动的自转电机141，各转轴42外周设置有与自转齿盘14相啮合的齿形部421，转盘转动机构41包括公转齿盘411、公转电机412、公转传动齿413及联动杆414，公转齿盘411与转盘4同轴并转动设置于底板17，联动杆414穿设于公转齿盘411与转盘4之间构成两者的同步转动，公转电机412驱动公转传动齿413转动，公转传动齿413与公转齿盘411相啮合。

如图4至5所示，主腔室1由上顶板15、腹板16、底板17通过螺栓紧固形成一个主腔室11，在腹板16上组装焊接有位于进料口12的基部121，支撑底座18通过螺栓固定在底板17上，其中上顶板15上需组装焊接加工外接水电接口151、气缸轴安装位152、主分子泵153及真空腔室抽气口154。

如6所示，子腔室升降机构52优选升降气缸，升降气缸包括升降轴固定套521、升降轴522、轴密封固定套523、气缸固定套524、气缸固定座525，升降轴522通过升降轴固定套521装配在进料腔室5或工艺腔室6上，升降轴522通过轴密封固定套523相对主腔室11的上顶板15伸缩，升降气缸与升降轴522通过螺纹装配连接，升降气缸通过气缸固定套524及气缸固定座525固定在主腔室11的上顶板15上，升降气缸的升降来控制进料腔室5或工艺腔室6的位置。

如图7所示，进料腔室5及工艺腔室6由密封板55连为一体，同步上升下降，密封板55设置有安装用法兰56，工艺腔室6的数量可按需设置，在本发明实施方式中优选三个，配合一个进料腔室5，以90°的夹角排布于转盘4上方，排布方式如图，进料腔室5还设置有用于安装子放气机构58的外接口57，进料腔室5的外接口57还可外接其他机构，可外接的机构包括冷却水管路、加热装置、外接电接头、真空测量接口、真空放气阀接口中的一种或多种，各工艺腔室6外侧分别设置有气相沉积组件3，进料腔室5外侧设置有联通口54。

如图9所示，根据生产工艺要求，更换各工艺腔室61的气相沉积组件3，装配完成后，控制升降气缸，调节进料腔室5和工艺腔室6到上升位置，关闭联通密封机构的密封门板123，此时整个装置为一个真空室，分别按照操作流程启动装配在上顶板15的主真空系统2，即主分子泵153，启动调节口13的外接抽气系统，即低温泵及前级泵组，待整个主腔室11真空度达到一定的真空时，控制升降气缸，使得进料腔室5和工艺腔室6与转盘贴合形成四个相互独立的真空小腔体，伸缩机构驱动伸缩波纹管12贴合联通口54，即进料腔室51和工艺腔室61，关闭顶板15和调节口13的各真空机构，打开在密封板55的放气口的放气机构，恢复大气压，打开密封门板123，将挂有产品A组的挂具放在位于进料腔室a101的载物转夹杆上，关闭密封门板123，重新启动调节口13的外接抽气系统，控制升降气缸，调节进料腔室5和工艺腔室6到上升位置，伸缩机构驱动伸缩波纹管122远离联通口54，启动转盘4转动，使挂有产品A组的挂具转到工艺腔室转到工艺腔室a102的位置后转盘停止转动，使挂有产品B的的挂具放在位于进料腔室a101的载物转夹杆上，重复上述动作，挂有产品A组的挂具会经过工艺腔室b103、工艺腔室c104、被各工艺腔室的不同功能的气相沉积组件3逐步处理，最后从进料腔室a101被取出，完成所有加工，如图10所示，在连续式生产过程中，每个进料腔室及工艺腔室同时同步加工，提高生产效率。

Claims (8)

1.一种立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：包括主腔室、进料腔室及进料口开合系统、工艺腔室及气相沉积组件、可定点自转的转架系统、真空系统及真空管道，真空系统将主腔室、进料腔室及工艺腔室通过各自独立的真空管道进行真空处理，进料腔室及工艺腔室的真空管道通过波纹管连接于主腔室及真空系统，进料腔室及工艺腔室通过气动升降机构驱动进料腔室及工艺腔室升降，将进料腔室及工艺腔室在与主腔室联通的状态及独立真空腔室的状态之间切换，气相沉积组件侧向安装于各工艺腔室，并通过可收缩的波纹管道连接于真空室外。

2.气相沉积组件为磁控溅射模块、多弧离子镀模块、离子清洗模块、离子辅助化学气相沉积模块及化学气相沉积模块的其中一种，实现不同的镀膜功能，转架系统包括转盘、双转盘转动机构、转盘转动机构驱动转盘公转或定点自转，将待镀工件在进料腔室及工艺腔室之间传递及定点自转镀膜。

3.根据权利要求书1所述根据权利要求书1所述的立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：转盘转动机构驱动转盘水平转动设置于主腔室内，所述的进料腔室及两个以上工艺腔室位于转盘上方并沿转盘周向等距排布，所述的进料腔室及工艺腔室底部设置有朝向转盘的密封口，所述的气动升降机构驱动进料腔室及工艺腔室升降，所述的进料腔室与转盘接触时将密封口封闭，并构成进料腔室，所述的工艺腔室与转盘接触时将密封口封闭，并构成工艺腔室，所述的转盘上方用于放置待镀工件，并将待镀工件在进料腔室及各工艺腔室之间传递，所述的进料口开合系统设置有将待镀工件从外界直接放入进料腔室的联通密封机构，所述的气相沉积组件可拆卸的安装于工艺腔室且各气相沉积组件的功能不同，所述的进料腔室设置有独立的真空管道连接于真空系统，将进料腔室真空处理或恢复大气压，所述的工艺腔室设置有独立的真空管道连接于真空系统，形成稳定工艺腔室工作气压的工艺真空系统。

4.根据权利要求书1所述的立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：所述的联通密封机构包括基部、伸缩波纹管及联通口，所述的进料腔室设置有联通口，所述的基部为环形构件并贯穿于主腔室的腔室壁，所述的基部位于腔室外侧的端部设置有密封门板，所述的伸缩波纹管一端固定于基部位于腔室内侧的端部，另一端与联通口相对应，所述的基部设置有驱动伸缩波纹管与联通口相对应的端部密封贴合联通口或远离联通口的伸缩机构。

5.根据权利要求书1所述的立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：所述的真空系统包括真空波纹管及放气波纹管，所述的真空波纹管一端延伸至进料腔室并与进料腔室联通，另一端延伸至主腔室壁并设置有调节口，所述的调节口设置有外接抽气系统，所述的外接抽气系统对进料腔室进行真空处理，所述的放气波纹管一端延伸至进料腔室并与进料腔室联通，另一端延伸至主腔室壁并设置有放气口，所述的放气口设置有放气机构。

6.根据权利要求书1所述的立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：所述的转盘分别与进料腔室及各工艺腔室对应设置有安装待镀工件且具有自转功能的挂具组件。

7.根据权利要求书5所述的立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：各所述的挂具组件底部设置有与转盘转动配合的转轴，所述的主腔室设置有与转盘同轴转动的自转齿盘及驱动自转齿盘转动的自转电机，各所述的转轴外周设置有与自转齿盘相啮合的齿形部件。

8.根据权利要求书1所述的立式周向循环连续式气相沉积设备，其特征在于：所述的气相沉积组件为磁控溅射模块或多弧离子镀模块或离子清洗模块或离子辅助化学气相沉积模块或化学气相沉积模块。