CN109290128B - 一种涂膜设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涂膜设备，其特征是，包括机架、样品台、监控模块和涂布头；所述涂布头、样品台均位于机架上；所述机架侧面设置有滑动模块；所述涂布头通过千分尺连接支撑座；所述支撑座与滑动模块相连接；沿所述滑动模块滑动方向，涂布头在样品台上进行涂膜；所述监控模块分别与机架和涂布头相连接；所述涂布头包括金属槽、出料孔、加压模块和压力显示及控制器；所述金属槽中部的槽设置为V型柱体；所述出料孔均匀分布在金属槽的底面，且与V型柱体连通；所述加压模块、压力显示及控制器均设置在金属槽顶部。本发明所达到的有益效果：本涂膜机可以一次涂膜、干燥、再涂膜、再干燥，实现多层涂膜，有利于制备多层薄膜器件。

Description

一种涂膜设备
技术领域
本发明涉及一种涂膜设备，属于涂膜机械技术领域。
背景技术
湿法制备有机光电子器件，包括有机太阳能电池、有机发光二极管、有机电存储器，需要将一种或多种有机材料逐层沉积，制备成微纳米级薄膜。
目前，国内外有机薄膜湿法沉积设备有：喷墨打印机、卷对卷印刷机、旋涂仪。从仪器构造的角度分析，常见的喷墨打印采用的是“针管式”喷头，卷对卷印刷机采用的是“狭缝式”、“刮刀式”，或“滚筒式”涂布头。其中，喷墨打印速度慢，不利于大规模产业化应用；卷对卷印刷适合制备几十至几百微米厚的薄膜，不利于制备纳米级的薄层器件；旋涂法适合制备纳米级薄膜，但这种“间歇式”作业费时费力，也无法制备大面积的薄膜器件。
如何快速制备大面积纳米级薄膜器件，现有的这些设备都无法满足要求。
另外，可视化操作界面也是一个现有设备的一个短板。如何实现精准控制涂膜速度，建立可视化人机交互界面，也是一个技术问题。
尽管卷对卷印刷机能制备出大面积薄膜，但是制备的薄膜厚度在微米级，且设备庞大，需要占据很大的场地，不利于科研院所、高等院校或企业进行小规模纳米级薄膜器件试验。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种涂膜设备，作为快速制备大面积纳米级厚度的有机薄膜设备，提供了可视化操作界面，可以精确控制沉积薄膜速度，制备均匀、高质量有机薄膜，为中小型科研实验提供了一种可能的选择。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种涂膜设备，其特征是，包括机架、样品台、监控模块和涂布头；
所述涂布头、样品台均位于机架上；所述机架侧面设置有滑动模块；所述涂布头通过千分尺连接支撑座；所述支撑座与滑动模块相连接；沿所述滑动模块滑动方向，涂布头在样品台上进行涂膜；所述监控模块分别与机架和涂布头相连接；
所述涂布头包括金属槽、出料孔、加压模块和压力显示及控制器；所述金属槽中部的槽设置为V型柱体；所述出料孔均匀分布在金属槽的底面，且与V型柱体连通；所述加压模块、压力显示及控制器均设置在金属槽顶部；所述金属槽内壁中空，内部镶嵌有加热单元和热电偶。
前述的一种涂膜设备，其特征是，所述样品台包括基片和固定件；所述固定件用于将基片固定在机架顶面。
前述的一种涂膜设备，其特征是，所述监控模块包括温控模块、显示模块和动力控制模块；所述动力控制模块用于控制涂布头在滑动模块上的运动；
所述温控模块包括相互连接的水冷凝模块和温控器；所述水冷凝模块位于涂布头内；所述温控器控制加热单元与热电偶；
所述显示模块包括相互连接的显示器和主控机；所述动力控制模块包括相互连接的单片机和驱动器；所述单片机与主控机相连接。
前述的一种涂膜设备，其特征是，所述滑动模块包括滑轨、丝杆和滑块；所述滑轨位于机架的两侧；所述滑块均套在滑轨上；所述滑块在机架两侧的滑轨上做直线往复运动；所述滑块固定在支撑座底部；所述支撑座底部通过丝杆螺母固定在对应丝杆上；所述丝杆的一端通过联轴器连接步进电机，另一端固定在机架两侧。
前述的一种涂膜设备，其特征是，所述支撑座设置为口字型。
本发明所达到的有益效果：本涂膜机可以一次涂膜、干燥、再涂膜、再干燥，实现多层涂膜，有利于制备多层薄膜器件。
附图说明
图1是本装置的结构示意图；
图2是本装置的局部结构示意图；
图3是涂布头的结构示意图；
图4是金属槽的框架结构示意图；
图5是金属槽的底面结构示意图。
图中附图标记的含义：
1-机架，2-样品台、21-滑轨，3-导轨、31-丝杆、32-步进电机、4-涂布头、41-涂布头支撑滑块、42-金属槽、5-基片、6-液晶显示器、61-直流电源、7-电脑、8-单片机、9-驱动器、10-涂布头温控器、11-电热棒、12-千分尺、13-滑轨、14-压力计、15-压力指示表、16-支撑座、17-固定件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，机架顶部是操作台面2，可以加载台面大小的基片5，如板材或片材、ITO玻璃。台面上有4个固定件17，分别固定加载材料的四个角，以防基片打滑。
“口”字形支撑座顶部固定导轨，导轨上固定2个滑块，2滑块用支撑座固定，支撑座两端固定千分尺，千分尺滑块上固定涂布头。
涂布头由一“V”型金属槽构成，厚壁中空，内部镶嵌加热单元与热电偶，加热单元与热电偶由恒温仪控制。涂布头底部刻有多个微孔。涂布头顶部连接加压单元与压力指示表。涂布头的背面通过涂布头支撑滑块与支撑座相连接。
本结构中的机架构建在基座上，基座两侧各固定2根导轨，各导轨上分别套有1滑块，两个滑块固定在支撑座上，支撑座底部固定在丝杆螺母上，丝杆一端通过支撑座固定在机座上，另外一端固定在固定座上，段部通过联轴器连接步进电机，步进电机固定于机座底部。丝杆滑块由步进电机驱动，步进电机通过单片机控制，单片机用USB线与计算机串口通讯，通过Labview程序界面精确控制步进电机。Labview程序界面可以精确设定速率、时间、正/反转等参数。
本实施例中采用的丝杆型号为SFU1605丝杆，但不局限于这种丝杆。直线光轴导轨为SBR16；滑块为SBR16UU，但不局限于这种型号，类似的型号也能满足要求。
如图3中13所示滑头、滑槽。涂布头4固定在滑轨13上，可以上下移动。移动距离精细调控，通过固定在支撑座2上的千分尺来调节。
固定件17将千分尺12螺母与支撑座2紧固。涂布头2端各固定一个千分尺，分别调节涂布头至涂膜基板之间的距离。
涂布头结构如图3所示，内部腔体呈一“V”型金属槽42，有利于溶液流出，厚壁中空，厚壁内部镶嵌电热棒11及水冷循环，加热棒与水冷循环呈正交排布，都安装在V型涂布头的腔壁中，加热棒由恒温仪10控制，热电偶监测涂布头温度。
加热单元可以是U型不锈钢加热管，内部镍铬发热丝、金属氧化镁填充，外部不锈钢导热管。水冷循环管路与加热单元呈正交排列，有利于精准控温。
涂布头底部刻有多个微孔，如图5所示，孔径几个微米至几百微米可调。涂布头可以是不锈钢板或合金板制作而成；涂布头长度可以做到最大同台面宽，长度可调；宽度几毫米至十几毫米可调。
涂布头顶部连接加压单元与压力指示表15，视涂布头出料情况而调节压力大小。加压单元可以是简单的加压气球，也可以是注射器或气泵。
丝杆滑块由步进电机驱动，步进电机通过单片机控制，单片机通过USB线与PC串口通讯，并在PC端打开Labview界面。在Labview界面的端口选项上，选择数据线连接时使用的电脑端口，这样就实现了Labview和切割机之间的连接。采用Labview程序界面精确控制步进电机的转速大小及转动方向，Labview程序界面可以精确设定速率、时间、正/反转等参数。
采用C语言编程，调用程序调用。速度分为5档，0—5，当输入0时，步进电机不转；输入1时，步进电机速度为3.75°/s；输入2时，对应的速度为4.5°/s；数值越大，速度越快。设定转动的时间，时间单位为s级，可以设定0-任意整数；程序计时器采用200微秒为一个时间单位，可以对涂布头行进距离进行精确控制。
本涂膜机可以一次涂膜、干燥、再涂膜、再干燥，实现多层涂膜，有利于制备多层薄膜器件。红外加热管位于操作台2的盖子内壁上；翻盖式设计，方便操作。
本技术方案的工作流程：
(1)将表面处理好的基片5固定在台面上，固定件17有4个；分别固定基片5的4个角；
(2)启动控制程序，将涂布头移动到起始位置，即台面的左侧(默认起始位置)；
(3)将有机涂料加入涂布头中，涂液至少覆盖全部涂布头底部；盖好涂布头盒盖子；加压，使得涂料从涂布头微孔中膨出，呈半球状倒挂在涂布头上；
(4)旋转千分尺手柄，调节涂布头与基片之间的距离，使得涂料液面刚好接触到基片；
(5)设置好涂布头的运行速度、运行方向、运行时间等参数；点击开始，即开始涂膜了。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种涂膜设备，其特征是，包括机架、样品台、监控模块和涂布头；
所述涂布头、样品台均位于机架上；所述机架侧面设置有滑动模块；所述涂布头通过千分尺连接支撑座；所述支撑座与滑动模块相连接；沿所述滑动模块滑动方向，涂布头在样品台上进行涂膜；所述监控模块分别与机架和涂布头相连接；
所述涂布头包括金属槽、出料孔、加压模块和压力显示及控制器；所述金属槽中部的槽设置为V型柱体；所述出料孔均匀分布在金属槽的底面，且与V型柱体连通；所述加压模块、压力显示及控制器均设置在金属槽顶部；所述金属槽内壁中空，内部镶嵌有加热单元和热电偶；
所述样品台包括基片和固定件；所述固定件用于将基片固定在机架顶面；
所述监控模块包括温控模块、显示模块和动力控制模块；所述动力控制模块用于控制涂布头在滑动模块上的运动；
所述温控模块包括相互连接的水冷凝模块和温控器；所述水冷凝模块位于涂布头内；所述温控器控制加热单元与热电偶；
所述显示模块包括相互连接的显示器和主控机；所述动力控制模块包括相互连接的单片机和驱动器；所述单片机与主控机相连接；
所述滑动模块包括滑轨、丝杆和滑块；所述滑轨位于机架的两侧；所述滑块均套在滑轨上；所述滑块在机架两侧的滑轨上做直线往复运动；所述滑块固定在支撑座底部；所述支撑座底部通过丝杆螺母固定在对应丝杆上；所述丝杆的一端通过联轴器连接步进电机，另一端固定在机架两侧。
2.根据权利要求1所述的一种涂膜设备，其特征是，所述支撑座设置为口字型。
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