CN109609914A - 一种坩埚及其加热控制方法、蒸镀设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种坩埚及其加热控制方法、蒸镀设备，用以解决现有技术中存在的加热稳定性差、加热不均匀的问题。该坩埚包括：坩埚本体，所述坩埚本体具有双层导热部，所述双层导热部中位于外层的第一导热部与位于内层的第二导热部之间形成用于容纳物料的容纳腔。这样，可以借助第一导热部以及第二导热部进行均匀、稳定热传导，容纳腔内物料可以均匀、稳定受热，进而保证后续蒸镀均匀性。

Description

一种坩埚及其加热控制方法、蒸镀设备

技术领域

本申请涉及工艺设备技术领域，尤其涉及一种坩埚及其加热控制方法、蒸镀设备。

背景技术

真空蒸发镀膜(简称蒸镀)是指在真空条件下，加热蒸发物料使之气化蒸发并沉积在被镀物体表面的过程。

当前的蒸镀工艺中所使用的坩埚，需要反复加热坩埚外壁的电阻丝以实现对物料的加热，目前的坩埚存在加热稳定性差、受热不均匀的问题，影响镀膜均一性，降低生产良率。

发明内容

本申请实施例提供一种坩埚及其加热控制方法、蒸镀设备，用以解决现有技术中存在的加热稳定性差、受热不均匀的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例采用下述技术方案：

一种坩埚，包括：

坩埚本体，所述坩埚本体具有双层导热部，所述双层导热部中位于外层的第一导热部与位于内层的第二导热部之间形成容纳腔。

可选地，所述第一导热部外壁设置有第一电热层，所述第二导热部内壁设置有第二电热层。

可选地，所述第一电热层和所述第二电热层为电阻丝，所述第一电热层和所述第二电热层交错分布。

可选地，还包括：设置在所述坩埚本体上方且具有外凸形状的顶盖；

其中，所述顶盖的边缘与所述坩埚本体的第一导热部的顶端对接，所述顶盖的中心开口的内径小于所述坩埚本体的第二导热部的内径。

可选地，还包括：设置在所述坩埚本体下方的至少一个导轨；

其中，所述第一导热部的外壁设置的第一电热层的底部设置在第一导轨上，和/或，所述第二导热部的内壁设置的第二电热层的底部设置在第二导轨上。

可选地，还包括：驱动电机；

其中，所述驱动电机用于控制所述第二电热层围绕着所述第二导热部的内壁转动，或者，

所述驱动电机用于控制所述第一电热层围绕着所述第一导热部的外壁转动。

可选地，还包括：驱动齿轮和传动齿轮；

其中，所述驱动电机直接控制所述驱动齿轮转动；

所述驱动电机控制所述第二电热层转动，则所述驱动齿轮通过所述传动齿轮带动从动齿轮以控制所述第一电热层围绕着所述第一导热部的外壁转动；

或者所述驱动电机控制所述第一电热层转动，则所述驱动齿轮通过所述传动齿轮带动从动齿轮以控制所述第二电热层围绕着所述第二导热部的内壁转动。

可选地，还包括：设置在所述第一电热层外壁一侧的第一辅助电热层，和/或，设置在所述第二电热层内壁一侧的第二辅助电热层。

一种蒸镀设备，包括所述的坩埚。

一种对所述的坩埚的加热控制方法，包括：

开启坩埚；

控制所述第一导热部和所述第二导热部预热第一时长；

控制所述第一导热部和所述第二导热部加热第二时长；

待坩埚温度稳定后，控制所述第一导热部与第二导热部之间的容纳腔内的物料蒸发。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过上述技术方案，坩埚本体具有双层导热部，而且，其中位于外层的第一导热部以及位于内层的第二导热部之间形成有容纳腔，这样，可以借助第一导热部以及第二导热部进行均匀、稳定热传导，容纳腔内物料可以均匀、稳定受热，进而保证后续蒸镀均匀性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有坩埚100的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的坩埚的结构示意图之一；

图3a、图3b和图3c分别为本申请实施例提供的第一电热层和第二电热层分布方式示意图；

图4为本申请实施例提供的坩埚的结构示意图之二；

图5a为本申请实施例提供的坩埚的结构示意图之三；

图5b为本申请实施例提供的坩埚的俯视结构示意图之一；

图5c为本申请实施例提供的坩埚的俯视结构示意图之二；

图5d为本申请实施例提供的蒸镀设备结构示例图；

图6为本申请实施例提供的加热控制方法步骤示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

参照图1所示，为现有坩埚100的结构示意图，该坩埚100包括圆筒状的坩埚本体101，以及围绕在坩埚本体101外壁的电热层102，其中，坩埚本体101的圆筒内壁形成容纳腔，用于容纳蒸镀所使用的物料。电热层102为上下走线排布的电阻丝，具体采用缠绕的方式设置在坩埚本体101的外壁。但是，现有坩埚结构导致只能在本体101外壁形成电热层102，坩埚受热面积小，热传递方向单一，而且这种电阻丝排布方式无法覆盖坩埚本体101的整个外壁，导致加热不均匀的现象，进而无法对物料均匀加热，易造成镀膜不均一，影响生产良率。

为此，本申请提出了一种新的坩埚结构，通过设置双层导热部，其中位于外层的第一导热部以及位于内层的第二导热部之间形成有容纳腔，这样，可以借助第一导热部以及第二导热部进行均匀、稳定热传导，容纳腔内物料可以均匀、稳定受热，进而保证后续蒸镀均匀性。在外层第一导热部的外壁以及内层第二导热部的内壁均设置电热层，由此，可以同时从内外两层对坩埚进行传热，以实现对容纳腔内物料均匀加热的目的，进而提升镀膜均一性，提高生产良率。

参照图2所示，为本申请实施例提供的一种坩埚的结构示意图，该坩埚200可以包括：

坩埚本体201，所述坩埚本体201具有双层导热部，所述双层导热部中位于外层的第一导热部202与位于内层的第二导热部203之间形成用于容纳物料的容纳腔204。

可选地，所述第一导热部202的外壁和所述第二导热部203的内壁均设置有电热层205，具体地，第一导热部202外壁设置有第一电热层2051，所述第二导热部202内壁设置有第二电热层2052；所述电热层205用于在通电时分别通过对所述第一导热部202和所述第二导热部203传热以对所述容纳腔204内的物料进行加热。

其中，第一导热部202以及第二导热部203的厚度并不作限定，尽可能满足坩埚在加热时所能够承受的壁厚即可。例如可以设置的与现有的坩埚本体的壁厚相同。第一导热部202的底部与第二导热部203的底部是联通的，这样，第一导热部202与第二导热部203可以形成容纳腔204，容纳腔204的具体结构并不限定。

通过上述技术方案，坩埚本体具有双层导热部，而且，其中位于外层的第一导热部以及位于内层的第二导热部之间形成有容纳腔，且第一导热部的外壁以及第二导热部的内壁均设置有电热层，这样，可以利用电热层同时对第一导热部以及第二导热部进行加热，容纳腔内物料可以均匀受热，进而保证后续蒸镀均匀性。

此外，考虑到第一导热部202的外壁和所述第二导热部203的内壁均设置有电热层205，当其中一个导热部设置的电热层205发生故障时，仍可以借助另外一个导热部设置的电热层205对容纳腔204内的物料进行加热，由此，无需更换整套电热层，保证生产持续进行，提升生产效率。

在本申请中，并不对第一导热部以及第二导热部的形状进行限定，其中，第一导热部的形状与第二导热部的形状可以相同，也可以不同；可选地，参照图2所示，所述第一导热部202和第二导热部203均为圆环柱形状，其中，所述第一导热部202的内径d1大于所述第二导热部203的外径d2。在该图2所示的结构中，第一导热部202与第二导热部203之间形成的容纳腔的大小，由第一导热部202的内径d1与第二导热部203的外径d2的差值决定，差值越大，容纳腔的腔室越大，可容纳的物料越多。该图2所示的坩埚200中，由于第一导热部202与第二导热部203均为圆环柱形状，且第一导热部202与第二导热部203属于同心圆环柱体，这样，在坩埚的每个部位的容纳腔厚度(在水平方向第一导热部202的外壁与第二导热部203的内壁之间的距离)几乎相同，从而，可以保证在第一导热部202和第二导热部203进行传热时，能够对容纳腔内物料进行均匀加热，避免由于容纳腔厚度不同而导致加热不均匀。

可选地，在本申请中，电热层205为均匀排布有电阻丝的图案化电热层。其实，为了进一步实现均匀加热，本申请中第一导热部的外壁设置的第一电热层的电阻丝图案与相对应的第二导热部的内壁设置的第二电热层的电阻丝图交错分布。参照图3a所示，针对电阻丝图案中相邻电阻丝相距较近的情况，第一电热层的电阻丝图案(图3a上方图案)与第二电热层的电阻丝图案(图3a下方图案)对应分布；参照图3b所示,针对电阻丝图案中相邻电阻丝相距较远的情况，第一电热层的电阻丝图案与第二电热层的电阻丝图案(图3b下方图案)在坩埚轴向上交错互补，或参照图3c所示，第一电热层的电阻丝图案与第二电热层的电阻丝图案在坩埚轴向上和径向上均交错分布。通过第一电热层和所述第二电热层的交错排布，可以更为均匀地对坩埚进行整体加热，保证物料受热均匀。

应理解，在本申请方案中，电热层205可以采用接触或非接触方式设置在第一导热部的外壁和/或第二导热部的内壁。

可选地，在本申请中，该加热坩埚还可以包括：设置在所述坩埚本体下方的至少一个导轨；具体参照图4以及图5b所示，该坩埚200还可以包括：设置在所述坩埚本体201下方的至少一个环形导轨206。

其中，所述第一导热部202的外壁设置的第一电热层2051的底部设置在第一环形导轨2061上，和/或，所述第二导热部203的内壁设置的第二电热层2052的底部设置在第二环形导轨2062上。其中，第一环形导轨2061与第二环形导轨2062分别连接电热层导线柱，从而，分别实现第一电热层2051与电热层导线柱的电连接，以及第二电热层2052与电热层线柱的电连接。进一步的，电热层导线柱与外部电源电连接，从而是实现对第一电热层2051和第二电热层2052的电加热。其实，该结构也可以是第一环形导轨2061或第二环形导轨2062连接电热层导线柱，而第一电热层2051与第二电热层2052通过底部的环形导轨相连接，这样，第一电热层2051和第二电热层2052可以实现同时与电热层导线柱电连接。

可选地，在本申请中，参照图5a所示，该坩埚200还包括：设置在所述坩埚本体201上方且具有外凸形状的顶盖207；其中，所述顶盖207的边缘与所述坩埚本体201的第一导热部202的顶端对接，所述顶盖207的中心开口的内径d4小于所述坩埚本体201的第二导热部203的内径d3。

应理解，该坩埚200之所以设计有顶盖207，是因为针对坩埚的坩埚本体形状为圆环柱形状，中间区域为空心且无蒸镀所需的物料，位于容纳腔内的物料受热蒸发时，只能按照容纳腔的形状进行蒸镀，无法对中间区域对应的被镀物体表面进行蒸镀，进而，有可能出现蒸镀不均匀现象。为了保证本申请所涉及的坩埚中双层导热部进行均匀加热，且可以实现均匀蒸镀，可以在坩埚本体201的上方设置一顶盖207，该顶盖207的表面设置有电阻丝图案，且该顶盖207由第一导热部202向坩埚本体201的中心，逐渐向上方延伸，形成具有一中心开口的帽状顶盖。在实际的加热蒸镀过程中，容纳腔204内物料受热蒸发，从容纳腔204的顶部升华，并沿着顶盖207的向上延伸方向从中心开口处蒸发至被镀物体表面，可避免坩埚本体201的中间区域无法蒸镀而导致的蒸镀不均匀现象；而且，顶盖207可通过电阻丝图案处于加热状态，那么，物料在受热蒸发的过程中，不会由于脱离坩埚本体201而产生温度差异导致物料吸附在顶盖207上，从而，保证物料在蒸镀过程中始终处于蒸发状态，保证蒸镀均一性。

可选地，在本申请技术方案中，仍参照图4所示，该坩埚200还可以包括：驱动电机208；该驱动电机208可以设置在坩埚本体201的下方，具体的连接关系可以不做限定。

可选地，参照图5b所示，该坩埚200还包括：驱动齿轮209、传动齿轮210以及从动齿轮211；其中，所述驱动电机208直接控制所述驱动齿轮209转动。

下面通过两种实例进行简单介绍，由于驱动电机208、驱动齿轮209、传动齿轮210以及从动齿轮211之间的连接关系可以灵活设置，因此，并未示出具体的部件连接关系示意图：

1、所述驱动电机与第二电热层连接(应理解，此处的连接是指驱动电机可以通过该连接关系直接控制第二电热层转动)，直接控制所述第二电热层围绕着所述第二导热部的内壁转动。即驱动电机直接控制第二电热层在第二环形导轨内转动，这样，就可以保证第二电热层围绕着第二导热部的内壁转动。

相应地，驱动齿轮与第二电热层连接，在驱动齿轮控制第二电热层转动时，驱动齿轮也同时进行转动，这样，驱动齿轮通过传动齿轮带动从动齿轮控制第一电热层围绕着第一导热部的外壁转动。

2、所述驱动电机与第一电热层连接(应理解，此处的连接是指驱动电机可以通过该连接关系直接控制第一电热层转动)，直接控制所述第一电热层围绕着所述第一导热部的外壁转动。即驱动电机直接控制第一电热层在第一环形导轨内转动，这样，就可以保证第一电热层围绕着第一导热部的外壁转动。

相应地，驱动齿轮与第一电热层连接，在驱动齿轮控制第一电热层转动时，驱动齿轮也同时进行转动，这样，驱动齿轮通过传动齿轮带动从动齿轮控制第二电热层围绕着第二导热部的内壁转动。

由此，在本申请技术方案中，驱动电机可以通过控制第一电热层或和第二电热层中的一个电热层转动，并利用驱动齿轮、传动齿轮以及从动齿轮控制另一电热层转动，从而，在加热过程中，利用第一电热层以及第二电热层的旋转加热，可实现对坩埚本体的均匀加热。

需要说明的是，在图4所示的结构中，坩埚200的第一电热层2051非接触设置在第一导热部202的外壁，第二电热层2052非接触设置在第二导热部203的内壁。这样，第一电热层2051和/或第二电热层2052才可以转动。

可选地，基于上述任一技术方案，参照图5c所示，本申请所涉及的坩埚200还可以包括：设置在第一电热层2051外壁一侧的第一辅助电热层2121，和/或，设置在第二电热层2052内壁一侧的第二辅助电热层2122。

之所以为坩埚增加辅助电热层，这是因为，在进行蒸镀工艺时，会先对坩埚进行预热，再在蒸镀时快速加热升温至蒸发温度，然而，在这一过程中，若只依赖第一电热层和第二电热层，无法快速升温至所需温度，而且会增加第一电热层以及第二电热层的加热负载，降低使用寿命。该图5c方案，通过第一辅助电热层和/或第二辅助电热层对坩埚本体进行预热，这样，将对坩埚本体的预热任务以及加热任务分别分配给辅助电热层以及电热层，可有效降低电热层加热负载，延长使用寿命。

本申请还提供一种蒸镀设备，包括上述任一项所述的坩埚。应理解，所述蒸镀设备可以是包含一个坩埚的蒸镀设备，也可以是包含多个坩埚的蒸镀设备。此外，该蒸镀设备还可以包含其它现有部件，以协助、控制坩埚实现蒸镀工艺。

以图5c中坩埚使用在图5d所示的蒸镀设备上为例，图5d中设置有一个旋转平台M，旋转平台M上设置有可旋转的5套坩埚，其中，坩埚A位于预热区，坩埚B位于工作区，坩埚C、D、E位于备用区。其中，位于预热区的坩埚，仅启动辅助电热层对坩埚本体进行预热；位于工作区的坩埚，仅启动电热层对坩埚本体进行加热。

当坩埚B蒸镀物料时，控制第一电热层以及第二电热层对坩埚本体进行均匀加热；当坩埚B蒸镀完物料时，旋转平台将坩埚B旋转至备用区以及将坩埚A旋转至工作区，并控制坩埚B的第一电热层以及第二电热层不通电，控制坩埚A的第一电热层以及第二电热层，结合第一辅助电热层和/或第二辅助电热层通电对坩埚本体进行加热，使得坩埚A急速升温；当坩埚A达到蒸镀温度后，控制第一辅助电热层和/或第二辅助电热层不通电，坩埚A保持该蒸镀温度进行蒸镀操作。由此，通过该加热控制方式，可以缩短预加热时长，提高生产效率。

本申请还提供了一种对上述任一坩埚的加热控制方法，参照图6所示，包括：

步骤61：开启坩埚。

步骤62：控制所述第一导热部的外壁和所述第二导热部的内壁设置的电热层通电并预热第一时长。

步骤63：控制所述第一导热部的外壁和所述第二导热部的内壁设置的电热层加热第二时长。

应理解，在本申请中，所述第一时长最小可达目前业界蒸镀预热所需时长的1/2，最大不超过目前业界蒸镀预热所需时长；第二时长最小可以为目前业界蒸镀加热至蒸镀温度所需时长的1/2，最大不超过目前业界蒸镀加热至蒸镀温度所需时长。

在具体的加热过程中，加热所需时长会根据坩埚本体中电热层的加热方式有所变化。

步骤64：待坩埚温度稳定后，控制所述第一导热部与第二导热部之间的容纳腔内的物料蒸发。

以图5a所示坩埚为例，在开启与坩埚的电热层导线柱电连接的加热电源开关后，第一电热层与第二电热层以预设速度匀速旋转坩埚本体，此时，第一导热部以及第二导热部均匀受热；之后，可根据设置在坩埚本体上的温度传感器检测坩埚本体当前温度，以反馈给驱动电机对第一电热层、第二电热层的旋转速度进行调整，同时反馈给加热电源，以对加热温度进行调整(其实，在对加热温度进行调整时，可以通过切断其中一个电热层的导电通路的方式实现，仅保留一个电热层对坩埚本体进行加热)。在达到蒸镀温度后，电热层仍以匀速旋转，以保证蒸镀物料受热均匀蒸发。而且还可以减小预加热时间，提升蒸镀效率。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种坩埚，其特征在于，包括：

坩埚本体，所述坩埚本体具有双层导热部，所述双层导热部中位于外层的第一导热部与位于内层的第二导热部之间形成容纳腔。

2.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述第一导热部外壁设置有第一电热层，所述第二导热部内壁设置有第二电热层。

3.如权利要求2所述的坩埚，其特征在于，所述第一电热层和所述第二电热层为电阻丝，所述第一电热层和所述第二电热层交错分布。

4.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于，还包括：设置在所述坩埚本体上方且具有外凸形状的顶盖；

其中，所述顶盖的边缘与所述坩埚本体的第一导热部的顶端对接，所述顶盖的中心开口的内径小于所述坩埚本体的第二导热部的内径。

5.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于，还包括：设置在所述坩埚本体下方的至少一个导轨；

其中，所述第一导热部的外壁设置的第一电热层的底部设置在第一导轨上，和/或，所述第二导热部的内壁设置的第二电热层的底部设置在第二导轨上。

6.如权利要求5所述的坩埚，其特征在于，还包括：驱动电机；

其中，所述驱动电机用于控制所述第二电热层围绕着所述第二导热部的内壁转动，或者，

所述驱动电机用于控制所述第一电热层围绕着所述第一导热部的外壁转动。

7.如权利要求6所述的坩埚，其特征在于，还包括：驱动齿轮和传动齿轮；

其中，所述驱动电机直接控制所述驱动齿轮转动；

所述驱动电机控制所述第二电热层转动，则所述驱动齿轮通过所述传动齿轮带动从动齿轮以控制所述第一电热层围绕着所述第一导热部的外壁转动；

或者，所述驱动电机控制所述第一电热层转动，则所述驱动齿轮通过所述传动齿轮带动从动齿轮以控制所述第二电热层围绕着所述第二导热部的内壁转动。

8.如权利要求2-7任一项所述的坩埚，其特征在于，还包括：设置在所述第一电热层外壁一侧的第一辅助电热层，和/或，设置在所述第二电热层内壁一侧的第二辅助电热层。

9.一种蒸镀设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的坩埚。

10.一种对权利要求1-8任一项所述的坩埚的加热控制方法，其特征在于，包括：

开启坩埚；

控制所述第一导热部和所述第二导热部预热第一时长；

控制所述第一导热部和所述第二导热部加热第二时长；

待坩埚温度稳定后，控制所述第一导热部与第二导热部之间的容纳腔内的物料蒸发。