CN109729718A - 成膜装置及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一形态的成膜装置具有展开辊、卷取辊、加热辊、成膜部以及控制部。展开辊用于展开作为长条的膜的基材。卷取辊用于卷绕从展开辊展开的基材。加热辊包含温度调节单元，并在基材的输送方向上设置于展开辊与卷取辊之间，用于加热基材。成膜部包含蒸发源，并将金属膜成膜在基材上，该蒸发源与加热辊对置而设置，且具有用于加热金属材料的加热机构。控制部在基材从加热辊展开并卷绕到卷取辊的过程中，控制温度调节单元或加热机构中的至少一者，以使金属膜与基材之间的温度差为0℃以上且不足180℃。

Description

成膜装置及成膜方法
技术领域
本发明涉及一种通过使蒸发材料蒸发而在基材(基体材料)上形成该蒸发材料的膜的成膜装置及成膜方法。
背景技术
以往，如下方式的成膜装置广为人知(例如，专利文献1、2及3)，即，将从展开辊展开的基材缠绕在轧辊(Can Roll)上，同时在基材上形成蒸发材料的膜，并将该基材通过卷取辊卷绕。
在此，在上述那样的成膜装置中，当在由长条的膜等构成的基材上形成金属膜时，使高温的金属材料的粒子堆积在基材上，由此会在高温的堆积物与基材之间产生过度的温度差，并且有时会在基材上产生褶皱。
因此，为了解决这样的问题，记载有如下技术，在专利文献1及2中，对即将接触轧辊之前的基材进行加热，或在专利文献3中，调节轧辊的温度以使轧辊上的基材的温度在规定的温度范围内，由此抑制由堆积物与基材的温度差引起的褶皱的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-081820号公报
专利文献2：日本特开2010-182599号公报
专利文献3：日本特开2010-121188号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1～3中记载的成膜装置中，尽管能够抑制在基材上形成金属膜时产生褶皱，但是没有考虑成膜后的基材与金属膜的温度。由此，在直到形成有金属膜的基材卷绕到卷取辊为止的逐渐冷却过程中，可能会因基材与金属膜的收缩不匹配，而在该基材产生褶皱。
鉴于以上情况，本发明的目的在于，提供一种在直到形成有金属膜的基材被回收为止的过程中，都能够抑制在该基材上产生褶皱的成膜装置及成膜方法。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明的一形态的成膜装置具有展开辊、卷取辊、加热辊、成膜部以及控制部。
上述展开辊用于展开作为长条的膜的基材。
上述卷取辊用于卷绕从上述展开辊展开的上述基材。
上述加热辊包含温度调节单元，并在上述基材的输送方向上设置在上述展开辊与上述卷取辊之间，用于加热上述基材。
上述成膜部包含蒸发源，并将金属膜成膜在上述基材上，该蒸发源被设置为与上述加热辊对置，且具有用于加热金属材料的加热机构。
上述控制部在上述基材从上述加热辊展开并卷绕到上述卷取辊的过程中，能够控制上述温度调节单元与上述加热机构中的至少一者，以使上述金属膜与上述基材之间的温度差为0℃以上且不足180℃。
根据该结构，在形成有金属膜的基材卷绕到卷取辊为止的逐渐冷却过程中，能实现金属膜与基材的收缩动作的均匀化。因此，抑制了金属膜与基材的收缩不匹配，并抑制了在形成有金属膜的基材上产生褶皱等塑性变形。
进一步具有预热部，该预热部相对于上述成膜部而设置于上述基材的输送方向上游侧，
上述控制部在上述基材从展开辊向上述加热辊输送的过程中，控制上述预热部，以使上述基材的每单位时间的温度变化为3.6℃/min以上且3600℃/min以下。
根据该结构，基材被预热从而以规定量热膨胀并与加热辊接触。因此，在加热辊上的基材上形成金属膜的过程中，抑制了由基材于金属膜之间的过度温度差引起的褶皱的产生。
上述控制部也可以构成为控制上述温度调节单元，以使上述加热辊的温度为0℃以上且70℃以下。
上述控制部也可以构成为控制上述温度调节单元及上述加热机构，以使上述蒸发源与上述加热辊之间的温度差为300℃以上且700℃以下。
为了达成上述目的，本发明的一形态的成膜方法，用于成膜装置，该成膜装置具有：展开辊，用于展开作为长条的膜的基材；卷取辊，用于卷绕从上述展开辊展开的上述基材；加热辊，包含温度调节单元，并在上述基材的输送方向上设置在上述展开辊与上述卷取辊之间，用于加热上述基材；以及成膜部，包含蒸发源，并将金属膜成膜在上述基材上，该蒸发源被设置为与上述加热辊对置，且使金属材料蒸发。
在上述成膜方法中，在上述基材从上述加热辊展开并卷绕到上述卷取辊的过程中，使上述金属膜与上述基材之间的温度差维持在0℃以上且不足180℃。
发明的效果
如上所述，根据本发明，能够提供一种在直到形成有金属膜的基材被回收为止的过程中，都能够抑制在该基材上产生褶皱的成膜装置及成膜方法。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的成膜装置的结构的概要侧剖视图。
图2是示出上述成膜装置的成膜方法的流程图。
图3是示出上述成膜装置的加热辊的温度、基材的升温速度、以及基材的褶皱的产生之间的关系的一个实验结果。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(成膜装置的结构)
图1是示出本发明的一实施方式的成膜装置100的结构的概要侧剖视图。图1所示的X轴、Y轴及Z轴方向示出相互正交的3个轴方向，X轴及Y轴示出水平方向，Z轴方向示出铅垂方向。
如图1所示，成膜装置100具有真空室101、成膜部110、输送部120、输送机构130、控制部140以及预热部150。
真空室101具有密闭结构，并与具有真空泵P的排气管线L连接。由此，真空室101构成为能够使其内部排气至规定的减压气氛(减压环境)或维持规定的减压气氛。另外，如图1所示，真空室101具有隔板102，该隔板102用于分别划分成膜部110和输送部120。
成膜部110是由隔板102和真空室101的外壁划分的成膜室，并且在其内部具有蒸发源111。另外，成膜部110与排气管线L连接。由此，当真空室101排气时，首先，使成膜部110内排气。
另一方面，成膜部110与输送部120连通，因而当成膜部110内被排气时，输送部120也被排气。由此，在成膜部110与输送部120之间会产生压力差。通过该压力差，抑制了后述的锂金属的蒸发流进入输送部120内。
蒸发源111是使锂金属蒸发的蒸发源，具有对锂金属进行加热的加热机构(图示省略)。加热机构的加热温度(T1)为530℃～700℃左右。
另外，蒸发源111与加热辊132之间的最短距离D(保持锂金属的坩埚的熔融金属表面与加热辊132之间的最短距离)为例如数百mm左右。本实施方式的蒸发源111例如包括电阻加热式蒸发源、感应加热式蒸发源或者电子束加热式蒸发源等。
输送部120是由隔板102和真空室101的外壁划分的输送室，配置在真空室101内的Y轴方向上方。在本实施方式中，排气管线L仅与成膜部110连接，但是也可以通过将另一排气管线也连接到输送部120，来使输送部120与成膜部110独立地排气。
输送机构130具有展开辊131、加热辊132、卷取辊133以及引导辊134a、134b。输送机构130支撑基材F时的张力(拉力)为例如200N左右。
展开辊131、加热辊132及卷取辊133分别具有未图示的旋转驱动部，并且构造成能够分别绕Z轴以规定的旋转速度沿图1的箭头方向旋转。由此，在真空室101内，基材F以规定的输送速度从展开辊131向卷取辊133输送。
在本实施方式中，基材F的输送速度优选为0.1m/min以上且0.8m/min以下，更优选为0.1m/min。
展开辊131相对于成膜部110而设置在基材F的输送方向上游侧，具有将基材F送到加热辊132的功能。在展开辊131与加热辊132之间的适当位置处，配置有不具有独自的旋转驱动部的自由辊即引导辊134a。
加热辊132在基材F的输送方向上配置在展开辊131与卷取辊133之间。加热辊132在Y轴方向上的下部的至少一部分穿过设置于隔板102的开口部102a而配置在面对成膜部110的位置。由此，加热辊132隔着规定的间隔而与开口部102a对置，并在Y轴方向上与蒸发源111对置。
加热辊132由不锈钢、铁、铝等金属材料构成为筒状，并且在其内部例如设置有温度调节介质循环系统等温度调节单元(图示省略)。作为在温度调节单元中循环的热介质，可以使用例如硅油等高沸点的有机介质。加热辊132的大小没有特别限定，但是典型地，Z轴方向的宽度尺寸设定得比基材F的Z轴方向的宽度尺寸大。
卷取辊133相对于成膜部110而设置在基材F的输送方向下游侧，具有回收从展开辊131展开并在成膜部110成膜有金属材料的基材F的功能。在加热辊132与卷取辊133之间的适当位置处，配置有不具有独自的旋转驱动部的自由辊即引导辊134b。
如图1所示，控制部140配置在真空室101的外部。控制部140由例如包含CPU(Central Processing Unit：中央处理器)及存储器的计算机等构成，通过控制成膜装置100的各部分来控制成膜装置100整体的动作。
具体地，控制部140例如进行包含真空泵P的排气管线L的控制、基材F的输送速度或成膜速度的控制、温度调节单元的加热温度控制、蒸发源111所具有的加热机构的加热温度控制、预热部150的加热温度控制及输送机构130的旋转驱动控制等。
预热部150是用于加热基材F的灯加热器(Lamp heater)，并将热辐射面朝向基材F配置。预热部150在真空室101内相对于成膜部110而设置在基材F的输送方向上游侧。
由此，从展开辊131向加热辊132连续输送的基材F被来自预热部150的热辐射加热。在此，该基材F在与加热辊132接触之前的区域，被预热部150加热。当在基材F上形成锂金属膜时，预热部150加热基材F的温度为例如550℃左右。
基材F是例如由裁剪成规定宽度的铜构成的长条的膜。另外，基材F也可以使用具有在加热辊132上不会热变形的程度的耐热性的树脂膜。
基材F的厚度没有特别限定，例如为数μm～数十μm。另外，关于基材F的宽度或长度，也没有特别限制，可根据用途适当决定。
成膜装置100具有上述结构。此外，虽未图示，但是成膜装置100具有检测部，用于在形成有金属膜的基材F从加热辊132展开并卷绕到卷取辊133的过程中，分别监控金属膜的温度(T2)和基材F的温度(T3)。
由此，控制部140例如能够基于检测部的输出来实时地将金属膜与基材F的温度差(T2-T3)控制在所期望的范围内。上述检测部构成为能够以非接触方式测量金属膜与基材F的各自的温度。在本实施方式中，作为上述检测部，例如可采用辐射温度计等。
另外，成膜装置100的结构不限定于图1所示的结构，例如，可以适当地变更成膜部110、输送部120、展开辊131、加热辊132、卷取辊133、引导辊134a、134b的数量、大小、配置等。
(成膜方法)
图2是示出使用了成膜装置100的成膜方法的流程图。以下，参照图2对成膜装置100的成膜方法进行说明。
(步骤S01：排气处理)
启动真空泵P，对真空室101内进行排气，并将成膜部110和输送部120都维持在规定的真空度。
接着，驱动支撑基材F的输送机构130，使基材F从展开辊131向卷取辊133输送。在成膜部110，蒸发源111使锂金属蒸发，形成朝向加热辊132上的基材F出射的锂原料的蒸发流。
(步骤S02：加热处理)
展开辊131、加热辊132及卷取辊133绕Z轴以规定的旋转速度连续旋转。基材F由引导辊134a引导移动并向加热辊132输送。
此时，基材F通过经过预热部150而被加热。在此，控制部140控制预热部150的加热温度，使得基材F在经过预热部150并直到与加热辊132接触为止的基材F的升温速度(每单位时间的温度变化)为3.6℃/min以上且3600℃/min以下。
由此，基材F被预热从而以规定量热膨胀并与加热辊132接触。因此，在后述的成膜工序(步骤S03)中，抑制了由基材F的表面侧与背面侧的热膨胀差引起的褶皱的产生。
若基材F的升温温度不足3.6℃/min，则不能够充分预热基材F，在基材F接触了加热辊132时，可能会产生褶皱。另外，若超过3600℃/min，则基材F的温度会因基材F经过预热部150而急剧变化，因而预热工序本身可能会导致在基材F上产生褶皱。
(步骤S03：成膜工序)
通过使展开辊131、加热辊132及卷取辊133绕Z轴以规定的旋转速度连续旋转，从而使得被预热部150加热后的基材F缠绕到加热辊132的外周面。然后，基材F被加热辊132加热并经过成膜部110。
在步骤S03中，控制部140通过在前述的加热处理工序(步骤S02)中，控制基材F的升温速度为3.6℃/min以上且3600℃/min以下，控制部140控制温度调节单元，以使加热辊132的温度(T4)为0℃以上且70℃以下，更优选为30℃以上且50℃以下。
图3是示出当基材F的升温速度为3.6℃/min以上且3600℃/min以下时，通过改变加热辊132的温度来对基材F的褶皱的产生情况进行实验而得的结果的记录表。此外，图3所示的“○”示出在基材F上没有褶皱的情况。“△”示出虽然在基材F上有少许褶皱但是仍为良品水平的情况。“×”示出因在基材F上产生了褶皱而为不良品的情况。
如图3所示，如果加热辊132的温度为0℃以上且70℃以下，则能抑制在基材F上产生褶皱，如果为30℃以上且50以下，则能防止在基材F上产生褶皱。
另一方面，若加热辊132的温度不足0℃，则锂金属粒子与基材F的温度差变大，可能会因线性膨胀系数的差而产生褶皱。另外，若超过70℃，则可能会因成膜时的温度上升而使锂金属与基材F合金化。
基材F在经过成膜部110的过程中，锂金属的粒子堆积到基材F上，从而在基材F上形成锂金属膜。锂金属膜的厚度没有特别限定，例如为数μm～数十μm。
在此，在步骤S03中，控制部140控制温度调节单元或加热机构中的至少一者的加热温度，以在后述的回收工序(步骤S04)中，使锂金属膜与基材F之间的温度差(T2-T3)落在0℃以上且不足180℃的范围内。此时，控制部140控制温度调节单元及加热机构，以使蒸发源111与加热辊132之间的温度差(T1-T4)为300℃以上且700℃以下。
(步骤S04：回收)
接着，形成有锂金属膜的基材F一边由引导辊134b引导移动一边向卷取辊133输送并被回收。在此，在本实施方式的成膜方法中，通过前述的步骤S03控制锂金属膜与基材F之间的温度差(T2-T3)维持在0℃以上且不足180℃。
由此，在形成有锂金属膜的基材F从加热辊132展开并卷绕到卷取辊133为止的逐渐冷却过程中，实现了锂金属膜与基材F的收缩动作的均匀化。因此，抑制了锂金属膜与基材F的收缩不匹配，并抑制了在形成有锂金属膜的基材F上产生褶皱等塑性变形。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不仅限定于上述的实施方式，不言而喻，可以对本发明进行各种变更。
例如，典型地，基材F由铜构成，但是不限定于此，也可以由例如铝、镍、不锈钢、ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)等构成。
另外，典型地，被保持于蒸发源111的金属材料为锂金属，但是不限定于此，也可以为例如铟(In)、锌(Zn)、锡(Sn)、镓(Ga)、铋(Bi)、钠(Na)及钾(K)等。
进而，在上述实施方式中，在基材F上形成金属膜之前，通过对基材F进行预热来抑制在基材F上产生褶皱，但是不限定于此。例如，在成膜装置100中，也可以通过调节基材F的输送速度或容纳蒸发源111的挡板等的开口直径，来抑制在基材F上产生褶皱。
此外，在上述实施方式中，作为成膜方法的一个例子，采用了真空蒸镀法，但是不限定于此。本发明通常能够适用于在高温下生成金属材料的粒子并将该粒子堆积到基材F上的成膜技术。具体地，也可以采用例如分子线蒸镀法、离子电镀法或者离子束蒸镀法等。
附图标记说明
100：成膜装置
110：成膜部
131：展开辊
132：加热辊
133：卷取辊
140：控制部
150：预热部
F：基材

Claims (5)

1.一种成膜装置，其特征在于，具有：
展开辊，用于展开作为长条的膜的基材；
卷取辊，用于卷绕从所述展开辊展开的所述基材；
加热辊，包含温度调节单元，并在所述基材的输送方向上设置于所述展开辊与所述卷取辊之间，用于加热所述基材；
成膜部，包含蒸发源，并将金属膜成膜在所述基材上，该蒸发源被设置为与所述加热辊对置，且具有用于加热金属材料的加热机构；以及
控制部，在所述基材从所述加热辊展开并卷绕到所述卷取辊的过程中，能够控制所述温度调节单元与所述加热机构中的至少一者，以使所述金属膜与所述基材之间的温度差为0℃以上且不足180℃。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
进一步具有预热部，该预热部相对于所述成膜部而设置于所述基材的输送方向上游侧，
所述控制部，在所述基材从展开辊向所述加热辊输送的过程中，控制所述预热部，以使所述基材的每单位时间的温度变化为3.6℃/min以上且3600℃/min以下。
3.根据权利要求2所述的成膜装置，其特征在于，
所述控制部控制所述温度调节单元，以使所述加热辊的温度为0℃以上且70℃以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述控制部控制所述加热机构，以使所述蒸发源与所述加热辊之间的温度差为300℃以上且700℃以下。
5.一种成膜方法，用于成膜装置，该成膜装置具有：展开辊，用于展开作为长条的膜的基材；卷取辊，用于卷绕从所述展开辊展开的所述基材；加热辊，包含温度调节单元，并在所述基材的输送方向上设置在所述展开辊与所述卷取辊之间，用于加热所述基材；以及成膜部，包含蒸发源，并将金属膜成膜在所述基材上，该蒸发源被设置为与所述加热辊对置，且使金属材料蒸发，该成膜方法的特征在于，
在所述基材从所述加热辊展开并卷绕到所述卷取辊的过程中，使所述金属膜与所述基材之间的温度差为0℃以上且不足180℃。
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