CN110029311B - 一种蒸镀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸镀装置及方法，属于真空蒸镀技术领域，解决了现有技术中蒸镀材料利用率低、镀层附着力小以及无法精确控制膜厚的问题。蒸镀装置，包括蒸镀腔、熔融单元、蒸气输送单元和喷射单元，从熔融腔至喷射腔方向，蒸气腔的横截面面积逐渐减小；喷嘴设有开口大小可调节的喷气口，喷气口用于向试样镀膜；蒸气腔顶部的横截面面积大于喷气口处的横截面面积。蒸镀方法包括：将待镀试样固定在第一移动部底部，根据待镀试样宽度调整喷气口长度；抽真空，设置移动部的移动速度；加热蒸镀材料；蒸镀；取出试样。本发明实现了对蒸镀材料的高效利用，并且提高了镀膜的致密性。

Description

一种蒸镀装置及方法

技术领域

本发明涉及真空蒸镀技术领域，尤其涉及一种蒸镀装置及方法。

背景技术

真空蒸镀技术是在真空环境中加热坩埚中的蒸镀材料，使之汽化、蒸发或升华至真空环境中，到达并沉积在基板表面，形成镀层。有的在坩埚上方设置蒸发孔，蒸镀材料蒸气通过蒸发孔逸出在试样表面凝聚，形成稳定膜层。

然而，有蒸发孔时，由于蒸气经过蒸发孔时，部分蒸气附着在温度相对较低的孔壁上，不断沉积并长厚，进而堵塞蒸发孔，若蒸发孔部分堵塞则导致成膜厚度不均匀，若完全堵塞则不能继续成膜。

无蒸发孔时，蒸镀材料成为蒸气后，呈散发状，试样表面及四周腔壁同时无差别沉积蒸镀材料，造成蒸镀材料的大量浪费，利用率很低，而且由于蒸气沉积速率较小镀层附着力相对较小。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种蒸镀装置及方法，用以解决现有蒸镀材料利用率低、镀层附着力小以及无法精确控制膜厚的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种蒸镀装置，包括蒸镀腔、熔融单元、蒸气输送单元和喷射单元，所述熔融单元通过所述蒸气输送单元和所述喷射单元连接；

所述熔融单元包括熔融腔，所述蒸气输送单元包括蒸气腔，所述蒸气输送单元包括蒸气腔，所述喷射单元包括喷射腔和喷嘴；

从所述熔融腔至所述喷射腔方向，所述蒸气腔的横截面面积逐渐减小；

所述喷嘴设有开口大小可调节的喷气口，所述喷气口用于向试样镀膜；所述蒸气腔顶部的横截面面积大于所述喷气口处的横截面面积；

所述试样在蒸镀腔内完成镀膜。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述熔融单元中，熔融容器、加热部和保温层由内至外依次设置；所述蒸气输送单元中，蒸气通道、加热部和保温层由内至外依次设置；所述喷射单元中，喷嘴、加热部和保温层内至外依次设置。

进一步，在所述喷气口和所述试样之间设有用于检测膜厚的膜厚仪。

进一步，还包括设于所述喷气口上方的第一移动部，所述试样固定在所述第一移动部的下表面。

进一步，所述第一移动部设有预热试样的加热部。

进一步，还包括设于所述熔融单元下方的第二移动部，所述熔融单元、所述蒸气输送单元和所述喷射单元置于所述第二移动部上。

进一步，所述熔融腔和所述蒸气腔均设有温度传感器。

进一步，所述喷射单元与试样之间设有挡板。

另一方面，本发明还提供了一种蒸镀方法，包括以下步骤：

步骤1：将待镀试样固定在第一移动部底部，待镀面朝下，调整喷气口与待镀试样表面的距离，根据待镀试样宽度调整喷气口长度；

步骤2：蒸镀腔抽真空，设置第一移动部或第二移动部的移动速度；

步骤3：将熔融容器内蒸镀材料加热至设定温度，加热蒸气通道和喷嘴；

步骤4：打开挡板，将蒸镀材料蒸气喷射到待镀试样表面；

步骤5：当镀膜厚度达到设定值时关闭挡板，关闭加热部，待试样降温后，充气，取出试样。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)蒸气通道底部横截面面积远大于喷嘴喷气口处的横截面面积，保证蒸气通道和喷嘴内蒸气压力高于喷气口外气压，内外压力差使蒸镀材料蒸气以较快速率喷出到达试样表面，使得蒸气粒子快速冲击试样表面进行沉积，粒子的冲击能够夯实表面沉积的蒸镀材料，提高所形成的镀层的致密性。

(2)本发明的蒸镀装置从熔融腔至喷射腔方向，蒸气腔的横截面面积逐渐减小，使得蒸气腔没有死角，进而使从熔融腔蒸发的蒸镀材料的蒸气能够顺畅地经过蒸气腔进入喷射腔，提高镀层的致密性和蒸镀效率。

(3)本发明通过在喷气口和试样之间设有用于检测蒸镀材料的蒸镀速率的速率检测器，并通过设置膜厚计，来实时获知试样表面的膜厚，当监测到膜厚计计测的膜厚满足要求时，通过控制器控制喷气口关闭，实现对膜厚的精确控制，并且节省了蒸镀材料。

(4)本发明通过设置第一移动部和/或第二移动部，使得试样表面的镀层更加均匀。

(5)本发明在熔融腔、蒸气腔和喷射腔的腔壁均设有加热部，防止蒸气沉积在四周腔壁上，提高镀层沉积速率和蒸镀材料的利用率，增大镀层附着力，延长镀层的使用寿命。

(6)本发明喷气口的开口大小可以调节，可以满足同一蒸镀装置对不同规格试样的镀膜。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例蒸镀装置的主视图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为本发明实施例蒸镀装置的左视图；

图4为图3的A-A向视图。

附图标记：

1-坩埚；2-蒸气通道；3-喷嘴；4-加热管；5-保温层；6-喷气口；7-第一移动部。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，公开了一种蒸镀装置，包括蒸镀腔、熔融单元、蒸气输送单元和喷射单元，熔融单元通过蒸气输送单元和喷射单元连接；熔融单元包括熔融腔，坩埚1、加热部和保温层5由内至外依次设置；蒸气输送单元包括蒸气腔，蒸气通道2、加热部和保温层5由内至外依次设置；喷射单元包括喷射腔，喷嘴3、加热部和保温层5内至外依次设置；从熔融腔至喷射腔方向，蒸气腔的横截面面积逐渐减小；喷嘴设有开口大小可调节的喷气口6，喷气口6用于向试样镀膜；试样在蒸镀腔内完成镀层。

与现有技术相比，本实施例提供的蒸镀装置蒸气通道底部横截面面积远大于喷嘴喷气口处的横截面面积，保证蒸气通道和喷嘴内蒸气压力高于喷气口外气压，内外压力差使蒸镀材料蒸气以较快速率喷出到达试样表面，使得蒸气粒子快速冲击试样表面进行沉积，粒子的冲击能够夯实表面沉积的蒸镀材料，提高所形成的镀层的致密性。

具体来说，从熔融腔至喷射腔方向，蒸气腔的横截面面积逐渐减小，使得蒸气腔没有死角，进而使从熔融腔蒸发的蒸镀材料的蒸气能够顺畅地经过蒸气腔进入喷射腔，提高镀层的致密性和蒸镀效率。

考虑到蒸镀材料蒸气会附着在温度相对较低的蒸气腔和喷射腔的腔壁上，不仅降低蒸镀材料的利用率，而且降低蒸气到达试样表面的速率。因此，本实施例除了在熔融腔的腔壁上设有加热器4外，在蒸气腔和喷射腔的腔壁上也设有加热器4。示例性地，加热器可以为感应加热、电阻丝加热、远红外加热及其他可行的加热方式。

为了实时获知试样表面的膜厚，本实施例在喷气口和试样之间设有用于检测膜厚的膜厚仪。本实施例中使用的是型号为Thick 800A的膜厚仪或Filmetrics F30膜厚仪。当监测到膜的厚度满足要求时，控制器控制喷气口关闭，避免了对蒸镀材料的浪费。

为了获得更加均匀的镀层，本实施例在喷气口上方设有第一移动部7，并将试样固定在第一移动部7的下表面，通过第一移动部7的匀速、往复运动，在试样表面形成均匀镀层。示例性地，也可以将熔融单元、蒸气输送单元和喷射单元置于第二移动部上，通过第二移动部在试样下方来回往复运动，使得从喷气口喷出的蒸气在试样表面获得均匀镀层。

具体来说，根据试样的形状不同，第一移动部可以为圆盘，喷气口的长度可以小于圆盘半径，也可增大至等于圆盘直径，通过第一移动部的转运来获得镀层。示例性地，第一移动部也可以为长方形，通过第一移动部的平移来获得镀层。

为了实现同一蒸镀装置对不同规格试样的镀膜，本实施例喷气口的有效喷射长度可以调节。具体而言，是沿喷气口的长度方向设置有滑轨，喷气口上方设置可沿滑轨移动的盖板，盖板平铺于喷气口上方，通过滑动盖板实现喷气口的有效喷射长度能够调节至与试样的宽度一致，防止喷气口的有效喷射长度大于试样的宽度导致蒸镀材料蒸气的浪费。优选的，本实施例还设有电机和宽度感应器，电机和宽度感应器均与控制器连接，宽度感应器用来测量试样的宽度，将数据反馈至控制器，控制器驱动电机实现盖板的自动调节。

为了实现对温度的精确控制，本实施例中熔融腔和蒸气腔均设有温度传感器，从而能够保证生产过程的精确实施。

实施例二

考虑到由于设备故障等原因，会导致镀膜的质量达不到设计要求，本实施例的蒸镀装置还设有检测单元和镀膜去除单元。镀膜去除单元用来去除待镀试样上所喷镀的不符合设计要求的镀膜。示例性地，检测单元可以为膜厚仪。本实施例中使用的是型号为Thick800A的膜厚仪或Filmetrics F30膜厚仪。

镀膜去除单元包括加热部、清洗部和镀膜回收器。加热部用来加热待镀试样，通过加热使得待镀试样表面的温度接近或达到蒸镀材料的熔点，从而使得不符合设计要求的镀膜从试样表面熔融脱落。加热部的设置使得镀膜的去除更加容易、彻底。脱落的镀膜回收进入镀膜回收器，进而返回熔融单元回收利用。清洗部用来清洗镀膜脱落后的试样表面，加热部烘干试样，进行重新镀膜，直至镀膜达到设计要求。

需要说明的是，镀膜是否达到使用要求，除了通过膜厚来衡量，还可以通过膜的致密性来衡量，因此，本实施例中的检测单元也可以为检测膜的致密性的装置。同样地，当镀膜结束，检测单元检测到镀膜的致密性不符合设计要求时，镀膜去除单元去除待镀试样上所喷镀的不符合设计要求的镀膜，并清洗待镀试样表面，烘干。之后重新镀膜，直至镀膜达到设计要求。

本实施例镀膜去除单元的加热部的另一个作用是，喷镀前对待镀试样进行预热。试样预热后，喷镀得到的镀膜更加致密，更有利于提高所喷镀试样的使用寿命。

本实施例检测单元和镀膜去除单元的设置，极大地提高了镀膜的成品率。由于试样无需从蒸镀腔内取出即可进行重新镀膜，因此，大幅提高了生产效率。

实施例三

本实施例公开了一种真空蒸镀方法，包括以下步骤：

步骤1：将钢板碱洗除油后超声清洗，吹干，固定在真空腔室顶部、转盘底部，被镀面朝下，调整喷气口与试样表面距离，根据试样宽度调整喷气口长度；

步骤2：真空腔室抽真空，设置转盘转速，打开顶部转盘，加热钢板试样至设定温度，进行离子清洗；

步骤3：对坩埚内蒸镀材料进行加热，对蒸气通道进行加热，至可镀温度；

步骤4：打开挡板，将蒸镀材料蒸气喷射到试样表面，形成对应镀层钢板试样；

步骤5：待镀层厚度达到要求后，关闭挡板，关闭供蒸镀材料系统加热部件，待试样降温后，充空气，取出试样。

实施例四

待镀试样为退火钢板，试样尺寸100mm×70mm，蒸镀材料为锌，试样布满转盘下表面，喷气口长度调整为等于转盘半径，试样与喷气口距离调节为10mm；

抽真空，转盘转速设置为30转/分钟，打开转盘，设定钢板试样温度150℃，待到达设定温度时，开启离子清洗；

打开感应加热和加热带加热，将坩埚中锌熔化蒸发，并保证蒸气通道壁温高于500℃；

打开喷气口上方挡板，进行蒸镀，锌蒸气快速在钢板表面沉积形成锌镀层；

镀层厚度为7μm后，关闭挡板，关闭加热部件，试样降温至70℃，充空气，取出试样。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种蒸镀装置，其特征在于，包括蒸镀腔、熔融单元、蒸气输送单元和喷射单元，所述熔融单元通过所述蒸气输送单元和所述喷射单元连接；

所述熔融单元包括熔融腔，所述蒸气输送单元包括蒸气腔，所述喷射单元包括喷射腔和喷嘴；

从所述熔融腔至所述喷射腔方向，所述蒸气腔的横截面面积逐渐减小；

所述喷嘴设有开口大小可调节的喷气口，所述喷气口用于向试样镀膜；所述蒸气腔顶部的横截面面积大于所述喷气口处的横截面面积；

所述试样在蒸镀腔内完成镀膜；

还包括设于所述喷气口上方的第一移动部，所述试样固定在所述第一移动部的下表面；

所述第一移动部设有预热试样的加热部；

所述蒸镀装置还包括检测单元和镀膜去除单元；所述检测单元用来检测镀膜是否符合设计要求，所述镀膜去除单元用来去除待镀试样上所喷镀的不符合设计要求的镀膜；

所述镀膜去除单元包括加热部、清洗部和镀膜回收器；所述加热部用来加热待镀试样，以使待镀试样表面的温度接近或达到蒸镀材料的熔点，所述镀膜回收器用来回收脱落的镀膜，所述清洗部用来清洗镀膜脱落后的试样表面；

所述蒸气腔的形状为锥形；

所述熔融单元中，熔融容器、加热部和保温层由内至外依次设置；所述蒸气输送单元中，蒸气通道、加热部和保温层由内至外依次设置；所述喷射单元中，喷嘴、加热部和保温层内至外依次设置；

在所述喷气口和所述试样之间设有用于检测膜厚的膜厚仪；

还包括设于所述熔融单元下方的第二移动部，所述熔融单元、所述蒸气输送单元和所述喷射单元置于所述第二移动部上；

所述熔融腔和所述蒸气腔均设有温度传感器；

所述喷射单元与所述试样之间设有挡板。

2.一种使用权利要求1所述的蒸镀装置进行蒸镀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待镀试样固定在第一移动部底部，待镀面朝下，调整喷气口与待镀试样表面的距离，根据待镀试样宽度调整喷气口长度；

步骤2：蒸镀腔抽真空，设置第一移动部或第二移动部的移动速度；

步骤3：将熔融容器内蒸镀材料加热至设定温度，加热蒸气通道和喷嘴；

步骤4：打开挡板，将蒸镀材料蒸气喷射到待镀试样表面；

步骤5：当镀膜厚度达到设定值时关闭挡板，关闭加热部，待试样降温后，充气，取出试样。

3.根据权利要求2所述的蒸镀方法，其特征在于，在步骤1之前，还包括对待镀试样进行碱洗、超声清洗和吹干。

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