CN110904430A - 镀膜设备及其电极装置和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镀膜设备及其电极和应用，用于在基材表面制备薄膜，其中所述镀膜设备包括一腔体、至少一支架以及一供电装置，其中所述腔体具有一腔室，其中所述腔室适于被通入用于制备该薄膜的气体原料，其中所述支架被设置于所述腔室，其中所述支架用于支撑该基材，其中所述腔体作为正极，其中所述支架作为负极，使得所述腔室内的气体在电压作用下定向地朝向所述支架上的所述基材的方向沉积并最终在所述基材的表面形成所述薄膜，以使所述基材能够最大化数量地布置于所述支架，且满足所有的所述基材的镀膜需求。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜领域，进一步涉及DLC镀膜设备及其电极装置和应用。
背景技术
等离子体化学气相沉积技术是目前常用的镀膜技术，在电场驱使下，借助等离子体使含有涂层组成原子的气态物质发生化学反应，从而在材料表面沉积涂层。涂层可以赋予材料，诸如，PCB电路板、电子器件、手机、键盘、电脑等良好的物理、化学耐久性；可以增强材料表面的强度，提高材料表面的防刮、防水、耐磨、耐腐蚀和散热等性能，同时使材料表面具有一定的低摩擦性。
随着电子设备的不断更新换代，以智能手机为例，智能手机在不断提高智能化水平的同时，其结构以及硬件设备也在不断变化。目前的5G手机特别是全屏或者全屏曲面手机、柔性屏手机等不但要求高透光性、高硬度耐磨性，还要求耐抗摔性。类金刚石薄膜(Diamond Like Carbon，DLC)是近来兴起的一种以sp3和sp2键的形式结合生成的亚稳态材料，是一种短程有序、长程无序的薄膜。它兼具了金刚石和石墨的优良特性。在力学性能方面，DLC薄膜具有较高的硬度、耐磨；在光学性能方面，透光性好、有增透功能；还具有良好的导热性和生物相容性。在材料表面镀DLC薄膜是满足市场需求的措施之一。
等离子体增强型化学气相沉积真空设备是实现工艺的基础，合理设计设备及其部件是完善工艺的关键。目前的真空镀膜设备通常采用相对设置的正负极两个电极板进行放电以实现制备薄膜，这就导致镀膜设备的腔体空间利用率受到限制，镀膜效率降低，无法最大化数量地布置所有基材；另外电极的不合理设置会造成电场分布和气场分布的不均匀性，在基材表面沉积速率不同，从而影响涂层厚度的差异性。
例如，专利号为CN206916216U公开了一种类金刚石薄膜的沉积设备，包括脉冲直流偏压电源系统和具有真空腔体的沉积壳体，沉积壳体接地且沉积壳体上设有抽真空口和进出货炉门，同时还包括恒流离化装置。恒流离化装置包括设于沉积壳体外的离化电源和设于真空腔体内的两个离化电极，离化电极分别与离化电源电连接，在真空腔体内设置工作转架，脉冲直流偏压电源系统的电源正极接地，负极与工作转架连接。工作转架上装有用于悬挂工件的圆形的挂架。从设备结构来看，其工作转架设计复杂，腔体容量小，无法进行大批量镀膜。
又如，专利号为207845774U公开了一种低氢含量的类金刚石薄膜沉积设备，包括真空腔体、在真空腔体内部设置的呈圆环形的工件转架系统和脉冲直流偏压电源系统，在真空腔体的内侧以真空腔体中心为圆形的45°、135°、225°和315°方向分别设有一平面靶，在真空腔体的内部设置由呈圆形的工件转架，在该工件转架内侧与外侧设置相对的恒流离化装置。由此可见，该工作转架的形状结构以及安装位置对镀膜质量的影响较大，从而对安装的要求较高，成品率较低。
综上所述，为了提高腔体空间利用率和镀膜效率，能同一批次在最大数量的基材表面镀厚度均匀的涂层，实现统一生产，现亟需设计出一种满足需求的结构简单、适用性好、成本低的镀膜设备及其电极装置。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种镀膜设备及其电极装置和应用，其中所述镀膜设备用于在基材表面制备至少一薄膜或者膜层，其中所述镀膜设备满足大批量生产的需求。
本发明的另一个目的在于提供一种镀膜设备及其电极装置和应用，其中所述镀膜设备能够满足最大化数量地布置所述基材，提高了所述镀膜设备的空间利用率，且满足所有的所述基材的镀膜需求，以实现大批量生产。
本发明的另一个目的在于提供一种镀膜设备及其电极装置和应用，其中所述镀膜设备包括一腔体和被置于所述腔体的一腔室内的至少一支架，其中所述腔体作为正极，其中所述支架包括作为负极的多个电极元件，使得所述腔室内的气体在电场作用下定向地朝向所述支架上的所述基材的方向沉积并最终在所述基材的表面形成所述薄膜，以使所述基材能够最大化数量地布置于所述支架，且满足所有的所述基材的镀膜需求。
本发明的另一个目的在于提供一种镀膜设备及其电极装置和应用，其中所述腔体接地以处于零电位状态。
本发明的另一个目的在于提供一种镀膜设备及其电极装置和应用，其中被充入所述腔室内的气体能够尽可能均匀地扩散至所述支架所处的空间，以使所有的所述基材的表面尽可能镀上均匀一致的所述薄膜，以实现统一化生产。
本发明的另一个目的在于提供一种镀膜设备及其电极装置和应用，其结构简单，适用性好，成本低。
依本发明的一个方面，本发明提供一镀膜设备，以在基材表面制备DLC薄膜，该镀膜设备包括一接地的腔体和一电极装置，其中所述电极装置被设置于所述腔体，所述电极装置包括：
一个或多个电极元件；以及
一供电装置，其中所述电极元件连接于所述供电装置的一负极。
在一些实施例中，所述供电装置是一高压脉冲电源。
在一些实施例中，所述腔体连接于所述供电装置的一正极并接地。
在一些实施例中，所述电极元件进一步作为该基材的支撑元件。
在一些实施例中，该镀膜设备包括一支架，所述支架包括一主体和至少一绝缘件，其中所述主体包括所述电极元件和至少一支腿，其中所述主体具有至少一支撑空间用于支撑该基材，其中所述绝缘件被设置于所述主体与所述腔体之间。
在一些实施例中，所述电极元件被连接于所述支腿，其中所述电极元件的上侧形成所述支撑空间，其中所述支腿用于支撑于所述腔室，其中所述绝缘件被设置于所述支腿与所述腔室之间。
在一些实施例中，所述电极元件由导电材料制成，并且各所述电极元件之间电连接，其中一个所述电极元件电连接于所述供电装置的所述负极。
在一些实施例中，所述电极元件和所述支腿均由导电材料制成，并且所述支腿与各所述电极元件均电连接，其中所述支腿连接于所述供电装置的所述负极。
在一些实施例中，多个所述电极元件依次排列呈层状结构，其中每一层的所述电极元件的上侧均形成所述支撑空间以用于支撑该基材。
在一些实施例中，多个所述电极元件以中心轴呈放射状延伸，其中相邻的两所述电极元件之间形成沿径向延伸的所述支撑空间。
在一些实施例中，所述电极元件具有一组通孔以连通相邻的所述支撑空间
本发明还提供一镀膜设备，用于在基材表面制备DLC薄膜，其包括：
一腔体；
一支架；以及
一供电装置，其中所述腔体具有一腔室，其中所述腔室适于被通入用于制备该薄膜的气体原料，其中所述支架被设置于所述腔室，其中所述支架用于支撑该基材，其中所述腔体具有一正极接线端且被电连接于所述供电装置的正极，其中所述支架具有一负极接线端且被电连接于所述供电装置的负极，其中所述腔体与所述支架之间绝缘。
在一些实施例中，所述供电装置包括一高压脉冲电源，其中所述腔体的所述正极接线端被电连接于所述脉冲电源的正极，其中所述支架的所述负极接线端被电连接于所述脉冲电源的负极。
在一些实施例中，所述腔体的所述正极接线端被接地。
在一些实施例中，所述支架包括一主体和至少一绝缘件，其中所述负极接线端位于所述主体，其中所述主体具有至少一支撑空间用于支撑该基材，其中所述绝缘件被设置于所述主体与所述腔体之间。
在一些实施例中，所述主体包括至少一电极元件和至少一支腿，其中所述电极元件被连接于所述支腿，其中所述电极元件的上侧形成所述支撑空间，其中所述支腿用于支撑于所述腔室，其中所述绝缘件被设置于所述支腿与所述腔室之间。
在一些实施例中，所述电极元件由导电材料制成，其中所述负极接线端被设置于所述电极元件，其中各所述电极元件之间电连接。
在一些实施例中，所述电极元件和所述支腿均由导电材料制成，其中所述负极接线端被设置于所述支腿，其中所述支腿与各所述电极元件均电连接。
本发明还提供一镀膜设备的电极的安装方法，其包括步骤：电连接所述镀膜设备的一支架的一个或多个电极元件于一供电装置的负极端和电连接所述镀膜设备的一腔体于所述供电装置的正极端，其中所述支架与所述腔体之间绝缘。
本发明还提供一镀膜设备在基材表面制备薄膜的镀膜方法，其包括步骤：
将该基材被放置于一腔体的一腔室内的一支架，其中所述腔体被接入电源正极，其中所述支架的一个或多个电极元件被接入电源负极，其中所述支架与所述腔体之间绝缘；以及
以化学气相沉积的方式在该基材的表面制备薄膜。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的一镀膜设备的结构示意图。
图2A是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的板状结构的支架的结构示意图。
图2B是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的条形结构的支架的结构示意图。
图2C是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的网状结构的支架的结构示意图。
图3A是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的模块框图。
图3B是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的另一种实施方式的模块框图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1至图3B所示为本发明的一个优选实施例的一镀膜设备100，所述薄膜被实施为类金刚石薄膜(DLC薄膜)，其中所述镀膜设备100包括一腔体10、至少一支架20和一供电装置30，其中所述腔体10具有一可封闭的腔室101，其中所述支架20被设置于所述腔室101，其中所述支架20用于支撑至少一基材600，其中所述腔室101适于被通入气体原料，所述气体原料如氮气、四氟化碳或氦气、氩气等惰性气体的等离子体源气体、氢气、碳氢气体等的反应气体或者N、Si、F、B等掺杂元素的辅助气体。所述供电装置30用于提供射频电场和/或脉冲电压作用于所述腔室101内的气体，其中所述腔体10具有一正极接线端110，其中所述支架20，其是一电极支架，并且具有一负极接线端210，其中所述腔体10的所述正极接线端110被接入所述供电装置30的正极，其中所述支架20的所述负极接线端210被接入所述供电装置30的负极，以供所述镀膜设备100通过化学气相沉积的方式在所有的被置于所述支架20上的所述基材600的表面制备薄膜或者膜层。即所述腔体10作为正极，所述支架20作为负极，使得所述腔室101内的气体在电场作用下定向地朝向所述支架20上的所述基材600的方向沉积，并最终在所述基材600的表面形成所述薄膜，从而满足所述基材600最大化数量地布置于所述支架20，且满足所有的所述基材600的镀膜需求。
在本实施例中，所述镀膜设备100采用等离子体化学气相沉积的方法在所述基材600的表面制备所述薄膜或者膜层。即所述薄膜被沉积成型于所述基材600的表面，从而提升所述基材600的表面的力学方面、光学方面或者化学方面等性质，其中所述基材600如具备预设形状结构的需镀膜产品，如PCB电路板、手机、电子设备、电子产品盖板、电子产品显示屏幕、手机玻璃屏幕、电脑屏幕、手机后盖、电子设备外壳、键盘膜或者其他类型的需镀膜产品等，在此不受限制。例如，所述镀膜设备100在电子产品显示屏幕上制备所述薄膜，能够有效地解决该电子产品显示屏幕不耐摔、不耐磨以及表面强化成本高的问题。
进一步地，所述镀膜设备100能够实现分别在不同种类或者型号的基材600的表面制备具有不同性质的所述薄膜，即由一台所述镀膜设备100能够实现对不同种类或者型号的基材600分别进行镀膜，且所述薄膜100的性能可以多样化，提高兼容性，节省成本。在本实施例中，所述薄膜被实施为类金刚石薄膜(DLC薄膜)，即所述镀膜设备100以在所述基材600的表面制备所述DLC薄膜为例。可选地，所述薄膜包括被镀于所述基材600表面的一层或者多层膜、薄膜或者纳米膜层等。在本发明中，所述支架20连接于一脉冲电源，即所述供电装置30可实施为脉冲电源，通过辉光放电效应使所述腔室101内的气体电离，同时对所述腔室101内的正离子具有定向牵引加速的作用，使得所述正离子具有轰击效果地加速沉积于所述基材600的表面，从而在所述基材600表面制备致密的高硬度的所述薄膜。
如图3A所示，进一步地，所述供电装置30也可以包括一射频电源31和一脉冲电源32，其可以协同作用，其中所述射频电源31通过直接加载在电极板上在所述腔体10的所述腔室101内产生射频电场，以作用于所述腔室101内的气体，其中所述脉冲电源32连接于所述支架20，以用于提供高压脉冲偏压作用于所述腔室101内的气体。具体地，在镀膜时，所述射频电源31通过提供射频电场对所述腔室101内的所述等离子体源气体和所述反应原料气体等气体进行放电以使所述腔室101内处于等离子体环境和所述反应气体原料处于高能量状态。所述脉冲电源32通过提供高压脉冲偏压中的强电压在所述腔室101内产生强电场，以使处于高能量状态的活性粒子(即正离子)受到强电场作用定向地加速沉积于所述基材600的表面，并形成非晶态碳网络结构，和所述脉冲电源32通过提供高压脉冲偏压中的空电位或者低电压的状态，以使被沉积于所述基材600表面的非晶态碳网络结构进行自由驰豫，并在热力学作用下碳结构向稳定相--弯曲石墨烯片层结构转变，并埋置于非晶态碳网络中，从而在所述基材600表面形成所述薄膜。
所述射频电源31也可以是等离子体配套电源，其中所述射频电源31由射频功率源、阻抗匹配器以及阻抗功率计组成，其中所述射频电源31被安装于所述腔体10，以提供射频电场作用于所述腔室101内的气体。所述射频电源31优选地提供射频功率为13.56MHz。
进一步地，所述射频电源31被设置于所述腔体10的外侧，其中所述射频电源51通过直接加载在被设置于所述腔体10的一电极板上的射频电压，在所述腔体10的所述腔室101内形成所述射频电场，以作用于所述腔室101内的气体，从而满足镀膜需求。可选地，所述射频电源31还可以被实施为通过线圈的电感耦合作用，即作为ICP在所述腔室101内产生交变磁场，以通过快速变化的磁场确保了所述腔室101内的气体充分和均匀地电离，也能够满足所述镀膜设备100的镀膜需求，在此不受限制。
优选地，所述脉冲电源32被实施为单向负脉冲电源，其中所述脉冲电源32具有一负极端321和一正极端322，其中所述负极端321被电连接于所述支架20的所述负极接线端210并提供负压，其中所述正极端322被电连接于所述腔体10的所述正极接线端110并接地处于正极或者零电位，其中所述支架20和所述腔体10均由导电材料如金属材料制成，其中所述支架20与所述腔体10之间绝缘。也就是说，在镀膜过程中，整个所述支架20均为负极且具有负压，整个所述腔体10接地为正极，且所述支架20与所述腔体10之间绝缘，以使整个所述腔室101处于强电场，由于所述基材600被放置于所述支架20，因此，在所述强电场的作用下，处于高能量状态的活性粒子会加速沉积于所述基材600的表面，从而实现镀膜。
可以看出的是，由于整个所述支架20均为负极端，所述支架20能够提供尽量大的空间可用于安装布置大量的所述基材600，提高了空间利用率，且一次镀膜过程能够对所述支架20上的所有的所述基材600完成镀膜，从而实现大面积镀膜，从而实现大批量制备薄膜。
值得一提的是，所述射频电源31和所述脉冲电源32共同提供电场作用于所述腔室101内的气体，其中所述射频电源31提供的低功率射频放电维持所述腔室101内的等离子体环境，并抑制高压放电过程中的弧光放电现象(由于弧光放电是在辉光放电进一步加强的放电形式，瞬间电流可以达到几十甚至几百安培以上，这些高电流通过基材表面将会损坏基材，因此为了确保所述基材600的安全性，因此在镀膜过程中需要抑制弧光放电现象)。同时，所述脉冲电源32增加了正离子到达所述基材600表面时的能量，以制备出致密透明的所述薄膜。
值得一提的是，根据对不同基材的镀膜需求，所述射频电源31的射频电压功率和供电时间能够被调整预设，其中所述射频电源31的射频电压的功率优选为20-500W，相应地，所述脉冲电源32提供的脉冲偏压、脉冲频率、占空比以及供电时间均能够被调整预设，其中所述脉冲电源32提供脉冲偏压的电压为-100V至-5000V，脉冲频率为20-360KHz，占空比为5％-100％，在此不受限制。
由于所述脉冲电源32提供的负偏压值的大小直接关系到所述腔室101内的气体的离化率和正离子到达所述基材600表面的迁移能力，因此所述脉冲电源32的负压电压越高，使得所述正离子的能量越高，从而使制备的所述薄膜的硬度就越高。但是需要注意的是，能量越高的所述正离子对所述基材600表面的轰击能量就越高，在微观尺度上，在所述基材600的表面上会产生轰击坑，同时会加速所述基材600表面的温度升高，因此所述脉冲电源32的负压电压不宜过高，以防止所述基材600表面的温度过度升高而损坏所述基材600。另外，所述脉冲电源32的脉冲频率越高，可以避免所述基材600的绝缘部分的表面的电荷持续累积，从而实现抑制大电弧现象和增加所述薄膜的沉积厚度极限。
如图2A所示，在本实施例中，所述支架20包括一主体21和至少一绝缘件22，其中所述负极接线端210位于所述主体21，其中所述主体21由导电材料制成如金属材料，其中所述主体21与所述脉冲电源32的所述负极端321电连接，其中所述主体21具有至少一支撑空间201用于支撑放置所述基材600，其中所述主体21被可拆卸地安装于所述腔室101，其中所述绝缘件22被设置于所述主体21与所述腔体10之间以使所述主体21与所述腔体10之间绝缘。所述腔体10由导电材料制成如金属材料，其中所述腔体10与所述主体21之间不导电接触以防止电路短路。
所述绝缘件22由绝缘材料制成，优选地，所述绝缘件22由聚四氟乙烯材料制成。可选地，所述绝缘件22被可拆卸地安装于所述主体21，其中所述绝缘件22与所述主体21能够一起地被置入所述腔室101，或者从所述腔室101被取出。可选地，所述绝缘件22被可拆卸地安装于所述腔室101的内壁，其中所述主体21被置于所述腔室101且所述绝缘件22恰好位于所述主体21与所述腔室101之间起绝缘作用。
优选地，所述主体21包括至少一电极元件211和至少一支腿212，其中所述电极元件211被连接于所述支腿212，其中所述电极元件211的上侧形成所述支撑空间201，其中所述支腿212用于支撑于所述腔室101的底壁，其中所述绝缘件22被设置于所述支腿212与所述腔室101的底壁之间。
如图3A所示，可选地，所述负极接线端210位于所述电极元件211，其中所述脉冲电源32的所述负极端321被电连接于所述电极元件211，其中各所述电极元件211之间电连接，以使所有的所述电极元件211均作为负极。如图3B所示，可选地，其中所述负极接线端210位于所述支腿212，所述脉冲电源32的所述负极端321被电连接于所述支腿212，其中所述支腿212与所有的所述电极元件211电连接，以使所有的所述电极元件211均作为负极，以供满足所有的所述基材600的镀膜需求。
如图2A所示，进一步地，多个所述电极元件211形成多层状结构，每相邻层的所述电极元件211之间形成所述支撑空间201，其中所述支撑空间201的侧面与所述腔室101相通，以供所述基材600能够分层地放置于每一层的所述电极元件211的上侧。优选地，所述电极元件211的上表面为平面，以使所述电极元件211提供了平面空间用于支撑所述基材600。当然，所述电极元件211的上表面也可以被实施为与所述基材600匹配安装的表面，在此不受限制。由于每一层的所述电极元件211均与所述脉冲电源32的所述负极端321电连接，使得每一层的所述电极元件211均能够作为负极，以此满足被放置于每一层的所述电极元件211的上侧的所述基材600的镀膜需求，使得所述基材600能够最大化数量的布置，适于大批量生产。
更进一步地，每一层的所述电极元件211均具有一组通孔202，其中所述通孔202连通相邻层的所述支撑空间201，使得所述腔室101内的气体能够通过所述通孔202沿纵向方向扩散至相邻层的所述支撑空间201，同时由于每一层的所述支撑空间201的侧面均与所述腔室101相通，使得所述腔室101内的气体能够沿横向方向向每一层的所述支撑空间201内扩散，以此使得所述腔室101内的气体尽可能均匀地扩散至每一层的所述支撑空间201内，以使所有的所述基材600的表面尽可能镀上均匀一致的所述薄膜，以实现统一化生产。
可以理解的是，单个的所述电极元件211沿横向方向延伸，其中多个所述电极元件211排列形成上下层状结构，使得多个所述支撑空间201上下分层排列。可选地，单个的所述电极元件211沿纵向方向延伸，其中多个所述电极元件211可以被实施为排列形成纵向地层状结构，使得多个所述支撑空间201纵向地分层排列。可选地，多个所述电极元件211可以被实施自一中心轴呈放射状向外延伸，以在相邻的所述电极元件211之间形成沿径向延伸的所述支撑空间201，其中多个所述电极元件211能够一起地沿所述中心轴均匀旋转，以提升镀膜的均匀性，例如在键盘膜上制备均匀的薄膜等。
值得一提的是，相邻的所述电极元件211之间的间距能够被预设，以使所述支撑空间201的高度能够被预设。可选地，所述电极元件211能够沿着所述支腿212上下可移动，以适应性地调整相邻的所述电极元件211之间的间距。
值得一提的是，每个所述电极元件211的所述通孔202的孔径、形状、目数、排布方式以及数量等参数均能够被预设，以使所述腔室101内的气体尽可能均匀地穿过所述通孔202沿纵向方向在相邻层的所述支撑空间201内扩散。如所述通孔202的形状可以为圆形、方形或者条形孔等，在此不受限制。
优选地，所述电极元件211被实施为一体地金属板状结构，其中所述电极元件211具备一定的厚度，以确保在使用时不易弯曲或者损坏，或者在支撑一定重量的所述基材600时，所述电极元件211不易发生明显弯曲或者形变等，以保证镀膜工艺的可靠性。
如图2B所示，可选地，所述电极元件211被实施为多条平行排列或者横纵交错排列的金属条状结构，其中所述条状结构具备一定的宽度和硬度，其中相邻的所述条状结构之间形成所述通孔202，即各所述条状结构平行排列时，所述通孔202为条形孔，或者各所述条状结构纵横交错排列如正交排列时，所述通孔202为方形孔。
如图2C所示，可选地，所述电极元件211被实施为金属网状结构，其中所述网状结构具备一定的硬度，以能够支撑一定重量的所述基材600，其中所述网状结构的网孔即为所述通孔202。
进一步地，所述支腿212被实施为四个的金属柱形结构，其中四个所述支腿212分别对称地连接于每一层的所述电极元件211的四角位置，使得相邻层的所述电极元件211保持平行，其中各所述支腿212分别具有一支脚2121，其中所述支脚2121突出于最外层的所述电极元件211的平面，其中所述支脚2121用于支撑于所述腔室101的底壁，使得所述电极元件211被悬空于所述腔室101内。所述绝缘件22被设置于所述支脚2121与所述腔室101之间。优选地，所述绝缘件22被安装于所述支脚2121的自由端，当所述支架20被放置于所述腔室101内时，所述绝缘件22恰好位于所述支脚2121与所述腔室101的底部之间以起绝缘作用。
熟知本领域的技术人员应当理解的是，在实现支撑各所述电极元件211的前提下，所述支腿212的数量、形状以及设置位置均能够被预设。例如，所述支腿212被实施为一个连接于每层的所述电极元件211的中心的柱形结构。为提供可靠的支撑效果，其中所述支脚2121的支撑面积能够被预设，如所述支脚2121被实施为方形平面结构，使得所述支架20能够依靠所述支脚2121平衡地支撑于所述腔室101内。可选地，所述支脚2121还可以被实施为安装于所述腔室101的侧壁或者顶壁，在此不受限制。
在本实施例中，所述支架20能够被自由地放置或者取出于所述腔室101，以便于工作人员操作，即工作人员能够在外界提前将所述基材600放置于所述支架20的所述支撑空间201，然后再将所述支架20放入所述腔室101内，从而便于工作人员取出所述支架20，以便于清洁或者换新所述支架20，或者便于清洁所述腔室101的内壁。此外，所述支架20能够被重复利用，即在第二次镀膜时，所述支架20能够被用于再次安装另一批量的所述基材600，然后被置于所述腔室101内实现再次镀膜，有利于大批量生产。
可选地，所述支架20能够被固定设置于所述腔室101内，也就是说，在镀膜前后，所述支架20始终位于所述腔室101内而无需被取出。
可以理解的是，在本发明的这个优选实施例中，整个所述支架20作为负极。所述电极元件211不仅作为电极，也可以起到支撑所述基材600的作用。在可以预料到的变形实施方式中，所述电极元件211电连接于所述脉冲电源的负极，而所述支架20的其他部件可以是绝缘材料，并且所述支架20可以提供额外的支撑层，用于支撑所述电极元件211。所述电极元件211和所述供电装置30的所述脉冲电源32形成本发明的一电极装置。
进一步地，所述腔体10具有与所述腔室101相通的至少一抽气口11、至少一进气口12以及至少一进料口13，其中所述抽气口11用于接入管道抽出所述腔室101内的气体，其中所述进气口12用于接入管道向所述腔室101内通入氮气四氟化碳、四氯化碳或者氦气、氩气等惰性气体的等离子体源气体，其中所述进料口13用于接入管道向所述腔室101内通入氢气和向所述腔室101内通入碳氢气体等反应原料，所述碳氢气体例如1-6碳原子数的烷烃、烯烃、炔烃等气态原料的其中一种或者多种组合，或者由更高碳原子数的液态的碳氢原料汽化而成的气态原料等的其中一种或者多种组合。可以理解的是，所述管道均能够被分别设置一开关阀以分别控制管道的开关，实现气体的流通与关闭，或者所述开关阀能够控制被充入所述腔室101内的气体的流量大小，在此不受限制。
进一步地，所述进料口13还可以用于向所述腔室101内充入N、Si、F、B等掺杂元素的辅助气体。例如，掺杂的Si元素的辅助气体包括但不限于含硅有机化合物，包括有机直链硅氧烷、环硅氧烷、烷氧基硅烷、含不饱和碳碳双键硅氧烷的其中一种或者多种组合。进一步地，选择六甲基二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷。例如，掺杂的N元素的辅助气体包括但不限于N2、含氮碳氢化合物。例如，掺杂的F元素的辅助气体包括但不限于氟碳化合物，进一步地，选自四氟化碳、四氟乙烯。例如，掺杂的B元素的辅助气体包括但不限于常压下沸点低于300℃的硼烷，进一步地，选择戊硼烷、己硼烷。
在本实施例中，所述抽气口11被设置于所述腔体10的所述腔室101的中部位置，其中所述进气口12和所述进料口13均被设置于所述腔体10的所述腔室101的侧壁位置，以使气体从所述腔室101的侧壁的所述进气口12和所述进料口13被充入，并从所述腔室101的中部位置的所述抽气口11被抽出，以确保被充入的气体尽量均匀地扩散至每个所述基材600的表面，从而尽可能地使每个基材600的表面被均匀地镀上所述薄膜。
可选地，所述抽气口11可以被设置于所述腔室101的底壁或者顶壁的中部，所述抽气口11也可以被连通于被设置于所述腔室101的中部的一抽气柱，即所述抽气柱位于所述支架20的中部，其中所述进气口12和所述进料口13可以位于所述腔室101的同一侧壁，也可以分别位于所述腔室101的不同侧壁。可选地，所述抽气口11可以被设置于所述腔室101的侧壁位置，所述进气口12和所述进料口13可以被设置于所述腔室101的中部位置或者与所述抽气口11相反的侧壁位置，等，在此不受限制。
可以理解的是，所述抽气口11、所述进气口12以及所述进料口13在所述腔室101的相对位置能够被根据实际需求进行预设，以尽可能地满足大批量的所述基材被均匀镀膜的需求，以确保规格统一化。
进一步地，本实施例还提供了所述镀膜设备100的镀膜方法，包括步骤：
S01、所述支架20位于所述腔室101内，其中所述基材600被支撑于所述支架20的所述支撑空间201，对所述腔室101进行负压发生操作如抽真空，在镀膜时，由抽真空泵通过所述抽气口11将所述腔室101内的空气抽出以使所述腔室101内的气压在预设范围内，以尽量降低所述腔室101内残留的空气影响镀膜质量，直到所述腔室101内气压达到预设气压值。
S02、进入对所述基材600表面进行表面刻蚀处理或者表面清洗与活化阶段，具体地，所述等离子源气体经由所述进气口12被持续充入所述腔室101以供对所述基材进行表面刻蚀处理，优选地，通过所述进气口12向所述腔室101内通入氩气或者氦气，其中流量大致为10sccm～1000sccm，优选为80或100sccm。同时，一真空泵用于持续地一定量地抽出所述腔室101内的气体并维持所述腔室101内的气压保持在0.01-100Pa以内，优选为8Pa或10Pa或者100Pa。同时，所述供电装置30的所述脉冲电源32提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体，以清洗和活化所述基材600的表面，从而实现对所述基材600的表面进行刻蚀处理。
值得一提的是，在对所述基材600表面进行清洗与活化阶段的过程中，通过所述进气口12充入所述腔室101内的气体流量能够被预设在合理范围内，以防止被充入所述腔室101内的气体的流量过高或者过低均会影响所述基材600表面离化效果的现象。所述供电装置30的所述脉冲电源32提供的所述脉冲电压被预设在合理范围内，以防止电压过低达不到对所述基材600表面进行良好的清洗与活化效果，或者电压过高存在损坏所述基材600的风险。所述供电装置30的所述脉冲电源32的供电时间能够被预设在合理范围内，以防止供电时间过短达不到对所述基材600表面进行良好的清洗与活化效果，或者供电时间过长会延长整个镀膜工艺的周期，造成不必要的浪费。
S03、在所述基材600表面进行镀膜，具体地，通过所述进气口12向所述腔室101内充入所述等离子体源气体，通过所述进料口13向所述腔室101内充入氢气，和向所述腔室101内充入碳氢气体或者经汽化后碳氢气体等反应原料，或者进一步地向所述腔室101内充入掺杂原料等气体。优选地，被充入所述腔室101内的待离化的气体流量为10-200sccm、氢气的气体流量为0-100sccm、碳氢气体等反应原料的气体流量为50-1000sccm或者掺杂元素的辅助气体的气体流量为0-100sccm。同时，通过真空泵持续地一定量地抽出所述腔室101内的气体并维持所述腔室101内的气压保持在0.01-100Pa以内，优选为8Pa或10Pa或者100Pa。同时，利用所述供电装置30提供高压脉冲偏压辅助等离子体化学气相沉积的方式制备所述薄膜于所述基材600的表面，其中所述供电装置30提供脉冲偏压的电压为-100V至-3500V，占空比为5％-100％，所述供电装置30的供电时间为5-300分钟，即所述步骤S03中，对所述基材600进行镀膜的时间大致为5-300分钟。
在所述步骤S03中，具体地，所述供电装置30的所述脉冲电源32通过提供高压脉冲偏压中的强电压在所述腔室101内产生强电场，以使处于高能量状态的活性粒子受到强电场作用加速沉积于所述基材600的表面，并形成非晶态碳网络结构。所述脉冲电源32通过提供高压脉冲偏压中的空电位或者低电压的状态，以使被沉积于所述基材600表面的非晶态碳网络结构进行自由驰豫，并在热力学作用下碳结构向稳定相--弯曲石墨烯片层结构转变，并埋置于非晶态碳网络中，从而在所述基材600表面形成所述薄膜。另外，所述供电装置30也可以进一步包括所述射频电源31，以提供射频电压。
需要理解的是，在所述步骤S03中，所述供电装置30的电压或者功率能够被预设，在所述供电装置30提供的电压作用下，所述腔室101内的所有的气体基本上均能够被离化为等离子体，使得所述腔室101内形成等离子体环境，以便于所述镀膜设备100以化学气相沉积的方式在所述基材600的表面制备所述薄膜。
需要理解的是，被充入所述腔室101内的所述等离子体源气体、所述氢气、所述反应原料气体或者所述掺杂元素的辅助气体的气流流量的比例决定了所述薄膜中的原子比，从而影响所述薄膜的质量。通过预设所述供电装置30提供的射频和/或脉冲偏压的功率大小或者电压大小等参数，能够实现调控在镀膜过程中的温度大小、离化率或者沉积速率等相关参数，或者通过预设所述供电装置30的供电时间，防止因镀膜时间过短而导致所述薄膜较薄、硬度表现差等现象，或者因镀膜时间过长而导致所述薄膜较厚而影响透明性等现象的发生。
也就是说，在所述步骤S03中，能够不向所述腔室101内充入不同流量的氢气，或者向所述腔室101内充入一定量的氢气，以制备含不同氢含量的DLC薄膜。可以理解的是，氢含量较高的DLC薄膜相较于氢含量较低的DLC薄膜有着更高的润滑性和透明性，而在所述步骤S03中，向所述腔室101内充入一定量的氢气，有利于镀膜过程中SP3键的形成，在一定程度上可以提高了所述薄膜的硬度，但随着氢含量的进一步提高，所述薄膜的硬度会逐步下降，因此根据不同的镀膜需求，在所述步骤S03中，可以选择性地通过所述进料口13向所述腔室101内充入预设量的氢气气体。
相应地，在所述步骤S03中，能够选择性地通过所述进料口13向所述腔室101内充入一定量的指定的掺杂元素的辅助气体。例如，向所述腔室101内充入含氟元素的反应原料，使得制备的所述薄膜具有更高的膜层疏水效果和透明度，但当氟原子含量超过20％时，所述薄膜的硬度会显著降低(低于莫氏硬度4H)。
S04、当所述步骤S03的镀膜时间结束后，通过向所述腔室101内充入空气以使所述腔室101处于常压状态。即通过向所述腔室101内充入一定量的空气使所述腔室101回归常压状态，以便于工作人员打开所述腔室101并取出所述基材600，至此一次镀膜工艺结束。在整个镀膜工艺过程中，所述镀膜设备100在制备薄膜的过程中工艺可控性较好，有利于快速制备目标薄膜。
可选地，所述脉冲电源32也能够被实施为对称式双向脉冲电源，即所述脉冲电源32提供的正压与负压的值的大小相同。或者所述脉冲电源32被实施为非对称式双向脉冲电源，其中所述脉冲电源32提供的负压值的大小大于正压值的大小，以提供所述薄膜的质量，在此不受限制。也就是说，所述腔体10未被接地，其中所述腔体10能够具备正压值。
需要指出的是，所述支架20的形状结构不做限制，在所述腔室101的容积大小内，所述支架20的形状大小或者数量能够做适应性的调整。进一步地，所述腔体10具有一可开合的密封门，以供工作人员打开或者密封关闭所述腔室101，以放置或者取出所述基材600与所述腔室101。
举例地，所述镀膜设备100在镀膜过程中的各参数如下：进气量：Ar/N2/H2/CH4：50-500sccm，C2H2/O2：10-200sccm；镀膜前(即所述步骤S02阶段)所述腔室101的真空度：小于2×10-3Pa；镀膜时(即所述步骤S03阶段)所述镀膜腔101的真空度：0.1～20Pa；镀膜电压：-300～-3500V，占空比：5～100％，频率：20～360KHz；镀膜时间：0.1～5hrs，所述薄膜的厚度小于50纳米，在此仅作举例，并不对本发明作为限制。
进一步地，本实施例还提供了所述镀膜设备100的电极，其中所述腔体10的所述正极接线端110被电连接于所述镀膜设备100的所述脉冲电源32的所述正极端322以作为正极，其中所述支架20的所述负极接线端210被电连接于所述脉冲电源32的所述负极端321以作为负极，其中所述支架20与所述腔体10之间绝缘。进一步地，所述腔体10的所述正极接线端110被接地，以使所述腔体10处于正极或者零电位。
进一步地，本实施例还提供了所述镀膜设备100的电极的接入方法，包括步骤：电连接所述镀膜设备100的所述支架20于所述供电装置30的负极端和电连接所述镀膜设备100的所述腔体10于所述供电装置30的正极端，其中所述支架20与所述腔体10之间绝缘。
进一步地，本实施例还提供了所述薄膜，其中所述薄膜由所述镀膜设备100制备，并形成于所述基材600的表面。可以理解的是，所述薄膜可以由所述镀膜设备100经一次或者多次镀膜在所述基材600表面形成的一层或者多层薄膜。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (26)
1.一镀膜设备，其特征在于，其中所述镀膜设备包括一接地的腔体和一电极装置，其中所述电极装置被设置于所述腔体，其中所述电极装置包括：
一个或多个电极元件；以及
一供电装置，其中所述电极元件连接于所述供电装置的一负极，以供所述镀膜设备在基材的表面制备薄膜。
2.根据权利要求1所述的镀膜设备，其中所述供电装置是一高压脉冲电源。
3.根据权利要求2所述的镀膜设备，所述腔体连接于所述供电装置的一正极并接地。
4.根据权利要求1所述的镀膜设备，其中所述电极元件进一步作为该基材的支撑元件。
5.根据权利要求1至4中任一所述的镀膜设备，其中该镀膜设备包括一支架，所述支架包括一主体和至少一绝缘件，其中所述主体包括所述电极元件和至少一支腿，其中所述主体具有至少一支撑空间用于支撑该基材，其中所述绝缘件被设置于所述主体与所述腔体之间。
6.根据权利要求5所述的镀膜设备，其中所述电极元件被连接于所述支腿，其中所述电极元件的上侧形成所述支撑空间，其中所述支腿用于支撑于所述腔室，其中所述绝缘件被设置于所述支腿与所述腔室之间。
7.根据权利要求5所述的镀膜设备，其中所述电极元件由导电材料制成，并且各所述电极元件之间电连接，其中一个所述电极元件电连接于所述供电装置的所述负极。
8.根据权利要求5所述的镀膜设备，其中所述电极元件和所述支腿均由导电材料制成，并且所述支腿与各所述电极元件均电连接，其中所述支腿连接于所述供电装置的所述负极。
9.根据权利要求5所述的镀膜设备，其中多个所述电极元件依次排列呈层状结构，其中每一层的所述电极元件的上侧均形成所述支撑空间以用于支撑该基材。
10.根据权利要求1所述的镀膜设备，其中多个所述电极元件以中心轴呈放射状延伸，其中相邻的两所述电极元件之间形成沿径向延伸的所述支撑空间。
11.根据权利要求5所述的镀膜设备，其中所述电极元件具有一组通孔以连通相邻的所述支撑空间。
12.一镀膜设备，用于在基材表面制备DLC薄膜，其特征在于，包括：
一腔体；
一支架；以及
一供电装置，其中所述腔体具有一腔室，其中所述腔室适于被通入用于制备该薄膜的气体原料，其中所述支架被设置于所述腔室，其中所述支架用于支撑该基材，其中所述腔体具有一正极接线端且被电连接于所述供电装置的正极，其中所述支架具有一负极接线端且被电连接于所述供电装置的负极，其中所述腔体与所述支架之间绝缘。
13.根据权利要求12所述镀膜设备，其中所述供电装置包括一高压脉冲电源，其中所述腔体的所述正极接线端被电连接于所述脉冲电源的正极，其中所述支架的所述负极接线端被电连接于所述脉冲电源的负极。
14.根据权利要求13所述镀膜设备，其中所述腔体的所述正极接线端被接地。
15.根据权利要求12所述镀膜设备，其中所述支架包括一主体和至少一绝缘件，其中所述负极接线端位于所述主体，其中所述主体具有至少一支撑空间用于支撑该基材，其中所述绝缘件被设置于所述主体与所述腔体之间。
16.根据权利要求15所述镀膜设备，其中所述主体包括至少一电极元件和至少一支腿，其中所述电极元件被连接于所述支腿，其中所述电极元件的上侧形成所述支撑空间，其中所述支腿用于支撑于所述腔室，其中所述绝缘件被设置于所述支腿与所述腔室之间。
17.根据权利要求16所述镀膜设备，其中所述电极元件由导电材料制成，其中所述负极接线端被设置于所述电极元件，其中各所述电极元件之间电连接。
18.根据权利要求16所述镀膜设备，其中所述电极元件和所述支腿均由导电材料制成，其中所述负极接线端被设置于所述支腿，其中所述支腿与各所述电极元件均电连接。
19.根据权利要求16所述镀膜设备，其中多个所述电极元件依次排列呈层状结构，其中每一层的所述电极元件的上侧均形成所述支撑空间以用于支撑该基材。
20.根据权利要求16所述镀膜设备，其中多个所述电极元件以中心轴呈放射状延伸，其中相邻地两所述电极元件之间形成沿径向延伸的所述支撑空间。
21.根据权利要求16至20任一所述镀膜设备，其中所述电极元件具有一组通孔以连通相邻的所述支撑空间。
22.一镀膜设备的电极的安装方法，其特征在于，包括步骤：电连接所述镀膜设备的一支架的一个或多个电极元件于一供电装置的负极端和电连接所述镀膜设备的一腔体于所述供电装置的正极端，其中所述支架与所述腔体之间绝缘。
23.根据权利要求22所述的镀膜设备的电极的安装方法，其中所述腔体接地。
24.根据权利要求22所述的镀膜设备的电极的安装方法，其中所述供电装置是一高压脉冲电源。
25.一镀膜设备在基材表面制备薄膜的镀膜方法，其特征在于，包括步骤：
将该基材被放置于一腔体的一腔室内的一支架，其中所述腔体被接入电源正极，其中所述支架的一个或多个电极元件被接入电源负极，其中所述支架与所述腔体之间绝缘；以及
以化学气相沉积的方式在该基材的表面制备薄膜。
26.根据权利要求25所述的镀膜设备在基材表面制备薄膜的镀膜方法，其中所述腔体被电连接于一脉冲电源的正极端，其中所述电极元件被电连接于所述脉冲电源的负极端。
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