CN110983258A - 一种用于蒸镀设备上的陶瓷点源 - Google Patents

Abstract

一种用于蒸镀设备上的陶瓷点源，属于材料热蒸发技术领域，装置包括连接法兰、电极‑热电偶连接底座、冷却水套、保温部件、加热部件、蒸发腔室，连接法兰用于将陶瓷点源连接固定至外部设备，电极‑热电偶连接底座上贯穿设有外接电极和真空热电偶接头，连接法兰上方通过冷却水管连接到冷却水套，冷却水套内设置保温部件、加热部件，加热部件内形成蒸发腔室，加热部件包括加热器，提供热源，加热器下方设有加热器电极，加热器电极与外接电极连接，热电偶一端与真空热电偶接头连接，热电偶另一端位于蒸发腔室内，升温速度快、能耗低、温度均匀性高。

Description

一种用于蒸镀设备上的陶瓷点源

技术领域

本发明涉及一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，属于材料热蒸发技术领域。

背景技术

在蒸镀领域所用的点源是用来给坩埚进行加热，坩埚里面盛有蒸发料，目前在蒸镀领域用的点源多是在坩埚的底部进行支撑和加热，这样靠近底部点源位置的蒸发料温度会高，靠近上端位置蒸发料的温度会低，这样加热方式无法保证加热的均匀性，不同的坩埚里面盛有不同的蒸发料，不同的蒸发料有不同的蒸发温度，温度过高和过低都会导致蒸发过程出现大的问题，无法满足蒸镀的精细化控制要求，故亟需寻求其他的点源来精确控制蒸发料的温度均匀性，进而更加精细的控制蒸发料的蒸发速率，从而获得品质高的产品。

中国专利文件(公布号为CN110106477A)公布了一种石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源，加热单元为电阻丝加热器，该电阻丝加热器中的电阻丝与所述坩埚之间间隔设置，其间距介于0.5cm至1cm之间；电阻丝由坩埚的顶部延伸至坩埚的底部。该方案中并未对加热区进行详细的设计，作为蒸发设备的核心部件，加热区的设计尤为关键，且该方案中内部坩埚容易通过绝缘片和支撑架进行热传导，影响对坩埚的控温。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源。可显著提升蒸发料的蒸发均匀性。

本发明的技术方案如下：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，包括连接法兰、电极-热电偶连接底座、冷却水套、保温部件、加热部件、蒸发腔室；

连接法兰与电极-热电偶连接底座相连，连接法兰用于将陶瓷点源连接固定至外部设备，电极-热电偶连接底座上贯穿设有外接电极和真空热电偶接头，连接法兰上设有冷却水管，冷却水管一端与连接底环相连，连接底环上侧设有冷却水套，冷却水管中的冷却液通过连接底环进入冷却水套中进行循环降温、达到调节陶瓷点源内温度的效果，冷却水管本身起一定支撑和循环冷却液的作用。冷却水套内设有保温部件，保温部件内设有加热部件，加热部件包括加热器，加热器下方设有加热器电极，加热器电极与外接电极连接，加热器内形成蒸发腔室；

连接底环内侧连接设有大托板，大托板用于支撑保温部件、加热部件；

热电偶一端与真空热电偶接头连接，热电偶另一端位于蒸发腔室内，热电偶主要用来测量腔室内的实际温度。使用时，坩埚边缘置于陶瓷点源上部开口处，坩埚内部置于蒸发腔室内。

优选的，保温部件包括金属保温筒，金属保温筒包括嵌套的两个壳体和底面，两个壳体之间设有保温板。

进一步优选的，金属保温筒的底面连接设有底板，大托板贯穿设有支撑柱，支撑柱用于为底板提供支撑。金属保温筒的外侧的壳体和底面为一体焊接，底面较薄，增加底板提供更强的支撑作用。

进一步优选的，加热器为热解氮化硼-热解石墨加热器，加热器包括基体、设于基体上的电路层、绝缘层、电路接头，电路接头与加热器电极相连，由外部电源供电使加热器加热，加热部件还包括底部连接环，底部连接环位于底板上方，底部连接环用于支撑加热器。热解氮化硼-热解石墨加热器内外表面均绝缘，故在蒸发金属时不会因熔融状态的金属溢出而导致加热装置的短路。

进一步优选的，支撑柱贯穿底板，支撑柱与底部连接环螺纹连接。支撑柱将大托板、底板、底部连接环之间固定起来。

进一步优选的，加热器包括至少两个加热区域，两个加热区域之间留有过渡区间，每个加热区域均对应一组正负电极。

进一步优选的，过渡区间的高度至少5mm。在点源为坩埚提供加热热源时，相比中间区域，端部热量会存在散失，导致整体温度加热不均匀，增加过渡区间，可使对整个坩埚的加热温度更加均匀。

进一步优选的，底板上方设有至少一个保温板，保温板位于底部连接环内侧，保温板上设有垫块。垫块使得保温板与底板之间、多个保温板之间留有空隙，达到保温作用。

进一步优选的，底板和保温板上贯穿设有立柱，立柱上方从下至上依次设有绝缘板和至少一个保温板，绝缘板下方设有电极头，电极头连接加热器电极和电路接头。加热器的电极连接部分设置在绝缘板下方，更加安全，同时，在绝缘板上方设有保温板，在增加上方蒸发腔室的保温效果的基础上、不至于使加热器电极连接部位受保温影响而过热。

进一步优选的，加热部件还包括PBN保温筒，PBN保温筒设于加热器外侧，底部连接环顶部设有定位凸台，定位凸台面积小于底部连接环的面积，定位凸台用于固定定位PBN保温筒。

进一步优选的，PBN保温筒与加热器之间设有定位环，定位环设有凸起，PBN保温筒侧壁上设有卡孔，定位环的凸起与卡孔适配。

进一步优选的，定位环位于两个加热区域之间的过渡区间中。

优选的，连接底环与小托板螺栓连接，小托板与大托板螺栓连接。通过连接底环和小托板为大托板提供支撑力。

进一步优选的，小托板的数量为两个，对称设于连接底环两侧。

优选的，热电偶的数量为两个，一个热电偶测量蒸发腔室底部温度、端部位于蒸发腔室中央底部使用时在坩埚下方，另一个热电偶测量蒸发腔室顶部温度。

优选的，连接法兰上方设有两个冷却水管和两个支撑立柱。两个冷却水管和两个支撑立柱共同提供支撑力。

优选的，连接底环上侧设有过渡环，连接底环上部设有引水槽，过渡环上设有两个引水孔，过渡环上两个引水孔之间的间距与引水槽的端部距离相匹配。由于冷却水管起一定支撑作用，为使支撑平稳，相邻冷却水管之间的间距可能会较大，如果冷却水套的进水口和出水口间隔过大，不利于冷却水套的循环设计、均匀降温，使得温度分布不均匀，因此通过增加引水槽和过渡环的设计，使冷却水在冷却水套底部的进口和出口之间的间距变小，便于均匀温控。

进一步优选的，冷却水套为圆筒状，冷却水套内部沿轴向设有冷却通道，相邻两个冷却通道的端面设有水槽，其中两个冷却通道与过渡环上的两个引水孔相对应，冷却液经过过渡环上的引水孔进入冷却水套中的循环通道中，冷却水套顶部设有密封环。过渡环的两个引水孔与两个冷却通道接通、作为一进一出的口，过渡环的其他表面用于封堵冷却水套底端的水槽端面，冷却水套顶部的水槽端面由密封环封堵，使得冷却液从一个冷却通道经过水槽进入相邻的冷却通道、依次类推、完成整个冷却水套在侧壁上铺设的循环。

进一步优选的，过渡环的横截面积小于连接底环的横截面积。使得在连接底环内侧的上表面与过渡环配合下形成一个台阶，用于紧急情况下辅助支撑冷却水套内侧的保温部件等结构。

优选的，连接法兰底部贯穿设有进水孔和出水孔，连接法兰顶面在进水孔旁边设有上水孔，进水孔与上水孔相通，连接法兰顶面在出水孔旁边设有下水孔，出水孔与下水孔相通，上水孔、下水孔均与冷却水管连接。出于装配需要，连接法兰底部进水孔与顶面的上水孔呈一定错位。

优选的，加热器电极底部通过弹片与外接电极相连，所述弹片为U型片，加热器电极、外接电极分别与U型片的两端相连。利用弹片实现加热丝与电极的软连接，便于装配同时有效避免了加热丝在使用和运输过程中的折断断路以及导致的短路风险，提高点源设备的安全性。

优选的，连接底环下方设有护罩。安全美观。

优选的，真空热电偶接头的数量为三组共六个，并排设于连接法兰上。

优选的，连接法兰与电极-热电偶连接底座之间设有密封圈。连接法兰将所承载的点源设备安装在外部蒸镀设备上，增加密封圈可确保蒸镀操作真空的要求。

本发明的有益效果在于：

1.本法明中采用陶瓷加热器进行加热，因陶瓷加热器内外表面均绝缘，故在蒸发金属时不会因熔融状态的金属溢出而导致加热装置的短路，可以与加热部距离更近，有利于控制坩埚加热温度的均匀性，提高整个设备的加热稳定性。

2.本发明采用陶瓷复合加热器进行加热，具有升温速度快、能耗低、温度均匀性高，产品结构和装配结构简单，寿命长的特点。

3.本发明在金属保温筒内设有保温板，在加热器外侧设有PBN保温筒，在加热器下方设有保温板，分别从侧面和底面有效降低点源加热区的热量散失，从而提高炉内温度的稳定性。

4.本发明通过冷却系统的详细设定可有效控制冷却系统的温度均匀性，加热区内各个位置的热量传导散失更加稳定。

5.本发明的加热器只设置在侧面，且采用分区加热的方式，加热区域的热量可以精确控制，加热更加均匀。点源设备可以是1-2个加热部，结构上更简单，易于装配。

6.本发明中只在点源上口位置对坩埚进行支撑，避免坩埚其它部位进行热传导，从而控温更加精确均匀。

附图说明

图1为本发明一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源总体结构示意图；

图2为本发明大托板小托板连接示意图；

图3为本发明弹片结构示意图；

图4为本发明加热器剖面结构示意图；

图5为本发明加热器底部结构连接关系示意图；

图6为本发明连接底环与过渡环结构及装配关系示意图；

图7为本发明连接法兰进水孔和出水孔结构示意图；

图8为本发明冷却水套底部结构示意图；

其中：1、外接电极，2、电极-热电偶连接底座，3、连接法兰，3-1、出水孔，3-2、下水孔，3-3、进水孔，3-4、上水孔，4、冷却水管，5、热电偶，6、护罩，7、小托板，8、大托板，9、连接底环，9-1、引水槽，10、底板，11、保温板，12、冷却水套，12-1、冷却通道，12-2、水槽，13、加热器，14、定位环，15、真空热电偶接头，16、PBN保温筒，17、加热器电极，18、弹片，19、绝缘板，20、过渡环，20-1、引水孔，21、底部连接环，21-1、定位凸台，22、立柱，23、金属保温筒，23-1、壳体。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，包括连接法兰3、电极-热电偶连接底座2、冷却水套12、保温部件、加热部件、蒸发腔室；如图1所示。

连接法兰3与电极-热电偶连接底座2相连，连接法兰用于将陶瓷点源连接固定至外部设备，电极-热电偶连接底座上贯穿设有外接电极1和真空热电偶接头15，连接法兰3上设有冷却水管4，冷却水管4一端与连接底环9相连，连接底环9上侧设有冷却水套12，冷却水管中的冷却液通过连接底环9进入冷却水套中进行循环降温、达到调节陶瓷点源内温度的效果，冷却水管本身起一定支撑和循环冷却液的作用。冷却水套内设有保温部件，保温部件内设有加热部件，加热部件包括加热器13，加热器下方设有加热器电极17，加热器电极17与外接电极1连接，加热器内形成蒸发腔室。

连接底环9内侧连接设有大托板8，大托板用于支撑保温部件、加热部件。

热电偶5一端与真空热电偶接头15连接，热电偶另一端位于蒸发腔室内，热电偶主要用来测量腔室内的实际温度。

实施例2：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，保温部件包括金属保温筒23，金属保温筒包括嵌套的两个壳体23-1和底面，两个壳体之间设有圆筒状的保温板。

金属保温筒的底面连接设有底板10，大托板贯穿设有支撑柱，支撑柱用于为底板提供支撑。金属保温筒的两个壳体和底面为一体焊接，底面较薄，增加底板提供更强的支撑作用。

实施例3：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例2所述，所不同的是，加热器为热解氮化硼-热解石墨加热器，加热器包括基体、设于基体上的电路层、绝缘层、电路接头，电路接头与加热器电极相连，由外部电源供电使加热器加热，加热部件还包括底部连接环21，底部连接环位于底板10上方，如图5所示，底部连接环用于支撑加热器。

支撑柱贯穿底板，支撑柱与底部连接环螺纹连接。支撑柱将大托板、底板、底部连接环之间固定起来。

实施例4：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例3所述，所不同的是，加热器包括两个加热区域，两个加热区域之间留有过渡区间，过渡区间高度为11mm，每个加热区域均对应一组正负电极、共四个电极。

实施例5：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例3所述，所不同的是，底板10上方设有四个保温板11，保温板位于底部连接环21内侧，如图5所示，保温板上设有垫块。垫块使得保温板与底板之间、多个保温板之间留有空隙，达到保温作用。

实施例6：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例5所述，所不同的是，底板10和保温板11上贯穿设有立柱22，如图5所示，立柱上方从下至上依次设有绝缘板19和四个保温板11，绝缘板下方设有电极头，电极头连接加热器电极和电路接头。加热器的电极连接部分设置在绝缘板下方，更加安全，同时，在绝缘板上方设有保温板，在增加上方蒸发腔室的保温效果的基础上、不至于使加热器电极连接部位受保温影响而过热。

实施例7：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例4所述，所不同的是，加热部件还包括PBN保温筒16，PBN保温筒设于加热器13外侧，底部连接环21顶部设有定位凸台21-1，定位凸台面积小于底部连接环的面积，如图4、图5所示，定位凸台用于固定定位PBN保温筒。

实施例8：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例7所述，所不同的是，PBN保温筒16与加热器13之间设有定位环14，如图1、图4所示，定位环设有凸起，PBN保温筒侧壁上设有卡孔，定位环的凸起与卡孔适配。

实施例9：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例8所述，所不同的是，定位环位于两个加热区域之间的过渡区间中。

实施例10：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，连接底环9与小托板7螺栓连接，小托板7与大托板8螺栓连接，如图2所示。通过连接底环和小托板为大托板提供支撑力。

小托板的数量为两个，对称设于连接底环两侧。

实施例11：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，热电偶的数量为两个，一个热电偶测量蒸发腔室底部温度、端部位于蒸发腔室中央底部使用时在坩埚下方，另一个热电偶测量蒸发腔室顶部温度。

实施例12：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，连接法兰上方设有两个冷却水管和两个支撑立柱，均分布于连接法兰上方，共同提供支撑力。

实施例13：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，连接底环9上侧设有过渡环20，连接底环9上部设有引水槽9-1，过渡环20上设有两个引水孔20-1，过渡环上两个引水孔之间的间距与引水槽的端部距离相匹配，如图6所示。由于冷却水管起一定支撑作用，为使支撑平稳，相邻冷却水管之间的间距可能会较大，如果冷却水套的进水口和出水口间隔过大，不利于冷却水套的循环设计、均匀降温，使得温度分布不均匀，因此通过增加引水槽和过渡环的设计，使冷却水在冷却水套底部的进口和出口之间的间距变小，便于均匀温控。

冷却水套12为圆筒状，冷却水套内部沿轴向设有冷却通道12-1，相邻两个冷却通道的端面设有水槽12-2，其中两个冷却通道与过渡环上的两个引水孔20-1相对应，如图8所示，冷却液经过过渡环上的引水孔进入冷却水套中的循环通道中，冷却水套顶部设有密封环。过渡环的两个引水孔与两个冷却通道接通、作为一进一出的口，过渡环的其他表面用于封堵冷却水套底端的水槽端面，冷却水套顶部的水槽端面由密封环封堵，使得冷却液从一个冷却通道经过水槽进入相邻的冷却通道、依次类推、完成整个冷却水套在侧壁上铺设的循环。

实施例14：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例13所述，所不同的是，过渡环20的横截面积小于连接底环9的横截面积。使得在连接底环内侧的上表面与过渡环配合下形成一个台阶，用于紧急情况下辅助支撑冷却水套内侧的保温部件。

实施例15：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，连接法兰3底部贯穿设有进水孔3-3和出水孔3-1，连接法兰顶面在进水孔旁边设有上水孔3-4，进水孔与上水孔相通，连接法兰顶面在出水孔旁边设有下水孔3-2，出水孔与下水孔相通，上水孔、下水孔均与冷却水管4连接。出于装配需要，连接法兰底部进水孔与顶面的上水孔呈一定错位，如图所示7。

实施例16：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，加热器电极17底部通过弹片18与外接电极1相连，如图3所示，所述弹片为U型片，加热器电极、外接电极分别与U型片的两端相连。出于装配、运输和后期作业膨胀需要，增加弹片连接加热器电极和外接电极。

实施例17：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，连接底环下方设有护罩6，如图1所示，安全美观。

实施例18：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例11所述，所不同的是，真空热电偶接头的数量为六个，并排设于连接法兰上。两个热电偶需要连接四个真空热电偶接头，余下两个真空热电偶接头为备用。

实施例19：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例1所述，所不同的是，连接法兰与电极-热电偶连接底座之间设有密封圈。连接法兰将所承载的点源设备安装在外部蒸镀设备上，增加密封圈可确保蒸镀操作真空的要求。

实施例20：

一种用于蒸镀设备上加热均匀的陶瓷点源，其结构如实施例4所述，所不同的是，过渡区间高度为5mm。

Claims (10)

1.一种用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，包括连接法兰、电极-热电偶连接底座、冷却水套、保温部件、加热部件、蒸发腔室；

连接法兰与电极-热电偶连接底座相连，连接法兰用于将陶瓷点源连接固定至外部设备，电极-热电偶连接底座上贯穿设有外接电极和真空热电偶接头，连接法兰上设有冷却水管，冷却水管一端与连接底环相连，连接底环上侧设有冷却水套，冷却水管中的冷却液通过连接底环进入冷却水套中进行循环降温，冷却水套内设有保温部件，保温部件内设有加热部件，加热部件包括加热器，加热器下方设有加热器电极，加热器电极与外接电极连接，加热器内形成蒸发腔室；

连接底环内侧连接设有大托板，大托板用于支撑保温部件、加热部件；

热电偶一端与真空热电偶接头连接，热电偶另一端位于蒸发腔室内。

2.根据权利要求1所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，保温部件包括金属保温筒，金属保温筒包括嵌套的两个壳体和底面，两个壳体之间设有保温板；

优选的，金属保温筒的底面连接设有底板，大托板贯穿设有支撑柱，支撑柱用于为底板提供支撑。

3.根据权利要求2所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，加热器为热解氮化硼-热解石墨加热器，加热器包括基体、设于基体上的电路层、绝缘层、电路接头，电路接头与加热器电极相连，加热部件还包括底部连接环，底部连接环位于底板上方，底部连接环用于支撑加热器；支撑柱贯穿底板，支撑柱与底部连接环螺纹连接；

优选的，底板上方设有至少一个保温板，保温板位于底部连接环内侧，保温板上设有垫块；

进一步优选的，底板和保温板上贯穿设有立柱，立柱上方从下至上依次设有绝缘板和至少一个保温板，绝缘板下方设有电极头，电极头连接加热器电极和电路接头。

4.根据权利要求3所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，加热器包括至少两个加热区域，两个加热区域之间留有过渡区间，每个加热区域均对应一组正负电极；

优选的，过渡区间的高度为至少5mm。

5.根据权利要求4所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，加热部件还包括PBN保温筒，PBN保温筒设于加热器外侧，底部连接环顶部设有定位凸台，定位凸台面积小于底部连接环的面积；

优选的，PBN保温筒与加热器之间设有定位环，定位环设有凸起，PBN保温筒侧壁上设有卡孔，定位环的凸起与卡孔适配；

进一步优选的，定位环位于两个加热区域之间的过渡区间中。

6.根据权利要求1所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，连接底环与小托板螺栓连接，小托板与大托板螺栓连接；

优选的，小托板的数量为两个，对称设于连接底环两侧。

7.根据权利要求1所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，连接底环上侧设有过渡环，连接底环上部设有引水槽，过渡环上设有两个引水孔，过渡环上两个引水孔之间的间距与引水槽的端部距离相匹配；

优选的，冷却水套为圆筒状，冷却水套内部沿轴向设有冷却通道，相邻两个冷却通道的端面设有水槽，其中两个冷却通道与过渡环上的两个引水孔相对应，冷却水套顶部设有密封环。

8.根据权利要求7所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，过渡环的横截面积小于连接底环的横截面积。

9.根据权利要求1所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，连接法兰底部贯穿设有进水孔和出水孔，连接法兰顶面在进水孔旁边设有上水孔，进水孔与上水孔相通，连接法兰顶面在出水孔旁边设有下水孔，出水孔与下水孔相通，上水孔、下水孔均与冷却水管连接；

优选的，连接法兰与电极-热电偶连接底座之间设有密封圈；

进一步优选的，连接法兰上方设有两个冷却水管和两个支撑立柱。

10.根据权利要求1所述的用于蒸镀设备上的陶瓷点源，其特征在于，加热器电极底部通过弹片与外接电极相连，所述弹片为U型片，加热器电极、外接电极分别与U型片的两端相连；

优选的，热电偶的数量为两个，一个热电偶测量蒸发腔室底部温度、端部位于蒸发腔室中央底部，另一个热电偶测量蒸发腔室顶部温度，真空热电偶接头的数量为三组，并排设于连接法兰上；

进一步优选的，连接底环下方设有护罩。

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