CN111041457A - 镀膜设备和镀膜设备的工作方法 - Google Patents

镀膜设备和镀膜设备的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一镀膜设备和镀膜设备的工作方法，其中所述镀膜设备供至少一待镀膜工件镀膜，其中所述镀膜设备包括一反应腔体、一气体供给部、一真空抽气装置以及一非对称双极性脉冲电源，其中所述反应腔体具有一反应腔，所述反应腔用于容纳该待镀膜工件，其中所述气体供给部用于向所述反应腔供给气体，其中所述真空抽气装置被可连通于所述反应腔地连接于所述反应腔体，其中所述非对称双极性脉冲电源用于向所述反应腔提供电场，当所述非对称双极性脉冲电源被连通，所述反应腔室内产生等离子体以增强气体的化学反应以在该镀膜工件表面形成膜层。

Description

镀膜设备和镀膜设备的工作方法
技术领域
本发明涉及到材料表面处理领域，尤其涉及到镀膜设备和镀膜设备的工作方法
背景技术
镀膜技术是一种能够提升材料表面性能的有效手段，其通过采用在待镀膜工件表面形成膜层的方式来增强待镀膜工件表面的强度、防刮、耐磨性、散热性、防水性、耐腐蚀性或者是低摩擦性等性能。
从目前市场需求来看，待镀膜工件可以是PCB电路板、电子器件、手机、键盘、电脑等等。尤其是对于手机来说，不仅要求膜层可以增强手机表面的耐磨度和强度，还对于透光性有较高的要求。
常见的镀膜技术主要有两种，化学气相沉积镀膜技术和物理气相沉积镀膜技术。化学气相沉积是利用化学反应的原理，从气相物质中析出固相物质沉积于工作表面形成镀膜膜层的沉积工艺(李金桂，肖定全，现代表面工程设计手册。北京：国防工业出版社，2000)。物理气相沉积是指在真空条件下，至少有一种沉积元素被雾化(原子化)的情况下，进行的气相沉积工艺(李金桂，肖定全，现代表面工程设计手册。北京：国防工业出版社，2000)。
目前采用的镀膜技术在塑料、玻璃等介质表面进行成膜时，由于导电性不好，容易导致电荷积累。在一般的镀膜设备中，通常设置有两块电极板，然后需要镀膜的样品被放置在两块电极板之间，比如说平行的电极板，两者之间的等离子体的准静态呈非线性分布，在通过加载电极的离子鞘存在很大的电压降，而等离子体的电压降很小，等离子体中的离子通过鞘加速轰击阴极表面，从阴极表面释放二次电子，二次电子被加速进入等离子体中，这些高能电子与气体分子碰撞并使之离化。同时，中性基团之间的离子和中性基团发生碰撞，并且发生一系列复杂的化学反应
由于材料本身的导电性较差，在负偏压的电极板上容易积累正电荷。随着镀膜时间的延长，膜层会越来越难以形成。也就是说，随着镀膜时间的延长，单位时间内的膜层厚度的增长却越来越慢。因为在负偏压的电极板积累的正电荷形成了正电场，从而阻止正离子到达待镀膜样品的表面。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一镀膜设备和镀膜设备的工作方法，其中所述镀膜设备能够保证镀膜过程的稳定性。
本发明的另一目的在于提供一镀膜设备和镀膜设备的工作方法，其中所述镀膜设备能够减少正电荷在待镀膜工件表面的电荷积累。
本发明的另一目的在于提供一镀膜设备和镀膜设备的工作方法，其中所述镀膜设备在单次镀膜过程中能够以较快的速度和较高的效率批量地镀膜。
本发明的另一目的在于提供一镀膜设备和镀膜设备的工作方法，其中所述镀膜设备提供一多层的支架，其中所述支架能够容纳多个待镀膜工件，并且因正电极积累在待镀膜工件表面造成对于镀膜的阻碍能够被减少。
根据本发明的一方面，本发明提供了一镀膜设备，供至少一待镀膜工件镀膜，其中所述镀膜设备包括：
一反应腔体，其中所述反应腔体具有一反应腔，所述反应腔用于容纳该待镀膜工件；
一气体供给部，其中所述气体供给部用于向所述反应腔供给气体；
一抽气装置，其中所述抽气装置被可连通于所述反应腔地连接于所述反应腔体，所述抽气装置用于控制所述反应腔的真空度；以及
一非对称双极性脉冲电源，其中所述非对称双极性脉冲电源用于向所述反应腔提供非对称的正向脉冲和负向脉冲，当所述非对称双极性脉冲电源被连通，所述反应腔室内产生等离子体以增强气体的化学反应以在该镀膜工件表面形成膜层。
根据本发明的至少一实施例，所述镀膜设备进一步包括一支架，其中所述支架的至少部分是导电材料制成的，所述非对称双极性脉冲电源被可导通地连接于所述支架。
根据本发明的至少一实施例，所述支架包括多层支撑件，其中所述支撑件被间隔地保持在所述反应腔的不同高度位置，其中至少一个所述支撑件被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源以作为所述非对称双极性脉冲电源的阴极。
根据本发明的至少一实施例，至少一个所述支撑件被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源以作为所述非对称双极性脉冲电源的阳极。
根据本发明的至少一实施例，作为阴极和阳极的所述支撑件被交替设置。
根据本发明的至少一实施例，所述支架进一步包括至少一连接件，所述支撑件通过所述连接件被保持在所述反应腔的不同高度位置。
根据本发明的至少一实施例，所述镀膜设备进一步包括一射频电源，其中至少一所述支撑件被可导通地连接于所述射频电源。
根据本发明的至少一实施例，所述非对称双极性脉冲电源的工作方式是在一个工作时间段内正、负向直流交替工作。
根据本发明的至少一实施例，所述非对称双极性脉冲电源在一工作时间段内提供非对称的正向脉冲和负向脉冲，并且在所述工作时间段内的一部分预定时间内的工作方式为连续输出正向脉冲，连续输出负向脉冲，连续输出不对称正、负脉冲或连续输出不对称双极正负脉冲。
根据本发明的至少一实施例，所述非对称双极性脉冲电源在该工作时间段内的一部分时间内的工作方式为单极性正向脉冲，单极性负向脉冲，不对称双极性正负向脉冲或对称双极性正、负脉冲。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一镀膜设备的工作方法，其包括如下步骤：
一非对称双极性脉冲电源以正向脉冲工作以中和积累在至少一待镀膜工件表面的电荷，其中所述待镀膜工件位于一镀膜设备的一反应腔。
根据本发明的至少一实施例，在上述方法中，所述非对称双极性脉冲电源的阴极位于所述待镀膜工件的下方。
根据本发明的至少一实施例，在上述方法中，所述待镀膜工件被支撑于一支撑件，其中所述支撑件的至少部分作为所述非对称双极性脉冲电源的阴极。
根据本发明的至少一实施例，所述工作方法进一步包括如下步骤：
所述非对称双极性脉冲电源电离气体形成等离子体以增强化学反应。
根据本发明的至少一实施例，所述工作方法进一步包括如下步骤：
一射频电源在所述反应腔放电。
根据本发明的至少一实施例，在上述方法中，多个所述待镀膜工件被分别支撑于多层排列的所述支撑件，其中每一所述支撑件作为所述非对称双极性脉冲电源的阴极放电。
根据本发明的至少一实施例，所述非对称双极性脉冲电源的工作方式在一个时间段内为正、负向直流交替工作。
根据本发明的至少一实施例，所述非对称双极性脉冲电源的脉冲占空比范围为5～90％，并且所述非对称双极性脉冲电源的脉冲占空比被设置为独立连续可调。
根据本发明的至少一实施例，所述非对称双极性脉冲电源的输出频率范围是1KHz～40KHz。
附图说明
图1A是根据本发明的一较佳实施例的一支架的示意图。
图1B是根据本发明的上述较佳实施例的所述支架的放电应用示意图。
图2是根据本发明的一较佳实施例的一镀膜设备的示意图。
图3是根据本发明的上述较佳实施例的所述支架的另一种实施方式的示意图。
图4是根据本发明的上述较佳实施例的所述支架的另一种实施方式的示意图。
图5是根据本发明的上述较佳实施例的所述支架的另一种实施方式的示意图。
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。
本发明提供了一镀膜设备，其中所述镀膜设备能够用于制备各种膜层，并且能够通过利用等离子体化学沉积(PECVD)技术向至少一待镀膜工件表面化学沉积形成膜层。
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺相对于现有的其他沉积工艺有很多优点：(1)干式沉膜不需要使用有机溶剂；(2)等离子体对基体表面的刻蚀作用，使所沉积上的薄膜与基体粘结性好；(3)可以对不规则基体表面均匀沉积镀膜，气相渗透性极强；(4)涂层可设计性好，相比于液相法微米级控制精度，化学气相法可在纳米级尺度进行涂层厚度的控制；(5)涂层结构设计容易，化学气相法使用等离子体激活，对不同材料的复合涂层不需要设计特定的引发剂进行引发，通过输入能量的调控即可将多种原材料复合在一起；(6)致密性好，化学气相沉积法在等离子体引发过程中往往会对多个活性位点进行激活，类似于溶液反应中一个分子上有多个官能团，分子链之间通过多个官能团形成交联结构；(7)作为一种镀膜处理技术手段，其普适性极好，镀膜的对象、镀膜使用的原材料选择的范围都很广。
参考附图1A至附图2，所述镀膜设备1包括所述反应腔体10、一气体供给部20、一抽气装置30以及一支架40。
所述反应腔体10具有一反应腔100，其中所述反应腔100能够保持相对密闭，以使得所述反应腔100能够被保持在期望的真空度。
所述气体供给部20用于朝向所述反应腔体10的所述反应腔100提供气体。
气体可以是反应气体，基于膜层要求的不同，可以选择不同的反应气体，比如说当膜层是DLC膜层时，所述反应气体可以是CxHy，其中x为1-10的整数，y为1-20的整数。反应气体可以是单一气体，也可以是混合气体。可选地，反应气体可以是常压下为气态的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙烯或者是丙炔，也可以是经过减压或者是加热蒸发形成的蒸气。也就是说，常温下为液态的原料也可以通过所述气体供给部20以气态的方式向所述反应腔100提供。
气体可以是等离子体源气体，可以但是并不限制于惰性气体、氮气、氟碳化合物，其中惰性气体举例但是并不限制于氦气或者是氩气，氟碳化合物可以是但是并不限制于四氟化碳。等离子体源气体可以是单一气体，也可以是两种或者是两种以上的气体的混合物。
气体可以是辅助气体，辅助气体可以和反应气体配合形成膜层，以赋予膜层一些预期的特性，比如说膜层的强度，膜层的柔韧性等。辅助气体可以是非碳氢气体，比如说氮气、氢气、氟碳气体等。辅助气体可以和反应气体同时向所述反应腔体10被供给，也可以根据需求按照先后的次序被通入。辅助气体的加入能够调节膜层中各元素的比例，碳氢键、碳氮键和氮氢键的比例，从而改变膜层的性质。
所述抽气装置30被可连通于所述反应腔100地连接于所述反应腔体10。所述抽气装置30能够控制所述反应腔100内的压力。所述反应腔100内的压力将影响到整个镀膜过程的效率和最后的结果。在镀膜过程中，随着原料气体的通入和等离子体的生成，整个所述反应腔100的压力在一个阶段中不断地发生变化，通过所述抽气装置30的抽气功率和所述气体供给部20的供气功率的调整，可以使得所述反应腔100的压力保持在一个预期的稳定状态。
也就是说，不仅可以通过所述抽气装置30，以抽气的方式降低所述反应腔100内的压力，也可以通过所述气体供给部20，以供气的方式在某些过程中增加所述反应腔100内的压力。比如说在镀膜过程结束后，通过所述气体供给部20可以供给空气或者是其他气体，以使得所述反应腔100内的气压和所述反应腔体10外的气压持平，从而使得所述反应腔100内的所述待镀膜工件可以被取出。根据本发明的至少一实施例，所述气体供给部20的供气范围供给反应气体的流速控制为10sccm-200sccm。根据本发明的至少一实施例，所述气体供给部20的离子源气体的流速控制为50sccm～500sccm。
所述支架40位于所述反应腔体10的所述反应腔100。所述支架40能够支撑所述镀膜工件以保持所述待镀膜工件于所述反应腔体10的所述反应腔100。多个所述待镀膜工件可以被支撑于所述支架40。
进一步地，所述镀膜设备1包括一放电装置50，其中所述放电装置50能够提供射频电场和/或脉冲电场，在射频电场下，等离子气体源可以被电离以生成等离子体。在脉冲电场下，等离子体能够朝向所述待镀膜工件移动以沉积在所述待镀膜工件的表面。
所述放电装置50能够提供预期的电场，以在所述反应腔体的所述反应腔内生成等离子体，并且所述等离子体能够活化部分气体，以在所述待镀膜工件表面形成膜层。
进一步地，在本实施例中，所述镀膜设备1的所述支架是一多层支架40，以容纳多个所述待镀膜工件，从而有利于提供所述反应腔100的空间利用率。
所述支架40的部分是由导电材料制成的，所述支架40的至少部分可以被可导通地连接于所述放电装置50以作为所述放电装置50的电极使用。值得一提的是，所述支架40能够在对于所述待镀膜工件起到支撑作用的同时，被作为所述放电装置50的电极使用，从而不需要额外在所述镀膜设备1的所述反应腔100内布置电极。
在本发明的另一些实施例中，所述放电装置50的电极可以被布置在所述支架40周围，以在被放置在所述支架40的所述待镀膜工件的周围形成电场。
值得注意的是，在本实施例中，所述待镀膜工件以卧式的方式被支撑于所述支架40。所述支架40包括多个支撑件41，其中所述支撑件41被间隔地保持在所述反应腔100。所述待镀膜工件被支撑于所述支架40的所述支撑件41。可选地，所述支撑件41位于一个水平位置。
所述放电装置50的电极中的阴极可以被布置在所述待镀膜工件的下方，从而当气体在电场中被电离为等离子体，等离子体中的正离子能够朝向阴极运动，从而加速朝向所述待镀膜工件运行，以有利于膜层和所述待镀膜工件的结合强度。
然而，出现的一个问题在于，由于所述待镀膜工件的表面一般是由塑料、玻璃等导电性较差的材料形成的，使得电荷容易积累在所述待镀膜工件的表面，因此当等离子体中的正离子在电场作用下朝向阴极运动时，正离子积累在阴极附近，比如说所述待镀膜工件的表面，从而对于后续的正离子起到阻碍作用，影响整个镀膜过程，使得镀膜过程的速率下降。
在本实施例中，所述放电装置50包括一脉冲电源，其中所述脉冲电源被实施为一非对称双极性脉冲电源51。所述非对称双极性脉冲电源51相对于普通的脉冲直流电源而言，是在原来的脉冲周期的基础上增加了一个反向的低电平，从而可以将积累的正电荷击开，比如说积累在所述待镀膜工件表面的正电荷，通过这样的方式来保持镀膜过程的稳定性。
具体地说，所述支架40包括多个所述支撑件41和至少一连接件42，其中所述连接件42支撑于所述支撑件41以保持所述支撑件41于所述反应腔100内的不同高度位置。
在本实施例中，所述连接件42被实施为立柱，所述立柱立于所述反应腔体10的内壁。当然本领域技术人员应当理解的是，所述连接件42可以被实施为其他的连接器件，比如说锁链，锁链可以用悬挂的方式保持所述支撑件41于所述反应腔100。
在本发明的另一些实施例中，所述支撑件41被可拆卸地安装于所述反应腔体10，所述反应腔体10可以被设置有凸台或者是凹槽以支撑所述支撑件41于所述反应腔100。所述支撑件41可以从所述反应腔体10被抽出。
所述立柱的数目可以是二、三、四或者是更多，在本实施例中，所述立柱的数目是四。
所述支架40的每一所述支撑件41可以被分别可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极。值得注意的是，每一层的所述支撑件41可以用于放置所述待镀膜工件。
所述气体供给部20供给气体，然后气体在所述非对称双极性脉冲电源51产生的电场环境下电离生成等离子体，等离子体中正离子朝向所述支撑件41运动。此时所述支撑件41被施加负偏压以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极。部分正电荷积累在负偏压的所述支撑件41，部分正电荷积累在所述待镀膜工件的表面，从而所述待镀膜工件附近逐渐形成正电场，正电场阻碍其他的正电荷继续朝向所述待镀膜工件前进，从而阻碍了镀膜过程，因此整个所述镀膜过程有可能停止，或者是随着镀膜时间的延长，单位时间的膜层厚度的增加越来越慢至逐渐停止。这一问题在镀较厚膜层时将尤其明显。
而所述非对称双极性脉冲电源51可以在预设的时间段内输出一个反向的低电平，以击开积累在所述待镀膜工件表面的正电荷，从而使得在这一位置形成所述正电场减弱，以使得正电荷能够继续在电场的作用下朝向所述待镀膜工件运动，进而整个镀膜过程可以继续进行，甚至是以稳定的速率进行，比如说参考附图1A至附图1B所示。
所述非对称双极性脉冲电源51的工作方式可以是多种，比如说在某一时间段内的一部分时间以正、负直流的方式工作，比如说在某一时间段内的一部分时间以连续输出正向脉冲的方式工作，比如说在某一时间段内的一部分时间以连续输出负向脉冲的方式工作，比如说在某一时间段内的一部分时间以连续输出不对称正、负向脉冲的方式工作，比如说在某一时间段内的一部分时间以连续输出不对称双极正负脉冲的方式工作，比如说在某一时间段内的一部分时间以连续输出不对称双极正负脉冲的方式工作。
所述非对称双极性脉冲电源51在一个时间段内的某一时刻可以以连续输出负向脉冲的方式工作，然后在下一部分时间可以再连续输出正向脉冲，并且正向脉冲和负向脉冲并不对称以输出不对称的正、负向脉冲。所述非对称双极性脉冲电源51在一个时间段内的某一时刻可以以连续输出正向脉冲的方式工作，然后在下一部分时间可以再连接输出负向脉冲，并且负向脉冲的数值大于正向脉冲以输出不对称的正、负向脉冲。
值得注意的是，所述非对称双极性脉冲电源51的正负向脉冲占空比分别可以调节，以明显减少工作打弧。当正向脉冲工作时，能够中和绝缘层上的电荷积累。所述非对称双极性脉冲电源51特别适合用于镀介质膜层和高品质膜层。
所述非对称双极性脉冲电源51的交流输入可以是单相220VAC或三相380VAC任选。所述非对称双极性脉冲电源51的功率因素范围可以是在小功率时大于等于0.99，大功率是大于等于0.92。所述非对称双极性脉冲电源51的效率可以是大于等于0.86。所述非对称双极性脉冲电源51的输出波形可以但是并不限制于正、负向直流，单极性正向脉冲，单极性负向脉冲，不对称双极性正负向脉冲或对称双极性正、负脉冲。所述非对称双极性脉冲电源51的输出电流范围可以是0～400A，并且可以分为10种规格：1KW、2KW、5KW、10KW、20KW、30KW、50KW、70KW、100KW、200KW。所述非对称双极性脉冲电源51的输出电压的范围可以是±25V～±600V，并且其输出电压的范围是连续可调的。所述非对称双极性脉冲电源51的输出频率范围可以是1KHz～40KHz。所述非对称双极性脉冲电源51的脉冲占空比的范围可以是5％～90％，并且其脉冲占空比是正负脉冲独立、连续可以调节的。所述非对称双极性脉冲电源51的工作方式可以是恒流、恒压或者是恒功率任一可选的。
所述镀膜设备1以所述非对称双极性脉冲电源51作为所述放电装置50时，可以获得性能优异的膜层，并且镀膜时间也能够适应于工业化应用。
举例说明，参考下列表格所示，根据本发明的所述镀膜设备1的一些相关数据被阐明。
Figure BDA0002369052770000091
Figure BDA0002369052770000101
实施例1和对比例1的不同之处仅在于所述放电装置50的不同。在实施例1中，所述放电装置50是所述非对称双极性脉冲电源51，在对比例1中，所述放电装置50是脉冲直流偏压电源，其他的条件皆控制为相同。
在实施例中1和对比例1中是以C2H2+Ar作为原料气体，所述反应腔100压力为25mTorr的条件下进行的。
对比可以发现在相同的镀膜时间内，实施例1能够相对于对比例1形成更厚的膜层，并且膜层的硬度更高。也就是说，在对比例1条件下形成和实施例1条件下相同的膜层需要花费更多的时间。
类似的，实施例2和对比例2的不同之处在于所述放电装置50的不同。在实施例2中，所述放电装置50是所述非对称双极性脉冲电源51，在对比例中，所述放电装置50是脉冲直流偏压电源，其他条件皆控制为相同。
在实施例2和对比例2中是以CH4+Ar作为原料气体，所述反应腔100压力为25mTorr的条件下进行的。
对比可以发现在相同的镀膜时间内，实施例2能够相对于对比例2形成更厚的膜层，并且膜层的硬度更高。也就是说，在对比例2条件下形成和实施例2条件下相同的膜层需要花费更多的时间。
换句话说，使用所述非对称双极性脉冲电源51的所述镀膜设备1能够以较短的时间完成镀膜并且在所述待镀膜工件的表面形成性能优异的膜层。
进一步地，在本实施例中，所述镀膜设备1的所述支架40的每一所述支撑件41被分别可导通地连接于所述连接件42，比如说一个所述连接件42，然后通过所述连接件42实现和位于所述反应腔100外的所述非对称双极性脉冲电源51的导通。通过这样的方式，无需对于所述支架40的每一所述支撑件41进行复杂的布线以使得每一所述支撑件41被直接可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51。
所述支架40进一步包括至少一绝缘件43，其中所述绝缘件43被设置于所述连接件42的底端，当所述连接件42被支撑于所述反应腔体10，所述绝缘件43绝缘所述连接件42和所述反应腔体10。所述反应腔体10可以是接地的或者所述反应腔体10的至少部分可以是导电材料制成的，以可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51。
举例说明，整个所述反应腔体10可以是由不锈钢材料制成，并且所述反应腔体10被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阳极。
进一步地，所述支架40具有多个通气口410，其中所述通气口410可以形成于所述支撑件41并且贯通所述支撑件41。所述通气口410用于供气体在所述支撑件41的上下两侧流动，以有利于所述反应腔体10内的气体扩散。
值得注意的是，在本实施例中，所述支架40以卧式的方式支撑所述待镀膜工件。在本发明的另一些实施例中，所述支架40可以以立式的方式或者是其他的方式支撑所述待镀膜工件。
进一步地，在本实施例中，相邻的所述支撑件41之间保持一定的间隔以预留足够的空间。可选地，相邻的所述支撑件41之间的间隔可以是相等。根据本发明的至少一实施例，相邻的所述支撑件41之间的距离可以是10～200mm。
进一步地，所述放电装置50还可以包括一射频电源52，其中所述射频电源52能够向所述反应腔体10的所述反应腔100提供一射频电场。所述镀膜设备1内的气体在所述非对称双极性脉冲电源51和所述射频电源52共同或者是分别形成的电场内进行反应，以在所述待镀膜工件的表面形成膜层。所述射频电源52可以直接加载在电极板上用于产生所述射频电场。或者所述射频电源52设置在腔体外作为电感耦合等离子体电源，以提供交变磁场。
位于所述支架40的所述支撑件41的所述待镀膜工件能够在所述射频电场和/或所述脉冲电场的作用下被镀膜，以所述射频电场和所述脉冲电场能够共同作用进行说明。
所述射频电源52对于所述气体供给部20提供的气体进行放电以使得整个所述反应腔100处于等离子环境，反应气体处于高能量状态。所述脉冲电源51在放电过程中产生强电场，强电场位于所述待镀膜工件附近，以使得处于等离子环境中的活性离子受到强电场的作用加速沉积在基体表面。
当膜层是DLC膜层时，反应气体在强电场作用下沉积在所述待镀膜工件表面以形成非晶态碳网络结构。当所述脉冲电源51不放电时，利用沉积于所述待镀膜工件的膜层进行非晶态碳网络结构自由驰豫，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，并埋置于非晶碳网络中，形成透明类石墨烯结构。
当所述待镀膜工件表面的正电荷积累到一定程度后，所述非对称双极性脉冲电源51可以提供一个反向的低电平以冲击附着在所述待镀膜工件表面的电荷，从而使得镀膜过程可以有序地进行。换句话说，所述非对称双极性脉冲电源51可以间歇地提供一个反向的低电平。
也可以是，在镀膜过程中，所述非对称双极性脉冲电源51可以持续地提供一个反向的低电平以减少正电荷在所述待镀膜工件表面的积累。
进一步地，所述镀膜设备1还可以包括一进料装置60以及一控制装置70，其中述进料装置60被可连通地连接于所述反应腔体10，所述抽气装置30、所述进料装置60和所述放电装置50被分别可控制地连接于所述控制装置70。所述控制装置70用于控制所述反应腔体10内的进料流速、比例、压力、放电大小和放电频率等参数，以使得整个镀膜过程可控。
参考附图3所示，是根据本发明的上述较佳实施例的所述支架40的另一种实施方式被阐明。
在本实施例中，至少部分所述支撑件41被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极，至少部分所述支撑件41被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阳极。
举例说明，第一层、第三层的所述支撑件41可以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阳极，第二层、第四层的所述支撑件41可以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极。
所述待镀膜工件可以被放置在第二层和第四层的所述支撑件41，在施加在第二层和第四层的所述支撑件41的负偏压的作用下，正电荷能够朝向第二层和第四层所述支撑件41加速运动，以有利于形成在所述待镀膜工件表面的膜层的强度。
每一所述支撑件41被分别支撑于所述连接件42。可选地，作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极的所述支撑件41被可导通地连接同一所述连接件42，作为所述非对称双极性脉冲电源51的阳极的所述支撑件41被可导通地连接另一所述连接件42。
通过这样的方式，通过所述非对称双极性脉冲电源51和所述连接件42的导通就可以实现多个所述支撑件41和所述非对称双极性脉冲电源51的导通。
进一步地，可选地，作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极和阳极的所述支撑件41被交替地设置。比如说一层的所述支撑件41作为阴极，那么上一层和下一层的所述支撑件41分别作为阳极。
所述支架40的每一对分别作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极和阳极的所述支撑件41之间的距离可以是相同的，以为所述待镀膜工件提供相同的镀膜空间，以有利于最后所述待镀膜工件的镀膜均匀性。
根据本发明的另一些实施例，至少部分所述支撑件41被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极，至少部分所述支撑件41被接地设置。可选地，作为所述非对称双极性脉冲电源51的所述支撑件41和接地的所述支撑件41被交替地设置。比如一层的所述支撑件41作为阴极，那么上一层和下一层的所述支撑件41分别接地。
根据本发明的另一些实施例，至少部分所述支撑件41被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极，至少部分所述支撑件41被可导通地连接于所述射频电源52以作为所述射频电源52的阳极。可选地，作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极的所述支撑件41和作为所述射频电源52的阳极的所述支撑件41被交替地设置。比如一层的所述支撑件41作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极，那么上一层和下一层的所述支撑件41分别作为所述射频电源52的阳极。
参考附图4所示，是根据本发明的所述镀膜设备1的所述支架40的另一种实施方式被阐明。
在本实施例中，所述支架40的一个所述支撑件41被作为所述气体供给部20使用。也就是说，所述支撑件41可以用于传输以供给气体。
所述支撑件41形成有至少一气体传输通道4100，其中所述通气口410被连通于所述气体传输通道4100。
具体地说，所述支撑件41可以包括一支撑顶板和一支撑底板，其中在所述支撑顶板和所述支撑底板之间形成所述气体传输通道4100。所述通气口410可以被设置于所述支撑底板。
举例说明，当所述待镀膜工件被放置在第二层的所述支撑件41，第一层的所述支撑件41被设置为朝向第二层的所述支撑件41。也就是朝向位于第二层的所述支撑件41的所述待镀膜工件。气体离开第一层的所述支撑件41的所述通气口410后可以朝向所述待镀膜工件运动。
每一层的所述支撑件41可以作为所述气体供给部20使用，从而有利于气体在所述支架40扩散的均匀性，以有利于所述待镀膜工件表面镀膜的均匀性。
参考附图5所示，是根据本发明的所述镀膜设备1的所述支架40的另一种实施方式被阐明。
在本实施例中，所述支架40包括多层的所述支撑件41，并且所述支撑件41包括一第一支撑部411和一第二支撑部412，其中所述第一支撑部411和所述第二支撑部412相互绝缘，并且所述第一支撑部411被支撑于所述第二支撑部412。
所述待镀膜工件可以被放置于所述支撑件41的所述第一支撑部411。
所述第一支撑部411被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为阴极，所述第二支撑部412被作为所述气体供给部20用于布气。
所述通气口410形成于所述第二支撑部412并且朝向下一层的所述支撑件41。当所述待镀膜工件被放置在所述支撑件41的第一支撑部411，位于所述待镀膜工件上方的是另一层所述支撑件41的所述第二支撑部412。
所述第二支撑部412能够形成所述气体传输通道4100，并且所述气体传输通道4100被连通于所述通气口410。当气体自所述通气口410离开所述第二支撑部412，在所述射频电场和/或所述脉冲电场的作用下，气体中的至少部分能够被电离以形成等离子体，然后等离子体中的正离子能够朝向位于下方的所述第一支撑部411加速运动，从而沉积在被支撑于所述支撑件41的所述第一支撑部411的所述待镀膜工件的表面。
进一步地，所述第二支撑部412可以被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51，从而气体能够在所述第二支撑部412位置被电离，然后在作为阴极的所述第一支撑部411的作用下加速朝向所述待镀膜工件运动。
通过这样的方式，除了第一层的所述支撑件41，每一层的所述支撑件41可以被放置有所述待镀膜工件，以有利于所述支架40的增加空间利用率。
进一步地，每一所述支撑件41的所述第一支撑部411可以被可导通地连接于一个所述连接件42，从而和外界方便地导通，每一所述支撑件41的所述第二支撑部412可以被可导通地连接于另一所述连接件42，从而和外界方便地导通。同时，每一所述支撑件41的所述第一支撑部411和所述第二支撑部412之间相互绝缘。
根据本发明的另一些实施例，所述第二支撑部412可以被可导通地连接于所述射频电源52或者是直接接地。
根据本发明的另一方面，本发明提供了所述镀膜设备1的一工作方法，其中所述工作方法包括如下步骤：
至少一个所述待镀膜工件被放置在位于所述反应腔100的所述支撑件41以被镀膜，其中所述支撑件41被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源51以作为阴极；和
所述非对称双极性脉冲电源51以正向脉冲工作以中和积累在所述待镀膜工件表面的正电荷。
根据本发明的另一些实施例，所述非对称双极性脉冲电源51电离气体形成等离子体以增强所述反应腔100内的化学反应。
根据本发明的另一些实施例，所述射频电源52在所述反应腔100放电。
根据本发明的另一些实施例，一层的所述支撑件41作为所述非对称双极性脉冲电源51的阳极放电，下一层的所述支撑件41作为所述非对称双极性脉冲电源51的阴极放电。
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 (19)

1.一镀膜设备，供至少一待镀膜工件镀膜，其特征在于，包括：
一反应腔体，其中所述反应腔体具有一反应腔，所述反应腔用于容纳该待镀膜工件；
一气体供给部，其中所述气体供给部用于向所述反应腔供给气体；
一抽气装置，其中所述抽气装置被可连通于所述反应腔地连接于所述反应腔体，所述抽气装置用于控制所述反应腔的真空度；以及
一非对称双极性脉冲电源，其中所述非对称双极性脉冲电源用于向所述反应腔提供非对称的正向脉冲和负向脉冲，当所述非对称双极性脉冲电源被连通，所述反应腔室内产生等离子体以增强气体的化学反应以在该镀膜工件表面形成膜层。
2.根据权利要求1所述的镀膜设备，进一步包括一支架，其中所述支架的至少部分是导电材料制成的，所述非对称双极性脉冲电源被可导通地连接于所述支架。
3.根据权利要求2所述的镀膜设备，其中所述支架包括多层支撑件，其中所述支撑件被间隔地保持在所述反应腔的不同高度位置，其中至少一个所述支撑件被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源以作为所述非对称双极性脉冲电源的阴极。
4.根据权利要求3所述的镀膜设备，其中至少一个所述支撑件被可导通地连接于所述非对称双极性脉冲电源以作为所述非对称双极性脉冲电源的阳极。
5.根据权利要求4所述的镀膜设备，其中作为阴极和阳极的所述支撑件被交替设置。
6.根据权利要求3所述的镀膜设备，其中所述支架进一步包括至少一连接件，所述支撑件通过所述连接件被保持在所述反应腔的不同高度位置。
7.根据权利要求3所述的镀膜设备，进一步包括一射频电源，其中至少一所述支撑件被可导通地连接于所述射频电源。
8.根据权利要求1至7任一所述的镀膜设备，其中所述非对称双极性脉冲电源的工作方式是在一个工作时间段内正、负向直流交替工作。
9.根据权利要求1至7任一所述的镀膜设备，其中所述非对称双极性脉冲电源在一工作时间段内提供非对称的正向脉冲和负向脉冲，并且在所述工作时间段内的一部分预定时间内的工作方式为连续输出正向脉冲，连续输出负向脉冲，连续输出不对称正、负脉冲或连续输出不对称双极正负脉冲。
10.根据权利要求8所述的镀膜设备，其中所述非对称双极性脉冲电源在该工作时间段内的一部分时间内的工作方式为单极性正向脉冲，单极性负向脉冲，不对称双极性正负向脉冲或对称双极性正、负脉冲。
11.根据权利要求1至7任一所述的镀膜设备，其中所述非对称双极性脉冲电源的脉冲占空比范围为5～90％，并且所述非对称双极性脉冲电源的脉冲占空比被设置为独立连续可调。
12.一镀膜设备的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
一非对称双极性脉冲电源以正向脉冲工作以中和积累在至少一待镀膜工件表面的电荷，其中所述待镀膜工件位于一镀膜设备的一反应腔。
13.根据权利要求12所述的工作方法，其中在上述方法中，所述非对称双极性脉冲电源的阴极位于所述待镀膜工件的下方。
14.根据权利要求13所述的工作方法，其中在上述方法中，所述待镀膜工件被支撑于一支撑件，其中所述支撑件的至少部分作为所述非对称双极性脉冲电源的阴极。
15.根据权利要求12所述的工作方法，进一步包括如下步骤：
所述非对称双极性脉冲电源电离气体形成等离子体以增强化学反应。
16.根据权利要求12所述的工作方法，进一步包括如下步骤：
一射频电源在所述反应腔放电。
17.根据权利要求12至16任一所述的工作方法，其中所述非对称双极性脉冲电源的工作方式在一个工作时间段内为正、负向直流交替工作。
18.根据权利要求12至16任一所述的工作方法，其中所述非对称双极性脉冲电源的脉冲占空比范围为5～90％，并且所述非对称双极性脉冲电源的脉冲占空比被设置为独立连续可调。
19.根据权利要求12至16任一所述的工作方法，其中所述非对称双极性脉冲电源的输出频率范围是1KHz～40KHz。
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