CN111378931A - 一种蒸发镀膜设备、其蒸发源蒸发控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸发镀膜设备、其蒸发源蒸发控制系统和方法，该蒸发镀膜设备，包括：蒸发坩埚，所述蒸发坩埚内设置有用于蒸发的蒸发源；支架，所述蒸发坩埚放置于所述支架上方；加热器层，所述加热器层设置于所述蒸发坩埚的外周；称重装置，所述称重装置设置于所述支架底部，并测量所述蒸发坩埚内蒸发源的当前重量。本发明所提供的蒸发镀膜设备、其蒸发源蒸发控制系统和方法以当前蒸发源中原料剩余数量为依据，实时反馈蒸发源的蒸发速率，并在控制器中进行滤波和运算，计算出当前的蒸发速率，通过分段比对的方式，较为精准地对输出功率进行调节，以实现将金属蒸发源的蒸发速率控制到设定的蒸发速率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种蒸发镀膜设备、其蒸发源蒸发控制系统和方法。
背景技术
在能源危机和环境污染问题日益加剧的今天，清洁能源已成为当下最热门的发展主题之一。利用太阳能发电无疑是一项非常有前景的方式，而薄膜太阳能发电以其轻、薄、柔的特点给太阳能产品的开发带来了极大的想象力。在薄膜太阳能制造过程中，金属共蒸发法制膜以其稳定、高效等特点受到世界上顶尖的薄膜光伏制造企业的青睐。
现有的蒸发源蒸发设备，主要采用仪表检测腔室内各种金属蒸汽含量的百分百比以及经验参数来控制蒸发源的蒸发。这种方法具有以下缺点：
1)仅测量含量的百分比，依靠flux系统估算蒸发的总量，无法计算出当前的实时蒸发速率与成膜的厚度；
2)在不知道蒸发源消耗量的情况下，无法准确的知道每个蒸发源原料剩余的数量，从而无法知道何时需更换新的蒸发源原料，只能通过经验提前更换蒸发源，造成原料浪费；
3)在蒸发源剩余量不同时，需要的蒸发功率也不同，目前是由工艺工程师利用生产运行的时间估算一个剩余量，对源的加热功率进行手动调节，这种估算法得到的结果往往不准确，会影响最终产品的质量，也对操作人员的经验提出了较高的要求；
4)对于不同厂家或批次的蒸发源所需的工艺温度往往有差别，所以在实际生产中需要消耗大量的时间和原材料去摸索每一批原料的参数，非常不利于降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒸发镀膜设备、其蒸发源蒸发控制系统和方法，以解决或至少部分解决上述至少一个问题。
为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种蒸发镀膜设备，包括：
蒸发坩埚，所述蒸发坩埚内设置有用于蒸发的蒸发源；
支架，所述蒸发坩埚放置于所述支架上方；
加热器层，所述加热器层设置于所述蒸发坩埚的外周；
称重装置，所述称重装置设置于所述支架底部，并测量所述蒸发坩埚内蒸发源的当前重量。
进一步地，还包括隔热板，所述隔热板设置于称重装置与所述蒸发坩埚的底部之间。
进一步地，还包括冷却层，所述冷却层设置于所述加热器层的外周，且所述冷却层的一端与冷媒连通，另一端与所述隔热板的内腔相连通。
进一步地，还包括保温层，所述保温层设置于所述冷却层与加热器层之间。
本发明还提供一种蒸发源蒸发控制系统，用于如上所示的蒸发镀膜设备，包括：
重量检测单元，所述重量检测单元用于实时检测蒸发源内的剩余原料重量；
蒸发量获取单元，所述蒸发量获取单元用于根据所述重量检测单元检测到的剩余原料重量，以及控制加热的启停信号截取源的工作时间，得到当前蒸发量；
功率控制单元，所述功率控制单元用于将蒸发源的蒸发量分成至少两个百分段位，判断所述蒸发量获取单元所得到的当前蒸发量所处于百分段位，并根据当前蒸发量所在的百分段位对应的调节参量调整加热功率。
可选地，所述调节参量为各百分段位内对应的基础加热给定值与调节参数之和。
可选地，所述百分段位包括0-20％区段、20％-40％区段、40％-60％区段、60％-80％和80％-100％区段，且所述功率控制单元在判断当前蒸发量所处百分段位时，自低百分段位至高百分段位依次比对。
可选地，还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于检测蒸发源的当前温度；
所述蒸发量获取单元还用于将当前温度与基础设定温度相比较，并在当前温度大于或等于基础设定温度时，获取当前蒸发量。
本发明还提供一种蒸发源蒸发控制方法，包括以下步骤：
S1：实时检测蒸发源内的剩余原料重量；
S2：根据所述重量检测单元检测到的剩余原料重量，以及控制加热的启停信号截取源的工作时间，得到当前蒸发量；
S3：将蒸发源的蒸发量分成至少两个百分段位，判断所述蒸发量获取单元所得到的当前蒸发量所处的百分段位，并根据当前蒸发量所在的百分段位对应的调节参量调整加热功率。
进一步地，步骤S3具体包括：
S31：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为0-20％区段，若是，根据0-20％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S32；
S32：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为20％-40％区段，若是，根据20％-40％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S33；
S33：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为40％-60％区段，若是，根据40％-60％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S34；
S34：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为60％-80％，若是，根据60％-80％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S35；
S35：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为80％-100％区段，若是，根据80％-100％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，返回步骤S2。
进一步地，在步骤S1中还包括检测蒸发源的当前温度，将当前温度与基础设定温度相比较，并在当前温度大于或等于基础设定温度时，进入步骤S2。
本发明所提供的蒸发镀膜设备、其蒸发源蒸发控制系统和方法以当前蒸发源中原料剩余数量为依据，实时反馈蒸发源的蒸发速率，并在控制器中进行滤波和运算，计算出当前的蒸发速率，通过分段比对的方式，较为精准地对输出功率进行调节，以实现将金属蒸发源的蒸发速率控制到设定的蒸发速率的目的；同时，其可以检测余量，实现对原料更精细化的管理，降低成本，对蒸发源进行称重，实现在真空环境下对剩余的原料进行准确的量化显示，将蒸发量作为一个设定值进行自动调节，提高工艺参数的可复制性。
附图说明
图1为本发明所提供的蒸发镀膜设备一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的蒸发镀膜控制系统一种具体实施方式的结构框图；
图3为本发明所提供的蒸发镀膜控制方法一种具体实施方式的流程图。
附图标记说明：
1-蒸发坩埚 2-支架 3-加热器层 4-称重装置 5-隔热板 6-冷却层
7-保温层
100-重量检测单元 200-蒸发量获取单元 300-功率控制单元
400-温度检测单元
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的蒸发镀膜设备一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的蒸发镀膜设备包括蒸发坩埚1、支架2、加热器层3和称重装置4；其中，蒸发坩埚1内设置有用于蒸发的蒸发源，蒸发坩埚1放置于所述支架2上方，加热器层3设置于所述蒸发坩埚1的外周，所述称重装置4设置于所述支架2底部，并测量所述蒸发坩埚1内蒸发源的当前重量。在工作过程中，通过设置在底部的称重装置4可随时得到蒸发源的当前重量，该称重装置4可具体为电子秤或台秤等，称得的重量数据可通过显示屏显示，也可以通过手机、电脑等终端显示。
上述支架包括至少两个支撑腿，优选设置三个支撑腿，每个支撑腿上对应设置有称重装置，各所述支撑腿分别作为所述称重装置的称重取样点，称重装置分别测量各支撑腿处的重量值、蒸发坩埚的倾斜角度和蒸发坩埚的重心位置；对应的倾斜角度和重心位置设定有预存的预设重量值，在当前倾斜角度和重心位置状态下，若检测到的重量值不在预设重量值的范围之内、且多次测量均不在预设重量值的范围之内时，则提示测量不准确，可能存在故障，从而实现了故障及时预警。
由于称重装置4内具有电子元器件，当温度发生变化时，尤其是在高温情况下，会对称重装置4的测量精度产生影响，因此，为了降低反应时的高温对称重装置4精度的影响，该蒸发镀膜设备还包括隔热板5，所述隔热板5设置于称重装置4与所述蒸发坩埚1的底部之间。
进一步地，该称重装置4还包括冷却层6，所述冷却层6设置于所述加热器层3的外周，且所述冷却层6的一端与冷媒连通，另一端与所述隔热板5的内腔相连通，以便利用冷媒对隔热板5进行降温，从而保证称重装置4的常温运行。具体地，该冷媒优选为水，也可以为其他能够实现降温换热功能的介质，例如空气等。
在设置了冷却层6后，为了避免冷却对加热温度的影响，需要对加热器层3进行保温处理，即该蒸发镀膜设备还包括保温层7，所述保温层7设置于所述冷却层6与加热器层3之间。
本发明所提供的蒸发镀膜设备设置了称重装置4，能够在工作过程中随时得到蒸发源中原料剩余数量，从而为蒸发源蒸发提供数据支持；同时，该设备中还增设了冷却结构，以提高称重装置4的精度。
除了上述蒸发镀膜设备，本发明还提供一种用于该蒸发镀膜设备的蒸发源蒸发控制系统，如图2所示，该控制系统包括重量检测单元100、蒸发量获取单元200和功率控制单元300；其中，所述重量检测单元100用于根据多个测量点处测量值之间的关系实时获取蒸发源内的剩余原料重量，所述蒸发量获取单元200用于根据所述重量检测单元100检测到的剩余原料重量，以及控制加热的启停信号截取源的工作时间，得到当前蒸发量，所述功率控制单元300用于将蒸发源的蒸发量分成至少两个百分段位，判断所述蒸发量获取单元200所得到的当前蒸发量所处于百分段位，并根据当前蒸发量所在的百分段位对应的调节参量调整加热功率。
上述测量值包括各所述称重取样点处的重量值、所述蒸发坩埚的倾斜角度和所述蒸发坩埚的重心位置。该蒸发源蒸发控制系统还包括故障提示单元，所述故障提示单元用于将所述蒸发坩埚在当前倾斜角度和重心位置状态下的预设重量值与检测到的重量值进行比较，若多次比对下，所检测到的重量值均超出所述预设重量值的阈值范围，则所述故障提示单元发出预警指令。
称重装置分别测量各支撑腿处的重量值、蒸发坩埚的倾斜角度和蒸发坩埚的重心位置；对应的倾斜角度和重心位置设定有预存的预设重量值，在当前倾斜角度和重心位置状态下，若检测到的重量值不在预设重量值的范围之内、且多次测量均不在预设重量值的范围之内时，则故障提示单元通过输出声光报警信号或向智能终端发送推送等方式提示测量不准确，可能存在故障，从而实现了故障及时预警。
具体地，为了提高调节精度，上述调节参量为各百分段位内对应的基础加热给定值与调节参数之和，在不同的百分段位内，基础加热给定值和调节参数值均不相同，同时，采用的蒸发源类型可以为铜、铜、铟、镓、氟化钠、氟化钾等。在80％～100％时，基础加热为20％，调节加热的最大功率控制在10％以内，对输出最大功率进行限制，避免蒸发量的大幅震荡。采用分段位调整的方式，可以将蒸发源的剩余量分为几个档位，在不同档位中采用不同的调节参数对加热功率进行有针对性的调节，从而提高了加热功率的调节精度。
上述百分段位可根据需要分为多个，理论上来讲，百分段位分隔数量越多，精度越高，在该具体实施方式中，综合考虑精度和操作难度的问题，将该百分段位划分为五个段位，即百分段位包括0-20％区段、20％-40％区段、40％-60％区段、60％-80％和80％-100％区段，且所述功率控制单元300在判断当前蒸发量所处百分段位时，自低百分段位至高百分段位依次比对。
进一步地，除了检测蒸发源的剩余量，为了区分工作状态，还包括温度检测单元400，所述温度检测单元400用于检测蒸发源的当前温度，所述蒸发量获取单元200还用于将当前温度与基础设定温度相比较，并在当前温度大于或等于基础设定温度时，获取当前蒸发量。根据检测到的当前温度可判断设备所处的工作状态，若所处工作状态为初始启动状态时，则无需调整加热功率，而若通过检测到的当前温度判断出设备所处工作状态为正常工作状态，则再行根据蒸发源的剩余重量来调整加热功率。
在上述具体实施方式中，本发明所提供的蒸发源蒸发控制系统以当前蒸发源中原料剩余数量为依据，实时反馈蒸发源的蒸发速率，并在控制器中进行滤波和运算，计算出当前的蒸发速率，通过分段比对的方式，较为精准地对输出功率进行调节，以实现将金属蒸发源的蒸发速率控制到设定的蒸发速率的目的；同时，其可以检测余量，实现对原料更精细化的管理，降低成本，对蒸发源进行称重，实现在真空环境下对剩余的原料进行准确的量化显示，将蒸发量作为一个设定值进行自动调节，提高工艺参数的可复制性。
在一种具体实施方式中，本发明还提供一种蒸发源蒸发控制方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
S1：根据多个测量点处测量值之间的关系实时获取蒸发源内的剩余原料重量；
S2：根据所述重量检测单元检测到的剩余原料重量，以及控制加热的启停信号截取源的工作时间，得到当前蒸发量；
S3：将蒸发源的蒸发量分成至少两个百分段位，判断所述蒸发量获取单元所得到的当前蒸发量所处的百分段位，并根据当前蒸发量所在的百分段位对应的调节参量调整加热功率。
在步骤S1中，根据多个测量点处测量值之间的关系实时获取蒸发源内的剩余原料重量为，测量各称重取样点处的重量值、所述蒸发坩埚的倾斜角度和所述蒸发坩埚的重心位置。此时，在步骤S1与S2之间还包括S1-1：将所述蒸发坩埚在当前倾斜角度和重心位置状态下的预设重量值与检测到的重量值进行比较，若多次比对下，所检测到的重量值均超出所述预设重量值的阈值范围，则所述故障提示单元发出预警指令。这样，在工作过程中，若检测到的重量值不在预设重量值的范围之内、且多次测量均不在预设重量值的范围之内时，则提示测量不准确，可能存在故障，从而实现了故障及时预警。
采用分段位调整的方式，可以将蒸发源的剩余量分为几个档位，在不同档位中采用不同的调节参数对加热功率进行有针对性的调节，从而提高了加热功率的调节精度。上述百分段位可根据需要分为多个，理论上来讲，百分段位分隔数量越多，精度越高，在该具体实施方式中，综合考虑精度和操作难度的问题，将该百分段位划分为五个段位。
基于此，步骤S3具体包括：
S31：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为0-20％区段，若是，根据0-20％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S32；
S32：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为20％-40％区段，若是，根据20％-40％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S33；
S33：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为40％-60％区段，若是，根据40％-60％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S34；
S34：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为60％-80％，若是，根据60％-80％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S35；
S35：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为80％-100％区段，若是，根据80％-100％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，返回步骤S2。
进一步地，在步骤S1中还包括检测蒸发源的当前温度，将当前温度与基础设定温度相比较，并在当前温度大于或等于基础设定温度时，进入步骤S2。根据检测到的当前温度可判断设备所处的工作状态，若所处工作状态为初始启动状态时，则无需调整加热功率，而若通过检测到的当前温度判断出设备所处工作状态为正常工作状态，则再行根据蒸发源的剩余重量来调整加热功率。
本发明所提供的蒸发源蒸发控制方法以当前蒸发源中原料剩余数量为依据，实时反馈蒸发源的蒸发速率，并在控制器中进行滤波和运算，计算出当前的蒸发速率，通过分段比对的方式，较为精准地对输出功率进行调节，以实现将金属蒸发源的蒸发速率控制到设定的蒸发速率的目的；同时，其可以检测余量，实现对原料更精细化的管理，降低成本，对蒸发源进行称重，实现在真空环境下对剩余的原料进行准确的量化显示，将蒸发量作为一个设定值进行自动调节，提高工艺参数的可复制性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (15)
1.一种蒸发镀膜设备，其特征在于，包括：
蒸发坩埚(1)，所述蒸发坩埚(1)内设置有用于蒸发的蒸发源；
支架(2)，所述蒸发坩埚(1)放置于所述支架(2)上方，所述支架包括至少两个支撑腿；
加热器层(3)，所述加热器层(3)设置于所述蒸发坩埚(1)的外周；
称重装置(4)，所述称重装置(4)设置于所述支架(2)底部，并测量所述蒸发坩埚(1)内蒸发源的当前重量，且各所述支撑腿分别作为所述称重装置的称重取样点。
2.根据权利要求1所述的蒸发镀膜设备，其特征在于，还包括隔热板(5)，所述隔热板(5)设置于称重装置(4)与所述蒸发坩埚(1)的底部之间。
3.根据权利要求2所述的蒸发镀膜设备，其特征在于，还包括冷却层(6)，所述冷却层(6)设置于所述加热器层(3)的外周，且所述冷却层(6)的一端与冷媒连通，另一端与所述隔热板(5)的内腔相连通。
4.根据权利要求3所述的蒸发镀膜设备，其特征在于，还包括保温层(7)，所述保温层(7)设置于所述冷却层(6)与加热器层(3)之间。
5.一种蒸发源蒸发控制系统，用于如权利要求1-4任一项所述的蒸发镀膜设备，其特征在于，包括：
重量检测单元(100)，所述重量检测单元(100)用于根据多个测量点处测量值之间的关系实时获取蒸发源内的剩余原料重量；
蒸发量获取单元(200)，所述蒸发量获取单元(200)用于根据所述重量检测单元(100)检测到的剩余原料重量，以及控制加热的启停信号截取源的工作时间，得到当前蒸发量；
功率控制单元(300)，所述功率控制单元(300)用于将蒸发源的蒸发量分成至少两个百分段位，判断所述蒸发量获取单元(200)所得到的当前蒸发量所处于百分段位，并根据当前蒸发量所在的百分段位对应的调节参量调整加热功率。
6.根据权利要求5所述的蒸发源蒸发控制系统，其特征在于，所述测量值包括各所述称重取样点处的重量值、所述蒸发坩埚的倾斜角度和所述蒸发坩埚的重心位置。
7.根据权利要求6所述的蒸发源蒸发控制系统，其特征在于，还包括故障提示单元，所述故障提示单元用于将所述蒸发坩埚在当前倾斜角度和重心位置状态下的预设重量值与检测到的重量值进行比较，若多次比对下，所检测到的重量值均超出所述预设重量值的阈值范围，则所述故障提示单元发出预警指令。
8.根据权利要求5所述的蒸发源蒸发控制系统，其特征在于，所述调节参量为各百分段位内对应的基础加热给定值与调节参数之和。
9.根据权利要求8所述的蒸发源蒸发控制系统，其特征在于，所述百分段位包括0-20％区段、20％-40％区段、40％-60％区段、60％-80％和80％-100％区段，且所述功率控制单元(300)在判断当前蒸发量所处百分段位时，自低百分段位至高百分段位依次比对。
10.根据权利要求5-9任一项所述的蒸发源蒸发控制系统，其特征在于，还包括温度检测单元(400)，所述温度检测单元(400)用于检测蒸发源的当前温度；
所述蒸发量获取单元(200)还用于将当前温度与基础设定温度相比较，并在当前温度大于或等于基础设定温度时，获取当前蒸发量。
11.一种蒸发源蒸发控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据多个测量点处测量值之间的关系实时获取蒸发源内的剩余原料重量；
S2：根据所述重量检测单元(100)检测到的剩余原料重量，以及控制加热的启停信号截取源的工作时间，得到当前蒸发量；
S3：将蒸发源的蒸发量分成至少两个百分段位，判断所述蒸发量获取单元(200)所得到的当前蒸发量所处的百分段位，并根据当前蒸发量所在的百分段位对应的调节参量调整加热功率。
12.根据权利要求11所述的蒸发源蒸发控制方法，其特征在于，在步骤S1中，根据多个测量点处测量值之间的关系实时获取蒸发源内的剩余原料重量为，测量各称重取样点处的重量值、所述蒸发坩埚的倾斜角度和所述蒸发坩埚的重心位置。
13.根据权利要求12所述的蒸发源蒸发控制方法，其特征在于，在步骤S1与S2之间还包括：
S1-1：将所述蒸发坩埚在当前倾斜角度和重心位置状态下的预设重量值与检测到的重量值进行比较，若多次比对下，所检测到的重量值均超出所述预设重量值的阈值范围，则所述故障提示单元发出预警指令。
14.根据权利要求11所述的蒸发源蒸发控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S31：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为0-20％区段，若是，根据0-20％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S32；
S32：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为20％-40％区段，若是，根据20％-40％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S33；
S33：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为40％-60％区段，若是，根据40％-60％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S34；
S34：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为60％-80％，若是，根据60％-80％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，入步骤S35；
S35：判断当前蒸发量所处的百分段位是否为80％-100％区段，若是，根据80％-100％区段内预存的基础加热给定值与调节参数之和输出加热功率调整指令，若否，返回步骤S2。
15.根据权利要求14所述的蒸发源蒸发控制方法，其特征在于，在步骤S1中还包括检测蒸发源的当前温度，将当前温度与基础设定温度相比较，并在当前温度大于或等于基础设定温度时，进入步骤S2。
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