CN112588529A - 一种制备均匀薄膜的复合涂布装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种制备均匀薄膜的复合涂布装置及方法，涉及涂布设备领域，包括相对设置的旋转台和刮平件，刮平件中部通过弹性件悬吊在机架上，刮平件远离旋转台的一侧的两端分别抵接有调节机构，用于改变刮平件与旋转台的间距，旋转台转动安装在机架上，并连接驱动机构，用于带动旋转台相对于刮刀转动，通过旋转台和刮平件的配置，使刮涂旋涂一体化，通过刮涂保证湿膜的大面积扩散，利用离心力原理，使样品表面形成一层均匀、稳定的大面积膜层，提高了成品质量。

Description

一种制备均匀薄膜的复合涂布装置及方法

技术领域

本公开涉及涂布设备领域，特别涉及一种制备均匀薄膜的复合涂布装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

旋转涂覆和刮涂为常用的涂料涂布方式。匀胶机又称为旋涂机、甩胶机、旋转涂胶机、旋转涂膜机﹑旋转涂层机、旋转涂布机、真空镀膜机。匀胶机适用于微电子、半导体、制版﹑新能源、生物材料、光学及表面涂覆等工艺，主要应用于溶胶-凝胶实验中的薄膜制作,其工作原理是高速旋转基片,利用离心力使滴在基片上的胶液均匀的涂布在基片上,厚度视不同胶液和基片间的粘滞系数而不同，也和旋转速度及时间有关,可在工矿企业、科研、教育等单位作生产、科研、教学之用；刮涂机又称为刮刀涂膜机，是指将涂料施工于基底上的一道或多道涂层所形成的固态连续膜的机器。

发明人发现，旋涂法具备薄膜厚度精确可控、高性价比、节能、低污染等优势，但是由于表面张力的作用，旋涂法制备的薄膜边缘不均匀，会出现咖啡环效应。同时由于旋涂方法本身的限制，难以制备大面积均匀薄膜；刮涂法能够精确控制湿膜厚度，能够用于大面积制备薄膜，但是薄膜均匀性较差；均难以满足大面积均匀薄膜的涂布需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种制备均匀薄膜的复合涂布装置及方法，通过旋转台和刮平件的配置，使刮涂旋涂一体化，通过刮涂保证湿膜的大面积扩散，利用离心力原理，使样品表面形成一层均匀、稳定的大面积膜层，提高了成品质量。

本公开的第一目的是提供一种制备均匀薄膜的复合涂布装置，采用以下技术方案：

包括相对设置的旋转台和刮平件，刮平件中部通过弹性件悬吊在机架上，刮平件远离旋转台的一侧的两端分别抵接有调节机构，用于改变刮平件与旋转台的间距，旋转台转动安装在机架上，并连接驱动机构，用于带动旋转台相对于刮刀转动。

进一步地，所述机架上安装有供料机构，供料机构包括供料缸和导管，导管一端连通供料缸，另一端作为输出端朝向旋转台。

进一步地，所述机架上设有工作腔，工作台、刮平件均位于工作腔内。

进一步地，所述旋转台设有朝向刮平件的工作台，工作台远离刮平件的一侧设有控温机构，另一侧朝向刮平件，用于承载基底。

进一步地，所述工作台连接有吸附机构，吸附机构包括气源和吸管，吸管一端连通气源，另一端连接工作台，用于吸附基底。

进一步地，所述调节机构间隔安装在机架上，一个调节机构的输出端抵接刮平件一端，另一个调节机构的输出端抵接刮平件另一端，调节机构能够通过伸缩改变其输出端与机架的间距。

进一步地，所述弹性件包括至少两根拉簧，所有拉簧沿刮平件轴向依次间隔且轴线平行布置。

本公开的第二目的是提供一种涂布方法，利用如上所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，包括以下步骤：

将基底送入刮平件与旋转台之间，并将基底固定在旋转台上；

调节刮平件与旋转台的间距，向基底上输送涂料；

启动旋转台转动，利用离心力和刮平件作用共同使涂料在基底上均匀涂布。

进一步地，固定基底后，将调节机构进行调零后，改变调节机构输出端位置从而调节刮平件与旋转台的间距。

进一步地，在向基底上输送涂料前，对涂布工作区域进行温度调节，并在涂料涂布过程中维持温度。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)通过旋转台和刮平件的配置，使刮涂旋涂一体化，通过刮涂保证湿膜的大面积扩散，利用离心力原理，使样品表面形成一层均匀、稳定的大面积膜层，提高了成品质量；

(2)利用抵接刮平件的调节机构结合弹性件，对刮平件的位置进行调节，调节机构能够精确对其输出端进行调节，从而达到精准调整刮平件位置的目的，配合悬吊刮平件的弹性件，能够使得刮平件紧密抵接在刮平件上实现稳固，提高刮平件位置调节的精准性；

(3)配置温控机构对涂布工作空间内的温度进行控制，使得涂料处于合适的温度内，从而使得涂料处于涂布的最佳状态，进一步保证涂布的均匀性；

(4)通过旋转台上方的供料机构向工作台稳定供料，保证涂料的稳定释放，下方的吸附机构能够保证基底紧密贴合在工作台上，提高其在涂布过程中的稳定性，避免因工作台的转动离心力和刮平件施加的推力导致位置改变，避免影响涂布精度的问题。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中涂布装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2中涂布装置的俯视示意图；

图3为本公开实施例1、2中调节机构配合刮平件的结构示意图；

图中，100-供料缸；200-刀架；210-螺旋测微器；220-弹簧；300-刮刀；400-旋转台；500-控温装置；600-电机；700-工作腔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅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设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中旋涂法和刮涂法对基体上的涂料进行涂布时，均存在弊端，难以满足需求；针对上述问题，本公开提出了一种制备均匀薄膜的复合涂布装置及方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种制备均匀薄膜的复合涂布装置。

主要包括旋转台、刮平件、调节机构和机架，其中，旋转台和刮平件相对设置，分别作为旋涂法的驱动机构和刮涂法的作用元件；

刮平件中部通过弹性件悬吊在机架上，刮平件远离旋转台的一侧的两端分别抵接有调节机构，用于改变刮平件与旋转台的间距，旋转台转动安装在机架上，并连接驱动机构，用于带动旋转台相对于刮刀转动。

对于机架，作为整体的支撑元件，机架的顶部部分，通过弹性件配合调节机构调节刮平件与旋转台之间的间距；

对于调节机构，两个调节机构间隔安装在机架上，一个调节机构的输出端抵接刮平件一端，另一个调节机构的输出端抵接刮平件另一端，调节机构能够通过伸缩改变其输出端与机架的间距。

具体的，在本实施中，调节机构为螺旋测微器，弹性件选用拉簧，实现对刮平件的高度调节，能够手动调零以确定所需涂层的高度；

利用螺旋放大原理来测量和调整距旋转台上所放置基底的距离。

利用抵接刮平件的调节机构结合弹性件，对刮平件的位置进行调节，调节机构能够精确对其输出端进行调节，从而达到精准调整刮平件位置的目的，配合悬吊刮平件的弹性件，能够使得刮平件紧密抵接在刮平件上实现稳固，提高刮平件位置调节的精准性。

所述刮平件可以采用可替换的刮刀或线棒，刮刀或线棒具有可替换功能，能够按需要自由调换刮刀或线棒，从而改变刮刀或线棒的规格，通过调整规格，对刮平件的作用区域进行调整，增大或减小涂布作用区域。

机架上安装有供料机构，供料机构包括供料缸和导管，导管一端连通供料缸，另一端作为输出端朝向旋转台；

所述的导管采用软管，其输出端连接在刮平件上，但不影响刮平件的刮平作用，刮平件仅作为导管输出端的辅助固定结构。

对于旋转台，旋转台设有朝向刮平件的工作台，工作台远离刮平件的一侧设有控温机构，另一侧朝向刮平件，用于承载基底；

工作台连接有吸附机构，吸附机构包括气源和吸管，吸管一端连通气源，另一端连接工作台，用于吸附基底；

在本实施例中，所述的气源为真空吸附装置，可以选用真空泵，吸管可以选用气管，气管一端连接真空泵，另一端形成负压并用于吸附固定基底。

所述旋转台的驱动机构选用电机，输出轴竖直放置，对接旋转台中心，并与旋转台同轴设置，使得旋转台顶部端面作为工作面，能够绕轴线转动，并带动基底进行转动实现旋涂。

为了方便工作位置与外部的隔离，机架上设有工作腔，工作腔通过透明板拼接形成，工作台、刮平件均位于工作腔内，并且工作腔能够遮挡、回收溅出的涂料。

进一步地，为了方便涂料的回收，还设有涂料回收结构，其分布在旋转台周向，便于回收多余的涂料同时防止污染机器；

在本实施例中，所述的涂料回收结构可以选用负压源配合回收槽的结构，将多余的涂料吸收后暂存回收。

所述的控温机构包括加热装置、温度传感器，可以实现在有限范围内任意温度的刮涂和旋涂；

所述的加热装置可以选用电加热丝或其他电热元件，能够实现温度的改变与可控调节即可。

配置温控机构对涂布工作空间内的温度进行控制，使得涂料处于合适的温度内，从而使得涂料处于涂布的最佳状态，进一步保证涂布的均匀性。

通过旋转台和刮平件的配置，使刮涂旋涂一体化，通过刮涂保证湿膜的大面积扩散，利用离心力原理，使样品表面形成一层均匀、稳定的大面积膜层，提高了成品质量。

为了方便对其工作过程进行控制，还设有控制台，控制台内部的控制元件连接驱动机构的电机、调节机构的螺旋测微器和温控机构，对其进行调节，从而达到对复合涂布装置的工作温度、转速和刮涂厚度的调节。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种涂布方法，利用如实施例1所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置。

在本实施例中，上述的复合涂布装置包括供料缸100、刀架200、刮刀300、旋转台400、控温装置500、电机600、工作腔700。

刀架200中，弹簧220拉紧刮刀或线棒300，使其与螺旋测微器210测头紧密接触，通过调整螺旋测微器210即可调整刮刀300高度。

包括以下步骤：

第一步，通过可开关操作孔将基底材料送入刮涂旋涂复合机中，放置在旋转台400上。

第二步，打开真空泵，吸附固定基底材料。

第三步，调节弹簧220的高度将刮刀300与基底材料接触，将螺旋测微器210进行手动调零，调节刮刀高度至合适位置。

第四步，通过操控台开启控温装置，调节装置内温度到合适温度。

第五步，开启材供料缸100，向基底加入适量的涂料。

第六步，开启电机600，驱动旋转台400以一定速度旋转一定时间。

第七步，关闭电机，关闭真空吸附装置，关闭控温装置，取出成品。

在涂布过程中，刮涂厚度50μm，室温下涂布，旋转速度为500rpm。

实施例3

本公开的另一典型实施方式中，提出了一种涂布方法，与实施例2的不同之处在于：调整螺旋测微器210，刮涂高度为30μm。

实施例4

本公开的另一典型实施方式中，提出了一种涂布方法，与实施例2的不同之处在于：将刮平件的刮刀更换为线棒。

实施例5

本公开的另一典型实施方式中，提出了一种涂布方法，与实施例2的不同之处在于：调整控温装置500控制工作温度变为50℃。

实施例6

本公开的另一典型实施方式中，提出了一种涂布方法，与实施例2的不同之处在于：控制旋转台400转速变为1500rpm。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，包括相对设置的旋转台和刮平件，刮平件中部通过弹性件悬吊在机架上，刮平件远离旋转台的一侧的两端分别抵接有调节机构，用于改变刮平件与旋转台的间距，旋转台转动安装在机架上，并连接驱动机构，用于带动旋转台相对于刮刀转动。

2.如权利要求1所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，所述机架上安装有供料机构，供料机构包括供料缸和导管，导管一端连通供料缸，另一端作为输出端朝向旋转台。

3.如权利要求1所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，所述机架上设有工作腔，工作台、刮平件均位于工作腔内。

4.如权利要求1所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，所述旋转台设有朝向刮平件的工作台，工作台远离刮平件的一侧设有控温机构，另一侧朝向刮平件，用于承载基底。

5.如权利要求4所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，所述工作台连接有吸附机构，吸附机构包括气源和吸管，吸管一端连通气源，另一端连接工作台，用于吸附基底。

6.如权利要求1所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，所述调节机构间隔安装在机架上，一个调节机构的输出端抵接刮平件一端，另一个调节机构的输出端抵接刮平件另一端，调节机构能够通过伸缩改变其输出端与机架的间距。

7.如权利要求1所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，其特征在于，所述弹性件包括至少两根拉簧，所有拉簧沿刮平件轴向依次间隔且轴线平行布置。

8.一种涂布方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的制备均匀薄膜的复合涂布装置，包括以下步骤：

将基底送入刮平件与旋转台之间，并将基底固定在旋转台上；

调节刮平件与旋转台的间距，向基底上输送涂料；

启动旋转台转动，利用离心力和刮平件作用共同使涂料在基底上均匀涂布。

9.如权利要求8所述的涂布方法，其特征在于，固定基底后，将调节机构进行调零后，改变调节机构输出端位置从而调节刮平件与旋转台的间距。

10.如权利要求8所述的涂布方法，其特征在于，在向基底上输送涂料前，对涂布工作区域进行温度调节，并在涂料涂布过程中维持温度。

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