CN113403587A - 一种可移动温控沙浴束源炉及其安装和镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可移动温控沙浴束源炉及其安装和镀膜方法，通过填充沙能够使得热量传递更快，温度控制更精确迅速，并且结构设计为可移动，利于在不同真空腔的使用兼容性及普遍性。本申请的可移动温控沙浴束源炉通过填充沙实现采用沙浴加热方式加热，使热量传递方式从单一的热辐射传递变为热传导和热辐射两种热传递方式，使热量传递更快，温度控制更精确迅速；同时，本申请的可移动温控沙浴束源炉结构简单，可移动的特点利于调节束源炉在真空蒸镀腔里的位置以及相对于样品的位置，也利于束源炉对不同构造的真空蒸镀腔的广泛兼容性。

Description

一种可移动温控沙浴束源炉及其安装和镀膜方法

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，具体涉及一种可移动温控沙浴束源炉及其安装和镀膜方法。

背景技术

在蒸发镀膜设备中，束源炉是其内部重要的组成部分。通常要求在束源炉工作的过程中，温度精确可控，与热真空蒸发沉积的样品之间的距离可调，不会产生杂质气体污染腔体及蒸镀样品。现有的热蒸发束源炉多采用电阻丝或灯管加热坩埚，由于不接触，热源与坩埚之间的热量传递方式仅为热辐射，不利于精确控温。如果加热丝与坩埚接触，则可能导致受热不均匀影响药品的有效使用。另外，现有的热蒸发束源炉为了提高集成度，通常要求使用法兰将整个束源炉固定在真空腔上，导致束源炉在真空腔中的位置和接口要求苛刻，不利于在不同真空腔的使用兼容性及普遍性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种可移动温控沙浴束源炉及其安装和镀膜方法，通过填充沙能够使得热量传递更快，温度控制更精确迅速，并且结构设计为可移动，利于在不同真空腔的使用兼容性及普遍性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的一种可移动温控沙浴束源炉，包括束源炉底部支脚、束源炉体、束源炉体盖板、填充沙、真空隔热内胆、加热环、温度探头、耐高温陶瓷板、电极接线柱绝缘陶瓷防护罩、温控仪以及调压器；

其中，所述束源炉体侧面有一处开口，开口处带有卡槽；

真空隔热内胆嵌在束源炉体内，真空隔热内胆与束源炉体接触并在对应的位置同样有开口；

所述耐高温陶瓷板嵌入所述束源炉体开口处卡槽里，一面附着有气凝胶隔热复合材料，另一面铸有椭圆柱状的电极接线柱绝缘陶瓷防护罩；

附着有气凝胶隔热复合材料侧安装有加热环和温度探头；

束源炉体壁顶设有螺纹孔；束源炉体盖板设置在束源炉体顶部，束源炉体盖板中心设有中央通孔，边缘处带有炉体盖板固定通孔；其中，束源炉体盖板中央通孔用于放入坩埚，炉体盖板固定通孔位置与束源炉体壁顶螺纹孔位置和尺寸对应，炉体盖板固定通孔用于螺钉穿过，将所述束源炉体盖板固定到束源炉体壁顶的螺纹孔处；

束源炉体内其余部分通过填充沙填满并支撑固定住温度探头和坩埚，使温度探头和坩埚接触；

束源炉体支脚、束源炉体、真空隔热内胆、加热环、耐高温陶瓷板、电极接线柱绝缘陶瓷防护罩、填充沙、坩埚、温度探头以及束源炉体盖板均放置在真空腔体内进行工作；

温控仪放置在真空腔体外，使用导线通过真空腔体的内外接线柱与真空腔内的加热环和温度探头连接，其中，加热环对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱外侧与调压器连接再和温控仪连接。

其中，所述束源炉体为耐高温陶瓷铸成的圆柱体。

其中，所述真空隔热内胆为耐高温的玻璃真空密封腔体，形体与束源炉体支脚以上部分相同类似，有开口，但无卡槽，外径小于束源炉体的内径。

其中，所述填充沙为抛光处理后清洗干净的直径为2mm到3mm之间的碳化硅球状颗粒。

其中，所述束源炉体盖板采用耐高温合金材料，分别为对称的两块半圆柱板，总面积与束源炉体顶部一致，均在圆心位置开有半圆形的通孔，两个对称的半圆柱板的通孔组合的截面圆形直径大于坩埚的直径。

本发明还提供了一种可移动温控沙浴束源炉的安装方法，对本发明所述的可移动温控沙浴束源炉进行安装，包括以下步骤：

S1、用无尘擦拭布蘸取无水乙醇清洗干净所述的真空腔体内工作的部件；将填充沙浸在无水乙醇里进行超声清洗后装在盛放填充沙的器皿里，然后把清洗后的部件均摆放在通风橱内的工作台上；

S2、将玻璃真空隔热内胆安装在束源炉体内，二者的开口处重合；

S3、将加热环和温度探头分别通过卡具固定在耐高温陶瓷板的附着有气凝胶隔热复合材料侧；

S4、将固定好的耐高温陶瓷板安装到束源炉体的开口处的卡槽里，

S5、用螺钉将一块束源炉体盖板固定到束源炉体上，

S6、将空的坩埚固定到束源炉体盖板的半圆形通孔处，调整温度探头的位置靠近坩埚，将填充沙舀出填充到束源炉体内玻璃真空隔热内胆之上，直到填满到束源炉体盖板并支撑固定住温度探头和坩埚的位置；

S7、将另一块束源炉体盖板用螺钉固定到束源炉体上；

S8、将以上组装完成的束源炉包含内部的所有部件一起放到真空腔体内，通过导线将温度探头及加热环的正负极接线柱连接到真空腔体的内外引线接线柱的内侧；

S9、将温度探头对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱外侧再通过导线与温控仪连接，将加热环对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱外侧再通过导线与调压器连接再和温控仪连接，温控仪接通电源，完成安装。

本发明还提供了一种蒸发镀膜方法，使用本发明所述的可移动温控沙浴束源炉进行镀膜，包括如下步骤：

S10、将真空腔体抽到真空度1.5×10^-4Pa量级，将温控仪设置为最大温度1200℃，调压器电压调大到加热环额定电压的80％，首次使用时，在真空腔体内坩埚中不加入沉积材料空烧2小时，再次使用时空烧30分钟；

S11、空烧后自然冷却，给真空腔体放气后，取出坩埚，装入热蒸发沉积的目标材料药品，药品的装入量不超过坩埚容积的2/3，将温控仪最大温度设置为药品的蒸发温度，调压器电压从零调大到能驱动加热环达到目标温度控制样品的蒸发速率，实现对待镀膜产品的蒸发镀膜。

有益效果：

本申请的可移动温控沙浴束源炉通过填充沙实现采用沙浴加热方式加热，使热量传递方式从单一的热辐射传递变为热传导和热辐射两种热传递方式，使热量传递更快，温度控制更精确迅速；同时，本申请的可移动温控沙浴束源炉结构简单，可移动的特点利于调节束源炉在真空蒸镀腔里的位置以及相对于样品的位置，也利于束源炉对不同构造的真空蒸镀腔的广泛兼容性。

本申请的可移动温控沙浴束源炉可以精确迅速控制束源炉的温度从而达到精确控制热蒸发沉积的速率而影响成膜质量，而且蒸发温度可达到1200℃的高温。

本发明的可移动温控沙浴束源炉安装方法简单，便捷，安装效率高。

本发明的镀膜方法，采用本发明的可移动温控沙浴束源炉，镀膜过程中，能够精确迅速控制束源炉的温度从而达到精确控制热蒸发沉积的速率而影响成膜质量，而且蒸发温度可达到1200℃的高温，能够实现快速良好的镀膜。

附图说明

图1为本申请实施例的组成部件示意图。

图2为本申请实施例的图1的A-A剖视图。

图3为本申请的真空腔内工作部件的组装过程示意图。

图4为本申请的真空腔内工作部件组装完成后的示意图。

图5为本申请的真空腔内外部件的连接示意图。

图6为本申请的温度控制原理图。

其中，1-束源炉底部支脚，2-开口处卡槽，3-束源炉体，4-束源炉体壁顶螺纹孔，5-炉体盖板通孔，6-束源炉体盖板，7-盛放填充沙的器皿，8-填充沙，9-坩埚，10-真空隔热内胆，11-加热环，12-温度探头，13-温度探头安装孔，14-耐高温陶瓷板，15-加热环接线柱孔，16-电极接线柱绝缘陶瓷防护罩，17-温控仪，18-调压器，19-真空腔体，20-真空腔体的内外接线柱。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种可移动温控沙浴束源炉，包括束源炉底部支脚1、束源炉体3、束源炉体盖板6、盛放填充沙的器皿7、填充沙8、坩埚9、真空隔热内胆10、加热环11、温度探头12、耐高温陶瓷板14、电极接线柱绝缘陶瓷防护罩16、温控仪17以及调压器18。

其中，束源炉底部支脚1数目为3，3个束源炉体支脚三角分布于束源炉体3底部。

本实施例中，所述束源炉体3为耐高温陶瓷铸成的圆柱体。束源炉体3侧面有一处开口，开口处带有卡槽2。

真空隔热内胆10嵌在束源炉体3内，真空隔热内胆10与束源炉体3接触并在对应的位置同样有开口。所述真空隔热内胆10为耐高温的玻璃真空密封腔体，形体与束源炉体支脚1以上部分类似，有开口，但无卡槽，外径略小于束源炉体3的内径。

所述耐高温陶瓷板14可以嵌入所述束源炉体开口处卡槽2里，一面附着有气凝胶隔热复合材料，这一侧定义为相对于束源炉体的内侧，在内侧可安装加热环11和温度探头12，另一面铸有椭圆柱状的电极接线柱绝缘陶瓷防护罩16，这一侧定义为相对于束源炉体3的外侧。耐高温陶瓷板14内侧设有温度探头安装孔13和加热环接线柱孔15。具体地，所述加热环11为环形的碳化硅加热棒，环形的碳化硅加热棒通过卡具固定到耐高温陶瓷板14内侧的加热环接线柱孔15上。所述温度探头12通过卡具固定到耐高温陶瓷板14内侧的温度探头安装孔13上。

温度探头12及加热环11的正负极接线柱通过导线连接到真空腔的内外引线接线柱20的内侧。所述温控仪17通过真空腔体的内外接线柱20与加热环11和温度探头12用导线连接。具体地，温度探头12对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱20外侧再与温控仪17连接，加热环11对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱20外侧与调压器18连接再和温控仪17连接，温控仪17接通电源。

束源炉体3壁顶设有螺纹孔4，本实施例中，螺纹孔4为6个对称分布的M2的螺纹孔；束源炉体盖板6设置在束源炉体3顶部，束源炉体盖板6中心设有中央通孔，边缘处带有炉体盖板固定通孔5，本实施例中炉体盖板固定通孔5为M2通孔，数目为6。束源炉体盖板中央通孔用于放入坩埚9，所述坩埚9选用透明高纯石英坩埚；束源炉体盖板6边缘处的炉体盖板固定通孔5用于螺钉穿过，本实施例中，束源炉体盖板6通过6颗M2×10mm的螺钉穿过边缘处的M2通孔固定到束源炉体壁顶的M2螺纹孔处。具体地，所述束源炉体盖板6采用耐高温合金材料，分别为对称的两块半圆柱板，总面积与束源炉体3顶部一致，均在圆心位置开有半圆形的通孔，两个对称的半圆柱板的通孔组合的截面圆形直径略大于坩埚9的直径，炉体盖板固定通孔5位置与束源炉体壁顶螺纹孔位置和尺寸对应。

束源炉体内其余部分通过填充沙8填满并支撑固定住温度探头12和坩埚9，使温度探头12和坩埚9接触。所述填充沙8为抛光处理后清洗干净的直径为2mm到3mm之间的碳化硅球状颗粒。

在整套设备正常工作时，束源炉体支脚1、束源炉体3、真空隔热内胆10、加热环11、耐高温陶瓷板14、电极接线柱绝缘陶瓷防护罩16、填充沙8、坩埚9、温度探头12以及束源炉体盖板6均放置在真空腔体19内进行工作。温控仪17放置在真空腔体19外合适的位置，使用导线通过真空腔体的内外接线柱20与真空腔内的加热环11和温度探头12连接，盛放填充沙的器皿7放置在真空腔外合适的位置。所述盛放填充沙8的器皿7为塑料容器，容量大于束源炉体3的容量。

本发明还提供了一种可移动温控沙浴束源炉的安装方法，包括以下步骤：

S1、用无尘擦拭布蘸取无水乙醇清洗干净所述的真空腔体19内工作的部件；将填充沙8浸在装有干净的无水乙醇的大烧杯里批量进行超声清洗3次后装在干净的盛放填充沙的器皿7里，然后把以上清洗干净的部件均摆放在通风橱内干净的工作台上；

S2、将玻璃真空隔热内胆10安装在束源炉体3内，二者的开口处重合；

S3、将加热环11和温度探头12分别通过卡具固定在耐高温陶瓷板14的内侧；

S4、将固定好的耐高温陶瓷板14安装到束源炉体的开口处的卡槽2里，

S5、用3颗M2×10mm的螺钉将一块束源炉体盖板6固定到束源炉体3上，

S6、将空的坩埚9用干净的镊子夹住固定到束源炉体盖板6的半圆形通孔处，调整温度探头12的位置靠近坩埚9，将填充沙8用干净的勺子舀出填充到束源炉体3内玻璃真空隔热内胆10之上，直到填满到束源炉体盖板6并支撑固定住温度探头12和坩埚9的位置；

S7、将另一块束源炉体盖板6用3颗M2×10mm的螺钉固定到束源炉体3上；

S8、将以上组装完成的束源炉包含内部的所有部件一起放到真空腔体19内的合适位置，通过导线将温度探头12及加热环11的正负极接线柱连接到真空腔体的内外引线接线柱20的内侧；

S9、将温度探头12对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱20外侧再通过导线与温控仪17连接，将加热环11对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱20外侧再通过导线与调压器18连接再和温控仪17连接，温控仪17接通电源，完成安装。

本发明还提供了一种蒸发镀膜方法，使用本发明的可移动温控沙浴束源炉，包括如下步骤：

S10、将真空腔体19抽到较高真空度1.5×10^-4Pa量级，将温控仪17设置为最大温度1200℃，调压器18电压调大到加热环11额定电压的80％，首次使用时，在真空腔体19内坩埚9中不加入沉积材料空烧2小时，再次使用时只需要空烧30分钟。

S11、空烧后自然冷却，给真空腔体19放气后，用干净的镊子取出坩埚9，装入适量的热蒸发沉积的目标材料药品，药品的装入量不超过坩埚9容积的2/3，将温控仪17最大温度设置为药品的蒸发温度，调压器18电压从零缓慢调大到能驱动加热环11达到目标温度控制样品的蒸发速率，实现对待镀膜产品的蒸发镀膜。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可移动温控沙浴束源炉，其特征在于，包括束源炉底部支脚(1)、束源炉体(3)、束源炉体盖板(6)、填充沙(8)、真空隔热内胆(10)、加热环(11)、温度探头(12)、耐高温陶瓷板(14)、电极接线柱绝缘陶瓷防护罩(16)、温控仪(17)以及调压器(18)；

其中，所述束源炉体(3)侧面有一处开口，开口处带有卡槽(2)；

真空隔热内胆(10)嵌在束源炉体(3)内，真空隔热内胆(10)与束源炉体(3)接触并在对应的位置同样有开口；

所述耐高温陶瓷板(14)嵌入所述束源炉体开口处卡槽(2)里，一面附着有气凝胶隔热复合材料，另一面铸有椭圆柱状的电极接线柱绝缘陶瓷防护罩(16)；

附着有气凝胶隔热复合材料侧安装有加热环(11)和温度探头(12)；

束源炉体(3)壁顶设有螺纹孔(4)；束源炉体盖板(6)设置在束源炉体(3)顶部，束源炉体盖板(6)中心设有中央通孔，边缘处带有炉体盖板固定通孔(5)；其中，束源炉体盖板中央通孔用于放入坩埚(9)，炉体盖板固定通孔(5)位置与束源炉体壁顶螺纹孔位置和尺寸对应，炉体盖板固定通孔(5)用于螺钉穿过，将所述束源炉体盖板(6)固定到束源炉体壁顶的螺纹孔(4)处；

束源炉体内其余部分通过填充沙(8)填满并支撑固定住温度探头(12)和坩埚(9)，使温度探头(12)和坩埚(9)接触；

束源炉体支脚(1)、束源炉体(3)、真空隔热内胆(10)、加热环(11)、耐高温陶瓷板(14)、电极接线柱绝缘陶瓷防护罩(16)、填充沙(8)、坩埚(9)、温度探头(12)以及束源炉体盖板(6)均放置在真空腔体(19)内进行工作；

温控仪(17)放置在真空腔体(19)外，使用导线通过真空腔体的内外接线柱(20)与真空腔内的加热环(11)和温度探头(12)连接，其中，加热环(11)对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱(20)外侧与调压器(18)连接再和温控仪(17)连接。

2.如权利要求1所述的可移动温控沙浴束源炉，其特征在于，所述束源炉体(3)为耐高温陶瓷铸成的圆柱体。

3.如权利要求2所述的可移动温控沙浴束源炉，其特征在于，所述真空隔热内胆(10)为耐高温的玻璃真空密封腔体，形体与束源炉体支脚(1)以上部分相同类似，有开口，但无卡槽，外径小于束源炉体(3)的内径。

4.如权利要求1所述的可移动温控沙浴束源炉，其特征在于，所述填充沙(8)为抛光处理后清洗干净的直径为2mm到3mm之间的碳化硅球状颗粒。

5.如权利要求1-4任意一项所述的可移动温控沙浴束源炉，其特征在于，所述束源炉体盖板(6)采用耐高温合金材料，分别为对称的两块半圆柱板，总面积与束源炉体(3)顶部一致，均在圆心位置开有半圆形的通孔，两个对称的半圆柱板的通孔组合的截面圆形直径大于坩埚(9)的直径。

6.一种可移动温控沙浴束源炉的安装方法，其特征在于，对如权利要求5所述的可移动温控沙浴束源炉进行安装，包括以下步骤：

S1、用无尘擦拭布蘸取无水乙醇清洗干净所述的真空腔体(19)内工作的部件；将填充沙(8)浸在无水乙醇里进行超声清洗后装在盛放填充沙的器皿(7)里，然后把清洗后的部件均摆放在通风橱内的工作台上；

S2、将玻璃真空隔热内胆(10)安装在束源炉体(3)内，二者的开口处重合；

S3、将加热环(11)和温度探头(12)分别通过卡具固定在耐高温陶瓷板(14)的附着有气凝胶隔热复合材料侧；

S4、将固定好的耐高温陶瓷板(14)安装到束源炉体的开口处的卡槽(2)里，

S5、用螺钉将一块束源炉体盖板(6)固定到束源炉体(3)上，

S6、将空的坩埚(9)固定到束源炉体盖板(6)的半圆形通孔处，调整温度探头(12)的位置靠近坩埚(9)，将填充沙(8)舀出填充到束源炉体(3)内玻璃真空隔热内胆(10)之上，直到填满到束源炉体盖板(6)并支撑固定住温度探头(12)和坩埚(9)的位置；

S7、将另一块束源炉体盖板用螺钉固定到束源炉体(3)上；

S8、将以上组装完成的束源炉包含内部的所有部件一起放到真空腔体(19)内，通过导线将温度探头(12)及加热环(11)的正负极接线柱连接到真空腔体的内外引线接线柱(20)的内侧；

S9、将温度探头(12)对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱(20)外侧再通过导线与温控仪(17)连接，将加热环(11)对应的接线柱通过真空腔的内外引线接线柱(20)外侧再通过导线与调压器(18)连接再和温控仪(17)连接，温控仪(17)接通电源，完成安装。

7.一种蒸发镀膜方法，其特征在于，使用如权利要求1-4任意一项所述的可移动温控沙浴束源炉进行镀膜，包括如下步骤：

S10、将真空腔体(19)抽到真空度1.5×10^-4Pa量级，将温控仪(17)设置为最大温度1200℃，调压器(18)电压调大到加热环(11)额定电压的80％，首次使用时，在真空腔体(19)内坩埚(9)中不加入沉积材料空烧2小时，再次使用时空烧30分钟；

S11、空烧后自然冷却，给真空腔体(19)放气后，取出坩埚(9)，装入热蒸发沉积的目标材料药品，药品的装入量不超过坩埚(9)容积的2/3，将温控仪(17)最大温度设置为药品的蒸发温度，调压器(18)电压从零调大到能驱动加热环(11)达到目标温度控制样品的蒸发速率，实现对待镀膜产品的蒸发镀膜。

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