CN114427076A - 一种电致变色专用镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电致变色专用镀膜设备，属于电致变色材料加工技术领域。本发明包括依次真空密封联接并相互独立的进片室、离子储存层制程室、第一搬运室、离子交换层制程室、第二搬运室、阴极变色层制程室和出片室，每个腔室均设有独立的门阀和真空泵；基片架：用于放置待处理的基板；搬运系统：包括依次穿过生产线的导轨、升降机构、真空泵、门阀、夹紧机构、传感器与动力组件；中央控制系统：用于控制整条生产线运行。本发明的三个制程室与进片室、出片室、搬运室串联起来，实现整个工艺的连续性，避免了产品反复破空后再进行另外一道工序的镀膜，节省时间提高效率，提升离子交换层的膜质，保障产品变色响应时间稳定保持在亚秒量级。

Description

一种电致变色专用镀膜设备

技术领域

本发明属于电致变色材料加工技术领域，尤其涉及一种电致变色专用镀膜设备。

背景技术

电致变色材料的科研和制作设备种类繁多，有溅射法、热蒸发法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、电沉积法等方式；其中发明本专利设备是其中的一种为溅射法，溅射法原理是采用高能量的惰性气体(一般都是Ar)的离子轰击靶材，飞溅出来的靶材原子(或分子)沉积到基板上形成薄膜的方式。溅射法对于高熔点和低气压的元素材料同样能适应，使用范围广。制作出来的薄膜均匀性好，致密性高，和基板贴合紧密，不易脱落而且适用于各种尺寸基板需求。溅射法的溅射设备种类、外观形状也存在多样化，有立式、卧式，垂直单桶式以及垂直多桶式结构，且功能配置上也有较多可选择性。

已有技术对于电致变色的技术要求存在欠缺及制程不够专业，导致响应速度偏慢(10秒左右)，无法实现并维持在亚秒量级的反应，产品寿命有限，容易发生性能降低，或功能失效，无法实现5～10年甚至更长的产品寿命，特别是制程设备十分昂贵，进行批量化生产成本太高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电致变色专用镀膜设备，旨在解决所述背景技术中存在的问题。为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电致变色专用镀膜设备，包括：制程室组：包括依次密封联接并相互独立的进片室、离子储存层制程室、第一搬运室、离子交换层制程室、第二搬运室、阴极变色层制程室和出片室，每个腔室均设有独立的门阀和真空泵；基片架：用于放置待处理的基板；搬运系统：包括依次穿过生产线的导轨、升降机构、真空泵、门阀、夹紧机构、传感器与动力组件；中央控制系统：用于控制整条生产线运行。

生产线各个重要部分的详细设计：

(1)装片站：装片站配置有升降机构、夹紧机构以及光电传感器等部件，对空载的基片架进行夹紧并升降，机械手臂(或作业员)将清洗干净的待镀膜的基板装到基片架上。

(2)第一平移台：配置有夹紧机构、光电传感器、传送系统和伺服电机，能够对工件前后左右精确移动。

(3)进片室：配置有粗抽泵组，通过对粗抽泵组冗余设计，确保部分真空泵出现故障时保证生产持续进行，进片室还配置有真空计、搬送系统、门阀、光电传感器等部件。

(4)离子储存层制程室：此制程室为圆桶式设计，里面搭配有真空升降挂片机构、可旋转伞架、1～2对圆柱旋转ITO阴极系统、1～2对圆柱旋转NiW阴极系统、ICP氧化源、进气反应气体系统、真空计、加热系统、TMP分子泵、电源等,可旋转伞架可以放置1～30块基板同时加工，提高加工效率。

(5)第一搬送室：配置有搬送系统、门阀、TMP分子泵、用于水气凝结和吸附杂质气体的装置，包括但不局限于冷阱。

(6)离子交换层制程室：此制程室为圆桶式设计，里面搭配有真空升降挂片机构、可旋转伞架、2～8对Li阴极系统，该阴极系统包括但不局限于平面阴极系统、圆柱旋转阴极系统，该制程室还包括进气反应气体系统、真空计、TMP分子泵、电源和用于吸附真空腔室的残余气体缩短抽气时间，洁净的真空腔室环境的装置，包括但不限于水汽吸收器。

(7)第二搬送室：配置有搬送系统、门阀、TMP分子泵、用于水汽凝结和吸附杂质气体的装置，包括但不局限于冷阱。

(8)阴极变色层制程室：此制程室为圆桶式设计，里面搭配有真空升降挂片机构、可旋转伞架、1～2对圆柱旋转W阴极系统、1～2对圆柱旋转Si阴极系统、1～2对圆柱旋转ITO阴极系统、ICP氧化源、进气反应气体系统、真空计、加热系统、TMP分子泵、电源等，可旋转伞架可以放置1～30块基板同时加工，提高加工效率。

(9)出片室：配置有粗抽泵组，通过对粗抽泵组冗余设计，确保部分真空泵出现故障时保证生产持续进行，进片室还配置有真空计、搬送系统、门阀、光电传感器等部件。

(10)第二平移台：配置有夹紧机构、光电传感器、传送系统和伺服电机，能够对工件前后左右精确移动。

(11)卸片站：卸片站配置有升降机构、夹紧机构以及光电传感器等部件，更优的，此站可配置机械手臂替代作业人员进行基板卸载。

(12)回流线：配置有搬送系统和传感器，还配置有清洁干燥装置，将基片架清理干净。

(13)前级泵组：该泵组采用冗余设计，配置多台泵机，并将所有的TPM分子泵连接到该泵组。

本发明的有益效果：(1)本发明提供独立的离子交换层真空镀膜环境以保障产品变色响应时间稳定进入亚秒量级，本发明的对与产品变色响应时间稳定性的贡献是十分重要的；(2)本发明提供各制程真空接驳模式，以保障各制程在一次真空内完成至产品表面钝化层的完成，这是产品寿命的重要保障；(3)本发明设计了多个靶材、多种阴极、离子源配合的方式，对阴极靶材、离子源等灵活组合选择，保证了产品的不同需求；(4)本发明集成了多制程设备协同完成的产品工艺，大幅度消减设备成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的整体示意图；

图2为本发明的中央控制系统的控制示意图；

图3为本发明的镀膜方法流程示意图。

其中，图中各附图标记：

1、搬运系统；11、装片站；111、基片架；112、基板；12、第一平移台；13、进片室；131、粗抽泵组；14、第一搬运室；141、冷阱；15、第二搬运室；16、出片室；17、第二平移台；18、卸片站；19、门阀；2、制程室组；21、离子储存层制程室；211、TMP分子泵；212、ITO阴极系统；213、NiW阴极系统；214、ICP氧化源；215、加热系统；22、离子交换层制程室；221、Li阴极系统；222、水汽吸收器；23、阴极变色层制程室；231、W阴极系统；232、Si阴极系统；24、前级泵组。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

如图1～2所示，本发明实施例提供了一种电致变色专用镀膜设备，包括依次真空密封联接并相互独立的进片室13、离子储存层制程室21、第一搬运室14、离子交换层制程室22、第二搬运室15、阴极变色层制程室23和出片室16，每个腔室均设有独立的门阀19和真空泵；用于放置待处理基板112的基片架111；包括依次穿过生产线的导轨、升降机构、真空泵、门阀19、夹紧机构、传感器与动力组件；中央控制系统：用于控制整条生产线运行。

本发明采用闭环设计，部分重要设备采用冗余设计，本发明的整体构造由中央处理系统、搬运系统1与制程室组2构成，具体为：用于装载基板112的装片站11，装片站11内设有升降机构、夹紧机构以及光电传感器等，在装片站11装好基板112后传输到第一平移台12；第一平移台12配置有夹紧机构、光电传感器、传送系统和伺服电机，第一平移台12将基片架111传送到进片室13；进片室13内配置有粗抽泵组131，通过对粗抽泵组131冗余设计，确保部分真空泵出现故障时保证生产持续进行，进片室13还配置有真空计、搬送系统、门阀19、光电传感器等部件，实现基片架111从大气到真空的过渡，待进片室13抽至真空后，基片架111被传送到离子储存层制程室21。

离子储存层制程室21为圆桶式设计，里面搭配有真空升降挂片机构、可旋转伞架、1～2对圆柱旋转ITO阴极系统212、1～2对圆柱旋转NiW阴极系统213、ICP氧化源214、进气反应气体系统、真空计、加热系统215、TMP分子泵211、电源等,多个TMP分子泵211连接到前级泵组24，可旋转伞架可以放置1～30块基板112同时加工，提高加工效率，加工完的基板112被传送到第一搬送室14；第一搬送室14配置有搬送系统、门阀19、TMP分子泵211、用于水汽凝结和吸附杂质气体的冷阱141，第一搬送室14起到真空接驳和制程隔离的作用，待离子交换层制程室22内的基板112加工完后，基板112从第一搬送室14传送至离子交换层制程室22。

离子交换层制程室22为圆桶式设计，里面搭配有真空升降挂片机构、可旋转伞架、2～8对Li阴极系统221，该阴极系统包括但不局限于平面阴极系统、圆柱旋转阴极系统，该制程室还包括进气反应气体系统、真空计、TMP分子泵211、电源和用于吸附真空腔室的残余气体缩短抽气时间，洁净的真空腔室环境的水汽吸收器222，加工完的基板112被传送到第二搬送室15；第二搬送室15配置有搬送系统、门阀19、TMP分子泵211、用于水气凝结和吸附杂质气体的冷阱141，第二搬送室15起到真空接驳和制程隔离的作用，待阴极变色层制程室23内的基板112加工完后，基板112从第二搬送室15传送到阴极变色层制程室23；阴极变色层制程室23为圆桶式设计，里面搭配有真空升降挂片机构、可旋转伞架、1～2对圆柱旋转W阴极系统231、1～2对圆柱旋转Si阴极系统232、1～2对圆柱旋转ITO阴极系统212、ICP氧化源214、进气反应气体系统、真空计、加热系统215、TMP分子泵211、电源等，可旋转伞架可以放置1～30块基板112同时加工，提高加工效率，基板112加工完后被传送到出片室16。

出片室16配置有粗抽泵组131，通过对粗抽泵组131冗余设计，确保部分真空泵出现故障时保证生产持续进行，进片室13还配置有真空计、搬送系统、门阀19、光电传感器等部件，出片室16的作用是将基板112从真空过渡到大气，出片室16将基板112传送到第二平移台17；第二平移台17配置有夹紧机构、光电传感器、传送系统和伺服电机，第二平移台17将基板112传送到卸片站18；卸片站18配置有升降机构、夹紧机构以及光电传感器等部件，更优的，此站可配置机械手臂替代作业人员进行基板112卸载，空的基片架111从卸片站18回到回流线；回流线配置有搬送系统和传感器，还配置有清洁干燥装置，将基片架111清理干净，基片架111从回流线传送到装片站11，首尾相连，闭环设计，实现高效率生产。

如图3所示，基板112在经过装片站11、第一平移台12与进片室13到达离子储存层制程室21后，离子储存层制程室21的门阀19关闭，基板112先采用加热系统215与ITO阴极系统212进行第一透明导电层ITO薄膜沉积，然后采用NiW阴极系统213与ICP氧化源214搭配沉积出离子储存层需要的NiOx薄膜；基板112沉积完两层薄膜后传送到第一搬运室14内制程隔离，然后进入离子交换层制程室22，在离子交换层制程室22内通过Li阴极系统221对基板112进行Li薄膜沉积，此时基板112已进行三层薄膜沉积；基板112通过第二搬运室15到达阴极变色层制程室23，电致变色层的W阴极系统231与ICP氧化源214搭配沉积出电致变色层需要的WO3薄膜，电致变色层薄膜沉积完成后再采用加热系统215与ITO阴极系统212进行第二透明导电层ITO薄膜沉积，最后Si阴极系统232与ICP氧化源214搭配沉积出离子阻挡层需要的SiOx薄膜。此时基板112已全部沉积完所需的6层薄膜，基板112在沉积过程中无需破空，连续性生产，大幅度提高了效率节省了能耗，降低加工成本。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式，本文所使用的术语“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“前端”、“后端”以及类似的表达是参考附图的位置关系。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于包括：

制程室组：包括依次真空密封联接并相互独立的进片室、离子储存层制程室、第一搬运室、离子交换层制程室、第二搬运室、阴极变色层制程室和出片室，每个腔室均设有相对独立的门阀和真空泵等真空系统；

基片架：用于放置待处理的基板；

搬运系统：包括依次穿过生产线的导轨、真空升降机构、真空泵、门阀、夹紧机构、传感器与动力组件；

中央控制系统：用于控制整条生产线运行。

2.根据权利要求1所述的一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于：所述离子储存层制程室内部设有用于沉积第一透明导电层ITO薄膜与NiW薄膜的阴极系统、ICP氧化源和加热系统，所述离子交换层制程室内部设有用于沉积Li薄膜的阴极系统，所述阴极变色层制程室内部设有用于沉积WO3薄膜、第二透明导电层ITO薄膜和SiOx薄膜的阴极系统、氧化源和加热系统；

3.根据权利要求1所述的一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于：所述进片室与出片室设有用于抽真空的粗抽泵组，所述离子储存层制程室、第一搬运室、离子交换层制程室、第二搬运室与阴极变色层制程室均设有数量不少于一个的TMP分子泵，所述TMP分子泵与前级泵组连接，所述第一搬运室与第二搬运室设有用于水汽凝结和吸附杂质气体的装置，包括但不限于冷阱、水汽吸收器。

4.根据权利要求2所述的一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于：所述离子储存层制程室的阴极系统包括0～3对圆柱旋转的ITO阴极系统与0～3对圆柱旋转的NiW阴极系统；所述离子交换层制程室的阴极系统为0～6对Li阴极系统，所述离子交换层制程室内还包括用于吸附真空腔室的残余气体缩短抽气时间、洁净真空腔室环境的装置，包括但不限于冷阱、水汽吸收器；所述阴极变色层制程室的阴极系统为0～4对W阴极系统、0～3对圆柱旋转的Si阴极系统和0～3对圆柱旋转的ITO阴极系统。

5.根据权利要求4所述的一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于：所述离子储存层制程室、离子交换层制程室与阴极变色层制程室内部均设有真空升降挂片机构、可旋转伞架、进气反应气体系统与真空计，所述可旋转伞架可放置数量不少于1个基板。

6.根据权利要求1所述的一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于：所述搬运系统还包括装片站、第一平移台、第二平移台、卸片站。

7.根据权利要求1～6任一所述的一种电致变色专用镀膜设备，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在装片站将基板安装到空载的基片架上，夹紧机构夹紧基片架后通过第一平移台传送到进片室；

(2)基板进入进片室后门阀关闭并使用真空泵进行抽真空，进片室抽至真空后将靠近离子储存层制程室一侧的门阀打开，然后将基片架传送到已抽取至真空状态的离子储存层制程室，最后将门阀关闭；

(3)离子储存层制程室的真空升降挂片机构将基片架的基板安装到可旋转伞架上，基板装载完毕后伞架旋转并加热，进行第一透明导电层ITO薄膜沉积，第一透明导电层沉积完成后再进行离子储存层沉积，离子储存层的NiW阴极系统与ICP氧化源搭配沉积出离子储存层需要的NiW薄膜；两层薄膜沉积完成后，把基板通过真空升降挂片机构卸载下来放到基片架上，打开靠近第一搬送室的门阀并传送到已抽取至真空的第一搬送室；

(4)第一搬送室将离子储存层制程室沉积好的基板搬送到已抽真空的离子交换层制程室；第一搬送室配置水氧检测机构，实时检测搬送气氛；

(5)离子交换层制程室的真空升降挂片机构将基片架的基板安装到可旋转伞架上，基板装载完毕后伞架旋转并加热系统加热，进行离子导电层的Li薄膜沉积，Li薄膜沉积完成后，把基板通过真空升降挂片机构卸载下来放到基片架上，门阀打开并传送到已抽取至真空的第二搬送室；离子交换层制程室配置水氧检测机构，实时检测镀膜气氛；

(6)第二搬送室将离子交换层制程室沉积好的基板搬送到已抽取至真空的阴极变色层制程室；第二搬送室配置水氧检测机构，实时检测搬送气氛；

(7)阴极变色层制程室的真空升降挂片机构将基片架的基板安装到可旋转伞架上，基板装载完毕后伞架旋转并加热；然后进行电致变色层薄膜沉积，电致变色层的W阴极系统与ICP氧化源搭配沉积出电致变色层需要的WO3薄膜，电致变色层薄膜沉积完成后再进行第二透明导电层ITO薄膜沉积，最后Si阴极系统与ICP氧化源搭配沉积出离子阻挡层需要的SiOx薄膜与SiNx薄膜，三层薄膜沉积完成后，把基板通过真空升降挂片机构卸载下来放到基片架上，靠近出片室一侧的门阀打开并传送到已抽取至真空的出片室；

(8)关闭靠近阴极变色层制程室一侧的阀门后打开靠近第二平移台一侧的阀门，将基片架从出片室搬送到第二平移台上去，第二平移台将基片架搬送到卸片站，在卸片站把加工完成的基板卸下，然后基片架被传送至装片站，再次进入加工循环。

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