CN114875368A - 双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，包括真空室、设于真空室内的放卷系统和收卷系统，在放卷系统和收卷系统之间设有双镀膜辊，真空室内设有隔气板，隔气板将真空室内部分成等离子体镀膜源腔室和蒸发镀膜室，双镀膜辊设于等离子体镀膜源腔室中，薄膜基材从放卷系统输出，进入等离子体镀膜源腔室及蒸发镀膜室、绕过双镀膜辊后复卷在收卷系统上。本发明的一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，复合蒸发镀膜和等离子体镀膜源成膜于一体，实现等离子体镀膜源成膜与热蒸发相互交替的镀膜方式，提升膜层均匀性和结合力，来回往复镀膜，加快镀膜厚度的沉积、提升镀膜速度和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜设备技术领域，尤其是涉及一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备。
背景技术
目前，卷绕镀膜设备多采用真空蒸发镀膜和真空溅射镀膜两种方式。或者依次、重复通过蒸发镀膜和等离子体镀膜源成膜结合的方式。其中，两者镀制薄膜的厚度不同，对于真空度的要求也不同。随着薄膜电池和新能源电池等领域的发展，迫切需要新型的薄膜材料；薄膜层要厚、膜层均匀性和接合力好、生产效率高，适合大批量生产。而现有的镀膜设备需要依次经过蒸发镀膜设备镀制后，再进入溅射镀膜设备进行镀制另一层，在两种设备间循环重复，以实现复合镀膜的目的。但是，现有的镀膜方式采用两种设备结合镀制的方式，生产效率低，而且从一个设备进入另一个设备时难以保证良好的真空度，影响镀膜的质量。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，复合蒸发镀膜和等离子体镀膜源成膜于一体，实现等离子体镀膜源成膜与热蒸发相互交替的镀膜方式，提升膜层均匀性和结合力，来回往复镀膜，加快镀膜厚度的沉积、提升镀膜速度，有效提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，包括真空室、设于真空室内的放卷系统和收卷系统，在放卷系统和收卷系统之间设有双镀膜辊，真空室内设有隔气板，隔气板将真空室内部分成等离子体镀膜源腔室和蒸发镀膜室，双镀膜辊设于等离子体镀膜源腔室中，薄膜基材从放卷系统输出，进入等离子体镀膜源腔室及蒸发镀膜室、绕过双镀膜辊后复卷在收卷系统上。
本发明采用上述技术方案，放卷系统缠绕并输出薄膜基材，薄膜基材绕过镀膜辊，最终复卷在收卷系统上，形成薄膜基材的输送运动流程。隔气板将真空室分成等离子体镀膜源腔室和蒸发镀膜室，薄膜基材经过等离子体镀膜源腔室中进行等离子体镀膜源成膜，形成薄膜层，然后进入蒸发镀膜室，形成蒸发的厚膜层，可通过设置多个等离子体镀膜源腔室和镀膜辊的方式，实现多层镀膜；以及可通过反向输送薄膜基材，返回往复镀膜，满足现今的薄膜材料薄膜层厚、均匀性好和结合力好的要求。其中，隔气板固定在镀膜辊周边，与镀膜辊的间隙小，隔开等离子体镀膜源腔室和蒸发镀膜室，并且可配合独立的抽真空机组，使两个镀膜室的真空度满足相关数量级如相差一至二个数量级的要求，保证两种镀膜方式能正常镀膜。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，等离子体镀膜源腔室中设有等离子体镀膜源双等离子体镀膜源，等离子体镀膜源双等离子体镀膜源分别设于双镀膜辊外周。等离子体镀膜源包括但不限于磁控溅射阴极、电弧源(平面弧源、柱弧源等)、PECVD源、离子注入源，通常等离子体镀膜源的数量设置为两个或以上；等离子体镀膜源的电源可以采用直流电源，亦可以采用中高频电源。等离子体镀膜源对称设置在镀膜辊外周，对缠绕并通过镀膜辊上的薄膜基材实现均匀镀制。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，蒸发镀膜室中设有双蒸发源，双蒸发源位于双镀膜辊的下侧。蒸发源受热时，蒸发源上的蒸发材料受热形成蒸发气流，该蒸发气流上升粘附镀制在薄膜基材上，形成较厚的膜。其中，蒸发源包括但不限于电子束蒸发、感应加热和电阻加热的送丝蒸发源。蒸发源蒸发镀膜与等离子体镀膜源成膜配合，实现薄膜基材的膜厚可以达100nm～2000nm。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，蒸发镀膜室中还设有蒸发源箱体和蒸发源安装座，双蒸发源设于蒸发源箱体中，蒸发源箱体通过蒸发源安装座设在真空室内底侧。蒸发源箱体用于放置蒸发源，可起到保护蒸发源，蒸发源箱体设于蒸发源安装座上，蒸发源箱体设于镀膜辊的下方，在蒸发源受热蒸发时，蒸发气流上升贴覆镀制在薄膜基材表面。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，在真空室侧壁上设有电子束发射装置，电子束发射装置通过其电子枪发出电子束射向双蒸发源上。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，在双蒸发源与双镀膜辊之间设有蒸发镀膜挡板。蒸发镀膜挡板起到防止等离子体镀膜源腔室在进行溅射镀膜时，跟随薄膜基材运动至蒸发镀膜室中的磁块溅射产生薄膜膜层未贴覆在薄膜基材上时进入蒸发镀膜室中，造成混合而影响镀膜质量。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，等离子体镀膜源腔室内设有分隔板，将等离子体镀膜源腔室分隔形成有若干个，每一等离子体镀膜源腔室中均设有镀膜辊和等离子体镀膜源，蒸发源相应设于镀膜辊的下方。若干个优选为两个，在其他实施例中，亦可设置为两个以上。薄膜基材可返回往复镀膜，以满足设计要求的厚度，通过重复镀制的方式，实现简化镀膜机设备的结构，降低成本。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，在放卷系统与收卷系统之间设有卷绕系统，薄膜基材绕过该卷绕系统进入下一个镀膜辊。卷绕系统设于放卷系统与收卷系统之间，且位于镀膜辊的上方，薄膜基材绕过其中一镀膜辊后，经过卷绕系统，绕过第二个镀膜辊，卷绕系统可起到调节薄膜基材在输送中的松紧度，防止过于松散和过于紧绷，以更好的输送薄膜基材。
上述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，真空室上设有真空抽气系统，该真空抽气系统可独立设在等离子体镀膜源腔室和蒸发镀膜室上。真空抽气系统可单独对等离子体镀膜源腔室和蒸发镀膜室进行抽真空，并且根据等离子体镀膜源成膜与蒸发镀膜对真空度的不同要求，达到等离子体镀膜源腔室与蒸发镀膜室的真空度不同的目的，保持不同的镀膜方式的正常镀膜。
本发明取得的有益效果是：通过将等离子体镀膜源成膜和蒸发镀膜方式结合在真空室内，满足薄膜电池和新能源电池等领域的发展所要求的膜层均匀性好和结合力好的要求。而且，通过整合等离子体镀膜源成膜和蒸发镀膜的结构于一体，简化了镀膜机的结构，降低镀膜机设备的制造成本。在进行等离子体镀膜源成膜和蒸发镀膜进程中，可交替镀制不同类型的膜层，提高镀膜的质量，满足技术发展的需求。在镀制过程中，薄膜基材可进行往复输送，实现反复镀膜和单双面镀膜，有效提高镀膜的生产效率。可复合镀制多层膜，蒸发镀膜和等离子体镀膜源成膜的组合，保证了薄膜的质量。可采用双蒸发源和双镀膜辊的方式，卷绕系统用于调节薄膜基材的输送的张紧度和转换缠绕另一镀膜辊，结合薄膜基材的往复输送，极大的提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例的内部结构示意图；
图2是本发明另一实施例的另一内部结构示意图。
附图标记说明：真空室1，放卷系统2，真空抽气系统3，卷绕系统4，收卷系统5，镀膜辊6，隔气板7，分隔板8，等离子体镀膜源腔室10，等离子体镀膜源11，蒸发镀膜室20，蒸发源21，蒸发源箱体22，蒸发源安装座23，蒸发镀膜挡板24，电子束发射装置25。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，包括真空室1、设于真空室1内的放卷系统2和收卷系统5，在放卷系统2和收卷系统5之间设有双镀膜辊6，真空室1内设有隔气板7，隔气板7将真空室1内部分成等离子体镀膜源腔室10和蒸发镀膜室20，双镀膜辊6设于等离子体镀膜源腔室10中，薄膜基材从放卷系统2输出，进入等离子体镀膜源腔室10及蒸发镀膜室20、绕过双镀膜辊6后复卷在收卷系统5上。未镀制的薄膜基材缠绕收集在放卷系统2上，镀膜工作时，放卷系统2输出薄膜基材，薄膜基材绕过镀膜辊6后收卷在收卷系统5上。其中，薄膜基材在输送卷绕的行程中依次通过等离子体镀膜源腔室10及蒸发镀膜室20。其中，隔气板7固定在镀膜辊6的周边，以隔开等离子体镀膜源腔室10和蒸发镀膜室20。
本实施方式中，等离子体镀膜源腔室10中设有等离子体镀膜源双等离子体镀膜源11，等离子体镀膜源双等离子体镀膜源11分别设于双镀膜辊6外周。薄膜基材通过等离子体镀膜源腔室10时，等离子体镀膜源11工作，发生辉光放电，发出粒子轰击靶表面，溅射产生的原子沉积在薄膜基材上。
蒸发镀膜室20中设有双蒸发源21，双蒸发源21位于双镀膜辊6的下侧。蒸发源21受热，将蒸发材料蒸发产生气流，然后蒸发气流上升镀制在薄膜基材上。
蒸发镀膜室20中还设有蒸发源箱体22和蒸发源安装座23，双蒸发源21设于蒸发源箱体22中，蒸发源箱体22通过蒸发源安装座23设在真空室1内底侧。在真空室1侧壁上设有电子束发射装置25，电子束发射装置25通过其电子枪发出电子束射向双蒸发源21上。其中，电子束发射装置25设在真空室1的侧壁上，通过电子束发射装置25的电子枪发出电子束射向蒸发源箱体22的蒸发源21上，使得蒸发源21受热产生蒸发气流，进行蒸发镀膜。
在双蒸发源21与双镀膜辊6之间设有蒸发镀膜挡板24。蒸发源箱体22集中蒸发源21，蒸发源21可采用电阻加热的方式，亦可采用如感应加热的方式，使得蒸发源21加热产生蒸发气流，进行蒸发镀膜。
等离子体镀膜源腔室10内设有分隔板8，将等离子体镀膜源腔室10分隔形成有若干个，每一等离子体镀膜源腔室10中均设有镀膜辊6和等离子体镀膜源11，蒸发源21相应设于镀膜辊6的下方。
在放卷系统2与收卷系统5之间设有卷绕系统4，薄膜基材绕过该卷绕系统4进入下一个镀膜辊6。
真空室1上设有真空抽气系统3，该真空抽气系统3可独立设在等离子体镀膜源腔室10和蒸发镀膜室20上。
下面结合本发明的工作原理作进一步地说明。
如图1、图2所示，薄膜基材从放卷系统2输出，经过卷绕系统4、镀膜辊6及镀膜源沉积膜层后，到达收卷系统5。薄膜以恒定的速度经过第一个镀膜辊6，并进入第一个等离子体镀膜源腔室10中，沉积镀上第一层磁控溅射的薄膜层，接着经过第一个蒸发源21，沉积镀上第二层蒸发的厚膜层；然后经过第二个等离子体镀膜源腔室10，沉积镀上第三层磁控溅射的薄膜层，薄膜经过第二个镀膜辊和第三个等离子体镀膜源腔室10，沉积镀上第四层磁控溅射的薄膜层，接着经过第二个蒸发源21，沉积镀上第五层蒸发的厚膜层，最后经过第四个等离子体镀膜源腔室10，沉积镀上第六层磁控溅射的薄膜层。
重复上述的镀膜过程，镀完一遍后，再返回进行镀膜。通过循环往复进行镀膜，镀制出高厚度、高均匀性和结合力好的薄膜，提高生产效率及镀膜质量。
其中，第一个等离子体镀膜源腔室10由隔气板7和镀膜辊6及真空室1的内侧壁围成。第二个等离子体镀膜源腔室10由镀膜辊6、隔气板7和分隔板8围成。第三个等离子体镀膜源腔室10由分隔板8、第二个镀膜辊6及隔气板7围成。第四个等离子体镀膜源腔室10由第二个镀膜辊6、隔气板7及真空室1的内侧壁围成。
隔气板7固定在真空室1的内壁，两镀膜辊6设于隔气板7所形成的腔室中，隔气板7与镀膜辊6的间隙小，可实现密封配合。
综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (9)
1.一种双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，包括真空室(1)、设于真空室(1)内的放卷系统(2)和收卷系统(5)，其特征在于：在放卷系统(2)和收卷系统(5)之间设有双镀膜辊(6)，真空室(1)内设有隔气板(7)，隔气板(7)将真空室(1)内部分成等离子体镀膜源腔室(10)和蒸发镀膜室(20)，双镀膜辊(6)设于等离子体镀膜源腔室(10)中，薄膜基材从放卷系统(2)输出，进入等离子体镀膜源腔室(10)及蒸发镀膜室(20)、绕过双镀膜辊(6)后复卷在收卷系统(5)上。
2.根据权利要求1所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：等离子体镀膜源腔室(10)中设有双等离子体镀膜源(11)，双等离子体镀膜源(11)分别设于双镀膜辊(6)外周。
3.根据权利要求1所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：蒸发镀膜室(20)中设有双蒸发源(21)，双蒸发源(21)位于双镀膜辊(6)的下侧。
4.根据权利要求3所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：蒸发镀膜室(20)中还设有蒸发源箱体(22)和蒸发源安装座(23)，双蒸发源(21)设于蒸发源箱体(22)中，蒸发源箱体(22)通过蒸发源安装座(23)设在真空室(1)内底侧。
5.根据权利要求4所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：在真空室(1)侧壁上设有电子束发射装置(25)，电子束发射装置(25)通过其电子枪发出电子束射向双蒸发源(21)上。
6.根据权利要求4所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：在双蒸发源(21)与双镀膜辊(6)之间设有蒸发镀膜挡板(24)。
7.根据权利要求2至6任一项所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：等离子体镀膜源腔室(10)内设有分隔板(8)，将等离子体镀膜源腔室(10)分隔形成有若干个，每一等离子体镀膜源腔室(10)中均设有镀膜辊(6)和等离子体镀膜源(11)，蒸发源(21)相应设于镀膜辊(6)的下方。
8.根据权利要求7所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：在放卷系统(2)与收卷系统(5)之间设有卷绕系统(4)，薄膜基材绕过该卷绕系统(4)进入下一个镀膜辊(6)。
9.根据权利要求8所述的双蒸发源与等离子体镀膜源结合的新型真空镀膜设备，其特征在于：真空室(1)上设有真空抽气系统(3)，该真空抽气系统(3)可独立设在等离子体镀膜源腔室(10)和蒸发镀膜室(20)上。
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2022
- 2022-06-02 CN CN202210625252.8A patent/CN114875368A/zh active Pending
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