CN203700507U - 一种高精度均温快速升温装置 - Google Patents
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Abstract
一种高精度均温快速升温装置，用于连续生产线连续镀膜设备上对于基板进行快速升温均温装置，该装置包含至少多根碳中波近红外灯管，位于基板的前后面，该加热装置还包括密封灯管罩，将横穿真空腔体，灯管穿在灯管罩内部，用于灯管在大气中加热，在辐射给真空中的基板。该加热装置还包含一层均热板、反射板、温度监控装置，所述均热板用于基板加热保证温度的均匀性；所述反射板用于热量保持和再次热量重复利用；该加热器在真空镀膜产线上能快速将大面积基板升温并能保持很好的温度均匀性，并且加热灯管引线点在真空腔体外，不会因为供电后，在真空腔体内产生两电极打弧起辉现象，也不会因为维护而破坏真空，可以在真空腔体外面更换维护加热装置。
Description
技术领域
本发明属于热处理领域，特别针对真空镀膜行业中基板升温降温领域，尤其是涉及一种高精度均温快速升温装置。
背景技术
目前真空行业在不断的发展，真空镀膜和热处理都是得到广大用户认可和应用与各个领域，特别是针对真空镀膜行业的磁控溅射，由于磁控溅射的应用广泛，采用不同的靶材能够得到不同的薄膜，用于装饰、防腐、显示、触摸或者新能源行业，随着前磁控溅射的广泛的使用，人们对其工艺控制的要求也越来越高，特别是对于精细加工方面，要在工件表面沉积一层具有特殊用途膜层，为保证工件表面的膜层性能，真空镀膜过程中，一般需要将工件加热到一定的温度。
目前，真空镀膜常用的工件加热方法是电阻丝加热法，该方法将热敏电阻的发热部直接与工件表面接触，并将其电线连接后固定与真空室，属于真空中接触式加热，距离越远就会出现基板加热升温速速越慢，特别对于流动式的生产线上的溅射，基板需要升至高温，必须将电阻丝加热器采用大功率或者是采用多个腔体多个加热器分段升温的方式，这样对于生产成本来说，生产线上需要耗费很大能量，并且设备的会很长，占地面积也会很大，设备的成本也高，并且此加热的方式做到最好的温度不均匀性是±5摄氏度，此外对于基板上的水汽除去效果也不是很好，可能会在基板表面留下水印痕迹。
针对目前现在电阻丝加热的缺点，为了解决这些缺点，在现有技术揭示了一种高精度均温快速升温装置，利用非接触式的红外灯管辐射加热，避免在真空环境中，由于热量辐射传递较慢，而影响生产升温速度和影响生产节拍，同时避免的基板必须采用接触式加热的缺点，非接触式的加热能减少生产线上真空镀膜设备的长度，同时降低生产设备的成本。此外还能降低生产时加热的耗能，特别是红外灯管加热对于基板上的水汽的除去，具有很明显的效果，红外灯管加热器采用特殊的灯管罩设计，避免了灯管引电线在真空腔体内部，从而避免引线端子出现打弧的现象，同时，在设备维护维修的时候，更换灯管不需要破坏真空，直接在真空腔体外面，将引电的快捷插头拔下，将灯管从灯管罩中取出即可。减少了生产的设备当机时间，提高生产效率。
实用新型内容
鉴于如上所述现有工艺的需求，一种高精度均温快速升温装置是用于真空磁控溅射设备上，在生产线上将基板在真空中快速升温，主要原理是靠真空的红外线的辐射升温，在真空中，热量传递很慢，但是对于碳中波或者是碳长波的红外，具有一定的穿透力，对于在真空中加热基板升温速度比电阻丝加热快，相对于短波来说升温速度是其的2倍左右，属于非接触式升温，非接触式的加热能减少生产线上真空镀膜设备的长度，同时降低生产设备的成本。此外还能降低生产时加热的耗能，特别是红外灯管加热对于基板上的水汽的除去，具有很明显的效果，红外灯管加热器采用特殊的灯管罩设计，避免了灯管引电线在真空腔体内部，从而避免引线端子出现打弧的现象，同时，在设备维护维修的时候，更换灯管不需要破坏真空，直接在真空腔体外面，将引电的快捷插头拔下，将灯管从灯管罩中取出即可。减少了生产的设备当机时间，提高生产效率。针对磁控溅射设备的真空中一种高精度均温快速升温装置进行详细说明：
本实用新型提供的一种高精度均温快速升温装置，用于连续生产线连续镀膜设备上对于基板进行快速升温和降温的均温装置，该装置包含至少多根红外灯管，位于基板的前后面，用于基板快速均匀升温，其特征在于：该灯管是采用碳中波近红外灯管，该加热装置还包括密封灯管罩，将横穿真空腔体，灯管穿在灯管罩内部，用于灯管在大气中加热，在辐射给真空中的基板，灯管引电接线以及拆卸维护在真空腔体外面，不会破坏真空。该加热装置还包含一层均热板、反射板、温度监控装置，所述均热板用于基板加热保证温度的均匀性；所述反射板用于热量保持和再次热量重复利用；温度监控装置用于基板和加热器的温度检测和温度控制。该加热器在真空镀膜产线上能快速将大面积基板升温并能保持很好的温度均匀性，并且加热灯管引线点在真空腔体外，不会因为供电后，在真空腔体内产生两电极打弧起辉现象，也不会因为维护而破坏真空，可以在真空腔体外面更换维护加热装置。
所述红外灯管，其特征在于：所述红外灯管为碳中波的8字型的孪生双灯管形式，其功率是3000W-5000W之间，灯管的总长度是800mm-2000mm，有效加热长度是650mm-1700mm，右端无效加热长度是60mm-90mm，左端无效加热长度是90mm-130mm，绝缘线长度是500mm，绝缘密封是采用四氟橡胶，接线方式为双端接线的方式，此灯管可水平放置可垂直放置，灯管管径是14x34mm。
所述碳中波灯管，其特征在于：碳中波灯管灯丝能替换为快速碳长波灯丝。
所述碳中波灯管，其特征在于：碳中波灯管的波长是 。
所述灯管密封罩，其特征在于：密封灯管罩包含密封装置、灯管罩、引电装置、外保护罩。
所述灯管罩，其特征在于：所述灯管罩是采用石英材料，壁厚是5-10mm，石英质量要求透光性大于93%以上，形状是管状结构，两端具有外沿用于密封，密封灯管罩是安装在灯管的外面，在真空腔体壁上对称挖空，整个石英灯管罩是横穿真空腔体壁孔。所述灯管罩两端外沿，其特征在于：灯管两端外沿，外沿壁厚是10-20mm，外沿是宽度是20mm-40mm之间，在外沿背面有两道密封凹槽，凹槽是底面宽上面窄的形状，底面宽度是5mm-8mm之间，上面开口是3mm-5mm，密封槽是经过精细处理加工抛光的，抛光度是Rz100nm左右，这样的形状是防止拆卸过程中，密封圈被带出的现象；
所述灯管罩，其特征在于：所述灯管罩是能承受压力差为10E9Pa的压力，石英灯管罩必须是采用钢化的石英。
所述密封装置，其特征在于：在腔体壁上挖孔，并焊接法兰；所述法兰，其特征在于,所书法兰为ISO法兰，法兰的直径是和红外灯管罩的直径一致，并在在法兰的内部设置有安装O圈槽，用于灯管罩上O圈初步密封用；将灯管罩横穿过去，在法兰和灯管的外沿之间采用双重O圈密封，并用快速卡箍锁紧。
所述密封装置，其特征在于：每一根灯管罩是两个密封装置，密封装置位于真空腔体的对面两个门板对称安装，要求位置偏差小于±0.1mm。
所述引电装置，其特征在于：引电装置包含变压装置、导线、快速启动开关、快插接头、接地装置。
所述变压装置，其特征在于：所述变压装置用于将交流220V电压的电降压到100V，将交流电变成直流电。具有电压监控和保护装置，所述电压监控是监控输入电压、电流和输出电压、电流波动；所述保护装置是对于电压波动过大的时候自动断开保护。
所述导线，其特征在于：所述导线是采用镀锡铜的双芯导线，用于电源与接头的电流导通作用。
所述快速启动开关，其特征在于：所述快速启动开关是用于快速启动或者断开给灯管加热供电的作用，快速启动的反应时间小于10ms。
所述快速接头，其特征在于：所述快速接头是用于将变压出来的100V直流电供给灯管；快速接头具有绝缘装置和快插接线端子孔，所述绝缘装置是采用四氟橡胶的绝缘，绝缘耐压是500V；所述快插接线端子孔是采用用铝片弹簧式的端子，镶嵌在插孔的内部，安装的时候，直接将灯管的导线端子插进去即可。
所述接地装置，其特征在于：所述接地装置是用于将整个灯管加热装置接地，避免出现与设备之间出现电势差或者避免出现雷击现象，起到保护安全的作用。
所述外保护罩，其特征在于：外保护罩用于将石英灯管罩两端的灯管接线装置封装，避免工作人员或其他人员触摸而出现触电危险。
所述均热板，其特征在于：均热板采用铜、铝、不锈钢等材料，均热板的厚度是1mm-5mm之间，均热板距离灯管罩的距离是2mm-5mm之间；均热板用于基板加热温度更加均匀，是灯管辐射加热均热板，均热板在真空中在辐射加热基板。
所述均热板，其特征在于：均热板是安装在灯管与基板之间。
所述反射板，其特征在于：反射板是三层，材料为镜面不锈钢，每层之间的距离是2-3mm，每层反射板的距离是2mm。安装在灯管加热器后面，悬挂在腔体壁上，反射板距离灯管的距离是5mm-10mm之间，用于将灯管辐射的热量反射在利用给据热板，并且还起到隔热的作用，避免腔体壁上受到高温，一般加热器的温度是300摄氏度，第一层反射板隔热后，第二层反射板的温度是150摄氏度，到第三层反射板的温度是60摄氏度左右。
所述红外灯管加热器是安装在磁控溅射腔体的工艺腔体和高真空非溅射溅射腔体中，在非溅射腔体中是在基板的前后安装两组红外灯管加热器，在溅射腔体中是安装一组红外灯管加热器。
所述红外灯管加热器，其特征在于：灯管之间的间距是80mm-90mm之间，有效功率密度是50-60KW/m2，每一根灯管的加热功率是单独可控和可调节的。红外灯管加热器照射镀膜面和非镀膜面，真空腔体中下红外灯管加热器距离基板的距离是10mm-30mm之间，上红外灯管加热器距离基板的距离是60mm-100mm之间。
所述温度监控装置，其特征在于：温度监控装置包含测温装置、控温装置、模拟计算模块。
所述测温装置，其特征在于：测温装置为热电偶接触式测温和红外线非接触式测温，热电偶采用多个接触式的测量红外加热器的温度，红外测温仪测量基板的温度。热电偶的测温点分布为一根灯管上至少测量三点，整个红外灯管加热器横向是平均3根灯管采用一组热电偶测温。
所述模拟计算模块，其特征在于：将热电偶和红外线测量的温度信息接收后，收集工艺设置所需温度，进行测量数据分析，计算出大面积基板每个分区对应的每一个灯管的加热功率，在将此信息传输给控温装置。
所述控温装置，其特征在于：将接收到模拟计算模块的信息，进行灯管的加热功率调节，用于控制大面积基板的温度均匀。
所述磁控溅射设备，其特征在于：该装置包含真空腔体、抽气装置、测量装置、阴极溅射装置、外接电源、进气装置、基板支撑装置、加热装置。所述抽气装置，其特征在于：为溅射腔体中，提供一个真空环境和将气体排除腔体的作用，抽气装置包含机械泵、罗茨泵、分子泵组成。腔体的本底真空需达到9x10-4Pa一下，才可进行溅射镀膜工艺。所述测量装置，其特征在于：测量仪器包含电阻真空计、电离真空计、电容真空计，用于检测真空溅射腔体中真空压力。所述阴极溅射装置，其特征在于：用于提供轰击靶材材料，将靶材材料溅射沉积到基板上，其结构是阴极与基板相对。所述外接电源，其特征在于：电源包含直流电源、直流脉冲电源、中频电源、射频电源，用于工艺气体被电离起辉放电的作用。所述基板支撑装置，其特征在于：用于支撑基板或者传输基板运动的装置。所述加热装置，其特征在于：用于工艺溅射镀膜过程，为基板升温恒温作用，加热装置包含电阻丝加热方式和红外灯管加热方式。所述进气装置，其特征在于：用于溅射提供工艺反应气体，工艺气体为Ar、O2等。
本实用新型一种高精度均温快速升温装置主要是针对在高真空环境中，对于基板进行快速升温，解决在真空中采用电阻丝加热升温速度较慢，并且加热不均匀的问题，采用碳中波灯管，采用红外线中波辐射在真空中对于基板进行加热，特别是对于玻璃基板加热，在通过每一个灯管的间距设计以及精准控温，时时监控温度并分区调节，达到整个基板的温度均匀。
附图说明
附图1 是本实用新型一种高精度快速升温均温装置结构示意图；
附图2 是是本实用新型温度监控示意图；
附图3是是本实用新型应用与磁控溅射设备结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本使用新型做具体阐释和案例分析。
本实用新型提供的一种高精度均温快速升温装置，用于连续生产线连续镀膜设备上对于基板进行快速升温和降温的均温装置，该装置包含至少多根红外灯管，位于基板的前后面，用于基板快速均匀升温，其特征在于：该灯管是采用碳中波近红外灯管，该加热装置还包括密封灯管罩，将横穿真空腔体，灯管穿在灯管罩内部，用于灯管在大气中加热，在辐射给真空中的基板，灯管引电接线以及拆卸维护在真空腔体外面，不会破坏真空。该加热装置还包含一层均热板、反射板、温度监控装置，所述均热板用于基板加热保证温度的均匀性；所述反射板用于热量保持和再次热量重复利用；温度监控装置用于基板和加热器的温度检测和温度控制。该加热器在真空镀膜产线上能快速将大面积基板升温并能保持很好的温度均匀性，并且加热灯管引线点在真空腔体外，不会因为供电后，在真空腔体内产生两电极打弧起辉现象，也不会因为维护而破坏真空，可以在真空腔体外面更换维护加热装置。
参阅图1，本实用新型一种高精度均温快速升温装置包含碳中波红外灯管1、灯管罩2、密封装置4、反射板6、均热板5、引电装置3、温控装置。该红外灯管加热器用于真空磁控溅射设备。
所述红外灯管，其特征在于：所述红外灯管为碳中波的8字型的孪生双灯管形式，其功率是3000W-5000W之间，灯管的总长度是800mm-2000mm，有效加热长度是650mm-1700mm，右端无效加热长度是60mm-90mm，左端无效加热长度是90mm-130mm，绝缘线长度是500mm，绝缘密封是采用四氟橡胶，接线方式为双端接线的方式，此灯管可水平放置可垂直放置，灯管管径是14x34mm。
所述碳中波灯管，其特征在于：碳中波灯管灯丝能替换为快速碳长波灯丝。
所述碳中波灯管，其特征在于：碳中波灯管的能量集中在2nm-3.5nm之间。适合 玻璃、塑料、不锈钢等材料快速加热。
所述灯管密封罩，其特征在于：密封灯管罩包含密封装置、灯管罩、引电装置、外保护罩。
所述灯管罩，其特征在于：所述灯管罩是采用石英材料，壁厚是5-10mm，石英质量要求透光性大于93%以上，形状是管状结构，两端具有外沿用于密封，密封灯管罩是安装在灯管的外面，在真空腔体壁上对称挖空，整个石英灯管罩是横穿真空腔体壁孔。所述灯管罩两端外沿，其特征在于：灯管两端外沿，外沿壁厚是10-20mm，外沿是宽度是20mm-40mm之间，在外沿背面有两道密封凹槽，凹槽是底面宽上面窄的形状，底面宽度是5mm-8mm之间，上面开口是3mm-5mm，密封槽是经过精细处理加工抛光的，抛光度是Rz100nm左右，这样的形状是防止拆卸过程中，密封圈被带出的现象；
所述灯管罩，其特征在于：所述灯管罩是能承受压力差为10E9Pa的压力，石英灯管罩必须是采用钢化的石英。
所述密封装置，其特征在于：在腔体壁上挖孔，并焊接法兰；所述法兰，其特征在于,所书法兰为ISO法兰，法兰的直径是和红外灯管罩的直径一致，并在在法兰的内部设置有安装O圈槽，用于灯管罩上O圈初步密封用；将灯管罩横穿过去，在法兰和灯管的外沿之间采用双重O圈密封，并用快速卡箍锁紧。
所述密封装置，其特征在于：每一根灯管罩是两个密封装置，密封装置位于真空腔体的对面两个门板对称安装，要求位置偏差小于±0.1mm。
所述引电装置，其特征在于：引电装置包含变压装置、导线、快速启动开关、快插接头、接地装置。
所述变压装置，其特征在于：所述变压装置用于将交流220V电压的电降压到100V，将交流电变成直流电。具有电压监控和保护装置，所述电压监控是监控输入电压、电流和输出电压、电流波动；所述保护装置是对于电压波动过大的时候自动断开保护。
所述导线，其特征在于：所述导线是采用镀锡铜的双芯导线，用于电源与接头的电流导通作用。
所述快速启动开关，其特征在于：所述快速启动开关是用于快速启动或者断开给灯管加热供电的作用，快速启动的反应时间小于10ms。
所述快速接头，其特征在于：所述快速接头是用于将变压出来的100V直流电供给灯管；快速接头具有绝缘装置和快插接线端子孔，所述绝缘装置是采用四氟橡胶的绝缘，绝缘耐压是500V；所述快插接线端子孔是采用用铝片弹簧式的端子，镶嵌在插孔的内部，安装的时候，直接将灯管的导线端子插进去即可。
所述接地装置，其特征在于：所述接地装置是用于将整个灯管加热装置接地，避免出现与设备之间出现电势差或者避免出现雷击现象，起到保护安全的作用。
所述外保护罩，其特征在于：外保护罩用于将石英灯管罩两端的灯管接线装置封装，避免工作人员或其他人员触摸而出现触电危险。
所述均热板，其特征在于：均热板采用铜、铝、不锈钢等材料，均热板的厚度是1mm-5mm之间，均热板距离灯管罩的距离是2mm-5mm之间；均热板用于基板加热温度更加均匀，是灯管辐射加热均热板，均热板在真空中在辐射加热基板。
所述均热板，其特征在于：均热板是安装在灯管与基板之间。
所述反射板，其特征在于：反射板是三层，材料为镜面不锈钢，每层之间的距离是2-3mm，每层反射板的距离是2mm。安装在灯管加热器后面，悬挂在腔体壁上，反射板距离灯管的距离是5mm-10mm之间，用于将灯管辐射的热量反射在利用给据热板，并且还起到隔热的作用，避免腔体壁上受到高温，一般加热器的温度是300摄氏度，第一层反射板隔热后，第二层反射板的温度是150摄氏度，到第三层反射板的温度是60摄氏度左右。
所述红外灯管加热器是安装在磁控溅射腔体的工艺腔体和高真空非溅射溅射腔体中，在非溅射腔体中是在基板的前后安装两组红外灯管加热器，在溅射腔体中是安装一组红外灯管加热器。
所述红外灯管加热器，其特征在于：灯管之间的间距是80mm-90mm之间，有效功率密度是50-60KW/m2，每一根灯管的加热功率是单独可控和可调节的。红外灯管加热器照射镀膜面和非镀膜面，真空腔体中下红外灯管加热器距离基板的距离是10mm-30mm之间，上红外灯管加热器距离基板的距离是60mm-100mm之间。
所述温度监控装置，其特征在于：温度监控装置包含测温装置、控温装置、模拟计算模块。
所述测温装置，其特征在于：测温装置为热电偶接触式测温8和红外线非接触式测温7，热电偶采用多个接触式的测量红外加热器的温度，红外测温仪测量基板的温度。热电偶的测温点分布为一根灯管上至少测量三点，整个红外灯管加热器横向是平均3根灯管采用一组热电偶测温。
所述模拟计算模块，其特征在于：将热电偶和红外线测量的温度信息接收后，收集工艺设置所需温度，进行测量数据分析，计算出大面积基板每个分区对应的每一个灯管的加热功率，在将此信息传输给控温装置。
所述控温装置，其特征在于：将接收到模拟计算模块的信息，进行灯管的加热功率调节，用于控制大面积基板的温度均匀。
案例一：碳中波红外灯管加热磁控溅射设备，其特征在于：该装置包含真空腔体10、抽气装置20、测量装置30、阴极溅射装置40、外接电源50、进气装置、基板支撑装置60、加热装置70。所述抽气装置，其特征在于：为溅射腔体中，提供一个真空环境和将气体排除腔体的作用，抽气装置包含机械泵、罗茨泵、分子泵组成。腔体的本底真空需达到9x10-4Pa一下，才可进行溅射镀膜工艺。所述测量装置，其特征在于：测量仪器包含电阻真空计、电离真空计、电容真空计，用于检测真空溅射腔体中真空压力。所述阴极溅射装置，其特征在于：用于提供轰击靶材材料，将靶材材料溅射沉积到基板上，其结构是阴极与基板相对。所述外接电源，其特征在于：电源包含直流电源、直流脉冲电源、中频电源、射频电源，用于工艺气体被电离起辉放电的作用。所述基板支撑装置，其特征在于：用于支撑基板或者传输基板运动的装置。所述进气装置，其特征在于：用于溅射提供工艺反应气体，工艺气体为Ar、O2等。所述加热装置，其特征在于：选用本实用新型的高精度均温快速升温装置。
案例一中所述的高精度均温快速升温装置，需要加热基板为1200x600的钠钙玻璃，采用碳中波红外灯管长度是850mm，有效加热长度是700mm，两端非加热长度是60mm和90mm，绝缘导线的长度是500mm，灯管之间间距是90mm，灯管数量是15根，单根灯管功率是3600w，电压是110V，结构形式为C型8字的双灯管，灯管管径是34x14mm，加热高度是上加热器距离80mm和下加热器距离20mm，总的功率是54KW，平均功率密度是57KW/m2。灯管罩的内径是35mm，壁厚是10mm，密封是双重O全法兰密封，引电接线在真空腔体外面。一共采用30热电偶测量监控灯管加热器的温度，5个红外线测温仪测量基板上的温度。基板的温度不均匀性小于±1摄氏度。
Claims (1)
1.一种用于连续生产线连续镀膜设备上对于基板进行快速升温和降温的高精度均温快速升温装置，该装置包含至少多根红外灯管，位于基板的前后面，用于基板快速均匀升温，其特征在于：该灯管是采用碳中波近红外灯管，该升温装置还包括密封灯管罩，横穿真空腔体，灯管穿在灯管罩内部，灯管引电接线以及拆卸维护在真空腔体外面，该升温装置还包含一层用于基板加热保证温度的均匀性的均热板、反射板、温度监控装置；
所述红外灯管为碳中波的8字型的孪生双灯管形式，其功率是3000W-5000W之间，灯管的总长度是800mm-2000mm，接线方式为双端接线的方式，此灯管水平放置或垂直放置。
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