CN204097560U - 光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置,其包括可抽真空的外筒和设置在外筒内的辊筒，外筒和辊筒同轴设置，辊筒可绕轴线均匀自转，外筒的内部空间形成镀膜腔室，镀膜腔室内通入有工艺气体，镀膜腔室为可同时实现PVD磁控溅射和CVD气相沉积的复合镀膜腔室；在外筒的内壁上且绕外筒的中心环形均布有至少两个磁控靶，在辊筒的外壁上且绕辊筒的中心环形均布有若干待镀膜基材，至少两个磁控靶在外筒内形成一个围绕或局部围绕辊筒的闭合的磁场。本实用新型的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置结构简单且灵活，成本低，可适用于大规模生产。

Description

光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置

技术领域

本实用新型涉及镀膜技术领域，尤其涉及一种光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置。

背景技术

1971年德国的Aisenberg和Chabot采用碳离子束首次制备出了具有金刚石特征的非晶态碳膜，由于所制备的薄膜具有与金刚石相似的性能，Aisenberg于1973年首次把它称之为类金刚钻石膜(DLC膜)。类金刚钻石膜有着和金刚石几乎一样的性质，如高硬度、耐磨损、高表面光洁度、高电阻率、优良的场发射性能，高透光率及化学惰性等，它的产品广泛应用在机械、电子、微电子机械系统(MEMS)、光学和生物医学等各个领域。类金刚钻石膜的沉积温度低、表面平滑，具有比金刚石膜更高的性价比且在相当广泛的领域内可以代替金刚钻石膜，所以自80年代以来一直是研究的热点。类金刚钻石膜(DLC膜)的低摩擦系数和高耐磨性使类金刚钻石膜已在切削工具、磁存储、人工关节等领域得到广泛的应用。

类金刚钻石膜(DLC)可以由等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、脉冲真空弧光等离子体沉积等技术沉积制备。在这些方法中，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法具有沉积温度低，绕镀性好，制备的薄膜均匀致密等诸多特点而成为最常用的方法之一。但是在采用PECVD设备镀制类金刚钻石膜(DLC)时，此类设备的成本高昂，量产能力低，不易实现低成本、大规模生产，仅限于小批量生产或者实验室阶段。

例如，中国专利文献CN 100337881 C公开一种“包覆有DLC薄膜的塑料容器及其制造设备和制作方法”，其中，制造设备包括一个源气体供给装置，其具有一个容器侧电极，该容器侧电极形成了一个用于收容带有颈部的塑料容器的减压腔室的一部分，和一个对应于所述容器侧电极的相对电极，该相对电极被设置在所述塑料容器的内部或者开口上方，所述容器侧电极与相对电极经由一个绝缘体相互面对，该绝缘体也形成了所述减压腔室的一部分，一条源气体进入导管，一个排气装置，以及一个高频电源供给装置，所述容器侧电极被制成使得当所述容器被收容起来时，环绕在容器颈部周围的内壁的平均孔内径小于环绕在容器本体部分周围的内壁的平均孔内径，并且在所述颈部处于一个相对于容器竖直方向的水平横剖面中容器外壁与容器侧电极内壁之间的平均距离被制成大于在所述本体部分处于一个相对于容器竖直方向的水平横剖面中容器外壁与容器侧电极内壁之间的平均距离。此制造设备在对产品镀制DLC膜时，只能单件镀制，不能实现大批量生产，生产效率低，制造成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，以解决上述技术问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，包括可抽真空的外筒和设置在所述外筒内的辊筒，所述外筒和所述辊筒同轴且间隔设置，所述辊筒可绕轴线均匀自转，所述外筒与所述辊筒之间的空间形成镀膜腔室，所述镀膜腔室内通入有工艺气体，所述镀膜腔室为可同时实现PVD磁控溅射和CVD气相沉积的复合镀膜腔室；

在所述外筒的内壁上且绕所述外筒的中心环形均布有至少两个磁控靶，在所述辊筒的外壁上且绕所述辊筒的中心环形均布有若干待镀膜基材，至少三个所述磁控靶在所述外筒内形成一个围绕或局部围绕所述辊筒的闭合的磁场。

通过将PVD和CVD镀膜方式结合应用于DLC膜镀制，同时将待镀膜基材设置在自转辊筒的外壁上，将磁控靶设置在外筒的内壁上，且环形均布的磁控靶形成闭合磁场，可以大面积的对待镀膜基材表面镀制DLC膜，与PECVD单体镀膜设备、激光及离子束沉积设备相比，其性价比突出并且生产成本低廉，量产能力远远高于PECVD等设备的量产能力，提高了生产效率，降低了生产成本。

优选的，所述外筒的内壁上绕其中心环形均布有四个所述磁控靶。

进一步的，所述磁控靶可拆卸设置在所述外筒的内壁。

优选的，所述辊筒的外壁上绕其中心环形均布有十八个所述待镀膜基材。

进一步的，所述待镀膜基材可拆卸设置在所述辊筒上。

进一步的，所述辊筒的外壁上朝向其中心凹设有用于容纳所述待镀膜基材的置放凹槽，所述置放凹槽上设置有防止待镀膜基材脱离其的锁定件。

本方案的镀膜装置主要用于光学器件、平板显示器、保护玻璃及触摸屏产品等表面的镀膜，通过将其镀膜腔室设置为可同时实现PVD磁控溅射和CVD气相沉积的复合镀膜腔室，并配合恒速转动的辊筒，可以实现大面积的镀膜生产。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述磁控靶为硅靶或石墨溅射靶，所述工艺气体为Ar和C-H烃类气体。

通过将磁控靶选用硅靶，以在DLC镀膜室内采用高纯硅靶磁控溅射+CVD工艺对待镀膜基材表面镀制硅掺杂含氢类金刚钻石膜(DLC膜)。

通过将溅射靶选用石墨溅射靶，以在DLC镀膜室内采用高纯石墨靶磁控溅射+CVD工艺对待镀膜基材表面镀制含氢类金刚钻石膜(DLC膜)。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述磁控靶为非平衡磁场磁控靶。

优选的，所述磁控靶为平面靶。

更加优选的，所述磁控靶为弧形靶，且所述磁控靶的弧度与所述外筒的内壁的弧度相匹配。

更加优选的，所述磁控靶为圆柱旋转靶。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述辊筒自转的时间为1～100转/分钟。

优选的，所述辊筒自转的时间为30转/分钟。

通过将辊筒自转的时间设置为30转/分钟，可以使辊筒外壁上的待镀膜基材的镀膜厚度和时间达到最优的比例，即在最短的时间内合理的镀制膜层。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述镀膜腔室的工作温度为20℃～150℃。

优选的，所述镀膜腔室的工作温度为25℃。

镀膜腔室可以在20℃～150℃的环境下镀制膜层，使得待镀膜基材的材质选择更加广泛，可适用于玻璃、PMMA亚克力、PC复合板、PET等。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述辊筒内并位于所述轴线上设置旋转轴，所述辊筒通过连接装置与所述旋转轴连接，所述旋转轴的一端延伸至所述辊筒的外部与动力装置连接。

优选的，所述动力装置为电机。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述磁控靶通过绝缘体固定在所述外筒的内壁上，所述辊筒上连接有偏置电压，所述绝缘体一端与所述磁控靶连接，另一端穿过所述外筒并延伸至所述镀膜腔室外，所述外筒的内壁上设置罩盖所述磁控靶和所述绝缘体的阳极罩，所述阳极罩上对应所述磁控靶开设有靶孔，所述绝缘体内并位于所述磁控靶的一侧设置磁铁，所述磁铁远离所述磁控靶的一侧设置阴极，所述阴极电连接有电极。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述外筒外设置冷却水管，所述冷却水管的出水端延伸至所述绝缘体内并位于所述磁控靶的一侧，用于对所述磁控靶进行冷却。

作为光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的一种优选方案，所述外筒外设置抽真空装置，所述抽真空装置穿过所述外筒延伸至所述镀膜腔室内，用于对所述镀膜腔室进行抽真空处理。

优选的，所述抽真空装置为真空泵。

进一步的，所述外筒上设置用于抽取真空的真空孔和用于通入所述工艺气体的工艺气体孔。

进一步的，所述真空泵设置在所述真空孔处。

进一步的，所述外筒上设置观察窗。

优选的，所述镀膜腔室使用的电源为RF电源、高频率脉冲直流电源、磁控溅射电源中的任意一种。当然，本领域技术人员可以获知其它可以使用的电源也同样适用于本实用新型。

一种类钻石薄膜镀膜方法，采用如上所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100、若干待镀膜基材被均匀固定在辊筒的外壁上；

步骤S200、若干磁控靶被均匀固定在外筒的内壁上；

步骤S300、对设置所述外筒与所述辊筒之间的镀膜腔室进行抽真空处理；

步骤S400、向所述镀膜腔室通入相对应的工艺气体；

步骤S500、对所述磁控靶通电，高频、射频或脉冲直流磁控溅射电源，同时旋转所述辊筒，对所述辊筒上的待镀膜基材进行镀膜。

本实用新型的有益效果：本实用新型相对于现有技术具有以下优点：

1、本实用新型在规模量产及低生产制造成本方面与现有的磁控溅射单体设备，PECVD单体镀膜设备、激光及离子束沉积设备相比性价比突出并且生产成本低廉，量产能力可达PECVD等设备量产能力的多倍或更多,产能可达到月产200K(5寸屏幕)或以上；

2、大面积有效镀膜区，可达1000mm以上；

3、使用廉价的石墨靶材、硅靶材及烃类工艺气体，使得材料成本低廉，来源广泛；

4、本实用新型的镀膜装置可以在常温进行镀膜，使得镀膜装置可适用于更多材质类型的待镀膜基材。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的实施例所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的结构示意简图；

图2为本实用新型的实施例所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置的镀膜原理图(未示出辊筒)。

图1和2中：

1、外筒；2、辊筒；3、镀膜腔室；4、磁控靶；5、待镀膜基材；6、磁场；7、绝缘体；8、偏置电压；9、阳极罩；10、靶孔；11、磁铁；12、阴极；13、电极；14、冷却水管；15、真空孔；16、工艺气体孔；17、观察窗。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1和2所示，本实用新型实施例的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，包括外筒1和设置在外筒1内的辊筒2，外筒1和辊筒2同轴且间隔设置，外筒1和辊筒2之间的空间形成可抽真空的镀膜腔室3，辊筒2可在外筒1内绕其轴线自转，自转的速度在1～100转/分钟，镀膜腔室3为可同时实现PVD磁控溅射和CVD气相沉积的复合镀膜腔室，镀膜腔室3内通入有工艺气体。

在外筒1的内壁上且绕外筒1的中心环形均布有四个磁控靶4，在辊筒2的外壁上且绕辊筒2的中心环形均布有十八个待镀膜基材5，四个磁控靶4在外筒1内形成一个围绕辊筒2的闭合的磁场6。

其中，待镀膜基材5可拆卸设置在辊筒2的外壁上，在本实施例中，辊筒2的外壁上朝向其中心凹设有用于容纳待镀膜基材5的置放凹槽，置放凹槽上设置有防止待镀膜基材5脱离其的锁定件。

磁控靶4可拆卸设置在外筒1的内壁上，在本实施例中，磁控靶4通过螺栓固定在外筒1的内壁上。

磁控靶4为硅靶或石墨溅射靶，在本实施例中，磁控靶4为石墨溅射靶，而通入的工艺气体为Ar和C-H烃类气体。

磁控靶4为平面靶，磁控靶4不限于为平面靶，还可以为弧形靶，当磁控靶4为弧形靶时，磁控靶4的弧度与外筒1的内壁的弧度相匹配，或者圆柱旋转靶。

辊筒2内并位于轴线上设置旋转轴，辊筒2通过连接装置与旋转轴连接，旋转轴的一端延伸至辊筒2的外部与动力装置连接，在本实施例中，动力装置为电机。

如图2所示，磁控靶4通过绝缘体7固定在外筒1的内壁上，辊筒2上连接有偏置电压8，绝缘体7一端与磁控靶4连接，另一端穿过外筒1并延伸至镀膜腔室3外，外筒1的内壁上设置罩盖磁控靶4和绝缘体7的阳极罩9，阳极罩9上对应磁控靶4开设有靶孔10，绝缘体7内并位于磁控靶4的一侧设置磁铁11，磁铁11远离磁控靶4的一侧设置阴极12，阴极12电连接有电极13。

外筒1外设置冷却水管14，冷却水管14的出水端延伸至绝缘体7内并位于磁控靶4的一侧，用于对磁控靶4进行冷却。

外筒1上设置用于抽真空的真空孔15和用于通入工艺气体的工艺气体孔16，在真空孔15处设置抽真空装置，抽真空装置通过工艺气体孔16延伸至镀膜腔室3内，用于对镀膜腔室3进行抽真空处理，在本实施例中，抽真空装置为真空泵。

为了便于观察镀膜腔室3内的镀膜状态，在外筒1上设置观察窗17。

镀膜腔室3使用的电源为RF电源、高频率脉冲直流电源、磁控溅射电源中的任意一种。在本实施例中，镀膜腔室3使用的电源为高频率脉冲直流电源。

具体镀膜过程如下：

1、将十八块待镀膜基材5环形均匀的固定在辊筒2的外壁上，再将四块石墨溅射靶环形均匀的固定在外筒1的内壁上；

2、对镀膜腔室3进行抽真空处理；

3、通入Ar、烃烷，掺杂工艺气体-C2F6、CF4、CHF3等氟化气体，及SiH4、TMS等含硅气体；

4、启动电机，使辊筒2绕其中心均匀自转，自转速度为30转/分钟；

5、石墨溅射靶和辊筒2通电，对辊筒2上的待镀膜基材进行镀膜。

本镀膜装置可通过更换靶材磁控靶和工艺气体，还可溅射镀制低温ITO薄膜，Si3N4,SiO2,SiON,多层减反射膜系，防指纹膜，装饰膜等，其闭合磁场磁控溅射镀膜产能和膜层质量远高于目前大量使用的圆筒间歇式蒸发光学镀膜机。

本镀膜装置的能实现低成本，大规模量产无色透明光学类金刚钻石光学保护膜产品，采用PVD+CVD混合的磁控溅射工艺设备，在线间歇式大面积镀膜生产。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，包括可抽真空的外筒和设置在所述外筒内的辊筒，所述外筒和所述辊筒同轴设置，所述辊筒可绕轴线均匀自转，所述外筒的内部空间形成镀膜腔室，所述镀膜腔室内通入有工艺气体，所述镀膜腔室为可同时实现PVD磁控溅射和CVD气相沉积的复合镀膜腔室；

在所述外筒的内壁上且绕所述外筒的中心环形均布有至少两个磁控靶，在所述辊筒的外壁上且绕所述辊筒的中心环形均布有若干待镀膜基材，至少两个所述磁控靶在所述外筒内形成一个围绕或局部围绕所述辊筒的闭合的磁场。

2.根据权利要求1所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述磁控靶为硅靶或石墨溅射靶，所述工艺气体为Ar和C-H烃类气体。

3.根据权利要求2所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述磁控靶为非平衡磁场磁控靶。

4.根据权利要求1所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述辊筒自转的时间为1～100转/分钟。

5.根据权利要求1所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述镀膜腔室的工作温度为20℃～150℃。

6.根据权利要求1所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述辊筒内并位于所述轴线上设置旋转轴，所述辊筒通过连接装置与所述旋转轴连接，所述旋转轴的一端延伸至所述辊筒的外部与动力装置连接。

7.根据权利要求1所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述磁控靶通过绝缘体固定在所述外筒的内壁上，所述辊筒上连接有偏置电压，所述绝缘体一端与所述磁控靶连接，另一端穿过所述外筒并延伸至所述外筒外，所述外筒的内壁上设置罩盖所述磁控靶和所述绝缘体的阳极罩，所述阳极罩上对应所述磁控靶开设有靶孔，所述绝缘体内并位于所述磁控靶的一侧设置磁铁，所述磁铁远离所述磁控靶的一侧设置阴极，所述阴极电连接有电极。

8.根据权利要求7所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述外筒外设置冷却水管，所述冷却水管的出水端延伸至所述绝缘体内并位于所述磁控靶的一侧，用于对所述磁控靶进行冷却。

9.根据权利要求1所述的光学级类钻石薄膜间歇式圆筒镀膜装置，其特征在于，所述外筒外设置抽真空装置，所述抽真空装置穿过所述外筒延伸至所述镀膜腔室内，用于对所述镀膜腔室进行抽真空处理。