TWI701641B

TWI701641B - 無線傳輸薄膜厚度監控裝置

Info

Publication number: TWI701641B
Application number: TW108135435A
Authority: TW
Inventors: 簡瑞耀; 官家麟; 陳昱志
Original assignee: 龍翩真空科技股份有限公司
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2020-08-11
Also published as: TW202115690A

Abstract

一種無線傳輸薄膜厚度監控裝置，應用於一鍍膜設備，該鍍膜設備包括一真空室，及一供至少一被鍍物設置的設置架，該被鍍物受一鍍膜材料沉積，該無線傳輸薄膜厚度監控裝置包含一量測單元及一監控單元。該量測單元與該至少一被鍍物並列設置於該設置架，包括一震盪片、一震盪頻率模組、一控制模組，及一無線傳輸模組，該震盪片受該鍍膜材料沉積，並經該震盪頻率模組輸出一相關於震盪頻率的震盪信號，該控制模組經該無線傳輸模組無線輸出一相關於震盪頻率的無線信號。該監控單元根據該無線信號所含之震盪頻率運算沉積厚度。藉此，使該震盪片上的鍍膜厚度相同於該被鍍物上的鍍膜厚度，故能精準控制薄膜厚度，達到較佳產品良率。

Description

無線傳輸薄膜厚度監控裝置

本發明是有關於一種監控裝置，特別是指一種無線傳輸薄膜厚度監控裝置。

厚度為光學薄膜的重要參數，會影響薄膜的力學、電學和光學特性，因此，在鍍膜製程時，如何精準控制薄膜的厚度，即為重要研發關鍵。

參閱圖1，目前的鍍膜設備中，是在一真空室11內設置一旋轉架12、一蒸發源13、一蒸發源擋板14，及一經由一接線18電連接一膜厚顯示器15的感測模組16。將要鍍膜的至少一被鍍物19設置在該旋轉架12上，並由下方的該蒸發源13蒸發一鍍膜材料，而使該鍍膜材料沉積於該被鍍物19表面，並藉由該旋轉架12之旋轉而得到更均勻的鍍膜效果。該感測模組16具有一靠近該旋轉架12設置的石英震盪片161，及一位於外部並電連接該石英震盪片161的震盪器162，在鍍膜過程中，該鍍膜材料同時沉積在該被鍍物19與該石英震盪片161上，由於石英具有諧振頻率隨厚度增加而降低的特性，因此，可藉由偵測該石英震盪片161的頻率變化而間接推測該被鍍物19的鍍膜厚度，並在推測該被鍍物19的鍍膜厚度到達預定厚度後，將該蒸發源擋板14旋轉遮蔽在該蒸發源13上方(如圖1所示)，而結束鍍膜製程。

然而，由於該石英震盪片161的設置位置與該被鍍物19不同，且未隨該旋轉架12進行旋轉運動，因此，該石英震盪片161上的鍍膜厚度實際上會與該被鍍物19上的鍍膜厚度具有差異，導致在系統設置初期，需要進行多次測試以得到較佳的冶具因子變量(tooling factor)，藉以修正推論之厚度。如此，不但在設置上耗費多重人力物力，且仍然無可避免地會有一定的誤差存在。

因此，本發明的目的，即在提供一種可提升薄膜厚度精確度的無線傳輸薄膜厚度監控裝置。

於是，本發明無線傳輸薄膜厚度監控裝置，適用於應用於一鍍膜設備，該鍍膜設備包括一真空室，及一設置於該真空室且用以供至少一被鍍物設置的設置架，該至少一被鍍物受一鍍膜材料沉積，該無線傳輸薄膜厚度監控裝置包含一量測單元及一監控單元。

該量測單元與該至少一被鍍物並列設置於該設置架，包括一震盪片、一震盪頻率模組、一控制模組，及一無線傳輸模組，該震盪片電連接該震盪頻率模組，受該震盪頻率模組控制並受該鍍膜材料沉積，且經由該震盪頻率模組輸出一相關於震盪頻率的震盪信號，該控制模組電連接該震盪頻率模組與該無線傳輸模組，接收該震盪信號並經該無線傳輸模組無線輸出一相關於震盪頻率的無線信號。

該監控單元信號連接該無線傳輸模組，接收該無線信號，並根據該無線信號所含之震盪頻率運算沉積厚度。

本發明之功效在於：藉由設置該無線傳輸模組，使該量測單元與該監控單元以無線信號連接，可使該量測單元不受傳統的接線纏繞限制，而可以直接與該被鍍物直接並列設置於該設置架，藉此，可使該震盪片上的鍍膜厚度實質上相同於該被鍍物上的鍍膜厚度，達到直接監控鍍膜厚度的效果，因此，能精準地控制薄膜的厚度，達到較佳的產品品質及良率。

參閱圖2與圖3，本發明無線傳輸薄膜厚度監控裝置之一實施例，適用於應用於一鍍膜設備8，該鍍膜設備8包括一真空室81、一設置於該真空室81且用以供至少一被鍍物9(圖2中以複數作為說明，但實際設置數量可為一或一以上之任意數)設置的設置架82，及一設置於該真空室81且用以朝該設置架82蒸發一鍍膜材料的蒸發源83。本實施例所說明之鍍膜製程的架構中，該設置架82呈圓柱形，且於鍍膜製程中繞自身軸線旋轉，以使該等被鍍物9能受該鍍膜材料均勻地沉積而得到較佳的鍍膜效果。

該無線傳輸薄膜厚度監控裝置包含一量測單元2及一監控單元3。

該量測單元2與該等被鍍物9並列設置於該設置架82，包括一震盪片20、一震盪頻率模組21、一控制模組22、一輸出一參考頻率的參考頻率模組23、一無線傳輸模組24，及一充電模組25。

該震盪片20電連接該震盪頻率模組21，受該震盪頻率模組21控制並受該鍍膜材料沉積，且經由該震盪頻率模組21輸出一相關於震盪頻率的震盪信號。該震盪片20較佳為石英震盪片(quartz crystal unit或quartz crystal resonator)，該震盪頻率模組21較佳為石英震盪驅動器21(crystal oscillator driver)，且該震盪信號之頻率與膜厚成反比。

該控制模組22電連接該震盪頻率模組21、該參考頻率模組23與該無線傳輸模組24，可控制該震盪頻率模組21輸出該震盪信號，並根據該參考頻率與該震盪信號輸出一頻率信號。該控制模組22接收該震盪信號，測量一段時間內該震盪片20的震盪次數以計算震盪頻率(次數/時距)，並與該參考頻率進行比較，以輸出該頻率信號。該控制模組22較佳是以UART的協定(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用非同步收發傳輸)輸出該頻率信號至該無線傳輸模組24。

該無線傳輸模組24接收該頻率信號並無線輸出為一相關於震盪頻率的無線信號。該無線傳輸模組24使用短距無線通訊技術，較佳是使用目前普及之藍牙(Bluetooth)通訊技術實施。該無線傳輸模組24可根據所搭配的該監控單元3之架構而自動選擇透過低功耗藍牙協定或傳統藍牙協定傳輸資料。

於本實施例中，該震盪頻率模組21使用Texas Instrument SN74LVC1GX04實施，該控制模組22使用Microchip Technology pic16f15345實施，該參考頻率模組23使用ECS-80-18-5PX-TR實施，該無線傳輸模組24使用Microchip RN4678實施，但只僅為其中一種實施方式說明，並不以此為限。

該充電模組25具有一充電端口251、一電連接該充電端口251的充電電路252、一電連接該充電電路252的電池253、一電連接該電池253的變壓電路254，及一電連接該電池253與該控制模組22的電池電量計255。

該充電端口251用以接收一充電電源，本實施例中，是以該充電端口251由該監控單元3接收該充電電源作為說明，但該充電電源亦可以是經由市電或是其他供電裝置提供，不以此為限。

該充電電路252由該充電端口251接收該充電電源，以該充電電源對該電池253充電並進行充電管理。

該電池253用以於該量測單元2結束充電後，提供一內部電源以供該量測單元2之內部電路使用。該內部電源經該變壓電路254進行變壓，使其電壓轉為符合內部之該震盪頻率模組21、該控制模組22、該參考頻率模組23、該無線傳輸模組24等電路使用，例如，由5V變壓至3.3V。

該電池電量計255偵測該電池253的電壓並輸出該電池253之電量至該控制模組22，以供該控制模組22可以監控該電池253的電量。

於本實施例中，該充電端口251使用micro USB規格，且使用FTDI FT230XQ-R實施，該充電電路252使用Texas Instrument BQ21040DBVR實施，該電池253為一般鋰離子或鋰離子聚合物電池，該變壓電路254為5V轉3.3V的變壓電路，該電池電量計255使用MAX17048實施，但只僅為其中一種實施方式說明，並不以此為限。

該量測單元2較佳是還包括一電連接該控制模組22且受該控制模組22控制的電子冷卻模組26，該電子冷卻模組26靠近該震盪片20設置，且用以穩定該震盪片20之溫度(最高不超過30度)而減少該震盪片20之震盪頻率受溫度變化帶來的影響。該電子冷卻模組26可使用例如熱電致冷晶片等小體積的冷卻裝置實施。

該監控單元3信號連接該無線傳輸模組24，接收該無線信號，並根據該無線信號所含之震盪頻率運算沉積厚度。

其中，該監控單元3可為手機、平板或電腦等可執行運算軟體功能的電子設備。該監控單元3接收該無線信號，並根據該無線信號所含之震盪頻率使用Sauerbrey Equation運算質量變化，再根據質量變化與鍍膜材料的不同(密度的差異)來計算出相應的膜厚，由於此部分運算為此業界所熟悉的內容，在此不再贅述。

於實際應用時，將該量測單元2與該等被鍍物9並列設置於該設置架82，並使該蒸發源83朝該設置架82蒸發該鍍膜材料，及使該設置架82繞自身軸線旋轉，如此，由於該量測單元2是與該等被鍍物9直接並列設置於該設置架82，因此，該量測單元2之震盪片20上所沉積的該鍍膜材料之厚度，會實質相同於該等被鍍物9上所沉積的該鍍膜材料之厚度。接著，藉由該控制模組22根據該震盪信號輸出相關於震盪頻率的該頻率信號，並經由該無線傳輸模組24無線輸出至該監控單元3，該監控單元3根據該無線信號計算出相應的膜厚，可以推知目前該等被鍍物9所沉積的該鍍膜材料之厚度。

經由以上的說明，本實施例的功效如下：

一、藉由設置該無線傳輸模組24，使該量測單元2與該監控單元3以無線信號連接，可使該量測單元2不受傳統的接線纏繞限制，而可以直接與該等被鍍物9直接並列設置於該設置架82並一起旋轉，如此，可以達到經由量測該震盪片20上所沉積的該鍍膜材料之厚度，即能得知該等被鍍物9所沉積的該鍍膜材料之厚度的效果，相較於習知技術的間接監控方式，由於本實施例的該震盪片20上的鍍膜厚度實質上相同於該等被鍍物9上的鍍膜厚度，因此，等同是直接監控該等被鍍物9上的鍍膜厚度，所以，在系統建置的初期不需要進行額外的修正程序，也不需要導入冶具因子變量進行運算修正，即能得到即時的鍍膜厚度且精確度極高，是以，本實施例不僅可以下降設置成本，且能精準地控制薄膜的厚度，能達到較佳的產品品質及良率。

二、藉由設置該電子冷卻模組26，可以降低該震盪片20之溫度，減少該震盪片20之震盪頻率受溫度變化帶來的影響，如此，本實施例除了可以應用在不加熱的鍍膜製程外，還可以應用至溫度較高的加熱鍍膜製程而仍然具有一定的精確度，因此，可以提升本實施的應用範圍。

綜上所述，本發明無線傳輸薄膜厚度監控裝置，確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2:量測單元 20:震盪片 21:震盪頻率模組 22:控制模組 23:參考頻率模組 24:無線傳輸模組 25:充電模組 251:充電端口 252:充電電路 253:電池 254:變壓電路 255:電池電量計 26:電子冷卻模組 3:監控單元 8:鍍膜設備 81:真空室 82:設置架 83:蒸發源 9:被鍍物

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是習知一種鍍膜設備的一示意圖；圖2是本發明無線傳輸薄膜厚度監控裝置的一實施例的一示意圖；及圖3是該實施例的一架構方塊示意圖。

2:量測單元

20:震盪片

21:震盪頻率模組

22:控制模組

23:參考頻率模組

24:無線傳輸模組

25:充電模組

251:充電端口

252:充電電路

253:電池

254:變壓電路

255:電池電量計

26:電子冷卻模組

3:監控單元

Claims

一種無線傳輸薄膜厚度監控裝置，適用於應用於一鍍膜設備，該鍍膜設備包括一真空室，及一設置於該真空室且用以供至少一被鍍物設置的設置架，該至少一被鍍物受一鍍膜材料沉積，該無線傳輸薄膜厚度監控裝置包含：一量測單元，與該至少一被鍍物並列設置於該設置架，包括一震盪片、一震盪頻率模組、一控制模組，及一無線傳輸模組，該震盪片電連接該震盪頻率模組，受該震盪頻率模組控制並受該鍍膜材料沉積，且經由該震盪頻率模組輸出一相關於震盪頻率的震盪信號，該控制模組電連接該震盪頻率模組與該無線傳輸模組，接收該震盪信號並經該無線傳輸模組無線輸出一相關於震盪頻率的無線信號；及一監控單元，信號連接該無線傳輸模組，接收該無線信號，並根據該無線信號所含之震盪頻率運算沉積厚度。
如請求項1所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該量測單元還包括一輸出一參考頻率且電連接該控制模組的參考頻率模組，該控制模組接收該參考頻率，並根據該參考頻率與該震盪信號輸出一頻率信號，該無線傳輸模組接收該頻率信號並輸出為該無線信號。
如請求項1所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該震盪片為石英震盪片。
如請求項1所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該無線傳輸模組使用短距無線通訊技術。
如請求項4所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該無線傳輸模組使用藍牙通訊技術。
如請求項1所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該量測單元還包括一靠近該震盪片設置的電子冷卻模組，該電子冷卻模組用以降低該震盪片之溫度。
如請求項1所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該量測單元還包括一充電模組，該充電模組具有一充電端口、一電連接該充電端口的充電電路，及一電連接該充電電路的電池，該充電端口用以接收一充電電源並經該充電電路充電至該電池。
如請求項7所述的無線傳輸薄膜厚度監控裝置，其中，該充電模組還具有一電連接該電池與該控制模組的電池電量計，該電池電量計偵測該電池的電壓並輸出該電池之電量至該控制模組。