一种柔性基材镀厚膜用的镀膜设备及方法与流程

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一种柔性基材镀厚膜用的镀膜设备及方法与流程

本发明涉及柔性基材镀膜技术领域,特别涉及一种柔性基材镀厚膜用的镀膜设备及方法。



背景技术:

随着现代工业技术的发展,柔性基材的镀膜需求越来越大。柔性基材膜不但具有硬质衬底膜的光电特性,而且具有重量轻、可折叠、不易破碎、便于运输、设备投资少等优点。被广泛应用于高性能汽车贴膜、等离子电视平板显示、触摸屏、太阳能电池等领域。根据不同的应用需求,对所镀膜层的功能性要求也不同,但是总体上,目前各行业对柔性基材膜的功能性要求有越来越高的趋势,膜系结构也趋向于越来越复杂。

目前,磁控溅射法制备柔性薄膜的工艺比较成熟、生产效率也较高。但纯粹的磁控溅射法仅适用于金属膜层较薄(其膜厚一般不超过2μm)的柔性基材镀膜,无法适用于金属膜层较厚(其膜厚一般为3-5μm)的柔性基材镀膜。在实际生产中,磁控溅射法制备柔性薄膜的生产线中仍存在以下突出问题:

(1)磁控溅射方式中,金属材料蒸发量相当小,当金属膜层需要较大厚度时,必须采用多次反复镀膜,这就延长了镀膜周期,而且需要设置多个相同的真空镀膜室来进行镀膜,设备成本相当高,生产效率也低。同时,由于需要进行多次镀膜,容易使金属膜层出现分层现象,影响其膜层均匀性和使用性能。但若采用电子枪蒸发方式代替,则电子枪蒸发源造价过高,不利于设备成本控制,而且电子枪的稳定性较差,容易产生故障而影响正常生产。

(2)柔性基材镀膜前一般需要先进行离子处理,现有的磁控溅射方法中采用阳极线性离子源、霍尔离子源或考夫曼离子源,采用阳极线性离子源时,阳极离子源打出来的离子会含有来自阴极的金属离子,金属离子和离子束流混合在一起射出,对镀制高纯度的膜层有较大的影响。而采用霍尔离子源或考夫曼离子源时,需要设置导热灯丝来产生电子,而热灯丝容易烧坏,造成设备常常因为故障而需要停机维护,影响镀膜效率和膜层质量。

(3)现有的柔性基材镀膜是通过在同一镀膜室内缠绕完成镀膜的,该结构的镀膜室中,整个镀膜室处于同一种气氛中,膜层表面难以实现多种材料镀膜。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种柔性基材镀厚膜用的镀膜设备,该设备可实现柔性基材表面厚膜层的镀制,镀膜效率高,膜层表面均匀性也高。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的柔性基材镀厚膜用的镀膜方法。

本发明的技术方案为:一种柔性基材镀厚膜用的镀膜设备,沿柔性基材的输送方向,包括依次连接的放卷室、离子处理室、多个镀膜室和收卷室,离子处理室和多个镀膜室沿镀膜水冷辊的外周进行分布,放卷室和收卷室分别设于镀膜水冷辊的两侧;多个镀膜室中,位于中部的镀膜室中设置连续式蒸发镀膜源,其余各镀膜室中设置中频磁控靶;

连续式蒸发镀膜源包括蒸发器、蒸发器挡板和镀料丝供料机构,蒸发器设于镀膜室底部,蒸发器的开口朝向柔性基材的表面,蒸发器挡板设于蒸发器的开口上方,镀料丝供料机构设于蒸发器的一侧,镀料丝供料机构向蒸发器中供应镀料丝。

所述蒸发器包括蒸发源水冷座、蒸发源输入电极、蒸发舟、蒸发电极绝缘套和电极冷却水接咀,蒸发源水冷座为上部开口的箱体状结构,蒸发舟设于蒸发源水冷座内,蒸发舟底部设置蒸发源输入电极,蒸发源输入电极内设有冷却通道,冷却通道的入口处设有电极冷却水接咀,蒸发源输入电极与镀膜室外壁的相接处设有蒸发电极绝缘套。

所述镀料丝供料机构包括镀料丝卷盘、送丝轮和送丝咀,镀料丝缠绕于镀料丝卷盘上,镀料丝卷盘的输出端设置送丝轮,送丝咀安装于蒸发源水冷座上,镀料丝沿送丝轮输出后,通过送丝咀送入蒸发源水冷座中。

镀膜开始时,蒸发器挡板将蒸发器和柔性基材隔开,使柔性基材被挡住,蒸发源输入电极通电后对蒸发舟进行加热,蒸发舟温度升到可融化镀料丝后,打开蒸发器挡板,镀料丝供料机构中的镀料丝卷盘连续放出镀料丝,由送丝轮通过送丝咀送入蒸发源水冷座中,对柔性基材表面进行蒸发式镀膜。蒸发式镀膜的镀膜蒸发量大,所制得膜层厚度可达到5μm,并且可进行连续式镀膜,镀膜效率高。

所述离子处理室中设有冷阴极线性离子源,冷阴极线性离子源包括冷阴极离子源座、气体接咀、磁铁、阴极、阴极绝缘套、辅助阳极、阳极绝缘套和栅板组件;冷阴极离子源座为上部开口的箱体状结构,气体接咀贯穿于冷阴极离子源座的底部,位于气体接咀外周的冷阴极离子源座底面设有磁体,阴极设于气体接咀的上端,气体接咀与冷阴极离子源座的连接处设有阴极绝缘套,位于阴极上方的冷阴极离子源座内壁设有辅助阳极,辅助阳极与冷阴极离子源座的连接处设有阳极绝缘套;冷阴极离子源座顶部设有栅板组件。

所述栅板组件包括栅板固定块、内栅孔板、外栅孔板、栅板压块和栅板压块绝缘套,栅板固定块设于冷阴极离子源座顶部,内栅孔板和外栅孔板依次设于栅板固定块上方,外栅孔板顶部设置栅板压块,栅板压块外周设置栅板压块绝缘套。

所述阴极和辅助阳极之间外接100~1000V的电源,外栅孔板和内栅孔板之间外接100~500V的电源。

对柔性基材表面进行离子处理时,工作气体从气体接咀接入,然后通入100~1000V的电压,阴极和辅助阳极之间形成辉光放电,产生离子,在磁铁的作用下,形成的磁力线从冷阴极离子源座中心穿过,这是外栅孔板和内栅孔板之间通入100~500V的电压,过电压可以将阴极上辉光放电产生的离子向外拉出,并以一定的能量由内向外喷出,形成具有一定能量的离子源束射向柔性基材表面。该冷阴极线性离子源向外射出的离子能量较高,且射出的离子中不会含有金属离子等其他有害物质,可有效提高柔性基材表面的膜层纯度。

所述放卷室与离子处理室的连接处设有大气隔离真开锁,多个镀膜室与收卷室的连接处也设有大气隔离真空锁;

大气隔离真空锁包括压紧气缸、气缸密封座、隔离密封座和压紧密封胶辊,隔离密封座底部设有柔性基材通过用的基材通道,且位于基材通道上下两侧的隔离密封座底部设有圆柱状凹槽,圆柱状凹槽底部位于基材通道下方,圆柱状凹槽上部位于基材通道上方且与隔离密封座的内部空间想通,压紧密封胶辊设于隔离密封座的内部空间中,压紧密封胶辊顶部与压紧气缸的输出端连接,压紧气缸通过气缸密封座安装于隔离密封座上方;大气隔离真空锁闭合时,压紧密封胶辊的下部嵌入圆柱状凹槽中。

作为一种优选方案,所述压紧密封胶辊的两端对称设有两个压紧气缸。

大气隔离真空锁使用时,当需要隔离放卷室与离子处理室或需要隔离镀膜室与收卷室时,关闭大气隔离真空锁,压紧气缸下压,带动压紧密封胶辊向下运动,至压紧密封胶辊的下部嵌入圆柱状凹槽中,此时压紧密封胶辊将基材通道隔断,起到隔离作用。若需要打开大气隔离真空锁时,压紧气缸上提,带动压紧密封胶辊上升至基材通道上方,使基材通道连通即可。该大气隔离真空锁可将其两侧的真空侧和大气侧隔离,使离子处理室和镀膜室内不用每个工作周期都放入大气,减少大气中所含水蒸气、灰尘及其他有害气体对镀膜室污染,从而提高膜层的纯度和质量,同时,压紧密封胶辊的外圆柱面为柔性表面,其密封效果好,可保障隔离效果。

所述多个镀膜室中,任意相邻的两个镀膜室之间设有隔离板,隔离板靠近镀膜水冷辊的一侧设有隔离板水冷座,隔离板水冷座与镀膜水冷辊之间的间隙为基材通道,且间隙宽度不超过1mm;隔离板内设有与隔离板水冷座连通的冷却水路,隔离板水冷座的宽度大于100mm。

在镀膜过程中,中频磁控靶的工作压强一般为5×10-1Pa,连续式蒸发镀膜源的工作压强一般为5×10-3Pa,两者之间相差2个数量级,所以采用上述隔离板后,在镀膜过程中可实现多层不同真空压力范围的镀膜工艺。隔离板水冷座与镀膜水冷辊之间的隙宽度不超过1mm,隔离板水冷座的宽度大于100mm,在真空状态下,可有效阻止气体从中频磁控靶对应的镀膜室流入到连续式蒸发镀膜源对应的镀膜室内,对连续一次镀多层膜的镀膜工艺来说就很容易实现。

上述镀膜设备中,根据实际需要,多个镀膜室与收卷室之间还可设有过渡室,若设有过渡室,则在过渡室与收卷室之间设置大气隔离真空锁,过渡室与镀膜室之间可不设大气隔离真开锁。

本发明通过上述设备实现一种柔性基材镀厚膜用的镀膜方法,包括以下步骤:

(1)柔性基材由放卷室放出后,先进入离子处理室,对柔性基材表面进行离子粗化和除气处理;

(2)柔性基材完成离子处理后,沿镀膜水冷辊的转动依次送入各个镀膜室中,先由中频磁控靶对柔性基材表面进行至少一次溅射镀膜,然后通过连续式蒸发镀膜源对柔性基材进行蒸发镀膜,再由中频磁控靶对柔性基材表面进行至少一次溅射镀膜;

(3)完成镀膜后,柔性基材送入收卷室中进行收卷。

本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:

本柔性基材镀厚膜用的镀膜设备中,通过在镀膜室内设置连续式蒸发镀膜源,利用连续式的镀料丝供料机构及蒸发器,可实现较大的镀膜蒸发量,所制得膜层厚度可达到5μm,并且可进行连续式镀膜,其镀膜效率高,与纯粹的磁控溅射镀膜方式相比,其蒸发镀膜量可提高10倍以上。同时,与电子枪蒸发源相比,连续式蒸发镀膜源的造价低,稳定性较好。

本柔性基材镀厚膜用的镀膜设备中,采用冷阴极线性离子源进行离子处理,向外射出的离子能量较高,且射出的离子中不会含有金属离子等其他有害物质,可有效提高柔性基材表面的膜层纯度。同时,冷阴极线性离子源中不需要设置灯丝,冷阴极线性离子源损坏率较低,可保障镀膜工艺的正常运行。

本柔性基材镀厚膜用的镀膜设备中,通过在真空侧和大气侧之间设置大气隔离真空锁,可有效隔离真空侧和大气侧,使离子处理室和镀膜室内不用每个工作周期都放入大气,减少大气中所含水蒸气、灰尘及其他有害气体对镀膜室污染,从而提高膜层的纯度和质量,同时,压紧密封胶辊的外圆柱面为柔性表面,其密封效果好,可保障隔离效果。

本柔性基材镀厚膜用的镀膜设备中,通过在任意相邻的两个镀膜室之间,或者镀膜室与其他真空室之间设置隔离板及隔离板水冷座,在真空状态下,可有效阻止气体从中频磁控靶对应的镀膜室流入到连续式蒸发镀膜源对应的镀膜室内,对连续一次镀多层膜的镀膜工艺来说就很容易实现。

附图说明

图1为本镀膜设备的整体结构示意图。

图2为本镀膜设备中连续式蒸发镀膜源的结构示意图。

图3为本镀膜设备中冷阴极线性离子源的结构示意图。

图4为本镀膜设备中大气隔离真开锁的结构示意图。

图5为大气隔离真开锁中压紧密封胶辊两端对称设有两个压紧气缸时的结构示意图。

图6为本镀膜设备中相邻两个镀膜室之间设置隔离板时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种柔性基材镀厚膜用的镀膜设备,如图1所示,沿柔性基材5的输送方向,包括依次连接的放卷室1、离子处理室2、多个镀膜室3和收卷室4,离子处理室和多个镀膜室沿镀膜水冷辊的外周进行分布,放卷室和收卷室分别设于镀膜水冷辊6的两侧;多个镀膜室中,位于中部的镀膜室中设置连续式蒸发镀膜源7,其余各镀膜室中设置中频磁控靶8;其中,镀膜室共有五个,设有连续式蒸发镀膜源的镀膜室位于中间,其前后两侧各设有两个设有中频磁控靶的镀膜室,镀膜室与收卷室之间还设有过渡室9,各镀膜室外壁上设有分子泵40。

如图2所示,连续式蒸发镀膜源包括蒸发器10、蒸发器挡板11和镀料丝供料机构12,蒸发器设于镀膜室底部,蒸发器的开口朝向柔性基材的表面,蒸发器挡板设于蒸发器的开口上方,镀料丝供料机构设于蒸发器的一侧,镀料丝供料机构向蒸发器中供应镀料丝。蒸发器包括蒸发源水冷座13、蒸发源输入电极14、蒸发舟15、蒸发电极绝缘套16和电极冷却水接咀17,蒸发源水冷座为上部开口的箱体状结构,蒸发舟设于蒸发源水冷座内,蒸发舟底部设置蒸发源输入电极,蒸发源输入电极内设有冷却通道,冷却通道的入口处设有电极冷却水接咀,蒸发源输入电极与镀膜室外壁的相接处设有蒸发电极绝缘套。镀料丝供料机构包括镀料丝卷盘18、送丝轮19和送丝咀20,镀料丝缠绕于镀料丝卷盘上,镀料丝卷盘的输出端设置送丝轮,送丝咀安装于蒸发源水冷座上,镀料丝沿送丝轮输出后,通过送丝咀送入蒸发源水冷座中。镀膜开始时,蒸发器挡板将蒸发器和柔性基材隔开,使柔性基材被挡住,蒸发源输入电极通电后对蒸发舟进行加热,蒸发舟温度升到可融化镀料丝后,打开蒸发器挡板,镀料丝供料机构中的镀料丝卷盘连续放出镀料丝,由送丝轮通过送丝咀送入蒸发源水冷座中,对柔性基材表面进行蒸发式镀膜。蒸发式镀膜的镀膜蒸发量大,所制得膜层厚度可达到5μm,并且可进行连续式镀膜,镀膜效率高。

离子处理室中设有冷阴极线性离子源,如图3所示,冷阴极线性离子源包括冷阴极离子源座21、气体接咀22、磁铁23、阴极24、阴极绝缘套25、辅助阳极26、阳极绝缘套27和栅板组件;冷阴极离子源座为上部开口的箱体状结构,气体接咀贯穿于冷阴极离子源座的底部,位于气体接咀外周的冷阴极离子源座底面设有磁体,阴极设于气体接咀的上端,气体接咀与冷阴极离子源座的连接处设有阴极绝缘套,位于阴极上方的冷阴极离子源座内壁设有辅助阳极,辅助阳极与冷阴极离子源座的连接处设有阳极绝缘套;冷阴极离子源座顶部设有栅板组件。栅板组件包括栅板固定块28、内栅孔板29、外栅孔板30、栅板压块31和栅板压块绝缘套32,栅板固定块设于冷阴极离子源座顶部,内栅孔板和外栅孔板依次设于栅板固定块上方,外栅孔板顶部设置栅板压块,栅板压块外周设置栅板压块绝缘套。阴极和辅助阳极之间外接100~1000V的电源,外栅孔板和内栅孔板之间外接100~500V的电源。对柔性基材表面进行离子处理时,工作气体从气体接咀接入,然后通入100~1000V的电压,阴极和辅助阳极之间形成辉光放电,产生离子,在磁铁的作用下,形成的磁力线从冷阴极离子源座中心穿过,这是外栅孔板和内栅孔板之间通入100~500V的电压,过电压可以将阴极上辉光放电产生的离子向外拉出,并以一定的能量由内向外喷出,形成具有一定能量的离子源束射向柔性基材表面。该冷阴极线性离子源向外射出的离子能量较高,且射出的离子中不会含有金属离子等其他有害物质,可有效提高柔性基材表面的膜层纯度。

放卷室与离子处理室的连接处设有大气隔离真开锁,过渡室与收卷室的连接处也设有大气隔离真空锁;如图4所示,大气隔离真空锁包括压紧气缸33、气缸密封座34、隔离密封座35和压紧密封胶辊36,隔离密封座底部设有柔性基材通过用的基材通道37,且位于基材通道上下两侧的隔离密封座底部设有圆柱状凹槽,圆柱状凹槽底部位于基材通道下方,圆柱状凹槽上部位于基材通道上方且与隔离密封座的内部空间想通,压紧密封胶辊设于隔离密封座的内部空间中,压紧密封胶辊顶部与压紧气缸的输出端连接,压紧气缸通过气缸密封座安装于隔离密封座上方;大气隔离真空锁闭合时,压紧密封胶辊的下部嵌入圆柱状凹槽中。本实施例作为一种优选方案,如图5所示,压紧密封胶辊的两端对称设有两个压紧气缸。大气隔离真空锁使用时,当需要隔离放卷室与离子处理室或需要隔离镀膜室与收卷室时,关闭大气隔离真空锁,压紧气缸下压,带动压紧密封胶辊向下运动,至压紧密封胶辊的下部嵌入圆柱状凹槽中,此时压紧密封胶辊将基材通道隔断,起到隔离作用。若需要打开大气隔离真空锁时,压紧气缸上提,带动压紧密封胶辊上升至基材通道上方,使基材通道连通即可。该大气隔离真空锁可将其两侧的真空侧和大气侧隔离,使离子处理室和镀膜室内不用每个工作周期都放入大气,减少大气中所含水蒸气、灰尘及其他有害气体对镀膜室污染,从而提高膜层的纯度和质量,同时,压紧密封胶辊的外圆柱面为柔性表面,其密封效果好,可保障隔离效果。

多个镀膜室中,如图6所示,任意相邻的两个镀膜室之间设有隔离板38,隔离板靠近镀膜水冷辊的一侧设有隔离板水冷座39,隔离板水冷座与镀膜水冷辊之间的间隙R为基材通道,且间隙宽度不超过1mm;隔离板内设有与隔离板水冷座连通的冷却水路(图中未示出),隔离板水冷座的宽度大于100mm。在镀膜过程中,中频磁控靶的工作压强一般为5×10-1Pa,连续式蒸发镀膜源的工作压强一般为5×10-3Pa,两者之间相差2个数量级,所以采用上述隔离板后,在镀膜过程中可实现多层不同真空压力范围的镀膜工艺。隔离板水冷座与镀膜水冷辊之间的隙宽度不超过1mm,隔离板水冷座的宽度大于100mm,在真空状态下,可有效阻止气体从中频磁控靶对应的镀膜室流入到连续式蒸发镀膜源对应的镀膜室内,对连续一次镀多层膜的镀膜工艺来说就很容易实现。

通过上述设备可实现一种柔性基材镀厚膜用的镀膜方法,包括以下步骤:

(1)柔性基材由放卷室放出后,先进入离子处理室,对柔性基材表面进行离子粗化和除气处理;

(2)柔性基材完成离子处理后,沿镀膜水冷辊的转动依次送入各个镀膜室中,先由中频磁控靶对柔性基材表面进行至少一次溅射镀膜,然后通过连续式蒸发镀膜源对柔性基材进行蒸发镀膜,再由中频磁控靶对柔性基材表面进行至少一次溅射镀膜;

(3)完成镀膜后,柔性基材送入收卷室中进行收卷。

如上所述,便可较好地实现本发明,上述实施例仅为本发明的较佳实施例,并非用来限定本发明的实施范围;即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰,都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

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