一种喷头封装层厚度调节装置的制作方法

本实用新型属于原子层沉积技术领域，具体涉及一种喷头封装层厚度调节装置。

背景技术：

ncap为nano-encapsulation的缩写形式。ncap技术(ncaptechnology)是专门针对柔性高分子聚合物膜材料(即“柔性膜”)表面封装应用所开发的多种技术集成的总称。封装则特指针对柔性膜所做的对多种气体(特别是水气及氧气)的高性能阻隔处理。ncap技术是气相表面处理技术，其实质是气相条件下柔性膜材料的表/界面及内部物理化学反应。

“柔性膜表面处理气体喷射装置”是一个针对多种柔性膜表面气相处理所研发的装置。该“柔性膜(即柔性高分子聚合物膜)表面处理气体喷射装置”在ncap技术规范中被定义为：“集成空气动力学柔性表面处理喷头”，简称“喷头”。喷头是ncap封装系统反应物分子传输的末端，同时也负责表/界面物理化学反应发生时全局环境的建立。喷头所喷出的工作/反应气体射流在喷头与柔性膜之间形成ncap工艺实施区，而ncap系统所有全局/局部变量的最终实施及控制都在该工艺实施区内部完成。

与此同时，当需要实现对柔性膜上下表面同时进行喷射时，两个喷头之间的封装层间隙如何调整就是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种喷头封装层厚度调节装置。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种喷头封装层厚度调节装置，包括上下平行布置的两个喷头，两个喷头之间为工作区，该喷头用在原子层沉积中对柔性膜表面进行气体喷射处理，包括呈长条状的喷头本体，该喷头本体的工作面沿着柔性膜的移动方向依次划分为若干先导气工作区，相邻两个先导气工作区之间为缓冲区，若干先导气工作区以及缓冲区的四周为气体隔离面，且所有先导气工作区以及缓冲区统称为封装工作区；其中，

两个喷头在垂直于柔性膜移动方向的两个侧面上均设置有调节板，且两个喷头之间相同位置处的调节板通过间距调节装置连接在一起。

本实用新型进一步的改进在于，间距调节装置包括调节丝杠，以及用于驱动调节丝杠的马达或气缸。

本实用新型进一步的改进在于，两个喷头之间还设置有垫片。

本实用新型进一步的改进在于，喷头本体在垂直于柔性膜的移动方向的一个侧面上，在所有先导气工作区和缓冲区以及气体隔离面均匀开设有若干平行布置的进气管道，另一个侧面上在开设有若干平行布置的排气管道，且进气管道和排气管道均为盲孔，进气管道的进气口与主气路系统的上游部分相连接，排气管道的出气口与主气路系统的下游部分相连接；喷头本体的工作面均匀开设有若干排气孔，在每个先导气工作区均开设有气体回收槽；每条进气管道均与对应的若干排气孔连通，每条排气管道均与对应的气体回收槽连通。

本实用新型进一步的改进在于，每条进气管道均通过进气衔接管道与对应的若干排气孔连通。

本实用新型进一步的改进在于，进气衔接管道的尺寸设计要求为(d1-d2)/2h>0.1；其中d1为进气衔接管道内直径，d2为排气孔直径，h为进气衔接管道长度，进气管道内直径设计为d0>10σ(d2)，即进气管道内直径d0大于所在功能区内所有排气孔直径相加总和的10倍。

本实用新型进一步的改进在于，每条排气管道均通过排气衔接管道与对应的气体回收槽连通。

本实用新型进一步的改进在于，在进气管道与主气路系统的连接处设置有一个微型调节腔，该微型调节腔为锥形圆筒状部件；微型调节腔的设计要求为arctan(d0-d3)/2l<arctan(200/re)，其中d0为进气管道内直径，d3为主气路系统管道内直径，l为微型调节腔的长度，re为喷头进气管道输入气体雷诺数。

本实用新型进一步的改进在于，气体回收槽在封装工作面两端对称开口连接对应的排气管道。

本实用新型进一步的改进在于，排气管道横截面的面积总和小于所有进气管道横截面的面积总和的10％，即σs排<0.1σs进。

本实用新型具有如下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种喷头封装层厚度调节装置，通过在两个喷头垂直于柔性膜移动方向的两个侧面上均设置调节板，并且两个调节板之间通过间距调节装置连接在一起，进而实现了两个喷头之间的封装层的间隙调节。

进一步，间距调节装置采用调节丝杠，以及用于驱动调节丝杠的马达或气缸，进而实现了两个喷头之间的封装层间隙的自动调节。

进一步，该喷头具有独立的气体闭锁循环体系，即带有独立的进气及排气装置，不与外界进行气体交换，用在原子层沉积中对柔性膜表面进行气体喷射处理。该喷头装置内部管道分为两类，一类管道为进气管道，用于将封装工作面及气体隔离面内的排气孔与ncap主气路系统的上游部分相连接，其设计需要确保到达所有排气孔的气体达到封装层内分子数密度均匀及气压稳定的要求；另一类管道为排气管道，用于将气体回收槽与ncap主气路系统的下游部分相连接，其设计需要满足携带反应副产物及多余反应物分子工作气体的迅速有效排出，同时不影响封装层的稳定空气动力学环境。本实用新型通过在喷头垂直于柔性膜的移动方向的一个侧面上，在所有先导气工作区和缓冲区以及气体隔离面均匀开设若干平行布置的进气管道，另一个侧面上在开设若干平行布置的排气管道，并将进气管道与工作区的排气孔连通，将排气管道与工作区的气体回收槽连通，其结构简单，设计巧妙，并且能够达到预期的效果。

进一步，在进气管道与主气路系统的连接处，由于管径从小变到大，为了防止在连接处的湍流回流以及为了减少喷头进气管道内湍流的出现，通过在进气管道与系统主气路之间连接一个微型调节腔，即可克服。

进一步，为了保持气体回收的平衡性，气体回收槽在封装工作面两端对称开口连接排气管道。此外，为了尾气的分别处理，所有先导气工作区的气体回收槽分别连接不同的排气管道。

附图说明

图1为ncap喷头工作方式示意图；

图2为封装层厚度调节结构示意图。

图3为喷头进气管道(先导气1/2、缓冲区、气体隔离面)示意图。

图4为进气衔接管道的结构示意图。

图5为进气管道与系统主气路之间微型调节腔示意图，图5(a)为进气管道与系统主气路之间连接示意图，图5(b)为微型调节腔的结构示意图。

图6为喷头排气管道设计示意图。

图7为喷头内部管道总分布示意图。

附图表示说明：

1-喷头本体，2-进气管道，3-排气管道，4-排气孔，5-气体回收槽，6-进气衔接管道，7-排气衔接管道，8-微型调节腔，9-主气路系统，10-喷头，11-柔性膜，12-封装层，13-调节板，14-间距调节装置，15-调节丝杠，16-马达或气缸，17-垫片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做出进一步的说明。

1、封装工作面工作方式

喷头10的功能除了完成ncap封装工艺外，还提供柔性膜11输送时对膜的无摩擦无损伤加持，并同时确保柔性膜11在输送时表面的平整度。故此，喷头10的工作方式为成对组成一个基本功能单元，如图1所示。一对喷头10上下对置，柔性膜11从其中穿过，除表面反应外，封装层12内部的气体压力对柔性膜11产生无摩擦物损伤加持作用，辅助柔性膜11输送过程中优异平整度要求的实现。此种方式工作同时也赋予了ncap工艺的一项附加功能，即可以实现单/双面封装处理的自由切换。

2、封装工作面与封装层厚度

封装层12是封装工作面与柔性膜11表面之间的气体层，其厚度即为喷头10的封装工作面与柔性膜11表面之间的垂直距离，记为h。封装层厚度在ncap封装工艺中起着十分重要的作用，包括反应物分子在封装层内的分布、从排气孔到柔性膜表面的输运以及封装层本身的空气动力学特性，都与封装层厚度有着密切的关系。

排气孔所排出的气体射流必须要借助柔性膜表面的阻挡回馈才可以形成有效的封装层以及形成气体的回收。此回馈作用的产生需要封装工作面与柔性膜表面维持一定的距离h，h的值与喷头排气孔的出射压力有关，经验估计原则为每增加一个标准气压，h增加约50μm。ncap喷头可以对距离进行调整，以便适应不同的工艺需要。例如，对于较薄的柔性膜，可以通过增加h来减少柔性膜发生抖动的可能性并改善封装层的均匀性；另外，可以通过h的调整来改变封装层内的压力。

封装层厚度调控如下：喷头是采用成对工作的方式，每一个喷头的“电/气/机械控制面”都会在两端各延伸一个两喷头之间的调节板13和间距调节装置14，如图2所示。通过间距调节装置14内的调节丝杠10，打开两个喷头10之间的空隙，同时放入精确厚度的垫片17来实现封装层厚度的精确调节。例如，当处理100μm厚的柔性膜且封装层厚度设为55μm时，需要放入的垫片总厚度为100+55*2(双面)＝210μm。图2中所示的调节机构，还可以进一步连接马达或气缸16推动，以实现大量喷头一起工作时的自动调节。

如图7所示，本实用新型的喷头内部管道分为两类，一类管道为进气管道2，用于将封装工作面及气体隔离面内的排气孔4与ncap主气路系统的上游部分相连接，其设计需要确保到达所有排气孔4的气体达到封装层内分子数密度均匀及气压稳定的要求；另一类管道为排气管道3，用于将气体回收槽5与ncap主气路系统的下游部分相连接，其设计需要满足携带反应副产物及多余反应物分子工作气体的迅速有效排出，同时不影响封装层的稳定空气动力学环境。

如图3所示，喷头本体1的工作面沿着柔性膜的移动方向依次划分为第一先导气工作区、缓冲区和第二先导气工作区，两个先导气工作区以及缓冲区的四周为气体隔离面，且两个先导气工作区以及缓冲区统称为封装工作区；第一先导气工作区、第二先导气工作区、缓冲区、气体隔离面各含有一条进气管道2，每一条进气管道2以串联的方式连接其所在功能区内所有排气孔。每一个排气孔4通过一个进气衔接管道6连接至进气管道2，进气衔接管道6的作用是进一步提高排气孔4出射气流的压力以及防止出射口附近的湍流/回流现象，其尺寸设计要求为(d1-d2)/2h>0.1。如图4所示，其中d1为进气衔接管道内直径，d2为排气孔直径，h为进气衔接管道长度。进气管道内直径一般设计为d0>10σ(d2)，即进气管道内直径大于所在功能区内所有排气孔直径相加总和的10倍。其目的是为了保证充足的进气量，从而使每一个排气孔4的排气不会对其它排气孔造成影响，从而保证封装层的空气动力学稳定性。

在进气管道2与ncap主气路系统的连接处，由于管径从小(ncap主气路系统)变到大(ncap喷头进气管道)，为了防止在连接处的湍流回流以及为了减少喷头进气管道2内湍流的出现，在进气管道2与系统主气路9之间会连接一个微型调节腔8。该微型调节腔8设计为一个锥形圆筒状部件，如图5所示。其设计要求为arctan(d0-d3)/2l<arctan(200/re)，其中d0为喷头进气管道内直径，d3为ncap主气路系统管道内直径，l为微型调节腔的长度(沿流体流动方向)，re为喷头进气管道输入气体雷诺数。

如图6所示，排气管道3与封装工作面内的气体回收槽5相连。为了保持气体回收的平衡性，气体回收槽5在封装工作面两端对称开口连接排气管道3(图6中对称分布的衔接管)。为了尾气的分别处理，第一先导气工作区与第二先导气工作区的气体回收槽5分别连接不同的排气管道3。排气管道3的内直径设计原则是所有排气管道横截面的面积总和要小于所有进气管道横截面的面积总和的10％，即σs排<0.1σs进。其目的是在不可压气体质量通量不变的前提下，通过进气管道2与排气管道3的面积差来增加排气管道3的气体流速，从而保证喷头尾气(含有多余反应物分子及反应副产物等)的迅速有效排出。排气管道3通常会与大功率真空泵或其它气体抽取装置相连，以进一步确保气流的顺畅排出而杜绝在喷头出射端的回流现象。ncap技术有专门研发的全系统压力实时配平系统，配合气体抽取装置来实现全系统任意气流控制节点(包括ncap喷头排出管道与ncap主气路下游部分的连接节点)的零回流，会在后续技术说明中详细介绍(参考ncap封装技术说明-2：空气动力学辅助同步压力瞬时变换系统)。

每一个喷头内部的进气管道2与排气管道3，连同排气孔4、气体回收槽5以及衔接管道，构成一个有机的整体气体回路。