专利名称：连续的定量可控的干粉铺涂装置的制作方法
技术领域：
本发明属于制备固体薄膜及半导体薄膜靶材，或直接制备薄膜的铺涂干粉的设 备。
背景技术：
陶瓷薄膜、半导体薄膜、以及相应的薄膜器件的产业化制造技术，需要在大面 积衬底上沉积高纯的单质或化合物薄膜。而沉积这类薄膜所用的方法，如溅射、近空 间升华、热蒸发等常常要用特定粉体材料经烧结、压制、蒸发、升华制成大面积的靶或 源，或者直接用粉体作源。这类粉体源实际上是一层厚度均勻的粉体层，在大多数情况 下，还要求它们具有特定的厚度。众所周知，浆料易于涂敷成薄层，但是，鉴于有些材 料不能用其粉体制成浆料，因此直接将干粉铺涂成粉体层便是不二选择。粉体层的铺涂看似简单，但在大面积上制作厚度均勻、且能精确控制的技术及 实施这种技术的装置并不成熟，也未见报道。粉体的特点是流动性差，不能在重力或压 力的作用下顺畅地流动；粉体不能传递压力，局部的压力导致局部压缩，会阻塞流道， 也会造成粉体层质量密度不均勻；粉体，特别是亚微米粉体易于成团，要使这样的粉体 层厚度均勻必须采用特殊的手段。本发明针对上述要求和粉体自身的特点作了一系列特别的设计。本装置可进行 连续铺粉过程，可以按要求制作出不同尺寸、不同厚度的连续粉体层；制作过程能保持 粉体的纯度，材料的浪费极小。
发明内容
本发明的设备结构如图1所示。其具体要点如下1、铺粉的衬底I放置在传送装置B上，B可以为履带、或为滚轮、或为链条， 在步进电机的带动下作水平移动；步进电机可按要求控制其移动速率。A是衬底的运送 小车。2、铺粉衬底之上装置一个梯形漏斗如C，如图1和图2所示。漏斗材料需确保 器壁不与粉体发生粘附，利于粉料流动。3、安装漏斗升降D和粉料出口调节装置H，漏斗升降可以确保本装置适用不同 厚度的衬底。4、漏斗内部安装了用于拨料的一对齿状转动轴E。如图3的E1和E2，在齿状 突出部分K刻有一定间隔和宽度的沟槽；这对转轴彼此啮合，等速地分别按顺时针方向 和逆时针方向转动，将粉料定量地从两轴之间向下拨撒；拨撒的量由转动速率、沟槽横 截面积与深度、沟槽数目来调节。5、在选定了一对齿状转动轴后，拨撒厚度由齿状转动轴的转速和衬底的移动速 率来调节。6、漏斗可以有第二种设计，其内部只有一根拨料转轴L，如图4所示。拨料转轴的表面刻有与轴平行的具有一定间隔和宽度的沟槽；拨料转轴与漏斗内壁密切接合， 在转动时将沟槽中的粉料从与漏斗内壁的间隙向下拨撒。7、拨料转轴的沟槽可以有多种设计，如图5所示类正多边形，图5a所示；类 风车形，如图5b所示；类齿轮形，如图5c所示；类勋章形，如图5d;内切弧形，如图 5e所示。不同的沟槽加工难易不同，拨撒到衬底上的粉体堆积的形状不同，这可以因粉 体的性质进行选择。特别是，可以通过增加沟槽的数目来增加粉体层厚度的均勻性。合 理的沟槽数可以从1到256，这取决于拨料转轴的直径。8、在漏斗的第二种设计中，与拨料转轴密切接触的是一块与漏斗上端用铰链M 链接的自动下垂的板N。如图4所示。9、设计了粉末回收装置，可以有效避免源材料的浪费。与现有技术相比，本发明有如下优点1)能制备不同尺寸的粉末源，可以根据使用需要获得理想的尺寸。2)能制备出厚度可调的粉末源，可以满足不同沉积薄膜的工艺条件要求。3)能制备出不同形状的粉末源，根据使用要求，可以制作成连续的源，也可制 作成非连续的源。4)通过升降与出口调节装置，能满足不同载体所需源的制作要求。5)本发明的漏斗连及衬底和衬底传送机构，可成为一台制备设备中的连续加料 装置而使用，即，可以不断地形成源或靶，它们随即被在线使用；漏斗连及拨料转轴成 为一台制备设备中的连续加料装置而使用，它拨撒下来的粉体立即被加热，或蒸发、或 升华，淀积在样品上形成薄膜。5)通过回收装置，有效避免源材料浪费。6)本发明可以实现连续铺粉，生产过程中所需能耗很小，符合节能的要求。 四
附图为本发明的铺涂粉末设备图。图1为整体结构图其中，A为运输车，用作转移衬底；B为传送装置，可以 为履带、或为滚轮、或为链条；C为梯形漏斗；D为可调装置，可按照需要调节容器高 度；I为衬底，用于盛装粉料；J为粉末回收装置。图2为漏斗结构图E为齿状转动轴，可以控制粉料流动速度；F为限位装置， 能防止齿状轮带动粉料转入后部；G为定位装置，感应衬底运动位置；H为粉料流出开 口，可以调节宽度及长度；P为预留喷口。图3为对转轴E结构图K为转轴齿状突出部分，上面刻有一定间隔和宽度的沟槽。图4为具有单拨料转轴的漏斗结构图L为转动轴；M为板N与漏斗铰链的位置。图5为转动轴L上具有一定间隔和宽度的沟槽结构图图5a为类正多边形；图 5b为类风车形；图5c为类齿轮形；图5d为类勋章形；图5e为内切弧形。图6为粉料回收装置图6a为能向一个方向转动90°的回收托盘；图6b为可 以拆卸的托盘。五具体实施例方式根据附图所示的铺粉设备结构图，可以按如下方式实施本发明根据铺粉衬底I的外形尺寸，调节漏斗升降位置D，确保粉料出口端与衬底边缘 有一定间隙；调节粉料出口 H，确保粉料能完全铺涂在衬底上而不超过衬底边缘溢出； 调节齿状传动轴转速和衬底移动速度以获得所需的拨撒粉体厚度。实施例一本装置的漏斗可由有机或无机材料构成，拨料为一对转轴E，可由不锈钢、石 英玻璃、刚玉陶瓷及其他硬材料构成，转轴上有齿状突出，横截面呈类多边形，这对转 轴彼此啮合，在齿状突出部分K刻有一定间隔和宽度的沟槽。将一定量的金属粉、陶瓷 粉、半导体粉及其它粉体装入漏斗，当衬底通过传动装置B到达漏斗粉料出口定位装置 G时，齿状传动轴分别按顺时针和逆时针方向勻速转动，转轴上的沟槽带动与其临近的 粉料均勻移动并填充沟槽，当沟槽离开啮合位置时，粉料通过出口均勻向下拨撒。同时 衬底I勻速运动，当其后端到达G时，转轴停止转动，结束粉末铺涂。在本实施例中， 可通过改变转动轴转动速率、沟槽横截面积与深度、沟槽数目控制粉体拨撒量及保证衬 底上粉层的厚度连续均勻分布。实施例二 本装置的漏斗可由有机或无机材料构成。拨料为单转轴L，可由不锈钢、石英玻 璃、刚玉陶瓷及其他硬材料构成，拨料转轴的表面刻有与轴平行的具有一定间隔和宽度 的沟槽，拨料转轴与漏斗内壁密切接合。将一定量的金属粉、陶瓷粉、半导体粉及其它 粉体装入漏斗，当衬底通过传动装置B到达漏斗粉料出口感应装置G时，传轴按顺时针 方向勻速转动，转轴上的沟槽带动与其临近的粉料均勻移动并填充沟槽，当沟槽离开与 漏斗内壁结合位置时，粉料通过出口均勻向下拨撒。同时衬底I勻速运动，当其后端到达 G时，转轴停止转动，结束粉末铺涂。在本实施例中，可通过改变转动轴转动速率、沟 槽横截面积与深度、沟槽数目控制粉体拨撒量及保证衬底上粉层的厚度连续均勻分布。实施例三本装置的漏斗可由有机或无机材料构成，漏斗下部是一个通过铰链与上部链接 的自由下垂的板N。拨料为单转轴L，可由不锈钢、石英玻璃、刚玉陶瓷及其他硬材料 构成，拨料转轴的表面刻有与轴平行的具有一定间隔和宽度的沟槽，拨料转轴与漏斗内 壁及板N密切接合。为了保证平板在整个长度上与拨料转轴密切接触，板面应抛光，并 可以通过铰链M调整其位置和高度。这块板的厚度在10mm以上，自身有足够的重量。 在铺撒高纯无机材料粉体时，这块板最好用石英玻璃、或刚玉陶瓷制成。将一定量的金 属粉、陶瓷粉、半导体粉及其它粉体装入漏斗，当衬底通过传动装置B到达漏斗粉料出 口感应装置G时，传轴按顺时针方向勻速转动，转轴上的沟槽带动与其临近的粉料均勻 移动并填充沟槽，当沟槽离开与板N结合位置时，粉料通过出口均勻向下拨撒。同时衬 底I勻速运动，当其后端到达G时，转轴停止转动，结束粉末铺涂。在本实施例中，可 通过改变转动轴转动速率、沟槽横截面积与深度、沟槽数目控制粉体拨撒量及保证衬底 上粉层的厚度连续均勻分布。实施例四
对于粒度较大(大于5微米)的金属粉、陶瓷粉、半导体粉及其它粉体，拨料转 轴E或L刻槽数目最小可达1个。其横截面类似于正多边形，或类似于风车形，或类似 于齿轮形，或类似于勋章形，或呈内切弧形，如图5所示。本实施例实施细则与实施例 一、二、三相同。实施例五对于粒度较小的金属、陶瓷、半导体及其它超细粉体，拨料转轴E或L刻槽数 目最大可达256个。其横截面类似于正多边形，或类似于风车形，或类似于齿轮形，或 类似于勋章形，或呈内切弧形，如图5所示。本实施例实施细则与实施例一、二、三相 同。实施例六在实施例一、二、三中，在传动装置B下，漏斗的正下方，安装了用于回收粉 末的接料装置J。接料装置为一托盘，呈长方形，如图6所示。其宽度是拨料转轴直径 的4倍、或4倍以上；其长度是每边长于漏斗长度的10%至30%。接料托盘具有与沿 其轴线平行的转轴，能向一个方向转动90°，如图6a所示；对于较小接料托盘，可以拆 卸，取出设备之外，如图6b所示。实施例七在一个连续沉积薄膜(蒸发、升华)的设备中，漏斗(包括拨料转轴)连及衬底 和衬底传送机构，作为该设备的连续加料装置，安装在设备的中段。粉体经这套装置均 勻地铺撒在衬底上后，衬底继续平行移动到工作区，受到加热，衬底上的粉体发生蒸发 (或升华)在其上方的样品上淀积为薄膜。实施例八在一个连续沉积薄膜(蒸发、升华)的设备中，漏斗连及拨料转轴成为一个连续 加料装置，安装在设备的中段。粉体经漏斗连及拨料转轴均勻地拨撒下来，散落在具有 足够高温度的衬底上，发生蒸发或升华，在其上方的样品上淀积为薄膜。也可以在拨料 转轴的下方，安置一个喷口 P，引入特殊的、具有特定温度的气体，从喷口喷出，将粉体 或粉体材料的蒸汽携带到前面的样品上沉积为薄膜。
权利要求
1.一种铺粉设备，其特征是利用步进电机使承接粉体的衬底水平移动，在衬底之上 有一个漏斗，漏斗的高度可调，漏斗下部有一对拨料转轴，拨料转轴在步进电机的带动 下转动而将粉体按要求拨撒在衬底上，衬底下安装接收散落粉体的回收盘。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是一对拨料转轴有一定间隔的齿状突出，这对转 轴彼此啮合，在齿状突出部分K刻有一定间隔和宽度的沟槽。
3.如权利要求1所述的设备，其特征是在漏斗的下部只有一根拨料转轴，单根拨料 转轴的表面刻有与轴平行的具有一定间隔和宽度的沟槽，拨料转动轴与漏斗内壁密切接 合，在转动时将沟槽中的粉料从与漏斗内壁的间隙向下拨撒。
4.如权利要求1所述的设备，其特征是衬底及驱动其作水平移动的步进电机，连及漏 斗、拨料转轴及驱动其转动的步进电机，作为一台制备设备的连续加料装置而使用。
5.如权利要求1所述的设备，其特征是漏斗、拨料转轴及驱动其转动的步进电机，作 为一台制备设备的连续加料装置而使用。
6.如权利要求1所述的设备，其特征是设计了粉料回收装置，可以有效的利用粉料。
7.如权利要求3所述拨料转轴，其特征是拨料转轴的沟槽数目可以是1至256条，其 横截面类似于正多边形，或类似于风车形，或类似于齿轮形，或类似于勋章形，或呈内 切弧形。
8.如权利要求3所述的漏斗，其特征是下部是一个通过铰链与上部链接的自由下垂的 板，可通过调节使之与拨料转轴密切接触。
全文摘要
本发明“连续的定量可控的干粉铺涂装置”属于制备固体薄膜及半导体薄膜靶材，或直接制备薄膜的铺涂干粉的设备。沉积大面积薄膜需采用烧结、压制、蒸发、升华等手段制成大面积的靶或源，或直接用粉体作源。浆料易于涂敷成薄层，但难以满足高纯度要求，因此直接将干粉铺涂成粉体层便是不二选择。在大面积上制作厚度均匀且可控的粉体层技术及实施这种技术的装置并不成熟，也未见报道。粉体具有流动性差、不能传递压力，易于阻塞，密度不均、易于成团的特点，要获得厚度均匀的粉体层必须采用特殊的手段。本发明针对上述要求和粉体自身的特点作了一系列特别的设计。本装置可进行连续铺粉过程，可按要求制作出不同尺寸、不同厚度且均匀的连续粉体层。
文档编号B05C13/02GK102009031SQ201010292140
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者冯良桓, 曾广根, 黎兵 申请人:四川大学