專利名稱：潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空鍍膜機，具體是一種潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，用于 半導(dǎo)體、太陽能薄膜、裝飾材料和包裝行業(yè)常用的柔性材料(如PET)材料等原料薄膜(基 片)表面上，通過PECAD (等離子體增強化學(xué)氣相沉積)方法，使用高密度潘寧放電離子源 (PDP)，形成納米硅基氧化物沉積固態(tài)薄膜。
背景技術(shù)：
此前，有公知的真空物理及化學(xué)氣相沉積鍍膜(PVD或CVD)裝置，前者有真空蒸 鍍、磁控濺射及離子束鍍、分子束外延生長鍍膜裝置，后者有等離子體增強化學(xué)氣相沉積 (PECAD)、金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、光化學(xué)氣相沉積(LCVD)及熱激發(fā)化學(xué)氣相沉 積(TCVD)等鍍膜裝置。它們可以在真空狀態(tài)下，在所為由紙、塑料等形成的各種原料薄膜 (基片)上，形成可能匹配的金屬、非金屬(如鋁層、氧化鋁層、氧化硅、氮化物)的鍍層，一 邊賦予原料薄膜氣體隔離性能和濕氣隔離性能，或制備各種用途的薄膜材料。現(xiàn)代的薄膜 材料和薄膜技術(shù)已經(jīng)成為新材料研制必備的，不可或缺的重要手段之一，并已經(jīng)滲透到現(xiàn) 代科技、國防和國民經(jīng)濟的各個重要領(lǐng)域，如航空航天、醫(yī)藥、能源、交通、通信和信息技術(shù)。傳統(tǒng)的物理氣相沉積(PVD)真空鍍膜裝置，具有粘著率好、沉積效率高、可鍍材質(zhì) 廣泛、繞射性能良好等優(yōu)點，但是，這種設(shè)備十分昂貴、難于進行大面積鍍膜、鍍層均勻性難 于控制等缺點也影響其使用。傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積(CVD)真空鍍膜裝置，具有既可以制造金屬膜，又可按要求 制造多成分的合金膜，通過對多種氣體原料的流量進行調(diào)節(jié)，能夠在相當(dāng)大的范圍內(nèi)控制 產(chǎn)物的組分并能制取混晶等復(fù)雜組成和結(jié)構(gòu)的晶體，同時能夠制取用其它方法難以得到的 優(yōu)質(zhì)晶體，可以獲得平滑的沉積表面、繞射性能良好及輻射損傷低等優(yōu)點。但是，化學(xué)氣相 沉積所需的反應(yīng)溫度太高，一般需要1000°c左右，許多基片材料大多經(jīng)受不住CVD高溫，因 此其用途大大的受到限制。近年來，多弧離子源和分子束外延生長鍍膜裝置問世，前者其消耗功率很高的缺 陷在能源緊張的形勢下限制了它的商業(yè)使用前景，后者其設(shè)備綜合性強、難度大，涉及到超 高真空、電子光學(xué)、能譜、微弱訊號檢測精密機械加工等現(xiàn)代技術(shù)，商業(yè)使用前景可想而知。針對上述裝置優(yōu)缺點的分析，目前很有必要進行改進和創(chuàng)新。而本發(fā)明是采用等 離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECAD)的方法，具有鍍膜溫度較低、節(jié)能、材料利用率高，可對 耐熱較低的基質(zhì)(例如聚乙烯、聚丙烯)進行鍍膜，性價比優(yōu)于磁控濺射等特點。因此，找 到一種較經(jīng)濟、鍍膜溫度較低的、可持續(xù)保持穩(wěn)定等離子體的離子源是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)。而潘寧放電磁約束離子源是一種磁約束等離子體的技術(shù)，當(dāng)電源通電時，產(chǎn)生內(nèi) 部電場，在磁場的相互作用下，會產(chǎn)生一對持久的霍爾電流環(huán)(Hallcurrent)形成實質(zhì)上 的陰極。受霍爾電流環(huán)的限制，在兩環(huán)之間的豁口處，產(chǎn)生一個高密度等離子體，被霍爾電 流限制的電子化合物和中心的離子流，在形成實質(zhì)上的陰極與兩電極輥卷繞的基片之間產(chǎn) 生離子轟擊和化學(xué)反應(yīng)。由于潘寧放電離子源具有操作壓力低(lOmTorr)，等離子體阻抗值低、且為常數(shù)等特點，結(jié)果產(chǎn)生了較高的電子溫度和較低的中子和離子溫度，較高的電子 溫度，可以從根本上提高了生產(chǎn)效率，同時，一對陰極和磁場的存在，中子和離子溫度接近 室溫，使得熱能損失減到最少。從而得到鍍層均勻性優(yōu)良、相對已知鍍膜方法更為高的沉積 率、大面積、平滑、較高附著率，且具有較低溫度過程的鍍膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種潘寧放電離子源，通過PECAD方法，在原 料薄膜PET的內(nèi)表面上形成納米硅基氧化物鍍層的真空鍍膜機。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，包括電極、磁路、收卷輥、放卷輥、換向 輥、張緊輥、真空系統(tǒng)、雙向進給控制單元、進氣管和電源組成，所述真空系統(tǒng)主要由真空室 構(gòu)成，其特征在于在所述真空室內(nèi)設(shè)置兩組對稱的電極結(jié)構(gòu)和磁路結(jié)構(gòu)，相鄰兩電極之間 形成磁場，且電極、磁路和進氣管沿真空室軸線的上下對稱布置，在高頻放電的作用下，將 電子離化率提高到較高水平。所述磁路設(shè)置的數(shù)量為兩個，電極設(shè)置的數(shù)量為四個，每兩個電極均勻的分布在 一個磁路的兩側(cè)。本發(fā)明在工作原理是設(shè)置了新的電極結(jié)構(gòu)，在電極之間構(gòu)成磁場，在通電時，產(chǎn) 生一對持久霍爾電流環(huán)(Hall current)形成實質(zhì)上的陰極，受霍爾電流環(huán)的限制，在寬 400mm的PET薄膜上方產(chǎn)生持久、阻抗恒定的、高電子密度的(l*1012/Cm2)且受磁約束的等 離子體。同時在磁場的約束下，電子圍繞磁力線做螺旋運動，電子的運動路徑由于磁場的作 用而大幅增加，從而有效地提高原料薄膜PET與離子源之間直線運動距離內(nèi)的氣體離化效 率，同時一對進氣管道入流速適當(dāng)?shù)募{米硅基氧化物氣體，這樣原料薄膜先后四次穿過電 極輥間的電暈，在原料薄膜上形成500nm/min的鍍層。在鍍膜過程中，等離子體的基本作用 是促進化學(xué)反應(yīng)，在等離子體中電子的平均能量(l_20eV)足以使大多數(shù)氣體電離或分解， 可以避免由于基片的額外加熱使之受到的損害，各種薄膜材料可以在溫度敏感的基片(如 聚合物)上形成。在膜運動控制及工藝過程控制方面，采用了 PLC/PC及MFC寬調(diào)速變頻器閉環(huán)同步 恒速控制系統(tǒng)技術(shù)和相應(yīng)的執(zhí)行單元。對于不同寬度(最寬400mm)或不同材質(zhì)(如PET、 PE\PA)的原料薄膜，由于其摩擦系數(shù)、張力的不同，都可以實現(xiàn)優(yōu)良的寬調(diào)速特性及穩(wěn)速特 性；同時，對于薄膜沉積過程中的變量，如氣體流量、氣體組分、沉積溫度、氣壓和真空室 幾何構(gòu)型的匹配等變量進行自動控制。本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是在將所述真空鍍膜機連接小機械泵和DN150的分子 泵，建立所需lX10-3Pam3/s的低真空，可以去除反應(yīng)副產(chǎn)品，將廢氣通過機械泵排出。在所述兩組電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，通過四組旋轉(zhuǎn)接頭，設(shè)計四套水冷卻回路。本發(fā)明的有益效果是可以實現(xiàn)化學(xué)氣相沉積的三個基本過程，即反應(yīng)物的輸運過 程，化學(xué)反應(yīng)過程和去除反應(yīng)副產(chǎn)品過程。


圖1為本發(fā)明潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機的原理圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示和實施例，進一步闡述本發(fā)明。一種潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，通過等離子體化學(xué)氣相沉積方法進行 鍍膜，是由第一電極1、1’，第二電極2，、2’，第一磁路3，第二磁路4，收卷輥5，放卷輥6，換 向輥7，張緊輥(圖中未示出)，真空系統(tǒng)8，雙向進給控制單元9，進氣管10、10’和電源11 組成，其中真空系統(tǒng)8主要由真空室構(gòu)成，在真空室內(nèi)將第一電極1、1’和第二電極2，、2’ 對稱布置，在第一電極1、1’之間形成磁場12，第二電極2、2’之間形成磁場13，此時第一電 極1、1’，第二電極2，、2’，第一磁路3，第二磁路4和進氣管10、10’均沿真空室軸線的上下 對稱布置，第一電極1、1’與第一磁路3的兩側(cè)相接，第二電極2，、2’與第二磁場的兩側(cè)相 接，進氣管10安裝在磁場12的一側(cè)，進氣管10’安裝在磁場13的一側(cè)，在高頻放電的作用 下，將電子離化率提高到較高水平。在將第一電極1、1’和第二電極2，、2’作為鍍輥時，原料薄膜PET先后四次穿過電 極輥的電暈，通電時，產(chǎn)生一對持久的霍爾電流環(huán)(Hall current)形成實質(zhì)上的陰極。受 霍爾電流環(huán)的限制，在寬400mm的PET薄膜上方產(chǎn)生持久、阻抗恒定的、高密度的(1x1012/ cm2)且受磁約束的等離子體。同時一對進氣管10、11通入流速適當(dāng)?shù)募{米硅基氧化物氣 體，在原料薄膜上形成500nm-m/min的鍍層，從而得到的鍍層厚薄一致性優(yōu)良、相對已知鍍 膜方法，具有更高的沉積率、較大的鍍膜面積、較高附著率，且具有較低溫度過程.由于潘寧放電磁約束離子源具有操作壓力低(lOmTorr)，等離子體阻抗值低且為 常數(shù)等特點，結(jié)果產(chǎn)生了較高的電子溫度和較低的中子和離子溫度，較高的電子溫度，從根 本上提高了生產(chǎn)效率，同時，一對陰極和磁場的存在，中子和離子溫度接近室溫，使得熱能 損失減到最少。參照附圖1中潘寧放電磁約束離子源的等容線，當(dāng)電源11通電時，產(chǎn)生內(nèi)部電場， 在第一磁路3，第二磁路4的相互作用下，在兩環(huán)之間的豁口處，產(chǎn)生一個高密度等離子體， 被霍爾電流限制的電子化合物和中心的離子流，在兩電極輥卷繞的基片之間產(chǎn)生離子轟擊 和化學(xué)反應(yīng)。同時在雙向進給控制單元9的控制下，放卷輥6的變頻器、電機和收卷輥5伺服電 機，分別受安裝在換向輥7上的旋轉(zhuǎn)編碼器和張力傳感器的閉環(huán)控制，在防卷料卷在直徑 由大變小的過程中，防卷電機可自動從拉料漸變成送料。在雙向進給控制單元9的程序中， 可以預(yù)設(shè)定收卷電機的張力和起步速度，且可以在觸摸屏上進行人、機對話，改變薄膜的卷 繞速度和初始張力，使系統(tǒng)迅速進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)。同時，對氣體流量、氣體組分、沉積溫 度、氣壓和真空室?guī)缀螛?gòu)型的匹配等變量，進行自動控制。需要時，可對換向輥電機進行反 向退料。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，包括電極、磁路、收卷輥、放卷輥、換向輥、張緊輥、真空系統(tǒng)、雙向進給控制單元、進氣管和電源組成，所述真空系統(tǒng)主要由真空室構(gòu)成，其特征在于在所述真空室內(nèi)設(shè)置兩組對稱的電極結(jié)構(gòu)和磁路結(jié)構(gòu)，相鄰兩電極之間形成磁場，且電極、磁路和進氣管沿真空室軸線的上下對稱布置，在高頻放電的作用下，將電子離化率提高到較高水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，其特征在于所述磁路 設(shè)置的數(shù)量為兩個，電極設(shè)置的數(shù)量為四個，每兩個電極均勻的分布在一個磁路的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，其特征在于所述真空 鍍膜機可連接小機械泵和DN150的分子泵，建立所需lX10-3Pam3/s的低真空，去除反應(yīng)副 產(chǎn)品，將廢氣通過機械泵排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，其特征在于所述兩組 電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，通過四組旋轉(zhuǎn)接頭，設(shè)計四套水冷卻回路。
全文摘要
一種潘寧放電離子源柔性材料真空鍍膜機，涉及真空鍍膜機，包括電極、磁路、收卷輥、放卷輥、換向輥、張緊輥、真空系統(tǒng)、雙向進給控制單元、進氣管和電源組成，所述真空系統(tǒng)主要由真空室構(gòu)成，在所述真空室內(nèi)設(shè)置兩組對稱的電極結(jié)構(gòu)和磁路結(jié)構(gòu)，相鄰兩電極之間形成磁場，且電極、磁路和進氣管沿真空室軸線的上下對稱布置，在高頻放電的作用下，將電子離化率提高到較高水平。有益效果是可以實現(xiàn)化學(xué)氣相沉積的三個基本過程，即反應(yīng)物的輸運過程，化學(xué)反應(yīng)過程和去除反應(yīng)副產(chǎn)品過程，得到鍍層均勻性優(yōu)良、相對已知鍍膜方法更為高的沉積率、大面積、平滑、較高附著率，且具有較低溫度過程的鍍膜。
文檔編號C23C16/44GK101886253SQ20101021046
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者祝寧 申請人:合肥科燁電物理設(shè)備制造有限公司