一种真空蒸发镀膜机的制作方法

1.本实用新型属于真空镀膜技术领域，特别涉及在真空蒸发镀膜中使用的一种真空蒸发镀膜机。


背景技术：

2.近年来，光学技术、储能技术、平板显示技术的高速发展对薄膜产品性能的均匀性和稳定性提出了更高的要求。作为薄膜制备的重要工艺技术之一，真空蒸发镀膜在上述领域的薄膜产品的工业生产中得到了广泛的应用。由于受到蒸发源余弦定律的影响，如果不加以干涉，真空蒸发过程中沉积到基片上的膜层分布会呈现不均匀的状态。
3.目前在镀膜工业中应用的真空蒸发镀膜机一般采用修正挡板来解决这一问题，通过对修正挡板姿态及形状的调整来控制修正基片上的膜层分布，但这种做法存在一定问题。一方面，修正挡板的使用是以牺牲镀膜效率和膜材使用效率为代价的；另一方面，修正挡板一旦设定，在镀膜过程中就会相对固定，而蒸发物质在蒸发过程中会随其所处阶段不同而发生蒸发特性的改变，在这种情况下，即使使用修正挡板，在长时间镀膜的不同阶段，产品上的膜厚分布也会出现逐渐的变化，这显然无法满足光学、储能及平板显示等对产品性能要求严苛的使用需求。另外，修正挡板的合理设置的背后往往需要大量的经验数据作为支撑，不利于新兴薄膜产业者进行源发性地产品开发研制。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供一种真空蒸发镀膜机，主要包括镀膜室、蒸发源、中央智能控制模块和真空系统。蒸发源包括蒸发舟、温度传感阵列和柔性边界驱动系统；蒸发舟包括底部、固定边框、柔性边框和支撑边框；柔性边框设置在蒸发舟上与镀膜幅宽方向平行的一侧上，固定边框设置在蒸发舟上其余的三侧；温度传感阵列主要由多个温度传感器组成，温度传感器分为多列，多个温度传感器列在镀膜幅宽方向上并列排布在蒸发舟的底部；每列温度传感器包括2个以上的温度传感器；并沿基片走行的方向在蒸发舟底部延伸布置，由此在蒸发舟的底部形成温度传感阵列，获取蒸发舟底部各区域的实时温度分布信号。在蒸发镀膜过程中，中央智能控制模块可控制柔性边界驱动系统对蒸发舟的柔性边框的位移和形变进行在线调控，通过实时智能控制蒸发区域的边界，使基片上沉积的膜层呈现所需的膜厚分布状态，并在整个蒸发镀膜过程中保持该膜厚分布状态的稳定。柔性边框和固定边框构成蒸发区域的边界，支撑边框位于蒸发区域的边界以外，设置在柔性边框的外侧。
5.所述的蒸发源为一种边界智能可调的蒸发源。在蒸发镀膜过程中，中央智能控制模块控制蒸发源的柔性边界驱动系统驱动柔性边框产生不同程度的内凹或外凸的形变及位移，实现蒸发区域边界的智能在线可调。柔性边框采用耐高温的柔性材质制成，具有良好的高温稳定性和柔韧性。在一种实施方式中，所述的耐高温的柔性材质为柔性石墨类的材质。
6.该真空蒸发镀膜机中的基片为连续式传送模式，且在蒸发源和基片之间不设置修正挡板或屏蔽板。
7.柔性边界驱动系统包括多组驱动单元；多组驱动单元横向均布在蒸发舟的支撑边框上，每组驱动单元均与柔性边框的不同分段相连接；驱动单元为3组以上。蒸发舟的固定边框上设置有振动匀料机构，可以使蒸发材料在蒸发区域内均匀分布。
8.温度传感器为6个以上，温度传感器排布的列数与驱动单元的组数一致，且各列的位置与各组驱动单元所处位置对应。
9.柔性边框与驱动单元连接的部位在驱动单元的驱动下可向内或向外移动，使柔性边框在整体上产生不同程度的内凹或外凸的形变及位移；移动的精度为0.05-0.5mm。驱动单元与柔性边框的连接处设置隔热层。柔性边框与蒸发舟其它部位之间可设置接触式动密封。
10.在蒸发镀膜过程中，温度传感阵列实时获得蒸发舟底部的温度阵列信号，并将温度阵列信号传输给中央智能控制模块；同时，柔性边界驱动系统将各分段柔性边框与驱动单元连接部位的位置信号也传输给中央智能控制模块。
11.中央智能控制模块内预设有膜厚的目标分布数据和蒸发材料数据库；中央智能控制模块根据获得的温度阵列信号、各分段柔性边框的位置信号以及蒸发材料的物性参数进行数值计算模拟，获得在镀膜幅宽方向上沉积膜层的膜厚动态分布数据，并根据膜厚动态分布数据与目标分布数据之间的差异计算出各分段柔性边框的动态位置修正量；然后中央智能控制模块将基于该动态位置修正量的驱动指令发送给柔性边界驱动系统，控制各驱动单元驱动各分段柔性边框向蒸发区域以内或向蒸发区域以外移动，使柔性边框在整体上产生不同程度的内凹或外凸的形变及位移，从而实现蒸发区域边界的智能在线可调。
12.每组驱动单元包括1个以上的微型伺服电机和直线推杆或者1个以上的微型直线电机。当蒸发舟的柔性边框高度较高时，则每组驱动单元在高度方向上设置多个微型伺服电机和直线推杆或者多个微型直线电机。
13.在本实用新型的一种实施方式中，该真空蒸发镀膜机为卷对卷式镀膜设备，所述的基片为柔性基膜。该真空蒸发镀膜机还可以是直线式的多腔室连续式真空镀膜设备，基片可以是通过直线传送的玻璃、有机玻璃、金属薄板、亚克力或其他形式。
14.中央智能控制模块对蒸发舟的蒸发区域边界的智能在线调控为闭环调控。在蒸发镀膜过程中，温度传感阵列和柔性边界驱动系统将实时的温度阵列信号及各分段柔性边框的位置信号传输给中央智能控制模块，中央智能控制模块根据这些信号以及蒸发材料的物性参数进行数值计算模拟，获得在镀膜幅宽方向上沉积膜层的膜厚动态分布数据。当镀膜幅宽方向上某部位的膜厚动态分布数据高于目标分布数据时，中央智能控制模块会将驱动指令发送给柔性边界驱动系统，控制驱动单元驱动该部位对应的分段柔性边框向蒸发区域内移动，并根据差异程度控制移动量的大小。以上动作将该部分的蒸发区域有效面积调整缩小，从而降低了该部位的膜层沉积速率，使该部位的膜厚动态分布数据趋近于目标分布数据。
15.当镀膜幅宽方向上某部位的膜厚动态分布数据低于目标分布数据时，中央智能控制模块会将驱动指令发送给柔性边界驱动系统，控制驱动单元驱动该部位对应的分段柔性边框向蒸发区域外移动，并根据差异程度控制移动量的大小。以上动作将该部分的蒸发区
域有效面积调整增大，从而提高了该部位的膜层沉积速率，使该部位的膜厚动态分布数据趋近于目标分布数据。然后，温度阵列信号及各分段柔性边框的位置信号持续传输给中央智能控制模块，中央智能控制模块则根据获得的膜厚动态分布数据与目标分布数据的差异持续地对蒸发舟的蒸发区域进行调控，使镀膜幅宽方向上的膜厚动态分布数据逐渐趋近于目标分布数据，最终达到预先设定的目标膜厚分布，并在整个蒸发镀膜过程中保持这一膜厚分布状态的稳定。
16.在蒸发镀膜过程的后半段，处于蒸发舟中不同区域的蒸发材料的堆积状态会发生改变，导致不同区域的蒸发速率与蒸发镀膜过程的前半段相比也会存在一定的改变，如采用比较固定的修正挡板控制方法则无法保证在整个蒸发镀膜过程中使膜厚分布保持稳定，而本实用新型则通过对蒸发区域和膜厚动态分布数据进行闭环在线调控解决了这一问题，在整个蒸发镀膜过程中保持膜厚分布状态的稳定。
17.通过上述过程，使基片上沉积的膜层呈现所需的膜厚分布状态，这一分布状态可以是在幅宽方向上膜厚均匀一致的常规分布状态，也可以是在幅宽方向上膜厚渐变的某种特殊分布状态。
18.本实用新型的有益效果：
19.（1）本实用新型的真空蒸发镀膜机采取源发式调控的全新思想，不采用以大量经验数据为基础的设置修正挡板或屏蔽板的手段，而是以镀膜原理和数值计算模拟为基础对镀膜幅宽方向上的膜厚分布进行闭环地智能实时调控，使研发人员可以脱离长期镀膜经验和大量经验数据摸索的束缚，快速研制生产出各种膜层材料的各种膜厚分布特性的薄膜产品，大幅缩短了新产品研发周期；另一方面，不需要打开设备对修正挡板等进行重新设置和调整，而且蒸发材料可以不受屏蔽地沉积在基片上，提高了设备效率和生产效率，节约了大量的蒸发材料及蒸发时所消耗的能源。
20.（2）本实用新型不仅可以实现在整个镀膜生产过程中基片在幅宽方向上的膜厚分布达到均匀一致，还可以使镀膜产品在幅宽方向上符合膜厚渐变的某种特殊分布状态，实现常规蒸发镀膜机所无法企及的灵活多变的特殊镀膜产品。
附图说明
21.图1为本实用新型的真空蒸发镀膜机的一种实施方式的示意图。
22.图2为本实用新型的真空蒸发镀膜机的蒸发源的一种实施方式的俯视示意图。
23.图3为本实用新型的真空蒸发镀膜机的蒸发源的另一种实施方式的俯视示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图进一步说明本实用新型的实施方式。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于举例说明和解释本实用新型，并不是用于限制本实用新型。
25.图1为本实用新型的真空蒸发镀膜机的一种实施方式的示意图。如图1所示，本实用新型的真空蒸发镀膜机主要包括镀膜室1、蒸发源3、中央智能控制模块2和真空系统4。在图1所示的该真空蒸发镀膜机的实施方式中，该真空蒸发镀膜机为卷对卷式镀膜设备，所述的基片为柔性基膜。该真空蒸发镀膜机还可以是直线式的多腔室连续式真空镀膜设备，基片可以是通过直线传送的玻璃、有机玻璃、金属薄板、亚克力或其他形式。
26.图2为本实用新型的真空蒸发镀膜机的蒸发源的一种实施方式的俯视示意图。如图2所示，蒸发源包括蒸发舟10、温度传感阵列和柔性边界驱动系统；蒸发舟10包括底部、固定边框11和柔性边框12；柔性边框12设置在蒸发舟上与镀膜幅宽方向平行的一侧上，固定边框设置在蒸发舟上其余的三侧；温度传感阵列主要由多个温度传感器6组成，温度传感器分为多列，多个温度传感器列7在镀膜幅宽方向上并列排布在蒸发舟10的底部；每列温度传感器包括2个以上的温度传感器；并沿基片走行的方向在蒸发舟底部延伸布置，由此在蒸发舟的底部形成温度传感阵列，获取蒸发舟底部各区域的实时温度分布信号。
27.在蒸发镀膜过程中，中央智能控制模块2控制柔性边界驱动系统驱动柔性边框12产生不同程度的内凹或外凸的形变及位移，实现蒸发区域边界的智能在线可调。在图2所示的情况中，柔性边框12经过柔性边界驱动系统驱动产生了内凹的形变位移，在图3所示的情况中，柔性边框12则经过柔性边界驱动系统驱动产生了外凸的形变位移。柔性边框12采用耐高温的柔性材质制成，具有良好的高温稳定性和柔韧性。在一种实施方式中，所述的耐高温的柔性材质为柔性石墨类的材质。
28.在蒸发镀膜过程中，中央智能控制模块2可控制柔性边界驱动系统对蒸发舟的柔性边框12的位移和形变进行在线调控，通过实时智能控制蒸发区域8的边界，使基片上沉积的膜层呈现所需的膜厚分布状态，并在整个蒸发镀膜过程中保持该膜厚分布状态的稳定。
29.该真空蒸发镀膜机中的基片为连续式传送模式，且在蒸发源和基片之间不设置修正挡板或屏蔽板。
30.蒸发区域8的边界由柔性边框12和固定边框11构成，柔性边框和固定边框围成蒸发舟的蒸发区域8；蒸发舟10还包括支撑边框5，支撑边框5位于蒸发区域边界以外，设置在柔性边框12的外侧；柔性边界驱动系统包括多组驱动单元9；多组驱动单元横向均布在蒸发舟的支撑边框5上，每组驱动单元均与柔性边框12的不同分段相连接；驱动单元9为3组以上。蒸发舟的固定边框上设置有振动匀料机构，可以使蒸发材料在蒸发区域8内均匀分布。
31.温度传感器6为6个以上，温度传感器排布的列数与驱动单元的组数一致，且各列的位置与各组驱动单元所处位置对应。
32.柔性边框与驱动单元连接的部位在驱动单元的驱动下可向内或向外移动，使柔性边框在整体上产生不同程度的内凹或外凸的形变及位移；移动的精度为0.05-0.5mm。驱动单元与柔性边框的连接处设置隔热层。柔性边框与蒸发舟其它部位之间可设置接触式动密封。
33.在蒸发镀膜过程中，温度传感阵列实时获得蒸发舟底部的温度阵列信号，并将温度阵列信号传输给中央智能控制模块；同时，柔性边界驱动系统将各分段柔性边框与驱动单元连接部位的位置信号也传输给中央智能控制模块。
34.中央智能控制模块内预设有膜厚的目标分布数据和蒸发材料数据库；中央智能控制模块根据获得的温度阵列信号、各分段柔性边框的位置信号以及蒸发材料的物性参数进行数值计算模拟，获得在镀膜幅宽方向上沉积膜层的膜厚动态分布数据，并根据膜厚动态分布数据与目标分布数据之间的差异计算出各分段柔性边框的动态位置修正量；然后中央智能控制模块将基于该动态位置修正量的驱动指令发送给柔性边界驱动系统，控制各驱动单元驱动各分段柔性边框向蒸发区域以内或向蒸发区域以外移动，使柔性边框在整体上产生不同程度的内凹或外凸的形变及位移，从而实现蒸发区域边界的智能在线可调。
35.每组驱动单元包括1个以上的微型伺服电机和直线推杆或者1个以上的微型直线电机。当蒸发舟的柔性边框高度较高时，则每组驱动单元在高度方向上设置多个微型伺服电机和直线推杆或者多个微型直线电机。
36.中央智能控制模块对蒸发舟的蒸发区域边界的智能在线调控为闭环调控。在蒸发镀膜过程中，温度传感阵列和柔性边界驱动系统将实时的温度阵列信号及各分段柔性边框的位置信号传输给中央智能控制模块，中央智能控制模块根据这些信号以及蒸发材料的物性参数进行数值计算模拟，获得在镀膜幅宽方向上沉积膜层的膜厚动态分布数据。当镀膜幅宽方向上某部位的膜厚动态分布数据高于目标分布数据时，中央智能控制模块会将驱动指令发送给柔性边界驱动系统，控制驱动单元驱动该部位对应的分段柔性边框向蒸发区域内移动，并根据差异程度控制移动量的大小。以上动作将该部分的蒸发区域有效面积调整缩小，从而降低了该部位的膜层沉积速率，使该部位的膜厚动态分布数据趋近于目标分布数据。
37.当镀膜幅宽方向上某部位的膜厚动态分布数据低于目标分布数据时，中央智能控制模块会将驱动指令发送给柔性边界驱动系统，控制驱动单元驱动该部位对应的分段柔性边框向蒸发区域外移动，并根据差异程度控制移动量的大小。以上动作将该部分的蒸发区域有效面积调整增大，从而提高了该部位的膜层沉积速率，使该部位的膜厚动态分布数据趋近于目标分布数据。然后，温度阵列信号及各分段柔性边框的位置信号持续传输给中央智能控制模块，中央智能控制模块则根据获得的膜厚动态分布数据与目标分布数据的差异持续地对蒸发舟的蒸发区域进行调控，使镀膜幅宽方向上的膜厚动态分布数据逐渐趋近于目标分布数据，最终达到预先设定的目标膜厚分布，并在整个蒸发镀膜过程中保持这一膜厚分布状态的稳定。
38.通过上述过程，使基片上沉积的膜层呈现所需的膜厚分布状态，这一分布状态可以是在幅宽方向上膜厚均匀一致的常规分布状态，也可以是在幅宽方向上膜厚渐变的某种特殊分布状态。这一膜厚特殊分布状态包括但不限于（1）中间膜层较厚、两端膜层较薄的渐变膜层；（2）中间膜层较薄、两端膜层较厚的渐变膜层；（3）从一端向另一端膜层逐渐变厚的渐变膜层，等等。