镀膜工件承载装置和滚筒式镀膜机的制作方法

1.本发明涉及镀膜技术领域，特别是涉及一种镀膜工件承载装置和滚筒式镀膜机。


背景技术：

2.磁控溅射是物理气相沉积法的一种。磁控溅射通过轰击靶材以使得靶材原子脱离靶材基体，靶材原子最终沉积于待镀膜材料上并在待镀膜材料表面形成薄膜。相比电镀、喷涂等工艺，磁控溅射真空镀膜具有薄膜结合力好、膜层光滑致密、沉积速率快等优点。在磁控溅射镀膜机中，滚筒式镀膜机因具有可靠的镀膜性能而得到了广泛的应用。滚筒式镀膜机通常包括镀膜机腔体和位于镀膜机腔体内的滚筒，待镀膜工件固定于滚筒的外壁，靶材固定于镀膜机腔体壁上并具有朝向滚筒的一侧表面。在使用时离子源轰击靶材并产生靶材的原子或分子，靶材的原子或分子最终沉积于待镀膜工件上可以形成需要的薄膜。
3.使用滚筒式镀膜机在类似于平板玻璃等的平板工件表面进行镀膜时，通常需要先将平板玻璃固定在平整的挂板上，再将挂板挂在滚筒的外壁上。由于挂板为平面而滚筒的外壁为圆柱形曲面，因而相比于挂板的中间，挂板两侧与镀膜机腔体壁上的靶材相距更近。由此导致，在沉积过程中，挂板两侧膜层的沉积速率要高于挂板中间膜层的沉积速率。这一情况导致采用滚筒式镀膜机在平板工件上镀膜时往往产生膜层厚度不均匀的情况。尤其是，挂板越宽，平板工件上沉积的膜层的均匀性就越差。目前业内并没有很好的克服横向均匀性差的方法，这使得大尺寸的平板工件难以利用滚筒式镀膜机进行镀膜。


技术实现要素：

4.基于此，为了改善滚筒式镀膜机所镀膜层的均匀性，以拓宽滚筒式镀膜机的应用范围，有必要提供一种滚筒式镀膜机。
5.根据本发明的一个实施例，一种镀膜工件承载装置，其包括挂板和电磁感应部件，所述挂板上具有导电区，所述电磁感应部件包括用于产生感应电动势的导体，所述导电区电连接于所述导体；所述挂板在横向上具有中轴部和位于所述中轴部两侧的边缘部，自所述中轴部至所述边缘部，所述导电区在纵向上的长度逐渐减小。
6.在实际使用过程中，电磁感应部件产生感应电动势，这使得导体一端的电势高于另一端的电势。电连接于该导体的挂板上的导电区上随之产生电场。而由于导电区在纵向上的长度逐渐减小，这使得从挂板的中轴部至边缘部，形成面积逐渐减小的渐变电场，位于挂板中间的区域会产生较大面积的电场，而位于挂板两边的区域则会产生较小面积的电场。对应地，在镀膜过程中靶材溅射出的原子会有约5％左右被离化成带有电荷的离子，在上述渐变电场的作用下更多的正离子会沉积于靠近中间的部位。因而渐变电场能够对膜层的厚度起到补偿的作用，越靠近挂板中间的部位得到的沉积补偿越多进而使得沉积的膜层更为均匀。
7.在其中一个实施例中，所述导电区包括多个沿着纵向依次设置的导电分区，多个所述导电分区之间相互电连接；沿所述中轴部至所述边缘部，各所述导电分区在纵向上的
长度均逐渐减小。
8.在其中一个实施例中，沿所述中轴部至所述边缘部，所述导电分区在纵向上的长度随着远离中轴部线性减小。
9.在其中一个实施例中，位于所述中轴部的所述导电分区在纵向上的长度为150mm～400mm。
10.在其中一个实施例中，所述导电分区呈四边形，且所述四边形中的其中两个相对的顶点位于所述中轴部上，另两个相对的顶点分别位于两侧的所述边缘部上。
11.在其中一个实施例中，位于所述中轴部两侧的两部分所述导电区对称设置。
12.进一步地，本发明的又一实施例还提供了一种滚筒式镀膜机，其包括镀膜机腔体、滚筒、磁场发生部件和根据上述任一实施例所述的镀膜工件承载装置，所述滚筒设置于所述镀膜机腔体内，所述挂板固定于所述滚筒的外表面上，所述导体连接于所述挂板，在所述滚筒旋转时所述导体能够切割所述磁场发生部件的磁感线，所述磁场发生部件包括第一磁块，所述第一磁块设置于所述镀膜机腔体的端面上，所述导体设置于所述滚筒的与所述第一磁块靠近的端面上。
13.该滚筒式镀膜机将挂板固定于滚筒上，并且将电磁感应部件中的导体连接于挂板上，由此导体会随着滚筒进行旋转。导体在滚筒旋转时与磁场发生部件的磁场作用产生感应电动势，与导体导通的导电区也随之产生渐变电场。该滚筒式镀膜机巧妙利用了滚筒的旋转动作，仅仅在镀膜机上添加了少许部件即可使得导体在滚筒的旋转过程中原位产生电场，能够在无需对镀膜机的结构进行大幅改动的情况下改善膜层的均匀性。
14.在其中一个实施例中，所述镀膜机的靶材设置于所述镀膜机腔体的壁上，所述第一磁块设置于所述靶材与所述滚筒的转轴之间，所述导体设置于所述挂板与所述滚筒的转轴之间，所述电磁感应部件还包括与所述挂板位置相对固定的第二磁块，所述第二磁块与所述第一磁块相对设置，且所述第二磁块中靠近所述第一磁块的磁极与所述第一磁块中靠近所述第二磁块的磁极的极性相反，至少部分所述导体设置于所述第一磁块与所述第二磁块之间。
15.在其中一个实施例中，所述导体缠绕于所述第二磁块上，形成穿过所述第一磁块与所述第二磁块之间的多匝线圈。
16.在其中一个实施例中，所述第一磁块有两个，两个所述第一磁块分别设置于所述镀膜机腔体的相对的两个端面上，所述导体也有两个，两个所述导体分别设置于所述滚筒的相对的两个端面上。
17.在其中一个实施例中，所述镀膜工件承载装置有多个，各所述镀膜工件承载装置中的所述挂板均固定于所述滚筒的外表面上。
附图说明
18.图1为镀膜工件承载装置的结构示意图；
19.图2为滚筒式镀膜机的俯视图；
20.图3为滚筒式镀膜机的主视截面图；
21.图4为滚筒式镀膜机中的镀膜工件承载装置的主视图；
22.图5为滚筒式镀膜机中的镀膜工件承载装置的俯视图；
23.其中，各附图标记及其含义如下：
24.100、镀膜工件承载装置；110、挂板；111、导电区；1110、导电分区；120、导体；130、第二磁块；200、滚筒式镀膜机；210、镀膜机腔体；220、滚筒；221、旋转电机；230、第一磁块；240、靶材；250、分子泵；260、离子源。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。文中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个和多于两个的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。
27.滚筒式镀膜机虽然具有可靠的镀膜性能，但当待镀膜的工件为平面状时，由于工件与滚筒外壁的形状不匹配，导致沉积的膜层的两侧与中间不均匀。传统技术中通常要求尽量缩小挂板在横向上的长度，减小滚筒旋转时挂板边缘和中间到靶材的距离差距，从而让膜层两侧与中间的厚度尽可能地接近。这样的处理方式不仅未能解决镀膜不均匀的问题，而且还极大地限制了大尺寸工件上膜层的制备。
28.为了尽可能克服镀膜不均匀的问题，本发明提供了一种镀膜工件承载装置，其包括挂板和电磁感应部件，挂板上具有导电区，电磁感应部件包括用于产生感应电动势的导体，导电区电连接于导体；挂板在横向上具有中轴部和位于中轴部两侧的边缘部，自中轴部至边缘部，导电区在纵向上的长度逐渐减小。
29.在实际使用过程中，电磁感应部件产生感应电动势，这使得导体一端的电势高于另一端的电势。电连接于该导体的挂板上的导电区上随之产生电场。而由于导电区在纵向上的长度逐渐减小，这使得从挂板的中轴部至边缘部，形成面积逐渐减小的渐变电场，位于挂板中间的区域会产生较大面积的电场，而位于挂板两边的区域则会产生较小面积的电场。对应地，在镀膜过程中靶材溅射出的原子会有约5％左右被离化成带有电荷的离子，在上述渐变电场的作用下更多的正离子会沉积于靠近中间的部位。因而渐变电场能够对膜层的厚度起到补偿的作用，越靠近挂板中间的部位得到的沉积补偿越多进而使得沉积的膜层更为均匀。
30.其中，在使用时挂板可挂在滚筒的外壁上并面对镀膜机腔体的内壁，当镀膜机腔体内壁上的靶材正对于挂板时，挂板上距离镀膜机腔体内壁最近的部位即为中轴部。例如对于长方形的挂板来说，中轴部一般位于其横向的中线上。可以理解，尽管此时中轴部位于中线上，但是对于更为复杂的图形结构，中轴部并不一定严格位于中线上。中轴部可以是一个分界线，也可以是一个用于界定其两侧的一个窄条状区域。
31.其中，导电区可以设置于挂板的板面上，也可以设置于挂板的内部。导电区可以是由片状导电材料、网状导电材料或是导电材料经涂覆形成的层状导电材料，导电材料可以是金属。本发明对此并无特别要求。
32.为了便于理解上述镀膜工件承载装置100的具体结构，参照图1所示，一种镀膜工件承载装置100的结构侧视图。该镀膜工件承载装置100包括挂板110和电磁感应部件。挂板110上具有导电区111，挂板110在横向上具有居中的中轴部和位于中轴部两侧的边缘部，自中轴部至边缘部，导电区111在纵向上的长度逐渐减小。电磁感应部件包括用于产生感应电动势的导体120，该导体120电连接于导电区111。在其中一个具体示例中，导体120的一端电连接于导电区111，另一端用于接地。
33.可以理解，当导体120上产生感应电动势时，导体120的两端会产生电势差，此时若使电势高的一端接地，另一端电连接于导电区111，导电区111就会聚集电荷产生电场。由于导电区111的长度从中轴部至边缘部逐渐减小，对应的电场区域也在逐渐减小，由此以吸引更多的离子沉积于靠近中轴部的区域而更少的离子沉积于靠近边缘部的区域。
34.设置上述导电区111能够对带镀膜工件的中间起到一定的补偿作用，但是仍然可能存在膜层在纵向上沉积不均匀的问题，例如，纵向上具有导电区111的部位相较于不具有导电区111的部位，膜层材料会沉积得更多。图1示出了一种更为优选的方案，参照图1所示，在其中一个具体示例中，导电区111包括多个沿着纵向依次设置的导电分区1110，多个导电分区1110之间相互电连接；沿中轴部至边缘部，各导电分区1110在纵向上的长度均逐渐减小。将导电区111分离为多个导电分区1110，有助于使得镀膜时膜层在纵向上沉积得更为均匀。
35.导电分区1110的长度随着远离中轴部减小的具体形式可以是间断式减小，例如阶梯式减小，也可以是连续式减小。进一步地，连续式减小的方式可以是非线性减小，例如抛物线等曲线，也可以是线性减小。较为优选地，为了使膜层沉积得更为均匀，导电分区1110的长度随着远离中轴部线性减小，线性减小指的是：导电分区1110的长度变化与距离中轴部的距离变化之比为定值。
36.为了进一步提高膜层沉积的均匀度，单个导电分区1110在纵向上的长度不宜过大或过小，例如位于中轴部的导电分区1110在纵向上的长度为150mm～400mm。可选地，位于中轴部的导电分区1110在纵向上的长度为200mm～350mm。进一步地，位于中轴部的导电分区1110在纵向上的长度为250mm～300mm。
37.在其中一个具体示例中，参照图1所示，各导电分区1110呈四边形，并且多个导电分区1110之间相互电连接，并且四边形中的其中两个相对的顶点位于中轴部上，另两个相对的顶点位于两侧的边缘部上。可选地，各导电分区1110均为筝形。进一步可选地，各导电分区1110均为菱形。
38.在其中一个具体示例中，位于中轴部两侧的两部分导电区111对称设置。具体地，两部分导电区111沿中轴线镜面对称。
39.在其中一个具体示例中，相邻的导电分区1110之间相抵接。更具体地，当导电分区1110呈四边形时，相邻的导电分区1110之间以顶点相抵接。
40.进一步地，本发明还提供了一种采用上述镀膜工件承载装置的滚筒式镀膜机。该滚筒式镀膜机包括镀膜机腔体、滚筒、磁场发生部件和上述任一实施例中的镀膜工件承载装置。滚筒设置于镀膜机腔体内，挂板固定于滚筒的外表面上，导体连接于挂板，导体用于在滚筒旋转时与磁场发生部件的磁场作用产生感应电动势。
41.为了便于理解上述滚筒式镀膜机200的具体结构，图2及图3示出了一种滚筒式镀
膜机200的俯视图及主视截面图。参照图2所示，该滚筒式镀膜机200包括镀膜机腔体210、滚筒220、磁场发生部件和图1中示出的镀膜工件承载装置100。具体地，滚筒220设置于镀膜机腔体210内，并且滚筒220连接于位于镀膜机腔体210的顶部端面上的旋转电机221，旋转电机221用于驱动滚筒220在镀膜机腔体210内进行旋转。镀膜工件承载装置100中的导体120连接于挂板110，挂板110固定于滚筒220的外表面上。导体120用于在滚筒220旋转时与磁场作用产生感应电动势。另外，该滚筒式镀膜机200还可以包括靶材240、分子泵250和离子源260。靶材240用于提供待沉积的材料或其前驱体，靶材240处可以通入氩气以使得靶材240处溅射出单质。离子源260处可以通入反应气体，离子源260用于将反应气体电离，与单质反应形成化合物。分子泵250有两组以上，主要用于避免反应气体挥发到靶材240表面使靶材240变质。其中离子源260可以选自射频离子源260。
42.可以理解，由于导体120连接于挂板110并且挂板110固定于滚筒220的外表面上，在滚筒220旋转时导体120会随着滚筒220一起旋转，导体120在旋转过程中可以切割磁场的磁感线以产生感应电动势。此过程主要是利用了滚筒220旋转的特点，使得导体120随之一起旋转并产生感应电动势，进而使得导电区111上产生电场。
43.为了产生感应电动势，导体120应当在至少部分旋转过程中切割磁感线，尤其是当挂板110距靶材240最近时，导体120需要切割磁感线并产生足够的偏压。可以理解，磁场发生部件产生的磁场的磁感线应当能够被运动中的导体120切割。例如，磁场发生部件产生的磁场的磁感线可以从镀膜机腔体210的顶端指向其底端。
44.该滚筒式镀膜机200将挂板110固定于滚筒220上，并且将电磁感应部件中的导体120连接于挂板110上，由此导体120会随着滚筒220进行旋转。导体120在滚筒220旋转时与磁场发生部件的磁场作用产生感应电动势，与导体120导通的导电区111也随之产生渐变电场。该滚筒式镀膜机200巧妙利用了滚筒220的旋转动作，仅仅在镀膜机上添加了少许部件即可使得导体120在滚筒220的旋转过程中原位产生电场，能够在无需对镀膜机的结构进行大幅改动的情况下改善膜层的均匀性。
45.参照图2及图3所示，考虑到滚筒式镀膜机200的整体运行情况，在其中一个具体示例中，磁场发生部件包括第一磁块230，第一磁块230设置于镀膜机腔体210的端面上，导体120设置于滚筒220的与第一磁块230靠近的端面上。可以理解，镀膜机腔体210具有包括顶面和底面的两个端面，同样，滚筒220也具有包括顶面和底面的两个端面。尽管在图2及图3中第一磁块230设置于镀膜机腔体210的顶面且导体120对应设置于滚筒220的顶面，但在另外的具体示例中第一磁块230也可以设置于镀膜机腔体210的底面且导体120也对应设置于滚筒220的底面。由于挂板110固定在滚筒220的外壁上，如此不仅能够简化磁场发生部件的设计，还能够在保证导体120随滚筒220旋转的情况下使得导体120与第一磁块230尽可能靠近。可以理解，磁块的磁感应强度由近及远逐渐减弱，使得导体120尽可能靠近第一磁块230，则导体120能够产生更高的感应电动势。第一磁块230可以设置于镀膜机腔体210的内壁上，也可以设置于镀膜机腔体210的外壁上。
46.在进一步优选的具体示例中，第一磁块230可以有两块，两块第一磁块230可以分别设置于镀膜机腔体210的顶面和底面，对应地导体120也可以有两个，两个导体120分别设置于滚筒220的顶面和底面。同时设置两个第一磁块230和两个导体120可以进一步增强导电区111上的感应电动势。
47.在其中一个具体示例中，镀膜机的靶材240设置于镀膜机腔体210的壁上，第一磁块230均设置于靶材240与滚筒220的转轴之间，导体120设置于挂板110与滚筒220的转轴之间。参照图3所示，此时在镀膜机的过旋转轴的主视截面图中，第一磁块230与靶材240处于同一截面上并且第一磁块230位于靶材240的侧上方。第一磁块230产生的磁场也主要集中于靶材240朝向的区域，距离第一磁块230较远的部位磁场很小。由此在导体120的旋转过程中，当导体120从第一磁块230的正下方经过时所产生的感应电动势最大，此时板材也转动至正对于靶材240的位置进行沉积；而当导体120转过其他位置时则基本不会产生感应电动势。较为优选地，第一磁块230的两个磁极分别位于靠近滚筒220的一侧表面和原理滚筒220的一侧表面上。
48.由于滚筒220通常是接地的，因此可以直接将导体120远离挂板110的一端电连接于滚筒220上，以在无需改变设备本身主体结构的情况下实现导体120远离挂板110的一端接地。
49.在其中一个具体示例中，电磁感应部件还包括与挂板110位置相对固定的第二磁块130，第二磁块130朝向第一磁块230的一侧磁极与第一磁块230朝向第二磁块130的磁极极性相反，至少部分导体120设置于第一磁块230与第二磁块130之间。可以理解，第二磁块130与挂板110位置相对固定，则第二磁块130会随着滚筒220一同旋转。第二磁块130与第一磁块230相对设置，指的是在第二磁块130旋转过程中存在与第一磁块230正面相对的位置，并且在其他过程中与第一磁块230侧面相对。设置于第一磁块230与第二磁块130之间的导体120用于在旋转过程中切割磁感线，并进而产生感应电动势。第二磁块130主要用于在不改变该镀膜机主体构造的情况下增强导体120切割磁感线时的磁感应强度，以增大导体120的感应电动势。
50.进一步地，参照图4所示，在其中一个具体示例中，导体120缠绕于第二磁块130上形成穿过第一磁块230与第二磁块130之间的多匝线圈。以第二磁块130朝向第一磁块230的方向为上方，以第二磁块130远离第一磁块230的方向为下方，导体120缠绕于第二磁块130上的方式例如：以导体120从第二磁块130的上方绕向第二磁块130的下方并回绕至第二磁块130的上方为一匝线圈，往复缠绕若干次形成多匝线圈。在滚筒220旋转过程中，位于第二磁块130上方的磁感应强度更大，因此位于第二磁块130上方的导体120主要用于切割磁感线并能够产生较大的感应电动势，位于第二磁块130下方的导体120主要用于使位于第二磁块130上方的导体120串联起来。相较于不将导体120绕组形成线圈的情况，多匝的线圈更有利于进一步充分利用第一磁块230与第二磁块130之间的磁场，因而能够起到增大感应电动势的作用。
51.上述各具体示例中阐述了多种增大感应电动势的具体方式，这主要为了便于对挂板110上产生的电场大小进行调控，进而调控补偿沉积的膜层厚度。具体地，可以结合滚筒220的实际旋转速度，调整第一磁块230和/或第二磁块130的磁场强度，和/或调整导体120在第二磁块130上的绕圈匝数，进而调整挂板110上导电区111所产生的电场强度。
52.进一步地，在具体的镀膜过程中，由于靶材240多使用中频孪生电源，其溅射出来的单质粒子会有5％左右被离化成正离子，因此可以对应控制导电区111上的电势为负。例如当导体120远离导电区111的一端接地(此端电势为0)时，可以结合滚筒220的旋转方向，通过控制磁场发生部件所产生的磁场强度方向以控制导电区111上的电势为负。
53.在其中一个具体示例中，镀膜工件承载装置100有多个，各镀膜工件承载装置100中的挂板110均固定于滚筒220的外表面上。对应地，各镀膜工件承载装置100中的导体120和第二磁块130也对应设置于滚筒220的靠近第一磁块230的端面上。
54.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
55.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。