一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备的制作方法

1.本实用新型涉及柔性基材真空镀膜设备技术领域，具体为一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备。


背景技术：

2.电子束蒸发镀膜技术是目前广泛应用的真空蒸镀薄膜制备技术。与电阻式蒸发镀膜、溅射镀膜、等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)等相比，电子束蒸发镀膜技术有其固有优势。蒸发功率高、成膜速度快、镀膜材料适用性好等优点使得电子束蒸镀技术一直受到大规模工业生产的青睐。
3.传统的电子束蒸镀中，通过电子束发生源产生高能电子束，经过磁线圈的作用下发生聚焦和偏转穿过工作室轰击到坩埚的蒸发镀料上。但在制备高阻隔膜方面，电子束蒸镀有着较大的短板。这是因为电子束蒸镀的特点是蒸汽粒子能量较低且薄膜的生长速率快，这就导致了成膜分子在基底上的迁移时间短，难以到达能量最低位置。这样一来会使得薄膜成品的微观结构中存在许多缺陷，密度低。而薄膜的阻水阻隔氧能力受到微观结构的影响，缺陷越多，阻隔效果就越差。此外，电子束的高能量会改变沉积薄膜的化学计量比。化学计量比的变化会引起阻隔性能的变化和光学性能的变化。因此在镀膜过程中可能需要加入一些气体，以帮助将化学计量比回所需的比例。例如以氧化铝为蒸镀原料时，在高能的电子束作用下，薄膜会因为微小的变化(如分解、气体残留等)而使的化学计量比不稳定进而阻隔性能不稳定。
4.为了获得更好的镀膜质量，可以通过等离子体辅助来改进。高能粒子轰击生长中的薄膜可以改变薄膜一些特性和性能，例如：提高膜基附着力；提高薄膜的致密化程度；改变光学性质等。等离子辅助沉积工艺的主要过程是在镀膜过程中，通过往系统中注入一些气体并产生等离子体，并利用等离子体来改变膜层的化学组成成分或修改薄膜的生长。由此可以通过反应沉积处理将元素转化为化合物，并且通过控制气源的稳定性，制备出稳定化学计量比且薄膜致密度高的高阻隔膜。
5.为了解决上述问题，本案由此而生。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备，解决了上述背景技术中提出的问题。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备，包括真空系统、卷绕系统、电子枪系统、空心阴极电子枪、等离子体测量系统、在线膜厚检测仪、晶振仪、卷绕张力控制系统。所述设备分为镀膜室和卷绕室，设备的上半部为卷绕室，下半部为镀膜室，均呈长方形，卷绕室与镀膜室之间由隔板隔
开，通过镀膜主辊相连。
10.卷绕室中有传导辊、镀膜主辊、卷绕张力控制系统、收放卷辊、在线膜厚检测仪、等离子预处理系统。收卷辊和放卷辊分别放置与镀膜主辊的两侧。镀膜主辊连接水冷系统且具备导电的能力，能设置偏置电压。所有的辊子受卷绕张力控制系统的控制，能稳定控制卷绕张力(卷绕张力控制系统为常规的控制薄膜卷材传递张力的装置)。
11.等离子预处理系统设置于放卷辊与镀膜主辊之间，平行于薄膜卷材放置，可对薄膜卷材进行等离子清洗，去除薄膜卷材表面的杂质。在线膜厚检测仪置于镀膜主辊与收卷辊之间，平行与薄膜卷材放置，可实时检测镀膜厚度。
12.卷绕室中有收放卷辊，传导辊，镀膜主辊，薄膜卷材。在镀膜前，薄膜卷材可以通过卷绕室的侧面进行上卷工作。镀膜时，薄膜卷材在控制下从放卷辊开始绕动，经过传导辊到镀膜主辊，再经过传导辊最后到收卷辊。
13.所述卷绕张力控制系统用于检测和控制薄膜卷材的张力，卷绕张力控制系统连接收放卷辊、传导辊和镀膜主辊，可以控制薄膜卷材的张力并保持张力稳定。
14.所述在线膜厚检测仪使用位于卷绕室中，在薄膜卷材通过处安装了三个位置的测量探头，用来测量透射率和反射率，通过计算得出整个薄膜的厚度分布的信息。如果在薄膜基材上检测到膜层厚度与理想厚度出现偏差，那么扫描电子束会根据程序控制其扫描方式，控制在蒸发材料表面的功率分布，使镀层厚度分布达到最佳。
15.镀膜室中有电子枪系统、等离子体辅助系统、等离子监测系统、晶振仪、蒸发坩埚、偏转磁场系统。
16.电子枪系统位于镀膜室一侧，一部分在镀膜室内，一部分在镀膜室外侧向一侧延伸的真空腔内。电子枪系统产生的电子束经过会聚和偏转磁场的作用下，射向蒸发坩埚上，对镀膜原料进行加热蒸发。坩埚连接水冷系统，有效地保护坩埚。
17.所述电子枪系统采用直型电子枪，该直型电子枪由发射电子的块状阴极、聚焦电子束的孔状阳极、和加速电子的阳极三部分组成。由直型电子枪产生的电子束经过镀膜室的偏转磁场能够会聚蒸发坩埚上并加热蒸发镀膜原料。
18.所述蒸发坩埚外形呈圆柱形，内部为一个倒梯形的结构用以盛放镀膜材料，蒸发坩埚连接水冷却系统，在进行镀膜时，坩埚冷通过外置的冷却水循环进行冷却降温。
19.所述偏转磁场系统由一对对称放置的电磁铁组成，这对电磁铁产生一个磁场。这个磁场一方面使撞击的电子束弯曲到坩埚上，使电子束垂直入射到蒸发材料，从而使蒸发过程的能量效率达到最佳；另一方面，磁场使得产生的二次电子弯曲，这些电子被引导离开蒸汽区域，避免对材料的蒸发产生影响。
20.所述等离子体辅助系统由一个空心阴极电子枪和一块阳极组成，空心阴极电子枪用金属管做阴极，待真空室抽至高真空后，向空心阴极中通过氩气，在电压作用下气体产生阴极辉光放电，在空心阴极电子枪与阳极之间产生一片均匀的等离子体区域。
21.空心阴极电子枪连接气体进口，置于镀膜室一侧，且位于电子枪系统的对侧，其作用在于产生一个均匀的等离子体区域。
22.晶振仪置于坩埚正上方，对镀膜粒子的沉积速率进行检测。
23.等离子检测传感器位于等离子体区域的上方，利用等离子体的发射光谱对等离子体的参数进行测定(如检测等离子体浓度)。
24.镀膜主辊设置负偏压。蒸发蒸汽在经过等离子体区域时与反应性气体发生反应，并在等离子体的作用下能量提高，电场作用下加速在镀膜主辊上快速沉积成膜。
25.所述抽真空系统由真空管道连接外部机械泵、罗茨泵和分子泵构成，在设备顶部通过真空管道连接外部的真空泵将镀膜室中的气体抽出，实现对真空室进行抽真空。
26.(三)有益效果
27.采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具备以下优点：
28.1、本实用新型一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备，能够有效克服成膜粒子在基底上迁移能力差所引起的薄膜缺陷多、致密度差等问题，具有蒸发速度快，成膜质量高的特点。
29.2、本实用新型一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备，能有效地解决由于电子束的高能量改变沉积薄膜的化学计量比导致的阻隔性能的变差的缺点，采用等离子体辅助反应沉积，通过实时监控等离子体与蒸发粒子，利用反应性气体将金属元素转化为高阻隔性能稳定化学计量比的氧化物层，有效提高薄膜密度。
附图说明
30.图1为本实用新型示意图。
31.图中：1、卷绕室；2、镀膜室；3、放卷辊；4、传导辊；5、镀膜主辊；6、收卷辊；7、薄膜卷材；8、在线膜厚检测仪；9、等离子预处理系统；10、直型电子枪；11、磁铁；12、蒸发坩埚；13、阳极；14、等离子体检测传感器；15、空心阴极电子枪；16、等离子体；17、晶振仪；18、镀膜蒸汽；19、二次电子；20、镀膜原料。
具体实施方式
32.下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细阐述。
33.如图1所示：一种有效提高薄膜密度的卷对卷电子束镀膜设备包括卷绕室1和镀膜室2，卷绕室中有放卷辊3、传导辊4、镀膜主辊5、收卷辊6，薄膜卷材7。镀膜室中有直型电子枪10、坩埚12、空心阴极电子枪15、电磁铁11。
34.卷绕室中1设有等离子预处理系统9和在线膜厚检测仪8，等离子预处理系统9能有效清除镀膜卷材7镀膜面上的杂质，提高镀膜层的结合力，在线膜厚检测仪8能实时检测镀膜厚度。薄膜卷材7依次经过放卷辊3，等离子预处理系统9，传导辊4，镀膜主辊5，传导辊4，在线膜厚检测系统8，收卷辊6。卷绕张力控制系统与放卷辊3，传导辊4，镀膜主辊5，收卷辊6相连，控制薄膜卷材的张力并保持张力稳定。
35.电子枪10位于镀膜室2，一部分在镀膜室2内，一部分在镀膜室2外侧向一侧延伸的真空腔内。电子枪10产生的电子束经过会聚和磁铁11的作用下，射向蒸发坩埚12上，对镀膜原料20进行加热蒸发。磁场使得产生的二次电子弯曲，这些电子被引导离开蒸汽区域，避免对材料的蒸发产生影响等离子体辅助系统由一个空心阴极电子枪15和一块阳极13组成，空心阴极电子枪15用金属管做阴极，待真空室抽至高真空后，向空心阴极中通过氩气和反应性气体，在电压作用下气体产生阴极辉光放电，在空心阴极电子枪15与阳极13之间产生一片均匀的等离子体区域16。
36.工作方式如下步骤：
37.打开设备，从卷绕室1的侧面将薄膜卷材7放到放卷辊3上，将薄膜卷材7通过卷绕系统在卷绕室1中卷绕，先后在卷绕室1通过放卷辊3，传导辊4，镀膜主辊5，传导辊4，收卷辊6，后将镀膜金属原料20置于镀膜室2的坩埚12上。关闭设备腔体，打开抽真空系统进行抽真空。
38.真空达到镀膜工作的需要后，开启电子枪。调整电子枪使电子束对准坩埚。根据实际镀膜需求可以选择电子枪的功率和电子束的束斑扫描模式。同时启动坩埚的水冷系统。
39.开启空心阴极电子枪15，设定空心阴极电子枪功率，并通入氩气和反应性气体，保持等离子体16的稳定。并打开等离子体测量传感器14，根据镀膜需要选择等离子体16的参数。检查无误后，关闭，等待启动。
40.开启在线膜厚检测系统8。通过卷绕张力控制系统设定卷绕张力值、卷绕速度，等待启动。
41.检查设备运行无误后，开启所有待启动设备。直型电子枪发射电子束对蒸发坩埚12内的镀膜金属进行加热，熔化蒸发的金属蒸气，部分金属蒸汽被电离产生的二次电子被磁场引导至冷却屏蔽区。等离子体16的作用下，金属蒸汽与反应性气体发生反应并被加大能量在镀膜主辊5上快速沉积，形成膜层。并且薄膜在等离子体轰击下提高膜基附着力，提高薄膜的致密化程度。最后通过卷绕系统将蒸镀后的成品传输到收卷辊9上，完成镀膜。
42.关闭设备所有系统，进行破真空处理，打开设备腔体，从收卷辊6上取出镀膜成品。
43.以上所述依据实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项使用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其保护的范围。