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CN108385077A - 一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置及镀膜方法 - Google Patents

一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置及镀膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，包括镀膜腔体，镀膜腔体的顶部固定有载具，镀膜腔体的底部设有膜料蒸发结构，膜料蒸发结构包括蒸发源支撑架，蒸发源支撑架上设有坩埚，坩埚内设有膜料，蒸发源支撑架上设有精密重量传感器，精密重量传感器与坩埚底部之间设有隔热层。本发明还提供了一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜方法。本发明能够对膜层厚度进行实时间接监控并且能够实时监测膜厚度的细微变化，在多源共蒸发时可以对多个蒸发源同时分别进行监测和控制，并且能够通过这种方式控制多个膜料同时镀膜时不同膜料的厚度和比例，对于具有多个膜料的镀膜层能够获得精准的控制效果。

Description

一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置及镀膜方法
技术领域
本发明涉及一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置及镀膜方法。
背景技术
在镀膜行业里，对于多源共掺杂镀膜过程，因为各个蒸发源蒸发膜料，加热挥发出来的蒸汽混合在镀膜腔体内，无法区分每一种原材料的镀膜速率，而且由于环境、膜料减少、蒸发源结构等因素发生微小的变化都会对镀膜速率有极大的影响，导致在多源共蒸发膜层结构中不能很好地得到掺杂均匀的膜层，从而影响膜层性能。
镀膜机坩埚中的镀膜材料质量的变化对镀膜速率和膜层性能有一定的影响，因此，实时监测膜料质量并及时反馈给程序作出工艺调整是非常有必要的。中国发明专利(CN1624191A)公开了“有定向及自控制功能的真空镀膜机”，该发明能够随时监测镀在基底上膜的质量，即控制镀膜的厚度，控制和加快沉积速率。但是，当蒸镀几微米到毫米级的厚膜时，由于厚度超过了膜厚仪的量程，膜厚仪便无法实现全程监控镀膜实时速率，更无法了解待镀产品膜厚情况。尤其对于多种物料共掺杂同时镀膜的工艺中，以上膜厚监测装置不能实时分别监测每种膜料的变化，不能真实测出各种膜料的真实蒸发速率，无法全程监测厚膜的厚度，也无法得到多种膜料混合均匀的膜层。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置及镀膜方法。本发明能够实时监测膜料的重量，实现监测并控制各种膜料的用料速率，实时修正镀膜工艺控制程序，能全程间接监测待镀产品的膜层厚度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，包括镀膜腔体，镀膜腔体的顶部固定有载具，镀膜腔体的底部设有膜料蒸发结构，膜料蒸发结构包括蒸发源支撑架，蒸发源支撑架上设有坩埚，坩埚内设有膜料，蒸发源支撑架上设有精密重量传感器，精密重量传感器与坩埚底部之间设有隔热层。
所述精密重量传感器外有保护罩。
所述镀膜腔体内设有一个或多个膜料蒸发结构，每个膜料蒸发结构内均设有精密重量传感器和隔热层。
每个坩埚内能够被放入不同的膜料。
本发明还提供了一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜方法，该方法采用以上所述的装置，并包括以下步骤：
(1)将膜料加入坩埚；
(2)对坩埚进行加热；
(3)精密重量传感器对包括膜料在内的放置于传感器上的整体重量进行实时测量，并每隔一定时间记录数据；
(4)精密重量传感器将记录的数据传输至镀膜机控制器；
(5)镀膜机控制器根据记录的数据获得膜料质量的变化值；
(6)镀膜机控制器根据膜料质量的变化值获取镀膜厚度信息，镀膜厚度的计算公式为：h＝(W0-Wt)*a/(ρ*S)，其中，W0为初始时刻精密重量传感器测得的重量，Wt为t时刻测量的重量，ρ为膜料密度，a为膜料利用率，S为基板面积；
(7)镀膜机控制器根据镀膜厚度信息调节膜料的蒸发速率；
(8)蒸发镀膜完成，程序自动结束。
所述步骤(3)是每间隔一定时间记录一次数据，并在整个镀膜的过程，连续间隔相同的时间进行记录数据。
所述步骤(7)中镀膜机控制器通过控制输出的电压及功率来调节膜料的蒸发速率。蒸发速率跟膜料的温度有直接的对应关系；为了提高或降低蒸发速率，需要相应的提高或降低膜料的温度，膜料的温度是通过调节电压和功率来实现的，电压增大，功率增加，加热丝输出热量增加，膜料温度增加，蒸发速率增加，反之原理相同。
多源共蒸的情况下，不同蒸发源中的不同待镀材料同时进行蒸发到镀膜机的空间内，形成均匀的混合蒸发原料，待镀载具单位时间、单位面积所能够吸附的混合蒸发膜料的量相同，因此能够在待镀载具的表面形成成分和厚度都均匀的膜层。
本发明控制的是待镀材料的蒸发量，因此，可以通过控制蒸发的量来控制一定时间内在镀膜机空间内的蒸发原料，从而控制待镀载具能够吸附的原料的多少，相比较直接对待镀载具上镀膜厚度进行测量的方法来说，本发明从原料给定的量上进行控制，而不是对结果进行控制，可以从镀膜的初始阶段就把控好镀膜过程中可能产生的不均匀等问题，比事后检测具有更好的前瞻性和可控性。
本发明能够对膜层厚度进行实时间接监控并且能够实时监测膜厚度的细微变化，在多源共蒸发时可以对多个蒸发源同时分别进行监测和控制，并且能够通过这种方式控制多个膜料同时镀膜时不同膜料的厚度和比例，对于具有多个膜料的镀膜层能够获得精准的控制效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1，参照附图1。
如图1所示，本发明能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，包括镀膜腔体1，镀膜腔体1的顶部固定有载具2，镀膜腔体1的底部设有膜料蒸发结构，膜料蒸发结构包括蒸发源支撑架7，蒸发源支撑架7上设有坩埚3，坩埚3内设有膜料4，蒸发源支撑架上7设有精密重量传感器6，精密重量传感器6与坩埚3底部之间设有隔热层5。
所述精密重量传感器6连接数据线8，数据线8从镀膜机腔体1的接线端子9引出镀膜机腔体1外后，与镀膜机控制器连接。
所述精密重量传感器6外有保护罩。
所述镀膜腔体1内设有一个或多个膜料蒸发结构，每个膜料蒸发结构内均设有精密重量传感器6和隔热层5。
每个坩埚3内能够被放入不同的膜料4。
多源共蒸发镀膜情况下，每个蒸发源分别有一个精密重量传感器6独立实时测量放置于传感器上的整体重量，单独实时监测控制重量变化。
本发明还提供了一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜方法，该方法采用以上所述的装置，并包括以下步骤：
(1)将膜料4加入坩埚3；
(2)对坩埚3进行加热；
(3)精密重量传感器6对包括膜料4在内的放置于传感器上的整体重量进行实时测量，并每隔一定时间记录数据；初始时刻t0，精密重量传感器测得的重量为W0，t时刻测量的重量为Wt；
(4)精密重量传感器6将记录的数据传输至镀膜机控制器；
(5)镀膜机控制器根据记录的数据获得膜料4质量的变化值，变化值为W0-Wt；
(6)镀膜机控制器根据膜料4质量的变化值获取镀膜厚度信息，根据已知ρ为膜料密度，a为膜料利用率，S为基板面积，计算出t时刻的镀膜厚度为ht＝(W0-Wt)*a/(ρ*S)；
(7)镀膜机控制器根据镀膜厚度信息调节膜料的蒸发速率；镀膜机控制器根据镀膜厚度信息，算出在t0到t时间内的膜料4蒸发速率，若计算出此时刻的蒸发速率低于实验设定值，则下一时刻提高加热功率，使达到预定的蒸发速率并保持下去；
多源共蒸发镀膜情况，与单源蒸发镀膜的原理相同，利用自控分别对多个蒸发源进行独立控制，达到实验设定的蒸发速率和厚度，从而获得共掺杂均匀的膜层；
(8)蒸发镀膜完成，程序自动结束。
所述步骤(3)是每间隔一定时间记录一次数据，并在整个镀膜的过程，连续间隔相同的时间进行记录数据。
所述步骤(7)中镀膜机控制器通过控制输出的电压及功率来调节膜料4的蒸发速率。蒸发速率跟膜料的温度有直接的对应关系；为了提高或降低蒸发速率，需要相应的提高或降低膜料的温度，膜料的温度是通过调节电压和功率来实现的，电压增大，功率增加，加热丝输出热量增加，膜料温度增加，蒸发速率增加，反之原理相同。
本发明能够实时监测膜料的质量，根据质量的变化计算出膜料的减少量，实现实时监测镀膜速率，反馈到工艺控制程序中，控制输出的电压及功率，调节膜料的蒸发速率，可获得均匀膜层；通过精密重量传感器，实时监测膜料质量，实现全程监测待镀产品的膜层厚度。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，包括镀膜腔体，镀膜腔体的顶部固定有载具，镀膜腔体的底部设有膜料蒸发结构，膜料蒸发结构包括蒸发源支撑架，蒸发源支撑架上设有坩埚，坩埚内设有膜料，其特征是，蒸发源支撑架上设有精密重量传感器，精密重量传感器与坩埚底部之间设有隔热层。
2.根据权利要求1所述的能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，其特征是，精密重量传感器外有保护罩。
3.根据权利要求1所述的能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，其特征是，镀膜腔体内设有一个或多个膜料蒸发结构，每个膜料蒸发结构内均设有精密重量传感器和隔热层。
4.根据权利要求1所述的能够实时间接监控膜层厚度的镀膜装置，其特征是，每个坩埚内能够被放入不同的膜料。
5.一种能够实时间接监控膜层厚度的镀膜方法，其特征是，该方法采用权利要求1-4中任一项所述的装置，并包括以下步骤：
(1)将膜料加入坩埚；
(2)对坩埚进行加热；
(3)精密重量传感器对包括膜料在内的放置于传感器上的整体重量进行实时测量，并每隔一定时间记录数据；
(4)精密重量传感器将记录的数据传输至镀膜机控制器；
(5)镀膜机控制器根据记录的数据获得膜料质量的变化值；
(6)镀膜机控制器根据膜料质量的变化值获取镀膜厚度信息，镀膜厚度的计算公式为：h＝(W0-Wt)*a/(ρ*S)，其中，W0为初始时刻精密重量传感器测得的重量，Wt为t时刻测量的重量，ρ为膜料密度，a为膜料利用率，S为基板面积；
(7)镀膜机控制器根据镀膜厚度信息调节膜料的蒸发速率；
(8)蒸发镀膜完成，程序自动结束。
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