TWI545215B - 真空鍍膜裝置 - Google Patents

Description

真空鍍膜裝置

本發明為一種真空鍍膜裝置，尤指一種大面積捲對捲真空鍍膜製程設備。

捲對捲(Roll to roll type)電漿鍍膜方式為一種可連續式、可同時鍍製多層膜之高生產效率的鍍膜技術，相較於傳統批次型(Batch)或連續式(In-line)電漿鍍膜技術，可大幅降低生產成本。且可撓式基材以金屬軟板或高分子等材料為主，具有輕薄、可捲曲、不易碎裂、易加工及容易運輸等優點，因此廣泛運用於食品包裝、電容器、軟性電路板、太陽電池、3C產品以及熱鏡膜(Heat Mirror)等。

特別是近年來溫室效應造成地球暖化之問題已成為世界各國最重視之問題，因此各式再生能源及節能技術已是現在發展的趨勢，且對於減緩地球溫室效應將會有極大的貢獻。

其中，以熱鏡膜為例，由於熱鏡膜可有效阻隔太陽熱能進入建築物，且能將可見光適度地引入室內，因此可有效減低建築物空調及照明系統的電力消耗。然而現今市面之熱鏡膜玻璃、Low-E玻璃或軟性隔熱膜之售價皆相當高昂，在經濟因素的考量下，相關產品無法為一般民眾廣泛採用，因此發展低成本之熱鏡膜相關技術已是不可避免的趨勢。

熱鏡膜通常含有至少一層金屬氧化薄膜，其製程可利用金屬靶通以氧氣進行反應性磁控濺鍍。反應性磁控濺射存在快速變化的磁滯反應現象，且有靶材毒化、靶材放電問題，因此容易造成製程及鍍膜速率不穩定。至於利用雙磁控靶、OES控制及電漿電源技術雖可改善上述問題，但相對設備成本亦提高。

此外，習知捲對捲真空鍍膜裝置，其鍍膜電漿源為磁控濺射 源，濺射電漿源於工作時距離基材約10公分，而有效寬度約15公分，因而電漿集中於局部區域，容易引起可撓式高分子之基材局部區域溫度快速升高，造成基材變形，因此習知捲對捲真空鍍膜裝置皆必須設置一大型冷卻滾筒以防止基材過熱變形。冷卻滾筒的安裝除增加設備成本及能源消耗外，高分子基材與冷卻滾筒間之滑動亦容易造成基材刮傷。

再者，習用之可撓式基材之長度通常有數千公尺，利用習知捲對捲真空鍍膜裝置每批次生產需耗時數十小時，於製程中，磁控濺射源靶材隨時間消耗，靶材表面磁場強度則隨時間增強，造成鍍膜速率及薄膜成份隨時間變化，因此必須採用監控系統進行回授控制。

因此，如何提供一種真空鍍膜裝置，可進行連續式可撓式基材真空薄膜鍍膜等相關製程的應用，且各製程腔體採模組化設計，可針對應用進行不同的組合，將不同膜層一次完成製程，可有效提高產能、降低成本、進而增加產品競爭力，實為當前重要課題之一。

本發明提出一種真空鍍膜裝置，可進行連續式可撓式基材真空薄膜鍍膜等相關製程的應用，且各製程腔體採模組化設計，可針對應用進行不同的組合，將不同膜層一次完成製程，可有效提高產能、降低成本、進而增加產品競爭力。

在一實施例中，本發明提出一種真空鍍膜裝置，其包括至少一腔體、至少一電弧放電電漿源、收放料裝置及滾輪組；腔體具有一第一開口與一第二開口連通收放料裝置，以提供一基材移動進入及離開腔體，基材具有相對之一第一面及一第二面；電弧放電電漿源，設置於腔體內且用以產生電漿，電漿以電弧放電電漿源為中心呈放射狀發散；滾輪組包括複數第一滾輪，複數第一滾輪設置於腔體內且環繞設置於電弧放電電漿源之外圍，基材之第一面朝向複數第一滾輪且貼靠於複數第一滾輪之外圍，由基材移動且帶動複數第一滾輪轉動以帶動基材移動，電漿蒸發發射之材 料則附著於基材之第一面。

在另一實施例中，本發明提出一種真空鍍膜裝置，其包括複數腔體，每一腔體內設有一電弧放電電漿源，由基材串接複數腔體。該複數電弧放電電漿源分別所產生之電漿之種類可以不同或相同。

100‧‧‧真空鍍膜裝置

110、110A~110C‧‧‧腔體

111‧‧‧第一開口

112‧‧‧第二開口

120‧‧‧第一收放料裝置

130‧‧‧第二收放料裝置

140、140A~140C‧‧‧電弧放電電漿源

141‧‧‧電漿

150‧‧‧第一滾輪

160‧‧‧第二滾輪

170‧‧‧遮罩

180‧‧‧基材

181‧‧‧第一面

182‧‧‧第二面

183、184‧‧‧二端

d‧‧‧距離

圖1為本發明之一實施例之結構示意圖。

圖2為圖1實施例之腔體之放大結構圖。

圖3為本發明另一實施例之結構示意圖。

請參閱圖1及圖2所示本發明之一實施例之結構示意圖。真空鍍膜裝置100包括一筒狀之真空之腔體110，圖1及圖2為腔體110之徑向斷面結構。腔體110具有一第一開口111與一第二開口112。於腔體110外且接近第一開口111之位置設有一第一收放料裝置120，第一開口111與第一收放料裝置120連通；於腔體110外且接近第二開口112之位置設有一第二收放料裝置130，第二開口112與第二收放料裝置130連通。第一收放料裝置120與第二收放料裝置130其中之一用以送出基材180，另一則用以收捲基材180。例如，由第二收放料裝置130收捲基材180時，則是由第一收放料裝置120送出基材180，基材180由第一開口111進入腔體110，而由第二開口112離開腔體110。反之，可由第一收放料裝置120負責收捲基材180，而第二收放料裝置130則負責送出基材180。基材180為具有一寬度之可撓性捲材，其材質不限，視所需加工之材質而定。值得說明的是，本發明並不限於上述之收放料裝置實施態樣，例如，可將第一收放料裝置120與第二收放料裝置130整合為一個收放料裝置。

於腔體110內設有一圓柱長形電弧放電之電弧放電電漿源140，電弧放電電漿源140與腔體110同軸設置，圖1及圖2顯示電弧放電電漿源140之徑向斷面結構。電弧放電電漿源140設置於腔體110內且用以產生電漿141，電弧放電電漿源140所產生之 電漿141是以電弧放電電漿源140為中心呈放射狀朝向外圍發散。

腔體110搭配一滾輪組，本實施例之滾輪組包括設置於腔體110內之複數第一滾輪150及複數第二滾輪160，第一滾輪150與第二滾輪160可被驅動轉動。第一滾輪150設置於腔體110內且環繞設置於電弧放電電漿源140之外圍，每一第一滾輪150與電弧放電電漿源140之距離d相同，距離d之範圍不限，視實際加工所需之狀況而定，例如，可介於30~200公分之範圍。於腔體110內且接近第一開口111之位置設有二第二滾輪160，於腔體110內且接近第二開口112之位置設有另外二第二滾輪160。必須說明的是，第一滾輪150與第二滾輪160之設置方式及其數量並不限於圖示實施例，例如，第一滾輪150不限圖示四個，可設置四個以上，而第二滾輪160不限圖示二個一組，可於接近第一開口111及第二開口112之位置分別設置一個或二個以上。

此外，於本實施例中，每一第一滾輪150搭配有一遮罩170，遮罩170設置於第一滾輪150與電弧放電電漿源140之間，藉由遮罩170隔絕電漿141蒸發發射之材料附著於第一滾輪150。遮罩170之材質不限，例如可採用金屬材質，例如不鏽鋼。

請參閱圖2所示，基材180具有相對之一第一面181及一第二面182，以及相對之二端183、184。基材180之第一面181朝向複數第一滾輪150且貼靠於第一滾輪150之外圍，基材180由於具有可撓性，因此被第一滾輪150撐開成多角形。而基材180之二端183、184之第二面182分別貼靠於接近第一開口111與第二開口112之第二滾輪160，且基材180之二端183、184分別由第一開口111與第二開口112伸出腔體110外。

本發明之工作方式為，當基材180由第一收放料裝置120與第二收放料裝置130帶動移動時，第一滾輪150可由基材180同步帶動轉動，電漿源140發射之電漿141中蒸發之材料可附著於基材180之第一面181。藉由遮罩170可避免第一滾輪150沾附電漿141蒸發發射之材料，不僅可保持第一滾輪150清潔，避免第一滾輪150刮傷基材180，同時可避免電漿141之高溫造成第一滾 輪150之溫度升高而損壞。

如前所述，本發明之基材180為具有一寬度之捲材，依本發明實施例結構，基材180之有效製鍍面積約為1.3~1.6 x π x d x W，其中，d為第一滾輪150與電弧放電電漿源140之距離，可視為電弧放電電漿源140距離基材180之距離，W為基材180之寬度。

就圖1實施例而言，若需要於基材180被覆二層以上之薄膜時，只要控制基材180於腔體110內來回鍍膜即可。關於第一滾輪150與第二滾輪160之轉速，及其作用於基材180所形成之張力等相關控制，視實際所使用之基材180之材質及鍍膜要求而定。

請參閱圖3所示本發明另一實施例之結構示意圖。本實施例與圖1之差異在於本實施例設有複數腔體110A~110C，每一腔體110A~110C內分別設有一電弧放電電漿源140A~140C，且搭配一第一收放料裝置120與一第二收放料裝置130。基材180依序穿設且串接腔體110A~110C。本實施例可進行連續式可撓式基材真空薄膜鍍膜等相關製程的應用，各腔體110A~110C內之電弧放電電漿源140A~140C分別所產生之電漿之種類可以相同，也可為不同之兩種以上。例如，若電弧放電電漿源140A~140C所產生之電漿種類相同，則可於基材180被覆三層相同薄膜，以達到所需薄膜厚度；若電弧放電電漿源140A~140C所產生之電漿種類分別不同，則可於基材180被覆三層不同薄膜。本發明之各腔體採模組化設計，可針對應用進行不同的組合，將不同膜層一次完成製程，可有效提高產能、降低成本、進而增加產品競爭力。亦可控制基材180於三個腔體110A~110C來回移動，已於基材180被覆較厚或較多層鍍膜。此外，就圖3實施例而言，可於相鄰之腔體之間設置氣體隔離腔(圖中未示出)，以阻隔不同腔體間的氣體分子，提高製程穩定性。

綜上所述，相較於習知捲對捲真空鍍膜裝置，本發明所提供之真空鍍膜裝置具有下列特性：

1.本發明採用之鍍膜電弧放電電漿源距離基材較遠，習知距 離約為10公分，而本發明可達30~200公分，且本發明之電漿呈放射狀，360度向外幅射，有效寬度可長達數公尺，本發明之高分子基材之溫升有限，因此不需冷卻裝置，可減少不必要的設施且降低成本。

2.電弧放電電漿源距離基材相對較遠，可減少反應氣充入之需求量，有效抑制於電漿反應性沉積製程中之靶材毒化問題。

3.本發明為一種大面積捲對捲之真空鍍膜裝置，製程腔體採模組化設計且架構簡單，可單製程腔往復式來回鍍膜或針對應用進行不同的組合。

4.本發明採用之電弧放電電漿源為電弧放電方式，其內可不安裝任何磁鐵，長時間運作時，鍍膜速率及薄膜成份不隨磁鐵變化而改變。

利用本發明於1000公尺長之PET材質基材鍍製TiO₂/TiN/TiO₂三種膜層，將每層鍍膜速度分別控制為2公尺/分、3公尺/分、2公尺/分，大約25小時即可鍍製完成，證明本發明確實可達成所欲達成之功效。而必須再次強調的是，本發明之架構簡單、成本低，且不存在上述習知裝置所存在之過熱、毒性等問題。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

110‧‧‧腔體

111‧‧‧第一開口

112‧‧‧第二開口

140‧‧‧電弧放電電漿源

141‧‧‧電漿

150‧‧‧第一滾輪

160‧‧‧第二滾輪

170‧‧‧遮罩

180‧‧‧基材

181‧‧‧第一面

182‧‧‧第二面

183、184‧‧‧二端

d‧‧‧距離

Claims (10)

1. 一種真空鍍膜裝置，其包括：至少一收放料裝置，用以送出或收捲基材；至少一腔體，其具有一第一開口與一第二開口，該第一開口及該第二開口與該收放料裝置相連通，該第一開口與該第二開口提供該基材進入及離開該腔體，該基材具有相對之一第一面及一第二面；至少一電弧放電電漿源，設置於該腔體內且用以產生電漿，該電漿以該電弧放電電漿源為中心呈放射狀發散；以及滾輪組，其包括複數第一滾輪，該複數第一滾輪設置於該腔體內且環繞設置於該電弧放電電漿源之外圍，該基材之該第一面朝向該複數第一滾輪且貼靠於該複數第一滾輪之外圍，該基材移動並驅動該複數第一滾輪轉動，該電漿蒸發之材料附著於該基材之該第一面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中每一該第一滾輪具有一遮罩，該遮罩設置於該第一滾輪與該電弧放電電漿源之間，用以隔絕該電漿附著於該第一滾輪上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之真空鍍膜裝置，其中該遮罩之材質為金屬材質。
4. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中每一該第一滾輪與該電弧放電電漿源之距離相同。
5. 如申請專利範圍第4項所述之真空鍍膜裝置，其中每一該第一滾輪與該電弧放電電漿源之距離介於30~200公分之範圍。
6. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中該滾輪組包括複數第二滾輪，該複數第二滾輪設置於該腔體內，其中至少一該第二滾輪設置於接近該第一開口，其中至少另一該第二滾輪設置於接近該第二開口，該基材具有相對之二端，該基材之該二端之該第二面分別貼靠於接近該第一開口與該第二開口之該第二滾輪，且該基材之該二端分別由該第一開口與該第二開口伸出該腔體外。
7. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，更包括一第一收放料裝置與一第二收放料裝置，該第一收放料裝置設置於該腔體外且接近該第一開口，該第二收放料裝置設置於該腔體外且接近該第二開口，該第一收放料裝置與該第二收放料裝置其中之一用以送出該基材，另一則用以收捲該基材。
8. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，更具有複數腔體，每一該腔體內設有一該電弧放電電漿源，該基材串接該複數腔體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之真空鍍膜裝置，其中該複數電弧放電電漿源分別所產生之電漿之種類為兩種以上。
10. 如申請專利範圍第8項所述之真空鍍膜裝置，其中該複數電弧放電電漿源分別所產生之電漿之種類相同。