TWI531671B - A cooling system with a plate cooling function - Google Patents

Description

具有載盤冷卻功能的鍍膜系統

本發明是有關於一種鍍膜系統，特別是指一種具有載盤冷卻功能的鍍膜系統。

目前真空鍍膜技術的應用日漸廣泛，舉凡在可攜式3C電子產品外殼上鍍覆防電磁波干擾(Electro-magnetic interference,EMI)鍍膜的3C產業，甚或是在透明鏡片上鍍覆有光學鍍膜(optical film)的光學鏡片產業等，皆須使用到真空濺鍍設備；其中，又以連續式多腔體(multi-chamber)的鍍膜系統因為擁有速度快、產量高、鍍覆品質優良，及能大幅地降低生產成本等優點，因此已廣泛地應用於大量鍍膜的製程中。一般連續式多腔體的鍍膜系統依序包含至少三個區域：一進料腔體區、一鍍膜腔體區，及一出料腔體區；其中，一待鍍物是被置於一傳送單元上的一承載盤上，以於上述腔體區內或跨腔體區之間傳輸，並由該出料腔體區輸出一在該待鍍物之一表面鍍覆有一鍍膜的成品。

參閱圖1，台灣第M258101核准公告號新型專利案公開一種自動化潛入式內部迴流裝置1，是應用於一連 續式多腔體鍍膜系統14，其包含一前升降裝置11、一後升降裝置12，及一設置於該連續式多腔體鍍膜系統14下的回傳機構模組13。該前升降裝置11與該後升降裝置12分別設於該連續式鍍膜系統14的一輸入端141與一輸出端142；其中，該前升降裝置11、該連續式多腔體鍍膜系統14、該後升降裝置12，與該回流機構模組13共同定義出一封閉迴路。

當一承載有一待鍍物(圖未示)的承載盤10於該 連續式多腔體鍍膜系統14內執行完一鍍膜製程後，是自該連續式鍍膜系統14的輸出端142移至該後升降裝置12上，並在該待鍍物被移除後由該後升降裝置12透過一壓缸來帶動該承載盤10向下位移，經由該回傳機構模組13帶動該承載盤10朝該前升降裝置11移動，被定位於該前升降裝置11上的該承載盤10上重新放置有一新的待鍍物後，該前升降裝置11則透過一壓缸來使該承載盤10向上位移，使該承載盤10重新導入該連續式鍍膜系統14的輸入端141。

然而，放置有該待鍍物的承載盤10於該連續式 多腔體鍍膜系統14內執行該鍍膜製程中，將因其內部的一電漿環境而累積大量的高溫熱能。因此，一旦該承載盤10反覆地行經此閉迴路，並於該高溫電將環境中重覆地累積大量的高溫熱能，則容易導致該承載盤10及其待鍍物的溫度過高，因而損壞鍍膜品質。

經上述說明可知，改良鍍膜系統的結構以解決 鍍膜系統中的散熱問題，是此技術領域的相關技術人員所待突破的難題。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有載盤冷卻功能的鍍膜系統。

於是，本發明具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，包含：一載盤、一鍍膜站、一迴流裝置，及一冷卻裝置。該載盤包括一盤本體與一相變化物質，該盤本體內部形成有一填置該相變化物質的密閉空間。該鍍膜站包括一入口端與一出口端，該載盤能自該入口端進入該鍍膜站中以進行一鍍膜製程，並由該出口端移出該鍍膜站。該迴流裝置包括一設置在該鍍膜站外的傳送單元，該傳送單元使該載盤沿一自該鍍膜站的出口端朝該鍍膜站的該入口端的傳送路徑移動。該冷卻裝置設置於傳送單元的該傳送路徑上。在本發明中，該相變化物質能自該盤本體吸收一在該鍍膜製程中所累積的熱能，以作為至少部分的該相變化物質自一固態熔融成一液態時所需的潛熱(latent heat)，且該相變化物質的熔點為介於18℃至95℃間；該冷卻裝置能自該相變化物質吸收該熱能，以令至少部分的該相變化物質自該液態凝固成該固態。

本發明之功效在於，藉由該載盤的改良，利用該相變化物質本身所需的熔解潛熱，以自該盤本體吸收該熱能，能帶走於該鍍膜過程中累積在載盤上的高溫熱能以提升鍍膜品質，另外利用該冷卻裝置自該相變化物質吸收 該熱能，以將解決鍍膜系統中的散熱問題。

2‧‧‧載盤

21‧‧‧盤本體

22‧‧‧相變化物質

3‧‧‧鍍膜站

301‧‧‧入口端

302‧‧‧出口端

31‧‧‧載入腔體

32‧‧‧濺鍍腔體

33‧‧‧卸載腔體

34‧‧‧傳送機構

341‧‧‧伺服馬達

342‧‧‧滾輪

4‧‧‧迴流裝置

41‧‧‧傳送單元

411‧‧‧支架

412‧‧‧傳送組件

413‧‧‧輸送模組

414‧‧‧伺服馬達

42‧‧‧感測單元

43‧‧‧前升降單元

44‧‧‧後升降單元

5‧‧‧冷卻裝置

51‧‧‧散熱板

511‧‧‧入口

512‧‧‧出口

513‧‧‧冷卻通道

52‧‧‧驅動件

53‧‧‧風扇

54‧‧‧冷卻液體

X‧‧‧排列方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一正視示意圖，說明台灣第M258101核准公告號所公開的一種自動化潛入式內部迴流裝置；圖2是一俯視示意圖，說明本發明具有載盤冷卻的鍍膜系統的一第一實施例；圖3是一沿圖2的一折線III-III所取得的正視剖視圖，說明該第一實施例的一鍍膜站、一迴流裝置、一冷卻裝置、一前升降單元，及一後升降單元；圖4是一剖視示意圖，說明該第一實施例的一載盤；圖5是一俯視示意圖，說明該第一實施例的一迴流裝置與一冷卻裝置；圖6是一正視示意圖，說明該第一實施例的該載盤與該冷卻裝置接觸時的一使用狀態；圖7是一溫度對時間的關係圖，說明該第一實施例的該載盤於該冷卻裝置進行一冷卻過程的溫度變化；圖8是一凝固比率對時間的關係圖，說明該第一實施例的該載盤於該冷卻裝置進行該冷卻過程的凝固比率變化；圖9是一立體組合圖，說明本發明具有載盤冷卻的鍍膜系統的一第二實施例的一迴流裝置與一冷卻裝置；圖10是一溫度對時間的關係圖，說明該第二實施例的該載盤於該冷卻裝置進行一冷卻過程的溫度變化； 圖11是一凝固比率對時間的關係圖，說明該第二實施例的該載盤於該冷卻裝置進行該冷卻過程的凝固比率變化。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、圖3及圖4，本發明具有載盤冷卻功能的鍍膜系統的一第一實施例，包含一載盤2、一鍍膜站3、一迴流裝置4，及一冷卻裝置5。

該載盤2包括一盤本體21與一相變化物質22，該盤本體21內部形成有一填置該相變化物質22的密閉空間20。在本發明該第一實施例中，該盤本體21是由鋁合金(Al alloy)所構成；該相變化物質22能自該盤本體21吸收一在該鍍膜站3內進行一鍍膜製程中所累積的熱能，以作為至少部分的該相變化物質22自一固態熔融成一液態時所需的潛熱，且該相變化物質22的熔點為介於18℃至95℃間；此外，該冷卻裝置5能自該相變化物質22吸收該熱能，以令至少部分的該相變化物質22自該液態凝固成該固態。

值得說明的是，為了避免該相變化物質22於熔化時體積膨脹造成該盤本體21變形。因此，該盤本體21的密閉空間20需大於或等於該相變化物質22於該液態時所佔有的體積。此處需補充說明的是，該相變化物質22於一吸熱過程中的一儲熱能力(heat storage capacity)，是介於 134kJ/kg至250kJ/kg之間，且該吸熱過程包括一自該固態熔化為該液態的相變(phase transition)。該相變化物質22是選自一有機類材料(organic material)與一無機類材料(inorganic material)其中之一者。

更具體地說，該有機類材料是一烴類 (hydrocarbon)，且該烴類是選自C₁₆至C₅₀的一烷類(alkane)，例如C₃₀至C₅₀等烷類的石蠟(wax)。一般而言，該相變化物質22(即，前述C₁₆至C₅₀的烷類)22於該固態時是佔有該密閉空間20的80%至90%。

此外，該無機類材料是選自一含有一結晶水合 鹽(salt hydrates，M_nH₂O)及一添加劑的組成物，或一熔解鹽。具體地來說，該結晶水合鹽可為十水合硫酸鈉(Na₂SO₄‧10H₂O)、三水合醋酸鈉(C₂H₃NaO₂‧3H₂O)，或十二水合硫酸鋁銨(NH₄Al(SO₄)₂‧12H₂O)；該熔解鹽可為硝酸納(NaNO₃)或硝酸鉀(KNO₃)。此處需補充說明的是，該組成物內的添加劑是用以縮減該結晶水合鹽於熔解過程中所產生的體積變化量。

該鍍膜站3包括一入口端301與一出口端302 ，該載盤2承載一待鍍物(圖未示)，且能自該入口端301進入該鍍膜站3中以進行該鍍膜製程，並由該出口端302移出該鍍膜站3。更具體地來說，該鍍膜站3沿一排列方向X依序具有一包括該入口端301的載入腔體31、一執行該鍍膜製程的濺鍍腔體32及一包括該出口端302的卸載腔體33。

此處需詳細說明的是，該載盤2於該濺鍍腔體 32內進行該鍍膜製程中所形成的高溫電漿，會在該待鍍物及該載盤2上累積大量的高溫熱能。此高溫熱能是經由該盤本體21傳遞給該相變化物質22直接被該相變化物質22所吸收，以作為該相變化物質22於該吸熱過程所需的熱量。由於該吸熱過程包括該自該固態熔化為該液態的相變，且該相變化物質22需額外吸取大量的潛熱以進行相變，導致該吸熱過程所吸收的熱量將遠大於該盤本體21所吸去的熱量。因此，本發明該第一實施例之載盤2自身已具有冷卻的功能；也就是說，該載盤2之盤本體21本身的高溫熱能，已先行由該相變化物質22所吸收，從而使該盤本體21本身及該待鍍物達到冷卻的效果。不過，該相變化物質22需要被冷卻，該載盤2才能循環再進入該鍍膜站3內進行下一次鍍膜製程，如下詳述。

再參閱圖3並配合參閱圖5與圖6，該迴流裝置 4包括一傳送單元41、一感測單元42、一前升降單元43與一後升降單元44。該傳送單元41設置在該鍍膜站3外，使該載盤2沿一自該鍍膜站3的出口端302朝該鍍膜站3的該入口端301的傳送路徑移動。該傳送單元41具有一支架411及一安裝於該支架411的傳送組件412。該傳送組件412具有一對間隔設置的輸送模組413，及一驅動該等輸送模組413的伺服馬達414。該傳送單元41利用該對輸送模組413承托並移動該載盤2，該冷卻裝置5位於該對輸送模組413間。該感測單元42設置於該傳送單元41的支架411 。在本發明該第一實施例中，該對輸送模組413分別為一循環式輸送帶；該感測單元42為一能偵測並定位的近接開關。

在本發明該第一實施例中，該迴流裝置4與該 冷卻裝置5皆設置於該鍍膜站3下方(如圖3所示)。該迴流裝置4的該前升降單元43與該後升降單元44，分別鄰設於該傳送單元41之一前端與一後端。該前升降單元43鄰設於該鍍膜站3之該載入腔體31的入口端301，並將自該傳送單元41之前端移出的該載盤2導入該鍍膜站3的入口端301。該後升降單元44鄰設於該鍍膜站3之卸載腔體33的出口端302，並將自該鍍膜站3的出口端302移出的該載盤2導入該傳送單元41的後端。此處需說明的是，本發明該第一實施例是以該迴流裝置4與該冷卻裝置5皆設置於該鍍膜站3下方為例做說明；然而，熟悉此技術領域的相關技術人員應知，該迴流裝置4與該冷卻裝置5皆設置於該鍍膜站3外即可，並不限於裝置在該鍍膜站3下方。

再參閱圖5與圖6，該冷卻裝置5設置於該傳送 單元41的該傳送路徑上，且安裝於該支架411，並具有一散熱板51及一驅動該散熱板51上下位移的驅動件52。該散熱板51具有一入口511、一出口512，及一自該入口511向該出口512延伸並用以供一冷卻流體54流動的冷卻通道513。該冷卻流體54可由純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷，或其組合所構成。

再參閱圖3、圖5與圖6，具體地說，承載有該 待鍍物(圖未示)的載盤2在該鍍膜站3的濺鍍腔體32進行該鍍膜製程時累積於該盤本體21與待鍍物上的高溫熱能，是直接先由該相變化物質22所吸收並使該相變化物質22熔融成該液體。在完成該鍍膜製程後，該載盤2是透過該鍍膜站3內部的一傳送機構34依序傳送至該卸載腔體33的出口端302與該後升降單元44上，以使該載盤2上的待鍍物被移除。表面經淨空後的該載盤2，後續是透過該後升降單元44自該迴流裝置4之傳送單元41的後端被導入該傳送單元41的傳送路徑，以接續經由該迴流裝置4的該傳送組件412傳送至該冷卻裝置5之上。當該載盤2被傳送至位於該冷卻裝置5的散熱板51上方並鄰近該感測單元42時，該感測單元42能產生一訊號控制該伺服馬達414停止轉動，且該冷卻裝置5的驅動件52驅動該散熱板51朝上位移以接觸該載盤2，並藉該冷卻裝置5對該載盤2內的相變化物質22進行一冷卻過程，以令至少部分的該相變化物質22自該液態凝固成該固態。於該冷卻過程完畢後，該驅動件52驅動該散熱板51朝下位移以遠離該載盤2，且該伺服馬達414重新轉動以驅動該對輸送模組413來帶動該載盤2遠離該冷卻裝置5，並使該載盤2沿該傳送路徑依序被傳送至該傳送單元41的前端與該前升降單元43上，以在該經淨空後的載盤2上放置一新的待鍍物(圖未示)後，被導入該鍍膜站3之該載入腔體31的該入口端301，透過該鍍膜站3的傳送機構34重新傳送至該濺鍍腔體32內進行該鍍膜製程。如圖2所示，該傳送機構34可採用伺服馬達341 驅動多數滾輪342，因該傳送機構34為習知技藝且非本案改良重點，故在此不加贅述。

為了進一步證實本發明該第一實施例所採用的該冷卻裝置5的散熱板51能使至少部分的該相變化物質22自該液態凝固成該固態，此處以數值模擬出該載盤2的盤本體21與相變化物質22於該冷卻過程的溫度變化圖(見圖7)與凝固比率變化圖(見圖8)。本發明該第一實施例於模擬圖7與圖8時，該相變化物質22是以正18烷(C₁₈H₃₈)的條件來模擬，且初始溫度條件設定為該盤本體21自該出口端302移出時開始計算。由圖7的模擬結果可知，證實該散熱板51也確實自該盤本體21與該相變化物質22繼續吸收該熱能，使該盤本體21與該相變化物質22溫度逐漸下降。由圖8所顯示之模擬結果可知，該相變化物質22逐漸自該液態凝固成該固態，並於約莫13分鐘後完全凝固成該固態，故該散熱板51的確對該載盤2產生散熱效果。

參閱圖9，本發明具有載盤冷卻功能的鍍膜系統的一第二實施例大致上是相同於該第一實施例，其不同處是在於，該冷卻裝置5具有至少一設置於該支架411的風扇53，以取代該第一實施例的該散熱板51與該驅動件52。在本發明該第二實施例中，是以六個風扇53為例做說明。

為了進一步證實本發明該第二實施例所採用的該冷卻裝置5的風扇53，能使至少部分的該相變化物質22自該液態凝固成該固態，此處亦以數值模擬出該載盤2的 盤本體21與相變化物質22於該冷卻過程的溫度變化圖(見圖10)與凝固比率變化圖(見圖11)。由圖10的模擬結果可知，證實該風扇53確實能自該盤本體21與該相變化物質22繼續吸收該熱能，使該盤本體21與該相變化物質22溫度逐漸下降。由圖11所顯示的模擬結果可知，除了前3~4分鐘由於較高溫(~31℃)的該盤本體21持續將熱能傳遞給該相變化物質22以使該相變化物質22持續熔融導致凝固比率下降外，本發明該第二實施例之相變化物質22於冷卻4分鐘後是逐漸自該液態凝固成該固態，並於約莫22分鐘後完全凝固成該固態，故該風扇53的確對該載盤2產生散熱效果。

值得一提的是，本發明具有載盤冷卻功能的鍍 膜系統能為批次式(batch)、連續式(inline,index)、枚葉式(cluster)，或捲鍍式(roll)。在各鍍膜系統中，該入口端301與該出口端302能為間隔設置或位於同一位置。在圖2與圖3中是以連續式鍍膜系統且該入口端301與該出口端302間隔設置為例作說明，但不以此為限。

綜上所述，本發明具有載盤冷卻功能的鍍膜系 統一方面藉由各實施例之載盤2的改良，利用該相變化物質22本身所需的熔解潛熱，以自該盤本體21吸收該熱能，能帶走於該鍍膜過程中累積在待鍍物與盤本體21上的高溫熱能以提升鍍膜品質；另一方面藉由該等實施例的冷卻裝置5對各實施例的該盤本體21及其盤本體21內的相變化物質22進行該冷卻過程，以解決鍍膜系統中的散熱問題 ，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當 不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧載盤

21‧‧‧盤本體

22‧‧‧相變化物質

411‧‧‧支架

413‧‧‧輸送模組

51‧‧‧散熱板

52‧‧‧驅動件

Claims (10)

1. 一種具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，包含：一載盤，包括一盤本體與一相變化物質，該盤本體內部形成有一填置該相變化物質的密閉空間；一鍍膜站，包括一入口端與一出口端，該載盤能自該入口端進入該鍍膜站中以進行一鍍膜製程，並由該出口端移出該鍍膜站；一迴流裝置，包括一設置在該鍍膜站外的傳送單元，該傳送單元使該載盤沿一自該鍍膜站的出口端朝該鍍膜站的該入口端的傳送路徑移動；及一冷卻裝置，設置於該傳送單元的該傳送路徑上；其中，該相變化物質能自該盤本體吸收一在該鍍膜製程中所累積的熱能，以作為至少部分的該相變化物質自一固態熔融成一液態時所需的潛熱，且該相變化物質的熔點為介於18℃至95℃間；及其中，該冷卻裝置能自該相變化物質吸收該熱能，以令至少部分的該相變化物質自該液態凝固成該固態。
2. 如請求項1所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該相變化物質是選自一有機類材料與一無機類材料其中一者，該有機類材料是一烴類，且該烴類是選自C₁₆至C₅₀的一烷類。
3. 如請求項1所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該盤本體的密閉空間需大於或等於該相變化物質於該液態時所佔有的體積。
4. 如請求項1所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該傳送單元具有一支架及一安裝於該支架的傳送組件，該傳送組件具有一對間隔設置的輸送模組及一驅動該等輸送模組的伺服馬達，該傳送單元利用該對輸送模組承托並移動該載盤，該冷卻裝置位於該對輸送模組之間。
5. 如請求項4所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該對輸送模組為循環式輸送帶。
6. 如請求項4所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該迴流裝置還包括一感測單元，該感測單元設置於該傳送單元的支架，當該載盤被傳送至位於該冷卻裝置之上並鄰近該感測單元時，該感測單元能產生一訊號控制該伺服馬達停止轉動，並藉該冷卻裝置對該載盤內的相變化物質進行冷卻。
7. 如請求項6所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該冷卻裝置安裝於該支架，並具有一散熱板及一驅動該散熱板上下位移的驅動件，該散熱板具有一入口、一出口，及一自該入口向該出口延伸並用以供一冷卻流體流動的冷卻通道，當該載盤被傳送至位於該散熱板上方時，該驅動件驅動該散熱板朝上位移以接觸該載盤。
8. 如請求項6所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該冷卻裝置安裝於該支架，並具有至少一風扇。
9. 如請求項1至8任一請求項所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該冷卻裝置設置於該鍍膜站下方。
10. 如請求項9所述的具有載盤冷卻功能的鍍膜系統，其中，該迴流裝置還包括分別鄰設於該傳送單元之一前端與一後端的一前升降單元與一後升降單元，該前升降單元鄰設於該鍍膜站的入口端，並將自該傳送單元移出的該載盤導入該鍍膜站的入口端，該後升降單元鄰設於該鍍膜站的出口端，並將自該鍍膜站的出口端移出的該載盤導入該傳送單元。