CN102373438A - 化学气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
一种化学气相沉积设备包括一个腔体，一个气体导入装置，一个抽气装置，一个加热装置，及一个驱动装置。所述腔体具有相对的第一侧与第二侧，及一个位于第一侧与第二侧之间用于放置待镀膜滚轮的镀膜区。所述气体导入装置设置于所述腔体内部且位于所述第一侧的上方，所述气体导入装置具有一个喷头，所述喷头朝向所述镀膜区以向所述镀膜区喷反应气体。所述抽气装置设置于所述第二侧的下方，所述抽气装置用于抽取所述腔体内的气体使所述腔体内形成从第一侧流向第二侧且经过所述镀膜区的气流。所述加热装置位于所述镀膜区的下方且设置于所述腔体对应镀膜区的腔壁上。所述驱动装置连接放置于所述镀膜区的待镀膜滚轮以驱动所述待镀膜滚轮绕其转轴转动。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学气相沉积设备，尤其涉及一种用于光学膜片压印滚轮表面镀膜的化学气相沉积设备。
背景技术
光学膜片的加工过程中，压印滚轮用于压制成型光学膜片表面的微结构。压印滚轮基本由较硬的材质，如不锈钢或铁制成。为了获得光学膜片表面的满足光学特性要求的微结构，一般根据所需的微结构对压印滚轮外圆周面进行精密加工。而为了便于精密加工，又通常采用液相镀膜诸如电镀的方式，先于压印滚轮的外圆周面镀上一层较软材质如铜的膜层，然后对铜质膜层进行精密加工获得所需的微结构。
这种由较软材质如铜加工获得微结构的压印滚轮在使用过程中，易受掉落于其表面的微粒的影响，而造成微结构表面受损形成如刮痕之类的缺陷，最终影响压制成型的光学膜片表面微结构的光学特性。为此，需要在由较软材质如铜加工获得的微结构的表面再镀一层耐磨损的膜层，以避免微结构的表面受掉落于其上的微粒的影响。但是，再次采用电镀类的液相镀膜方式进行镀制耐磨损膜层时，压印滚轮中已具有的微结构将不利于控制耐磨损膜层的厚度，由此，易造成耐磨损膜层均匀度不一致，影响最终所需的微结构。此外，对于较大型的压印滚轮来说，由于其镀膜表面较大，采用液相镀膜方式较难于控制镀膜膜层的整体均匀性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种易于实现的、可有效解决现有技术中存在的问题的化学气相沉积设备。
一种化学气相沉积设备包括一个腔体，一个气体导入装置，一个抽气装置，一个加热装置，及一个驱动装置。所述腔体具有相对的第一侧与第二侧，及一个位于所述第一侧与所述第二侧之间用于放置待镀膜滚轮的镀膜区。所述气体导入装置设置于所述腔体内部且位于所述腔体的第一侧的上方，所述气体导入装置具有一个喷头，所述喷头朝向所述镀膜区以向所述镀膜区喷反应气体。所述抽气装置设置于所述腔体的第二侧的下方，所述抽气装置用于抽取所述腔体内的气体使所述腔体内形成从所述腔体的第一侧流向第二侧且经过所述镀膜区的气流。所述加热装置位于所述镀膜区的下方且设置于所述腔体对应镀膜区的腔壁上。所述驱动装置连接放置于所述镀膜区的待镀膜滚轮以驱动所述待镀膜滚轮绕其转动轴转动。
相对于现有技术，本发明提供的化学气相沉积设备具有如下优点：其一，所述化学气相沉积设备适用于对较大型的压印滚轮进行镀膜，通过控制反应气体的喷出角度，所述化学气相沉积设备可以有效地控制镀膜范围，满足大型压印滚轮较大表面的镀膜需求。其二，采用所述化学气相沉积设备对表面已有微结构的压印滚轮进行镀膜时，较不易受压印滚轮表面的微结构的影响，配合控制压印滚轮的转动，可以使压印滚轮的表面获得整体均匀性较佳的膜层。其三，所述化学气相沉积设备结构较简单，易于操作实现压印滚轮表面的膜层镀制。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的化学气相沉积设备的示意图。
图2是图1所示的化学气相沉积设备沿II-II方向的剖视图。主要元件符号说明
腔体 10
第一侧 11
第二侧 12
镀膜区 13
轴承 15
抽气管 17
气体导入装置20
喷头 21
抽气装置 30
抽气阀 31
抽气泵 33
加热装置 40
加热线圈 41
驱动装置 50
电动马达 51
皮带 53
等离子产生装置 60
待镀膜滚轮 70
转动轴 71
化学气相沉积设备 100
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本技术方案作进一步详细说明。
请一并参阅图1与图2，本发明一实施例提供一种化学气相沉积设备100，其包括一个腔体10，一个气体导入装置20，一个抽气装置30，一个加热装置40，一个驱动装置50，及一个等离子产生装置60。
所述气体导入装置20将反应沉积形成膜层的反应气体喷向设置于所述腔体10内的待镀膜滚轮70，以在所述待镀膜滚轮70的表面沉积形成所需膜层。所述抽气装置30将抽取所述腔体10内的气体，并使所述腔体10内形成平稳的气流，便于所述待镀膜滚轮70的表面形成较均匀的膜层。所述加热装置40用于加热所述腔体10内的镀膜区13，使放置于所述镀膜区13内的待镀膜滚轮70的表面具有一定的温度，并提供反应气体适当的反应温度，以便于反应气体经过化学反应后在所述待镀膜滚轮70的表面沉积形成所需的膜层。所述驱动装置50用于驱动所述待镀膜滚轮70实现转动，以便于在所述待镀膜滚轮70的表面沉积形成均匀的膜层。所述等离子产生装置60用于在所述腔体10内产生等离子体，以集中反应气体中的反应离子于所述待镀膜滚轮70的表面区域，加快反应气体的化学反应速度，实现加快镀膜的速率。
所述腔体10为密封腔体，通过与其相联接的真空泵(图未示)可以使所述腔体10的内部形成镀膜所需的真空环境，以便于反应气体化学反应形成沉积于所述待镀膜滚轮70的表面的膜层。所述腔体10具有相对的第一侧11与第二侧12，及一个位于所述第一侧11与所述第二侧12之间用于放置待镀膜滚轮70的镀膜区13。本实施例中，所述腔体10对应镀膜区13的底部为圆弧状结构，其对应于所述待镀膜滚轮70的圆弧状结构，由此，便于放置所述待镀膜滚轮70及设置后述的加热装置40。
进一步地，所述化学气相沉积设备100包括两个轴承15，所述两个轴承15用于支撑所述待镀膜滚轮70的转动轴71。本实施例中，所述两个轴承15相对且同轴地设置于所述腔体10内对应镀膜区13的腔壁上，且所述两个轴承15的轴线垂直于所述腔体10的第一侧11的中心与第二侧12的中心的连线。由此，通过所述待镀膜滚轮70的转动轴71与所述两个轴承15的配合，即可以将所述待镀膜滚轮70放置于所述腔体10的镀膜区13内，且可以使所述待镀膜滚轮70绕其转动轴71转动。
可以理解的是，所述两个轴承15可以为滚动轴承或滑动轴承，具体可以根据使用过程中所述两个轴承15的使用状况，如受力状态等进行确定。当然，对于具有轴孔的待镀膜滚轮70来说，也可以在所述两个轴承15的位置上设置与待镀膜滚轮70的轴孔相配合的旋转轴。只要能实现将所述待镀膜滚轮70放置于所述镀膜区13内且能使所述待镀膜滚轮70实现转动即可。
所述气体导入装置20设置于所述腔体10内部且位于所述腔体10的第一侧11的上方，所述气体导入装置20具有一个喷头21，所述喷头21朝向所述镀膜区13以向所述镀膜区13喷反应气体。所述气体导入装置20与气体源(图未示)相连接，气体源将反应气体输送至所述气体导入装置20，并经由所述喷头21喷至所述镀膜区13。本实施例中，所述气体导入装置20设置于所述腔体10的第一侧11的上方且靠近中央的位置。
所述反应气体包括可形成氮化硅(Si3N4)的硅烷(SiH4)与氮气(N2)，或可形成氮化铝(AlN)的氯化铝(AlCl3)与氨气(NH3)，或可形成氮化钛(TiN)的氯化钛(TiCl4)与氮气(N2)及氢气(H2)，当然，为获得不同材料的膜层，可以相应地配置不同的反应气体。
可以理解的是，所述反应气体中不同的气体可以预先于所述气体导入装置20内均匀混合，然后经由所述喷头21喷至所述镀膜区13，也可以不预先混合，而分别经由所述喷头21喷至所述镀膜区13，具体操作可依据不同的反应及实际镀膜的需要进行控制。
优选地，所述喷头21具有多个喷气口(图未标示)，由此，既有利于预先混合均匀的反应气体可以更均匀地被喷至所述镀膜区13，又有利于将未经预先混合的反应气体分别从不同的喷气口被喷至所述镀膜区13。
优选地，所述喷头21可以沿所述待镀膜滚轮70的轴向改变喷出角度，由此，可以将反应气体充分地喷至所述待镀膜滚轮70的表面的不同区域，便于在所述待镀膜滚轮70的表面形成均匀的膜层。
所述抽气装置30设置于所述腔体10的第二侧12的下方，所述抽气装置30用于抽取所述腔体10内的气体，以使所述腔体10内形成从所述腔体10的第一侧11流向第二侧12且经过所述镀膜区13的气流。由此，既有助于使喷至所述镀膜区13的反应气体扩大覆盖所述镀膜区13的范围，又有利于将没有反应而多余的气体排出所述腔体10。本实施例中，所述抽气装置30设置于所述腔体10的第二侧12的下方且靠近中央的位置。
进一步地，所述化学气相沉积设备100包括一个设置于所述腔体10的第二侧12的抽气管17，所述抽气装置30包括一个抽气阀31及一个抽气泵33。所述抽气管17连通所述腔体10的内部与外部，所述抽气阀31设置于所述抽气管17内，所述抽气泵33设置于所述抽气管17内且位于所述抽气阀31朝向所述腔体10的外部的一侧。由此，通过所述抽气阀31与所述抽气泵33，即可以控制所述抽气装置30抽取所述腔体10内的气体或者关闭所述腔体10以保持所述腔体10的封闭性。
所述加热装置40位于所述镀膜区13的下方且设置于所述腔体10对应镀膜区13的腔壁上。由此，所述加热装置40可以对所述镀膜区13进行加热，使放置于所述镀膜区13内的待镀膜滚轮70的表面具有一定的温度，并可提供反应气体适当的反应温度，以便于反应气体经过化学反应后在所述待镀膜滚轮70的表面沉积形成所需的膜层。本实施例中，所述加热装置40设置于所述腔体10的外部且位于所述镀膜区13的下方。所述加热装置40包括多个电阻式加热线圈41，所述多个电阻式加热线圈41根据所述腔体10对应镀膜区13的圆弧状底部，围绕所述腔体10对应镀膜区13的底部均匀地设置，由此，所述电阻式加热线圈41可以对所述镀膜区13进行均匀地加热，使待镀膜滚轮70靠近所述加热装置40的表面具有较为均衡的温度。
所述驱动装置50连接放置于所述镀膜区13内的待镀膜滚轮70，以驱动所述待镀膜滚轮70绕其转动轴71从所述腔体10的第一侧11向第二侧12转动。由此，可以自动控制所述待镀膜滚轮70根据镀膜的需要进行转动，确保在所述待镀膜滚轮70的表面形成均匀的膜层。本实施例中，所述驱动装置50设置于所述腔体10的内部且靠近所述抽气装置30，由此，可以减少所述驱动装置50运转时对所述腔体10内的气流的影响。当然，所述驱动装置50也可以根据使用需要设置在所述腔体10的外部。所述驱动装置50包括一个电动马达51及一个皮带53，所述电动马达51与所述待镀膜滚轮70的转动轴71通过所述皮带53相连接。
可以理解的是，所述电动马达51与所述待镀膜滚轮70的转动轴71也可以通过齿轮机构或链条实现连接。
所述等离子产生装置60设置于所述腔体10内部且位于所述镀膜区13的上方，所述等离子产生装置60朝向所述镀膜区13。所述等离子产生装置60产生的等离子体分布于所述镀膜区13，由此，可以集中反应气体中的反应离子于所述待镀膜滚轮70的表面区域，加快反应气体的化学反应速度，即，通过所述等离子产生装置60产生可集中反应离子的等离子体，可以加快镀膜的速率。进一步地，通过控制所述等离子产生装置60产生的等离子体的浓度，即可实现对镀膜速率的控制。
本实施例中，所述等离子产生装置60为平板结构，其与放置于所述镀膜区13的待镀膜滚轮70的转动轴71相平行，且所述等离子产生装置60沿所述待镀膜滚轮70的轴向的长度大于所述待镀膜滚轮70的轴向长度。由此，所述等离子产生装置60产生的等离子体可以充分地沿所述待镀膜滚轮70的轴向覆盖所述待镀膜滚轮70的表面，便于实现对所述待镀膜滚轮70的表面不同区域的镀膜速率的控制。
可以理解的是，实际镀膜过程中，所述等离子产生装置60可以根据镀膜的需要通入不同的气体以产生不同的等离子体，通常使用惰性气体，如使用氩气产生氩离子。
可以理解的是，所述等离子产生装置60可以电性连接于设置于所述腔体10外部的射频电源(图未示)，由此，可以保证所述等离子产生装置60产生等离子体的电源。
使用所述化学气相沉积设备100对放置于所述镀膜区13的待镀膜滚轮70进行表面镀膜时，将所述待镀膜滚轮70与所述驱动装置50的电动马达51相连接；启动所述电动马达51带动所述待镀膜滚轮70绕其转动轴71从所述腔体10的第一侧11向第二侧12旋转；开启所述加热装置40，通过所述电阻式加热线圈41对所述镀膜区13进行加热；启动所述气体导入装置20，通过所述喷头21向所述镀膜区13内的待镀膜滚轮70喷反应气体；开启所述抽气装置30，通过所述抽气装置30抽取所述腔体10内的气体，使所述腔体10内形成从所述腔体10的第一侧11流向第二侧12且经过所述镀膜区13的气流；开启所述等离子产生装置60，并根据镀膜需要控制所述等离子产生装置60产生的等离子体的浓度。所述反应气体在所述镀膜区13发生化学反应，形成固体并沉积于所述待镀膜滚轮70的表面，形成所需的膜层，如耐磨损膜层。
可以理解的是，整个镀膜过程中，可以通过控制反应气体的喷出角度、待镀膜滚轮70的转动速度、等离子产生装置60产生的等离子体的浓度，对待镀膜滚轮70的表面形成的膜层的均匀性进行控制，以获得满足要求的膜层。
相对于现有技术，本发明提供的化学气相沉积设备具有如下优点：其一，所述化学气相沉积设备适用于对较大型的压印滚轮进行镀膜，通过控制反应气体的喷出角度，所述化学气相沉积设备可以有效地控制镀膜范围，满足大型压印滚轮较大表面的镀膜需求。其二，采用所述化学气相沉积设备对表面已有微结构的压印滚轮进行镀膜时，较不易受压印滚轮表面的微结构的影响，配合控制压印滚轮的转动，可以使压印滚轮的表面获得整体均匀性较佳的膜层。其三，所述化学气相沉积设备结构较简单，易于操作实现压印滚轮表面的膜层镀制。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种化学气相沉积设备，其包括：
一个腔体，其具有相对的第一侧与第二侧，及一个位于所述第一侧与所述第二侧之间用于放置待镀膜滚轮的镀膜区；
一个气体导入装置，其设置于所述腔体内部且位于所述腔体的第一侧的上方，所述气体导入装置具有一个喷头，所述喷头朝向所述镀膜区以向所述镀膜区喷反应气体；
一个抽气装置，其设置于所述腔体的第二侧的下方，所述抽气装置用于抽取所述腔体内的气体使所述腔体内形成从所述腔体的第一侧流向第二侧且经过所述镀膜区的气流；
一个加热装置，其位于所述镀膜区的下方且设置于所述腔体对应镀膜区的腔壁上；及
一个驱动装置，其连接放置于所述镀膜区的待镀膜滚轮以驱动所述待镀膜滚轮绕其转动轴转动。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述腔体为密封腔体，所述腔体对应镀膜区的底部为对应于待镀膜滚轮结构的圆弧状结构。
3.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述加热装置设置于所述腔体外部且位于所述镀膜区的下方，所述加热装置包括多个电阻式加热线圈，所述多个电阻式加热线圈围绕所述腔体对应镀膜区的底部均匀地设置。
4.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备进一步包括一个等离子产生装置，所述等离子产生装置设置于所述腔体内部且位于所述镀膜区的上方，所述等离子产生装置朝向所述镀膜区。
5.如权利要求4所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述等离子产生装置为平板结构，其与放置于所述镀膜区的待镀膜滚轮的转动轴相平行，且所述等离子产生装置沿所述待镀膜滚轮轴向的长度大于所述待镀膜滚轮的轴向长度。
6.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备进一步包括一个设置于所述腔体的第二侧的抽气管，所述抽气装置包括一个抽气阀及一个抽气泵；所述抽气管连通所述腔体的内部与外部，所述抽气阀设置于所述抽气管内，所述抽气泵设置于所述抽气管内且位于所述抽气阀朝向所述腔体外部的一侧。
7.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备进一步包括两个用于支撑待镀膜滚轮的转动轴的轴承，所述两个轴承相对且同轴地设置于所述腔体内对应镀膜区的腔壁上，所述两个轴承的轴线垂直于所述腔体的第一侧的中心与第二侧的中心的连线。
8.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述驱动装置设置于所述腔体的内部且靠近所述抽气装置。
9.如权利要求8所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述驱动装置包括一个电动马达及一个皮带，所述电动马达与所述待镀膜滚轮的转动轴通过所述皮带相连接。
10.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述反应气体包括硅烷与氮气，或氯化铝与氨气，或氯化钛与氮气及氢气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120314 |