CN110241403A - 一种减小温差的加热器及其制作方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小温差的加热器及其制备方法和应用，加热器包括加热器板，加热器板内设有加热单元，加热单元包括外线圈和内线圈，所述内线圈将加热器板分为上下对称及左右对称的线路分布区域，且线路分布区域内的发热线从加热器板内部到外角区域形成多次折弯的线路形状的模式。本发明通过创新性的更改加热器的热线分布方式，通过在相应区域的发热线之间不连接，有一定的间距，整个布线结果能够减少加热器基板的各个区域温差在7℃以下。
Description
技术领域
本发明属于CVD相关技术领域，具体涉及一种减小温差的加热器及其制作方法和应用。
背景技术
在平板显示器(FPD)、液晶显示器(LCD)及有机发光二极管(OLED))等显示器设备的制造过程中，面板/基板首先是需要通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)工艺进行制作功能薄膜层(以下简称CVD)。在高温下，将腔体抽至真空状态(1torr)时，通入制程气体，将高频电源加在上电极板形成电场，形成等离子体(整体呈电中性)，通过吸附结合作用，在玻璃基板上形成薄膜，主要是Gate绝缘膜，a-si半导体膜，Passivation钝化膜。膜质是工艺重点管控的项目，影响因素居多，主要困扰膜的致密性及组分的参数是基板温度。基板的温度是由承载基板的加热器来提供的，加热器基座又名Susceptor，是CVD工艺的核心部件。平板显示器(FPD)基板工序技术日益发展，大型平板工序需要一个具有温度均匀性提升的加热器在内的热源设备。随着技术的发展，工序所需的热源的加热均匀性成为了决定合格率的关键因素。
传统加热器包括在上方安装基板的加热器板；加热器板里面装有加热单元。上述加热单元从加热器板的中心往外部方向延长,形成一定的形状，构成模式。这时,传统的四角加热器板上形成的加热单元模式的形状，如图1所示,大概显示像三叉戟一样的形状，线路和线路之间的间隔是300mm到400mm。上述加热单元模式的形状，线路和线路之间的间隔宽,对加热器板及安装在其上方的基板加热时，发生加热不均匀的问题。而且沿着加热器板的外角延长的加热单元的外部线路和位于其内侧的内侧线路之间的空间较大，会产生在模式之间空间温度不均匀等问题。
目前出现了多种布线方式，由早期的线间距600～700mm，300～400mm，逐渐向300mm，200mm，100mm，50mm等不断调整，温度监测点的数量也在增加。而且在传统工序中，内外模式造成空间温度差异性，加热单元以线圈形状被加热，由于线圈之间的间隔不规整，同样会引起温差。
如何改进加热器，减少生产中由温度差异引起的镀膜不良及膜质存在的潜在风险，是迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种减小温差的加热器及其制作方法和应用，目的是减小加热器各区域的温度差异。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种减小温差的加热器，包括加热器板，加热器板内设有加热单元，加热单元包括外线圈和内线圈，所述内线圈将加热器板分为上下对称及左右对称的线路分布区域，且线路分布区域内的发热线从加热器板内部到外角区域形成多次折弯的线路形状的模式。
所述内线圈的各线路分布区域靠近加热器板纵向中分线一侧的中部发热线之间不连接。
所述各线路分布区域靠近加热器板纵向中分线一侧的中部发热线均朝向加热器板的中心点折弯，且以加热器板的中心点呈中心对称分布。
所述外线圈的发热线对称分布于加热器板横向中分线的两侧，且靠近加热器板横向中分线的外线圈发热线边缘向内折弯，且所述外线圈发热线边缘之间不连接。
所述加热器板横向中分线两侧的外线圈发热线边缘以加热器板纵向中分线相对称设置。
所述外线圈为一圈，所述内线圈为六圈，所述内线圈的发热线与发热线之间的间距为101mm，外部线圈与内部线圈的间距为134mm。
所述外线圈和内线圈的截面均为直线形状。
所述减小温差的加热器的制作方法，是先以基板的中心为中心对称轴进行划分加热单元的各布线区域，之后在基板上挖布线槽，并在布线槽内预埋安装发热线的线壳，然后将发热线和测温导线埋入布线槽的线壳内，最后与基板焊接后得到。
采用所述减小温差的加热器在提高沉积薄膜的膜质均匀性及边角存活率的应用。
本发明的有益效果：本发明通过创新性的更改加热器的热线分布方式，通过在相应区域的发热线之间不连接，有一定的间距，整个布线结果能够减少加热器基板的各个区域温差在7℃以下。对于a-si材料的产品，采用现有技术中的加热器沉积的薄膜，膜质均匀性仅为7％，而采用本发明改进后的加热器，膜质均匀性能挺高到13％；对于IGZO材料的产品，采用现有工艺的膜质在边角存活率很低仅为百分之几，利用本发明改进后的加热器，可将边角存活率增加20％。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是传统加热器的俯视图；
图2是本发明的第一种加热器的俯视图；
图3是本发明的第二种加热器的俯视图；
图4是加热单元的截面结构示意图；
图5是加热器基座的导向孔处设置遮蔽导向部件的局部结构示意图。
图中标记为：
1、加热器板，2、外线圈，3、内线圈，4、纵向中分线，5、第一中部发热线端，6、横向中分线，7、第二中部发热线端，8、框架，9、导向孔，10、遮蔽导向部件。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
如图2至4所示，本发明提供一种减小温差的加热器，包括加热器板1，加热器板内设有加热单元，加热单元包括外线圈2和内线圈3，内线圈将加热器板分为上下对称及左右对称的线路分布区域，且线路分布区域内的发热线从加热器板内部到外角区域形成多次折弯的线路形状的模式。外线圈和内线圈的截面均为直线形状，已有加热单元采用曲线状，间距异常会引起局部发热，而采用直线形状的加热单元，能够避免出现此问题，发热相对较均匀。
图2为本发明提供的第一种加热器结构，内线圈将加热器板分为四个线路分布区域，四个线路分布区域以加热器板的中心点为对称轴呈中心对称分布在加热器板上，外线圈围绕加热器板的周向边侧分布，内线圈位于外线圈内部，此种加热单元的布线方式，使得温度分布全面均匀。设置参数：加热单元的长度：内圈总长约25m，外圈总长约4m。布置热线时，发热体密度适中，间隔相对最小化，使得加热器板导热均匀。
采用上述加热器的CVD下部电极结构，包括加热器基体、设于加热器基体上的框架8和玻璃，在加热器基体的导向孔9处设置与框架贴合接触且可对沿导向孔升降的升降部件进行导向的遮蔽导向部件10(如图5所示)，玻璃设于框架与遮蔽导向部件上。导向孔附近设置与框架贴合接触的遮蔽导向部件，玻璃盖在上面后，能够起到遮蔽及导向的作用，此外，还对玻璃起到一定的承载作用。基体为铝质加热基座，其材质Al6061，遮蔽导向部件和升降部件均采用陶瓷三氧化二铝制作。与现有技术中玻璃边缘被框架盖住相比，此种结构设置中，玻璃位于加热基座及框架上，无覆盖区域，使得玻璃可以被完全沉积。通过将以上技术方案综合，即FDST(full deposition Susceptor)结合MDST(minimum deviationSusceptor)得出一种新的技术，简称FMST。可有效利用玻璃边缘，同时实现完全沉积与温度最小偏差功能。保证无放电现象产生，提高表面温度均匀性，提高沉积均匀度，可改善传统四角偏厚问题。同样适用FDST的备品(Ceramic Guide,Rest Button)FMST可以与FDST的备品混用，无需增加。无须调整设备其他项，可以直接上机使用，
验证及量产效果佳。
测温实验：设定内线圈的加热温度为340℃，外线圈的加热温度为350℃，腔体抽至真空状态(1torr)，通入N2，采用上述结构在使用中的温度分布，共检测143个点，各检测点的温度(℃)数据如下表1：
从表1中可以看出，检测的最小温度值为328℃，最大温度值为334℃，计算平均值为331.6℃，温差波动范围在7.0℃以内。通过应用以上温差改造的加热器，膜质的非均匀性由原厂的7～8％降低到3～4％；边角存活率由75％提升到95％。
如图3和图4所示，为本发明提供的第二种加热器结构，内线圈3的各线路分布区域靠近加热器板纵向中分线4一侧的中部发热线之间不连接。定义此处的中部发热线端部为不连线的第一中部发热线端5，第一中部发热线位于相应线路分布区域靠近纵向中分线4一侧的中部，位于纵向中分线两侧的第一中部发热线端5以纵向中分线为对称轴，此处中部相邻区域之间发热线不连接，有间距，能够减小基板各区域温差。为了进一步提高温度分布的均匀性，更好的减小温差，各线路分布区域靠近加热器板纵向中分线一侧的中部发热线均朝向加热器板的中心点折弯，且以加热器板的中心点呈中心对称分布。具体而言，内线圈将加热器板分为四个线路分布区域，四个线路分布区域内的第一中部发热线端5以加热器板的中心点呈中心对称分布。
进一步的，外线圈2的发热线对称分布于加热器板横向中分线6的两侧，且靠近加热器板横向中分线的外线圈发热线边缘向内折弯，且外线圈发热线边缘之间不连接。为了进一步减小温差，加热器板横向中分线两侧的外线圈发热线边缘以加热器板纵向中分线相对称设置。此外线圈发热线边缘位于加热器板的侧边中部，定义此外线圈发热线边缘为第二中部发热线端7，相邻第二中部发热线端之间不连接，有间距，协同上述第一中部发热线端的使用，使得整个布线结果能够减少基板的各个区域温差的加热器温差在7℃以下。
上述减小温差的加热器的制作方法，是先以基板的中心为中心对称轴进行划分加热单元的各布线区域，之后在基板上挖布线槽，并在布线槽内预埋安装发热线的线壳，然后将发热线和测温导线埋入布线槽的线壳内，最后与基板焊接后得到。具体操作时，线圈采用直线的方式，首先是对Al6060基体根据图纸尺寸，挖槽，布线的基准位置为基体中心，整体呈中心对称。挖槽后在内部安装埋线的壳，再将加热导线和测温导线根据布线设计埋在其中，最后进行同铝基体焊接，形成一个整体。
以G8.5液晶面板配套的加热器为例进行说明，加热单元布线方式分为内部和外部两大类，外线圈为一圈，内线圈为六圈，分为对称的四部分，上下对称，左右对称，以第一部分为例说明尺寸，引线进入第一段圆弧，起点距中线37mm，圆弧水平垂直投影尺寸均为36mm,下一弯曲处，长100mm，宽2mm，R60；转弯处半径R61，内部线与线之间距均为101mm；外部线圈，圆弧处半径为R60，水平垂直投影各为154mm，5mm，外部线圈距内部线圈134mm。
G8.5加热器实际使用温度为340℃，设置最大温度为360℃；
当测定温度为180℃时，min(Avg)179.2℃，max(Avg)181.4℃,温差区间为2.20℃；当测定温度为225℃时，min(Avg)224.1℃，max(Avg)227.8℃，温差区间为3.7℃；当测定温度为270℃时，min(Avg)267.64℃，max(Avg)271.26℃,温差区间为3.62℃当测定温度为333℃时，min(Avg)332.0℃，max(Avg)335.3℃，温差区间为3.3℃。
测温实验：
一、设定温度333℃，腔体抽至真空状态(1torr)，通入N2，采用上述结构在使用中的温度分布，共检测143个点，各检测点的温度(℃)数据如下表2：
从表2中可以看出，检测的最小温度值为328℃，最大温度值为335℃，计算平均值为331.6℃，温差波动范围在7.0℃以内。温差均匀性u％＝(max-min)/(max+min)＝7/663＝1.06％。
二、设定温度280℃，腔体抽至真空状态(1torr)，通入N2，采用上述结构在使用中的温度分布，共检测143个点，各检测点的温度(℃)数据如下表3：
| 281 | 280 | 280 | 278 | 277 | 277 | 279 | 277 | 279 | 280 | 280 |
| 281 | 281 | 280 | 279 | 278 | 277 | 278 | 279 | 280 | 280 | 281 |
| 281 | 282 | 280 | 280 | 278 | 277 | 279 | 279 | 280 | 280 | 280 |
| 281 | 281 | 280 | 279 | 278 | 277 | 279 | 280 | 280 | 281 | 281 |
| 280 | 281 | 282 | 279 | 278 | 278 | 278 | 279 | 280 | 279 | 280 |
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| 279 | 279 | 280 | 279 | 279 | 277 | 279 | 281 | 280 | 280 | 279 |
| 278 | 280 | 280 | 280 | 280 | 278 | 279 | 280 | 280 | 279 | 278 |
从表3中可以看出，检测的最小温度值为277℃，最大温度值为282℃，计算平均值为279.5℃，温差波动范围在5.0℃以内。温差均匀性u％＝(max-min)/(max+min)＝5/559＝0.89％。
G8.5显示面板主要应用的材料有，a-si、IGZO、LTPS、OLED；对于a-si材料的产品，采用现有技术中的加热器沉积的薄膜，膜质均匀性仅为7％，而采用本发明改进后的加热器，膜质均匀性能挺高到13％；对于IGZO材料的产品，采用现有工艺的膜质在边角存活率很低仅为百分之几，利用本发明改进后的加热器，可将边角存活率增加20％。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种减小温差的加热器，包括加热器板，加热器板内设有加热单元，加热单元包括外线圈和内线圈，其特征在于，所述内线圈将加热器板分为上下对称及左右对称的线路分布区域，且线路分布区域内的发热线从加热器板内部到外角区域形成多次折弯的线路形状的模式。
2.根据权利要求1所述减小温差的加热器，其特征在于，所述内线圈的各线路分布区域靠近加热器板纵向中分线一侧的中部发热线之间不连接。
3.根据权利要求2所述减小温差的加热器，其特征在于，所述各线路分布区域靠近加热器板纵向中分线一侧的中部发热线均朝向加热器板的中心点折弯，且以加热器板的中心点呈中心对称分布。
4.根据权利要求1所述减小温差的加热器，其特征在于，所述外线圈的发热线对称分布于加热器板横向中分线的两侧，且靠近加热器板横向中分线的外线圈发热线边缘向内折弯，且所述外线圈发热线边缘之间不连接。
5.根据权利要求4所述减小温差的加热器，其特征在于，所述加热器板横向中分线两侧的外线圈发热线边缘以加热器板纵向中分线相对称设置。
6.根据权利要求4所述减小温差的加热器，其特征在于，所述外线圈为一圈，所述内线圈为六圈，所述内线圈的发热线与发热线之间的间距为101mm，外部线圈与内部线圈的间距为134mm。
7.根据权利要求1所述减小温差的加热器，其特征在于，所述外线圈和内线圈的截面均为直线形状。
8.根据权利要求1-7任一项所述减小温差的加热器的制作方法，其特征在于，所述制作方法是先以基板的中心为中心对称轴进行划分加热单元的各布线区域，之后在基板上挖布线槽，并在布线槽内预埋安装发热线的线壳，然后将发热线和测温导线埋入布线槽的线壳内，最后与基板焊接后得到。
9.采用权利要求1-7任一项所述减小温差的加热器在提高沉积薄膜的膜质均匀性及边角存活率的应用。
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