CN113348264A - 蒸发器皿控制***、pvd机器以及操作pvd机器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制蒸发器皿的***，所述***具有：支架（16），其用于接纳多个蒸发器皿（14）；能量源（18），其用于提供加热每个所述蒸发器皿（14）的能量；用于每个所述蒸发器皿（14）的供料线材驱动器（24）；至少一个照相装置（32），其适于捕获安装在支架（16）中的多个蒸发器皿（14）中的至少一个蒸发器皿的图像；以及控件（26），所述控件（26）具有图像分析模块（36），并且适于提供用于供料线材驱动器（24）的控制信号和用于能量源（18）的控制信号，所述控制信号至少部分地取决于图像分析模块（36）的输出。本发明还涉及PVD机器以及涉及操作所述机器的方法。

Description

蒸发器皿控制***、PVD机器以及操作PVD机器的方法

技术领域

本发明涉及蒸发器皿控制***、PVD(物理气相沉积)机器以及操作PVD机器的方法。

背景技术

PVD机器是一种用来在基材上沉积材料的机器。材料在基材上形成由金属和/或金属氧化物(例如氧化铝)组成的层。基材可以是可用作包装材料的薄膜(例如塑料箔、纸张或卡片)。这种包装材料可用于包装食品。该层可用来提供针对气体和/或水和/或光的进入的屏障。箔、纸张或卡片上提供的层可以是透明的和/或机械致密的和/或机械稳定的。

在一些类型的PVD机器中，蒸发器皿用于熔融和蒸发沉积材料。蒸发器皿被电阻加热，并且布置在处理室中，使得真空能够得以建立，以用于进行沉积过程。

在现有技术中，电阻加热的蒸发器皿由操作人员手动控制。手动过程涉及操作人员透过透明窗口观察以目测检查蒸发器皿上的铝池，并且基于诸如线材馈送速率、蒸发剂材料、不同过程(AlOx、Dark Night和AluBond)和蒸发器皿年龄之类的变量，藉由功率、电压或电流进行电气调整，以确保蒸发剂材料的优化的池形。如果无法这样做将导致产品质量欠佳以及蒸发器皿寿命缩短。

在典型的金属化过程中，操作人员须在1小时周期内每隔5分钟对多达60个蒸发器进行调整，以确保良好的产品质量。这项依赖于操作人员的任务需要非常有经验的机器操作人员，因为池与器皿表面之间的对比度是复杂的，并且是确保产品质量的限制因素，确保产品质量将使产量最大化并且增加蒸发器皿的寿命。

发明内容

本发明的目的是使蒸发器皿的控制更容易。

这个目的通过一种用于控制蒸发器皿的***来解决，所述***具有：支架，其用于接纳多个蒸发器皿；能量源，其用于提供加热每个所述蒸发器皿的能量；用于每个所述蒸发器皿的供料线材驱动器；至少一个照相装置，其适于捕获安装在所述支架中的多个蒸发器皿中的至少一个蒸发器皿的图像；以及控件，所述控件具有图像分析模块，并且适于提供用于供料线材驱动器的控制信号和用于能量源的控制信号，所述控制信号至少部分地取决于图像分析模块的输出。

上述目的还采用一种物理气相沉积机器来解决，所述物理气相沉积机器具有幅材供应、如上所述用于控制蒸发器皿的***、处理室，至少用于所述蒸发器皿的所述支架、所述供料线材驱动器和用于沉积幅材供应的区域布置在所述处理室中。可通过围绕加工鼓引导幅材或者通过在两个引导辊之间引导幅材，来形成用于沉积幅材供应的区域。

此外，上述目的还采用一种如前面所规定的操作机器的方法来解决，其中用于能量源的控制信号控制供应给相应的蒸发器皿的功率、电流和电压中的至少一个。

一般来说，本发明的要点是使用照相装置***来识别蒸发器皿上的蒸发剂材料的至少一个相关参数(特别是池形)，以及使用适当的识别软件来提供蒸发器的闭环电气控制以保持最佳池形。这产生了不依赖于操作人员、具有最高的质量、产品产量和消耗品利用的金属化过程。

控件还提供用于控制待沉积基材行进的速度的信号。

能量源能够提供用于蒸发器皿的电阻或电感加热的加热电流，加热电流可以很容易地控制，以便保持用于熔融和蒸发沉积材料的期望温度水平。

供料线材驱动器优选地包括步进电机，该步进电机允许按照非常精确的方式来控制对蒸发器皿的供料线材的期望量。

典型的PVD机器具有多个蒸发器皿。为了降低控制蒸发器皿的成本，一个照相装置能够捕获多个蒸发器皿(例如四至六个蒸发器皿)的图像。在捕获的图像中区别个别的蒸发器皿并且让图像分析模块分别评估个别的图像是简单的任务。

为了有助于图像分析，可为照相装置设置滤光器或光源，以增加器皿的光发射与蒸发剂池的光发射之间的对比度。

为了避免污染并且为了便于使用和维护，照相装置优选地布置在处理室外部，但是在需要时会安装在处理室内。

控件使用闭合控制环，该闭合控制环引起蒸发器皿的最佳控制以及PVD过程在产量和质量方面的最大输出。

按照优选实施例，提供一种表面检查***，其用于检查沉积区下游的幅材的表面，控件接收表面检查***的输出信号。不仅考虑到蒸发器皿上的熔融材料池的参数，而且还考虑到显示沉积材料沉积的基材表面的质量的信号，进一步增强控制的质量。

如果供料线材驱动器的控制信号控制供料线材朝向相应的蒸发器皿行进的速度，则可以很容易地并且精确地控制供应给蒸发器皿的材料量。

按照优选实施例，设有屏幕，所述屏幕用于使与蒸发器皿的控件相关的至少一个参数可视化，所述参数是熔融材料的池的形状以及也可以是熔融材料的温度中的至少一个。可以按照允许操作人员更快掌握相关信息的方式来可视化参数。作为示例，熔融材料池的轮廓由特定颜色示出，或者使熔融材料池的表面相对蒸发器皿的表面更明显。

为了蒸发器皿的最佳控制，图像分析模块分析下列参数中的至少一个：熔融材料池或陶瓷蒸发器的形状；熔融材料池的尺寸；熔融材料和/或陶瓷器皿的温度；以及熔融材料池的长宽比。关于熔融材料池的形状和尺寸的信息尤其允许确定应当供应给蒸发器皿的沉积材料量。关于池和/或蒸发器皿的温度的信息对于控制供应给蒸发器皿用于加热的能量的量是重要的。关于长宽比的信息允许估计蒸发器皿的年龄。这个信息是重要的，因为新蒸发器皿应当按照与已经使用的蒸发器皿不同的方式来加热。

在备选实施例中，按照不同方式，例如通过直接显示蒸发器皿并更换的时间，将关于相应的蒸发器皿的年龄的信息提供给控件，以便允许控件考虑年龄信息。

按照优选实施例，控件对用于不同蒸发材料的蒸发器皿使用目标参数的不同集合。可从数据库中检索不同的目标参数，使得关于例如最佳池形的不同信息被用于不同沉积材料并且用于不同类型的沉积过程。

附图说明

现在将参照附图中示出的实施例来描述本发明。附图中：

-图1a和图1b是按照本发明的PVD机器的示意图；

-图2是如图1a和图1b的机器中使用的用于蒸发器皿的支架的示意图；

-图3是蒸发器皿上的熔融材料池的可视化的示意图；

-图4a和图4b是由PVD机器的照相装置从蒸发器皿捕获的图像的示例，其中熔融材料池具有所期望的形状；

-图5a和图5b是由PVD机器的照相装置从蒸发器皿捕获的图像的示例，其中熔融材料池过大；

-图6是蒸发器皿上的熔融材料池的示意图，其中池过小；

-图7是蒸发器皿上的熔融材料池的示意图，其中池过大；

-图8是蒸发器皿上的熔融材料池的示意图，其中池具有所期望的尺寸；

-图9是新蒸发器皿上的熔融材料池的示意图；

-图10是离心的线材供应所引起的熔融材料池的示意图；

-图11是具有接触问题的蒸发器皿的示意图；以及

-图12a和图12b是关于熔融材料池的缺陷的分析的示意图。

具体实施方式

图1a和图1b中，示出了PVD机器的必要组件。PVD机器包括加工鼓10或自由跨度辊40，在加工鼓10或自由跨度辊40的周围采取幅材形式的基材12受到引导。基材12可以是用于包装食品的薄塑料箔。

这里没有示出提供和引导基材12的方式的细节(例如供料卷轴、引导辊、收带卷轴等)，因为它们对于理解本发明并不重要。

为了提供待沉积在基材12上的沉积材料，在加工鼓10的附近提供多个蒸发器皿14。蒸发器皿14被布置在支架16中，以便形成一排相邻的蒸发器皿，所述排与加工鼓10的旋转轴线平行地布置，使得蒸发器皿14的整体覆盖基材12的整个宽度。

在图2的配置中，示出了相互交错地布置的蒸发器皿。其他布置是可能的，例如将蒸发器皿布置成一行。

支架16适合于将电能从能量源18(在图1a和图1b示意示出)供应给蒸发器皿14。可以就每个蒸发器皿14个别控制供应给蒸发器皿14的能量的总额。

取决于基材12的宽度，多达60个蒸发器皿14可以彼此相邻地布置在支架16中。

沉积材料以供料线材20的形式供应给蒸发器皿14中的每个蒸发器皿，供料线材20存储在供料卷轴22上。对于蒸发器皿14中的每个蒸发器皿，提供供料线材驱动器24，该供料线材驱动器24控制供料线材20朝向相应的蒸发器皿14行进的速度。

驱动器24在这里以步进电机的形式来实现。

提供了控件26用于控制PVD机器的各种功能。

控件26控制被供应给每个蒸发器皿14的能量的总额。此外，控件26控制驱动器24的速度。

还有表面检查***28被连接到控件26，表面检查***28检查加工鼓10下游的基材12的表面。具有沉积材料的基材的表面缺陷以及其他质量问题可以由表面检查***检测出来。

形成了处理室30，处理室30允许在沉积材料在基材12上沉积的区域中建立真空。

提供至少一个照相装置32，其用于捕获蒸发器皿14中的至少一个蒸发器皿的图像。术语“照相装置”在这里表示能够将装置的观察区域内的光学信息转换为电子信息的每个装置。

可以对于每个蒸发器皿14都使用一个照相装置32。但是为了减少必要的照相装置32的数量，优选的是使用各自覆盖多个蒸发器皿14的照相装置32。作为示例，每个照相装置32能够捕获六个蒸发器皿14的图像。

照相装置32布置在处理室30外面。观察窗34设置在处理室30的壁中，以便允许所述照相装置捕获蒸发器皿14的图像。

由(红外发射和光发射)照相装置32捕获的图像被提供给控件26，特别提供给作为控件26的一部分的图像分析模块36。

为了有助于图像分析，可为所述照相装置设置滤光器(未示出)或光源，以增加熔融材料池的表面与蒸发器皿14的表面之间的对比度。所述滤光器有助于蒸发器皿14上的熔融材料池的检测。

图像分析模块36适于分析照相装置32所提供的信息，特别是在每个蒸发器皿14上的熔融沉积材料池的形状方面。蒸发器皿14上的熔融沉积材料池的形状是用于控制蒸发器皿14的最重要的参数，特别是在以供料线材20的形式提供的沉积材料量方面，以及在借助于从能量源18提供的能量的总额建立的蒸发器皿14的温度方面。

图像分析模块36的一部分是数据库，该数据库存储了关于目标池形的信息。目标池形可被认为是对于所需要的特定沉积特性以及还对于蒸发器皿14的不同年龄的熔融材料池的最佳形状，因为将新蒸发器皿14与旧的、几乎消耗了的蒸发器皿14相比时，池的最佳形状会发生变化。

关于蒸发器皿14的年龄的信息可通过确定个别的蒸发器皿14的长宽比而得到。

在所述PVD机器的操作期间，图像分析模块36(例如借助于适当的识别软件)分析每个蒸发器皿14中上的熔融材料池的形状，并且将它与目标形状进行比较。取决于实际形状与目标形状之间的差异，控件26控制步进电机24将沉积材料适当地供应给相应的蒸发器皿14，并且控制能量源18以适当地设定蒸发器皿14的温度。控制能量源18可涉及改变供应给蒸发器皿14的功率、电压和/或电流。

新蒸发器皿14可藉由长宽比检测来确定。

控件26的总体目标是实现最佳池形和最佳器皿覆盖。

另外，控件26能够在屏幕上可视化所确定的熔融材料池的形状，以供操作人员检查。可视化尤其不仅可以涉及显示照相装置32捕获的实际图像(参见图3左边的图像)，而且还可以涉及对比度经过优化的图像的描绘(参见图3右边的图像)。

对于最佳控制，建立了闭环缺陷控制，该闭环缺陷控制还考虑到表面检查***28所提供的信息。

在图4a至图5b中示出使用照相装置32中的一个照相装置捕获的图像的示例。

图4a和图4b中，池形和尺寸是合乎需要的。电源电压和功率针对线材馈送速率和器皿年龄来平衡。

在图5a和图5b中，池的尺寸过大。所述蒸发器皿过冷，使得电源功率/电压应当增加以提升温度，或者线材馈送速率应当减小。

图6至图8中，示出了蒸发器皿上的不同熔融材料池的示意性示例。通过附图标记R来符号化虚拟参考框架，该虚拟参考框架能够由图像分析模块36使用以确定池的尺寸。取决于对捕获图像的分析，所述控件控制供应给蒸发器皿的加热功率。

图6中，熔融材料池M过小。这是因为蒸发器皿的温度过高，使得蒸发速率过高。所述控件将降低供应给蒸发器皿的加热功率。

图7中，熔融材料池M过大。这是因为蒸发器皿的温度过低，使得蒸发速率过低。控件将增加供应给蒸发器皿的加热功率。

图8中，熔融材料池M具有期望的尺寸。这是因为存在器皿温度、所供应加热功率和金属线材馈送之间的均衡。

在开始沉积过程之后，所述控件监测熔融材料池M的形状的任何变化。如果池的尺寸从(例如图8中的)期望的条件(朝图7所示尺寸)增加，则蒸发速率低于应有的水平。相应地，所述控件将降低线材馈送速率或者增加供应给所述蒸发器皿的功率，以便防止最终产品上的缺陷以及对幅材屏障的损坏。

当比较沉积过程开始时的池的不同形状时，可以考虑到一段时间内的演变。

图8是标准生产期间的熔融材料池的示意图。取决于所使用的蒸发器皿和其他因素，所述池覆盖所述蒸发器皿的表面的不同区域。

适当的池形被存储在数据库中，使得它们可用于机器控制。

如果不同类型的过程要被执行，则图像分析模块36可以控制所述池，以便采用不同形状/尺寸。

如将参照图9至图11所述，图像分析模块36允许识别潜在问题并且还识别其他参数。

图9中，可以看到熔融材料池，这是新蒸发器皿的特性。这可以基于熔融材料池的长宽比来确定。池的长度是宽度的5倍以上。

图10中，整个池偏移。这是供料线材偏离中心的结果。所述控件能够确定这个问题，并且在控制显示器上显示警告或一些其他注意事项，从而使操作人员了解存在应当修复的问题。

图11中，示意地示出蒸发器皿14的光发射，其中左上角发射比蒸发器皿14的其余部分明显要多的光。这显示从支架16到所述蒸发器皿的电接触的问题，特别是高电阻，使得在接触点产生热力。

过度的热力可使用增强现实可视化在显示器上显示，使得操作人员很快了解问题的性质。

图12a和图12b中，示出蒸发器皿14上的潜在问题的评估的另一个示例。在这里，监测熔融材料池M的针孔P或其他缺陷，并且评估在一段时间内的可能变化。这允许池状态和池时间趋势的检测，并且能够影响进行中的沉积过程的控制。

Claims (16)

1.一种用于控制蒸发器皿的***，所述***具有：支架（16），其用于接纳多个蒸发器皿（14）；能量源（18），其用于提供加热每个所述蒸发器皿（14）的能量；用于每个所述蒸发器皿（14）的供料线驱动器（24）；至少一个照相装置（32），其适于捕获安装在所述支架（16）中的多个蒸发器皿（14）中的至少一个蒸发器皿的图像；以及控件（26），所述控件（26）具有图像分析模块（36），并且适于提供用于所述供料线材驱动器（24）的控制信号和用于所述能量源（18）的控制信号，所述控制信号至少部分地取决于所述图像分析模块（36）的输出。

2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述照相装置（32）捕获多个蒸发器皿（14）的所述图像，优选地为捕获至少四个蒸发器皿（14）的所述图像。

3.如以上权利要求中任一项所述的***，其特征在于，设有滤光器。

4.如以上权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述控件（26）适于提供用于待沉积的基材（12）的传输速度的控制信号。

5.一种PVD机器，所述PVD机器具有幅材供应、如以上权利要求中任一项所述的用于控制蒸发器皿的***、处理室（30），至少用于所述蒸发器皿（14）的所述支架（16）、所述供料线材驱动器（24）和用于沉积幅材供应的区域布置在所述处理室（30）中。

6.如权利要求5所述的机器，其特征在于，所述照相装置（32）布置在所述处理室（30）外部和/或内部。

7.如权利要求5或6所述的机器，其特征在于，所述控件使用闭合控制环。

8.如权利要求5至7中任一项所述的机器，其特征在于，提供表面检查***（28），所述表面检查***（28）用于检查沉积区下游的所述幅材的表面，所述控件（26）接收所述表面检查***（28）的输出信号。

9.如权利要求5至8中任一项所述的机器，其特征在于，设有屏幕，所述屏幕用于使与所述蒸发器皿的所述控件相关的至少一个参数可视化，所述参数是熔融材料的池的形状以及所述熔融材料的温度中的至少一个。

10.如权利要求9所述的机器，其特征在于，与所述蒸发器皿相关的所述可视化具有颜色强化，以向操作人员突出显示过程问题。

11.一种操作如权利要求5至10中任一项所述的机器的方法，其特征在于，用于所述能量源（18）的所述控制信号控制被供应给相应的蒸发器皿（14）的功率、电流和电压中的至少一个，并且取决于所述图像分析模块（36）的输出。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，用于所述基材（12）的传输速度的控制信号至少部分地根据所述图像分析模块（36）的输出来控制所述速度和所述控制信号。

13.如权利要求11和12中任一项所述的方法，其特征在于，用于所述供料线材驱动器（24）的所述控制信号控制所述供料线材（20）朝向所述相应的蒸发器皿（14）行进的速度。

14. 如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像分析模块（36）分析下列参数中的至少一个：

- 熔融材料的池或陶瓷蒸发器的形状

- 熔融材料的池的尺寸

- 所述熔融材料和/或陶瓷器皿的温度

- 所述熔融材料的池的长宽比。

15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述控件考虑到关于相应的蒸发器皿（14）的年龄的信息。

16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述控件对于不同蒸发材料、不同蒸发器皿尺寸（14）和/或不同沉积要求，使用所述蒸发器皿（14）的目标参数的不同集合。

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