蒸发镀膜设备及系统的制作方法

1.本技术涉及蒸发镀膜技术领域，具体而言，涉及一种蒸发镀膜设备及系统。


背景技术：

2.在基材上蒸镀或磁控溅射形成导电层，从而得到导电膜。现有技术中，对于厚度较薄的导电膜，经常出现基材穿孔、褶皱、变形等缺陷。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种蒸发镀膜设备及系统，能够改善镀膜的过程中超薄基材出现热损伤的问题。
4.第一方面，本技术提供一种蒸发镀膜设备，蒸发镀膜设备包括沿基材的输送路径依次设置的至少两组镀膜组件。每组镀膜组件包括主冷辊和蒸镀装置，蒸镀装置被配置成对基材进行镀膜，主冷辊被配置成对基材进行冷却。
5.发明人研究发现，为了使基材上的镀层达到目标值，则需要基材上具有足够的蒸发量，蒸发量较大，则基材的受热程度较大，如果基材是超薄基材(厚度小于8μm的基材)，则大量的热量容易对基材造成热损伤。本技术中，设置至少两组镀膜组件，在蒸发量相同的情况下，经过每一组镀膜组件的蒸发量会减少，则基膜的受热程度减小，且每蒸镀一次，就对基材进行冷却；经过下一组镀膜组件再次对基材的同一表面继续进行镀膜时，热量不会累积，可以对超薄基材进行二次镀膜，从而使超薄基材上的镀层达到需求，且可以减少甚至避免对超薄基材造成热损伤，使镀膜效果更好。
6.在一种可能的实施方式中，每组镀膜组件的蒸镀装置设置于主冷辊的下方，蒸镀装置被配置成对包覆主冷辊的基材进行镀膜。
7.采用贴辊式方式对超薄基材进行镀膜，一方面，可以使基材的镀膜效果更高；另一方面，可以使基材的冷却效果更好，可以对超薄基材进行镀膜的同时，进一步减少超薄基材穿孔的可能性。
8.在一种可能的实施方式中，主冷辊的辊面上设置有陶瓷涂层，且主冷辊被配置成接受偏压电源。可以使超薄基材与主冷辊之间进行吸附贴合，使基材得到充分冷却，降低蒸发热量对基材的影响。
9.可选地，主冷辊的直径为200～2400mm。对于厚度小于8μm的超薄基材来说，主冷辊的直径在上述范围之内，可以基材与主冷辊的贴辊效果更好。
10.在一种可能的实施方式中，主冷辊内部设置用于通入冷却液的冷却通道，主冷辊的辊轴用于连接负电极，冷却通道的内壁用于连接正电极。
11.通电后，可以在陶瓷涂层表面形成负电极，对基材形成静电吸附作用，从而使基材与主冷辊之间的贴辊效果更好，使基材得到充分冷却，避免基材在镀膜的过程中造成热损伤。
12.在一种可能的实施方式中，镀膜组件还包括碳纤维辊，碳纤维辊设置于主冷辊的
后端，且用于改变基材的输送方向。
13.在镀膜的过程中，基材与主冷辊贴辊式输送，为了改变基材的输送方向，在主冷辊的后端设置碳纤维辊，以便将基材输送至下一组镀膜组件进行镀膜。由于碳纤维辊要改变基材的输送方向，所以，碳纤维辊会与基材上的镀层接触，碳纤维辊的表面为碳纤维，硬度小，粗糙度小，能够避免对镀层造成损伤，以便基材的顺利输送。
14.可选地，碳纤维辊的直径为40～250mm。对于厚度小于8μm的超薄基材来说，碳纤维辊的直径在上述范围之内，可以在改变输送方向的同时，减少镀层与碳纤维辊的接触面积。
15.在一种可能的实施方式中，每组镀膜组件的蒸镀装置设置于主冷辊的前端，蒸镀装置被配置成对基材进行镀膜，主冷辊被配置成冷却镀膜后的基材。
16.本技术中，还可以使用悬浮式方式对超薄基材进行镀膜，也能够在一定程度上避免对超薄基材造成热损伤，使镀膜效果更好。
17.在一种可能的实施方式中，沿基材的输送路径，至少两组镀膜组件的后端设置有用于检测镀层厚度的厚度检测装置。
18.通过厚度检测装置，可以检测出经过至少两组镀膜组件进行镀膜以后，基材上的导电层的厚度，以便及时获知镀膜是否达到需求。
19.在一种可能的实施方式中，镀膜组件包括三组～四组，沿基材的输送路径，每组镀膜组件的主冷辊的后端设置水冷辊。
20.每组镀膜组件之间设置水冷辊，一方面，可以对镀膜后的基材进行二次冷却，从而进一步避免基材上的热量累积至下一组镀膜组件上，进一步地避免对超薄基材造成热损伤。另一方面，可以通过水冷辊加速金属镀层的生长成型，避免在后续的卷绕输送过程中，对金属镀层造成损伤，可以使镀膜效果更好。
21.第二方面，本技术提供一种蒸发镀膜系统，包括上述蒸发镀膜装置。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本技术的保护范围。
23.图1为本技术实施例提供的蒸发镀膜设备的结构示意图。
24.图标：200-基材；110-放卷辊；120-镀膜组件；130-收卷辊；121-展平辊；122-橡胶压辊；123-主冷辊；124-碳纤维辊；125-水冷辊；126-蒸镀装置；127-蒸发挡板；128-第三过辊；140-第一过辊；150-第二过辊；160-离子源；170-后展平辊；180-第四过辊；190-厚度检测装置。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
26.本技术提供一种蒸发镀膜系统，包括真空腔室和设置于所述真空腔室内的蒸发镀膜设备，通过真空腔室为蒸发镀膜设备提供真空环境，以便通过蒸发镀膜设备对基材进行
镀膜。
27.图1为本技术提供的蒸发镀膜设备的结构示意图。请参阅图1，本技术实施例中，蒸发镀膜设备包括沿基材200的输送路径依次设置的放卷辊110、至少两组镀膜组件120和收卷辊130。基材200在放卷辊110上放卷，经过至少两组镀膜组件120进行镀膜以后，通过收卷辊130对基材200进行收卷。
28.使用至少两组镀膜组件120对厚度小于8μm的基材200进行镀膜，如果在镀膜蒸发量相同的情况下，经过每一组镀膜组件120的蒸发量会减少，则基材200的受热程度减小，可以减少甚至消除镀膜过程中对基材200的热损伤。
29.可选地，基材200的厚度可以是7μm、6μm、5μm、4μm等。基材200的材料可以是pet薄膜、pp薄膜、pi薄膜、ps薄膜、pps薄膜、pen薄膜、pvc薄膜、pe薄膜等高分子薄膜。本技术不做限定，只要能够作为导电膜的基材薄膜均在本技术的保护范围之内。
30.每组镀膜组件120包括沿基材200的输送路径依次设置的展平辊121、橡胶压辊122、主冷辊123、碳纤维辊124和水冷辊125，以及蒸镀装置126。本技术实施例中，该蒸发镀膜设备为贴辊式镀膜设备，则蒸镀装置126设置于主冷辊123的下方，蒸镀装置126用于对包覆主冷辊123的基材200进行镀膜。
31.如图1所示，该蒸发镀膜设备中的镀膜组件120包括三组，在其他实施方式中，镀膜组件120也可以包括四组、两组、五组等，本技术不做限定。下面以镀膜组件120包括三组为例进行说明。
32.本技术中，蒸发镀膜设备包括放卷辊110、第一组镀膜组件、第二组镀膜组件、第三组镀膜组件和收卷辊130。形成同一厚度的镀层，则可以分三次进行镀膜，可以减小每一次镀膜的蒸发量，从而减小基材200的受热程度，以减少甚至消除镀膜过程中对柔性膜的热损伤。
33.本技术中，第一组镀膜组件、第二组镀膜组件和第三组镀膜组件的结构相同，下面进行具体说明第一组镀膜组件的结构。
34.第一组镀膜组件包括展平辊121、橡胶压辊122、主冷辊123、碳纤维辊124、水冷辊125和蒸镀装置126。其中，基材200依次经过展平辊121、橡胶压辊122、主冷辊123、碳纤维辊124和水冷辊125，蒸镀装置126在基材200的输送路径上，但蒸镀装置126位于主冷辊123的下方。
35.本技术中，展平辊121的辊面为橡胶材质，可以在输送的过程中，对基材200的表面进行展平。对于厚度小于8μm的超薄基材200，展平辊121的拱高调整范围为1～10mm。作为示例性地，展平辊121的拱高为1mm、3mm、5mm、8mm或10mm。
36.橡胶压辊122设置在主冷辊123的一侧，且基材200穿过橡胶压辊122和主冷辊123之间，可以通过橡胶压辊122挤压基材200，使基材200与主冷辊123的贴合效果更好，以便主冷辊123对基材200进行冷却。
37.主冷辊123的辊面上设置有陶瓷涂层，且主冷辊123被配置成接受偏压电源。可以使超薄基材200与主冷辊123之间进行吸附贴合，使基材200得到充分冷却，降低蒸发热量对基材200的影响。
38.可选地，主冷辊123的直径为200～2400mm。对于厚度小于8μm的超薄基材200来说，主冷辊123的直径在上述范围之内，可以基材200与主冷辊123的贴辊效果更好。作为示例性
地，主冷辊123的直径为200mm、400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、2000mm或2400mm。
39.本技术中，主冷辊123内部设置用于通入冷却液的冷却通道，主冷辊123的辊轴(例如：主冷辊123的旋转轴头)用于连接负电极，冷却通道的内壁用于连接正电极。通电后，可以在陶瓷涂层表面形成负电极，对基材200形成静电吸附作用，从而使基材200与主冷辊123之间的贴辊效果更好，使基材200得到充分冷却，避免基材200在镀膜的过程中造成热损伤。可选地，冷却通道是螺旋通道，冷却液可以在螺旋通道内流动，冷却效果更好。
40.本技术中，第一组镀膜组件的蒸镀装置126位于主冷辊123的下方，主冷辊123与蒸镀装置126之间设置有蒸发挡板127。蒸镀装置126包括蒸发槽和放置于蒸发槽内的金属源。
41.当蒸发槽中的金属未达到气化温度使，蒸发挡板127不打开，产生的热量通过挡板的隔离不会传输到基材200表面，当金属达到气化温度时，打开蒸发挡板127，使金属气化后可以沉积到基材200表面。
42.本技术中，蒸镀装置126可以是电阻式蒸发，采用铜丝或铝丝的送丝机构，将金属丝输送至蒸发槽内(蒸发槽为氮化硼或氮化钼蒸发舟)，使金属丝接受高温进行气化蒸发。
43.由于电阻式蒸发是送丝机构进行金属丝的输送，送丝是一个持续的过程，没有提纯工作，金属表面的杂质会随着金属一起蒸发，杂质飞溅现象严重，会对基材200造成孔洞，并且无法控制。所以，可以在前期调节电流，使用蒸发挡板127，调整完毕以后，打开蒸发挡板127，以使镀膜更加均匀。
44.在另一实施方式中，蒸镀装置126可以是高频感应式蒸发，采用铝锭/铜锭，放入蒸发槽内(蒸发槽为石墨坩埚)，石墨坩埚周围布上感应线圈，通电后加热，使金属达到气化温度从而蒸发至基材200表面。
45.由于高频感应式蒸发采用金属块状结构，在石墨坩埚内经过高温熔化，由于金属块的表面或内部可能具有杂质，金属熔化后会产生飞溅现象，此时使用蒸发挡板127进行阻挡，避免飞溅的金属溅射在基材200上，通过真空腔室的观察窗肉眼观察飞溅现象，等飞溅现象结束后再打开蒸发挡板127，进行金属沉积，此种方式得到的金属层纯度高，并且极大程度上降低了飞溅现象对基材200造成的穿孔。
46.碳纤维辊124设置于主冷辊123的后端，且用于改变基材200的输送方向。碳纤维辊124设置在主冷辊123的远离橡胶压辊122的一侧，碳纤维辊124与主冷辊123之间的距离较近，在镀膜的过程中，基材200与主冷辊123贴辊式输送，通过碳纤维辊124改变基材200的输送方向，以便将基材200输送至第二组镀膜组件进行镀膜。
47.由于碳纤维辊124要改变基材200的输送方向，所以，碳纤维辊124会与基材200上的镀层接触，碳纤维辊124的表面为碳纤维，硬度小，粗糙度小，能够避免对镀层造成损伤，以便基材200的顺利输送。
48.可选地，碳纤维辊124的直径为40～250mm。对于厚度小于8μm的超薄基材200来说，碳纤维辊124的直径在上述范围之内，可以在改变输送方向的同时，减少镀层与碳纤维辊124的接触面积。作为示例性地，碳纤维辊124的直径为40mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm、200mm或250mm。
49.在第一组镀膜组件的前端，还设置有第一过辊140和第二过辊150，离子源160设置于第一过辊140和第二过辊150之间，基材200经过了第一过辊140和第二过辊150时，离子源
160位于基材200的一侧，通过离子源160提供离子束流，以便对基材200的表面进行处理，清除基材200表面的杂质。
50.本技术中，第一过辊140和第二过辊150的材料为铝，表面做阳极氧化处理，对于厚度小于8μm的超薄基材200来说，第一过辊140和第二过辊150的直径为
51.根据基材200的走膜需求，镀膜组件120内也可以设置过辊，如图1所示，第二组镀膜组件的碳纤维辊124和水冷辊125之间设置有第三过辊128，以便使基材200在一个适当的张紧度进行输送。
52.本技术中，第三组镀膜组件的后端还设置有后展平辊170和第四过辊180，在第三组水冷辊125与后展平辊170之间设置有厚度检测装置190，可以检测镀层厚度，以便及时获知镀膜是否达到需求。在其他实施例中，厚度检测装置190也可以设置在后展平辊170和第四过辊180之间，本技术不做限定，只要能够检测镀层的厚度即可。
53.可选地，厚度检测装置190可以是电涡流厚度检测装置，或者光密度厚度检测装置，本技术不做限定。
54.需要说明的是，本技术的蒸发镀膜设备还可以为悬浮式镀膜设备，对于悬浮式镀膜设备，每组镀膜组件120的蒸镀装置126设置于主冷辊123的前端，先使用蒸镀装置126对基材200进行镀膜，然后再通过主冷辊123对镀膜后的基材200进行冷却。
55.本技术中，基材在每一辊上的包角范围为60～150
°
，可选地，基材在每一辊上的包角范围为100～130
°
，可以使基材的输送效果更好，镀膜效果更好。作为示例性地，基材在每一辊上的包角范围为60
°
、80
°
、100
°
、120
°
或150
°
。
56.本技术还提供一种基材200的镀膜方法，适用于上述蒸发镀膜装置，该镀膜方法包括如下步骤：沿基材200的输送路径，将厚度小于8μm的基材200设置于至少两组镀膜组件120上。基材200先经过第一组的蒸镀装置126，以对所述基材200的第一表面进行镀膜，第一组的主冷辊123对镀膜基材200进行冷却；然后经过第二组的蒸镀装置126，以对所述基材200的第一表面继续进行镀膜，第二组的主冷辊123对镀膜基材200进行冷却。可以使镀膜过程中产生的热量不会被累积，在保证超薄基材200上的镀层达到需求的同时，可以减少甚至避免对超薄基材200造成热损伤，使镀膜效果更好。
57.可选地，蒸发镀膜设备的真空度为1.0
×
10-1
～1.0
×
10-2
pa；基材200的走膜速度为20～600m/min；每一蒸镀装置126的送丝量为100～1500mm/min。进一步地，蒸发镀膜设备的真空度为(2.0～2.4)
×
10-2
pa；基材200的走膜速度为24～78m/min；每一蒸镀装置126的送丝量为700～1100mm/min。作为示例性地，蒸发镀膜设备的真空度为2.0
×
10-2
pa、2.1
×
10-2
pa、2.2
×
10-2
pa、2.3
×
10-2
pa或2.4
×
10-2
pa；基材200的走膜速度为24m/min、30m/min、40m/min、50m/min、60m/min、70m/min或78m/min；每一蒸镀装置126的送丝量为700mm/min、800mm/min、850mm/min、900mm/min、950mm/min、1000mm/min或1100mm/min。
58.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
59.实施例1
60.基材的镀膜方法包括：
61.(1)、安装基材：沿基材的输送路径，将厚度位6μm的pet薄膜依次设置于放卷辊110、第一过辊140、第二过辊150、第一组镀膜组件(第一组镀膜组件的展平辊121、橡胶压辊122、主冷辊123、碳纤维辊124和水冷辊125)、第二组镀膜组件(第二组镀膜组件的展平辊121、橡胶压辊122、主冷辊123、碳纤维辊124、第三过辊128和水冷辊125)、第三组镀膜组件(第三组镀膜组件的展平辊121、橡胶压辊122、主冷辊123、碳纤维辊124和水冷辊125)、后展平辊170、第四过辊180和收卷辊130。其中，第一过辊140和第二过辊150之间设置有离子源160，可以提供离子对基材表面的杂质进行清除；每一组镀膜组件的主冷辊123下方均设置有蒸镀装置126，蒸镀装置126与主冷辊123之间设置有蒸发挡板127；第三组镀膜组件的水冷辊125与后展平辊170之间设置有厚度检测装置190。
62.(2)、设置镀膜参数：其中，每组镀膜组件的主冷辊的直径均为(2)、设置镀膜参数：其中，每组镀膜组件的主冷辊的直径均为每个主冷辊表面均喷涂有陶瓷涂层，采用偏压，偏压设置为500v，主冷辊的冷却温度设置为-11～-13℃。第一过辊、第二过辊、第三过辊和第四过辊的直径均为120mm；展平辊的直径均为120mm；水冷辊的冷却水温度为-20℃。蒸镀装置采用电阻式蒸发，基材表面镀铝，采用直径铝丝。真空腔室的真空度为：2.4
×
10-2pb；基材的走膜速度为78m/min；蒸镀装置的送丝量为800mm/min。
63.厚度检测装置检测出，通过上述方法制备得到的导电膜的镀层厚度为330nm。通过ccd检测设备进行检测，并进行人工观察，发现导电膜无褶皱、变形、穿孔等缺陷。
64.实施例2
65.实施例2是在实施例1的基础上进行的改进，实施例2的区别在于：
66.设置镀膜参数：其中，每组镀膜组件的主冷辊的直径均为每个主冷辊表面均喷涂有陶瓷涂层，采用偏压，偏压设置为500v，主冷辊的冷却温度设置为-11～-15℃。第一过辊、第二过辊、第三过辊和第四过辊的直径均为120mm；展平辊的直径均为120mm；水冷辊的冷却水温度为-20℃。蒸镀装置采用电阻式蒸发，基材表面镀铝，采用直径铝丝。真空腔室的真空度为：2.0
×
10-2pb；基材的走膜速度为78m/min；蒸镀装置的送丝量为1000mm/min。
67.厚度检测装置检测出，通过上述方法制备得到的导电膜的镀层厚度为465nm。通过ccd检测设备进行检测，并进行人工观察，发现导电膜无褶皱、变形、穿孔等缺陷。
68.实施例3
69.实施例3是在实施例1的基础上进行的改进，实施例3的区别在于：
70.设置镀膜参数：其中，每组镀膜组件的主冷辊的直径均为每个主冷辊表面均喷涂有陶瓷涂层，采用偏压，偏压设置为500v，主冷辊的冷却温度设置为-16～-18℃。第一过辊、第二过辊、第三过辊和第四过辊的直径均为120mm；展平辊的直径均为120mm；水冷辊的冷却水温度为-20℃。蒸镀装置采用电阻式蒸发，基材表面镀铝，采用直径铝丝。真空腔室的真空度为：2.3
×
10-2pb；基材的走膜速度为24m/min；蒸镀装置的送丝量为1000mm/min。
71.厚度检测装置检测出，通过上述方法制备得到的导电膜的镀层厚度为1170nm。通过ccd检测设备进行检测，并进行人工观察，发现导电膜无褶皱、变形、穿孔等缺陷。
72.实施例4
73.实施例4是在实施例1的基础上进行的改进，实施例4的区别在于：
74.设置镀膜参数：其中，每组镀膜组件的主冷辊的直径均为每个主冷辊表面均喷涂有陶瓷涂层，采用偏压，偏压设置为500v，主冷辊的冷却温度设置为-16～-18℃。第一过辊、第二过辊、第三过辊和第四过辊的直径均为120mm；展平辊的直径均为120mm；水冷辊的冷却水温度为-20℃。蒸镀装置高频感应式蒸发，基材表面镀铝，采用直铝锭进行蒸发，石墨坩埚内铝锭填充量为4kg。真空腔室的真空度为：2.3
×
10-2pb；基材的走膜速度为24m/min；感应加热电流：48a。
75.厚度检测装置检测出，通过上述方法制备得到的导电膜的镀层厚度为1350nm。通过ccd检测设备进行检测，并进行人工观察，发现导电膜无褶皱、变形、穿孔等缺陷。
76.对比例1
77.基材的镀膜方法包括：
78.(1)、安装基材：沿基材的输送路径，将厚度位6μm的pet薄膜依次设置于放卷辊、第一过辊、第二过辊、镀膜组件(镀膜组件的展平辊、橡胶压辊、主冷辊、碳纤维辊和水冷辊)、后展平辊、第四过辊和收卷辊。其中，第一过辊和第二过辊之间设置有离子源，可以提供离子对基材表面的杂质进行清除；镀膜组件的主冷辊下方均设置有蒸镀装置，蒸镀装置与主冷辊之间设置有蒸发挡板；镀膜组件的水冷辊与后展平辊之间设置有厚度检测装置。
79.(2)、设置镀膜参数：其中，镀膜组件的主冷辊的直径均为主冷辊表面均喷涂有陶瓷涂层，采用偏压，偏压设置为500v，主冷辊的冷却温度设置为-11～-13℃。第一过辊、第二过辊和第四过辊的直径均为120mm；展平辊的直径为120mm；水冷辊的冷却水温度为-20℃。蒸镀装置采用电阻式蒸发，基材表面镀铝，采用直径铝丝。真空腔室的真空度为：2.4
×
10-2pb；基材的走膜速度为78m/min；蒸镀装置的送丝量为800mm/min。
80.厚度检测装置检测出，通过上述方法制备得到的导电膜的镀层厚度为120nm。通过ccd检测设备进行检测，并进行人工观察，发现导电膜无褶皱、变形、穿孔等缺陷。
81.所以，对比例1与实施例1比较可以看出，如果仅使用一组镀膜组件，则镀层的厚度大大减小。
82.对比例2
83.对比例2是在对比例1的基础上进行的改进，对比例2的区别在于：
84.设置镀膜参数：其中，镀膜组件的主冷辊的直径均为主冷辊表面均喷涂有陶瓷涂层，采用偏压，偏压设置为500v，主冷辊的冷却温度设置为-11～-13℃。第一过辊、第二过辊和第四过辊的直径均为120mm；展平辊的直径为120mm；水冷辊的冷却水温度为-20℃。蒸镀装置采用电阻式蒸发，基材表面镀铝，采用直径铝丝。真空腔室的真空度为：2.4
×
10-2pb；基材的走膜速度为24m/min；蒸镀装置的送丝量为1500mm/min。
85.厚度检测装置检测出，通过上述方法制备得到的导电膜的镀层厚度为872nm。通过ccd检测设备进行检测，并进行人工观察，发现导电膜出现了褶皱、变形、穿孔等缺陷。
86.所以，对比例2与实施例1-实施例4比较可以看出，如果仅使用一组镀膜组件，为了保证镀膜的厚度，则会使导电膜出现很多镀膜缺陷。
87.以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施
例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。