多室镀膜机的结构特点与工业应用

       首先介绍镀膜机技术的分类、软硬衬底涂层设备的结构特点及多室系统、现代卷绕镀膜机单室、双室及三室的真空设计，其次介绍直线式与集束式多室镀膜机的结构特点，最后叙述大型真空镀膜设备工业应用及进展情况。

　　软硬衬底涂层设备的结构特点及多室系统真空卷绕镀膜机是在柔性材料上连续镀膜的大型专用设备。是否采用大气对大气(air- to- air)还是半连续的，主要看被镀基片厚度，设备的生产率和经济效益来综合考虑。对纸和聚合物及薄钢带等的镀膜领域这种方案占有一定的优势，大面积的真空镀膜的镀膜，一些新品种，多在卷绕镀膜机上进行。

　　一般分为两类：

　　(1)对电容器、包装和装饰品等的真空涂层。

　　(2)对绝热、热反射或磁存储产品的真空涂层。

　　对于镀膜机真空系统的设计，首先要弄清楚气体负荷的来源和大小。

　　有人对于卷绕镀膜机上缠绕辊的除气及对聚合物表面的出气特点进行过观察研究。并对样品放气率进行过几个小时的测试。样品的除气率Q 与时间t 的关系用(1)式来表达。用logQ和logt 作图呈线性关系，即：

Q= a1h A/tα(1)

　　式中a1h———为经过一小时后的放气率(t=1 h);α—— —为放气率的下降速率即Q的斜率;A———出气面积

　　卷绕镀膜机中缠绕辊的放气率如图1 所示。用空的工作室测试本底的气体负荷，对于辊子的除气率值进行修正。在几分钟到40 min 之间进行测量。这段沉积时间，也就是生产设备对真空系统设计有影响的时间。从中也看出(1)式对除气率的分析是可行的。

　　表1 给出的辊子单位面积的参数a1h 表明：除气率曲线1 是poly(ethylene terephthalate)典型的放气率曲线。薄带厚度在12 μm~50 μm 范围内变化。因为在这个厚度范围内可检测到系统出气的差别，典型的曲线如图1 所示。测试与计算的结果基本相符。

聚合物薄带与纸卷的放气率与时间的关系

图1 聚合物薄带与纸卷的放气率与时间的关系

　　在纸卷的情况下，其表面出气仍占主要地位。对于密度80 g/m2，湿度约为3 wt%的纸测得的放气率a1h=1.3 Torr·L/s·m2 和α=1.2。表1：根据图1 测量所得的不同缠绕带的解吸特性。

表1 以图1 测量所得的不同缠绕带的解吸特性

以图1 测量所得的不同缠绕带的解吸特性

　　卷绕式镀膜机缝隙间的气流量

　　根据表1，标准的卷带1 m2 表面积的出气率，在蒸发铝时用的压力高于平均值10- 4 Torr 的范围时，压力高对抽气较为经济。因而把真空的范围最少分成两个不同压力的工作室。即一个为存储室另一个为沉积室，这是真空卷绕镀膜机的一般特点。在两室之间有缝隙存在，不可避免的要有气流通过，其气流量由两室之间缝隙通道的几何形状和尺寸决定。

　　在存储室和沉积室内的压力分别为PW 和PD。其间隙流量为：

Q=L(PW-PD)(2)

　　因为在缝隙中正好处于分子流条件下，按通常使用时的平均压力在10- 3 Torr~10- 2 Torr 范围内，也要降低本底分压力，在溅射沉积时，进入沉积室的气体负荷与连接缝隙的通导有关，故要增加其阻抗。例如，测量两个宽为650 mm 和2100 mm 的不同的铝镀膜机的真空室的上、下部分之间的总通导(如图2)。

卷缠镀膜机双室结构简图

图2 卷缠镀膜机双室结构简图

　　表示650 mm 镀膜机间隙的示意简图。有两处间隙，一处围绕镀膜辊筒两侧，另一处间隙在外壳的器壁处，总长分别为2200 mm 和

　　3200 mm。测得通导：在压力P 为：P = 4×10- 3 Torr 时，为：Lexp=700 L/s。而通导的计算值为Ltheor=520 L/s

　    所示的图形是具有较复杂曲面间隙结构。在这种情况下，使用柔性材料通过缝隙绕过辊筒，这时测得通导值：Lexp (4×10- 3 Torr 时)=220 L/s，计算值为Ltheor=232 L/s，实验值与计算值二者基本符合。这两种结构的设计在现代真空卷绕镀膜机上得到应用。

　　现代卷绕镀膜机的真空分室设计的依据：

　　单室与双室的设计

　　以卷绕镀膜机为例，我们来讨论典型产品磁带对真空的要求，当沉积磁性薄膜时，真空室内的本底压力要保持低于10- 4 Torr 范围。典型的卷绕辊子1 m2 表面积，抽空10 min 后，根据表1，得出气流量Q=24 Torr·L/s。从器壁上解吸的工艺气体，对辊子作某些形式的预处理(如辉光电清洗或预溅射)提供的典型的总气体负荷为Qtotal=50 Torr·L/s。

　　若是在存储室和沉积室之间没有隔板的单室，这时抽气的总负荷在压力低于10- 4 Torr 范围内，需要有效的抽气能力达105 L/s。由于设备的成本和尺寸的限制，显然很难实现。