涂覆制品的装置和旋转装置

申请号 CN201620754479.2 申请日 2016-06-17 公开(公告)号 CN206512270U 公开(公告)日 2017-09-22
申请人 动力专家有限公司; 发明人 王英男; 缪卓南; 江争;
摘要 涂覆制品的装置和旋转装置。一种涂覆至少第一多个制品的装置,其中每个制品具有至少第一待涂覆表面,所述装置包括:发射源,其用于将发射元素引向多个制品的第一表面;至少一个 支撑 构件,其用于支撑第一多个制品,其中支撑构件支撑第一多个制品以使第一表面暴露于所述发射源的发射路径;和驱动组件,其用于移动支撑构件,以使第一多个制品相对于发射源的发射路径移动。
权利要求

1.一种涂覆制品的装置,用于涂覆至少第一多个制品,所述第一多个制品中的每个制品至少具有第一待涂覆表面,所述装置包括:
发射源,所述发射源用于将发射元素引向所述多个制品的第一表面;
至少一个支撑构件,所述至少一个支撑构件用于支撑所述第一多个制品,其中支撑构件支撑所述第一多个制品以使所述第一表面暴露于所述发射源的发射路径;和驱动组件,所述驱动组件用于移动所述支撑构件,以使所述第一多个制品能够相对于所述发射源的发射路径移动。
2.根据权利要求1所述的涂覆制品的装置,其中所述发射源为中性氢分子通量发射源,并且所述发射元素为中性氢分子,由此所述中性氢分子通量发射源将中性氢分子通量引向所述支撑构件,以使在所述中性氢分子碰撞制品表面处或上的分子时,制品表面处或上的分子元素间的键选择性断裂。
3.根据权利要求2所述的涂覆制品的装置,其中所述中性氢分子通量发射源将具有约
1eV到约100eV的范围内的动能的中性氢分子的通量引向所述支撑构件,以使当中性氢分子碰撞包括C-H键和Si-H键中的任一种或其组合的、制品的表面处或上的分子时,C-H键和Si-H键选择性断裂。
4.根据权利要求2或3所述的涂覆制品的装置,其中选择性断裂的键与自身交联,或者与所述表面上导致表面特性改变的其它化学基团交联,或者是以上交联的组合。
5.根据权利要求2或3所述的涂覆制品的装置,其中选择性断裂的键与自身交联,或者与所述表面上导致表面特性改变的其它化学基团交联,或者是以上交联的组合,以在制品上提供涂层。
6.根据权利要求2或3所述的涂覆制品的装置,其中所述装置包括涂覆腔,制品在所述涂覆腔中被涂覆。
7.根据权利要求6所述的涂覆制品的装置,所述装置进一步包括氢等离子源,其中所述氢等离子源为选自包括DC等离子、RF等离子、常规微波等离子或电子回旋共振(ECR)微波等离子的组的等离子源。
8.根据权利要求1所述的涂覆制品的装置,其中所述装置是溅射沉积装置。
9.根据权利要求1所述的涂覆制品的装置,其中所述装置是电子束蒸发装置。
10.根据权利要求8或9所述的涂覆制品的装置,其中所述装置包括真空腔,由此在所述真空腔中进行制品的涂覆。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的涂覆制品的装置,其中所述至少一个支撑构件是大体细长的,并且包括用于沿所述至少一个支撑构件的纵向轴线保持所述多个第一制品的第一多个保持器,
其中所述至少一个支撑构件相对于与所述至少一个支撑构件的纵向轴线平行的旋转轴线径向偏离,并且其中所述第一多个保持器相对于所述至少一个支撑构件的纵向轴线径向向外延伸,以使制品的至少所述第一表面以第一倾斜度相对于所述发射源的发射路径倾斜;并且
其中驱动组件使所述至少一个支撑件绕所述旋转轴线旋转,以使所述第一多个制品在发射元素的路径内旋转,并且使得制品的至少所述第一表面暴露于发射源的发射元素。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的涂覆制品的装置,所述装置具有第一多个支撑构件,其中每个支撑构件是大体细长的,并且包括用于沿所述支撑构件的纵向轴线保持多个制品的多个保持器,
其中每个支撑构件相对于与所述支撑构件的纵向轴线平行的旋转轴线径向偏离,并且其中所述第一多个保持器相对于所述支撑构件的纵向轴线径向向外延伸;
其中每个支撑构件的每个旋转轴线围绕与第一旋转平台上的大体细长的支撑构件的纵向轴线平行的第一中心轴线等间距隔开,并且围绕所述第一中心轴线径向设置;并且其中所述旋转平台能够绕所述第一中心轴线旋转,以便每个支撑构件能够移动至暴露位置,用于制品暴露于发射元素。
13.根据权利要求12所述的涂覆制品的装置,其中所述装置包括多个旋转平台,其中所述多个旋转平台中的这些旋转平台围绕与大体细长的支撑构件的纵向轴线平行的主中心轴线等间距隔开,并且这些旋转平台的旋转轴线相对于所述主中心轴线等间距径向偏离,并且这些旋转平台能够围绕所述主中心轴线在圆周方向上移动,以便能够移入或移出发射元素的路径。
14.根据权利要求1所述的涂覆制品的装置,其中所述支撑构件支撑所述第一多个制品,其围绕发射元素的中心轴线在圆周方向上延伸,相对于所述发射源的中心轴线以第一半径径向偏离并且均是等距的;并且其中这些制品径向向内倾斜。
15.根据权利要求14所述的涂覆制品的装置,其中所述第一多个制品与所述支撑构件以能够移动的方式接合,以便在所述支撑构件绕所述中心轴线旋转时,所述制品因作用在制品上的重而至少部分地绕相对于所述支撑构件的第一旋转轴线倾斜的第二旋转轴线旋转,并且
其中在所述支撑构件旋转时,所述制品从其中制品以第一倾斜度且在第一倾斜面上倾斜、并且相对于所述中心轴线倾斜以使所述第一表面暴露于发射源的发射的第一位置,移动至第二倾斜度且在第二倾斜面上,并且相对于所述中心轴线倾斜,以使制品的与所述第一表面相反的第二表面暴露于发射源的发射,并且在进一步旋转时,这些制品移动至所述第一倾斜度。
16.根据权利要求15所述的涂覆制品的装置,其中所述支撑构件包括在所述第一倾斜面和所述第二倾斜面之间延伸的细长的支撑元件,并且其中所述支撑元件穿过制品中的孔延伸或在制品中的凹槽内延伸,以在围绕所述中心轴线旋转期间,允许制品在支撑表面之间沿着所述细长的支撑元件滑动。
17.根据权利要求15所述的涂覆制品的装置,其中所述驱动组件用于提供围绕所述中心轴线的所述旋转运动。
18.根据权利要求14-17中的任一项所述的涂覆制品的装置,其中所述支撑元件支撑另外多个制品,其相对于所述中心轴线在圆周方向上延伸,相对于所述发射源以另一半径径向偏离并且均是等距的。
19.根据权利要求8或9所述的涂覆制品的装置,其中所述发射源提供具有中心轴线的圆锥状发射区域;并且所述至少一个支撑构件支撑所述第一多个制品,其围绕所述中心轴线在圆周方向上延伸,相对于所述发射源以第一半径径向偏离并且均是等距的;并且这些制品向内径向倾斜,使得所述第一表面以第一倾斜度基本上垂直于所述发射源的发射路径倾斜,其中所述第一多个制品以能够移动的方式接合所述支撑构件,以便在所述支撑构件围绕所述中心轴线旋转时,所述制品因作用在制品上的重力而至少部分地围绕相对于所述支撑构件的第一旋转轴线倾斜的第二旋转轴线旋转,并且
其中在所述支撑构件旋转时,所述制品从其中制品以第一倾斜度且在第一倾斜面上倾斜、且相对于所述中心轴线倾斜以使所述第一表面暴露于所述发射源的发射的第一位置,移动至第二倾斜度且在第二倾斜面上,并且相对于所述中心轴线倾斜,以使制品的与所述第一表面相反的第二表面暴露于所述发射源的发射,并且在进一步旋转时,这些制品移动至第一倾斜度。
20.一种旋转装置,用于相对于发射源支撑待涂覆的多个制品;所述旋转装置包括:
第一多个支撑构件,其中每个支撑构件是大体细长的,并且包括用于沿第一支撑构件的纵向轴线保持所述多个制品的多个保持器,
其中,每个支撑构件相对于与第一支撑构件的纵向轴线平行的旋转轴线径向偏离,并且其中第一多个保持器相对于所述第一支撑构件的纵向轴线径向向外延伸,并且使得制品的至少第一表面以第一倾斜度相对于所述发射源的发射路径倾斜;
其中,各支撑构件的各旋转轴线围绕与第一旋转平台上的大体细长的支撑构件的纵向轴线平行的第一中心轴线等间距隔开并且径向设置;并且
其中,所述旋转平台能够围绕所述第一中心轴线旋转,以便每个支撑构件能够移动到暴露位置,用于制品暴露于发射元素。
21.根据权利要求20所述的旋转装置,其中该装置包括多个旋转平台,其中所述多个旋转平台中的这些旋转平台围绕与所述大体细长的支撑构件的纵向轴线平行的主中心轴线等间距隔开,并且这些旋转平台的旋转轴线相对于所述主中心轴线等间距径向偏离,并且所述旋转平台能够在圆周方向上围绕所述主中心轴线移动,以便可以移入或移出发射元素的路径。

说明书全文

涂覆制品的装置和旋转装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种对制品施加涂层的方法和系统,以及由此形成的涂覆制品。更特别地,本发明提供一种对制品施加涂层的方法和系统,所述涂层诸如是装饰性或功能性涂层。

背景技术

[0002] 在对需要在表面施加涂层的部件或制品进行的涂覆中,本领域中的技术包括与放电和加速相关的技术,在这些技术中使用了离子等的加速。
[0003] 在本领域中,举例来说,通常由金属基、基和镍磷(Ni-P)基材料形成的机械表部件或微型零件可能需要涂覆。
[0004] 由于高精度和基体材料特性,金属零件上传统的机械加工和电通常不能满足高精度和非导电基微型零件在制造中的苛刻要求。
[0005] 这些微型零件可通过微机电系统(MEMS)技术,诸如深反应离子刻蚀(DRIE)和紫外光刻(Lithography)微电铸模造技术(UV-LIGA) 制造。对于这些技术,由于生产能的限制和表面精加工的要求,在微型零件的沉积中,可使用诸如溅射、电子束或类似的方法。在本领域中,在MEMS制造中使用基于溅射的沉积技术。这些,例如可通过针对膜厚度、宽度和均匀性调整功率、DC/RF转换、持续时间和压力来控制。
[0006] 对于传统的溅射沉积类型,它通常在高真空值下进行,并且待涂覆的样品或制品在应用溅射之前通过机械的方式,诸如压式夹具固定在保持装置上,并引入真空腔等中。
[0007] 在本领域的这些工艺中,存在的缺陷包括溅射沉积过程中在样品或制品上存在压力夹具可能覆盖的一些未涂覆的盲区,并且这可能导致溅射源背面上的涂敷表面的不均匀性。另外,任何膜或涂层通过接触膜和压力夹具之间的硬接触可能相对容易刮掉。
[0008] 对于包括硅基的那些的部件、样品和制品,为了精确控制厚度,包括在纳米尺寸内,使用现有技术的沉积方法可能会遇到困难,因为在一些应用中,微型零件的所有表面可能需要同时沉积薄膜
[0009] 在其它应用中,需要在制品上施加非常薄的涂层,诸如由金属或金属合金形成的制品,由此这些涂层必须经受至少标称量的磨损性冲击,而涂层不从制品上磨蚀掉或磨损掉。另外,在本领域已知的这些工艺中,提供的可能是有美感或功能性并且厚度均匀的这些涂层,这些涂层常常会磨掉、脱粘、或者具有不均匀的厚度。实用新型内容
[0010] 本发明的目的是提供一种涂覆制品的设备、装置和方法,其克服或至少部分改善了至少一些与现有技术相关的缺陷。
[0011] 在第一方面,本发明提供一种涂覆制品的装置,用于涂覆至少第一多个制品,其中每个制品具有至少第一待涂覆表面,所述装置包括:发射源,用于将发射元素引向多个制品的第一表面;至少一个支撑构件,用于支撑第一多个制品,其中支撑构件支撑第一多个制品,以使第一表面暴露于所述发射源的发射路径;和驱动组件,用于移动支撑构件,以使第一多个制品相对于所述发射源的发射路径可移动。
[0012] 在第一实施方式中,发射源可为中性氢分子通量发射源,并且发射元素为中性氢分子,因此中性氢分子通量发射源将中性氢分子的通量引向支撑构件,以便在中性氢分子碰撞制品表面处或上的分子时,制品表面处或上的分子元素间的键选择性断裂。优选地,中性氢分子通量发射源将具有在约1eV到约100eV范围内的动能的中性氢分子通量引向支撑构件,以便在中性氢分子碰撞包括C-H键和Si-H键中的任一种或其组合的、制品表面处或上的分子后,C-H键和Si-H选择性断裂。
[0013] 选择性断裂的键可与自身交联,或与所述表面上导致表面特性改变的其它化学基团交联,或是以上交联的组合。选择性断裂的键与自身交联,或与所述表面上导致表面特性改变的其它化学基团交联,或其是以上交联的组合,以在制品上提供涂层。
[0014] 该装置包括涂覆腔,制品在涂覆腔中被涂覆,并且还包括氢等离子源。
[0015] 氢等离子源可为选自包括DC等离子、RF等离子、常规微波等离子或电子回旋共振(ECR)微波等离子的组的等离子源。
[0016] 在其它实施方式中,该装置可为溅射沉积装置,或电子束蒸发装置。该装置包括真空腔,由此在真空腔中进行制品的涂覆。
[0017] 在本发明的一个实施方式中,所述至少一个支撑构件是大体细长的,并且包括用于沿所述至少一个支撑构件的纵向轴线保持第一多个制品的第一多个保持器,其中所述至少一个支撑构件相对于与所述至少一个支撑构件的纵向轴线平行的旋转轴线径向偏离,并且其中第一多个保持器从所述至少一个支撑构件的纵向轴线径向向外延伸,使得制品的至少第一表面以第一倾斜度相对于所述发射源的发射路径倾斜;并且其中驱动组件使所述至少一个支撑件相对于所述旋转轴线旋转,以使第一多个制品在发射元素的路径内旋转,并且使制品的至少第一表面暴露于发射源的发射元素。
[0018] 在另一个实施方式中,该装置可包括多项权利要求,具有第一多个支撑构件,其中每个支撑构件是大体细长的,并且包括用于沿支撑构件的纵向轴线保持多个制品的多个保持器,其中每个支撑构件相对于与支撑构件的纵向轴线平行的旋转轴线径向偏离,并且其中第一多个保持器相对于支撑构件的纵向轴线径向向外延伸;其中各支撑构件的各旋转轴线相对于与第一旋转平台上的通常细长的支撑构件的纵向轴线平行的第一中心轴线等间距隔开并且径向设置;并且其中旋转平台能够绕第一中心轴线旋转,以便每个支撑构件可移动至暴露位置,用于制品暴露于发射元素。
[0019] 在再另一个实施方式中,该装置可包括多个旋转平台,其中多个旋转平台中的这些旋转平台围绕与通常细长的支撑构件的纵向轴线平行的主中心轴线等间距隔开,并且这些旋转平台的旋转轴线等间距径向偏离主中心轴线,并且这些旋转平台围绕主中心轴线在圆周方向上是可移动的,以便移入或移出发射元素的路径。
[0020] 在可替代的实施方式中,支撑构件支撑第一多个制品,其围绕发射元素的中心轴线在圆周方向上延伸,相对于所述发射源的中心轴线以第一半径径向偏离并且均是等距的;并且其中这些制品向内径向倾斜。第一多个制品优选以可移动方式接合所述支撑构件,以便在所述支撑构件围绕所述中心轴线旋转时,这些制品因作用在制品上的重力而至少部分地围绕相对于支撑构件的第一旋转轴线倾斜的第二旋转轴线旋转,并且其中在支撑构件旋转时,制品从其中制品以第一倾斜度且在第一倾斜面上倾斜、并且相对于中心轴线倾斜以使所述第一表面暴露于发射源的发射的第一位置,移动至第二倾斜度且在第二倾斜面上,并且相对于中心轴线倾斜,以使制品的与第一表面相反的第二表面暴露于发射源的发射,并且在进一步旋转时,制品移动至第一倾斜度。
[0021] 支撑构件包括在第一倾斜面和第二倾斜面之间延伸的细长的支撑元件,并且其中支撑元件穿过制品中的孔延伸或在制品中的凹槽内延伸,以在围绕所述中心轴线旋转期间,允许制品在支撑表面之间沿着细长的支撑元件滑动。驱动组件用于提供围绕中心轴线的所述旋转运动。
[0022] 支撑元件可支撑另外多个制品,其围绕所述中心轴线在圆周方向上延伸,相对于所述发射源以另一半径径向偏离并且均是等距的。
[0023] 发射源可提供具有中心轴线的圆锥状发射区域;并且支撑构件支撑第一多个制品,其围绕所述中心轴线在圆周方向上延伸,相对于所述发射源以第一半径径向偏离并且均是等距的;并且其中这些制品向内径向倾斜,使得第一表面以第一倾斜度基本垂直于所述发射源的发射路径倾斜,其中所述第一多个制品以可移动方式接合所述支撑构件,以便在所述支撑构件围绕所述中心轴线旋转时,这些制品因作用在制品上的重力而至少部分地围绕相对于支撑构件的第一旋转轴线倾斜的第二旋转轴线旋转,并且其中在支撑构件旋转时,制品从其中制品以第一倾斜度且在第一倾斜面上倾斜、并且相对于中心轴线倾斜以使所述第一表面暴露于发射源的发射的第一位置,移动至第二倾斜度且在第二倾斜面上,并且相对于中心轴线倾斜,以使制品的与第一表面相反的第二表面暴露于发射源的发射,并且在进一步旋转时,制品移动至第一倾斜度。
[0024] 在第二方面,本发明提供了一种对至少第一多个制品提供涂层的方法,所述方法包括步骤:
[0025] (i)提供根据前述权利要求中的任一项所述的装置;
[0026] (ii)提供待涂覆的至少第一多个制品;
[0027] (iii)在所述至少多个制品上施加涂层。
[0028] 在第三方面,本发明提供了一种对至少第一多个制品提供涂层的方法,所述方法包括步骤:
[0029] (i)对多个制品的表面施加表面前体,其中所述前体是形成涂层的前体;
[0030] (ii)提供根据第一方面的装置,其中发射源是中性氢分子通量发射源;以及[0031] (iii)将来自发射源的中性氢分子通量引向这些制品;
[0032] 其中,在中性氢分子碰撞制品的表面处或上的分子时,前体的键选择性断裂,并且其中选择性断裂的键与自身交联,或与所述表面上导致表面特性改变的其它化学基团交联,或是以上交联的组合,以在制品上提供涂层。
[0033] 优选地,选择性断裂的键为C-H键和Si-H键中的任一种或其组合。
[0034] 在本方面的一个实施方式中,前体可为用于在制品上形成抗菌涂层的前体。
[0035] 在另一实施方式中,前体可为用于在制品上形成防湿涂层的前体。
[0036] 在本方面的实施方式中,制品可为珠宝物品、医疗设备、医疗器械、移植物、卫生器械等;或是容器、器皿、包装材料等。
[0037] 制品可由金属或金属合金形成,诸如贵金属,诸如选自包括金、金基合金、、铂等的组。
[0038] 替代地,制品可由聚合材料形成。
[0039] 施加至制品的涂层可为分子单层或具有分子平厚度的层,以便在交联状态下,涂层是光学上透明的。
[0040] 在第四方面,本发明提供了一种旋转装置,用于相对于发射发射元素的发射源支撑待涂覆的多个制品;所述旋转装置包括:
[0041] 第一多个支撑构件,其中每个支撑构件是大体细长的,并且包括用于沿第一支撑构件的纵向轴线保持多个制品的多个保持器,
[0042] 其中,每个支撑构件相对于与第一支撑构件的纵向轴线平行的旋转轴线径向偏离,并且其中第一多个保持器相对于第一支撑构件的纵向轴线径向向外延伸,并且使得制品的至少第一表面以第一倾斜度倾斜至所述发射源的发射路径;
[0043] 其中,各支撑构件的各旋转轴线围绕与第一旋转平台上的通常细长的支撑构件的纵向轴线平行的第一中心轴线等间距隔开,并且径向设置;并且
[0044] 其中,旋转平台可围绕第一中心轴线旋转,以便每个支撑构件可移动至暴露位置,用于制品暴露至发射元素。
[0045] 在一个实施方式中,旋转装置包括多个旋转平台,其中多个旋转平台中的这些旋转平台围绕与通常细长的支撑构件的纵向轴线平行的主中心轴线等间距隔开,并且这些旋转平台的旋转轴线相对于主中心轴线等间距径向偏离,并且这些旋转平台在圆周方向上围绕主中心轴线是可移动的,以便可以移入或移出发射元素的路径。附图说明
[0046] 现在将参考附图描述本发明的一个实施例,其中:
[0047] 图1示出了根据本发明的用于涂覆制品的设备的实施方式的示意图;
[0048] 图2示出了根据本发明的旋转装置的实施方式;
[0049] 图3示出了用于相对发射源支撑多个待涂覆制品的、根据本发明的旋转装置的另一实施方式;
[0050] 图4示出了根据本发明的旋转装置的一个实施方式的摄影图;
[0051] 图5a描绘了根据现有技术的涂覆工艺的示意图;
[0052] 图5b描绘了根据本发明的涂覆工艺的示意图;
[0053] 图6进一步描绘了根据本发明的涂覆工艺的示意图;
[0054] 图7a又进一步描述了根据本发明的涂覆工艺的示意图;
[0055] 图7b描绘了如在图7a中示出和描绘的涂覆工艺的示意图;
[0056] 图7c示出了本发明在第一状态下工作的方式的示例性实施方式;
[0057] 图7d示出了在中间状态下的、图7c的示例性实施方式;
[0058] 图7e示出了在第二状态下的、图7d和图7d的示例性实施方式;
[0059] 图8a示出了根据本发明的装置的一个实施方式的前视图;
[0060] 图8b示出了图8a的装置沿A-A线的截面侧视图;
[0061] 图9a示出了用于图8a和图8b的装置中的、根据本发明的驱动组件的示意性仰视图;
[0062] 图9b示出了如图9a中示出的驱动组件的示意性侧视图;
[0063] 图9c示出了如图9a和图9b中示出的驱动组件的示意性端视图;
[0064] 图10a示出了与图9a、图9b和图9c中驱动组件一起使用的、根据本发明的一个主板保持器的实施方式的示意性顶视图;
[0065] 图10b示出了图10a的主板保持器的实施方式的示意性侧视图;
[0066] 图11a示出了与图10a和图10b的主板保持器一起使用的、根据本发明的主板的实施方式的示意性顶视图;
[0067] 图11b示出了图11a的主板的实施方式的示意性侧视图;
[0068] 图12a示出了根据本发明的主板的另一实施方式的示意性顶视图;
[0069] 图12b示出了图12a的主板实的施方式的示意性侧视图;
[0070] 图12c示出了图12a的倾斜元件的实施方式的示意性端视图;
[0071] 图13a示出了根据本发明的倾斜元件的实施方式的示意性顶视图;
[0072] 图13b示出了图13a的倾斜元件的实施方式的示意性侧视图;
[0073] 图13c示出了图13a的倾斜元件实施方式的示意性端视图;
[0074] 图14a示出了根据本发明的倾斜元件的第一实施方式的示意性顶视图;
[0075] 图14b示出了图14a的倾斜元件的实施方式的示意性侧视图;
[0076] 图14c示出了根据本发明的倾斜元件的第二实施方式的示意性顶视图;
[0077] 图14d示出了图14c的倾斜元件的实施方式的示意性侧视图;
[0078] 图14e示出了根据本发明的倾斜元件的第三实施方式的示意性顶视图;
[0079] 图14f示出了图14e的倾斜元件的实施方式的示意性侧视图;
[0080] 图15a描述了图12a和图12b的主板的顶视图,其中多个倾斜元件与该主板接合;
[0081] 图15b描述了图15a的主板的侧视图;
[0082] 图15c描述了图15a和图15b的主板的端视图;
[0083] 图16a示出了用于图8a和图8b装置中的、根据本发明的关闭装置的实施方式的示意性端视图;
[0084] 图16b示出了如图16a中所示的关闭装置的示意性端视图;
[0085] 图17a示出了用于图8a和图8b装置中的、根据本发明的发射源保持器的示意性端视图;和
[0086] 图17b示出了如图17a中所示的发射源保持器的示意性端视图。

具体实施方式

[0087] 本发明提供一种设备、装置和方法,用于通过包括中性氢分子通量发射、溅射、电子束蒸发或根据本发明可用于涂覆多个制品的其它涂覆技术的工艺,在这些制品表面施加涂层。
[0088] 现有技术的解决方案不能提供均匀的涂层,特别是对于需要薄膜涂层的制品,具有的缺陷包括:因不均匀性引起制品在光学方面的变化,不充分地“环绕”且因此涂层围绕制品的边缘未恰当延伸,引起涂层从制品剥离和脱粘。
[0089] 此外,当需要这种涂层是透明时,现有技术的解决方案不允许非常薄的涂层易于施加至制品。
[0090] 本发明通过提供能够使更均匀和充分粘结的涂层施加至制品的设备、系统和方法,提供现有技术中缺陷的解决方案。
[0091] 本发明还提供一种设备、系统和方法,用于在制品上施加功能涂层,例如抗菌涂层和防湿涂层,其充分地结合至制品,以便充分地抵抗典型使用下制品经历的磨蚀和磨损,并且其在实施方式中是光学透明的。
[0092] 因而,本发明提供可为功能性、装饰性或其组合的涂层。
[0093] 特别地,本发明的实施方式提供一种设备、系统和方法,用于施加抗菌涂层,其能够以足够低的厚度,例如单层或具有分子水平厚度,施加至制品,以便涂层是光学透明的,并且不减损光学特性。可应用的制品的例子包括珠宝物品、钟表组件、医疗设备、医疗器械、移植物、卫生器械、容器、器皿、包装材料等。
[0094] 所述制品可基本上是平面或非平面,并且本发明提供用于涂覆这些制品的方法和设备。
[0095] 参照涂覆手表或钟表零件或部件的应用,这些部件通常基本上是平面,具有相反表面,因此为了特定的商业应用,可能需要在一个表面或两个表面上施加涂层。
[0096] 例如,根据本发明,应用包括涂覆用于手表或钟表的小尺寸部件,金属基,硅基和镍磷(Ni-P)材料。
[0097] 对于应用在手表和钟表中的硅组件,沉积层的必要目的通常是装饰性目的。特别地,为了装饰性目的,可通过色彩应用的方式施加金属层。可利用其它方法以在由硅形成的部件上获得不同的颜色,诸如采用PECVD或LPCVD沉积氮化硅,或通过热化热生长氧化硅。但是,这些方法和工艺会遇到困难,以致会妨碍获得纯色效果。
[0098] 举例来讲,通过在这种部件上沉积约1500nm厚度的氮化硅,该颜色提供了淡金黄色的视觉外观,但该视觉外观与提供一种金属金色表面视觉外观相差很远。
[0099] 根据本发明,为装饰或装饰性目的,为了涂覆硅手表或钟表部件,可能要通过溅射或电子束蒸发技术施加涂层至制品。
[0100] 如本领域技术人员将会理解的,本发明适于涂覆的材料不限于金属,可扩展至可能需要施加这些涂层的其它或替代材料,例如,包括硅或硅基材料。
[0101] 在本发明的其它方面,该发明可用于以功能涂层涂覆制品,诸如,抗菌涂层,抗过敏敏感涂层,或不润湿涂层。
[0102] 在这些应用中,制品,诸如珠宝制品,最初可能具有施加至它的成分(formulation),然后该成分可通过诸如根据本发明的发射源活化或反应,这导致涂层活化或固化,从而被施加至制品表面。这些珠宝制品可由诸如金、银、铂等的材料形成,但不限于这些材料。
[0103] 参照图1,示出了根据本发明的设备100的实施方式的示意图,其用于涂覆制品130,由此其中每个制品130具有至少第一待涂覆表面 140。
[0104] 装置100包括发射源120,用于将发射元素155引向制品130的第一表面140。提供至少一个支撑构件110用于支撑制品130,以便支撑构件110支撑制品130,使得第一表面140暴露于发射源120的发射路径155。
[0105] 提供驱动组件160,用于移动设置在腔190内的支撑构件110,以便制品130相对于所述发射源120的发射路径是可移动的。
[0106] 在本实施方式中,发射源120是中性氢分子通量发射源,并且发射元素为中性氢分子155。中性氢分子通量发射源120将中性氢分子 155的通量引向支撑构件110,以便在中性氢分子155碰撞制品130的表面140处或上的分子时,制品表面处或上的分子元素间的键选择性断裂。
[0107] 中性氢分子通量发射源120包括氢等离子源170,氢气130被输送至氢通量发射源120,并且氢等离子145被加速到腔125,并且中性氢分子通量被引向制品130。
[0108] 氢等离子源170可为选自包括DC等离子、RF等离子、常规微波等离子或电子回旋共振(ECR)微波等离子的组的等离子源。
[0109] 在一个实施方式中,中性氢分子通量发射源120将具有在约1eV 到约100eV的范围内的动能的中性氢分子155通量引向支撑构件110,以便在中性氢分子碰撞包括C-H键和Si-H键中任一种或其组合的制品表面处或上的分子后,C-H键和Si-H键选择性断裂。
[0110] 如于本发明中使用的用于断裂键的中性氢分子通量发射通量的提供,通过以下的用于断裂制品表面处或上的分子中的C-H分子键和 Si-H分子键中的任一种或其组合的步骤提供:
[0111] (a)形成等离子并从所述等离子提取具有在约50eV到约 1KeV的范围中的能量的质子通量;然后
[0112] (b)将质子通量引入腔室,并向腔室内导入氢分子;
[0113] (c)通过来自所述质子通量的质子与氢分子的碰撞,将动能传递至所述氢分子,以产生高能氢分子;
[0114] (d)通过所述高能氢分子和其它氢分子之间的级联碰撞,生成具有在约1eV到约100eV的范围内的动能的中性氢分子通量,产生高能氢分子的全方向散射;和[0115] (e)将中性氢分子的通量引向基体表面,以便在中性氢分子碰撞包括C-H键和Si-H键中任一种或其组合的表面处或上的分子后,C-H 键和Si—H选择性断裂。
[0116] 在中性氢分子与制品130的表面140碰撞后,选择性断裂的键与自身交联,或与表面140上导致表面特性改变的其它化学基团交联,或其是以上交联的组合。
[0117] 存在不同的方法来执行这种工艺,并且这种工艺的细节,包括理论背景,可参考Lau,W.M.Leo等人的美国专利US9,113,544,申请号为13/255,038,该专利的工艺在此通过交叉参考的方式引入。
[0118] 如本领域技术人员将理解的,为了不同的应用可使用其它发射源,而不背离本发明。
[0119] 为了克服或改善包括以上确定和列举的那些现有技术缺陷,在本实施方式中,支撑构件110相对于与支撑构件110的纵向轴线平行的旋转轴线165径向偏离185,并且多个保持器175相对于第一支撑构件 110的纵向轴线径向向外延伸,以便制品130的第一表面140暴露于所述发射源120的发射路径。
[0120] 在驱动组件160使支撑构件110围绕旋转轴线165旋转时,制品 130在发射元素155的路径内旋转,以便制品130的第一表面140暴露于发射源120的发射元素155。
[0121] 如将理解的,在本实施方式中,旋转轴线165大体穿过保持器175 的中心延伸,以便保持器175和其上的制品绕旋转轴线旋转。
[0122] 因此,这些制品被保持为与发射源120相距大约相同的距离,这导致更均匀的发射元素155场碰撞到制品130,在制品的表面140上产生更均匀的涂层。
[0123] 另外,随着制品130的旋转,制品的更多表面暴露于发射元素,因此可施加涂层至制品130的基本上整个外表面。另外,通过使这些制品相对于发射源120的发射场倾斜,并以所述方式旋转这些制品,提供了制品155相对于发射制品130的增大暴露面,从而提供了涂层对于这些制品的更大覆盖。
[0124] 本发明通过对制品更大的面提供更均匀的覆盖,实现了:
[0125] (i)更均匀的颜色效果,如果需要,
[0126] (ii)更均匀厚度的涂层,
[0127] (iii)增大的“环绕”,这降低边缘剥离和脱粘。
[0128] 在本发明的实施方式中,采用中性氢分子通量发射源作为发射源,可提供制品表面上的材料的活化,由此获得材料和制品间的结合,其提供更大的强度和更大的耐脱粘、耐磨损和耐分解。适当的这些材料包括功能性材料,诸如抗菌涂层和耐湿涂层,由此如上所述,抗菌或耐湿材料中的选择性断裂的键允许与制品键合,这是一个高强度的键,由此,功能性涂层可均匀地施加至制品,并且具有均匀的厚度。
[0129] 在本实施方式中,进一步解决了现有技术的缺陷,因为暴露于发射通量之前,制品已具有施加至它表面的前体,由此前体材料变为涂层,可以施加基本上均匀厚度的非常薄层的前体。通过键断裂和形成处理,获得在分子水平上的非常薄厚度的涂层。这种涂层具有基本上均匀的厚度,并可为光学透明的,并且充分粘结。
[0130] 参照图2,示出了用于相对发射源支撑多个待涂覆制品的、根据本发明的旋转装置200实施方式。提供多个支撑构件210,其中每个支撑构件210是大体细长的,并包括用于沿支撑构件210的纵向轴线保持多个制品的多个保持器220。
[0131] 类似地,如参照图1所述,每个支撑构件210相对于与第一支撑构件210的纵向轴线平行的旋转轴线230径向偏离,并且其中多个保持器220相对于支撑构件210的纵向轴线径向向外延伸,以便制品的至少第一表面暴露于发射源的发射路径240。
[0132] 在本实施方式中,各支撑构件210的各旋转轴线230围绕与支撑构件的纵向轴线平行的第一中心轴线250等距并径向分布,并且这些支撑构件由第一旋转平台260承载。
[0133] 旋转平台260可围绕第一中心轴线250旋转,以便每个支撑构件 210可移动至暴露位置,以暴露制品至发射源的发射元素。
[0134] 参照图3,示出了根据本发明的另一个旋转装置300的实施方式,用于相对发射源支撑多个待涂覆制品。
[0135] 旋转装置300包括具有多个支撑构件310的多个旋转平台360,其功能与参照图2所述的功能相同,由此这些支撑构件310相对于旋转轴线径向偏离,并绕其旋转,并且平台360能够绕轴线旋转,以推动支撑构件310进入暴露位置390。
[0136] 在本实施方式中,旋转平台360围绕主中心轴线370在圆周方向上是可移动的,以便可移入或移出发射元素路径380。
[0137] 如将指出的,具有三个平行的旋转轴线,并且本实施方式的旋转装置允许用于使用诸如本发明的涂覆装置来涂覆大量制品。
[0138] 另外,多个平台的实施方式允许大量制品放置在真空腔中,这对于这种涂覆装置具有典型性,从而由于不需要重复施加合适的真空度,以及不需要重复稳定在这种涂覆装置中需要的操作温度和湿度条件,设置时间显著减小。这也有助于为大量制品涂覆节约大量的时间和成本,以及提供相对上述现有技术的物理优势。
[0139] 参照图4,示出了根据本发明的旋转装置400的实施方式的摄影图。旋转装置400包括零件,功能上与参照图3所示出和描述的那些等同,由此旋转装置400包括多个旋转平台460,具有多个支撑构件 410,其中支撑构件410径向偏离旋转轴线并绕其旋转,以及平台
460 相对轴旋转,以推动支撑构件410进入暴露位置。
[0140] 参照图3所述的旋转运动在本实施方式中通过一系列齿轮实现,以便所有运动同步并在真空腔外部集中控制。
[0141] 因此,本实施方式允许涂覆大量制品,除有关现有技术工艺施加涂层的优势外,由于不需要多次打开真空腔以涂覆多个制品,进一步消除了稳定真空、温度和湿度的必要性。
[0142] 另外,由于可在单个处理阶段中采用旋转装置400涂覆许多制品,其在暴露位置提供了精确以及可重复的沉积,生成具有一致的涂层质量的制品。定位以及驱动旋转装置组件的齿轮机械装置增强了制品在暴露位置处的定位的控制和精度。
[0143] 参照图5a,描述了根据现有技术的溅射工艺。在该工艺中,提供了发射组件500,发射组件500具有发射源502并具有孔504,发射源元素510、诸如离子通过该孔被发射至制品520,以通过沉积在制品的第一表面522上提供涂层。
[0144] 如将看到的,至不同制品520的发射路径500在长度上是不同的,并且以不同的度524和526碰撞不同的制品520。这样的技术,在提供涂层至制品520的第一表面522时,在不同的制品之间提供了不均匀的涂层厚度。而且,单个制品520也具有不均匀的涂层厚度。
[0145] 这样的不均匀性导致制品520具有多种缺陷,包括:
[0146] (i)在颜色类型应用方面,制品之间产生不规则的颜色效果。正如可能被理解的,颜色效果的敏感性取决于涂层参数,特别是涂层厚度,并且涂层之间厚度的变化导致制品之间的不均匀性,导致着色制品之间的不一致,导致最终的产品物器,诸如钟表或手表部件缺乏重复性,其可导致最终产品间的不同。这降低了最终产品的质量和一致性,并且具有有害的市场影响。
[0147] (ii)单个制品内的不规则的颜色效果与如(i)中所述的制品之间的效果相同,由于不用参考其它制品对比就可容易地观察到不一致性的附加缺陷,再次有害于质量。
[0148] (iii)在涂覆过程中,制品上的、需要压力夹具的未涂覆盲区可能遮盖制品,并且这可能引起相对溅射源的背面上的涂层表面的不均匀性。
[0149] (iv)由于接触膜和压力夹具间的硬接触,膜或涂层潜在地相对容易划掉,导致缺陷产品和产量减小。
[0150] 现有技术的其它缺陷是在制品的边缘上有最小的沉积或涂层形成,这提供了美学上的劣等产品,导致低产量,和增加的检查时间以及满足设计要求的测定。
[0151] 此外,现有技术的这种技术,由于与要施加涂层的制品表面邻近的边缘的薄涂层和“环绕”不足,导致制品具有涂层易于从制品剥落或脱粘的敏感性,由此导致低产量,且增加了检查时间以及满足设计要求的测定。这也可能在一段时间后导致故障,具有有害的商业影响。
[0152] 更进一步,这种现有技术需要从放置制品的基体上移除制品,这可能损害涂层的完整性并引起一些剥落,再次导致低产量和增加的检查时间以及满足设计要求的测定。
[0153] 再更进一步,现有技术不容易提供制品的相反表面的涂覆,其不允许涂层从边缘“环绕”,再次导致涂层与制品间潜在的脱粘或脱层。
[0154] 现在参照图5b,为了与图5a中现有技术比较的目的,示出了本发明实施方式的装置。在这种工艺中,存在发射装置100a,其具有发射源502a并具有孔504b,通过该孔发射源元素510a,诸如离子发射至制品520a,由此通过诸如沉积工艺,在制品的第一表面522a上提供涂层。
[0155] 正如看到的,至不同制品520的发射路径500在长度上是不同的,并且以不同的角度524和526碰撞不同的制品520。这样的技术,在提供涂层至制品520的第一表面522时,在不同的制品之间提供不均匀的涂层厚度。而且,导致单个制品520具有不均匀的涂层厚度。这样的不均匀性导致制品520具有包括上述提到的那些多种缺陷。
[0156] 如根据本发明所示的,相对于发射装置500a,制品520a径向偏离,并且制品的第一表面522a受到的相对于发射源元素110a的暴露更均匀。如实施方式中所示,制品520a基本上为平面,由此发射源元素510a 相对于第一表面522a的入射角525基本上是法向的,即是垂直的。
[0157] 在本实施方式中,并且如本领域技术人员将容易理解的,可在制品,以及在制品间,施加更均匀厚度的涂层。
[0158] 参照图6,根据本发明,基于制品620相对于发射源的位置,发射路径角度变化。因而,制品620需要设置在不同的角度,从而以基本垂直的角度与相应发射路径匹配或一致。通常,制品620与水平线间的夹角应该与发射路径和垂直线间的夹角相同。
[0159] 参照图7a和图7b,根据本发明,发射的暴露区域为圆锥形状,由此将通过高电压从发射源发射具有高能量的离子或发射元素。尽管发射路径710是不均匀的,但在与基体740形成的圆锥区域产生大体集中的发射区域。
[0160] 为了获得最均匀的沉积厚度,制品720优选在弧表面上倾斜,以从图6中所示的垂直发射路径接收发射。
[0161] 因此,在本实施方式中,制品720的倾斜角度的规则是基于这样的条件,即保持发射路径垂直于制品第一表面。因而,当需要时,需要通过例如沉积方式形成相同的涂层厚度的制品将被定位在距发射源 700相同的径向距离处,并且以相同的倾斜角定位。
[0162] 参照图7c至7e,示出了本发明的一个实施方式的示意图,由此以如参照图5a至图5b所述的倾斜角所述方式,描绘了要涂覆的制品783,由此示出了支撑构件786的具有第一倾斜元件782、第二倾斜元件785 的部分以及待涂覆制品783,其中支撑元件784提供从第一倾斜元件 782延伸至第二倾斜元件785的第一倾斜面并且具有第二倾斜面,并且通过制品
783中的孔。本领域技术人员将理解,支撑元件784、785可与支撑构件786一体形成,并且不必是独立的元件。
[0163] 参照图7c,如图所示,制品783是大体平面的,并且由第二倾斜元件785支撑,使制品783的第一表面与第二倾斜元件785接合。
[0164] 如在图7d中所示的,当支撑构件786顺时针或逆时针转动约90 度时,在被认为相对于重力基本垂直的纸平面内,制品783沿支撑元件784并朝向第一倾斜元件782移动,并且与支撑元件784以可滑动方式接合。
[0165] 如图7e中所述的,进一步转动90度后,支撑构件786已经旋转整整180度,并且制品783已经在重力作用下有效地翻转,从而制品 783的第二表面与第一倾斜元件782接合,其中制品783的第一表面被暴露。
[0166] 结合以下实施方式和实施例使用本实施方式,并且本实施方式允许制品783:
[0167] (i)在两个相反的侧面上涂覆,
[0168] (ii)在它的边缘上涂覆,
[0169] (iii)从边缘到主表面提供“环绕”的涂覆,
[0170] (iv)使得涂覆后易于移除,并使得脱粘最小化,
[0171] (v)当与上述实施方式结合使用时,允许两制品之间的以及单个制品中的涂层厚度的均匀性,以及
[0172] (vi)不需要夹紧夹具,从而避免了盲点效应。
[0173] 参照图8a和图8b,示出了用于提供涂层至制品的、根据本发明的装置810的实施方式的示意图,例如,其可用于基于溅射的沉积,以溅射微型部件。这种装置也可用于涂覆,例如抗菌涂料层、抗过敏敏感涂层或不润湿涂层。
[0174] 该装置810包括:真空腔811,在其中能够进行涂覆,诸如基于溅射的沉积;底板812,其支撑主板保持器816a;主板815,其保持在真空腔811内的可控旋转;发射源保持器
813,其提供对溅射沉积靶的支撑;和可旋转的窗板814,其具有不同直径的孔,并且控制源保持器 813的发射区域。
[0175] 参考图9a、9b和9c,示出了适于与图8a至8b的装置810结合使用的驱动组件920。驱动组件包括盖元件922,其在本实施方式中设置为大于旋转盘921,并且其用作如图8a和8b的装置810的真空腔811 入口处的密封件
[0176] 如将被本领域技术人员理解的,布线和传输元件可从真空腔811 外部的周围环境与连接杆923连接。旋转盘921是带动力的,以便在真空腔811内以可变的速度和时间间隔可操作地旋转,并且在装置外例如由操作者控制和编程。
[0177] 参考图10a和图10b,示出了根据本发明的主板保持器630的实施方式,用于与图9a、图9b和图9c的驱动组件一起使用。
[0178] 如所示的,提供的主板保持器1030为圆形形状,这允许其与例如参照图5b至图8描述的本发明实施方式结合使用。提供中央杆1034、台阶部1031及槽1032,用于定位及固定主板(见图11a和图11b),容器1033用于存储制品,并且通过在容器633上编号用于识别制品,以便于记录。圆形形状的主板保持器1030设计用于与图11a和图11b 中的圆形形状主板1140结合使用。主板保持器1030用于固位保持主板1140,并且被安装在图8的基板1012上,用于根据本发明处理和涂覆制品。
[0179] 参照图11a和图11b,示出了圆形形状的主板1140,具有组装至它的倾斜元件模1141(更详细的参见图9a),以便待涂覆的制品被悬置在倾斜元件模块1141之间,如参考图
7c至7e所述。对于彼此间需要具有相同涂层状态的制品,根据制品的大小和沉积厚度要求,这些制品以距中心彼此相同的半径布置在同一圆周上,并以相同的方式倾斜。在本实施方式中,如所示的,在主板1140上有4个圈,内圈、第1外圈、第2外圈和最外圈,从而具有不同涂层要求的制品可放置在适当的圆周上并以适当倾斜度放置,以便提供同时处理。
[0180] 参照图12a、图12b和图12c,如所示的,提供了正方形形状的主板1250,具有空槽1251和手柄1252。空槽1251可用于插入多种倾斜元件,并且手柄1252用于传送和安装操作。
孔1253用于从上到下穿过的支撑元件,以保持接合在倾斜元件间的、用于处理的制品。如将理解的,根据需要,正方形形状主板的使用适用于在增大涂层厚度均匀性并不关键的应用中涂覆制品,但仍然避免了其它缺陷,诸如现有技术工艺导致的遮盖区域。
[0181] 参照图13a、图l3b和图13c,图解示出了具有特定的宽度961和倾斜角的倾斜元件1360的实施方式。倾斜元件1362用于支撑待涂覆的制品和在涂覆(诸如通过溅射沉积)过程中保持倾斜方向。根据主板上制品的不同尺寸和位置,可使用不同的设计。
[0182] 参照图14a、图14b、图14c、图14d、图14e和图14f,示出了具有不同倾斜角的倾斜元件的三个示例性实施方式。如所描述的,与具有较小宽度的图14c和图14d的实施方式1472相比,图14a和图14b 的实施方式1471具有较大的宽度,而图14e和图14f的实施方式1073 具有更陡的倾斜角。本领域技术人员将理解,根据所需的参数,可以配置许多替代实施方式。
[0183] 参照图15a、图15b和图15c,在其中,示出了与图12a至12c中相类似的正方形主板1590与在其中的倾斜元件的组合。该组件在涂覆过程中以参照以上图7c至7e所述的方式操作,由此在旋转过程中制品在重力作用下“翻转”。
[0184] 参照图16a和图16b,示出了在图8a和8b的装置中使用的窗板装置16100的实施方式,并且其具有不同直径的孔16101。为了实施涂覆,发射元素,诸如来自发射源的发射离子穿过孔16101,或在溅射涂覆的情况下溅射,到达主板表面。为了控制发射区域,使用孔16101,因此旋转窗板装置16100,以便与具有必要的不同直径的必要孔16100对准。
[0185] 参照图17a和图16b,示出了发射源保持器17110的实施方式,其例如与图8a和8b的装置一起使用,以及用于保持诸如金、铬等的溅射源。
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