众所周知，卷对卷装置是广泛应用于工业生产中的新型设备，随着世界 进至电子信息及新能源产业快速发展的新时代。它成为这些新兴的高科技产 业一种新型的高效生产装备，如在印刷电路板领域，柔性基体太阳电池领域， 柔性便型电子器件领域都有应用的报道。以其简便的制备流程可以大大提高 这些领域的生产效率，降低这些部件的生产成本。此外它也是最适用于柔性 基体生产过程中的工业化生产技术。随着电子器件及太阳电池向轻便化及薄 膜化方向发展，其正在逐渐成为一种新的行业技术标准，将得到广泛应用。
等离子体增强化学气相沉积技术作为目前广泛使用的一种有效薄膜制 备技术目前在各个领域得到广泛应用，可以在各种衬底上沉积薄膜材料。沉 积条件通过为低气压，所以整个系统为高真空设备。目前技术的发展需要越 来越多的在柔性基体上镀膜，不同于通常的钢性基材，如玻璃，陶瓷及金属 板材，这些材料耐热性、表面平整度及抗变型性都要比柔性基体强。通常期 望在所镀基体表面获得均一的薄膜，这就对基体表面平整度提出了较高的要 求。而对于柔性基体，由于在受热情况下的热收缩效应及易变型特点，如果 没有外力给予一定的衡张力控制，柔性基体如聚合物衬底会发生挠曲，从而 导致无法镀膜或者镀膜出现严重的不均匀性。此外对于柔性衬底，由于其柔 软易变型，如果采用通常处理刚性基体的技术，在实际中会遇到很多困难和 达不到所要求的效果。因此对于工业镀膜中处理柔性基体，通常采用卷对卷 工艺，一方面与符合柔性基体的特性，另一方面可以大大提高柔性基体材料 的处理效率、降低成本。
硅基薄膜太阳电池是目前发展较为成熟，低成本的光伏技术。目前其主 要生产技术是等离子体增化学气相沉积。柔性基体硅基薄膜太阳电池是其重 要的研究和发展发向，在轻量化和便携上具有其它种类太阳电池不可替代的 优势。由于其生产工艺要求沉积的优化温度在200-220℃，在此温度下，柔 性基体如PET、PEN，PI等会发生型变，而高效的硅基薄膜太阳电池要求所沉 积的薄膜表面厚度不均匀度＜10％，因此需要对柔性基体在镀膜过程中纵向和 横向的张力进行精确恒定控制。此外对于卷绕的柔性基体，其通常会吸附大 量的气体，这些气体分子对于硅基薄膜的制备是有害的，因此需要在进入沉 积室之前通过加热及低真空去除这些吸附的气体。此外柔性基体沉积卷对卷 沉积薄膜过程中是一个连续的过程，需要对于等离子增强化学气相沉积反应 器的电极进行特殊设计，以获得均匀厚度的薄膜。
此外对于目前在液晶行业广泛应用的薄膜晶体管，通常也是采用等离子 体增强化学气相沉积技术。其制备工艺与硅基薄膜太阳电池沉积过程相似， 相关要求也与硅基薄膜太阳电池相似，但是其对于薄膜厚度的均匀性要求更 高，要求薄膜厚度的不均性度＜5％。未来对于柔性基体薄膜晶体管发展需要 大规模在柔性基体上沉积薄膜晶体管。
本发明正是基于以上考虑，着力于解决目前存在于柔性基体等离子体增 强化学气相沉积过程中存在的问题及相关技术要求。发明了用于未来柔性基 体薄膜沉积的卷对卷等离子体增强化学气相沉积装置
本发明不仅可以应用于硅基薄膜的沉积，也可以用于其它需要在柔性基 体沉积功能薄膜的领域，如建材、电子信息等领域。

本发明的目的是设计一种可以在柔性基础上进行稳定的化学沉积的卷对 卷等离子体增强化学气相沉积装置。
本发明的技术方案是：
一种卷对卷等离子体增强化学气相沉积装置，其特征是它包括：
一卷出辊2，该卷出辊2上卷绕有等解卷的带状柔性基体材料，所述的 卷出辊2安装在真空室1中；
一卷绕辊11，该卷绕辊11将前述卷出辊2解开的柔性基体材料按照卷对卷 方式进行重新卷绕成卷，所述的卷绕辊11安装在真空室22中；
一加热腔15，该加热腔15的一端与真空室1相连，另一端与沉积腔10相连， 沉积腔10的一端与真空腔22相连，加热腔15中安装有加热装置5，沉积腔10中 安装有等离子增强化学气相沉积装置14；
一垂直传送导轨3，它位于真空室1中，卷出辊2上的柔性基体材料垂直拉 出后进入与之相连的水平传送导轨20，水平传送导轨20贯穿真空室1和真空室 22之间的加热腔15和沉积腔10；
一与水平传送导轨20相连的设置在真空室22中的用于将经过沉积后的柔 性基体材料送入卷绕辊11中的导轨16；
一分别安装在真空室1、真空室22和加热室15中的用于使柔性基体材料在 传送过程中保持张力的张紧轮组4，6，13；
一安装在真空室22中用于使进入卷绕辊11上的经过沉积后的柔性基体材 料快速冷却的冷却辊12。
所述的冷却辊12为水冷冷却辊。
本发明的卷对卷等离子体增强化学气相沉积装置还包括一个用于将卷出 辊2上的柔性基体材料拉出引入卷绕辊11的基材导引装置。
所述的基材导引装置主要由活动导引头201、动力驱动滑动轮203和基 材夹持装置204组成，活动导引头201与动力驱动滑动轮203相连，动力驱 动滑动轮203安装在运行轨道202上，基体夹持装置204与带动其运动的活 动导引头201相连。
所述的导轨16斜置于真空室22中并位于张紧轮组13和冷却辊22之间。
所述的等离子增强化学气相沉积装置14包括用于对基体在沉积膜时进 行均匀加热的加热电极141、中空的功率源阴极电极外壳142以及等离子体 发生电极145，所述的加热电极141同时也是接地阳极电极，该加热电极141 中安装有带状加热元件148，中空的功率源阴极电极外壳142同时也是尾气 排放通道，在其上连接有尾气板144和尾气泵143，以获得均匀的气体流场， 等离子体发生电极145包括间隔排列的阳极和阴极，等离子体发生电极145 为中空结构，在其面向柔性基体材料的一面上开有小孔，中空结构内部149 为气流通道，上表面气孔146为气体流出通道，其中阴极电极与功率源相连， 阳极与接地线相连。
所述的等离子体发生电极145由外框架101、阳极接地电极103、功率源 馈入电极102和绝缘装置104构成，阳极接地电极103的数量为5-50个，阴 极功率源馈入电极102的数量为4-49个，阳极接电电极数量比阴极功率源馈 入电极数量多一个，并且各电极之间距离相等；本等离子体电极设计适用于 功率源的频率范围在13.56-133MHz。
所述的加热装置5为平板状加热装置，它主要由外框架301，加热元件 夹具302、加热元件303和电源接入电极304，305组成，加热元件303与加 热元件夹具302之间通过耐高温电绝缘器件绝缘，加热元件303呈平行排列 形成加热平面。
真空室2和真空室22均为由结构件及保温板组成的双层箱体，在其内壁 设有带状加热板，可以对传输中的柔性基体材料加热，在真空室的壁上设有 真空泵接口，用于连接真空泵使腔室始终保持于工作时的低压状态。
本发明的有益效果：
本发明的卷对卷等离子体增强化学气相沉积装置可以恒速状在柔性基 体材料表面采用等离子体增强化学气相沉积法沉积各种薄膜材料。基体在镀 膜时表面的不平整度＜5％，所采用的面状加热器使基体温度不均匀性＜10％， 使用寿命＞1年，通过加热及高真空的环境，使得基体表面吸附气体的解析 率在进入等离子化学气相沉积室前＞95％。采用线阵列式RF电极结构，使得 在薄膜沉积过程中横向不均性＜10％。采取轨道和垂直输输运的方式，提高了 柔性基体在真空腔室中的运输效率，此外也方便对于基体在高温下表面张力 进行精确控制，大大减少由于柔性基体在高温下由于热收缩而引起的表面不 平整现象。采用多个卷出辊和卷绕辊室并行排列，提高设备的运行效率，也 方便多个沉膜设备的互联，形成完整的连续沉膜生产线。
由于柔性基体通常在镀膜所需温度机械性能较差，要保持整个镀膜面的 平整，需要非常精确的对于柔性衬底纵向和横向的张力进行精确的控制，使 得整个膜与表与电极平行。此外柔性基体热容小，降温和升温都较快。在镀 膜时要保持基体温度的恒定需要对基体在整个真空腔室中输运时进行恒温加 热，通过加热一方面可以解析其所吸附气体，另一方面获得均匀的镀膜温度。 针对以下措施，本发明采用垂直恒长力方式使基体在自身重量条件下及横向 张力控制装置作用下在整个镀膜过程中保持恒定，采用多组恒张力控制辊使 得基体纵向张力在传输过程中保持恒定，在卷出辊和加热室中加装连续的加 热装置，一方面使基体温度恒定，另一方面使得吸附气体解析。依本发明设 计，基体在镀膜时表面的不平整度＜5％，所采用的面状加热器使基体温度不 均匀性＜10％，使用寿命＞1年，通过加热及高真空的环境，使得基体表面吸 附气体的解析率在进入等离子化学气相沉积室前＞95％。采用线阵列式RF电 极结构，使得在薄膜沉积过程中横向不均性＜10％。
本发明依据柔性基体的特点，采取轨道和垂直输输运的方式，大大提高 了柔性基体在真空腔室中的运输效率，此外也方便对于基体在高温下表面张 力进行精确控制，大大减少由于柔性基体在高温下由于热收缩而引起的表面 不平整现象。此外采用高真空下对于柔性基体运行过程中进行连续面状均匀 加热，使得基体在运行过程中表面所吸附气体完全解析，提高在进行等离子 体沉积制备时的质量。采用多个卷出辊和卷绕辊室并行排列，大大提高设备 的运行效率，也方便多个沉膜设备的互联，形成完整的连续沉膜生产线。依 柔性基体和连续沉膜的特点，设计了线列式平行排列RF阴极和阳极结构，在 提高镀膜质量和横向均匀性的同时，提高了设备的可靠性。综合以上各技术， 可以实现在柔性衬底上连续高效的采用等离子体增强化学气相沉积法制备各 种膜材料。
附图说明
图1是本发明整个沉积装置的俯视结构示意图。
图2是本发明的等离子化学沉积装置的结构原理图。
图3是本发明的化学沉积装置的电极结构示意图。
图4是本发明的一侧柔性基材导引装置结构示意图。
图5是本发明的平面状加热器的结构示意图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-5所示。
一种卷对卷等离子体增强化学气相沉积装置，它主要由以下各部分组成 (如图1所示)：
一卷出辊2，该卷出辊2上卷绕有等解卷的带状柔性基体材料，所述的 卷出辊2安装在真空室1中；
一卷绕辊11，该卷绕辊11将前述卷出辊2解开的柔性基体材料按照卷对卷 方式进行重新卷绕成卷，所述的卷绕辊11安装在真空室22中；
一加热腔15，该加热腔15的一端与真空室1相连，另一端与沉积腔10相连， 沉积腔10的一端与真空腔22相连，加热腔15中安装有加热装置5，沉积腔10中 安装有等离子增强化学气相沉积装置14；
一垂直传送导轨3，它位于真空室1中，卷出辊2上的柔性基体材料垂直拉 出后进入与之相连的水平传送导轨20，水平传送导轨20贯穿真空室1和真空室 22之间的加热腔15和沉积腔10；
一与水平传送导轨20相连的设置在真空室22中的用于将经过沉积后的柔 性基体材料送入卷绕辊11中的导轨16；
一分别安装在真空室1、真空室22和加热室15中的用于使柔性基体材料在 传送过程中保持张力的张紧轮组4，6，13；
一安装在真空室22中用于使进入卷绕辊11上的经过沉积后的柔性基体 材料快速冷却的冷却辊12，冷却辊12可采用水冷冷却辊；
以及一用于将卷出辊2上的柔性基体材料拉出引入卷绕辊11的基材导引 装置，该基材导引装置主要由活动导引头201、动力驱动滑动轮203和基材 夹持装置204组成，活动导引头201与动力驱动滑动轮203相连，动力驱动 滑动轮203安装在运行轨道202上，基体夹持装置204与带动其运动的活动 导引头201相连，如图4所示。
具体实施时：
导轨16斜置于真空室22中并位于张紧轮组13和冷却辊22之间。
等离子增强化学气相沉积装置14包括用于对基体在沉积膜时进行均匀 加热的加热电极141、中空的功率源阴极电极外壳142以及等离子体发生电 极145，所述的加热电极141同时也是接地阳极电极，该加热电极141中安 装有带状加热元件148，中空的功率源阴极电极外壳142同时也是尾气排放 通道，在其上连接有尾气板144和尾气泵143，以获得均匀的气体流场，等 离子体发生电极145包括间隔排列的阳极和阴极，等离子体发生电极145为 中空结构，在其面向柔性基体材料的一面上开有小孔，中空结构内部149为 气流通道，上表面气孔146为气体流出通道，其中阴极电极与功率源相连， 阳极与接地线相连，如图2所示。其中的等离子体发生电极145由外框架101、 阳极接地电极103、功率源馈入电极102和绝缘装置104构成，阳极接地电 极103的数量为5-50个，阴极功率源馈入电极102的数量为4-49个，阳极 接电电极数量比阴极功率源馈入电极数量多一个，并且各电极之间距离相等； 本等离子体电极设计适用于功率源的频率范围为13.56-133MHz，如图3所示。
加热装置5可采用平板状加热装置，它主要由外框架301，加热元件夹 具302、加热元件303和电源接入电极304，305组成，加热元件303与加热 元件夹具302之间通过耐高温电绝缘器件绝缘，加热元件303呈平行排列形 成加热平面。如图5所示。
此外，真空室2和真空室22应采用均由结构件及保温板组成的双层箱体， 在其内壁设有带状加热板，可以对传输中的柔性基体材料加热，在真空室的 壁上设有真空泵接口，用于连接真空泵使腔室始终保持于工作时的低压状态。
详述如下：
一种卷对卷等离子增强化学气相沉积装置(图1)是由卷出辊2，卷绕辊 11，张力控制辊即张紧轮组4，6，13，冷却辊12，装卷真空腔室1，加热真 空腔室15，等离子增强化学气相沉积腔室10，卸卷真空腔室22以及由带 状加热元件组成的面状加热板5，分别由管状线性排列的等离子体电极8，9 和面状加热平板阳极7组成的等离子增强化学气相沉积系统，引导柔性基 体在真空室内输运的轨道3，16，20组成。
本发明还包括其它供气管路及真空获得装置。
本发明中柔性基体材料在上述垂直安装的卷出辊、卷绕辊、张力控制辊 的控制下，在导轨及引导轮作用下，以一定张力在腔室中垂直传输。
本发明适用的柔性衬底材料可以为不锈钢、聚合物薄膜、树脂、纤维及 塑料。
本发明中等离子增化学气相沉装置的阴极和阳极平板电极采取垂直方式 装。
本发明中安装卷出辊及卷绕辊的真空腔室是由结构件及保温板组成的双 层箱体，在其内壁设有带状加热板，可以对传输中的基体加热，在真空腔室 的壁设有真空泵接口，用于连接真空泵使腔室始终保持于工作时的低压状态。
本发明中对柔性基体在传送过程中进行连续均匀加热的加热装置是由带 状加热元件平行排列组成的面状加热板，加热元件为镍铬合金，铁铬铝合金， 康铜，和管状红外灯。
本发明中等离子体化学气相沉积真空腔室是由外腔室和内腔室组成的 双腔室结构，并且内外腔室的压力可以独立控制和调节，方便设备的清洗及 提高原材料气体的利用率。
本发明中等离子体沉积室阳极电极、阴极电极，排气板，布气孔，加热 板，外腔室组成。阴极功率源耦入电极为平行金属管组成的梯状结构。阴极 接地电极为与阴极金属管间隔平行安装的金属管组成。出气孔分布于阴极和 阳极金属管与基体相邻的上半表面，孔的大小与方沿金属管长度方向依一定 规律变化，以获得均匀的气体流场。阴极和阳极金属管电极通过陶瓷绝缘装 置与气体管路绝缘。排气板分布在沉积腔室与基体输运方向平行的两边。排 气板是一表面分布有小孔的金属板。加热板为以带状合金电阻材料连续平行 排列组成面状加热器和覆于其上的金属板组成。制备上述装置的材料为铝或 不锈钢。如图2所示。
本发明还包括对柔性基体进入卷绕辊卷绕前进行冷却的冷却辊
本发明中卷出辊腔室和卷绕室腔室为多个腔室平行排列，并且每个腔室 相互独立，通过共同的基体输运通道与沉积室相连。
本发明中柔性基体材料在真空腔室中的传输方法为：
(a)将卷在卷出辊上的柔性基体料一端连接至引导轮上。
(b)由引导轮牵引基体通过各真空室并到达卷绕辊，引导轮固定至卷绕 辊上。
(c)由卷出辊的、卷绕辊和张力控制辊的共同运动控制基体材料的传输。
本发明中激发等离子体的功率源频率为13.56-133MHz。
以下参照附图对本发明的优选实例进行更进一步详细的介绍。在对本发 明进行说明过程中，对于与本发明无关大家熟知的重点功能及构件将不再做 具体说明。本发明重点在于提供一种高效的卷对卷方式在柔性衬底材料上采 用等离子体增强化学气相沉积法沉积各种膜材料。其中本发明重点是基体在 导轨引导下穿过真空室并采用垂直方式进行输运，基体张力通过自重及多组 张力控制辊进行精确实时控制，基体加热采取加续面式均匀加热，保证基体 温度均匀的同时，也有利于柔性基体表面吸附气体的解析，各腔室间真空获 取系统独立，可以依需要调控各个腔室的真空度，等离子体电极采用阴阳极 共面并且线性排列的方式，气体通过中空的阴极和阳极的表面的小孔进入腔 室并分解沉积，而尾气板则位于等离子体沉积腔室的两侧。基体在进入卷绕 辊之前首先通过一个冷却辊。通过以下设计，使得本发明可以适应于不同的 基体，如不锈钢，聚合物，纤维织物等，可以应用到太阳电池，建筑，电子 信息等领域。
图1是根据本发明实例的卷对卷等离子增强化学气相沉积装置的概略示 意图
图1可以看出，根据本发明实施例的无张力卷对卷装置也采用了普通卷 对卷装置的构成及工作原理。具体地说，主要是采用如下方式的卷对卷装置， 即将带状材料按照卷对卷方式进行安装，然后，通过驱动引擎(图中没有标示) 对卷出辊及卷绕辊进行驱动，然后，再利用卷绕辊将通过卷出辊解开的材料 进行重新卷绕。下面，将参照图1对根据本发明的卷对卷等离子增强化学气 相沉积装置进行更加详细的说明。
如图1所示，根据本发明实施例的卷对卷等离子体增强化学气相沉积装 置(图1)包括如下几个部分：将带状柔性基体材料进行卷绕，然后，再将卷绕 后材料解开的垂直安装卷出辊2，将通过卷出辊2解开的材料按照卷对卷方 式进行重新卷绕的垂直安装卷绕辊11，设置在卷出辊与卷绕辊之间，将通过 卷出辊解开的材料以垂直方式输运至卷绕辊的传送导轨3，16，20。对柔性基 体在传送过程中及薄膜沉积过程中进行精确张力控制的张力控制辊 4，13，20，对镀完膜的基材在被重新卷绕前进行快速冷却的冷却辊12，卷绕 辊所在装卷真空腔室22，在基体进入等离子体增强化学沉积装置之前对基体 进行精确加热及控温的加热腔15，本发明核心部件等离子增强化学气相沉积 腔室10，完成对柔性基体材料表面沉积所需薄膜，卷出辊所在的卸卷真空腔 室1，对带状基体表面进行精确均匀加热的面状加热板5，等离子增强化学气 相沉积所必需线状RF电极8，9和面状加热平板阳极7，分布在各真空腔室侧 壁的观察窗19，21，装载卷出辊和卷绕辊的真空腔室密封门18。
如图1所示，根据本发明的卷对卷等离子增强化学气相沉积装置通过相 互对应设置的卷出辊与卷绕辊11按照卷对卷的方式进行驱动。在卷出辊卷绕 有带状柔性材料，绕在卷出辊上的带状柔性材料随着卷出辊的旋转驱动会沿 着卷绕辊的方向解开。在这种情况下，卷绕辊的作用就是对通过卷出辊解开 的材料进行重新卷绕。卷出辊与卷绕辊通过驱动引擎(图中没有标示)进行旋 转驱动。对于这种旋转驱动系统来说，相关技术领域的工作人员都能够很容 易操作，因此，本文不再作具体说明。在将卷绕有柔性基体的卷绕辊装入真 空室后，带状柔性基体材料的头部被固定于传输轨道上的导引头上，由导引 头牵引沿输运轨道到达卷绕辊，并在卷绕辊上进行固定，完成柔性基体材料 的安装。基体材料在输运过程张力的控制通过几组张力控制辊进行控制，采 用通常卷对卷装置中张力控制的施措，对于这种张力控制措施，相关领域已 有非常成熟的技术，这里不在做具体说明。本发明中带状基体材料采取垂直 方式输运，有利减少由于基体自重而导致中间凹陷的问题，此外也可以减少 使基体平整所需的张力。
在根据本发明的优选实施例中，带状柔性衬底材料可以从树脂，薄膜， 不锈钢板中至少选择一种。例如：在制造柔性基体薄膜太阳电池中，其就可以 采用聚酰亚胺树脂之类的耐高温性薄膜。
如图2所示，根据本发明的等离子增强化气相沉积装置由以下用于对基 体在沉积膜时进行均匀加热的加热电极141，同时也是接地阳极电极，内有 带装加热元件148。中空的功率源阴极电极外壳142，同时也是尾气排放通道， 在其上连接尾气板144和尾气泵143，以获得均匀的气体流场。等离子体发 生电极145，包括阳极和阴机电极间隔排列，电极为中空结构，在其面向基 体的一面开有小孔，中空结构内部149为气流通道，上表面气孔146为气体 流出通道，其中阴极电极与功率源相连，阳极与接地线相连。基体材料位于 加热电极和等离子体电极之间，在输运系统的带运下连续运行。
如图3所示，根据本发明的等离子体电极由外框架101，阳极接地电极 103，功率源馈入电极102，和绝缘装置104构成，阴阳电极的数量可以依工 艺需要增加和调整，阳极接地电极的数量比阴极功率源馈入电极数量多1个， 并且电极之间距离相等。本等离子体电极设计适用于功率源的频率在 13.56-133MHz，对于本实例可以采用13.56MHz的射频功率源。
如图4所示，根据本发明的基体输运导轨由活动导引头201，动力驱动 滑动轮装置203，运行轨道202，基体夹持装置204组成。通过动力驱动滑 轮装置在轨道上的运动带动基体动行。
如图5所示，根据本发明的面状基体加热是由外框架301，加热元件夹 具302，加热元件303和电源接入电极304，305组成。加热元件与夹具间通 过耐高温电绝缘器件绝缘，带状加热元件平行排列形成加热平面，加热的温 度通过常用的温度控制系统可以精确控制，
在上述参照附图对本发明进行的说明的过程中，只是对本发明进行了实 例性的说明，其目的在于对本发明的重点进行详细阐述，但是，这并不意味 着本发明的应用范围仅限于上述实施例，也不代表本发明的专利申请范围仅 限于上述实施例的范围。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容， 必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。