一種柔性襯底箔卷到卷的運送裝置和運送方法

2023-10-04 15:49:14

一種柔性襯底箔卷到卷的運送裝置和運送方法
【專利摘要】本發明提供一種柔性襯底箔卷到卷的運送裝置和運送方法，應用於真空鍍膜設備中，可在穩定物料運送過程的同時擴大加工區域面積，從而提高設備產能。本發明將柔性襯底箔以螺旋方式緊密貼合纏繞於卷繞機構的輥筒外表面上，通過卷繞機構的轉動帶動柔性襯底箔在其表面做三維空間內的螺旋式轉動前進，配合放卷機構和收卷機構的動作，實現柔性襯底箔卷到卷的運送過程。卷繞機構的中間部位外周空間可根據需要設置鍍膜或加工裝置。卷繞機構內部還可以安裝具有加熱、冷卻功能的裝置或做接地連接，此時卷繞機構的功能不僅是提供運送物料的動力源，還兼具對柔性襯底箔溫度控制功能。本發明可以方便的進行平行串聯布置，實現調整工序或擴大產能的目的。
【專利說明】一種柔性襯底箔卷到卷的運送裝置和運送方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及真空鍍膜領域，特別是涉及應用各種真空鍍膜方法在柔性襯底箔上實現連續的薄膜材料沉積設備中的卷到卷的運送裝置和運送方法。
【背景技術】
[0002]卷到卷式(Roll-to-Roll)的真空鍍膜設備，用於在柔性襯底箔(如金屬箔、塑料薄膜等)上連續沉積半導體材料、金屬材料或有機物材料以及對襯底本身或沉積薄膜的特殊加工處理(如退火、刻蝕、鈍化、雷射劃刻等)，廣泛應用於柔性光伏器件、柔性顯示器件、柔性半導體發光器件和柔性集成電路的大規模生產製造。
[0003]卷到卷式的真空鍍膜設備或其他針對柔性基底的加工設備中的運送裝置通常都包含卷繞機構、放卷機構(送料輥)和收卷機構(收料輥)，配合其他輔助機構如轉向輥、張力調節輥等，完成柔性襯底物料從放卷機構送出，經過一系列的加工區域，最終到達收卷機構的全過程。
[0004]在卷到卷式的鍍膜(加工)設備中，柔性襯底箔的運送裝置承擔著連續、穩定、可靠地運送物料的任務，如何合理的設計該裝置是保證鍍膜(加工)質量和保證產能的關鍵。目前幾乎所有相關設備中的柔性襯底箔運送裝置，均採用「一維」或「二維」的運送方式，有如下特徵:1)裝置中所有的卷繞機構、放卷機構、收卷機構和轉向機構的輥筒軸心都互相平行且垂直於設備橫截面；2)在柔性襯底箔運送的全過程中，其運動方向始終在設備橫截面的2維平面內(或者說始終平行於設備橫截面)；3)鍍膜(加工)區域的形狀無論是平面型還是弧面型，其寬度(垂直於設備橫截面方向)應與柔性襯底卷的寬度匹配。具體實例可參考專利文獻:申請號20061013828.9、申請號201010566414.2、申請號201120219889.4、申請號201210478386.8。
[0005]上述運送裝置可能存在以下問題:
1、鍍膜(加工)區域面積受限。在柔性襯底卷的寬度一定的前提下，如要提高產能，只能增加該區域長度(平行於運送方向)或沿運送方向並行布置多個加工區域。由此引發的問題可能有:a)大幅度增加設備尺寸從而增加成本；b)為保證運送的穩定和張力分布均勻，需要增加多個張力調節輥、轉向機構和卷繞機構，造成設備結構複雜、造價高、故障率高；c)過長的運送距離和過多的轉向帶來的累加阻力要求卷繞機構增大轉動力矩輸出，對於抗拉性
能不高的塑料襯底箔可能造成過大的拉伸形變，弓I起沉積薄膜的內部缺陷甚至襯底本身斷
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[0006]2、對於較長的平板式鍍膜裝置所應用的「一維」卷到卷運送方式，如果兩端轉向輥跨度過大則不能保證該區域內的襯底箔的張力足夠，運送過程中襯底箔會出現「顫動」而不能平穩的通過鍍膜區域，導致鍍膜質量下降。
[0007]3、對於多次轉向的「二維」運送方式，如果出現「S」型轉向，則其中導向輪中必有一個接觸柔性襯底箔的鍍膜面，轉動產生的摩擦可能損傷薄膜。
【發明內容】

[0008]本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足，提出一種結構簡單，運行可靠的柔性襯底箔卷到卷的運送裝置和運送方法，保證在運送過程中處於鍍膜(加工)區域的襯底箔面積最大化，進而提升產能。
[0009]本發明將傳統的「一維」、「二維」運送方式改變為「三維」運送，即柔性襯底箔的運動方向不在一個平面內，而是隨卷繞機構的旋轉在其輥筒表面做三維空間內的螺旋線運動，從卷繞機構的一端運送至另一端。
[0010]本發明提供的柔性襯底箔卷到卷運送方法包括:
第1、將柔性襯底箔以螺旋方式緊密貼合纏繞於卷繞機構的輥筒外表面上；
所述的卷繞機構至少為一個，當卷繞機構為兩個或兩個以上時，相鄰兩個卷繞機構的中心軸可以平行串聯布置；
第2、放卷機構和收卷機構配合卷繞機構作同步轉動，隨著卷繞機構的轉動，帶動柔性襯底箔沿纏繞的螺旋線方向轉動(順時針或逆時針)，從而實現從卷繞機構的一段運送至另一端，完成柔性襯底箔的卷到卷運送過程。
[0011]本發明同時提供了一種柔性襯底箔卷到卷運送裝置，該裝置包括放卷機構和收卷機構，在放卷機構和收卷機構之間至少設置一個由電機驅動的卷繞機構，襯底箔兩端延長部分分別固定到送卷機構的襯底箔和收卷機構的輥筒，卷繞機構中心軸方向與所運送的柔性襯底箔轉動的線速度方向不呈垂直關係，而是形成一定的夾角Θ，該角度應滿足關係式:0° < Θ <arCC0S(L/jiD)，其中L為襯底箔寬度，D為卷繞機構中心軸直徑，且0<L
<nD ;由電機驅動的送卷機構輥筒軸方向與卷繞機構中心軸方向不呈平行關係，而是形成一個夾角，該角度=|90° .-Θ I ;由電機驅動的收卷機構輥筒的軸方向與卷繞機構的軸方向不呈平行關係，而是形成一個夾角，該角度=|90° -θ|。
[0012]當所述的卷繞機構為兩個或兩個以上時，相鄰兩個卷繞機構的中心軸可以平行串
聯布置。
[0013]卷繞機構輥筒的中間段部位周圍可以根據工藝需要安裝布置鍍膜(加工)裝置，例如=PECVD電極、磁控濺射靶材、線性蒸發源、雷射劃刻裝置、加熱裝置、冷卻裝置或在線式檢測分析儀器等，構成設備加工區域。將鍍膜(加工)裝置設計成包圍卷繞機構輥筒的圓筒型，則運送過程中，柔性襯底箔處於被加工區域的面積近似等於鍍膜(加工)裝置的長度範圍內卷繞輥筒圓柱體的表面積，或該區域內螺旋線長度與柔性襯底箔寬度的乘積，遠大於【背景技術】中所述的目前應用的運送裝置和運送方法提供給加工區域的面積。
[0014]同時，所述的卷繞機構輥筒的內部還可以安裝具有加熱、冷卻功能的裝置或做接地連接，此時卷繞機構的功能不僅是提供運送物料的動力源，還兼具對柔性襯底箔溫度控制功能，配合溫度控制單元可對卷繞輥筒表面進行加熱、冷卻或精確的溫度調節，或作為某些鍍膜裝置的接地電極(如PECVD )。
[0015]本發明的優點和積極效果:
1、鍍膜(加工)區域面積成倍增加，減少設備長度和空間需求，大幅提高產能；
2、向機構、穩定機構、張力調節機構少，設備構造簡單；
3、運送過程中柔性襯底箔與卷繞輥筒緊密貼合，張力分布均勻，傳送穩定無顫動，導熱效率聞;4、運送過程中鍍膜(加工)面不接觸任何轉向機構，避免因摩擦引起的薄膜損壞；
5、多個同類型裝置可以進行平行串聯布置，便於系統升級，進一步擴大產能。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例1的柔性襯底箔卷到卷的運送裝置示意圖。
[0018]圖2為本發明實施例2的柔性襯底箔卷到卷的運送裝置示意圖。
[0019]圖3為本發明實施例3的柔性襯底箔卷到卷的運送裝置示意圖。
[0020]圖4為本發明實施例4的柔性襯底箔卷到卷的運送裝置示意圖。
[0021]圖5為本發明實施例1的柔性襯底箔卷到卷的運送裝置幾何關係示意圖。
[0022]圖中:
I卷繞機構，2放卷機構，3收卷機構，4柔性襯底箔，5、6——鍍膜/加工區域，7在線薄膜檢測分析儀器探頭，A實施例3中A工段的鍍膜/加工區域，B實施例3中B工段的鍍膜/加工區域，C實施例3中C工段的鍍膜/加工區域，IA實施例3中A工段的卷繞機構，IB實施例3中B工段的卷繞機構，IC實施例3中C工段的卷繞機構。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]以下結合適當的實施例對本發明的柔性襯底箔卷到卷運送裝置和運送方法進行描述。
[0025]實施例1
圖1為本發明實施例1的示意圖，說明本發明運送裝置和運送方法的工作原理。
[0026]放卷機構2卷出的柔性襯底箔4沿逆時針螺旋線方式從卷繞機構I的一端開始纏繞，經過數周后達到輥筒另一端，固定至收卷機構3。隨著卷繞機構1、放卷機構2和收卷機構3的轉動(方向如圖所示)，柔性襯底箔4不斷地從放卷機構2中卷出，沿螺旋線轉動前進(方向如圖所示)，最終捲入收卷機構3，完成整個的卷到卷的運送過程。
[0027]圖5為本發明實施例1的幾何關係示意圖，說明各關鍵尺寸和角度之間的幾何關係O
[0028]為獲得卷繞機構中心軸方向與柔性襯底箔轉動的線速度(中心線)方向的夾角Θ、卷繞機構中心軸直徑D、柔性襯底箔寬度L之間的幾何關係，考慮一種將柔性襯底箔在卷繞中心軸上緊密螺旋式纏繞(相鄰兩圈既無搭接也無間隙)的特殊情況，並將圖1的正視圖進行紙面平鋪展開，從而獲得圖5的效果。經幾何計算可得:Θ = arccos(L/jiD)。由反餘弦函數的定義域為[-1，I]、Θ古90° (否則螺旋纏繞不成立)且L必大於O的約束條件可知L與D的尺寸關係應滿足:0 < L < JiD0近一步推理可知，當柔性襯底箔在卷繞中心軸上呈螺旋式纏繞時，Θ、L和D應滿足關係式:0° < Θ≤arccos (L/ JiD)且0<L< JiD;當Θ < arccos (L/ π D)時，柔性襯底箔`呈非緊密螺旋式纏繞(相鄰兩圈之間存在間隙)。D、L和Θ的實際值可在以上限定範圍內根據產能和設計要求，進行取值。
[0029]由電機驅動的送卷機構輥筒軸方向與卷繞機構中心軸方向不呈平行關係，而是形成一個夾角，其角度=|90° -Θ I ;由電機驅動的收卷機構輥筒的軸方向與卷繞機構的軸方向不呈平行關係，而是形成一個夾角，其角度=|90° -θ|。
[0030]根據產能和設計要求，確定柔性襯底箔在卷繞機構上螺旋式纏繞的圈數，而卷繞機構中心軸的長度也應作相應的調整。
[0031]卷繞機構、放卷機構和收卷機構的輥筒均由電動機驅動，其中卷繞電動機以恆定速率方式轉動，為柔性襯底箔的螺旋式卷繞運動提供動力；送卷電動機和收卷電動機以恆定轉矩方式轉動，以一定的張力完成卷出和捲入動作。若送卷、收卷電動機與卷繞電動機轉動的同步配合不佳，則可以考慮在放卷機構後和收卷機構前增加張力調節裝置以保證卷出和捲入過程的襯底箔張力穩定，呈現適度緊繃狀態。
[0032]實施例2
圖2為本發明實施例2的示意圖。
[0033]在實施例1的基礎上，以圍繞卷繞機構I的圓筒狀為例表示本發明可供利用的鍍膜/加工區域5，根據不同 的鍍膜/加工工藝要求和裝置類型，加工區域形狀可以為圍繞卷繞機構I的矩形板、弧形板或其他形式。
[0034]實施例3
圖3為本發明實施例3的示意圖。
[0035]在實施例3中，柔性襯底箔4沿順時針螺旋線纏繞，相應的卷繞機構1、放卷機構2和收卷機構3的轉動方向如圖所示。同時，將鍍膜/加工區域分為2段:鍍膜/加工區域5和鍍膜/加工區域6，可以實現不同類型的鍍膜/加工技術分段進行而不需要複雜的轉向機構。中間區域可設置必要的隔離裝置(圖中未示出)，或設置在線薄膜檢測分析儀器探頭7。
[0036]實施例4
圖4為本發明實施例4的示意圖，說明以級聯方式應用本發明的運送裝置和運送方法，方便在原有設備基礎上實現擴大產能或改變工序。
[0037]如圖所示，實施例4包含3段本發明的運送裝置(即3個卷繞機構)，卷繞機構1Α、1B、1C分別為工段(加工區域)A、B、C階段的運送提供動力，其轉動需要良好的同步，在交接處可根據需要設置張力調節裝置以保證柔性襯底箔4的穩定可靠運送。在加工區域A、B、C的空間內可根據生產需要設置同類型或不同類型的鍍膜/加工裝置或在線式檢測裝置。
【權利要求】
1.一種柔性襯底箔卷到卷運送方法，其特徵在於該方法包括: 第1、將柔性襯底箔以螺旋方式緊密貼合纏繞於卷繞機構的輥筒外表面上； 第2、放卷機構和收卷機構配合卷繞機構作同步轉動，隨著卷繞機構的轉動，帶動柔性襯底箔沿纏繞的螺旋線方向轉動，從而實現從卷繞機構的一段運送至另一端，完成柔性襯底箔的卷到卷運送過程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的卷繞機構至少為一個，當卷繞機構為兩個或兩個以上時，相鄰兩個卷繞機構的中心軸可以平行串聯布置。
3.—種柔性襯底箔卷到卷運送裝置，包括放卷機構和收卷機構，其特徵在於，在放卷機構和收卷機構之間至少設置一個由電機驅動的卷繞機構，襯底箔兩端延長部分分別固定到送卷機構的襯底箔和收卷機構的輥筒，卷繞機構中心軸方向與所運送的柔性襯底箔轉動的線速度方向不呈垂直關係，而是形成一定的夾角Θ，該角度應滿足關係式:0°<Θ <arCC0S(L/jiD)，其中L為襯底箔寬度，D為卷繞機構中心軸直徑，且0<L< Ji D ；由電機驅動的送卷機構輥筒軸方向與卷繞機構中心軸方向不呈平行關係，而是形成一個夾角，該角度=|90° -Θ I ;由電機驅動的收卷機構輥筒的軸方向與卷繞機構的軸方向不呈平行關係，而是形成一個夾角，該角度=|90° -θ|。
4.根據權利要求3所述的柔性襯底箔卷到卷運送裝置，其特徵在於所述的卷繞機構為兩個或兩個以上時，相鄰兩個卷繞機構的中心軸可以平行串聯布置。
5.根據權利要求3 或4所述的柔性襯底箔卷到卷運送裝置，其特徵在於所述的卷繞機構內部包含加熱或冷卻裝置，配合溫度控制單元可對卷繞輥筒表面進行加熱、冷卻或精確的溫度調節。
【文檔編號】C23C14/56GK103436852SQ201310367832
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】胡增鑫 申請人:胡增鑫