[发明专利]一种柔性衬底箔卷到卷的运送装置和运送方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空镀膜领域，特别是涉及应用各种真空镀膜方法在柔性衬底箔上实现连续的薄膜材料沉积设备中的卷到卷的运送装置和运送方法。

背景技术

卷到卷式（Roll-to-Roll）的真空镀膜设备，用于在柔性衬底箔（如金属箔、塑料薄膜等）上连续沉积半导体材料、金属材料或有机物材料以及对衬底本身或沉积薄膜的特殊加工处理（如退火、刻蚀、钝化、激光划刻等），广泛应用于柔性光伏器件、柔性显示器件、柔性半导体发光器件和柔性集成电路的大规模生产制造。

卷到卷式的真空镀膜设备或其他针对柔性基底的加工设备中的运送装置通常都包含卷绕机构、放卷机构（送料辊）和收卷机构（收料辊），配合其他辅助机构如转向辊、张力调节辊等，完成柔性衬底物料从放卷机构送出，经过一系列的加工区域，最终到达收卷机构的全过程。

在卷到卷式的镀膜（加工）设备中，柔性衬底箔的运送装置承担着连续、稳定、可靠地运送物料的任务，如何合理的设计该装置是保证镀膜（加工）质量和保证产能的关键。目前几乎所有相关设备中的柔性衬底箔运送装置，均采用“一维”或“二维”的运送方式，有如下特征：1）装置中所有的卷绕机构、放卷机构、收卷机构和转向机构的辊筒轴心都互相平行且垂直于设备横截面；2）在柔性衬底箔运送的全过程中，其运动方向始终在设备横截面的2维平面内（或者说始终平行于设备横截面）；3）镀膜（加工）区域的形状无论是平面型还是弧面型，其宽度（垂直于设备横截面方向）应与柔性衬底卷的宽度匹配。具体实例可参考专利文献：申请号20061013828.9、申请号201010566414.2、申请号201120219889.4、申请号201210478386.8。

上述运送装置可能存在以下问题：

1、镀膜（加工）区域面积受限。在柔性衬底卷的宽度一定的前提下，如要提高产能，只能增加该区域长度（平行于运送方向）或沿运送方向并行布置多个加工区域。由此引发的问题可能有：a）大幅度增加设备尺寸从而增加成本；b）为保证运送的稳定和张力分布均匀，需要增加多个张力调节辊、转向机构和卷绕机构，造成设备结构复杂、造价高、故障率高；c）过长的运送距离和过多的转向带来的累加阻力要求卷绕机构增大转动力矩输出，对于抗拉性能不高的塑料衬底箔可能造成过大的拉伸形变，引起沉积薄膜的内部缺陷甚至衬底本身断裂。

2、对于较长的平板式镀膜装置所应用的“一维”卷到卷运送方式，如果两端转向辊跨度过大则不能保证该区域内的衬底箔的张力足够，运送过程中衬底箔会出现“颤动”而不能平稳的通过镀膜区域，导致镀膜质量下降。

3、对于多次转向的“二维”运送方式，如果出现“S”型转向，则其中导向轮中必有一个接触柔性衬底箔的镀膜面，转动产生的摩擦可能损伤薄膜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提出一种结构简单，运行可靠的柔性衬底箔卷到卷的运送装置和运送方法，保证在运送过程中处于镀膜（加工）区域的衬底箔面积最大化，进而提升产能。

本发明将传统的“一维”、“二维”运送方式改变为“三维”运送，即柔性衬底箔的运动方向不在一个平面内，而是随卷绕机构的旋转在其辊筒表面做三维空间内的螺旋线运动，从卷绕机构的一端运送至另一端。

本发明提供的柔性衬底箔卷到卷运送方法包括：

第1、将柔性衬底箔以螺旋方式紧密贴合缠绕于卷绕机构的辊筒外表面上；

所述的卷绕机构至少为一个，当卷绕机构为两个或两个以上时，相邻两个卷绕机构的中心轴可以平行串联布置；

第2、放卷机构和收卷机构配合卷绕机构作同步转动，随着卷绕机构的转动，带动柔性衬底箔沿缠绕的螺旋线方向转动（顺时针或逆时针），从而实现从卷绕机构的一段运送至另一端，完成柔性衬底箔的卷到卷运送过程。

 

本发明同时提供了一种柔性衬底箔卷到卷运送装置，该装置包括放卷机构和收卷机构，在放卷机构和收卷机构之间至少设置一个由电机驱动的卷绕机构，衬底箔两端延长部分分别固定到送卷机构的衬底箔和收卷机构的辊筒，卷绕机构中心轴方向与所运送的柔性衬底箔转动的线速度方向不呈垂直关系，而是形成一定的夹角θ，该角度应满足关系式：0°＜θ≤arccos(L/πD)，其中L为衬底箔宽度，D为卷绕机构中心轴直径，且0＜L＜πD；由电机驱动的送卷机构辊筒轴方向与卷绕机构中心轴方向不呈平行关系，而是形成一个夹角，该角度=|90°-θ|；由电机驱动的收卷机构辊筒的轴方向与卷绕机构的轴方向不呈平行关系，而是形成一个夹角，该角度=|90°-θ|。