一种蒸发物料控制系统和方法

技术领域

本发明属于真空蒸发镀膜领域，具体属于一种蒸发物料控制系统和方法。

背景技术

真空蒸发镀膜是指在真空条件下，加热蒸发材料，使材料以分子或原子的状态进入气相迁移，当到达被镀工件表面时，凝结形成薄膜。随着坩埚中蒸发物料的减少，需要增加蒸发源的加热功率来保证恒定的蒸发速率。而对蒸发源功率的调整主要根据检测得出的检测数据与目标值(Target value)的差异，例如，膜厚及速率监测仪-QCM监测蒸发速率是否在Spec范围内，同时根据在线XRF测试数据来调控不同蒸发源的功率，来达到合适的梯度和元素计量比。在蒸发镀膜生产线设备中，某一元素的加热源会有很多排列工作，形成连续生产线。而QCM监测的是整体腔室的蒸发速率，无法对每个蒸发源进行监测，因此在根据QCM的监测数据调控功率时，无法定量具体到每个蒸发源上。在不知每个源蒸发剩余物料的情况下，一直增加功率，会导致前期蒸发快的蒸发源内已无物料，此时继续和其他蒸发源一起增加功率，会出现坩埚过烧现象。

由于木桶效应，设备的运行时间是由最先没蒸发料的蒸发源决定的，当其中一个或几个没有物料后，只能将设备Down机，进行PM维护保养，装填物料等操作，因此缩短了生产线的运行时间，降低生产效率。

综上所述，现有技术中的蒸发镀膜生产线设备在调控功率时，无法根据坩埚这一蒸发元素的剩余量进行调节，会导致出现坩埚内无蒸发源过烧的现象，减少设备的使用寿命；并且由于个别坩埚无法及时填料，只能将设备Down机，进行PM维护保养，装填物料等操作，缩短了Campaign的运行时间，降低生产效率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种蒸发物料控制系统和方法，能对无蒸发物料的蒸发源坩埚及时补充蒸发物料，增加设备的运行时间，提高产能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蒸发物料控制系统，包括若干个坩埚，所述坩埚用于盛放蒸发物料；

所述坩埚的底部均设置有压力传感器，坩埚的外侧均设置有加热装置，所述加热装置通过控制装置控制加热功率，所述坩埚的内腔通过导管连通储料箱，所述导管上设置有阀门；

所述压力传感器的输出端均连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端分别连接数据比较器输入端和控制装置的输入端，数据比较器输出端连接控制装置的输入端；所述数据比较器数据连接内置比较值的数据存储器；所述控制装置控制阀门的开启或关闭。

进一步的，还包括石英晶体微天平，所述石英晶体微天平设置在坩埚进行蒸发的蒸发腔室内部，所述石英晶体微天平的输出端连接控制装置的输入端。

进一步的，还包括冷却装置，所述冷却装置设置在加热装置的外侧，所述冷却装置通过控制装置控制冷却功率。

进一步的，所述储料箱的位置高于坩埚的位置，所述导管的一端连通储料箱的底部，导管的另一端连通坩埚的底部。

进一步的，所述加热装置为加热丝，所述加热丝缠绕在坩埚的外侧壁上。

进一步的，所述压力传感器为半导体压力传感器。

进一步的，所述数据存储器内置的比较值为坩埚的内部盛放蒸发物料重量的15％。

进一步的，所述控制装置控制阀门的开启补充蒸发物料的重量为其余坩埚中蒸发物料重量的平均值。

一种蒸发物料控制方法，包括以下过程，加热装置对坩埚进行加热，坩埚内部的蒸发物料进行蒸发，压力传感器实时称量坩埚中蒸发物料的重量，压力传感器通过数模转换器将称重数值传输至控制装置和数据比较器，数据比较器读取数据存储器的内置比较值，与压力传感器输出的称重数值进行比较，当压力传感器输出的数值低于数据存储器的内置比较值时，数据比较器发出控制信号给控制装置，控制装置控制阀门开启，储料箱内部的补充蒸发物料通过导管进行坩埚内部。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种蒸发物料控制系统，通过在坩埚的底部设置压力传感器，在加热装置进行加热，蒸发坩埚内部的蒸发物料时，对内部的蒸发物料进行实时称重，当坩埚内部的蒸发物料达到预警值时，通过控制装置打开阀门，储料箱中的补充蒸发物料通过导管进入坩埚内部，使其能对无蒸发物料的蒸发源及时补充，使其每个坩埚的剩余量达到相对平衡，不会因为个别坩埚剩余的少而被迫宕机，增加设备的运行时间，提高产能。

进一步的，通过在蒸发腔室内部设置石英晶体微天平对蒸发速率进行监测，通过控制加热装置的加热功率，保证蒸发速率处于稳定状态，避免蒸发薄膜厚度不均匀的问题。

进一步的，通过在加热装置的外侧设置冷却装置，方便进行降温，能够快速降低加热温度，精准控制蒸发速率。

进一步的，通过设置储料箱的位置高于坩埚的位置，方便储料箱中的补充蒸发物料在重力作用下，快速补充至坩埚的内部。

附图说明

图1为本发明一种蒸发物料控制系统结构示意图；

图2为本发明一种蒸发物料控制系统连接示意图；

附图中：1为压力传感器；2为冷却装置；3为加热装置；4为储料箱；5为阀门；6为坩埚。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例

本发明提供一种蒸发物料控制系统，本实施例中以铜铟镓硒CIGS太阳能电池光吸收层的制备为例。CIGS太阳能电池光吸收层的Cu、In、Ga金属源按一定规则分布在两侧，中间为8-10个Se源，在蒸发腔室的四角上安装着石英晶体微天平(Quartz CrystalMicrobalance，简写QCM)用来监测腔室内Se源的蒸发速率。在实际生产过程中，一个生产周期是否结束主要是由Se源中最少的坩埚6的剩余量来决定的。

如图1和图2所示，本发明的实施例中提供一种蒸发物料控制系统，包括若干个坩埚6，每个坩埚6用于盛放蒸发物料；每个坩埚6的底部均设置有压力传感器1，压力传感器1为半导体压力传感器。坩埚6的外侧均设置有加热装置3，加热装置3通过控制装置控制加热功率；加热装置3为加热丝，加热丝缠绕在坩埚6的外侧壁上。坩埚6的内腔通过导管连通储料箱4，导管上设置有阀门5。储料箱4的位置高于坩埚6的位置，导管的一端连通储料箱4的底部，导管的另一端连通坩埚6的底部。

压力传感器1的输出端均连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端分别连接数据比较器输入端和控制装置的输入端，数据比较器输出端连接控制装置的输入端；数据比较器数据连接内置比较值的数据存储器；控制装置控制阀门5的开启或关闭。

通过在坩埚6底部安装一个压力传感器1，可以对坩埚6进行称重，通过数模转换器将压力传感器1的称重数值显示在控制装置中，实时显示坩埚6内Se源的剩余量，并且通过设置数据比较器和内置比较值的数据存储器，数据比较器读取数据存储器的内置比较值，与压力传感器1输出的数值进行比较，当压力传感器1输出的数值低于数据存储器的内置比较值时，数据比较器发出控制信号给控制装置，控制装置控制阀门5开启，储料箱4内部的补充蒸发物料通过导管进行坩埚6内部，补充坩埚6内部的Se源。

数据存储器的内置比较值为坩埚6内部蒸发物料重量的15％，当蒸发物料低于15％即会警告，设备不一样或蒸发坩埚的容纳量不一样，警告值都会不一样，可根据自身的需求及经验来设置。

控制装置在进行补充蒸发物料时，通过控制阀门5开启的补充蒸发物料，在补充蒸发物料前，控制装置获取其余压力传感器1的称重蒸发物料的重量，进行平均值计算，将快蒸发完的坩埚6补充到与其他剩余坩埚6里面的蒸发物料的平均值。例如共10个坩埚最初分别装填12kg的物料，随着蒸发进行，其中2号坩埚只剩1.8kg，此时就会报警，而其他的坩埚还有5-6kg，那么储料箱4通过阀门5就会将2号坩埚补充到5-6Kg，即其余坩埚剩余量的平均值。通过设置压力传感器1和控制装置从而可以动态进行调控坩埚6内部蒸发物料的重量，以此来延长每个生产周期的运行时间。当坩埚6的剩余量达到警告值后，可通过控制装置控制阀门5的开启或关闭，实现自动填料进行临时补救。

QCM是一种检测蒸发速率的装置，用于在镀膜过程中监测蒸发物料的蒸发速率，以此使蒸发物料的蒸发速率维持在一个稳定值即目标值，如果蒸发速率一直来回变化，沉积的薄膜必然厚度不均匀，造成生产质量问题。QCM的输出端连接控制装置，通过QCM检测监测蒸发物料的蒸发速率，如果蒸发速率<目标值，QCM将控制信号传输至控制装置，控制装置通过控制提高加热装置3的加热功率，提高坩埚6的温度，增加蒸发源的蒸发速率；如果蒸发速率>目标值，QCM将控制信号传输至控制装置，控制装置通过控制降低加热装置3的加热功率，降低坩埚6的温度，降低蒸发源的蒸发速率，通过在加热装置3的外侧设置冷却装置2，控制装置通过控制冷却装置2启动进行有效的降温。

本发明通过安装压力传感器1来检测各个坩埚6的蒸发物料剩余量，根据在线检测的数据与目标值的差异和每个坩埚6的蒸发物料剩余量综合进行功率调节，使其每个坩埚的剩余量达到相对平衡，不会因为个别坩埚6剩余的少而被迫宕机。假如某个坩埚6的剩余量到达警报值后，其余坩埚6的蒸发物料剩余量还可以维持一段时间的话，可以通过控制阀门5的打开时间来控制储料箱4的蒸发物料进入坩埚6的量，使其能对无蒸发物料的蒸发源及时补充，使其每个坩埚6的剩余量达到相对平衡，不会因为个别坩埚6剩余的少而被迫宕机，增加设备的运行时间，提高产能。