一种PET基底功能膜的表面镀膜装置的制作方法

一种pet基底功能膜的表面镀膜装置
技术领域
[0001]
本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种pet基底功能膜表面镀膜装置。


背景技术：

[0002]
原子层沉积技术采用反应物分子有序交替输运、表面自限制性生长、步进式表面覆盖等方式和机理来控制物体表面的气相化学反应，从而实现纳米/亚纳米尺度内薄膜生长速率的精确控制。目前，在需要制备超薄、高均匀性和保型性极好的各种薄膜材料的应用中，原子层沉积技术具有不可替代的地位。正因如此，原子层沉积技术有着广泛的应用领域。具不完全统计，原子层沉积技术的应用在过去的十年中成指数增长，目前这种方法已经被广泛应用于半导体及相关产业，例如：集成电路、传感器、iii-v器件、微/纳机电系统制造业、光学器件和光电工程、防锈耐磨材料和可再生能源应用（比如：太阳能）。其他大规模的应用包括防腐、能源存储和生产（例如：先进薄膜电池和燃料电池）、柔性电子水分或者气体密封涂层、针对医疗设备和植入体的生物相容性涂层、水净化、先进的照明设备（例如：led）、生态包装材料、装饰涂料、玻璃防裂层、防水涂料等。
[0003]
ncap为nano-encapsulation的缩写形式。ncap技术（ncap technology）是专门针对柔性高分子聚合物膜材料（即“pet基材膜”）表面封装应用所开发的多种技术集成的总称。封装则特指针对pet基材膜所做的对多种气体（特别是水气及氧气）的高性能阻隔处理。ncap技术是气相表面处理技术，其实质是气相条件下pet基材膜材料的表/界面及内部物理化学反应。
[0004]
然而如何实现工业级柔性高分子聚合物（或其他平面硬质/软质材料）连续表面处理，尤其是在常压气相条件下的连续处理作业能力是现在急需解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种pet基底功能膜表面镀膜装置，该pet基底功能膜表面镀膜装置拥有工业级柔性高分子聚合物表面处理技术所要求的核心功能，具备在常压气相条件下的连续处理作业能力，能够满足ncap技术的工艺、工程及系统要求。
[0006]
为达到以上几个目的，本发明采用以下的技术方案予以实现：一种pet基底功能膜表面镀膜装置，包括：喷头100，所述喷头100与pet基材膜200间隔形成封装区300；所述喷头100包括：喷头体，气体闭锁循环系统，所述的气体闭锁循环系统设置在喷头体内部，其包括用于运输工作气体的回气系统和进气系统；封装工作面105，所述的封装工作面105设置在喷头体表面，且封装工作面105与pet基材膜200表面相对设置；所述的封装工作面105具有多个沿线性排布的排气孔1052，排气孔1052与所述进气系统连接用于将携带反应物分子的工作气体射流在所述封装区300内形成
均匀的气体薄层，并在pet基材膜200表面上形成封装层400；及气体回收槽1055，气体回收槽1055设置在封装工作面105上，且气体回收槽1055的末端与回气系统连接用于回收反应后的气体；用于驱动pet基材膜200移动的输送装置，所述的pet基材膜200在输送装置牵引力作用下水平运动或往复运动。
[0007]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的排气孔1052包括：先导气排气孔1052a；先导气排气孔1052a与一路进气管道连接用于提供由反应物分子和工作气体组成的反应气体；先导气排气孔1052a至少两列；所述气体回收槽1055设置在每列先导气排气孔1052a周围；缓冲排气孔1052b，缓冲排气孔1052b与第二路进气管道连接用于喷出工作气体以间隔两列先导气排气孔1052a的反应气体；及气体隔离排气孔1052c，气体隔离排气孔1052c与第三路进气管道连接用于喷出工作气体将先导气排气孔1052a与外部区域隔离。
[0008]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的封装工作面105上包括：至少两个先导气工作区1054，所述气体回收槽1055设置在先导气工作区1054周围凹槽；先导气工作区1054上的排气孔为先导气排气孔1052a，先导气排气孔1052a的喷射方向与pet基材膜200的输送方向垂直，用于提供由反应物分子和工作气体组成的与pet基材膜表/界面的物理化学反应的反应气体；缓冲区1053，缓冲区1053设置在相邻两个先导气工作区1054之间，缓冲区1053上的排气孔为缓冲排气孔1052b，缓冲排气孔1052b用于提供间隔两个先导气工作区1054反应气体的工作气体；气体隔离面1051，气体隔离面1051沿封装工作面105的边缘设置，气体隔离面1051上的排气孔为气体隔离排气孔1052c，气体隔离排气孔1052c用于将封装工作面105与外部区域隔离。
[0009]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中每个排气孔1052的出口周围均设置有排气缓冲凹面1052d；排气缓冲凹面1052d的凹形面的开口直径满足公式(p/2p0)≤d/h，式中的p为喷头设计工作气压，p0为标准气压，d为凹形面的开口直径，h为排气孔与流体控制面基准面距离，流体控制面为封装工作面与气体隔离共同的物理平面。
[0010]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的排气孔1052在对应的区域上排布满足：相邻的排气孔1052沿直线排布或者相邻的排气孔1052交错排布；其中排气孔沿直线分布时，排气孔直径、排气孔分布的总长度与排气孔之间的距离满足关系式：(p1/p0)(d/h1)≤l/d1；其中，p1为封装区内的气体压力，p0为标准气压，d为排气孔直径，h1为封装工作面与pet基材膜的距离，l为排气孔分布的总长度，d1为排气孔之间的距离；排气孔交错排列时，数目与沿直线分布时相同，交错距离≈(w-8)/3，其中w为排气孔所在分布区域宽度。
[0011]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中相邻的排气孔1052之间通过设置导气槽1056串联，两个排气孔1052之间的导气槽1056呈扩张型布置；相
邻的排气孔1052之间设置一个或两个导气槽1056，两个导气槽1056以排气孔1052的连接线对称；所述导气槽1056呈圆弧型或由弧线型拼接而成；弧线型导气槽拼接处通过直接交叉点1056a连通；弧线的最大弧度位于排气孔1052处，且最大弧度大于连接两个排气孔1052的圆周弧度。
[0012]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的回气系统包括：回气管道1059，回气管道1059设置在喷头体内部；及回气衔接管道1057a，回气衔接管道1057a一端连通回气管道1059，回气管道1059另一端连通气体回收槽1055；所述的进气系统包括：进气管道1058，进气管道1058设置在喷头体内部；及衔接管道1057，衔接管道1057与进气管道1058连通，每个衔接管道1057连接一个排气孔1052；进气管道1058连接处设置有一个微型调节腔1058-1，该微型调节腔1058-1为锥形圆筒状部件；微型调节腔1058-1的设计要求为arctan(d
0-d3)/2l<arctan(200/r
e
)，其中d0为进气管道内直径，d3为主气路系统管道内直径，l为微型调节腔的长度，r
e
为喷头进气管道输入气体雷诺数。
[0013]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的喷头体的顶面或底面为所述的封装工作面105；所述的喷头100与pet基材膜200输送方向垂直的端面为衔接面104，衔接面104用于多个喷头之间依次串联连接；所述的喷头100与封装工作面105相对的面为复合功能面101；所述的复合功能面101包括用于提供热源的绝热模块1013、用于提高机械强度的稳定组件1012和用于材料表面前处理的等离子产生部件1011；所述的喷头100的侧面为电/气/机械控制面102；所述的电/气/机械控制面102分为进气面和排气面，进气面包括进气通路接口1058d、第一加热模块仓和第一工艺参数读取及控制接口；排气面包括回气通路接口1059a、第二加热模块仓和第二工艺参数读取及控制接口，第一加热模块仓和第二加热模块仓连通，第一工艺参数读取及控制接口和第二工艺参数读取及控制接口连通；进气通路接口1058d与进气系统连接，回气通路接口1059a与回气系统连接。
[0014]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的喷头100根据反应流体的种类设置多组，每组喷头包括两个喷头100，两个喷头100对称设置在pet基材膜200上方和下方，所述的每组喷头以对pet基材膜进行双面处理，而且每组喷头喷出的均匀气体薄层使得pet基材膜200上下表面均保持平整；其中处在pet基材膜200下方的多组喷头设置在一个喷头支撑平台600或者同一基准的多个喷头支撑平台600上；所述的pet基材膜200上方的喷头通过喷头间距调节装置500与下方喷头连接；组喷头沿pet基材膜200的方向并排布置，相邻两组喷头之间通过柔性连接件连接。
[0015]
进一步的根据本发明所述的pet基底功能膜表面镀膜装置，其中所述的喷头间距调节装置500包括调节丝杠501、调节垫片502、喷头连接片503和调节驱动器件504，每个喷头设置有多个喷头连接片503，上下两个喷头的对应连接片503通过调节丝杠501连接，调节丝杠501上设置有调节驱动器件504；调节垫片502设置在上下两个喷头之间；所述的pet基材膜200下方的多个喷头依靠喷头支撑平台600平面度以及喷头形状形成下反应平面602，pet基材膜200上方的多个喷头依靠支撑件以及喷头形状形成上反应平面601；所述的封装工作面105沿pet基材膜200运动方向形成斜角，倾斜弧度为0.008。
[0016]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该气体喷射装置由输送装置和喷头组成，输送装置驱动pet基材膜水平运动，喷头覆盖在pet基材膜pet基材膜表面上，喷头与pet基材膜之间间隔形成封装区用于喷出携带反应物分子的工作气体进行物理化学反应；喷头的封装工作面与pet基材膜表面待处理面积相对设置，将工作气体与反应气体输送至封装区并在pet基材膜表面上形成封装层。每一个喷射装置都应是一个独立的气体闭锁循环体系，即带有独立的排气及回气装置，不与外界进行气体交换。喷射装置具有的气体操控设计：即具有多个沿线性排布的排气孔，排气孔与所述进气系统连接用于将携带反应物分子的工作气体射流在所述封装区内形成均匀的气体薄层，并在pet基材膜表面上形成封装层；气体回收槽的末端与回气系统连接。排气孔可以将所喷出的气体射流在pet基材膜与喷射装置出射面之间形成具有可调压力及温度且分子数密度均匀的气体薄层；气体喷射装置的气体闭锁循环系统须靠气体的流动压力差维持运转，并且允许在整个气体流动通路中设置pet基材膜与喷射装置出射面之间气体薄层段的压力高于标准气压。该装置实现了工业级柔性高分子聚合物表面沉积处理工艺，尤其是实现了在常压气相条件下的量产化封装、连续处理作业能力。
附图说明
[0017]
图1为pet基底功能膜表面镀膜装置示意图；图2为喷头结构示意图；图3为封装工作面的结构示意图；图4为封装工作面的排气孔分布图；图5为排气口内部结构示意图；图6为排气缓冲凹形面示意图；图7为排气孔分布示意图（直线型）；图8为排气孔分布示意图（交错型）；图9为导气槽示意图；图10为导气槽形状一示意图；图11为导气槽形状二示意图图12为为喷头体的结构外形示意图；图13为复合功能面示意图；图14为上下布置的喷头结构示意图；图15为多个喷头并排布置结构示意图；
图16为通过连接件连接的多个喷头布置结构示意图；图17为喷头进气侧示意图；图18为喷头回气侧示意图；图19为电/气/机械控制面一侧示意图；图20为电/气/机械控制面另一侧示意图；图21为喷头进气管道（先导气1/2、缓冲区、气体隔离面）示意图；图22为喷头回气管道设计示意图；图23为喷头内部管道总分布示意图；图24为喷头内部微型腔示意图；图25为沿膜移动方向倾斜封装工作面与气体隔离面示意图；图26为封装层空气动力学分布图。
具体实施方式
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0020]
本发明的“材料（主要是指柔性高分子聚合物膜，具体是pet基材膜）表面处理气体喷射装置”在ncap技术规范中被定义为：“集成空气动力学柔性表面处理喷头”。如图1所示，pet基底功能膜表面镀膜装置是ncap封装系统反应物分子传输的末端，同时也负责表/界面物理化学反应发生时全局环境的建立。
[0021]
如图2所示，喷头所喷出的工作/反应气体射流在喷头与pet基材膜之间形成ncap工艺实施区，而ncap系统所有全局/局部变量的最终实施及控制都在该工艺实施区内部完成。本发明一种pet基底功能膜表面镀膜装置，包括：覆盖pet基材膜200表面待处理面积的喷头100，所述喷头100与pet基材膜200之间间隔形成封装区300；所述喷头100包括：ncap主气路进气系统， ncap主气路进气系统设置在喷头100内部，用于导入工作气体与反应气体；封装工作面105，所述的封装工作面105与pet基材膜200表面待处理面积相对设置，用于将工作气体与反应气体输送至封装区300并在pet基材膜200表面待处理面积上形成封装层400。
[0022]
喷头是ncap封装系统反应物分子传输的末端，同时也负责表/界面物理化学反应发生时全局环境的建立。
[0023]
喷头所喷出的工作/反应气体射流在喷头与pet基材膜之间形成ncap封装区，而ncap系统所有全局/局部变量的最终实施及控制都在该封装区内部完成。
[0024]
其中，pet基材膜200（可以为硬质或软质材料，如pet基材膜）。喷头部件所要实现的功能包括：
工作/反应气体的输运及分布，即ncap封装区的建立；ncap封装工艺参数实施及控制（温度、压力、气流量等）；ncap封装区内空气动力学控制，例如工作/反应气体在pet基材膜表面对流及扩散、层流及湍流调控等；辅助pet基材膜输送，例如控制pet基材膜的平面度、pet基材膜输送时的无接触加持、pet基材膜输送辅助气动推力的施加；回收工作/反应气体、多余反应物、反应副产物；隔离封装区与外部空间；实现pet基材膜双表面处理。
[0025]
与此同时，以上喷头的各功能必须集成在一个符合半导体行业标准的喷头设计及加工上，例如喷头的表面洁净度要求、抗腐蚀性要求、热稳定性要求、机械稳定性要求、可维护性要求等。喷头同时也是可以被批量生产的。
[0026]
其中，ncap喷头外形设计为长方体（含正方体），其面积须覆盖pet基材膜表面待处理区域。其6个外表面按工艺及系统集成需要分为5类，分别为“封装工作面”、“复合功能面”、“电/气/机械控制面”、“多喷头组合衔接面”以及“气体隔离面”，其中封装工作面与气体隔离面位于同一物理平面内。喷头长、宽、高中的长边须与pet基材膜的幅宽平行。pet基材膜幅宽定义为与pet基材膜输送方向垂直的边。
[0027]
图2所示，喷头结构示意图，封装工作面负责将工作气体与反应气体输送至封装区（封装区即图1中的ncap封装区，由封装工作面与pet基材膜加持构筑实现），并在封装区内形成稳定的空气动力学环境，构筑并调控表/界面物理化学反应环境，辅助pet基材膜的输送，回收工作/反应气体及多余反应物分子、反应副产物等。
[0028]
复合功能面负责集成多种附加功能于喷头，例如温度控制模块、机械强度稳定组件、喷头恒温套装、甚至是用于其它表面处理功能的模块，例如紧凑型等离子气产生部件等。
[0029]
电/气/机械控制面含有相关控制节点，用于喷头工作/反应气体的进气与排气控制、喷头工作状态的监控/回馈、封装工艺参数的施加与调整以及喷头机械控制功能的实现。
[0030]
多喷头组合衔接面用于大量喷头组合工作时的相互稳定连接成一整体生产线，以实现批量生产能力。
[0031]
气体隔离面（与封装工作面处于同一物理平面内）用于将喷头的封装区域与外部区域隔离，以保证封装环境不受外部环境的影响，并同时保证工作气体不会外泄到外部环境（ncap实施常压作业，已取消传统气相表面处理的密闭式反应腔，故在喷头已具备气体自回收能力的同时，还必须对工作区进行进一步有效隔离）。以下内容将对上述功能面做出逐一描述。
[0032]
封装工作面的结构如图3所示。整个封装工作面为长方形（包含正方形）。其中，“封装工作面”与“多喷头组合衔接面”的交线被定义为“处理边界线”。处理端线的长度与pet基材膜表面被处理区域的幅宽相等。封装工作面上与处理端线垂直的边被定义为“隔离边界线”，隔离端线的长度由具体喷头设计中的工艺需要以及机械/热稳定性决定。
[0033]
如图4所示，根据ncap封装工艺，沿pet基材膜的输送方向，封装工作面分为工作
区、缓冲区以及气体回收槽等3部分功能区。工作区进一步分为先导气1工作区及先导气2工作区（先导气1与先导气2是工作气体分别与气相反应物分子1与2的混和气体，工作气体则为纯度≥99.999%的高纯惰性气体，例如高纯氮气或高纯氩气等），主要负责先导气1、2与pet基材膜表/界面的物理化学反应，缓冲区布置在先导气1工作区与先导气2工作区之间，负责pet基材膜表面在先导气1、2反应之间的反应中间状态的稳定及反应中间副产物的清理。气体回收槽负责所有气体的平衡回收（即回收气体的同时辅助封装区内压力的均匀分布）。
[0034]
优选的实施例，所述的封装工作面105包括：先导气工作区1054，先导气工作区1054与pet基材膜200的输送方向垂直，用于提供与pet基材膜表/界面的物理化学反应的反应气体；缓冲区1053，缓冲区1053设置在相邻两个先导气工作区1054之间，用于提供间隔两个先导气工作区1054反应气体的工作气体；气体隔离面1051，气体隔离面1051沿封装工作面105的边缘设置，用于将封装工作面105与外部区域隔离；及排气孔1052，排气孔1052的末端连接ncap主气路进气系统。
[0035]
喷头100为长方体，喷头100的顶面或底面为封装工作面105。
[0036]
如图3和4所示，优选的实施例，排气孔1052包括：先导气排气孔1052a；先导气排气孔1052a与一路进气管道连接用于提供由反应物分子和工作气体组成的反应气体；先导气排气孔1052a至少两列，两列先导气排气孔1052a分别提供两种反应气体；所述气体回收槽1055设置在先导气排气孔1052a周围；缓冲排气孔1052b，缓冲排气孔1052b与第二路进气管道连接用于喷出工作气体以间隔两列先导气排气孔1052a的反应气体；及气体隔离排气孔1052c，气体隔离排气孔1052c与第三路进气管道连接用于喷出工作气体将先导气排气孔1052a与外部区域隔离。
[0037]
如图5所示，工作区、缓冲区及气体隔离面内含有经特殊设计及分布的排气孔。所有排气孔所排出的气体作为一个整体，需要确保可以控制pet基材膜表面具有等于或接近于刚性材料表面处理时的表面平坦度，即排气孔的气体射流在构建封装区时，要保证pet基材膜不会产生任何整体或局部形变；或更确切的说，任何整体或局部形变产生的弛豫时间要小于pet基材膜表面气体压力整体平衡达到的时间。因此，ncap喷头封装工作面要保证封装区内的气体在整个pet基材膜表面形成压力一致且内部反应气体分子数密度均匀的气体层，并且该气体层的形成是在喷头喷出的气体接触到pet基材膜表面的同时。
[0038]
在形成的压力均匀的封装层内，其均匀压力值高于标准大气压且压力梯度变化小于5%。另外，除了保证pet基材膜表面平坦度外，封装层内压力的作用还在于提供表/界面物理化学反应所需的压力条件，确保主系统气路流向，以及提供pet基材膜输送时的辅助夹持。
[0039]
排气孔材料必须具有良好的化学稳定性即不与反应物分子发生任何物理化学反应，且排气孔直径≤0.25mm以形成上述ncap工艺所需的稳定气体射流。封装工作面上所有排气孔的直径需保持一致，此要求对形成封装层内稳定的压力至关重要。当排气孔直径起伏≥直径的5%，则封装层内的气体会产生大幅度扰动，并导致封装层基本功能丧失。pet基
材膜会因为封装层内的压力扰动而产生所谓的气振现象，即pet基材膜会产生大幅度抖动，封装质量无法保证。为了消除温度及机械形变对排气孔尺寸的影响以及满足优良的物理学稳定性，排气孔采用高硬度晶体材料，例如红宝石材料。具体制作过程为：使用高能激光在红宝石材料或类似材料上击穿所需直径的圆孔，后将红宝石材料用某种安装方式例如使用耐高温胶安装到封装工作面内预先留好的排气孔位置。
[0040]
见图5，排气孔1052包括基孔1052-3以及内嵌在基孔1052-3内的晶体材料1052-2，所述的晶体材料1052-2具有排气口1052-1。所述的基孔1052-3均开设于凹形面的中央。晶体材料1052-2为红宝石材料，基孔1052-3使用激光在红宝石材料上击穿形成。晶体材料1052-2采用耐高温连接胶1052-3密封固定在封装面上。
[0041]
在排气孔部分，封装工作面呈凹形，定义为“排气缓冲凹形面“，如图6所示。每个排气孔1052的出口周围均设置有排气缓冲凹面1052d；排气缓冲凹面1052d其设计公式为：(p/2p0)≤d/h，其中，p为喷头设计工作气压，p0为标准气压，d为凹形面的开口直径，h为排气孔距离流体控制面基准面距离，排气口位于凹形面的中央。凹形面的作用是进一步加速气体在pet基材膜表面的均匀分布；同时，减少排气孔气体射流对正下方pet基材膜区域的直接冲击。h需小于120μm以防止局部气压过高导致的反应物分子数分布不均匀。凹形面设计加工时按ncap工艺最大工作压力实施。凹形面与流体控制面基准面之间的过渡须以弧度面过渡，以杜绝局部气旋的形成，其弧度≥0.7倍凹形面弧度。
[0042]
具体设计时，每个排气孔派出以的气体都会对应一个排气缓冲凹面以减缓垂直喷射流速并加速气体沿pet基材膜表面的扩散，所对应的排气缓冲凹面尺寸为d=100μm，h=20μm。
[0043]
如图7和图8所示，排气孔沿一维直线分布时，其可以形成的具有均匀压力的封装层由以下经验公式决定：(p/p0)(d/h)≤l/d，其中，p为封装区内的气体压力，p0为标准气压，d为排气孔直径，h为封装工作面距离pet基材膜的距离，l为一维排气孔分布的总长度，d为均匀分布的排气孔之间的距离。此公式适用的条件为宽度不超过8厘米的矩形区域，即覆盖的矩形面积为8l厘米2。设计加工时按封装层所承载的最大工作压力实施。当宽度超过8厘米且小于16厘米时，排气孔数目不变但交错排列，交错距离为≈(w-8)/3，其中w为分布区域宽度，见图8。
[0044]
封装层为适应ncap封装工艺需求，须具备压力调节功能。特别是在压力较高的情况下，排气孔的出射气流流速会显著增大。显著增大的流速会冲击排气孔正下方pet基材膜并造成pet基材膜的局部形变，其结果是增大pet基材膜接触封装工作面的可能性而显著增大气振发生的频率，最终导致封装工艺无法实施。
[0045]
如图9至11所示，导气槽与排气孔相连。导气槽设计的目的是在气体接触到pet基材膜之前，用于先在封装层内形成一定的沿pet基材膜表面的气体分布，有助于减少排气孔的瞬时气流脉冲。导气槽可以进一步使整个pet基材膜保持优异的表面平坦度。
[0046]
ncap喷头导气槽设计包含通过排气孔的导气槽以及通过导气槽形成的所在功能区内所有排气孔的某种互联，例如可以通过排气孔实施相邻导气槽之间的串接，图9所示；或者可以进一步增加导气槽之间的直接交叉形成所有排气孔的互联，如图10所示。此种设计要求导气槽呈弧线形，弧线的最大弧度位于排气孔，且最大弧度大于连接最近两个排气孔圆周的弧度。优选地，所述的导气槽1056为直线或曲线，相邻的排气孔1052之间设置一个
或两个导气槽1056，两个导气槽1056关于排气孔1052的连接线对称。
[0047]
相邻的排气孔1052之间通过设置导气槽1056串联，两个排气孔1052之间的导气槽1056呈扩张型布置；相邻的排气孔1052之间设置一个或两个导气槽1056，两个导气槽1056以排气孔1052的连接线对称。如图11所示，导气槽1056呈圆弧型或由弧线型拼接而成；弧线型导气槽拼接处通过直接交叉点1056a连通；弧线的最大弧度位于排气孔1052处，且最大弧度大于连接两个排气孔1052的圆周弧度。
[0048]
如图9所示，导气槽：导气槽设计的目的是得到更加均匀分布的封装层，特别是在沿pet基材膜表面的方向。在实际操作中，为了降低加工难度及减少加工时间，并不是每一各排气孔都必须配备导气槽，而可以有选择的施加导气槽。如图9所示，先导气1/2工作区及缓冲区带有导气槽。导气槽为连接相邻两个排气孔中心的圆形槽。导气槽的横截面为长方形、圆形、三角形或者梯形。导气槽1056为直线或曲线，相邻的排气孔1052之间设置一个或两个导气槽1056，两个导气槽1056关于排气孔1052的连接线对称。
[0049]
以上设计可以实现的功能包括：首先，通过排气孔的导气槽可以使出射气体射流在排出排气孔的同时迅速向排气孔四周扩撒，以此方式提供对每个排气孔出射气体射流的缓冲，从而减低直接朝向pet基材膜的冲击力；其次，连接所有排气孔的导气槽设计使所有排气孔可以被部分地当作一个更大的排气孔，从而有助于近一步减少单个排气孔对pet基材膜的冲击作用并起到对封装层均匀性更好的控制。
[0050]
依据经验值，导气槽的深度一般应小于100μm，宽度小于排气孔直径的70%。太宽及太深的导气槽容易造成气流在某一个方向流动过大，从而破坏封装层的气体均匀性而导致封装质量降低以及pet基材膜无法被有效加持。而如果导气槽宽度过大，将会导致出射气流沿导气槽方向迅速扩散，不利于均匀封装层的构筑。
[0051]
先导气1工作区、先导气2工作区以及缓冲区周围都有气体回收槽包围，如图3和图4所示。气体回收槽负责将封装工作面内的所有气体回收，使每个喷头都形成一个自封闭系统。先导气1、先导气2分别回收。气体回收槽的末端连接ncap主气路系统。回收槽的宽度不超过5mm，深度不超过3mm，以防止压力骤降而产生局部压力波动。通常气体回收槽通过ncap主气路系统与大功率真空泵相连接，通过泵的自调节特性，进一步调节封装层内的压力平衡。
[0052]
优选的实施例，先导气工作区1054和缓冲区1053周围均设置有用于所有气体的平衡回收的气体回收槽1055；气体回收槽1055的末端连接有ncap主气路回气系统。
[0053]
排气孔1052在先导气工作区1054、缓冲区1053及气体隔离面1051上均沿直线排布，同一直线上相邻的排气孔1052之间通过导气槽1056连接。
[0054]
如图12所示喷头100与封装工作面105相对的面为复合功能面101。复合功能面101包括绝热模块1013、机械强度稳定组件1012和等离子产生部件1011。
[0055]
如图13所示，喷头体的结构外形示意图，喷头为实现ncap本身的工艺控制，需要实现温控、绝热、压力调节等多种功能。与此同时，ncap喷头还被设计成未来可以承载多种气相表面处理技术的功能部件。例如，如图13所示，结构加强部件会在喷头尺寸跨度较大时即封装工作面的处理边界线较长时，消除自身重力产生的结构形变；绝热模块可以隔绝喷头与外界的热量较换，从而保证封装工作面的工艺要求温度。ncap喷头的设计须保证喷头内部含有较大的自由灵活安排空间，根据扩展的功能需求，允许从复合功能面填装其它功能
模块，以使ncap喷头在未来的应用中可以承载更多的工艺，例如图13中所示的紧凑型等离子体产生模块，可以使喷头兼具ito应用所需的表面处理能力。
[0056]
其中，封装层是封装工作面与pet基材膜表面之间的气体层，其厚度即为喷头的封装工作面与pet基材膜表面之间的垂直距离，记为h。封装层厚度在ncap封装工艺中起着十分重要的作用，包括反应物分子在封装层内的分布、从排气孔到pet基材膜表面的输运以及封装层本身的空气动力学特性，都与封装层厚度有着密切的关系。
[0057]
排气孔所排出的气体射流必须要借助pet基材膜表面的阻挡回馈才可以形成有效的封装层以及形成气体的回收。此回馈作用的产生需要封装工作面与pet基材膜表面维持一定的距离h，h的值与喷头排气孔的出射压力有关，经验估计原则为每增加一个标准气压，h增加约50μm。ncap喷头可以对距离进行调整，以便适应不同的工艺需要。例如，对于较薄的pet基材膜，可以通过增加h来减少pet基材膜发生抖动的可能性并改善封装层的均匀性；另外，可以通过h的调整来改变封装层内的压力。
[0058]
封装层厚度调控如下：喷头是采用成对工作的方式，每一个喷头的“电/气/机械控制面”都会在两端各延伸一个两喷头间距调节装置，如图13所示。通过调节装置内的连接丝杠，打开两个喷头之间的空隙，同时放入精确厚度的垫片来实现封装层厚度的精确调节。例如，当处理100μm厚的pet基材膜且封装层厚度设为55μm时，需要放入的垫片总厚度为100+55*2双面=210μm。图13中所示的调节机构，还可以进一步连接马达或气缸推动，以实现大量喷头一起工作时的自动调节。
[0059]
如图16所示，电/气/机械控制面负责喷头整体有关电子控制、气体控制以及机械控制部件的集成和安装。如图16示的电/气/机械控制面-1，其上含有喷头的进气通路接口1058dgi1-gi5，加热模块仓t1-t4，工艺参数读取及控制接口s1-s2；同时图17所示的电/气/机械控制面-2，其上含有喷头的回气通路接口1059ago1-go2，加热模块仓t1-t4，工艺参数读取及控制接口s1-s2。电/气/机械控制面的集成设计为ncap工艺集成自动化控制，ncap系统模块化组装及扩容，以及日常的维护及检修提供了极大的方便。
[0060]
喷头100的侧面为电/气/机械控制面102。所述的电/气/机械控制面102包括进气面和排气面，进气面包括进气通路接口1058d、加热模块仓和工艺参数读取及控制接口s1-s2；排气面包括回气通路接口1059a、加热模块仓和工艺参数读取及控制接口；进气通路接口1058d与ncap主气路进气系统连接，回气通路接口1059a与回气系统连接。
[0061]
如图14至16所示，在量产化封装时，需要多喷头组合形成流水线式作业。此时，各喷头之间的连接将变得非常重要。多喷头组合衔接面起到的作用是在多喷头并列工作时，保证喷头连接以后所有喷头的封装工作面在同一个平面内。首先，加工时要保证多喷头组合衔接面完全垂直于相邻的封装工作面、电/气/机械控制面以及复合功能面；其次，多喷头组合衔接面的平整度要在5μm以内以减少衔接误差；再次，杜绝多喷头组合衔接面之间的刚性连接。可以直接通过重力与封装层本身气体浮力之间的自平衡作用来保证整体封装工作面的平面度，如图14所示，相邻两喷头的多喷头组合衔接面的间距不超过1mm，此方式要求每个喷头的加工要确保尺寸的高度精密准确尺寸误差小于10μm，喷头所有表面保持绝对垂直；同时，喷头的承载平台也要求高度的平行度及平面平坦度≤10μm，包含机械及热稳定性；在大量喷头协同工作时连接超过50个喷头，除了重力与封装层本身气体浮力之间的自平衡作用之外，还需要借助其它的辅助手段来保证整体封装工作面的平面度，例如多喷头
组合衔接面之间的柔性连接，如图14所示。喷头100与pet基材膜200输送方向垂直的面为衔接面104，衔接面104用于多个喷头之间连接。
[0062]
如图3和图4所示，气体隔离面由含有惰性气体排气孔以及相应回收槽构成，其目的是用气帘的方式隔绝反应空间与外部空间。为了简化设计，气体隔离面的回收槽可以和最临近的封装区共用。气体隔离面通常与封装工作面共用同一个物理平面，所以其设计及加工包括排气孔及排气孔排列等与封装工作面保持一致。气体隔离面除了进一步将ncap封装区与外界隔离外，也一并并协助保持封装层内压力的总平衡。
[0063]
如图17和图23所示，喷头内管道分为两类，一类管道为进气管道，用于将封装工作面及气体隔离面内的排气孔与ncap主气路系统的上游部分相连接，其设计需要确保到达所有排气孔的气体达到封装层内分子数密度均匀及气压稳定的要求；另一类管道为回气管道，用于将气体回收槽与ncap主气路系统的下游部分相连接，其设计需要满足携带反应副产物及多余反应物分子工作气体的迅速有效排出，同时不影响封装层的稳定空气动力学环境。
[0064]
如图17和图19中，5个进气管道开口位于电/气/机械控制面的进气端，标号gi1-gi5。分别对应：gi1-气体隔离面进气管道、gi2-先导气1或2工作区进气管道、gi3-缓冲区进气管道、gi4-先导气1或2工作区进气管道、gi5-气体隔离面进气管道。在图6中，2个排气管道开口位于电/气/机械控制面的排气端，标号go1、go2。分别各对应1个气体隔离面、一个先导气工作区1或2、以及约50%缓冲区气体的排出。进气管道与排气管道的设计满足条件：σ排气管道直径<0.1直进气管道直径，以保证喷头尾气含多余反应物分子及反应副产物等的迅速有效排出。
[0065]
进气面包括五个进气通路接口1058d；排气面包括两个回气通路接口1059a；进气通路接口1058d分别与先导气工作区1054、缓冲区1053及气体隔离面1051上的排气孔1052连接，回气通路接口1059a与气体回收槽1055连接。
[0066]
其中，先导气1、2工作区、缓冲区、气体隔离面各含有一条进气管道，每一条进气管道会以串联的方式连接其所在功能区内所有排气孔。每一个排气孔会通过一个衔接管道连接至进气管道，衔接管道的作用是进一步提高排气孔出射气流的压力以及防止出射口附近的湍流/回流现象。其尺寸设计要求为(d1-d2)/2h>0.1。如图22所示，其中d1为衔接管道内直径，d2为排气孔直径，h为衔接管道长度。进气管内直径一般设计为d0>10σ(d2)，即进气管道内直径大于所在功能区内所有排气孔直径相加总和的10倍。其目的是为了保证充足的进气量，从而使每一个排气孔的排气不会对其它排气孔造成影响，从而保证封装层的空气动力学稳定性。
[0067]
在进气管道与ncap主气路系统的连接处，由于管径从小ncap主气路系统变到大ncap喷头进气管道，为了防止在连接处的湍流回流以及为了减少喷头进气管道内湍流的出现，在进气管道与系统主气路之间会连接一个微型调节腔。该微型调节腔设计为一个锥形圆筒状部件，如图24所示。其设计要求为arctan(d1-d2)/2l<arctan(200/re)，其中d1为喷头进气管道内直径，d2为ncap主气路系统管道内直径，l为微型调节腔的长度沿流体流动方向，re为喷头进气管道输入气体雷诺数。
[0068]
如图23所示，回气管道与封装工作面内的气体回收槽相连。为了保持气体回收的平衡性，气体回收槽在封装工作面两端对称开口连接回气管道，图24中对称分布的衔接管。
为了尾气的分别处理，先导气1工作区与先导气2工作区的气体回收槽分别连接不同的回气管道。每一个喷头内部的进气与回气管道，连同排气孔、气体回收槽以及衔接管道，构成一个有机的整体气体回路。排气管道的内直径设计原则是所有排气管道横截面的面积总和要小于所有进气管道横截面的面积总和的10%，即σs排<0.1σs进。其目的是在不可压气体质量通量不变的前提下，通过进气管道与排气管道的面积差来增加排气管道的气体流速，从而保证喷头尾气含有多余反应物分子及反应副产物等的迅速有效排出。排气管道通常会与大功率真空泵或其它气体抽取装置相连，以进一步确保气流的顺畅排出而杜绝在喷头出射端的回流现象。ncap技术有专门研发的全系统压力实时配平系统，配合气体抽取装置来实现全系统任意气流控制节点包括ncap喷头排出管道与ncap主气路下游部分的连接节点的零回流，会在后续技术说明中详细介绍参考ncap封装技术说明-2：空气动力学辅助同步压力瞬时变换系统。
[0069]
其中，ncap主气路回气系统包括：回气管道1059，回气管道1059设置在喷头100内部；回气衔接管道1057a，回气衔接管道1057a一端与回气管道1059连通，回气管道1059另一端连接气体回收槽1055。
[0070]
所述的ncap主气路进气系统包括：进气管道1058，进气管道1058设置在喷头100内部；及衔接管道1057，衔接管道1057与进气管道1058连通，每个衔接管道1057连接一个排气孔1052。
[0071]
如图25所示，封装工作面105沿pet基材膜200运动方向形成斜角，倾斜弧度为0.008。封装工作面+气体隔离面为同一物理平面，沿pet基材膜运动方向有0.008弧度的倾斜。
[0072]
优选的，喷头100根据反应流体的种类设置多组，每组喷头包括一个喷头100，该喷头100设置在pet基材膜200上方或者下方对pet基材膜进行单面处理。
[0073]
喷头100根据反应流体的种类设置多组，每组喷头包括两个喷头100，两个喷头100对称设置在pet基材膜200上方和下方，所述的每组喷头以对pet基材膜进行双面处理，而且每组喷头喷出的均匀气体薄层使得pet基材膜200上下表面均保持平整。
[0074]
处在pet基材膜200下方的多组喷头设置在一个喷头支撑平台600或者同一基准的多个喷头支撑平台600上；所述的pet基材膜200上方的喷头通过喷头间距调节装置500与下方喷头连接；组喷头沿pet基材膜200的方向并排布置，相邻两组喷头之间通过柔性连接件连接。
[0075]
喷头间距调节装置500包括调节丝杠501、调节垫片502、喷头连接片503和调节驱动器件504，每个喷头设置有多个喷头连接片503，上下两个喷头的对应连接片503通过调节丝杠501连接，调节丝杠501上设置有调节驱动器件504；调节垫片502设置在上下两个喷头之间。
[0076]
pet基材膜200下方的多个喷头依靠喷头支撑平台600平面度以及喷头形状形成下反应平面602，pet基材膜200上方的多个喷头依靠支撑件以及喷头形状形成上反应平面601。
[0077]
ncap喷头在工作时所形成的封装层是一个具备多种功能的复杂流动气体混和体，
如图26所示。就气体分布而言，封装层内包含先导气1经先导气1排气孔排出后形成的气体层（定义为先导气1气体层）、先导气2经先导气2排气孔排出后形成的气体层（定义为先导气2气体层）、缓冲气经缓冲气排气孔排出后形成的气体层（定义为缓冲区气体层）以及气体隔离面气体层。各个气体层之间由喷头的气体回收槽所形成的气体阻断，确保先导气1、缓冲气、先导气2，隔离气体在封装层内各自互不混和。
[0078]
虽然各自完成独立的功能，但构成封装层的先导气1气体层、先导气2气体层、缓冲区气体层、气体隔离面气体层以及气体隔断作为一个整体是一个完整的空气空力学薄层并且与材料表面的边界层相融合。该完整的空气动力学薄层其内部气体流动均满足层流条件；同时，内部反应物分子均匀分布且内部压力各点相同。
[0079]
总结来说封装层是一个含有多个可独立控制的局域自洽体系且所有独立自洽体系又可以作为一个整体协同工作的空气动力学薄层（薄层厚度一般小于200μm）。
[0080]
进入ncap喷头的各种气体，经喷头内特殊设计的空气动力学组件调整后所形成的封装层满足稳定（不随时间变化）粘性可压缩牛顿流体条件。其整体空气动力学满足粘性可压navier-stokes方程所描述的环境。另外，封装层与两个空气动力学边界层密切相关，一个位于封装工作面+气体隔离面所在的物理平面，另一个位于pet基材膜表面。封装层内的气体在两个空气动力学边界层内满足prandtl方程所描述的环境。在上述封装层与边界层内的气体分子质量传输则由此设定在boltzmann方程控制范围内。封装层内空气动力学环境的确立是后续ncap控制方程确立的理论基础。
[0081]
总之，本发明的pet基底功能膜表面镀膜装置覆盖pet基材膜表面待处理面积。每一个喷射装置都应是一个独立的气体闭锁循环体系，即带有独立的排气及回气装置，不与外界进行气体交换。于此同时，喷射装置须含有特殊气体操控设计，使其可以将所喷出的气体射流在pet基材膜与喷射装置出射面之间形成具有可调压力及温度且分子数密度均匀的气体薄层；而进一步当两个pet基材膜表面处理气体喷射装置上下对置应用时，不仅可以对pet基材膜进行双面处理（双面处理可以针对同一功能，也可以针对不同功能），而且均匀的气体薄层还会形成对其中间pet基材膜的无接触无损伤夹持以及保持pet基材膜表面的平整度。喷射装置的气体闭锁循环体系须靠气体的流动压力差维持运转，并且允许在整个气体流动通路中设置pet基材膜与喷射装置出射面之间气体薄层段的压力高于标准气压。
[0082]
喷射装置拥有工业级柔性高分子聚合物表面处理技术所要求的核心功能，即具备在常压气相条件下的连续处理作业能力（例如卷对卷制程）。
[0083]
ncap为nano-encapsulation的缩写形式。ncap技术（ncap technology）是专门针对柔性高分子聚合物膜材料（即“pet基材膜”）表面封装应用所开发的多种技术集成的总称。封装则特指针对pet基材膜所做的对多种气体（特别是水气及氧气）的高性能阻隔处理。ncap技术是气相表面处理技术，其实质是气相条件下pet基材膜材料的表/界面及内部物理化学反应。
[0084]
以上所述只是用图解说明本发明的原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
[0085]
尽管以上结合附图对本发明的具体实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的。本
领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明的权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。