一种柔性聚合物处理高能离子束装置
阅读说明：本技术 一种柔性聚合物处理高能离子束装置 (High-energy ion beam device for processing flexible polymer ) 是由 罗军 陈小曼 陈琳 庞盼 钟三子 卢艳 李肃 林志浩 刘阳波 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种柔性聚合物处理高能离子束装置,涉及聚合物材料制备装置技术领域,包括放电腔室、阳极筒和处理真空室,放电腔室的一端设有进气口,放电腔室的另一端与阳极筒的一端相连接,阳极筒的另一端与处理真空室的一端相连接；所述处理真空室内设置有卷轴聚合物基体。放电气体经电晕针产生少部分等离子体后进入放电腔室,由放电腔室外部的振荡线圈和外置线包为电子提供能量并引导电子做螺旋运动,增加电子的运动路程,增加电子与气体的碰撞概率,从而使更多气体转化为等离子体；在通过扩张杯进入阳极筒进行加速,并反射电子,避免电子进入处理真空室,从而得到处理真空室内的高纯度的高能离子束,以提高结合强度、均匀性和致密性。(The invention discloses a flexible polymer processing high-energy ion beam device, which relates to the technical field of polymer material preparation devices and comprises a discharge chamber, an anode cylinder and a processing vacuum chamber, wherein one end of the discharge chamber is provided with an air inlet, the other end of the discharge chamber is connected with one end of the anode cylinder, and the other end of the anode cylinder is connected with one end of the processing vacuum chamber; a reel polymer matrix is disposed within the process vacuum chamber. The discharge gas enters the discharge chamber after generating a small part of plasma through the corona needle, and the oscillation coil and the external coil outside the discharge chamber provide energy for electrons and guide the electrons to do spiral motion, so that the motion path of the electrons is increased, the collision probability of the electrons and the gas is increased, and more gas is converted into the plasma; the high-purity high-energy ion beam in the processing vacuum chamber is obtained by accelerating the electron beam entering the anode cylinder through the expansion cup and reflecting the electron, so that the electron beam is prevented from entering the processing vacuum chamber, and the bonding strength, the uniformity and the compactness are improved.)
技术领域
本发明涉及聚合物材料制备装置技术领域，特别是涉及一种柔性聚合物处理高能离子束装置。
背景技术
电子信息领域已成为我国的支柱型行业，据保守估计电子领域相关部件50％以上是依赖国外进口，如光刻胶、光刻机、聚合物基材、高端超薄电子覆铜板材料等等。高端电子覆铜材料主要技术难点在于高结合强度、高均匀性和高致密性的严苛要求，特别是对于超薄覆铜板而言，高致密性、高均匀性、低应力是当今国际难点。目前国内无相关成熟的高能离子束处理装置，国内进行相关表面沉积处理，主要采用霍尔气体源进行表面处理，因处理的为聚合物，基体不能加偏压，因此离子的能量达不到处理的要求；再者，一般气体源其主要为等离子体，非单离子束，其处理后聚合物和后续金属或其他结合强度、致密性等仍达不到相关要求。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种柔性聚合物处理高能离子束装置，以解决离子能量低、结合强度低、均匀性和致密性差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种柔性聚合物处理高能离子束装置，包括放电腔室、阳极筒和处理真空室；所述放电腔室的一端设置有进气口，所述放电腔室的另一端与所述阳极筒的一端相连接，所述阳极筒的另一端与所述处理真空室的一端相连接；所述处理真空室内设置有卷轴聚合物基体。
可选的，所述放电腔室位于所述进气口的一端还设置有电晕针。
可选的，所述放电腔室外部设置有振荡线圈和外置线包；所述振荡线圈位于所述放电腔室外壁与所述外置线包之间。
可选的，所述阳极筒包括抑制电极和加速电极；所述抑制电极设置于所述阳极筒内靠近所述放电腔室的一端，所述加速电极设置于所述阳极筒内靠近所述处理真空室的一端。
可选的，所述加速电极包括多个间隔设置的电极条。
可选的，所述电极条为长条形电极，直径为150-260mm；加速电极狭缝宽度1-3mm，电极间距3-6mm；等离子体通过加速电极狭缝其在短边方向是发散的，形成的离子束束斑为类长条形状，束斑为300-600mm。
可选的，所述处理真空室还包括低温冷阱、多个分子泵和机械泵；所述低温冷阱设置于所述处理真空室内部，所述多个分子泵设置于所述处理真空室外壁上，所述机械泵的入口端与所述多个分子泵相连通，所述机械泵的出口端设置有排气口。
可选的，所述放电腔室于所述阳极筒之间设置有扩张杯，所述扩张杯为锥形结构，所述扩张杯的小口端朝向所述放电腔室，所述扩张杯的大口端朝向所述阳极筒。
可选的，所述扩张杯的小口端与所述放电腔室的内壁之间设置有阳极。
可选的，所述卷轴聚合物基体的行走速度为1-3m/min；基体为PI、PET、PTFE、PP或PE，厚度为12.5-38μm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的柔性聚合物处理高能离子束装置，主要结构包括放电腔室、扩张杯、阳极筒和处理真空室，放电气体经电晕针产生少部分等离子体后进入放电腔室，由放电腔室外部的振荡线圈和外置线包为电子提供能量并引导电子做螺旋运动，增加电子的运动路程，增加电子与气体的碰撞概率，从而使更多气体转化为等离子体；在通过扩张杯进入阳极筒进行加速，并反射电子，避免电子进入处理真空室，从而得到处理真空室内的高纯度的高能离子束，以提高结合强度、均匀性和致密性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。
图1为本发明柔性聚合物处理高能离子束装置的设备总成示意图；
图2为本发明柔性聚合物处理高能离子束装置中加速电极剖面图；
图3为使用本发明柔性聚合物处理高能离子束装置获得的束斑尺寸；
图4为使用本发明柔性聚合物处理高能离子束装置获得的束流大小。
附图标记说明：101、电晕针；102、等离子体；103、阳极筒；104、抑制电极；105、高能离子束；106、卷轴聚合物基体；107、低温冷阱；108、机械泵；109、排气口；110、分子泵；111、处理真空室；112、加速电极；113、扩张杯；114、振荡线圈；115、阳极；116、外置线包；117、放电腔室；118、进气口；201、电极条；202、加速电极孔隙。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本实施例提供一种柔性聚合物处理高能离子束装置，包括放电腔室117、阳极115筒103和处理真空室111；所述放电腔室117的一端设置有进气口118，所述放电腔室117的另一端与所述阳极115筒103的一端相连接，所述阳极115筒103的另一端与所述处理真空室111的一端相连接；所述处理真空室111内设置有卷轴聚合物基体106。
于本具体实施例中，所述放电腔室117位于所述进气口118的一端还设置有电晕针101。气体从进气口118进入，通过电晕针101进行电晕放电产生少部分等离子体102。放电气体可为Ar、O2、N2等，放电气压为10-1-100Pa；气体进气量为100-1000sccm。
所述放电腔室117外部设置有振荡线圈114和外置线包116；所述振荡线圈114位于所述放电腔室117外壁与所述外置线包116之间。经过电晕针101进行电晕放电产生的少部分等离子体102在气流辅助下进入放电腔室117，等离子体102内电子与气体进行碰撞产生气体离子，并同时损失能量，电子在振荡线圈114的作用下吸收共振进行能量补充；因此，电子不断具备与气体碰撞并电离的能量，同时电离后产生更多的电子；在放电腔室117内等离子体102的密度不断增加。外置线包116提供磁场使得电子绕磁力线做螺旋运动，增加其运动路程，增加其与气体碰撞的概率。振荡线圈114的电流为10-200A，振荡频率1-10KHz；外置线包116电流1-20A。
所述阳极115筒103包括抑制电极104和加速电极112；所述抑制电极104设置于所述阳极115筒103内靠近所述放电腔室117的一端，所述加速电极112设置于所述阳极115筒103内靠近所述处理真空室111的一端。抑制电极104为抑制电子的产生，并防止电子进入加速电极112内，抑制电压为负压，电压大小为1-800V；加速电极112为对等离子体102中的正离子进行加速，加速电压(负压)为1-100KV；抑制电极104和加速电极112的间距为1-5cm。所述加速电极112包括多个间隔设置的电极条201。所述电极条201为长条形电极，直径为150-260mm；加速电极112狭缝宽度1-3mm，电极间距3-6mm；等离子体102通过加速电极112狭缝其在短边方向是发散的，形成的离子束束斑为类长条形状，束斑为300-600mm。
所述处理真空室111还包括低温冷阱107、多个分子泵110和机械泵108；所述低温冷阱107设置于所述处理真空室111内部，所述多个分子泵110设置于所述处理真空室111外壁上，所述机械泵108的入口端与所述多个分子泵110相连通，所述机械泵108的出口端设置有排气口109。处理真空室111内离子的能量1-200KeV，束流尺寸为300-600mm；
所述放电腔室117于所述阳极115筒103之间设置有扩张杯113，所述扩张杯113为锥形结构，所述扩张杯113的小口端朝向所述放电腔室117，所述扩张杯113的大口端朝向所述阳极115筒103。
所述扩张杯113的小口端与所述放电腔室117的内壁之间设置有阳极115。
所述卷轴聚合物基体106的行走速度为1-3m/min；基体为PI、PET、PTFE、PP、PE等聚合物，厚度为12.5-38μm。
整套系统处理完聚合物时，处理的均匀性，体现在亲水角均匀性，其差值偏差不大于±5％。
下面结合具体实施例，对本发明中的柔性聚合物处理高能离子束装置的使用进行进一步说明。
实施例1
1、放电气体为Ar，放电气压为10Pa；气体进气量为500sccm；
2、振荡线圈114的电流为100A，振荡频率5KHz；外置线包116电流10A；
3、抑制电压为负压，电压大小为600V；加速电极112为对等离子体102中的正离子进行加速，加速电压(负压)为50KV；抑制电极104和加速电极112的间距为3cm；
4、卷轴聚合物基体106走速2m/min，基体可为PI，PET，PTFE，PP，PE等聚合物，厚度可为25μm；
6、加速电极112为长条形电极，加速电极112直径200mm；加速电极112狭缝宽度1mm，电极间距3mm。
实施例2
1、放电气体为Ar，放电气压为10Pa；气体进气量为500sccm；
2、振荡线圈114的电流为100A，振荡频率5KHz；外置线包116电流10A；
3、抑制电压为负压，电压大小为600V；加速电极112为对等离子体102中的正离子进行加速，加速电压(负压)为50KV；抑制电极104和加速电极112的间距为3cm；
4、卷轴聚合物基体106走速2m/min，基体可为PI，PET，PTFE，PP，PE等聚合物，厚度可为25μm；
6、加速电极112为长条形电极，加速电极112直径200mm；加速电极112狭缝宽度2mm，电极间距3mm。
实施例3
1、放电气体为Ar，放电气压为10Pa；气体进气量为500sccm；
2、振荡线圈114的电流为100A，振荡频率5KHz；外置线包116电流10A；
3、抑制电压为负压，电压大小为600V；加速电极112为对等离子体102中的正离子进行加速，加速电压(负压)为50KV；抑制电极104和加速电极112的间距为3cm；
4、卷轴聚合物基体106走速2m/min，基体可为PI，PET，PTFE，PP，PE等聚合物，厚度可为25μm；
6、加速电极112为长条形电极，加速电极112直径200mm；加速电极112狭缝宽度3mm，电极间距3mm。
从图3和图4可以看出实施例1至3高能离子束105的束斑尺寸在360-380mm之间，满足270mm聚合物的表面处理的工作；同时，其高能离子束105束流大小在0.7-0.9A之间，比传统相应能量(100KeV)要大3倍以上。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。