CN2075655U - 双室旋转磁控溅射镀膜机 - Google Patents
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Abstract
迄今在市场上销售的镀膜机，无例外的都是单室
机。
本发明的双室旋转磁控溅射镀膜机是对单室磁
控溅射镀膜机的改进。两个镀膜室通过预抽真空管
道和蝶阀、高真空三通管道和闸板阀组成一个整体。
两室交替的使用一套真空抽气机组和一套电源控制
***，其工作效率相当于两台单室机，但比两台单室
机节约电能40％以上，而造价却比两台单室机低
30％。由于发明了旋转磁控溅射靶***，使靶材表
面溅射和刻蚀均匀，靶材的利用率由原来的20％左
右提高到了现在的74％。
Description
本发明属于物理气相沉积装置，主要用于在基体为金属和非金属的工件表面镀制装饰性金属膜。
磁控溅射镀膜机主要由镀膜室、磁控溅射源***、电源控制***和真空***等几部分构成。当镀膜室抽到一定真空度时，充入适量的工作气体（一般为氩气），并在阴极（靶）和阳极（镀膜壁）之间施以适当值的直流电压后，便在镀膜室内产生磁控运行模式的二极直流辉光放电，工作气体被电离，正离子被阴极加速并轰击阴极（靶）表面，使阴极（靶）表面的原子溅射到镀件的表面上沉积成膜。更换不同材质的阴极（靶）和控制阴极不同的溅射时间，便可在镀件表面上获得不同材质的和不同厚度的装饰性膜层。
目前市场上销售的磁控溅射镀膜机，例如北京仪器厂生产的JT－900磁控溅射镀膜机，无例外的都是柱状靶单室机。
这类装置只有一个镀膜室，由于在取装镀件期间，真空抽气机组仍处于空载运行状态，因此工作效率低，耗电大，且单室的容量都较小，不适合工业上大规模地生产镀件。
这类装置，其镀膜室内柱状靶里的磁体，是若干个大小一样的同轴圆环状磁钢，在柱状靶表面产生若干个环状磁场位形（见附图3柱状靶结构示意图），造成了靶材溅射和刻蚀都不均匀。尽管可以使环状磁钢在柱状靶内沿着轴向往复移动，但是受移动速度和幅值的限制，靶材的有效利用率也只有20～25％。
而且这类装置，一般只能镀ABS级工程塑料，陶瓷和玻璃等基体材料，不能镀聚乙烯、聚丙烯等非ABS级塑料，使用范围很有限。
本发明的目的在于提高镀膜机的工作效率，节电，提高靶材利用率，降低镀件的镀膜成本，及扩展镀膜基材的种类，以适于大规模工业生产的需要。
本发明为一种由镀膜室、镀膜室底座、磁控溅射源***、真空***和电源控制***组成的双室旋转磁控溅射镀膜装置，其特性是镀膜室为共用一套真空抽气机组和一套电源控制***的双室结构；镀膜室的磁控溅射源是旋转磁控溅射源，它是一种圆柱形管状靶，在其内与轴平行地安置着数根条形磁钢，而且整个磁体具有转动机构，其转速＞1转／分。
本发明的特征还在于，废弃了柱状靶内的圆环形磁钢，代之以采用若干个与柱轴平行的条形磁钢，在柱状靶表面形成了跑道形磁场位形。当由条形磁钢组成的磁体至少以1转／秒的速度旋转时，就使跑道形磁场沿靶材表面连续扫描而形成旋转磁场，致使靶材表面产生了均匀地溅射与刻蚀，大大地提高了靶材的利用率。
本发明还可对镀件工件金属转架施加0～3000伏负偏压，使镀件转架与镀膜室之间形成正常辉光放电，在镀膜前用这种等离子体对镀件进行表面处理，可以增强膜层与镀件基体间的附着力。特别是对聚乙烯、聚丙烯等非ABS工程塑料，可以很好地进行表面改性。
实验表明，双室旋转磁控溅射镀膜机的工作效率，相当于两台同等规格的单室镀膜机。由于节省了一套真空抽气机组和一套电源控制***，本机造价比两台单室机降低30％，节约电能40％。又由于采用旋转磁控，使靶材溅射和刻蚀均匀，靶材利用率可达74％，是现有磁控靶材（例如JT－900柱状靶磁控溅射镀膜机靶材）利用率的三倍，这就使镀件产品的成本大为降低。
而对聚乙烯、聚丙烯等非ABS工程塑料进行表面改性，处理后的塑料基体与膜层附着力显著增强，已达到实际应用水平，扩展了镀件品种。
此外，旋转磁场沿靶表面连续扫描，使镀件涂层均匀，可不需镀件转架公转，而简化了转架结构。
本发明主要用于装饰性镀膜，可在基体为金属和非金属的工件表面镀制装饰性金属膜，如铝、铜、钛、不锈钢（1Cr18Ni9Ti）膜（包括合金膜）。其所镀膜层均匀、致密，结合力强。并具有绕射性好，工件温升低等优点。可以广泛地应用于家电器、钟表工业、工艺美术品、塑料日用品、儿童玩具、灯具、汽车以及仪器仪表等各方面装饰镀膜。
本发明主要由主机和电控***两大部分构成。
主机部分：主要由镀膜室、真空***和主机底座组成。
镀膜室为双室筒形立式，在镀室中装有磁控溅射靶***以及可自转
镀膜室所需真空度，由真空抽气***来获得和维持。真空***由高真空抽气机组、三通管道、闸板阀、予抽机械泵、予抽管道和蝶阀等组成。
两个镀膜室分别安装在两个机座上，在机座内装有笼形工件金属转架自转拖动机构（拖动调速电机和减速器）。
电控***部分：主要由整机电控柜、高压电控柜、磁控源电控***以及测量显示等部分组成。
整机电控柜用来实现镀膜装置运行程序控制的全过程，直流高压电控柜主要用于某些被镀工件的表面放电处理，以提高被镀工件的镀膜质量，磁控源电源***为靶的溅射提供可控直流功率源，真空监测***主要由真空计、真空探头（规管）、充气***和镀膜室放气***等组成，镀膜室温度由热电偶温度显示***显示。
附图1是双室旋转磁控溅射镀膜机总体结构示意图。
图中指标（1）与（2）分别表示两个镀膜室；指标（3）为予抽机械泵；（4）为连接两镀室的予抽管道；（5）为高真空抽气机组；（6）为连接高真空抽气机组和两镀室的三通管道；（7）与（8）为予抽管道两端的蝶阀；（9）与（10）为三通管道上两闸板阀；（11）为柱状溅射靶；（12）为柱状溅射靶内的条形磁钢，本发明给出八根；（13）为拖动靶内磁体的转动机构使磁体转速＞1转／秒，（11）、（12）与（13）组成旋转磁控溅射靶***；（14）为具有手动公转和电动自转的笼形工件转架机构；（15）为磁控源电源；（16）为直流负高压电源，对镀室内的金属镀件架可施0－3000伏特的直流负偏压；（17）为镀件转架电动自转连接轴；（18）为予抽机械泵放气阀；（19）为镀膜室底座；（20）为真空规。
本发明的工作过程是：
镀膜室（1）首先通过予抽管道（4）抽低真空至1×10－2托（2.6Pa），然后通过三通管道（6）抽高真空至2×10－4托（1.3×10－2Pa），充入氩气至4×10－2托（5.3×10－1Pa），启动磁控源电源（15），调节电压至600伏，电流为20安培，在镀膜室内产生异常辉光放电，氩原子被电离成氩离子（Ar4），并被电场加速轰击靶材，溅射出的靶材原子沉积在镀件表面上形成薄膜。如果镀件需要表面处理，在镀膜前，启动负偏压电源（16），在镀膜室内形成正常辉光放电，待镀件被处理几分钟后再进行镀膜。
附图2为双室镀膜机工作曲线。
上曲线为镀膜室（1）的工作曲线，下曲线为镀膜室（2）的工作曲线。由图中曲线看出：0－15分钟为镀膜室（1）抽真空、充氩气和镀膜阶段；15－30分钟为镀膜室（1）取装镀件阶段，也是镀膜室（2）开始抽真空、充氩气和镀膜阶段；30－45分钟为镀膜室（1）第二次抽真空、充氩气和镀膜阶段，也是镀膜室（2）取装镀件阶段，以此两室交替工作。
附图3是本发明前，现有的柱状溅射靶结构正视竖直剖面图。图中（11）为柱状靶材，（19）为靶材内的环形磁钢；（20）为回水通道；（21）为固定环形磁钢的基体；（22）为进水通道。
附图4是本发明柱状溅射靶结构俯视水平剖面图。图中（11）为柱状靶材；（12）为靶材内平行于柱轴安置在基体上的条形磁钢（图中给出八根）；（20）为回水通道；（21）为固定条形磁钢的基体；（22）为进水通道。
实施例：双室旋转磁控溅射镀膜机结构及技术参数
镀室型式：双室立式筒型
镀室容量：φ850×1200mm／每室
真空机组：低真空机组2X－70机械泵
高真空机组：JK－400扩散泵配 2X－30机械泵
极限真空度：6.5×10－3Pa
工作真空度：100～10－2Pa
抽气时间（清洁空容器）：
从大气抽至5×10－2Pa时所需时间不大于10分钟。
磁控源：圆柱形管状靶φ72×1070mm
内装条形磁钢8根，
磁体转速1－6转／秒
磁场强度：2.5×10－2－3.8×10－2特斯拉
溅射速度＞1500A0／分
直流电源：电压0－－900伏 连续可调
电流0－25安培
功率20KW。
笼形工件转架：可手动公转，并具有可自转的六根卡件转轴，转速0－30转／分，可调。
工件架偏压：0－－3000伏
最大镀件尺寸：φ250×870mm
整机功率：三相380V、50Hz、40KW。
冷却水：水压2－3kg／cm2，进水温度：20－25℃，流量：30升／分
外形尺寸：主机：3500×3500×2500mm
电控柜：800×700×2000mm
例一 镀制电风扇面环（ABS工程塑料）
（1）膜层材料 黄铜（H68）
（2）抽低真空 2×10－2托（2.6Pa）
（3）抽高真空 1×10－4托（1.3×10－2Pa）
（4）充氩气 4×10－3托（5.3×10－1Pa）
（5）溅射电压 600伏特
（6）溅射电流 20安培
（7）炉／小时 4炉／小时（单室2炉／小时）
（8）耗电 11.05千瓦（单室 9.85千瓦）
（9）靶材利用率 74％（磁环柱状靶20－25％）
例二 镀灯具（聚丙烯）
（1）膜层材料 不锈钢（1Cr18Ni9Ti）
（2）抽低真空 2×10－2托（2.6Pa）
（3）抽高真空 1×10－4托（1.3×10－2Pa）
（4）充氩气 8×10－3托（1.1Pa）
（5）放电处理电压 2000伏特
（6）放电电流 5安培
（7）处理时间 5分钟
（8）膜层附着力 好（没经过处理的膜层附着力不好）
Claims (4)
1、一种由镀膜室、镀膜室底座、磁控溅射源***、真空***和电源控制***组成的双室旋转磁控溅射镀膜装置，其特征是镀膜室为共用一套真空抽气机组和一套电源控制***的双室结构；镀膜室的磁控溅射源是旋转磁控溅射源，它是一种圆柱形管状靶，在其内与轴平行地安置着数根条形磁钢，而且整个磁体具有转动机构，其转速＞1转/分。
2、按权利要求1所述的镀膜装置，其特征是对镀膜室的金属镀件架可施加0－3000伏特的直流负偏压。
3、按权利要求2所述的镀膜装置，其特征是旋转磁控溅射源中的条形磁钢为八根。
4、按权利要求3所述的镀膜装置，其特征是镀膜室内的镀件架，是笼形工件架，并具有手动公转和电动自转机构。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| CN2075655U true CN2075655U (zh) | 1991-04-24 |
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ID=4871306
Family Applications (1)
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| CN 89215781 Expired - Lifetime CN2075655U (zh) | 1989-09-05 | 1989-09-05 | 双室旋转磁控溅射镀膜机 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN2075655U (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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