一种集成式阴极电弧靶的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成式阴极电弧靶，包括水冷阴极、阳极、绝缘组件、限弧机构、磁控限弧机构、档板机构和引弧机构，水冷阴极包括靶，引弧机构包括引弧针；其中：水冷阴极通过绝缘组件安装于阳极；限弧机构固定于绝缘组件，用来限制弧斑的运动范围；磁控限弧机构固定于阳极且位于阳极和水冷阴极之间，用来调节冷阴极的靶面的磁场强度；挡板机构和引弧机构固定于阳极，引弧机构的引弧针与水冷阴极的靶面接触。本发明简化了电弧离子镀设备真空腔体，促进电弧离子镀设备模块化和标准化；具有烧蚀均匀、靶利用率高的优点；安装维护方便，运行稳定。
【专利说明】—种集成式阴极电弧靶
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于真空电弧离子镀【技术领域】，尤其涉及一种集成式阴极电弧靶。
[0003]背景知识
目前，真空电弧离子镀技术已经广泛应用于工具模领域，提高工模具产品的使用性能和使用寿命。
[0004]真空腔体是电弧离子镀的核心组件之一，真空腔体上必须焊接各种法兰，用于抽气、进气、真空测量、蒸发源等。与弧源相关的就有三种法兰:弧源主体，引弧机构和档板机构。而真空腔体设计过程非常复杂，须考虑各法兰之间的关联，焊接工艺及焊缝热影响区的相互影响。
[0005]现有电弧阴极技术普便存在靶利用率低的问题，弧斑倾向在某些区域移动，导致这些区域烧蚀比其它区域严重，靶的整体利用率低。
[0006]现有电弧阴极技术运动引入骨架密封，长期使用会由于O圈磨损而漏气，需定期更换，在O圈使用期内也会由于安装过松而漏气，过紧而运动不畅。现有圆弧靶技术在靶材上车有螺牙，安装时采用链钳或特制工具，安装非常不便。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一是提供一种集成式阴极电弧靶，简化电弧离子镀设备真空腔体，促进电弧离子镀设备模块化和标准化。
[0008]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
一种集成式阴极电弧靶，包括:水冷阴极(I)、阳极(2)、绝缘组件(3)、限弧机构(4)、磁场机构(5 )、档板机构(6 )和引弧机构(7 )，水冷阴极(I)包括靶(13 )，引弧机构(7 )包括引弧针(72);其中:
水冷阴极(I)通过绝缘组件(3 )安装于阳极(2 );
限弧机构(4)固定于绝缘组件(3)，用来限制弧斑的运动范围；
磁场机构(5)固定于水冷板(11)且位于阳极(2)和水冷阴极(I)之间，用来调节冷阴极(10 )的靶(13 )面的磁场强度；
挡板机构(6)和引弧机构(7)固定于阳极(2)，引弧机构(7)的引弧针(72)与水冷阴极
(10)的靶(13)面接触。[0009]为了获得更均匀的靶面温度场、电场和磁场，解决阴极电弧靶靶面烧蚀不均、靶利用率低的问题，本发明的优选方案如下:
上述水冷阴极(I)包括水冷板(11)、导热板(12)、靶(13)、进出水管(15)和导电环
(16)，进出水管(15)固定于水冷板(11)上，水冷板(11)上压导热板(12)，靶(13)固定于水冷板(11)上且紧贴导热板(12)，导电环(16)通过铜螺栓(18)固定于水冷板(11)上。所述的水冷板(11)上设有蛇形导流槽，用以确保靶面能均匀、充分的冷却。[0010]上述阳极(2)包括阳极基板(21)和阳极罩(22)，阳极罩(22)固定于阳极基板(21)上；阳极基板(21)主体为第一法兰，其上焊有3个第二法兰。
[0011 ] 上述绝缘组件(3 )包括绝缘环(31)第一绝缘件(32 )、和第二绝缘件(33 )，绝缘环(31)为与导电环(16 )相匹配的环状结构，绝缘件(32 )为与铜螺栓(18 )相匹配的中空管状结构,绝缘件(33)为与进出水管(15)相匹配的中空管状结构。
[0012]上述限弧机构(4)包括限弧罩(41)和桶状组件(42)，桶状组件(42)固定于限弧罩 (41)一端；限弧罩(41)为一带度锥孔的环形结构。限弧罩(41)优选为带90度锥孔的环形结构，采用导磁材料制作，兼有导磁和限弧作用。
[0013]上述磁场机构(5 )包括环形磁铁(51)，环形磁铁(51)通过匀磁环(52 )安装于基座
(54)上。
[0014]为了解决阴极电弧靶安装复杂、运行不稳定的问题，本发明的优选方案如下: 上述档板机构(6)为依次相连的线性运动馈入装置(61)、连杆(62)、档板(63)组成的
曲轴滑块结构，运动引入密封方式为波纹管密封，档板(63)安装采用曲轴滑块结构。
[0015]上述引弧机构(7)由依次相连的线形运动馈入装置(71)和引弧针(72)组成，运动引入密封方式为波纹管密封，所述的引弧针(72)与靶(13)面接触的端头有弯折。
[0016]上述水冷阴极(I)的靶(13)设有两个台阶，可防止弧斑烧蚀压靶圈和安装螺丝。
[0017]本发明的有益效果是:
1、将弧源主体、引弧机构、档板机构集成于250KF法兰，促进真空弧源设计的模块化和标准化。
[0018]2、具有烧蚀均匀、靶利用率高的优点。
[0019]3、安装维护方便，运行稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明阴极电弧靶的一种具体结构示意图；
图2为水冷阴极【具体实施方式】的剖面图；
图3为阳极的一种具体结构示意图图；
图4为绝缘组件的一种具体结构示意图；
图5为限弧机构的一种具体结构示意图；
图6为磁场机构的一种具体结构不意图；
图7为挡板机构的一种具体结构示意图；
图8为引弧机构的一种具体结构示意图。
[0021]图中，1-水冷阴极；11_水冷板；12_导热铜板；13_靶；14_压靶圈；15_进出水管；16-导电铜环；17-0圈；18-铜螺栓；19-沉头螺栓；2_阳极；21_阳极基板；22_阳极罩；23-法兰；3_绝缘组件；31_绝缘环；32、33_绝缘件；4_限弧机构；41_限弧罩；42_桶状组件；5_磁场机构；51_环形磁铁；52_匀磁环；53_螺丝；54_基座；6_档板机构；61_线性运动馈入装置；62_连杆；63_档板；64_销钉；65_气缸；7_引弧机构；71_线性运动馈入装置；72-引弧针；73-弯折面；74-气缸。
【具体实施方式】[0022]下面将结合附图进一步描述本发明的【具体实施方式】。
[0023]见图2，水冷阴极(I)包括水冷板(11)、导热铜板(12)、靶(13)、压靶圈(14)、进出水管(15)、导电铜环(16)、O圈(17)、铜螺栓(18)和沉头螺栓(19)。水冷板(11)上刻有蛇形导流槽和O圈密封槽，蛇形导流槽用来确保靶(13)均匀、充分的冷却；进出水管(15)固定于水冷板(11)上；O圈(17)置于水冷板(11)的O圈密封槽内，O圈(17)上压0.8毫米导热铜板(12)，靶(13)通过压靶圈(14)和沉头螺栓(19)固定于水冷板(11)上且紧贴导热铜板(12)。靶(13)上有两个台阶，第一个台阶为压靶圈(14)提供一个凸缘；第二个台阶用来保证靶(13)面高出压靶圈(14)平面，防止弧斑烧蚀压靶圈和安装螺丝。通水时要保证水流方向是下进上出，防止产生气泡而影响冷却效率，水压2-4MPa，通水后，导热铜板(12)与靶(13)面紧密贴合，将靶材热量传给冷却水。导热铜板(12)的另一个作用是防止靶材烧蚀超过安全烧蚀深度时，保证水不至于流进真空室内。弧电源负极接导电铜环(16)，电流通过导电铜环(16)、铜螺栓(18)至水冷板(11)。导电铜环(16)的作用为均匀阴极电位。
[0024]阳极(2 )由阳极基板(21)和阳极罩(22 )组成，阳极基板(21)的主体为KF250法兰，其上焊有3个KF25法兰(23 )，用来安装I个引弧机构(7 )和2个档板机构(6 )。阳极罩(22)通过螺栓锁在阳极基板(21)上，阳极罩(22)有两个作用:防止涂层涂覆在真空腔体壁上，为档板机构提供安装支点。
[0025]绝缘组件(3)包括用来绝缘阳极基板(21)和水冷板(11)的绝缘环(31)、用来绝缘导电铜环(16 )和阳极基板(21)的绝缘件(32 )、用来绝缘导电铜环(16 )和进出水管(15 )的绝缘件(33)。绝缘环(31)为与导电铜环(16)相匹配的环状结构，绝缘件(32)为与铜螺栓(18)相匹配的中空管状结构，绝缘件(33)为与进出水管(15)相匹配的中空管状结构。
[0026]铜螺栓(18)—端固定于水冷板(11)，另一端从导电铜环(16)中心环穿过。水冷阴极(I)通过绝缘组件(3)和铜螺栓(18)安装于阳板基板(21)上，见图1，具体为:将进出水管(15)穿过绝缘件(33)，将铜螺栓(18)穿过绝缘件(32)，将导电铜环(16)穿过绝缘环(31)，并将阳极(2)的三个法兰(23)依次与绝缘组件(3)的绝缘件(32)和绝缘件(33)套接，从而实现将水冷阴极(I)安装于阳板基板(21)上。
[0027]限弧机构(4)主体为限弧罩(41)，限弧罩(41)为一带90度锥孔的环形结构，限弧罩(41) 一端连有一桶状组件(42 )，桶状组件(42 )套于绝缘组件(3 )的绝缘环(31)上；限弧罩(41)在电位上位于悬浮位置，且与阴极的间距为1.5毫米，用来阻止弧斑烧蚀水冷板和压靶圈。限弧罩(41)由导磁材料制作，用来提升磁场，兼具导磁和限弧的作用。
[0028]磁场机构(5)功能件为环形磁铁(51)，环形磁铁(51)通过匀磁环(52)安装于基座(54)上，均磁环(52)用导磁材料制作，用来均匀靶面磁场。通过调整螺丝(53)调苄基座(54)与靶(13)面的距离，从而调节靶(13)表面磁场强度。磁场机构(5)固定于水冷板
(11)上，位于阳极基板(21)和水冷板(11)之间。
[0029]档板机构(6)为依次相连的线性运动馈入装置(61)、连杆(62)、档板(63)组成的曲轴滑块结构，变气缸(65)的直线运动为档板的翻转运动。运动引入密封方式为波纹管密封。线性运动馈入装置(61)通过KF卡环安装在阳极基板(21)的其中一法兰(23)。销钉
(64)将线性运动馈入装置(61)、连杆(62)、档板(63)、阳极罩(22)联接在一起，形成曲轴滑块结构，变气缸的直线运动为档板的翻转运动。
[0030]弓丨弧机构(7)由依次相连的线形运动馈入装置(71)和引弧针(72 )组成，线形运动馈入装置(71)通过阳极基板(21)的法兰固定于阳极基板(21)上，线形运动馈入装置(71)的结构和原理同档板机构(6)中的线性运动馈入装置(61)，引弧针(72)为钨铈合金，其端头与靶(13)面接触。引弧针(72)与靶(13)面接触的端头有弯折，其弯折面(73)接触靶(13)面，防止引弧运动时在靶(13)面敲出凹坑。
[0031]本发明集成式电弧靶包括I个引弧机构(7)和2个挡板机构(6)，引弧机构(7)和挡板机构(6)分别通阳极基板(21)上设置的3个法兰(23)固定于阳极基板(21)上。
【权利要求】
1.集成式阴极电弧靶，其特征在于，包括: 水冷阴极(I)、阳极(2)、绝缘组件(3)、限弧机构(4)、磁场机构(5)、档板机构(6)和引弧机构(7 )，水冷阴极(I)包括靶(13 )，引弧机构(7 )包括引弧针(72 );其中: 水冷阴极(I)通过绝缘组件(3 )安装于阳极(2 ); 限弧机构(4)固定于绝缘组件(3)，用来限制弧斑的运动范围； 磁场机构(5 )固定于水冷板(11)且位于阳极(2 )和水冷阴极(I)之间，用来调节冷阴极(10)的靶(13)面的磁场强度； 挡板机构(6)和引弧机构(7)固定于阳极(2)，引弧机构(7)的引弧针(72)与水冷阴极(10)的靶(13)面接触。
2.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的水冷阴极(I)包括水冷板(11)、导热板(12)、靶(13)、进出水管(15)和导电环(16)，进出水管(15)固定于水冷板(11)上，水冷板(11)上压导热板(12)，靶(13)固定于水冷板(11)上且紧贴导热板(12)，导电环(16)通过螺栓固定于水冷板(11)上。
3.如权利要求2所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的水冷板(11)上设有蛇形导流槽。
4.如权利要求2所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的靶(13)设有两个台阶。
5.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的阳极(2)包括阳极基板(21)和阳极罩(22)，阳极罩(22)固定于阳极基板(21)上；阳极基板(21)主体为第一法兰，其上焊有3个第二法兰。
6.如权利要求2所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的绝缘组件(3)包括绝缘环(31 )、第一绝缘件(32)和第二绝缘件(33)，绝缘环(31)为与导电环(16)相匹配的环状结构，第一绝缘件(32)为与铜螺栓(18)相匹配的中空管状结构，第二绝缘件(33)为与进出水管(15)相匹配的中空管状结构。
7.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的限弧机构(4)包括限弧罩(41)和桶状组件(42)，限弧罩(41)为一带度锥孔的环形结构，桶状组件(42)固定于限弧罩(41) 一端。
8.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的磁场机构(5)包括环形磁铁(51 )，环形磁铁(51)通过匀磁环(52)安装于基座(54)上。
9.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的档板机构(6)为依次相连的线 性运动馈入装置(61)、连杆(62)、档板(63)组成的曲轴滑块结构，运动引入密封方式为波纹管密封。
10.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于: 所述的引弧机构(7)由依次相连的线形运动馈入装置(71)和引弧针(72)组成，运动引入密封方式为波纹管密封，所述的引弧针(72)与靶(13)面接触的端头有弯折。
【文档编号】C23C14/32GK103469166SQ201310473310
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】黄志宏, 张早娣, 闫少健, 付德君 申请人:武汉大学