一种涂层机的机芯构造的制作方法

本发明涉及真空镀膜设备技术领域，尤其是指一种涂层机的机芯构造。

背景技术：

真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中有着广泛的应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。其中磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的成就之一。“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面(靶)，使固体原子或分子从表面射出的现象。射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于轰击靶的溅射粒子可以是电子，离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速获得所需要动能，因此大都采用离子作为轰击粒子。

现有技术中，溅射过程中带电的溅射原子的溅射路径难以控制，通常只能实现沿直线路径溅射，溅射的精准度低，工件的镀层效果差；另外，正离子轰击靶材的过程中，与靶材接触的内部零件处于超高温状态，容易被烧损，导致整个溅射过程失败，工件的镀层失败，无法满足现代化生产的需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种涂层机的机芯构造，能够利用气体自动产生离子，带电的溅射原子能够沿弯曲路径溅射到真空内腔的工件的表面，沉积形成镀层，溅射的精准度高，还能够对靶材液冷固定组件实现快速降温，冷却效果好。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种涂层机的机芯构造，其包括真空容器、离子发生机构和磁性弯管机构，真空容器设有真空内腔，离子发生机构安装于真空内腔并用于产生离子；磁性弯管机构包括基座、真空弯管件、电磁线圈以及均安装于基座的靶材液冷固定组件和引弧组件，基座可拆卸安装于真空容器的侧壁，基座安装于真空弯管件的一端，真空弯管件与真空内腔连通，电磁线圈绕设于真空弯管件的外壁，靶材液冷固定组件用于安装靶材并对靶材降温，引弧组件用于驱使该靶材产生弧斑，离子发生机构产生的离子轰击靶材，产生带电的溅射原子，带电的溅射原子的移动轨迹与真空弯管件的中心轴线重合设置或平行设置，带电的溅射原子通过真空弯管件进入真空内腔。

进一步地，所述离子发生机构包括装配基体、正极载件、负极载件、气腔基件和冷却组件，装配基体安装于真空内腔内，负极载件安装于装配基体的上部，所述冷却组件安装于负极载件的下部并用于对负极载件冷却，正极载件和负极载件之间产生电场，气腔基件设置于正极载件与负极载件之间，以使气腔基件位于所述电场中，所述气腔基件设有离子发生腔以及与离子发生腔连通的多个离子发射通孔，离子通过离子发射通孔进入真空内腔。

进一步地，所述冷却组件包括冷却托件、第一进液咀和第一出液咀，冷却托件安装于负极载件的下部，冷却托件与负极载件围设形成冷却液腔，第一进液咀和第一出液咀分别安装于冷却托件的两端，第一进液咀和第一出液咀与冷却液腔连通，冷却托件和负极载件之间安装有第一密封圈，以用于密封冷却托件和负极载件之间的间隙；所述正极载件安装有电极接线柱，以用于接入电源正极，所述负极载件接入电源负极，正极载件与负极载件之间形成电场。

进一步地，所述离子发生机构还包括冷却围板，冷却围板中部设有安装孔，以用于安装气腔基件，冷却围板的下部设有注液棒，注液棒设有第一进液通道和第一出液通道，冷却围板的上部设有冷却环槽，第一进液通道和第一出液通道均与冷却环槽连通，冷却液依次流经第一进液通道、冷却环槽和第一出液通道，冷却环槽用于对气腔基件冷却，注液棒外侧套设有绝缘部件，绝缘部件用于保护注液棒。

进一步地，所述离子发生机构还包括多个磁性部件，所述气腔基件设有多个限位孔，多个限位孔呈环形阵列，形成限位孔环，多个离子发射通孔呈直线阵列，多个离子发射通孔均位于限位孔环内部，多个磁性部件分别限位于多个限位孔。

进一步地，所述靶材液冷固定组件包括安装于基座的液冷管件、安装于液冷管件一端的夹持件以及安装于液冷管件另一端的连接管件，液冷管件安装有夹持件的一端突伸至真空弯管件内部，液冷管件安装有连接管件的一端显露于真空弯管件外，夹持件设有夹持凹槽，夹持凹槽用于夹持靶材。

进一步地，所述连接管件安装有第二进液咀和第二出液咀，液冷管件设有第二进液通道、与第二进液通道连通的第一液冷腔、与第一液冷腔连通的第二液冷腔以及与第二液冷腔连通的第二出液通道，第二进液咀与第二进液通道连通，第二出液咀与第二出液通道连通，第二进液通道设置于第二出液通道内部，第二进液通道与第二出液通道共轴设置，冷却液依次流经第二进液咀、第二进液通道、第一液冷腔、第二液冷腔、第二出液通道和第二出液咀，夹持件和液冷管件之间安装有第二密封圈。

进一步地，所述引弧组件包括安装于基座的驱动件、与驱动件输出端连接的杆件以及设置于杆件远离驱动件的一端的引弧部件，引弧部件包括固定于杆件的支撑部以及与支撑部一体成型的弯折部，驱动件用于驱使弯折部抵触靶材或远离靶材。

进一步地，所述真空弯管件包括弧形管和两个直管，两个直管分别固定于弧形管的两端，基座安装于一直管远离弧形管的一端，弧形管和两个直管均设有夹层空腔，弧形管的夹层空腔分别与两个直管的夹层空腔相互连通，弧形管内部安装有挡滤部件，挡滤部件设有多个挡板。

进一步地，所述真空容器包括容器本体、挡门、加热棒和气体供应管，挡门转动安装于容器本体，挡门与容器本体围设形成真空内腔，挡门设有安装槽位，离子发生机构安装于安装槽位，加热棒的数量为多个，多个加热棒呈环形阵列于真空内腔并提供热量，气体供应管分布于真空内腔，气体供应管用于对离子发生机构供应气体。

本发明的有益效果：本构造的离子发生机构能够利用气体自动产生离子，磁性弯管机构使得带电的溅射原子能够沿弯曲路径溅射到真空内腔的工件的表面，沉积形成镀层，溅射的精准度高，还能够对靶材液冷固定组件实现快速降温，冷却效果好。

附图说明

图1为本发明的真空容器的立体结构示意图。

图2为本发明的磁性弯管机构的立体结构示意图。

图3为本发明的基座、靶材、靶材液冷固定组件和引弧组件的结构示意图。

图4为本发明的磁性弯管机构的剖视图。

图5为本发明的靶材液冷固定组件的剖视图。

图6为本发明的离子发生机构的立体结构示意图。

图7为本发明的离子发生机构的剖视图一。

图8为本发明的离子发生机构的剖视图二。

图9为本发明的气腔基件、离子发射通孔、限位孔和限位孔环的结构示意图。

图10为本发明的冷却围板的立体结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

如图1至图10所示，本发明提供的一种涂层机的机芯构造，其包括真空容器28、离子发生机构41和磁性弯管机构42，真空容器28设有真空内腔29，离子发生机构41安装于真空内腔29并用于产生离子；磁性弯管机构42包括基座1、真空弯管件2、电磁线圈3以及均安装于基座1的靶材液冷固定组件4和引弧组件5，基座1可拆卸安装于真空容器28的侧壁，基座1安装于真空弯管件2的一端，真空弯管件2与真空内腔29连通，电磁线圈3绕设于真空弯管件2的外壁，靶材液冷固定组件4用于安装靶材43并对靶材43降温，引弧组件5用于驱使该靶材43产生弧斑，离子发生机构41产生的离子轰击靶材43，产生带电的溅射原子，带电的溅射原子的移动轨迹与真空弯管件2的中心轴线重合设置或平行设置，带电的溅射原子通过真空弯管件2进入真空内腔29。

溅射原理：先让惰性气体(通常为ar气)产生辉光放电现象产生带电的离子，在真空室内用正离子(通常是ar+)轰击阴极(沉积材料做的靶材)；带电离子经电场加速后撞击靶材43表面，使靶材原子被轰击而飞出来，同时产生二次电子，再撞击气体原子从而形成更多的带电离子；靶材原子携带着足够的动能溅射到达基材(工件)的表面进行沉积形成镀层。经过等离子区中受高能电子的轰击碰撞后，部分靶材原子会被离化，溅射出来的靶材，并不一定是单个离子状态，通常以团状为主，在经过电离区时，单个原子如果被电离的为正离子，团状吸收电子而带负电荷。

实际运用中，真空容器28可以安装有多个磁性弯管机构42，磁性弯管机构42显露在真空内腔29外，真空容器28的侧壁上设有多个环形的安装底座50，磁性弯管机构42的基座1可拆卸安装于安装底座50，真空容器28的真空内腔29抽真空处理，离子发生机构41充入惰性气体，离子发生机构41利用辉光放电的原理产生大量的离子，大量的离子充斥整个真空内腔29和真空弯管件2内部，靶材液冷固定组件4接阴极，引弧组件5连接引弧电路，引弧组件5击中靶材43的侧壁产生弧斑，电磁线圈3绕设于真空弯管件2的外壁，带电的溅射原子在电磁场力的作用下其移动轨迹与真空弯管件2的中心轴线重合设置或平行设置，真空弯管件的中心轴线呈弯曲弧状，使得带电的溅射原子沿特定路径溅射到预设位置的基材(工件)的表面，沉积形成镀层，通常溅射原子的溅射方向和路径不受控制，由于带电的溅射原子在电磁场力下能够控制其溅射方向和路径，因此提高了溅射的精准度；正离子轰击靶材43的过程中，靶材液冷固定组件4和靶材43均处于超高温状态，为了达到降温的效果，对靶材液冷固定组件4内部导入流动的冷却液，能够对靶材液冷固定组件4实现快速降温，保护靶材液冷固定组件4和靶材43，延长使用寿命。

本构造的离子发生机构41能够利用气体自动产生离子，磁性弯管机构42使得带电的溅射原子能够沿弯曲路径溅射到真空内腔的工件的表面，沉积形成镀层，溅射的精准度高，还能够对靶材液冷固定组件实现快速降温，冷却效果好。

本实施例中，所述离子发生机构包括装配基体31、正极载件32、负极载件33、气腔基件34和冷却组件35，装配基体31安装于真空内腔29内，负极载件33安装于装配基体31的上部，所述冷却组件35安装于负极载件33的下部并用于对负极载件33冷却，正极载件32和负极载件33之间产生电场，气腔基件34设置于正极载件32与负极载件33之间，以使气腔基件34位于所述电场中，所述气腔基件34设有离子发生腔36以及与离子发生腔36连通的多个离子发射通孔37，离子通过离子发射通孔37进入真空内腔29。

实际运用中，对离子发生腔36充入气体，在电场作用下离子发生腔36的气体被击穿，而呈现气体放电的物理现象，即辉光放电现象，气体放电形成的等离子体，等离子体是一种电离气体，是离子、电子和高能原子等的集合体，正离子和电子总是成对的出现，总数大致相等，整体呈准电中性，它是一种由带电粒子组成的电离状态，称为物质的第四态-等离子态。溅射镀膜过程中，气体和靶材金属原子被高能电子撞击电离为由电子、气体离子和金属离子等导电粒子组成的等离子体。等离子体从离子发射通孔37移动至真空内腔29，作为溅射镀膜过程的轰击粒子。在气体放电的过程中负极载件33处于超级高温状态，对冷却组件35导入流动的冷却液，以对负极载件33和气腔基件34进行有效、快速的降温。

本实施例中，所述冷却组件35包括冷却托件38、第一进液咀39和第一出液咀310，冷却托件38安装于负极载件33的下部，冷却托件38与负极载件33围设形成冷却液腔311，第一进液咀39和第一出液咀310分别安装于冷却托件38的两端，第一进液咀39和第一出液咀310与冷却液腔311连通，冷却托件38和负极载件33之间安装有第一密封圈312，以用于密封冷却托件38和负极载件33之间的间隙；所述正极载件32安装有电极接线柱314，以用于接入电源正极，所述负极载件33接入电源负极，正极载件32与负极载件33之间形成电场。具体的，冷却液从第一进液咀39导入冷却液腔311内，直接与负极载件33接触，冷却液腔311内的冷却液从第一出液咀310流出，冷却液处于实时流动的状态，使得负极载件33能够有效、快速的降温，延长使用寿命。由于冷却液导入冷却液腔311内，第一密封圈312用于防止冷却液溢出冷却液腔311，进一步防止造成冷却液浪费和污染其它零部件。电极接线柱314用于接入电源正极，所述负极载件33接入电源负极，以用于对离子发生腔36提供电场。所述负极载件33安装有充气咀313，所述充气咀313与离子发生腔36连通，充气咀313与外界的充气装置连接，对离子发生腔36供给足够的气体。

本实施例中，所述离子发生机构41还包括冷却围板315，冷却围板315中部设有安装孔316，以用于安装气腔基件34，冷却围板315的下部设有注液棒317，注液棒317设有第一进液通道318和第一出液通道319，冷却围板315的上部设有冷却环槽320，第一进液通道318和第一出液通道319均与冷却环槽320连通，冷却液依次流经第一进液通道318、冷却环槽320和第一出液通道319，冷却环槽320用于对气腔基件34冷却，注液棒317外侧套设有绝缘部件321，绝缘部件321用于保护注液棒317。具体的，安装孔316的形状与气腔基件34的形状相匹配，气腔基件34位于冷却围板315中部。冷却环槽320所在平面与注液棒317的轴向中心线垂直设置，冷却组件35对负极载件33冷却，由于气腔基件34位于负极载件33上，因此冷却组件35能够对气腔基件34的下部进行冷却，冷却环槽320用于对气腔基件34的边缘处冷却，同时对气腔基件34的多处冷却，能够加强冷却效果，保证气体在离子发生腔36内放电形成的等离子体的过程顺利进行。由于注液棒317设置于负极载件33与正极载件32之间，容易被击穿烧损，绝缘部件321能够使得注液棒317处于被绝缘状态，有效保护注液棒317，延长使用寿命。

本实施例中，所述离子发生机构41还包括多个磁性部件(图中未示出)，所述气腔基件34设有多个限位孔323，多个限位孔323呈环形阵列，形成限位孔环325，多个离子发射通孔37呈直线阵列，多个离子发射通孔37均位于限位孔环325内部，多个磁性部件分别限位于多个限位孔323。具体地，磁性部件用于控制离子从离子发射通孔37发射出去的受力，通过控制磁性部件与离子发射通孔37的位置关系，改变离子的运动方向和轨迹，使其作为溅射镀膜过程的轰击粒子，轰击靶材的效果好，提高靶材的利用率。

本实施例中，所述靶材液冷固定组件4包括安装于基座1的液冷管件6、安装于液冷管件6一端的夹持件7以及安装于液冷管件6另一端的连接管件8，液冷管件6安装有夹持件7的一端突伸至真空弯管件2内部，液冷管件6安装有连接管件8的一端显露于真空弯管件2外，夹持件7设有夹持凹槽9，夹持凹槽9用于夹持靶材43。具体的，连接管件8用于连接外界的导冷却液管道，正离子轰击靶材43的过程中，夹持件7的温度极高，液冷管件6用于导入流动的冷却液对夹持件7进行有效快速的降温，保证溅射工作正常进行，提高生产效率。

本实施例中，所述连接管件8安装有第二进液咀10和第二出液咀11，液冷管件6设有第二进液通道12、与第二进液通道12连通的第一液冷腔13、与第一液冷腔13连通的第二液冷腔14以及与第二液冷腔14连通的第二出液通道15，第二进液咀10与第二进液通道12连通，第二出液咀11与第二出液通道连通15，第二进液通道12设置于第二出液通道15内部，第二进液通道12与第二出液通道15共轴设置，冷却液依次流经第二进液咀10、第二进液通道12、第一液冷腔13、第二液冷腔14、第二出液通道15和第二出液咀11，夹持件7和液冷管件6之间安装有第二密封圈16。具体的，第一液冷腔13和第二液冷腔14的形状为圆柱形，且厚度较小，即底面面积与厚度之比较大，第一液冷腔13和第二液冷腔14的设计，能够加大对夹持件7的有效冷却面积，使得冷却液停留在液冷管件6内部的时间延长，降温效果好。

所述第一液冷腔13由夹持件7和液冷管件6围设而成，夹持凹槽9位于夹持件7的一侧，第一液冷腔13位于夹持件7的另一侧。具体的，冷却液进入第一液冷腔13后，直接与夹持件7接触，且为了加强冷却效果，夹持凹槽9与第一液冷腔13之间的夹持件7的厚度设计较小，第一液冷腔13与第二液冷腔14经由通孔连通，冷却液进入第一液冷腔13后停留片刻后进入第二液冷腔14，在第二液冷腔14停留片刻后流出，能够对靶材液冷固定组件4实现快速降温，保护靶材液冷固定组件4和靶材43，延长使用寿命。

本实施例中，所述引弧组件5包括安装于基座1的驱动件18、与驱动件18输出端连接的杆件19以及设置于杆件19远离驱动件18的一端的引弧部件20，引弧部件20包括固定于杆件19的支撑部21以及与支撑部21一体成型的弯折部22，驱动件18用于驱使弯折部22抵触靶材43或远离靶材43。优选地，驱动件18选用气缸或电缸；杆件19接引弧电源，驱动件18用于驱使杆件19转动预设角度，弯折端22与靶材28抵触产生弧斑，随后驱动件18驱使弯折端22回位，靶材28开始烧蚀，即正离子开始轰击靶材28，溅射出来的靶材原子沿真空弯管件的中心轴线移动至真空内腔29，工件放置于真空内腔29，靶材原子溅射到工件的表面进行沉积形成镀层，完成工件的镀层，通过控制驱动件18的动作，进一步控制靶材的烧蚀，加强可控性。

本实施例中，所述真空弯管件2包括弧形管23和两个直管24，两个直管24分别固定于弧形管23的两端，基座1安装于一直管24远离弧形管23的一端，弧形管23和两个直管24均设有夹层空腔25，弧形管23的夹层空腔25分别与两个直管24的夹层空腔25相互连通，弧形管23内部安装有挡滤部件26，挡滤部件26设有多个挡板27。具体的，靶材原子溅射到基材的表面的过程中，真空弯管件2处于高温状态中，夹层空腔25用于导入外界的冷却液，对真空弯管件2进行冷却降温，防止真空弯管件2被高温烧损，确保真空弯管件2内部的溅射过程顺利进行，延长使用寿命，提高可靠性和稳定性。弧形管23呈弯弧状，能够通过控制电磁线圈的分布，进一步控制带电靶材原子的运动轨迹，以满足各种不同工件的镀层要求。

本实施例中，所述真空容器28包括容器本体44、挡门45、加热棒46和气体供应管47，挡门45转动安装于容器本体44，挡门45与容器本体44围设形成真空内腔29，挡门45设有安装槽位48，离子发生机构41的装配基体31安装于安装槽位48，加热棒46的数量为多个，多个加热棒46呈环形阵列于真空内腔29并提供热量，使得真空内腔29热量分部均匀，气体供应管47分布于真空内腔29，气体供应管47用于对离子发生机构41供应气体。挡门45用于取放工件。加热棒46用于控制真空内腔29的温度，以满足各种不同工件的镀层要求。

本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。