适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构及其镀膜方法，涉及一种磁控溅射镀膜装置相对运动机构及镀膜方法。目的是解决磁控溅射装置在共形结构表面均匀镀膜难度大的问题。机构由活动样品台和摆动靶头构成；摆动靶头中靶头轨道的槽底部由左端向右端上升的阶梯，相邻阶梯为弧形过渡面；靶头支架的行走轮设置在靶头轨道内。装置中靶头支架沿着靶头轨道的槽底部前后移动过程中会上下摆动，靶头支架同时会带动靶头前后移动和上下摆动，使靶头的朝向发生改变；实现共形基底表面镀膜。装置免去了掩膜板的使用，进而提高了沉积速率，解决共形表面的均匀镀膜问题。本发明专利技术适用于共形基底表面镀膜。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构及其镀膜方法
本专利技术涉及一种磁控溅射镀膜装置相对运动机构及其镀膜方法。
技术介绍
目前，随着共形结构功能部件在国计民生领域的广泛应用(如：共形光学元件、共形耐腐蚀组件等)，使得共形表面沉积均匀功能膜层成为非常迫切的需求。与当前应用较为成熟的平面和半球表面均匀镀膜工艺相比，作为椭球面一部分的共形表面，现有的共形表面均匀镀膜工艺过于复杂，难于实现具有普适效果的沉积工艺。共形结构功能部件表面功能化膜层的沉积多采用磁控溅射设备实现。该类工艺需要添加掩膜板作为辅助，不仅需要设计掩膜板外形，而且其摆放的相对位置也不易选定，因此无形中又增加了调控工艺参数的变量，导致均匀沉积工艺极其复杂。另外，采用掩膜板方式进行磁控溅射镀膜时，一部分镀膜材料必定会被掩膜板遮挡，靶材浪费严重，同时降低了膜层沉积效率。综上，现有的磁控溅射装置在共形结构表面均匀镀膜难度较大。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的磁控溅射装置在共形结构表面均匀镀膜难度大的问题，提出一种适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构及其镀膜方法。本专利技术适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构由活动样品台和摆动靶头构成；所述活动样品台由下部真空室法兰、样品架托板、样品架、主动齿轮、主动齿轮轴、转动电机、转动电机托架、升降杆、升降块、升降螺纹杆和升降电机构成；所述样品架由样品架顶板、样品架底板和数个支撑杆构成；样品架底板为圆盘形，样品架底板的外缘上设置有轮齿；样品架顶板和样品架底板平行设置，支撑杆设置于样品架顶板和样品架底板之间，并且支撑杆上端与样品架顶板固接，支撑杆下端与样品架底板固接；下部真空室法兰为圆盘形，下部真空室法兰中心设置有升降杆通过孔，升降杆通过孔旁设置有主动齿轮轴通过孔；下部真空室法兰水平设置，升降杆竖向设置于升降杆通过孔内；升降块为立方体形，升降块上设置有通孔，升降块上的通孔内设置有内螺纹；升降杆下端固接于升降块上通孔侧部，升降块的通孔内部设置有升降螺纹杆，升降螺纹杆为外螺纹杆，升降螺纹杆的螺纹与升降块上通孔的内螺纹相匹配；升降螺纹杆下端套设有被动齿轮，升降电机的动力输出轴上套设有动力输出齿轮，被动齿轮和动力输出齿轮通过履带连接；升降杆上端固接有水平设置的样品架托板，样品架托板表面设置有环状沟槽，样品架底板下表面设置有与环状沟槽对应的第二环状沟槽，样品架底板设置于样品架托板上方，环状沟槽和第二环状沟槽之间设置有滚珠；转动电机托架水平设置，转动电机托架一端与升降杆中部固接，转动电机托架上表面设置有转动电机，转动电机的动力输出轴与主动齿轮轴下端连接，主动齿轮轴上端穿过主动齿轮轴通过孔设置，主动齿轮轴上端设置有主动齿轮，主动齿轮与样品架底板的外缘上设置的轮齿相啮合；所述摆动靶头由靶头、靶头支架、波纹管、侧部真空室法兰、靶头支撑管、靶头滑座、联轴器、靶头驱动电机、螺纹推杆和靶头轨道构成；侧部真空室法兰竖向设置，侧部真空室法兰中心处设置有靶头支撑管通过孔，靶头支撑管水平设置于靶头支撑管通过孔内；靶头滑座为竖向设置的长方体形，靶头滑座上部与靶头支撑管右端固接，靶头滑座下部设置有水平通孔，螺纹推杆设置于靶头滑座下部的水平通孔内，靶头滑座下部的水平通孔内设置有与螺纹推杆相匹配的内螺纹；螺纹推杆右端连接有联轴器，联轴器设置在靶头驱动电机的动力输出轴上；靶头支撑管左端连接有波纹管，波纹管左端与靶头之间设置有连接管；所述靶头支架上端设置有包箍，包箍套设在波纹管左端与靶头之间的连接管上；靶头支架下端设置有行走轮；靶头轨道为槽形，靶头轨道的槽底部由左端向右端上升的阶梯，相邻阶梯之间为弧形过渡面；行走轮设置在靶头轨道内；所述摆动靶头中螺纹推杆的旋转中心线与活动样品台中升降杆的旋转中心线相互垂直，靶头设置于样品架顶板一侧。所述升降杆与升降杆通过孔之间设置有机械密封；主动齿轮轴和主动齿轮轴通过孔之间设置有机械密封；靶头支撑管通过孔与靶头支撑管之间设置有机械密封。利用上述适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构进行共形基底表面镀膜的方法按照以下步骤进行：一、将靶头、靶头支架、波纹管和靶头轨道伸入至磁控溅射镀膜装置中靶头安装管内，将摆动靶头的侧部真空室法兰与靶头安装管端部设置的靶头安装法兰盘连接；将样品架托板、样品架和主动齿轮伸入至磁控溅射镀膜装置中的真空室内部，活动样品台的下部真空室法兰与磁控溅射镀膜装置中真空室底部敞口端部设置的真空室密封法兰连接；二、镀膜前的准备：靶材和共形基底清洗，得到洁净靶材，然后将洁净靶材安装靶头上，同时将共形基底装夹在样品托架的样品架顶板上，将磁控溅射镀膜装置中真空室抽真空；所述将磁控溅射镀膜装置中真空室抽真空至5.0×10-5～8.0×10-4Pa；所述靶材和共形基底清洗的工艺为：将靶材和共形基底依次放在丙酮、酒精和去离子水中，分别在超声功率为300～600W的条件下清洗10～15min；三、靶头步进设置通过靶头驱动电机调整靶头的步进数量为10～50次，步进距离为5～30mm，在每个位置的停留时间为20～500s；四、样品架转速和升降速度设置通过转动电机调整样品架的转速为1～20r/min；通过升降电机调整样品架的升降速度为1～200mm/min；五、镀膜：将磁控溅射镀膜装置中真空室温度升温至100～600℃，并保温30～60min；然后向真空室内通入氩气，然后开始进行镀膜；镀膜完成后关闭磁控溅射镀膜装置电源，待真空室内温度降至25℃～70℃后，即完成。所述进行镀膜过程中，靶材功率参数的设置为：功率100～300W，脉冲宽度设置为10～100μs，频率设置为100～3000Hz；所述氩气的气压为0.1～1.0Pa；本专利技术原理及有益效果为：本专利技术适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构中，升降电机转动带动升降块沿着升降螺纹杆上下移动，升降块带动主动齿轮、主动齿轮轴、转动电机、样品架托板和样品架上下移动；转动电机转动后带动主动齿轮转动，主动齿轮与样品架底板的外缘上设置的轮齿相啮合，主动齿轮转动进而带动样品架底板转动，最终实现共形基底的转动；靶头驱动电机转动带动靶头滑座前后移动，头滑座带动靶头、靶头支架、波纹管、靶头轨道和靶头支撑管前后移动，靶头支架下端设置的行走轮设置在靶头轨道内，行走轮在靶头支架的带动下沿着靶头轨道的槽底部前后移动，由于靶头轨道的槽底部由左端向右端上升的阶梯，所以靶头支架沿着靶头轨道的槽底部前后移动过程中会上下摆动，靶头支架同时会带动靶头前后移动和上下摆动，靶头的摆动会使靶头的朝向发生改变；本专利技术适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构能够实现共形表面的均匀沉积镀膜，镀膜过程中仅调整活动样品台和摆动靶头运动参数，利用靶头轨道的阶梯底面实现靶头的上下摆动和前后移动，进而实现靶头的朝向的调整，在活动样品台转动和升降、以及靶头前后移动和上下摆动的配合下，实现控制靶材到样品表面的距离和靶头依次对准全部的共形基底表面的功能，实现共形基底表面镀膜。镀膜过程中避免了掩膜板的使用，进而提高了沉积速率。制备的膜的膜层厚度与目标值的误差在±3％以内，解决了现有的磁控溅射装置在共形结构表面均匀沉积镀膜的难度大的问题。附图说明图1为活动样品台本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构，其特征在于：磁控溅射镀膜装置中适用于共形基底表面镀膜的相对运动机构由活动样品台和摆动靶头构成；所述活动样品台由下部真空室法兰(101)、样品架托板(102)、样品架、主动齿轮(106)、主动齿轮轴(107)、转动电机(108)、转动电机托架(109)、升降杆(110)、升降块(111)、升降螺纹杆(112)和升降电机(113)构成；所述样品架由样品架顶板(103)、样品架底板(104)和数个支撑杆(105)构成；样品架底板(104)为圆盘形，样品架底板(104)的外缘上设置有轮齿；样品架顶板(103)和样品架底板(104)平行设置，支撑杆(105)设置于样品架顶板(103)和样品架底板(104)之间，并且支撑杆(105)上端与样品架顶板(103)固接，支撑杆(105)下端与样品架底板(104)固接；下部真空室法兰(101)为圆盘形，下部真空室法兰(101)中心设置有升降杆通过孔，升降杆通过孔旁设置有主动齿轮轴通过孔；下部真空室法兰(101)水平设置，升降杆(110)竖向设置于升降杆通过孔内；升降块(111)为立方体形，升降块(111)上设置有通孔，升降块(111)上的通孔内设置有内螺纹；升降杆(110)下端固接于升降块(111)上通孔侧部，升降块(111)的通孔内部设置有升降螺纹杆(112)，升降螺纹杆(112)为外螺纹杆，升降螺纹杆(112)的螺纹与升降块(111)上通孔的内螺纹相匹配；升降螺纹杆(112)下端套设有被动齿轮，升降电机(113)的动力输出轴上套设有动力输出齿轮，被动齿轮和动力输出齿轮通过履带连接；升降杆(110)上端固接有水平设置的样品架托板(102)，样品架托板(102)表面设置有环状沟槽(3)，样品架底板(104)下表面设置有与环状沟槽(3)对应的第二环状沟槽，样品架底板(104)设置于样品架托板(102)上方，环状沟槽(3)和第二环状沟槽之间设置有滚珠；转动电机托架(109)水平设置，转动电机托架(109)一端与升降杆(110)中部固接，转动电机托架(109)上表面设置有转动电机(108)，转动电机(108)的动力输出轴与主动齿轮轴(107)下端连接，主动齿轮轴(107)上端穿过主动齿轮轴通过孔设置，主动齿轮轴(107)上端设置有主动齿轮(106)，主动齿轮(106)与样品架底板(104)的外缘上设置的轮齿相啮合；所述摆动靶头由靶头(201)、靶头支架(202)、波纹管(203)、侧部真空室法兰(204)、靶头支撑管(205)、靶头滑座(206)、联轴器(207)、靶头驱动电机(208)、螺纹推杆(209)和靶头轨道(211)构成；侧部真空室法兰(204)竖向设置，侧部真空室法兰(204)中心处设置有靶头支撑管通过孔，靶头支撑管(205)水平设置于靶头支撑管通过孔内；靶头滑座(206)为竖向设置的长方体形，靶头滑座(206)上部与靶头支撑管(205)右端固接，靶头滑座(206)下部设置有水平通孔，螺纹推杆(209)设置于靶头滑座(206)下部的水平通孔内，靶头滑座(206)下部的水平通孔内设置有与螺纹推杆(209)相匹配的内螺纹；螺纹推杆(209)右端连接有联轴器(207)，联轴器(207)设置在靶头驱动电机(208)的动力输出轴上；靶头支撑管(205)左端连接有波纹管(203)，波纹管(203)左端与靶头(201)之间设置有连接管；所述靶头支架(202)上端设置有包箍，包箍套设在波纹管(203)左端与靶头(201)之间的连接管上；靶头支架(202)下端设置有行走轮；靶头轨道(211)为槽形，靶头轨道(211)的槽底部由左端向右端上升的阶梯，相邻阶梯之间为弧形过渡面；行走轮设置在靶头轨道(211)内；所述摆动靶头中螺纹推杆(209)的旋转中心线与活动样品台中升降杆(110)的旋转中心线相互垂直，靶头(201)设置于样品架顶板(103)一侧。...
【技术特征摘要】
1.一种适用于共形基底表面镀膜的磁控溅射镀膜装置相对运动机构，其特征在于：磁控溅射镀膜装置中适用于共形基底表面镀膜的相对运动机构由活动样品台和摆动靶头构成；所述活动样品台由下部真空室法兰(101)、样品架托板(102)、样品架、主动齿轮(106)、主动齿轮轴(107)、转动电机(108)、转动电机托架(109)、升降杆(110)、升降块(111)、升降螺纹杆(112)和升降电机(113)构成；所述样品架由样品架顶板(103)、样品架底板(104)和数个支撑杆(105)构成；样品架底板(104)为圆盘形，样品架底板(104)的外缘上设置有轮齿；样品架顶板(103)和样品架底板(104)平行设置，支撑杆(105)设置于样品架顶板(103)和样品架底板(104)之间，并且支撑杆(105)上端与样品架顶板(103)固接，支撑杆(105)下端与样品架底板(104)固接；下部真空室法兰(101)为圆盘形，下部真空室法兰(101)中心设置有升降杆通过孔，升降杆通过孔旁设置有主动齿轮轴通过孔；下部真空室法兰(101)水平设置，升降杆(110)竖向设置于升降杆通过孔内；升降块(111)为立方体形，升降块(111)上设置有通孔，升降块(111)上的通孔内设置有内螺纹；升降杆(110)下端固接于升降块(111)上通孔侧部，升降块(111)的通孔内部设置有升降螺纹杆(112)，升降螺纹杆(112)为外螺纹杆，升降螺纹杆(112)的螺纹与升降块(111)上通孔的内螺纹相匹配；升降螺纹杆(112)下端套设有被动齿轮，升降电机(113)的动力输出轴上套设有动力输出齿轮，被动齿轮和动力输出齿轮通过履带连接；升降杆(110)上端固接有水平设置的样品架托板(102)，样品架托板(102)表面设置有环状沟槽(3)，样品架底板(104)下表面设置有与环状沟槽(3)对应的第二环状沟槽，样品架底板(104)设置于样品架托板(102)上方，环状沟槽(3)和第二环状沟槽之间设置有滚珠；转动电机托架(109)水平设置，转动电机托架(109)一端与升降杆(110)中部固接，转动电机托架(109)上表面设置有转动电机(108)，转动电机(108)的动力输出轴与主动齿轮轴(107)下端连接，主动齿轮轴(107)上端穿过主动齿轮轴通过孔设置，主动齿轮轴(107)上端设置有主动齿轮(106)，主动齿轮(106)与样品架底板(104)的外缘上设置的轮齿相啮合；所述摆动靶头由靶头(201)、靶头支架(202)、波纹管(203)、侧部真空室法兰(204)、靶头支撑管(205)、靶头滑座(206)、联轴器(207)、靶头驱动电机(208)、螺纹推杆(209)和靶头轨道(211)构成；侧部真空室法兰(204)竖向设置，侧部真空室法兰(204)中心处设置有靶头支撑管通过孔，靶头支撑管(205)水平设置于靶头支撑管通过孔内；靶头滑座(206)为竖向设置的长方体形，靶头滑座(206)上部与靶头支撑管(205)右端固接，靶头滑座(206)下部设置有水平通孔，螺纹推杆(209)设置于靶头滑座(206)下部的水平通孔内，靶头滑座(206)下部的水平通孔内设置有与螺纹推杆(209)相匹配的内螺纹；螺纹推杆(209)右端连接有联轴器(207)，联轴器(207)设置在靶头驱动电机(208)的动力输出轴上；靶头支撑管(205)左端连接有波纹管(203)，波纹管(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱嘉琦，杨振怀，杨磊，郭帅，高岗，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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