一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备制造技术

一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，加热系统置有弧光电子源，它包括柱状阴极电弧阴极，其前面设有一电弧前挡板，板侧旁开有长条形侧缝开口；于挡板外上述开口附近置有辅助阳极吸拉上述等离子体中的电子流到镀膜空间，以增加辉光等离子体对工件的加热效应；还有公转探温杆，竖立在工件自转轴板的旁边、在工件架公转盘上随同公转；若干探温组件，竖直排列地安装在公转探温杆上，信号线与一温度监控仪表电连接；一PLC控制器，分别与辅助阳极电源、柱状阴极电弧电源以及温度监控仪表电连接。本实用新型专利技术可无污染地对工件实施加热，工件表面不会出现宏观颗粒、同时可避免炉内残留镀层碎屑造成污染，且能准确控制温度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备


[0001]本技术涉及一种离子镀设备(PVD镀膜设备)，尤其是涉及一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备。

技术介绍

[0002]一般PVD镀膜设备都配有加热单元和温控单元，常用加热单元是不锈钢外套的电阻发热管，有直管、或U形管或盘式管，采用若干支发热管均布在炉壁或装在炉中央，利用其辐射热加热炉内空间的器件和工件，有利于把所吸附的水分、潮气解吸，提高抽真空效率，清洁工件表面，提高镀层质量。
[0003]但置于炉内不锈钢外套发热管，在镀膜阶段其表面也会镀上镀层，且经多次镀膜作业后，这些残留镀层会越来越厚，在后续镀膜作业时，受热胀冷缩作用，这些残留镀层容易破裂成碎片或粉尘，飞溅到工件表面，会生成如白点等镀层缺陷，这是难以避免的。
[0004]有人采用热弧(热灯丝强电流等离子弧)源或空心阴极电弧源引出离子流或电子流，再采用磁场控制带电粒子流飞行轨迹与工件碰撞，对工件进行加热。这种方法可以避免工件受上述残留镀层二次污染，但热弧源和空心阴极电弧源制备技术较复杂，使用维护要求较高，成本也高较高，难以推广。另外这种方法没有匹配温控装置，加热控温也不够理想。
[0005]还有，当前一般PVD镀膜设备多采用热电偶测温，通常把热电偶固定安装在炉内空间某一位置上，以该定点环境温度代表炉内整体空间的温度，这显然过于粗糙。有人以多个热电偶分区多定点测温，这对显示炉内温度分布有所改进，但都不能显示工件实际温度，因为热电偶离工件较远，而且镀膜时工件不仅受环境温度影响，还受到沉积粒子轰击有附加温升。这种安装的热电偶所显示温度并非运动中工件的实时温度。

技术实现思路

[0006]本技术所要解决的技术问题，就是提供一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，可较大范围无污染地对工件实施加热，且工件表面不会出现宏观颗粒、同时可避免不锈钢管加热器上残留镀层碎屑对工件镀层造成污染，进一步地，更准确地监控工件温度，适应5G时代的3c零部件中大量的金属与塑料复合在一起的零件镀高级膜层的要求。
[0007]解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，包括通过真空管道 2外连真空抽气机组1的真空镀膜室6，其内设有水平的工件架公转盘11，水平的工件架公转盘11由下方的中空磁流体密封轴组件14支承并带转，工件架公转盘11上竖有若干工件自转轴10，工件自转轴10上固定有装挂工件用的多层自转盘，工件架公转盘11通过中空磁流体密封轴组件14与真空镀膜室外的偏压电源12的负极连接，偏压电源12的正极则连接真空镀膜室室壁并接地，其特征是还包括：
[0009]一弧光电子源的柱状阴极电弧阴极4(图1的弧光电子源阴极)，竖立在真空镀膜室
6内且靠近室壁，其朝向室内中心的前面设有一用于遮挡向炉内喷射的金属等离子体流的电弧前挡板4-1，电弧前挡板侧旁开有长条形侧缝开口；
[0010]一炉外弧光电子源的柱状阴极电弧电源3(也即图1的弧光电子源)，其负极连接柱状阴极电弧阴极、正极接真空镀膜室6室壁并接地；
[0011]一弧光电子源的辅助阳极棒8，竖立在旋转柱状阴极电弧阴极4的一侧旁，辅助阳极棒靠其正电位通过遮挡板侧旁的窗口把遮挡板内的弧光等离子体中的电子流吸拉出来；
[0012]一炉外辅助阳极电源9，其正极连接所述的辅助阳极棒8、负极接真空镀膜室6室壁并接地；
[0013]一公转探温杆13，竖立在工件自转轴10的旁边、在工件架公转盘11上随同公转；
[0014]若干探温组件34、35、36，竖直排列地安装在公转探温杆13上，信号线引至下方从中空磁流体密封轴组件14引出真空镀膜室外后与一温度监控仪表 15电连接；
[0015]第一、第二涂层用一对中频磁控溅射旋转柱状阴极5和7，悬挂竖立在所述的真空镀膜室6内(不与公转盘相连)并分别连接设在炉外的中频磁控溅射电源的输出电极(未画出)；当然上述旋转柱状中频磁控溅射阴极也可采用多对组合；
[0016]一PLC控制器16，分别与所述的偏压电源12、炉外弧光电子源的辅助阳极电源9、柱状阴极电弧电源3以及温度监控仪表15电连接。
[0017]工作原理：
[0018]参见图1，本技术的工作原理：利用一个真空阴极电弧源产生弧光放电，在电弧阴极靶前方设挡板，挡住其发射的弧光等离子体中的金属离子和金属蒸气及未汽化的液滴，而在弧光电子源侧旁的挡板开有长条形窗口，并在附近设置弧光电子源辅助阳极，吸引上述弧光等离子体中的电子流朝辅助阳极方向定向移动，并进而被引导进入镀膜腔室，与镀膜室内的辉光放电氩等离子体碰撞，增强氩的离化率和能量；同时在工件上施加负偏压，在负偏压作用下，上述增强的氩离子流与炉内工件碰撞和能量交换，从而增强了对工件加热效应。在本实例中，在弧光电子源中采用柱状阴极电弧源，它产生的电子流沿高度分布幅度宽且均匀，因而随后碰撞产生增强氩离子流分布范围大也均匀。该方法粒子能量可调，加热工件温度可控。由于挡住电弧弧光放电发射的挟带有未汽化的金属靶材液滴的金属等离子体流束，故工件表面不会有粗糙颗粒状物。同时不采用不锈钢管加热器，避免在加热器表面的残留涂层因热胀冷缩产生崩裂，形成碎屑飞溅，对工件镀层造成缺陷。本方案可实现无污染对工件加热。
[0019]工作过程：
[0020]弧光电子源的旋转柱状阴极电弧阴极产生的弧光放电等离子体中的电子流被辅助阳极棒8的正电位吸引，被引导到镀膜室空间。此强大的电子流与该空间原来存在的辉光放电氩等离子体粒子碰撞和交换能量，增强了氩等离子体 (离化率、能量、浓度)。该增强的等离子体对工件(在相同的负偏压作用下) 有更强的碰撞(转换为热量)工件的加热效应。实现对工件无污染的有效加热。
[0021]在工件自转轴10旁设置的公转探温公转探温杆，测温组件34、35、36 安装在此公转探温杆上，这样测温组件既靠近工件但只随公转盘公转。信号线通过中心转轴的空心轴腔经密封连接至炉外监控仪表，实现工件实时温度监测。
[0022]中频磁控溅溅射旋转柱状阴极靶5和7(两者互为正负)，(柱状溅射阴极靶是绝缘
悬挂在上炉壁，其下端与工件公转盘是分离的)其一端各连接炉外中频磁控溅射电源的输出电极(未画出)，启动中频溅射电源，镀室空间充入氩气则在两靶电压作用下产生辉光放电氩等离子体，可对靶材产生溅射，溅射产物沉积到工件表面实现镀膜。
[0023]在上述基础上，本技术还有各种优选方案：
[0024]所述的若干探温组件34、35、36竖直排列地安装在公转探温杆13上的结构为：
[0025]所述的公转探温杆13的上、中、下三个高度位置分别安装了第一第二和第三共三支K型热电偶34、35、36，每支热电偶分别用三个探温抱箍固定在公转探温杆上，第二探温抱箍32为下端头径较粗的套筒，下端头一侧有突出块，它嵌入对应的公转探温杆一侧孔内，第一探温抱箍31从对应的公转探温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，包括通过真空管道（2）外连真空抽气机组（1）的真空镀膜室（6），其内设有水平的工件架公转盘（11），工件架公转盘（11）由下方的中空磁流体密封轴组件（14）支承并带转，工件架公转盘上竖有若干工件自转轴（10），工件自转轴上固定有装挂工件用的多层自转盘，工件架公转盘通过中空磁流体密封轴组件与真空镀膜室外的偏压电源（12）的负极连接，偏压电源的正极则连接真空镀膜室室壁并接地，其特征是还包括：一弧光电子源的柱状阴极电弧阴极（4），竖立在真空镀膜室内且靠近室壁，其朝向室内中心的前面设有一用于遮挡向炉内喷射的金属等离子体流的电弧前挡板（4-1），电弧前挡板侧旁开有长条形侧缝开口；一炉外弧光电子源的柱状阴极电弧电源（3），其负极连接弧光电子源的柱状阴极电弧阴极（4）、正极接真空镀膜室室壁并接地；一弧光电子源的辅助阳极棒（8），竖立在弧光电子源的柱状阴极电弧阴极（4）的一侧旁，弧光电子源的辅助阳极棒靠其正电位通过遮挡板侧旁的窗口把遮挡板内的弧光等离子体中的电子流吸拉出来；一炉外弧光电子源的辅助阳极电源（9），其正极连接所述弧光电子源的辅助阳极棒（8）、负极接真空镀膜室室壁并接地。2.根据权利要求1所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是还包括：一公转探温杆（13），竖立在工件自转轴的旁边、在工件架公转盘上随同公转；若干探温组件竖直排列地安装在公转探温杆上，信号线引至下方从中空磁流体密封轴组件引出真空镀膜室外后与一温度监控仪表（15）电连接。3.根据权利要求2所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是还包括：第一中频磁控溅射旋转柱状阴极（5）和第二中频磁控溅射旋转柱状阴极（7）组成一对，悬挂竖立在所述的真空镀膜室内并分别连接设在炉外的中频磁控溅射电源的输出电极；一PLC控制器（16），分别与所述的偏压电源、炉外弧光电子源的辅助阳极电源、弧光电子源的柱状阴极电弧电源以及温度监控仪表电连接。4.根据权利要求2所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述的若干探温组件竖直排列地安装在公转探温杆上的结构为：所述的公转探温杆的上、中、下三个高度位置分别安装了第一第二和第三共三支K型热电偶，每支热电偶分别用三个探温抱箍固定在公转探温杆上，第二探温抱箍（32）为下端头径较粗的套筒，下端头一侧有突出块，它嵌入对应的公转探温杆一侧孔内，第一探温抱箍（31）从对应的公转探温杆另一侧箍着公转探温杆，并通过穿过公转探温杆的螺钉与第二探温抱箍嵌入突出块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志荣，李迎春，刘江江，冯晓庭，
申请(专利权)人：东莞市汇成真空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：