一种真空离子溅射镀膜机及超薄薄膜连续金属化方法技术

本发明专利技术涉及一种真空离子溅射镀膜机及超薄薄膜连续金属化方法。该真空离子溅射镀膜机包括真空罩、靶材、柱盖、升降柱、旋转基台、电动横杆、制冷装置、样品夹具、侧柱、底座、空心柱等，通过升降柱在水平面内的转动以及旋转基台和其上的样品夹具同步转动，实现了均匀镀膜；通过升降柱在竖直方向上的上下运动及电动横杆的转动，实现了样品夹具的翻转；通过制冷装置的散热和降温作用，保证超薄薄膜始终在低温下进行金属化，避免出现凹陷、热击穿和镀膜不均等现象。整套装置具有结构简单、使用及维护方便、金属膜层质量好、自动化程度高等一系列优点，在真空离子溅射镀膜领域有较好的应用前景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种真空离子溅射镀膜机及超薄薄膜连续金属化方法


[0001]本专利技术涉及离子溅射真空镀膜
，具体涉及一种真空离子溅射镀膜机及超薄薄膜连续金属化方法。

技术介绍

[0002]在实验室对薄膜的正面和反面进行金属化时，常见的商业离子溅射镀膜机的基台不能实现旋转和连续金属化。基台上没有设计接收各个方向上溅射原子的旋转装置，使得金属化薄膜的厚度均匀性较差。当薄膜的另一表面需要金属化时，需要打开真空罩并手动翻转样品，这种操作直接导致容器内的真空度、气体以及等离子体发生较大的变化，薄膜的质量因此受到影响，难与上一步的金属化薄膜保持一致。此外如果不对超薄薄膜进行控温设计，那么被激发的原子所带来的热量将汇聚在超薄薄膜上，薄膜会出现凹陷、变形甚至热击穿等现象，导致金属化薄膜厚度不均和介电性能不稳定等问题。由于离子溅射带来的热辐射和高动能原子的影响，厚度在5μm以下的聚合物超薄膜表面的分子链被打断，产生不均匀的凹陷或变形，导致介电损耗异常。
[0003]目前实验室和工业制备的薄膜倾向于轻薄化发展。例如在制备高容量、小体积的电容器时，要求工业化的双向拉伸聚丙烯薄膜的厚度在10μm以下，工业生产的薄膜厚度最薄一般在4μm以上，如果继续生产更薄的薄膜则易出现破膜的现象。薄膜厚度越薄，受到离子溅射的影响会越大。基于离子溅射镀膜的原理，镀膜的过程中不可避免的出现原子在各个方向上沉积不均匀的问题，并且原子在薄膜单面沉积的方式也限制了镀膜的效率。溅射的过程中还会出现因被激发的原子热过高，导致薄膜出现变形甚至热击穿的现象。
[0004]为了解决金属化薄膜的厚度均匀性问题，中国专利CN 214361658 U公开了一种用于传感器离子束溅射镀膜设备的基片旋转架机构，该方案利用旋转电机带动旋转轴绕着真空箱体转动，以此实现了镀膜均匀化。为了解决镀膜过程中因被溅射出的原子带来的高热量问题，中国专利CN 1113881925A公开了一种用于真空离子镀膜使用的工件固定冷却装置，该方案利用抽水泵将外部冷却液抽送至冷却管内，通过冷却管与翅片的配合对工件进行降温，提高了工件的质量。然而目前设计的上述旋转装置和传统的水冷装置都是单独设计的，并不能同时解决金属化薄膜的厚度均匀性和介电性能稳定问题，而且还存在设备体积大、操作复杂、效率低等一系列问题。
[0005]基于以上原因，目前的离子溅射真空镀膜设备及工艺存在金属化薄膜的厚度不均匀、介电性能不稳定和无法连续金属化。因此，急需研发一种对超薄薄膜连续金属化的真空离子溅射镀膜机，满足金属化超薄膜对实现厚度均匀、介电性能测试稳定且连续化操作的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有离子溅射镀膜技术普遍存在的金属化薄膜厚度不均匀、表面有缺陷、介电损耗不稳定以及金属化不连续等问题，提供一种全新的真空离子溅射
镀膜机。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]该真空离子溅射镀膜机主要包括密封壳体和位于密封壳体内部的升降柱(4)、旋转基台(5)、翻转装置(6)、制冷装置(7)、样品夹具(8)；所述旋转基台(5)与升降柱(4)固定连接，并随升降柱(4)在水平面内转动以及在竖直方向上往复直线运动；所述制冷装置(7)位于旋转基台(5)底部，为旋转基台(5)及其上的样品夹具(8)降温；所述翻转装置位于旋转基台(5)周边，用于翻转样品夹具(8)。
[0009]进一步的，所述密封壳体包括真空罩(1)、柱盖(3)、底座(13)，所述柱盖(3)、底座(13)分别与真空罩(1)上下两端密封连接。
[0010]进一步的，在柱盖(3)上连接有靶材(2)、抽真空管(10)、电源线(11)、氩气管道(12)。
[0011]进一步的，该真空离子溅射镀膜机还包括空心柱(14)，所述空心柱(14)的顶部与制冷装置(7)固定连接，空心柱(14)的底部固定在密封壳体的底座(13)上；升降柱(4)位于空心柱(14)内部，升降柱(4)的顶部穿过制冷装置(7)上的通孔后与基台(5)固定连接，升降柱(4)的底部固定在密封壳体的底座(13)上。空心柱主要起到保护升降柱、基台以及限制升降柱行程等多重作用。
[0012]进一步的，所述制冷装置(7)具体为基于珀尔帖效应热电制冷器件。
[0013]进一步的，所述翻转装置包括侧柱(9)、电动横杆(6)，所述侧柱(9)固定在旋转基台(5)侧边，所述电动横杆(6)与侧柱(9)固定连接并能受控转动，电动横杆(6)与样品夹具(8)可分离式活动连接并带动其翻转。
[0014]进一步的，侧柱(9)、电动横杆(6)的数量均为2个，对称分布在基台(5)两侧。
[0015]进一步的，所述电动横杆(6)为伸缩式或者折叠式。
[0016]进一步的，在样品夹具(8)上设置有卡槽(15)，电动横杆(6)与样品夹具(8)通过卡槽(15)卡接在一起。
[0017]本专利技术的另一目的在于利用上述真空离子溅射镀膜机进行超薄薄膜连续金属化的方法，该方法包括以下步骤：(a)将超薄薄膜固定在样品夹具(8)上，将样品夹具(8)放在旋转基台(5)上并盖上柱盖(3)密封；(b)通电开机，升降柱(4)下降到预定位置并保持转动，完成超薄薄膜一侧表面的均匀镀膜，期间制冷装置(7)为旋转基台(5)及样品夹具(8)散热；(c)升降柱(4)上升到预定位置，翻转装置的电动横杆(6)伸出卡入样品夹具(8)的卡槽中，升降柱(4)下降使得样品夹具(8)离开旋转基台(5)，翻转装置转动带动样品夹具(8)翻转，升降柱(4)上升到预定位置后电动横杆(6)收回，样品夹具(8)回到旋转基台(5)上；(d)升降柱(4)下降到预定位置并保持转动，完成超薄薄膜另一侧表面的均匀镀膜，期间制冷装置(7)为旋转基台(5)及样品夹具(8)散热。
[0018]进一步的，所述超薄薄膜具体为厚度在5μm以下的聚合物薄膜。
[0019]本专利技术设计开发了一套可控的升降和旋转台装置，确保薄膜表面均匀沉积金属化膜，增设的侧面翻转装置使得样品上下面能够在相同的条件下连续金属化，不仅简化了工艺而且保证了金属化膜的一致性。此外本专利技术引入的热电制冷装置，能够快速导出样品表面因溅射带来的热量，使得超薄膜的金属化处于较低温度下进行，避免了因超薄膜厚度太薄而易被热击穿或者表面出现缺陷等问题，保证了金属化薄膜性能的稳定。旋转和翻转装
置与热电制冷装置协同作用，最终制得了性能稳定、厚度均匀和操作连续的金属化膜。整套装置具有结构简单、容易操作、装置改造成本较低、效果好等优点，与同类设备相比具有较强的市场竞争力。
附图说明
[0020]图1为本专利技术真空离子溅射镀膜机的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术真空离子溅射镀膜机的热电制冷器件的结构示意图；
[0022]图3为本专利技术真空离子溅射镀膜机的升降、旋转装置的结构示意图；
[0023]图4为本专利技术真空离子溅射镀膜机的翻转装置结构示意图。
[0024]其中1
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真空罩，2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空离子溅射镀膜机，其特征在于：该真空离子溅射镀膜机包括密封壳体和位于密封壳体内部的升降柱(4)、旋转基台(5)、翻转装置、制冷装置(7)、样品夹具(8)；所述旋转基台(5)与升降柱(4)固定连接，并随升降柱(4)在水平面内转动以及在竖直方向上上下运动；所述制冷装置(7)位于旋转基台(5)底面，为旋转基台(5)及其上的样品夹具(8)降温；所述翻转装置位于旋转基台(5)两侧，用于翻转样品夹具(8)。2.如权利要求1所述的真空离子溅射镀膜机，其特征在于：所述密封壳体包括真空罩(1)、柱盖(3)、底座(13)，所述柱盖(3)、底座(13)分别与真空罩(1)上下两端密封连接，在柱盖(3)上连接有靶材(2)、抽真空管(10)、电源线(11)、氩气管道(12)。3.如权利要求1所述的真空离子溅射镀膜机，其特征在于：该真空离子溅射镀膜机还包括空心柱(14)，所述空心柱(14)的顶部与制冷装置(7)固定连接，空心柱(14)的底部固定在密封壳体的底座(13)上；升降柱(4)位于空心柱(14)内部，升降柱(4)的顶部穿过制冷装置(7)上的通孔后与旋转基台(5)固定连接，升降柱(4)的底部固定在密封壳体的底座(13)上。4.如权利要求1所述的真空离子溅射镀膜机，其特征在于：所述制冷装置(7)具体为基于珀尔帖效应热电制冷器件。5.如权利要求1所述的真空离子溅射镀膜机，其特征在于：所述翻转装置包括侧柱(9)、电动横杆(6)，所述侧柱(9)固定在旋转基台(5)侧边，所述电动横杆(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：董丽杰，朱晓东，张扬，王朝华，冯锐，李晓钰，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：