CN102338598B - 中空状靶材组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一中空状靶材组件，其包含一内衬管、一靶材体及多个弹性元件，该靶材体包含多个环状的中空靶材接续套设于内衬管外周面，通过中空靶材一端内侧壁形成沿轴向延伸的凹槽，与内衬管外管壁上相应的凹部，使得弹性元件同时紧抵于中空靶材的凹槽与内衬管凹部而定位，因此所述弹性元件使该靶材体与内衬管之间以简单、低成本的方式达到良好的密着。

Description

中空状靶材组件

技术领域

本发明是关于一种旋转靶材组件，特别是关于一种通过弹性元件将靶材体与内衬管简易紧密结合的中空状靶材组件。

背景技术

旋转靶材主要用于大面积的披覆，这是因为典型的平面靶材在溅镀制造过程中，靶材的利用率仅有15％至40％，以旋转靶材取代后，靶材利用率可提高达70％至90％，进而降低制造成本，因此使用旋转靶材逐渐成为趋势。

旋转靶材的靶材体与内衬管的间的结合技术相当不易，由于在溅镀制造过程中，靶材体会产生大量的热能，此热能需通过内衬管传导至冷却介质，因此靶材体与内衬管需要有足够的接触面积以提供良好的热传导。一般做法是将低熔点金属作为焊料填入靶材体与内衬管间的间隙，而将靶材体与内衬管接合，然而，此种方法的金属焊料成本高，且需将靶材体内表面及内衬管外表做金属化处理，制造过程较复杂。另外，在溅镀过程或冷却时，因为内衬管与靶材体热膨胀是数有差异，内衬管及靶材体的间会产生间隙，容易发生靶材体与内衬管脱落的情形。

为了改善上述问题，在美国第2008/0003385A1号专利案及PCT专利案WO2009/036910A1中揭示，如图7所示，将内衬管外表面形成波浪状，再将靶材体以热均压或浇铸的方式与内衬管紧密结合，但是，热均压制造过程的设备昂贵，会增加靶材体制造的成本，且当靶材体与内衬管的热膨胀是数差异过大时，波浪状局部应力太大，对靶材体造成损害；以浇铸的方式制作靶材体的方式，由于浇铸所需要的温度较高，需要较长时间的冷却，靶材内部容易产生缩孔，导致靶材体密度降低，且微观组织不均匀，进而影响到溅镀薄膜的品质。

在美国第2009/0152108A1号专利案中则揭露一种利用弹性元件补足靶材体与内衬管因热胀冷缩造成间隙的方法，如图8所示，使靶材体与内衬管能够紧密结合，但是，此技术主要仍是依赖低熔点金属焊料的接合力，阻止靶材体滑移，弹性元件仅提供摩擦力，若是弹性元件数量不足，无法提供足够的阻力，以阻挡靶材体滑移，如何将足够的弹性元件置入靶材体与内衬管的间，以提供足以阻挡靶材底滑移的阻力，为一种过于复杂的技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种中空状靶材组件，期望通过此设计，改善靶材组件成本高、制造过程复杂，靶材体与内衬管密着差，溅镀薄膜品质不佳等缺点。

为达成前述目的，本发明提供一种中空状靶材组件，其包含：

一内衬管，其包含相对的一头端及一尾端，分别在接近头端与尾端的外管壁上形成凹部；

一靶材体，其至少包含一第一中空靶材及一第二中空靶材，该第一中空靶材及第二中空靶材分别于其内管壁形成自其一端面沿轴向延伸的凹槽，所述凹槽在端面上形成一开口，第一中空靶材及第二中空靶材接续套设于该内衬管上，且其具凹槽的端面分别朝向内衬管头端及尾端，使第一中空靶材及第二中空靶材内管壁上的凹槽分别对应于内衬管头端与尾端外管壁上的凹部；以及

多个弹性元件，其分别置设于第一中空靶材、第二中空靶材的凹槽与该内衬管相应的凹部中，藉以定位内衬管及靶材；

其中，所述各弹性元件为＜型弹片，且具有二相互倾斜连接的片体，两片体连接处为第一抵靠端，各片体具有相对第一抵靠端的第二抵靠端，该第一抵靠端设置且抵靠在对应的凹槽，且其中一第二抵靠端设置且抵靠在对应的内衬管凹部，以避免靶材体相对内衬管沿轴向移动。

在一具体实例中，靶材体进一步包含至少一个第三中空靶材，所述第三中空靶材套设于该内衬管上，且位于该第一中空靶材及第二中空靶材的间。优选的是，第三中空靶材分别自其一端面沿轴向在内管壁上形成凹槽，内衬管外管壁上亦形成相对应的凹部，分别提供弹性元件置入其中。当第三中空靶材套固在内衬管时，该具凹槽开口端面朝着内衬管尾端。

在一具体实例中，第一中空靶材进一步可自其另一端面亦在内管壁上形成沿轴向延伸凹槽，内衬管于相对应位置上亦形成凹部，然后提供弹性元件置入其中以增加靶材体与内衬管结合的支撑力。

所述的弹性元件可为弹片或弹簧，弹片优选为＜型弹片。当使用＜型弹片作为弹性元件时，使所述弹片一面贴合所述第一、第二、第三中空靶材的凹槽，另一端抵靠于内衬管凹部侧壁，由此内衬管凹部表缘对弹性元件亦有支撑。当使用弹簧作为弹性元件时，使弹簧两端分别抵靠在所述第一、第二、第三中空靶材凹槽底部与内衬管凹部底部。

在一具体实例中，内衬管的凹部为连续环状，而靶材体的第一、第二、第三中空靶材的凹槽可为连续环状或间断环状。

在一具体实例中，第一中空靶材的中的弹性元件与第二中空靶材中的弹性元件以相互对称方式配置，使得第一中空靶材中的弹性元件的第一抵靠端沿着一第一轴向，且第二中空靶材中的弹性元件的第一抵靠端沿着一与第一轴向相反的第二轴向，并避免靶材体相对内衬管沿第一或第二轴向移动。

分别在将中空靶材套入内衬管后，将多个弹性元件平均塞入中空靶材与内衬管间的空间，再于靶材外施加一热源，将该靶材的温度提升至金属焊料的熔点以上，将熔融的金属倒入中空靶材与内衬管的间缝隙，直到熔融金属填满该缝隙，将热源移除使金属焊料慢慢凝固，然后接着将下一个中空靶材套入并重复相同步骤。在溅镀过程或冷却时，虽然内衬管与靶材体与焊料金属的热膨胀是数有差异，内衬管及靶材体的间会产生间隙，但是因为有弹性元件的存在，内衬管与靶材体依旧有良好的密着，靶材体不会产生相对位移。

附图说明

图1是本发明中空状靶材组件第一优选实施例的剖视示意图。

图2是本发明中空状靶材组件第二优选实施例的剖视示意图。

图3是本发明中空状靶材组件第三优选实施例的剖视示意图。

图4是本发明中空状靶材组件第四优选实施例的剖视示意图。

图5是本发明中空状靶材组件第五优选实施例的俯视示意图。

图6是本发明中空状靶材组件第六优选实施例的俯视示意图。

图7是现有靶材的剖视示意图。

图8是现有靶材的剖视示意图。

具体实施方式

以下配合附图及本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

为了降低旋转靶材组件的制造成本，以及改善靶材体与内衬管间的结合程度，本发明提出一种中空状靶材组件，如图1所示，该中空状靶材组件包含一中空状的内衬管1、一靶材体2及多个弹性元件3。

该中空状的内衬管1具有相对的一头端10及一尾端11，分别在接近头端10与尾端11的外管壁上形成凹部12，所述内衬管1的凹部12可为由车削加工等方式制成的连续环状，且所述凹部12的侧视外观可为矩形、三角形或其他任何形状。

靶材体2包含一第一中空靶材20及一第二中空靶材21，该第一中空靶材20及第二中空靶材21分别自其一端面22内管壁形成沿轴向延伸的凹槽23，所述凹槽23在端面22上分别形成开口24，第一中空靶材20及第二中空靶材21依序套设于该内衬管1上，且其具凹槽23的端面22分别朝向内衬管1的头端10及尾端11，亦即，在靶材体2的两末端面22分别设有凹槽23，使第一中空靶材20及第二中空靶材21内管壁上的凹槽23分别对应于接近内衬管1头端10与尾端11外管壁上的凹部12。

弹性元件3是自第一、第二中空靶材20、21凹槽23的开口24，置入到该中空靶材凹槽23与该内衬管凹部12中，藉以接合内衬管1及靶材体2。

在第一中空靶材20套入内衬管1后，将多个弹性元件3以平均分布的方式塞入第一中空靶材20与内衬管1间的容置空间4，该容置空间4主要是由凹槽23及凹部12形成，再于第一中空靶材20外部施加一热源，将第一中空靶材20的温度提升至金属焊料的熔点以上，将熔融的金属倒入第一中空靶材20与内衬管1之间的缝隙后，移除热源，使金属焊料慢慢凝固，使第一中空靶材20与内衬管1密合。接着以同样的方式，使第二中空靶材21与内衬管1密合。在溅镀过程或冷却时，虽然内衬管1、靶材体2以及焊料金属的热膨胀系数有差异，内衬管1及靶材体2之间会产生间隙，但是因为有弹性元件3的存在，内衬管1与靶材体2依旧有良好的密着，靶材体2不会产生相对位移。

该金属焊料为低熔点金属较佳，其中，该金属焊料以铟更佳。

如图1及图4所示，该靶材体2可进一步含有至少一个第三中空靶材25，在第一中空靶材20套入内衬管1后，接着套入第三中空靶材25，最后才将第二中空靶材21套入，第三中空靶材25的数量可以依据内衬管1的长度加以变化。因为第一中空靶材20及第二中空靶材21分别位于内衬管1的头端10及尾端11，且已被弹性元件3及金属焊料所固定，因此，夹套在第一中空靶材20及第二中空靶材21间的第三中空靶材25，亦可被定位在内衬管1上，在制造过程中不会对内衬管1产生位移。

如图2所示，所述第三中空靶材25亦可自其一端面22内管壁形成沿轴向延伸的凹槽23，且于内衬管1相对应位置上亦形成凹部12，将第三中空靶材25套至内衬管1时，具有凹槽23的端面22需朝向内衬管1尾端11。如此一来，靶材体2上的第一、第二、第三中空靶材20、21、25均有可供弹性元件3定位的凹槽23，可加强靶材体2与内衬管1间的接合，提供更有效的定位结构及热传导效率。

在实施上，首先在内衬管1上套入第一中空靶材20，在容置空间4置入弹性元件3，在内衬管1与第一中空靶材20间注入金属焊料，待其冷却凝固，再依序套入第三中空靶材25及第二中空靶材21，并于每一第三中空靶材25或第二中空靶材21分别套入内衬管1后，均先个别将弹性元件3置入各中空靶材的凹槽23与内衬管1凹部12形成的容置空间4，并待注入金属焊料冷却凝固，才可套入下一节第三中空靶材25或第二中空靶材21。

如图3所示，该第一中空靶材20进一步在其邻近第三靶材端面的内管壁上形成沿轴向延伸的凹槽23，内衬管1于相对应位置上亦形成凹部12，在此凹槽23与凹部12形成的容置空间4置入弹性元件3以增加靶材体2与内衬管1结合的支撑力。

各个第一、第二、第三中空靶材20、21、25上的凹槽23提供弹性元件3一容置处，除了避免弹性元件3位移外，主要是因为可减少因弹性元件3塞入而对第一、第二、第三中空靶材20、21、25造成的损坏，然而，凹槽23的尺寸需尽可能小，以降低加工第一、第二、第三中空靶材20、21、25时，对第一、第二、第三中空靶材20、21、25造成的冲击应力，且可提高第一、第二、第三中空靶材20、21、25的利用率；该内衬管1上的凹部12径向深度至少为弹性元件3厚度的一倍，以提供足够的阻力，避免弹性元件3位移。

如图1至3所示，所述弹性元件3优选为弹片，例如＜型弹片，且具有二相互倾斜连接的片体31，两片体31连接处为第一抵靠端301，各片体31具有相对第一抵靠端301的第二抵靠端302，该第一抵靠端301设置且抵靠在对应的凹槽23，且其中一第二抵靠端302设置且抵靠在对应的内衬管1凹部12，以避免靶材体2相对内衬管1沿轴向移动。当弹性元件3为＜型弹片时，所述第一、第二、第三中空靶材20、21、25上凹槽23自端面22的轴向深度，需大于内衬管1上从凹部12轴向底面至邻近内衬管1端面的深度，使所述弹性元件3的一面分别贴合第一、第二、第三中空靶材20、21、25的凹槽23，另一端是抵靠于内衬管1凹部12内部，同时内衬管1凹部12表缘对弹性元件3亦可有支撑。

此外，第一中空靶材20的中的弹性元件3与第二中空靶材21中的弹性元件3以相互对称方式配置，使得第一中空靶材20中的弹性元件3的第一抵靠端301沿着一第一轴向，且第二中空靶材21中的弹性元件3的第一抵靠端301沿着一与第一轴向相反的第二轴向，并避免靶材体2相对内衬管1沿第一或第二轴向移动。

如图4所示者，所述弹性元件3优选为弹簧，当弹性元件为弹簧时，弹簧的两端分别抵靠在第一、第二、第三中空靶材20、21、25凹槽23底部与内衬管1凹部12底部。

又，所述弹性元件3需提供支撑的功能，因此，所述弹性元件3以具高强度者为佳，且所述弹性元件3需将热能自靶材体2传导至内衬管1，因此，所述弹性元件3优选为具高导热系数者，其中，所述弹性元件3优选是以纯铜材质制成。

如图5所示，该靶材体2的第一、第二、第三中空靶材20、21、25内管壁上的凹槽23可为连续环状，可由车削加工等方式制作，以供弹片置入。

如图6所示，该靶材体2的第一、第二、第三中空靶材20、21、25内管壁上的凹槽23为间断环状，亦即第一、第二、第三中空靶材20、21、25内管壁上形成多个环状凹槽23，以供弹片或弹簧置入。

实施例：

以氧化铝锌材质的靶材体2为外层溅镀材料，该靶材体2包含一第一中空靶材20、一第二中空靶材21以及三节第三中空靶材25，第一、第二、第三中空靶材20、21、25外径均为160毫米，内径为133毫米，每一节靶材的长度分别为280毫米，靶材体的总长度共1400毫米，分别自该第一中空靶材20及第二中空靶材21的一端面22，在其内表面轴向以车削加工一轴向深度10毫米、径向深度2毫米的环状凹槽23，内衬管1材质为不锈钢SUS304，其外径为132.5毫米，内径为125毫米，长度为1450毫米，内衬管1的外径较靶材体2内径小0.5毫米，以利于将靶材体2套设在内衬管1外侧，于内衬管1外管壁上两端接近其头端10与尾端11处，以车削加工一轴向深度3毫米，径向深度1毫米的三角环状凹部12，所述弹性元件3为弹片且以纯铜材质制成，厚度为1毫米。然后以公知的润湿方法将铟润湿于第一、第二、第三中空靶材20、21、25的内表面与内衬管1的外管壁上，使各靶材内表面与内衬管1外管壁金属化。

第一中空靶材20缓缓套入内衬管1的外管壁，将6个弹片平均分布塞于第一中空靶材20的凹槽23与内衬管1的凹部12所形成的容置空间4中，之后于第一中空靶材20外侧覆盖一加热毯，在180℃持温30分钟，以将第一中空靶材20的温度提升至焊料铟的熔点以上，将熔融的铟倒进第一中空靶材20与内衬管1之间，再将加热毯移除，使铟逐渐凝固，之后依序将三节内表面未加工的第三中空靶材25套入内衬管1，再将第二中空靶材21套入内衬管1上，并重复在第一中空靶材20放置弹性元件3、加热填充铟等步骤。

综合上述说明可得知，本发明的中空状靶材组件，是通过第一、第二、第三中空靶材20、21、25内管壁上的凹槽23，与内衬管1外管壁上的凹部12，形成可供弹性元件3放置的容置空间4，所述弹性元件3除了提供良好的热传导，并可使该靶材体2与内衬管1之间以简单、低成本的方式达到良好的密着。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种中空状靶材组件，其特征在于包含：

一内衬管，其包含相对的一头端及一尾端，分别在接近头端与尾端的外管壁上形成凹部；

一靶材体，其至少包含一第一中空靶材及一第二中空靶材，该第一中空靶材及第二中空靶材分别于其内管壁形成自其一端面沿轴向延伸的凹槽，所述凹槽在端面上形成一开口，第一中空靶材及第二中空靶材接续套设于该内衬管上，且其具凹槽的端面分别朝向内衬管头端及尾端，使第一中空靶材及第二中空靶材内管壁上的凹槽分别对应于内衬管头端与尾端外管壁上的凹部；以及

多个弹性元件，其分别置设于第一中空靶材、第二中空靶材的凹槽与该内衬管相应的凹部中；

其中，所述各弹性元件为<型弹片，且具有二相互倾斜连接的片体，两片体连接处为第一抵靠端，各片体具有相对第一抵靠端的第二抵靠端，该第一抵靠端设置且抵靠在对应的凹槽，且其中一第二抵靠端设置且抵靠在对应的内衬管凹部，以避免靶材体相对内衬管沿轴向移动。

2.根据权利要求1所述的中空状靶材组件，其中所述靶材体进一步包含至少一个第三中空靶材，所述第三中空靶材套设于该内衬管上，且位于该第一中空靶材及第二中空靶材之间。

3.根据权利要求2所述的中空状靶材组件，其中所述第三中空靶材分别自其一端面沿轴向在内管壁上形成凹槽，内衬管外管壁上亦形成相对应的凹部，分别提供弹性元件置入其中。

4.根据权利要求3所述的中空状靶材组件，其中所述第一中空靶材自其邻接第三中空靶材的端面，沿轴向延伸在内管壁上形成凹槽，内衬管外管壁上亦形成相对应的凹部，然后提供弹性元件置入其中。

5.根据权利要求1所述的中空状靶材组件，其中所述靶材体的第一、第二、第三中空靶材内管壁上的凹槽为连续环状，且该内衬管的凹部为连续环状。

6.根据权利要求2至4任一项所述的中空状靶材组件，其中所述靶材体的第一、第二、第三中空靶材内管壁上的凹槽为连续环状，且该内衬管的凹部为连续环状。

7.根据权利要求1所述的中空状靶材组件，其中所述靶材体的第一、第二、第三中空靶材的凹槽为间断环状，且该内衬管的凹部为连续环状。

8.根据权利要求2至4任一项所述的中空状靶材组件，其中所述靶材体的第一、第二、第三中空靶材的凹槽为间断环状，且该内衬管的凹部为连续环状。

9.根据权利要求1至4任一项所述的中空状靶材组件，其中第一中空靶材的中的弹性元件与第二中空靶材中的弹性元件以相互对称方式配置，使得第一中空靶材中的弹性元件的第一抵靠端沿着一第一轴向，且第二中空靶材中的弹性元件的第一抵靠端沿着一与第一轴向相反的第二轴向，并避免靶材体相对内衬管沿第一或第二轴向移动。

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