CN103046007B - 微波激发pvd镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波激发PVD镀膜设备，包括壳体及靶材，还包括具有微波发射喇叭的微波发生器，该壳体具有密封的PVD腔体，PVD腔体内安装有靶材载舟，靶材载舟具有用于放置靶材的容置槽，待镀膜材料位于容置槽上方且其需镀膜的一面与之相对；微波发生器的本体安装于PVD腔体外，其微波发射喇叭设于PVD腔体内；PVD腔体内横设有用于屏蔽微波的金属网，该金属网位于靶材载舟与所述待镀膜材料之间。PVD腔体内安装有用于驱动靶材载舟沿待镀膜材料表面平行移动的移动装置。本发明加热效率高、镀膜效率高、容易控制加热温度、不易损坏待镀膜材料、制造成本低廉，本发明所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。

Description

微波激发PVD镀膜设备

技术领域

本发明属于物理气相沉积技术领域，尤其涉及一种微波激发PVD镀膜设备。

背景技术

物理气相沉积（英文：Physical Vapor Deposition，简称PVD）是一种工业制造上的工艺，即真空镀膜，多用在钣金件、蚀刻件、挤压件、金属射出成型（MIM）、粉末射出成型（PIM）、机加件、焊接件等零件的工艺上。物理气相沉积法是利用高温热源将原料加热至高温，使之气化或形成等离子体，然后在基体（即待镀膜材料）上冷却凝聚成各种形态的材料（如单晶、薄膜、晶粒等）。

在物理气相沉积中，热蒸镀法及溅镀法是工业界广泛采用的镀膜技术，其中热蒸镀法是这项技术的核心。热蒸镀技术原则上利用高温来熔融靶材（即镀膜原料），使其由固态直接升华到气态，气态的靶材原子或分子因加温而激烈加速运动通过真空腔体，在基板上凝结沉积成薄膜。在这个过程中，真空是一个很重要的因素，若腔体中充满了空气分子，则靶材原子会因在行进时不断地碰撞空气分子而偏离该行进的方向，造成大多数的靶材原子无法撞击到基板的表面，无法达到镀膜的效果。

将原料加热到高温蒸发升华是热蒸镀技术的核心。现有技术中，靶材（即原料）的加热方式一般有以下几种：热阻式加热法、电子枪加热法以及激光加热法。热阻式加热法是通过与靶材连接的电阻所产生的热使靶材升华，这种方法加热时电阻的材料也会随之蒸发，影响镀膜的纯度，而且这种方法加热速度慢，不易控制温度。电子枪加热法是通过高速电子撞击靶材，将动能转化为内能来实现加热效果的，但这种方法若控制不好则容易导致靶材离子化，导致凝结沉积于待镀膜材料上的镀膜积聚电荷，损坏镀膜层的质量，而且这种方法所消耗的电能也很大。激光加热法是通过聚焦的激光对靶材进行加热，这种方法加热效率高、污染低，但其制造成本也非常高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种加热效率高、镀膜效率高、容易控制加热温度、不易损坏待镀膜材料、制造成本低廉的微波激发PVD镀膜设备，该设备所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。

本发明是这样实现的，一种微波激发PVD镀膜设备，包括壳体及靶材，还包括具有微波发射喇叭的微波发生器，所述壳体具有密封的PVD腔体，所述PVD腔体内安装有靶材载舟，所述靶材载舟具有用于放置所述靶材的容置槽，待镀膜材料位于所述容置槽上方且其需镀膜的一面与之相对；所述微波发生器的本体安装于所述PVD腔体外，其微波发射喇叭设于所述PVD腔体内；所述PVD腔体内横设有用于屏蔽微波的金属网，该金属网位于所述靶材载舟与所述待镀膜材料之间。

进一步地，所述PVD腔体内安装有用于驱动所述靶材载舟沿所述待镀膜材料表面平行移动的移动装置。

更进一步地，所述移动装置包括具有螺纹的丝杆及驱动该丝杆转动的第一电机，所述靶材载舟开设有与所述丝杆的螺纹适配的螺孔，所述丝杆穿设于所述螺孔内。

进一步地，所述壳体开设有供所述待镀膜材料进入所述PVD腔体的进料口，所述壳体还开设有供所述待镀膜材料离开所述PVD腔体的出料口，所述进料口与所述出料口相对设置且均安装有密封装置。

具体地，所述密封装置包括弹性按压于所述待镀膜材料一面的第一滚筒及弹性按压于所述待镀膜材料另一面的第二滚筒。

进一步地，所述密封装置还包括驱动所述第一滚筒或所述第二滚筒转动的第二电机。

更进一步地，所述PVD腔体内安装有水冷散热装置、用于检测待镀膜材料上镀膜厚度的膜厚监控装置、用于监控所述PVD腔体内部环境的视频监控装置以及测温装置。

具体地，所述壳体设有向所述水冷散热装置注入冷却液的入水口以及排出冷却液的出水口。

优选地，所述PVD腔体内安装有四组所述水冷散热装置。

进一步地，所述视频监控装置包括视频镜头，所述壳体开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔。

本发明通过微波对PVD腔体和承载有靶材的靶材载舟进行加热，靶材载舟将热传递给靶材，靶材吸热后升华，其加热效率高，镀膜效率也随之提高；又由于微波发生器容易调节微波功率，因此可灵活地调节加热速度和温度，保证镀膜厚度的准确性，所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。再者由于微波发生器的成本低，本发明的制造成本也随之降低。另外，PVD腔体内横设位于靶材载舟与待镀膜材料之间的金属网可屏蔽微波，微波被金属网屏蔽后无法到达待镀膜材料上，可防止待镀膜材料被微波加热而烧坏。

附图说明

图1为本发明实施例中微波激发PVD镀膜设备的立体示意图；

图2为本发明实施例中微波激发PVD镀膜设备的内部示意图；

图3为图1中A-A的剖视图，即本发明实施例中微波激发PVD镀膜设备后视剖视图；

图4为本发明实施例中靶材载舟的结构示意图；

图5为本发明实施例中金属网的结构示意图；

图6为本发明实施例中密封装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1与图2，本发明实施例提供了一种微波激发PVD镀膜设备，包括壳体1及靶材，还包括具有微波发射喇叭42的微波发生器4，所述壳体1具有密封的PVD腔体11（参见图2），所述PVD腔体11内安装有靶材载舟2，所述靶材载舟2具有用于放置所述靶材的容置槽21（参见图4），待镀膜材料3位于所述容置槽21上方且其需镀膜的一面与之相对；所述微波发生器的本体41安装于所述PVD腔体11外，其微波发射喇叭42设于所述PVD腔体11内；所述PVD腔体11内横设有用于屏蔽微波的金属网5，该金属网5位于所述靶材载舟2与所述待镀膜材料3之间。进行镀膜前需要先排出PVD腔体11内的气体（壳体1上设有用于抽出气体的抽气口15）。然后开启微波发生器4对PVD腔体11和靶材载舟2进行加热，需要说明的是，PVD腔体11内壁采用导电材料制作，以屏蔽微波，防止微波外泄。靶材载舟2被加热后，其热量将会传递给靶材，靶材受热升华为气态原子或分子，气态原子或分子在PVD腔体内激烈运动，最终撞击于待镀膜材料3表面上凝结沉积成薄膜。由于本发明通过微波进行加热，其加热效率高，镀膜效率也随之提高；又由于微波发生器容易调节微波加热功率，因此可灵活地调节加热速度和温度，保证镀膜厚度的准确性，所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。再者，由于微波发生器的成本低，因此，本发明的制造成本也随之降低。PVD腔体11内横设位于靶材载舟2与待镀膜材料3之间的金属网5可屏蔽微波，微波被金属网5屏蔽后无法到达待镀膜材料3上，可防止待镀膜材料被微波加热而烧坏。其中，图5所示的金属网5的结构为本发明的一种优选结构，该金属网5的网格交错设置，可进一步保证镀膜更均匀。

参见图2，所述PVD腔体11内安装有用于驱动所述靶材载舟2沿所述待镀膜材料3表面平行移动的移动装置6。对于宽度较大的待镀膜材料，安装于移动装置6上的靶材载舟2可在待镀膜材料3表面的不同位置来回移动，使得气态的靶材原子或分子可凝结沉积于待镀膜材料表面的不同位置。

参见图2，所述移动装置6包括具有螺纹的丝杆61及驱动该丝杆61转动的第一电机62，所述靶材载舟2开设有与所述丝杆61的螺纹适配的螺孔22（参见图4），所述丝杆61穿设于所述螺孔22内。丝杆61转动时可驱使靶材载舟2沿丝杆61的轴向移动，丝杆61不但可以使得靶材载舟2快速移动，而且移动过程中平稳，防止镀膜过程中由于靶材载舟2不平稳而造成镀膜不均匀。

参见图3，所述壳体1开设有供所述待镀膜材料3进入所述PVD腔体11的进料口12，所述壳体1还开设有供所述待镀膜材料3离开所述PVD腔体11的出料口13，所述进料口12与所述出料口13相对设置且均安装有密封装置7。较长的待镀膜材料3可由进料口12进入，经过靶材载舟2上方进行镀膜，随着待镀膜材料3的前进，镀膜完毕的一端将由出料口13输出。为保证PVD腔体11的密封性，需要在进料口12与出料口13安装密封装置7，同时，还可以防止外界气体和杂质进入PVD腔体11内。设置有进料口12与出料口13的微波激发PVD镀膜设备可运用于连续加工的流水线中，待镀膜材料由进料口12进入，再由出料口13输出，进入到下一道加工程序。需要说明的是，进料口12与出料口13的设置并不是必要的，对于只需单独加工的待镀膜材料，在PVD腔体11内镀膜完成后开启壳体1取出即可。

参见图3与图6，所述密封装置7包括弹性按压于所述待镀膜材料3一面的第一滚筒71及弹性按压于所述待镀膜材料3另一面的第二滚筒72。由于第一滚筒71与第二滚筒72弹性压于待镀膜材料3上，当待镀膜材料3离开密封装置7时，两滚筒相互按压贴合，防止两滚筒间存在间隙而破坏密封效果。

参见图6，所述密封装置7还包括驱动所述第一滚筒71或所述第二滚筒72转动的第二电机73。本发明实施例中第二电机73与第二滚筒72连接，第二电机73可驱动滚筒转动，待镀膜材料3可在滚筒转动的驱动下匀速移动，可通过控制第二电机73的转速调节待镀膜材料3的移动速度。

参见图3，所述PVD腔体11内安装有水冷散热装置8、用于检测待镀膜材料上镀膜厚度的膜厚监控装置、用于监控所述PVD腔体11内部环境的视频监控装置以及测温装置。由于镀膜过程中会产生大量的热，若设备上安装水冷散热装置8可快速散发镀膜过程所产生的热，防止温度过高而烧坏内部零部件。膜厚监控装置可将所测得的镀膜厚度反馈给主控制器，主控制器根据所测得结果作出相应反应。

参见图1，所述壳体1设有向所述水冷散热装置8注入冷却液的入水口81以及排出冷却液的出水口82。

参见图3，作为本发明的一种优选实施方式，所述PVD腔体11内安装有四组所述水冷散热装置8。

参见图1，所述视频监控装置包括视频镜头，所述壳体1开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔14。

以上所提及的装置皆与主控制器连接，主控制器可收集各装置所反馈的信息和控制各装置的工作方式。

下面描述本发明实施例所提供的微波激发PVD镀膜设备工作过程：

首先，抽出PVD腔体11内的气体；

开启微波发生器4将PVD腔体11的内部环境和靶材载舟2加热至所需温度；

测温装置测得PVD腔体11内部温度达到要求后，微波发生器4将PVD腔体11和靶材载舟2控制在正常工作所需的温度范围内，开启相关装置，将待镀膜材料3由入料口12送入PVD腔体11内；

待镀膜材料3经过靶材载舟2上方时，吸热升华后的靶材原子或分子撞击于待镀膜材料3上凝结沉积成薄膜，膜厚监控装置检测镀膜厚度，将检测到的结果反馈至主控制器，主控制器根据所需镀膜的厚度控制微波发生器4的加热功率，将膜厚控制在所需的厚度范围内；

已镀膜的材料由出料口13输出即可完成一块材料的镀膜。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微波激发PVD镀膜设备，包括壳体及靶材，其特征在于：还包括具有微波发射喇叭的微波发生器和可控制所述微波发生器加热功率的主控制器，所述壳体具有密封的PVD腔体，所述PVD腔体内安装有靶材载舟，所述靶材载舟具有用于放置所述靶材的容置槽，待镀膜材料位于所述容置槽上方且其需镀膜的一面与之相对；所述微波发生器的本体安装于所述PVD腔体外，其微波发射喇叭设于所述PVD腔体内；所述PVD腔体内横设有用于屏蔽微波的金属网，该金属网位于所述靶材载舟与所述待镀膜材料之间,所述PVD腔体内安装有用于驱动所述靶材载舟沿所述待镀膜材料表面平行移动的移动装置和用于检测待镀膜材料上镀膜厚度的膜厚监控装置，所述膜厚监控装置与所述主控制器连接。

2.如权利要求1所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述移动装置包括具有螺纹的丝杆及驱动该丝杆转动的第一电机，所述靶材载舟开设有与所述丝杆的螺纹适配的螺孔，所述丝杆穿设于所述螺孔内。

3.如权利要求1所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述壳体开设有供所述待镀膜材料进入所述PVD腔体的进料口，所述壳体还开设有供所述待镀膜材料离开所述PVD腔体的出料口，所述进料口与所述出料口相对设置且均安装有密封装置。

4.如权利要求3所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述密封装置包括弹性按压于所述待镀膜材料一面的第一滚筒及弹性按压于所述待镀膜材料另一面的第二滚筒。

5.如权利要求4所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述密封装置还包括驱动所述第一滚筒或所述第二滚筒转动的第二电机。

6.如权利要求1-5任一项所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述PVD腔体内安装有水冷散热装置、用于监控所述PVD腔体内部环境的视频监控装置以及测温装置。

7.如权利要求6所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述壳体设有向所述水冷散热装置注入冷却液的入水口以及排出冷却液的出水口。

8.如权利要求7所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述PVD腔体内安装有四组所述水冷散热装置。

9.如权利要求6所述的微波激发PVD镀膜设备，其特征在于：所述视频监控装置包括视频镜头，所述壳体开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔。