CN104630707A - 一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置及方法，本发明的装置安装在磁控溅射镀膜机腔室内，由底部电机驱动转轴旋转，带动托架和托盘绕转轴周向旋转，托架上的齿轮与底座齿轮架啮合，带动托架和托盘绕支承轴转动，托盘上的齿轮与转塔齿轮啮合，使托盘绕托架轴转动，各运动复合使托盘形成复杂空间翻转运动。镀膜时先在磁控溅射镀膜机腔室内安装碳靶和钛靶，洗靶后将待镀覆工件安装托盘上，对腔室抽真空通氩气进行溅射镀膜，工件在镀膜过程中随托盘进行空间翻转运动，接受各个方向的溅射离子。本发明的装置和方法能够在异型微波器件表面制备的均匀一致的碳膜，具有非常低的二次电子发射系数，且微波传输性能良好，能够有效抑制微放电现象。

Description

一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种表面镀膜处理装置及方法，特别是一种抑制二次电子发射的微波器件表面镀膜处理装置及方法。

背景技术

大功率微波器件在进行微波信号的传输过程中，微波场中存在的电子会在微波谐振作用下轰击器件表面，激发大量的二次电子，形成微放电效应，严重降低微波传输性能，甚至会对微波器件本身产生严重损害。

为提高微波器件表面二次电子发射的抑制性能，现有微波器件表面主要进行镀镍、镀金、导电氧化等表面处理，通过覆盖低二次电子发射系数材料的方式来降低原有材料表面二次电子发射能力。受到金、镍和微波器件自身材料性能的限制，这类方法降低二次电子发射系数的能力有限，不能低于镀覆材料自身阈值。研究表明，镀覆金、镍和导电氧化处理后的微波器件表面二次电子发射系数在1.9左右，处理不当时会大于2，对二次电子抑制的效果十分有限。

随着表面工程技术的进展，采用非化学方法在金属零件表面镀覆非金属材料的技术日益发展，通过在微波器件表面镀覆非金属材料，大幅降低二次电子发射系数，是降低微波器件微放电风险，提高微波器件可靠性待突破的关键技术之一。

目前已可采用基于物理气相沉积的磁控溅射镀膜方法在微波器件表面镀覆碳膜，但是该类碳膜主要用于固体润滑领域，其二次电子发射抑制能力不能满足微放电抑制的要求；另一方面，利用磁控溅射镀膜机镀覆碳膜时采用的装夹装置仅能实现单一方向的旋转运动，导致镀覆的碳膜一致性差，膜层厚薄不均匀，无法满足微波性能要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能够制备出具有极低二次电子发射系数、且膜层镀覆一致性好的微波器件表面镀膜装置及镀膜处理方法。

本发明的技术解决方案是：一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置，包括底座、支撑轴承、转塔、托盘和托架；所述的底座的中心设有轴孔，底座的周围设有齿轮架；所述的转塔包括转轴、支撑轴、转塔齿轮和转塔架，转轴的一端通过支撑轴承垂直穿过轴孔，所述的转塔架为正N棱柱，N为正整数，N不小于3，转轴的另一端与所述正N棱柱的底面固定连接，N个支撑轴分别垂直安装在所述正N棱柱的N个侧面上，N个转塔齿轮各自分别唯一对应一个支承轴，每个转塔齿轮与对应的支承轴同轴并安装在所述正N棱柱的侧面上；每一个支撑轴唯一对应一个托架，所述的托架包括托架齿轮、托架转筒和托架轴，托架转筒套接在支承轴上，转筒的外侧固定有托架齿轮，托架齿轮与齿轮架通过锥齿轮联接，托架轴固定在转筒上并与支撑轴承平行；托盘固定安装在所述托架轴上，托盘的底面外缘设有托盘齿轮，托盘齿轮与转塔齿轮通过锥齿轮副联接。

所述的底座上设有用于将底座安装固定的安装孔。所述的托盘的顶面为螺纹孔阵列。所述的N为6。

一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理方法，包括如下步骤：

1)将底座固定安装在磁控溅射镀膜机的腔室底盘上；

2)将转轴穿过轴孔的一端与磁控溅射镀膜机的底部驱动电机联接；

3)将镀膜用碳靶、钛靶安装到磁控溅射机的靶安装位置；

4)关闭磁控溅射镀膜机腔室并抽真空至10°Pa以下，然后向腔室内通入氩气，接通靶电流使靶发生溅射进行洗靶；

5)停止洗靶，持续通氩气待镀膜机腔室气压恢复至外界气压水平；

6)采用丙酮或无水乙醇等清洗剂超声清洗工件表面，将清洗好后的工件安装到本发明装置的托盘安装表面上，保证工件待镀膜表面无遮蔽；

7)关闭磁控溅射镀膜机腔室并抽真空至10°Pa以下，然后向腔室内通入氩气；对碳靶和钛靶通电流，使碳靶发生溅射，同时通过所述驱动电机驱动转轴转动，转轴转动过程中带动托架齿轮在齿轮架上转动，同时托架转动时带动托盘沿转塔齿轮转动，使托盘带动待镀膜微波器件在磁控溅射腔室内做空间翻转，并在待镀膜微波器件表面镀覆碳膜；

8)镀覆完毕后，停止驱动电机，并关闭靶电流，待真空度恢复大气压力后，打开腔室，取出镀膜后的微波器件包装待用。

所述的对磁控溅射镀膜机腔室抽真空时真空度控制在10°Pa以下。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明镀膜处理装置及镀膜处理方法，可以对微波器件表面进行镀膜处理，在微波器件表面形成碳膜，使微波器件表面抑制二次电子系数的性能大幅加强；

(2)本发明采用的镀膜处理装置由可安装在磁控溅射镀膜机腔室内的底座、可通过转轴驱动旋转的正N棱转塔、安装在转塔支承轴上的托架及托盘组成，托架与底座齿轮架、托盘与转塔齿轮通过齿轮副啮合，当转轴转动时通过两级齿轮副的传动，使托盘绕转轴轴线、转塔支承轴轴线和托架轴线转动，从而使安装在托盘上的微波器件在镀膜过程中做复杂空间翻转运动，保证微波器件从各个方位接收溅射离子，大幅提高镀膜一致性，有效保证了微波器件的二次电子发射抑制能力；

(3)本发明方法在微波器件表面镀膜碳膜，对微波器件表面形状没有特殊要求，可在复杂零件表面镀覆完整膜层，与其他方法相比具有更高的适应性；

(4)本发明方法在微波器件表面镀覆的碳膜，除具备优良的二次电子发射抑制能力外，还具有良好的导电性能，对微波器件的微波传输性能不产生影响。

附图说明

图1是本发明的装置示意图；

图2是本发明装置的零部件组装分解示意图；

图3是本发明装置的底座零件结构图；

图4是本发明装置的转塔组件结构图；

图5是本发明装置的托架组件结构图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的微波器件镀膜装置由底座1、支撑轴承2、转塔3、托盘4和托架5组成。

如图3所示，底座1包括六个安装孔6、轴孔7和齿轮架8。安装孔6用于将底座1安装固定到磁控溅射镀膜机的腔室底盘上，轴孔7用于安装转塔3，齿轮架8为锥齿轮。

如图4所示，转塔3由转轴9、支撑轴10、转塔齿轮11和转塔架12组成，转轴9安装在转塔架12底部中心，六个支撑轴10垂直安装在转塔架12的六个侧面上，六个转塔齿轮11安装在转塔架12的六个侧面上，并与支承轴10同轴，转塔齿轮11为锥齿轮。

如图5所示，托架5由托架齿轮13、托架转筒14、托架轴15构成，托盘4安装在托架轴15上并可绕托架轴15转动，托架齿轮13为锥齿轮。托盘4顶面为螺纹孔阵列16，用于安装工件，底面外缘为托盘齿轮17，托盘齿轮17为锥齿轮。

如图1、图2所示，本发明的微波器件表面镀膜装置，转塔3的转轴9安装在两个支撑轴承2的内圈里，两个支撑轴承2的外圈安装在底座1的轴孔7内。六个托盘4安装在六个托架5的托架轴15上，六个托架5通过托架转筒14安装在转塔3的支承轴10上。底座1的齿轮架8与托架5的托架齿轮13通过锥齿轮联接。托盘4的托盘齿轮17与转塔3的转塔齿轮11通过锥齿轮副联接。

底座1安装在磁控溅射镀膜机的腔室底盘上，并使用六个螺钉通过安装孔6固定在腔室底盘上，转塔3的转轴9向下方伸出，与磁控溅射镀膜机的底部驱动电机联接，通过电机驱动转塔3转动，转塔3转动过程中，带动托架5的托架齿轮13在底座1的齿轮架8上转动，托架5转动时，带动托盘4沿转塔3上的转塔齿轮11转动，使托盘4在磁控溅射腔室内做空间旋转。

转轴9由磁控溅射镀膜机底部电机驱动旋转，带动托架5和托盘4绕转轴9做周向旋转，由于托架齿轮13与齿轮架8啮合，从而使托架5和托盘4产生绕支承轴10的转动运动，由于托盘齿轮17与转塔齿轮11啮合，从而使托盘4产生绕托架轴15的转动，托盘4的运动由绕转轴9转动、绕支承轴10转动和绕托架轴15的转动复合而成，形成复杂空间翻转运动。

本发明微波器件表面镀膜处理方法包括以下步骤：

1)将底座1固定安装在磁控溅射镀膜机的腔室底盘上；

2)将转轴9的穿过轴孔7的一端与磁控溅射镀膜机的底部驱动电机联接；

3)将镀膜用碳靶、钛靶安装到磁控溅射机的靶安装位置；

4)关闭磁控溅射镀膜机腔室并抽真空至10°Pa以下，然后向腔室内通入氩气，接通靶电流使靶发生溅射进行洗靶；

5)停止洗靶，持续通氩气待镀膜机腔室气压恢复至外界气压水平；

6)采用丙酮或无水乙醇等清洗剂超声清洗工件表面，将清洗好后的工件安装到本发明装置的托盘4安装表面上，保证工件待镀膜表面无遮蔽；

7)关闭磁控溅射镀膜机腔室并抽真空至10°Pa以下，然后向腔室内通入氩气；对碳靶和钛靶通电流，使碳靶发生溅射，同时通过所述驱动电机驱动转轴9转动，转轴9转动过程中带动托架齿轮13在齿轮架8上转动，同时托架5转动时带动托盘4沿转塔齿轮11转动，使托盘4带动待镀膜微波器件在磁控溅射腔室内做空间翻转，并在待镀膜微波器件表面镀覆碳膜；

8)镀覆完毕后，停止驱动电机，并关闭碳靶电流，待真空度恢复大气压力后，打开腔室，取出镀膜后的微波器件包装待用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置，其特征在于包括：底座(1)、支撑轴承(2)、转塔(3)、托盘(4)和托架(5)；所述的底座(1)的中心设有轴孔(7)，底座(1)的周围设有齿轮架(8)；所述的转塔(3)包括转轴(9)、支撑轴(10)、转塔齿轮(11)和转塔架(12)，转轴(9)的一端通过支撑轴承(2)垂直穿过轴孔(7)，所述的转塔架(12)为正N棱柱，N为正整数，N不小于3，转轴(9)的另一端与所述正N棱柱的底面固定连接，N个支撑轴(10)分别垂直安装在所述正N棱柱的N个侧面上，N个转塔齿轮(11)各自分别唯一对应一个支承轴(10)，每个转塔齿轮(11)与对应的支承轴(10)同轴并安装在所述正N棱柱的侧面上；每一个支撑轴(10)唯一对应一个托架(5)，所述的托架(5)包括托架齿轮(13)、托架转筒(14)和托架轴(15)，托架转筒(14)套接在支承轴(10)上，转筒(14)的外侧固定有托架齿轮(13)，托架齿轮(13)与齿轮架(8)通过锥齿轮联接，托架轴(15)固定在转筒(14)上并与支撑轴承(2)平行；托盘(4)固定安装在所述托架轴(15)上，托盘(4)的底面外缘设有托盘齿轮(17)，托盘齿轮(17)与转塔齿轮(11)通过锥齿轮副联接。

2.根据权利要求1所述的一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置，其特征在于：所述的底座(1)上设有用于将底座(1)安装固定的安装孔(6)。

3.根据权利要求1或2所述的一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置，其特征在于：所述的托盘(4)的顶面为螺纹孔阵列(16)。

4.根据权利要求1或2所述的一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理装置，其特征在于：所述的N为6。

5.一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将底座(1)固定安装在磁控溅射镀膜机的腔室底盘上；

2)将转轴(9)的穿过轴孔(7)的一端与磁控溅射镀膜机的底部驱动电机联接；

3)将镀膜用碳靶安装到磁控溅射机的靶安装位置；

4)关闭磁控溅射镀膜机腔室并抽真空，同时向腔室内通入氩气；对碳靶通电流，使碳靶发生溅射，实现对碳靶的清洗；

5)关闭碳靶电流，待腔室真空度恢复大气压力后，打开腔室，将清洗后的待镀膜微波器件置于托盘(4)上并固定；

6)关闭磁控溅射镀膜机腔室并抽真空，同时向腔室内通入氩气；对碳靶通电流，使碳靶发生溅射，同时通过驱动电机驱动转轴(9)转动，转轴(9)转动过程中带动托架齿轮(13)在齿轮架(8)上转动，同时托架(5)转动时带动托盘(4)沿转塔齿轮(11)转动，使托盘(4)带动待镀膜微波器件在磁控溅射腔室内做空间旋转，并在待镀膜微波器件表面镀覆碳膜；

7)镀覆完毕后，停止驱动电机并关闭碳靶电流，待腔室真空度恢复大气压力后，打开腔室，取出镀膜后的微波器件包装待用。

6.根据权利要求5所述的一种抑制二次电子发射的微波器件镀膜处理方法，其特征在于：所述的对磁控溅射镀膜机腔室抽真空时真空度控制在10°Pa以下。