CN104928632A - 一种阴极电弧源 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的阴极电弧源，包括阴极底座，所述阴极底座的内侧壁上螺纹连接有永磁块，外侧壁上通过螺丝固定有法兰板，且所述法兰板在阴极底座的外侧接装有阳极筒，其中所述阴极底座与法兰板、以及阳极筒之间相互绝缘设置；所述阳极筒在背离所述法兰板的一侧装配有连接柱，并通过该连接柱接装有阳极罩；所述阴极底座上开设有水冷内腔，并在该水冷内腔的顶壁上通过卡环连接件卡接有靶材，且所述靶材贴合于阴极底座中水冷内腔的顶壁设置；所述顶壁设为具有弹性的隔膜板，并可在水冷内腔水压的作用下发生形变以贴合靶材。本发明确保了该阴极电弧源在使用过程中对靶材的充分冷却；同时也便于对靶材的更换，提高工作效率。

Description

一种阴极电弧源

技术领域

本发明涉及一种靶材镀膜技术领域，具体涉及一种阴极电弧源。

背景技术

真空镀是指在真空条件下，通过蒸发、溅射或离化等方式在产品表面沉积各种金属和非金属薄膜的工艺，其主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，其中离子镀中包含目前工业上应用最广的真空电弧涂镀技术，该技术主要由镀膜机上的阴极电弧源实现。其中，电弧源在工作时通过引弧针使靶材起弧，弧斑在靶面快速移动，该技术中阴极表面存在阴极斑点,尺寸小，电流密度高，弧斑所在区域的材料温度迅速升高到沸点以上，产生强烈蒸发、喷溅和离化，沉积于基体。

电弧技术对靶材冷却要求较高，如果不能保证良好的散热将导致弧源难以维持稳定正常工作。目前，现有技术中的靶材通常设为带螺纹式结构，其通过螺纹连接与阴极底座固定。

可以理解，采用上述结构的靶材来进行固定，其会存在以下的缺陷，当采用间接冷却的方式来对靶材进行冷却时，由于加工误差或多次拆卸会使得靶材螺纹与靶座产生微量不匹配，导致靶材无法与铜背板密切接触，从而造成冷却效果欠佳，长时间持续工作靶材会发生熔融从而使弧源遭到破坏。当采用直接冷却的方式来对靶材进行冷却时，靶材与冷却水之间无铜背板，螺纹变形或损伤将导致冷却水由螺纹缝隙中渗入真空腔体内，严重时甚至会损坏设备，引发重大事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于解决上述技术问题的阴极电弧源。

一种阴极电弧源，包括阴极底座，所述阴极底座的内侧壁上螺纹连接有永磁块，外侧壁上通过螺丝固定有法兰板，且所述法兰板在阴极底座的外侧接装有阳极筒，其中所述阴极底座与法兰板、以及阳极筒之间相互绝缘设置；所述阳极筒在背离所述法兰板的一侧装配有连接柱，并通过该连接柱接装有阳极罩；所述阴极底座上开设有水冷内腔，并在该水冷内腔的顶壁上通过卡环连接件卡接有靶材，且所述靶材贴合于阴极底座中水冷内腔的顶壁设置；所述顶壁设为具有弹性的隔膜板，并可在水冷内腔水压的作用下发生形变以贴合靶材。

优选地，所述隔膜板由金属铜制备而成，其厚度为1mm-3mm。

优选地，所述卡环连接件包括靶材卡环公扣与靶材卡环母扣，其中所述靶材卡环母扣通过连接螺钉固定在阴极底座上，并与阴极底座相导通；所述靶材卡环公扣与靶材卡接连接，且与靶材卡环母扣相匹配，以将靶材贴合在所述阴极底座中水冷内腔的隔膜板上。

优选地，所述靶材卡环公扣与靶材卡环母扣之间卡扣连接。

优选地，所述靶材卡环母扣的外周面沿其径向方向向外凸伸有一凸起，所述靶材卡环公扣在面向靶材卡环母扣的一侧面上开设有匹配于凸起的凹槽，以将靶材卡环公扣限位在所述靶材卡环母扣上。

优选地，所述阴极底座的水冷内腔向下分别接装有进水连接管和出水连接管，所述进水连接管与出水连接管分居在永磁块的两侧，且该进水连接管的进水开口及出水连接管的出水开口相对于永磁块背离设置。

优选地，所述阴极底座与阳极筒之间用高温绝缘屏蔽环隔离设置，其中所述高温绝缘屏蔽环由碳化硼材料制备而成。

优选地，所述阴极底座与法兰板之间用聚四氟乙烯环进行绝缘设置。

优选地，所述永磁块内嵌装有磁铁和导磁柱，其中所述导磁柱相对于阴极底座上的靶材平行设置，且与磁铁相垂直。

优选地，所述连接柱为陶瓷柱。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的阴极电弧源，通过卡环连接件将靶材固定在阴极底座上，且阴极底座中用于对靶材进行冷却的水冷内腔顶壁设为具有弹性的隔膜板，使其在阴极底座中水冷内腔内冷却水的压力和真空吸力的作用下，发生微量变形以确保与靶材充分接触，这样就实现了该阴极电弧源在使用过程中对靶材的充分冷却；同时本发明采用卡环连接件来对靶材进行限位固定，其便于对靶材的更换效率，提高工作效率，且从根本上解决了现有技术中通过螺纹连接对靶材进行固定所带动的技术问题。

附图说明

图1为本发明较佳实施例所提供的阴极电弧源的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1，本发明较佳实施例所提供的阴极电弧源100，包括阴极底座10、永磁块20、法兰板30、阳极筒40、阳极罩50、卡环连接件60以及靶材70。

所述阴极底座10呈“门框”结构，其内侧壁与永磁块20螺纹连接，外侧壁通过螺丝31与法兰板30装配固定，而阳极筒40设置在所述阴极底座10的外侧，并与法兰板30固定导通。可以理解，本实施例的阴极底座10与法兰板30及阳极筒40之间绝缘设置，具体地，可在阳极筒40与阴极底座10之间用高温绝缘屏蔽环隔离81进行隔离设置，其中所述高温绝缘屏蔽环81由碳化硼材料制备而成；在阴极底座10与法兰板30之间用聚四氟乙烯环82进行绝缘设置。所述阳极罩50是通过连接柱51与阳极筒40装配设置，且所述阳极罩50设置在所述阳极筒40背离所述法兰板30的一侧。进一步地，本实施例的连接柱51为陶瓷柱，且该陶瓷柱装配至阳极筒40远离法兰板30的一侧，并用外露在该阳极筒40的部分对阳极罩50进行支撑。

所述阴极底座10上开设有一水冷内腔11，并可通过用水冷内腔11的顶壁与靶材70贴合，利用热传导的原理，将靶材70的热量通过顶壁传递至该阴极底座10中水冷内腔11内导通的冷却水，亦即实现对靶材70的冷却作用。本实施例将阴极底座10中水冷内腔11的顶壁设置为具有一定弹性的隔膜板111，且所述隔膜板111可在水冷内腔11内冷却水的水压的作用下发生一定的形变，以紧密贴合靶材70，确保靶材70与隔膜板111充分接触，进而实现了对靶材70的充分冷却。进一步地，所述隔膜板111由金属铜制备而成，其厚度为1mm-3mm，在冷却水的压力和真空吸力作用下，隔膜板111会发生微量的变形以与靶材70充分接触并将靶材70牢牢贴合。

可以理解，所述阴极底座10的水冷内腔11向下分别接装有进水连接管12和出水连接管13，并通过该进水连接管12往水冷内腔11内导入冷却水，而冷却水途经水冷内腔11的隔膜板111，并吸收靶材70上的热量,然后从出水连接管13将冷却水导出，实现对阴极底座10中水冷内腔11的冷却水循环。本实施例的进水连接管12与出水连接管13分居在永磁块20的两侧，且该进水连接管12的进水开口及出水连接管13的出水开口相对于永磁块20背离设置，以便于往水冷内腔11内导通冷却水。

所述永磁块20应用在该阴极电弧源100中是用于对装配至阴极底座10的靶材70进行提供磁场的作用。本实施例的永磁块20内嵌装有磁铁21和导磁柱22，其中所述导磁柱22相对于阴极底座10上的靶材70是平行设置，且与磁铁21相垂直。

所述卡环连接件60是用于将靶材70固定在阴极底座10上，并让把靶材70贴合于所述阴极底座10上的隔膜板111。

具体地，所述卡环连接件60包括靶材卡环公扣61与靶材卡环母扣62，其中所述靶材卡环母扣62通过连接螺钉63固定在阴极底座10上，并与阴极底座10导通连接；所述靶材卡环公扣61与靶材70进行卡接连接，且匹配于靶材卡环母扣62设置，用于将靶材70贴合在所述阴极底座10中水冷内腔11的隔膜板111上。亦即，所述卡环连接件60中的靶材卡环母扣62是相对于阴极底座10固定连接，而靶材卡环公扣61与靶材卡环母扣62之间是拆装式连接，其可以根据使用的需求将装配有靶材70的靶材卡环公扣61整体从靶材卡环母扣62上拆卸下来，这样就便于了该阴极电弧源100在使用过程中对靶材70的更换，使得更换靶材70的效率显著提高，进而提高了应用该阴极电弧源100的设备的运行效率。可以理解，本实施例采用卡环连接件60以卡接的方式对靶材70进行装配固定，其从根本上解决了现有技术中通过螺纹连接对靶材进行固定所带来的技术问题。

由上可知，本实施例的靶材卡环公扣61与靶材卡环母扣62之间可选用卡扣连接的连接方式，也可采用两者结构之间相互抵接配合而形成的限位连接方式。优选地，本实施例的靶材卡环母扣62的外周面沿其径向方向向外凸伸有一凸起621，所述靶材卡环公扣61在面向靶材卡环母扣62的一侧面上开设有匹配于凸起621的凹槽611，以将靶材卡环公扣61限位在所述靶材卡环母扣62上，进而实现了对靶材卡环公扣61与靶材卡环母扣62的限位固定。可以理解，上述靶材卡环公扣61与靶材卡环母扣62在装配的过程中，首先将靶材卡环公扣61上凹槽611开口处的缺口(图未示)对准于靶材卡环母扣62上的凸起621，然后进行下放，使靶材卡环母扣62上的凸起621进入至靶材卡环公扣61的凹槽611内部，然后通过对靶材卡环公扣61进行一定角度的旋转，使凹槽611开口处的缺口与凸起621进行错开，这样就实现了靶材卡环公扣61与靶材卡环母扣62的装配作用。

由上可知，所述靶材70是通过卡环连接件60卡接并装配至阴极底座10上，其中该靶材70相对于阴极底座10中水冷内腔11的隔膜板111是贴合设置。这使得本实施例的靶材70其结构简单，易于加工，与现有技术中，设置为螺纹结构的靶材相比，其更加适用于超硬难加工的合金材料以及容易变形的Al、Mg等软金属，这样就拓宽了该阴极电弧源100对于靶材70适用的材料范围。本实施例的靶材70具体为TiAlSi靶，具体可由Ti、Cr、Zr、V、Cu、Al、Mg、Si、MoS2、C等元素组成的单元靶或上述任意元素所组成的合金靶，且本实施例的靶材70其厚度在5mm-20mm，优选为6mm，其厚度要小于现有技术中靶材的厚度，这是因为现有技术中的靶材为螺纹结构，其需要在靶材上开设螺纹结构，这样就提高了本实施例的阴极电弧源100对靶材70的利用率，而且在镀膜过程中不需要因靶材70的消耗而调整磁场。

综上所述，本发明的阴极电弧源，通过卡环连接件将靶材固定在阴极底座上，且阴极底座中用于对靶材进行冷却的水冷内腔顶壁设为具有弹性的隔膜板，使其在阴极底座中水冷内腔内冷却水的压力和真空吸力的作用下，发生微量变形以确保与靶材充分接触，这样就实现了该阴极电弧源在使用过程中对靶材的充分冷却；同时本发明采用卡环连接件来对靶材进行限位固定，其便于对靶材的更换效率，提高工作效率，且从根本上解决了现有技术中通过螺纹连接对靶材进行固定所带动的技术问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种阴极电弧源，包括阴极底座，所述阴极底座的内侧壁上螺纹连接有永磁块，外侧壁上通过螺丝固定有法兰板，且所述法兰板在阴极底座的外侧接装有阳极筒，其中所述阴极底座与法兰板、以及阳极筒之间相互绝缘设置；所述阳极筒在背离所述法兰板的一侧装配有连接柱，并通过该连接柱接装有阳极罩；其特征在于：所述阴极底座上开设有水冷内腔，并在该水冷内腔的顶壁上通过卡环连接件卡接有靶材，且所述靶材贴合于阴极底座中水冷内腔的顶壁设置；所述顶壁设为具有弹性的隔膜板，并可在水冷内腔水压的作用下发生形变以贴合靶材。

2.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述隔膜板由金属铜制备而成，其厚度为1mm-3mm。

3.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述卡环连接件包括靶材卡环公扣与靶材卡环母扣，其中所述靶材卡环母扣通过连接螺钉固定在阴极底座上，并与阴极底座相导通；所述靶材卡环公扣与靶材卡接连接，且与靶材卡环母扣相匹配，以将靶材贴合在所述阴极底座中水冷内腔的隔膜板上。

4.根据权利要求3所述的阴极电弧源，其特征在于：所述靶材卡环公扣与靶材卡环母扣之间卡扣连接。

5.根据权利要求3所述的阴极电弧源，其特征在于：所述靶材卡环母扣的外周面沿其径向方向向外凸伸有一凸起，所述靶材卡环公扣在面向靶材卡环母扣的一侧面上开设有匹配于凸起的凹槽，以将靶材卡环公扣限位在所述靶材卡环母扣上。

6.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述阴极底座的水冷内腔向下分别接装有进水连接管和出水连接管，所述进水连接管与出水连接管分居在永磁块的两侧，且该进水连接管的进水开口及出水连接管的出水开口相对于永磁块背离设置。

7.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述阴极底座与阳极筒之间用高温绝缘屏蔽环隔离设置，其中所述高温绝缘屏蔽环由碳化硼材料制备而成。

8.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述阴极底座与法兰板之间用聚四氟乙烯环进行绝缘设置。

9.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述永磁块内嵌装有磁铁和导磁柱，其中所述导磁柱相对于阴极底座上的靶材平行设置，且与磁铁相垂直。

10.根据权利要求1所述的阴极电弧源，其特征在于：所述连接柱为陶瓷柱。