CN107858658A - 一种靶材冷却装置 - Google Patents

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刘文卿
张龙
张丽
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Abstract

本发明涉及磁控溅射领域，主要涉及一种靶材冷却装置，包括靶材和冷却靶座，所述冷却靶座包括冷却腔，所述冷却腔上壁为冷却背板用于放置所述靶材，所述冷却腔两端分别设置有冷却介质入口和冷却介质出口，所述冷却腔内上下壁设有若干彼此交错且间隔设置的导流板，使所述冷却腔内部空间形成曲折连通的冷却介质流道，这种结构的冷却靶座可以提高冷却背板的换热面积，同时在来回曲折的流动过程中，冷却介质湍动程度大幅提高，强化冷却介质与靶座之间的传热，从而急速降低靶材底座的温度。

Description

一种靶材冷却装置
技术领域
本发明涉及磁控溅射领域，主要涉及一种靶材冷却装置。
背景技术
磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种，通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率，因为是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率，实现了溅射高速率、低温度、低损伤。
在溅射靶材生产过程中会发出大量的热量，如果不及时进行冷却，容易造成局部烧焦或呈现晶粒化现象，现有技术中，多是采用在靶座内设置冷却通道的方式，但是该种方式靶座和靶材接触面积小，冷却效果低，传热不显著。
在专利申请号为201410124974.0，专利名称为“一种阴极电弧靶冷却装置”的中国专利中公开了一种阴极电弧靶冷却装置(如图1所示)，包括靶座1、靶材2及设在靶座1内部的二条并排的冷却水道3，靶材2嵌在靶座1表面上，靶材2与冷却水道3被铜板4隔开，铜板4使冷却水道3与靶材2分属不同的独立空间，铜板4边缘被固定在靶座1上，固定方式有采用高强度耐温胶将铜板4边缘粘接在靶座2的上方或是采用一次浇筑成形的方法将铜板4边缘固定在靶座2内，靶材2与铜板4相接触，其冷却效果好，又不影响真空设备及生产效率，但是该技术中靶材与铜板接触时传热效率较低。
发明内容
本发明所要解决的主要目的是解决磁控溅射领域内靶材冷却时传热效率低，能量损失大的技术问题。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种靶材冷却装置，包括靶材和冷却靶座，所述冷却靶座包括冷却腔，所述冷却腔上壁为冷却背板用于放置所述靶材，所述冷却腔两端分别设置有冷却介质入口和冷却介质出口，所述冷却腔内上下壁设有若干彼此交错且间隔设置的导流板，使所述冷却腔内部空间形成曲折连通的冷却介质流道；所述靶材和冷却背板采用热粘接以使两者充分接触。
可选的，所述冷却背板为齿状，所述靶材底部形状对应冷却背板以使所述靶材与所述冷却背板充分啮合。
可选的，所述齿状冷却背板两端的齿形高度大于所述齿状冷却背板中部的齿形高度。
可选的，所述冷却腔中间设有一隔离板将所述冷却腔分隔为两个对称设置的隔离冷却腔，每一所述隔离冷却腔下部靠近所述隔离板均设置有开口，其中靠近所述冷却介质入口的开口对应为中部冷却介质出口，靠近所述冷却介质出口的开口对应为中部冷却介质入口。
可选的，所述冷却靶座采用热导率高于10W/(m.k)的导热材料制成，其中所述导热材料包括石墨烯或者合金材料。
可选的，冷却介质为热导率高于0.5W/(m.k)的导热流体，其中所述导热流体为纳米流体。
可选的，所述靶材和冷却背板连接处设置有填充物，所述填充物为纯铟、铟合金、锡铜合金、锌锡合金或者锡银铜合金。
有益效果为：本发明的靶材冷却装置的冷却靶座包括冷却腔，其冷却腔上壁为冷却背板用于放置靶材，冷却腔两端分别设置有冷却介质入口和冷却介质出口，冷却腔内上下壁设有若干彼此交错且间隔设置的导流板，使冷却腔内部空间形成曲折连通的冷却介质流道，这种结构的冷却靶座可以提高冷却背板的换热面积，同时在来回曲折的流动过程中，冷却介质湍动程度大幅提高，强化冷却介质与靶座之间的传热，从而急速降低靶材底座的温度。强化冷却介质与冷却背板之间的传热，从而急速降低靶材底座的温度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不应构成本发明的限制，在附图中：
图1为现有技术中靶材冷却装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一的结构示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图；
图4为本发明实施例三的结构示意图。
图中所示：
10-靶材，20-冷却腔，210-冷却背板；220-冷却介质入口；230-冷却介质出口；240-导流板；221-中部冷却介质出口；231-中部冷却介质入口；250-隔离板
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不是用于限制本发明。
实施例一
如图一所示为本发明所提供的一种靶材冷却装置，包括靶材10和冷却靶座，冷却靶座包括冷却腔20，冷却腔20上壁为冷却背板210用于放置靶材10，冷却腔两端分别设置有冷却介质入口220和冷却介质出口230，冷却腔20内上下壁设有若干彼此交错且间隔设置的导流板240，使冷却腔内部空间形成曲折连通的冷却介质流道。
其中，冷却靶座采用热导率高于10W/(m.k)的导热材料制成，例如石墨烯或者合金材料；冷却介质为热导率高于0.5W/(m.k)的导热流体，其中所述导热流体为纳米流体；为了使靶材和冷却背板充分接触，两者采用热粘接，且在靶材和冷却背板连接处设置有填充物，例如纯铟、铟合金、锡铜合金、锌锡合金或者锡银铜合金。
本发明的靶材冷却装置的冷却靶座包括冷却腔，其冷却腔上壁为冷却背板用于放置靶材，冷却腔两端分别设置有冷却介质入口和冷却介质出口，冷却腔内上下壁设有若干彼此交错且间隔设置的导流板，使冷却腔内部空间形成曲折连通的冷却介质流道，这种结构的冷却靶座可以提高冷却背板的换热面积，冷却介质在冷却介质流道内流动，每碰触一次冷却腔上壁就带走一部分，由于形成了来回曲折的流动路径，所以可以重复带走热量，强化冷却介质与冷却背板之间的传热，从而急速降低靶材底座的温度。
实施例二
实施例二中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，在本实施例中，冷却背板210为齿状，其中靶材10底部形状对应冷却背板210以使靶材与冷却背板充分啮合，其一可以更好地固定靶材，其二可以改善靶材与靶材底座的接触状况，其三可以增大靶材底座与靶材之间的接触面积，从而降低靶材的温度。
在一些磁控溅射设备内，靶材两端留有大量的余料，因此，使齿状冷却背板两端的齿形高度大于所述齿状冷却背板中部的齿形高度，可进一步增大冷却背板两端的齿形面积，从而进一步加大靶材与冷却背板的换热面积。
实施例三
实施例二中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，在本实施例中，冷却腔中间设有一隔离板250将冷却腔分隔为两个对称设置的隔离冷却腔，每一隔离冷却腔下部靠近隔离板均设置有开口，其中靠近冷却介质入口220的开口对应为中部冷却介质出口221，靠近冷却介质出口230的开口对应为中部冷却介质入口231。
冷却介质分两个通道分别进入，对靶材进行分区域降温，防止了冷却介质在原冷却介质流道后段换热效果降低，导致对靶材的冷却不彻底。
需要说明的是，隔离板的数目可以根据需要随意设置，冷却介质的进出口数目越多则传热效果越好。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种靶材冷却装置，包括靶材和冷却靶座，其特征在于，所述冷却靶座包括冷却腔，所述冷却腔上壁为冷却背板用于放置所述靶材，所述冷却腔两端分别设置有冷却介质入口和冷却介质出口，所述冷却腔内上下壁设有若干彼此交错且间隔设置的导流板，使所述冷却腔内部空间形成曲折连通的冷却介质流道；所述靶材和冷却背板采用热粘接以使两者充分接触。
2.根据权利要求1所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述冷却背板为齿状，所述靶材底部形状对应冷却背板以使所述靶材与所述冷却背板充分啮合。
3.根据权利要求2所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述齿状冷却背板两端的齿形高度大于所述齿状冷却背板中部的齿形高度。
4.根据权利要求1所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述冷却腔中间设有一隔离板将所述冷却腔分隔为两个对称设置的隔离冷却腔，每一所述隔离冷却腔下部靠近所述隔离板均设置有开口，其中靠近所述冷却介质入口的开口对应为中部冷却介质出口，靠近所述冷却介质出口的开口对应为中部冷却介质入口。
5.根据权利要求1所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述冷却靶座采用热导率高于10W/(m.k)的导热材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述导热材料包括石墨烯或者合金材料。
7.根据权利要求1所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，冷却介质为热导率高于0.5W/(m.k)的导热流体。
8.根据权利要求7所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述导热流体为纳米流体。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种靶材冷却装置，其特征在于，所述靶材和冷却背板连接处设置有填充物，所述填充物为纯铟、铟合金、锡铜合金、锌锡合金或者锡银铜合金。
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