CN108103456B - 阴极电弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离子源设备技术领域，具体涉及了一种阴极电弧装置，包括靶材以及下方安置的磁组件，磁组件包括永磁体和若干个线圈组件，靶材的正面为溅射面，含线圈组件的磁组件设置于靶材的背面下方，线圈组件包括若干个并列且交替设置的导磁块和绝缘块，导磁块上缠绕线圈，线圈的轴线穿过相邻的绝缘块，且线圈的轴线平行于靶材的溅射面。由于绝缘块处形成气隙，线圈和导磁块产生的磁场会在气隙处形成强漏磁，漏磁在平行于靶材溅射面的方向的磁场强度分量高，而交替设置的导磁块和绝缘块有利于保证靶材溅射面各点的磁场大小的一致性和均匀性。

Description

阴极电弧装置

技术领域

本发明涉及多弧离子镀设备技术领域，特别是涉及一种阴极电弧装置。

背景技术

阴极电弧镀膜是物理气相沉积(PVD)领域的重要方式，作为阴极的靶材附近引发了气体电弧放电，将靶材气化电离，然后在待镀工件直接沉积或反应沉积所需要的涂层。该技术已有近50年的发展历史，被广泛用于先进制造业中工模具的表面处理。

目前的阴极电弧装置用于产生磁场的线圈的轴线均垂直于靶材的端面，为获得更高的平行于靶材端面的磁场分量，这些装置需要高的励磁电流，线圈磁场的有效利用率低，也难以保证靶材端面表面各点磁场大小的一致性。由此可见，靶材使用过程中有效调制靶材端面磁场平行分量的一致性和均匀性仍是亟需解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种阴极电弧装置，以保证靶材溅射面各点的磁场大小的一致性和均匀性。

基于此，本发明提供了一种阴极电弧装置，包括靶材以及由若干个线圈组件组成的磁组件，所述靶材的正面为溅射面，所述磁组件设置于所述靶材的背面下方，所述线圈组件包括若干个并列且交替设置的导磁块和绝缘块，所述导磁块上缠绕线圈，所述线圈的轴线穿过相邻的所述绝缘块，且所述线圈的轴线平行于所述靶材的溅射面。

作为优选的，所述线圈组件包括至少两个，所述每一线圈组件内的线圈的轴线在同一直线上，所述线圈组件之间呈十字形垂直交叉布置。

作为优选的，所述导磁块和绝缘块均为圆柱状结构，所述线圈的轴线垂直于所述导磁块的长度方向。

作为优选的，所述线圈组件和靶材之间设有平行于所述靶材的背面的极靴板，所述极靴板上设有多个通孔，所述通孔呈放射状对称设置。

作为优选的，所述极靴板和靶材之间设有平行于所述极靴板的导磁板。

作为优选的，所述极靴板和导磁板的材质为工业纯铁。

作为优选的，所述靶材的背面沿磁组件的外缘环绕地设有一圈永磁体，所述永磁体的两极的连线垂直于所述靶材的溅射面。

作为优选的，所述磁组件采用包括内筒和外筒的双层筒式结构，所述线圈组件设置于所述内筒中，所述永磁体设置于所述内筒和外筒之间。

作为优选的，所述靶材的一侧设有引弧装置，所述引弧装置包括本体、铰接于所述本体的引弧杆以及连接于所述引弧杆的推动装置，所述推动装置能够推动所述引弧杆翻转，使得所述引弧杆的引弧端接触所述靶材的侧壁。

作为优选的，所述推动装置包括相对设置的电磁模块和磁性件，所述电磁模块设在所述本体上，所述磁性件设在所述引弧杆上；当所述电磁模块产生磁极排斥所述磁性件时，所述磁性件推动所述引弧杆翻转，使所述引弧杆的引弧端靠近所述靶材的侧壁。

本发明的阴极电弧装置在靶材的一端面下方交替设置有导磁块和绝缘块，导磁块上缠绕有线圈，其中线圈的轴线平行于靶材的溅射面，由于绝缘块处相当于气隙，因此线圈和导磁块产生的磁场会在气隙处形成强漏磁，在线圈中通入同等大小的励磁电流的情况下，相较于传统的线圈轴线垂直于靶材溅射面的装置，本装置产生的漏磁在平行于靶材溅射面的方向产生的磁场强度分量更高，而且交替设置的导磁块和绝缘块还有利于保证靶材溅射面各点的磁场大小的一致性和均匀性，进而保障本装置镀膜涂层的质量。

附图说明

图1是本发明实施例的阴极电弧装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的阴极电弧装置的线圈组件示意图；

图3是本发明实施例的阴极电弧装置的极靴板示意图；

图4是本发明实施例的阴极电弧装置的引弧装置示意图；

图5是本发明实施例的阴极电弧装置的部分结构示意图。

其中，1、靶材；11、溅射面；2、线圈组件；21、导磁块；22、绝缘块；23、线圈；3、极靴板；31、通孔；4、导磁板；5、引弧装置；51、本体；52、引弧杆；52a、引弧端；53、推动装置；53a、电磁模块；53b、磁性件；6、永磁体；7、磁组件；71、内筒；72、外筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1所示，示意性地显示了本发明的阴极电弧装置，包括呈圆盘状的靶材1以及设在靶材1的背面的由若干个线圈组件2组成的磁组件7，靶材1的正面为溅射面11，线圈组件2包括若干个并列且交替设置的导磁块21和绝缘块22，相邻的导磁块21和绝缘块22相互紧贴在一起，导磁块21上缠绕有线圈23，其中线圈23的轴线穿过相邻的绝缘块22设置，而且线圈23的轴线平行于靶材1的溅射面11。当线圈23通电，导磁块21和线圈23产生磁场，绝缘块22处相当于气隙，气隙处会产生强漏磁；在线圈23中通入相同大小的励磁电流的情况下，相较于传统的线圈23轴线垂直于靶材1溅射面11的装置，本装置产生的漏磁在平行于靶材1溅射面11的方向上的磁场强度分量更高。而且，交替设置的导磁块21和绝缘块22不仅能产生上述气隙和强漏磁，而且还有利于保证靶材1溅射面11各点的磁场大小的一致性和均匀性，提升工件镀膜涂层的质量。

结合图1至图3所示，为了优化该装置的结构，线圈组件2和靶材1之间设有平行于靶材1背面的极靴板3，极靴板3的材质为工业纯铁，极靴板3上设有多个通孔31，通孔31呈放射状对称设置，由于磁路会自动选择磁阻小的地方通过，因此绝缘块22处产生的部分强漏磁会从通孔31内侧壁流经极靴板3内部，其原因是极靴板3的磁阻小于空气的磁阻，最终极靴板3对绝缘块22处产生的强漏磁产生平滑作用，增强线圈组件2在平行于靶材1溅射面11的方向上的磁场强度，平行于靶材1溅射面11的磁场在线圈组件2和极靴板3的共同作用下呈现周期性强弱分布，其在通孔31处获得较大值，进而使电弧的弧斑在溅射面11上均匀运动；进一步的，极靴板3和靶材1之间设有平行于极靴板3的导磁板4，导磁板4的材质也为工业纯铁，同样的，由于导磁板4的磁阻小于空气的磁阻，因此强漏磁会被导磁板4进一步的平滑，以更进一步地增强线圈组件2在平行于靶材1溅射面11的方向上的磁场强度。其中，导磁块21和绝缘块22均优选为圆柱状结构，线圈23的轴线垂直于导磁块21的长度方向。

结合图5所示，线圈组件2优选为两个，每个线圈组件2中的多个线圈23的轴线同轴设置，两个线圈组件2相互交叉垂直布置，使两个线圈组件2的线圈23的轴线相垂直，这样布置可让溅射面11上的磁场分布更为均匀。

另外，目前传统的电弧引燃一般采用直接在靶材1溅射面11上触针引弧，这会因为电弧弧斑的高温导致溅射面11出现大量金属熔滴，而金属熔滴很容易被喷溅到工件上，破坏工件涂层的完整性和致密性。为此，靶材1的一侧设有引弧装置5，结合图4和图5所示，引弧装置5包括本体51、铰接于本体51的引弧杆52以及连接于引弧杆52的推动装置53，推动装置53能够推动引弧杆52翻转，使引弧杆52的引弧端52a接触靶材1的侧壁，以触发引弧。由于带电的引弧杆52在靶材1侧面引发弧斑，引弧所产生弧斑的金属熔滴溅射方向并不与工件相交，因此不会污染到工件的待镀表面。其中，推动装置53包括相对设置的电磁模块53a和磁性件53b，电磁模块53a设在本体51上，磁性件53b设在引弧杆52上，当电磁模块53a产生磁极排斥磁性件53b时，磁性件53b推动引弧杆52翻转，使引弧杆52的引弧端52a靠近靶材1的侧壁，进行引弧操作。

磁组件的边缘处环绕地设有一圈永磁体6，永磁体6的两极的连线垂直于靶材1的溅射面11，线圈组件2产生的强漏磁在靶材1的侧边缘部分磁场较弱，永磁体6的作用就是增强靶材1侧边缘部分的磁场，以便引弧装置5在靶材1侧面引弧产生的弧斑在永磁体6磁场的作用下迅速地从靶材1侧面移向溅射面11中心。该装置的磁组件7采用包括工业纯铁材质的内筒71和外筒72的双层筒式结构，线圈组件2设置于内筒71中，永磁体6设置于内筒71和外筒72之间，内筒71有利于将线圈组件2产生的磁场限制在内筒71内，以增强极靴板3的通孔31处的漏磁。

综上所述，本发明的阴极电弧装置在靶材1的一端面下方的磁组件7中交替设置有导磁块21和绝缘块22，导磁块21上缠绕有线圈23，其中线圈23的轴线平行于靶材1的溅射面11，由于绝缘块22处相当于气隙，因此线圈23和导磁块21产生的磁场会在气隙处形成强漏磁，在线圈23中通入同等大小的励磁电流的情况下，相较于传统的线圈23轴线垂直于靶材1溅射面11的装置，本装置产生的漏磁在平行于靶材1溅射面11的方向产生的磁场强度分量更高，而且交替设置的导磁块21和绝缘块22还有利于保证靶材1溅射面11各点的磁场大小的一致性和均匀性，进而保障本装置镀膜涂层的质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阴极电弧装置，其特征在于，包括靶材以及由若干个线圈组件组成的磁组件，所述靶材的正面为溅射面，所述线圈组件设置于所述靶材的背面，所述线圈组件包括若干个并列且交替设置的导磁块和绝缘块，所述导磁块上缠绕线圈，所述线圈的轴线穿过相邻的所述绝缘块，且所述线圈的轴线平行于所述靶材的溅射面。

2.根据权利要求1所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述线圈组件包括至少两个，所述每一线圈组件内的线圈的轴线在同一直线上，所述线圈组件之间呈十字形垂直交叉布置。

3.根据权利要求1所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述导磁块和绝缘块均为圆柱状结构，所述线圈的轴线垂直于所述导磁块的长度方向。

4.根据权利要求1所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述线圈组件和靶材之间设有平行于所述靶材的背面的极靴板，所述极靴板上设有多个通孔，所述通孔呈放射状对称设置。

5.根据权利要求4所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述极靴板和靶材之间设有平行于所述极靴板的导磁板。

6.根据权利要求5所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述极靴板和导磁板的材质为工业纯铁。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述磁组件的外缘环绕地设有一圈永磁体，所述永磁体的两极的连线垂直于所述靶材的溅射面。

8.根据权利要求7所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述磁组件采用包括内筒和外筒的双层筒式结构，所述线圈组件设置于所述内筒中，所述永磁体设置于所述内筒和外筒之间。

9.根据权利要求7所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述靶材的一侧设有引弧装置，所述引弧装置包括本体、铰接于所述本体的引弧杆以及连接于所述引弧杆的推动装置，所述推动装置能够推动所述引弧杆翻转，使得所述引弧杆的引弧端接触所述靶材的侧壁。

10.根据权利要求9所述的阴极电弧装置，其特征在于，所述推动装置包括相对设置的电磁模块和磁性件，所述电磁模块设在所述本体上，所述磁性件设在所述引弧杆上；当所述电磁模块产生磁极排斥所述磁性件时，所述磁性件推动所述引弧杆翻转，使所述引弧杆的引弧端靠近所述靶材的侧壁。