CN109628902A - 一种粉体磁控溅射镀膜的装置和方法 - Google Patents

一种粉体磁控溅射镀膜的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种粉体磁控溅射镀膜中的装置和方法，属于高真空磁控溅射镀膜领域。包括振动盘、电磁铁震动底座、粉料分流挡板、防粉流入导槽挡板、电磁屏蔽保护金属筒，料盘与振动底座之间的绝缘隔板。振动盘边缘带有螺旋轨道的凹槽，凸起的凹槽边沿起粉料的导向作用，粉料分流挡板起分流粉料作用，避免盘内粉料因转向角度过大淤积而溢出料盘。振动盘螺旋轨道凹槽的最上方，连接一个向下斜面，直通料盘中心，斜面宽度大于凹槽宽度，可以保证靠重力下滑的粉料不发生淤积现象，使粉料连续畅通地流动。本发明采用粉体材料有序地排列翻滚循环往复溅射镀膜，可大大提高镀膜的均匀性和生产效率，可保证生产过程中薄膜成分重复性的有效控制。

Description

一种粉体磁控溅射镀膜的装置和方法
技术领域
本发明属于高真空磁控溅射镀膜领域，尤其涉及一种粉体磁控溅射镀膜的装置和方法。
背景技术
磁控溅射是物理气相沉积的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多种材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，上世纪80年代开始，磁控溅射技术得到迅猛的发展，其应用领域得到了极大的推广。现在磁控溅射技术已经在镀膜领域占有举足轻重的地位，在工业生产和科学领域发挥着极大的作用。正是近来市场上各方面对高质量薄膜日益增长的需要使磁控溅射不断的发展。在许多方面，磁控溅射薄膜的表现都比物理蒸发沉积制成的要好；而且在同样的功能下采用磁控溅射技术制得的能够比采用其他技术制得的要厚。因此，磁控溅射技术在许多应用领域包括制造硬的、抗磨损的、低摩擦的、抗腐蚀的、装潢的以及光电学薄膜等方面具有重要是影响。
由于粉体材料具有比表面积大，表面能大的特点，且在磁控溅射镀膜中随着金属或合金膜层的包覆其表面能会增大，粉体具有很强烈的团聚倾向以降低体系的表面能，因此粉体磁控溅射镀膜的核心问题是粉体的分散。本发明实现了磁控溅射粉体镀膜中粉体的有效分散，防止粉体团聚，使粉体在磁控溅射工况下能够有序地排列翻滚循环往复，获得均匀致密的膜层。具有很好的应用前景。
一般粉体的磁控溅射镀膜，是采用一个靠简单电磁铁振动的料盘，或者采用滚筒式粉体在料筒中翻滚，工作时粉体上下无序的震荡或滚动，不能保证粉体镀膜的均匀性，而且易造成扬尘弥散到真空管路和炉腔当中，损害高真空系统和真空泵。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的问题，提供一种粉体磁控溅射镀膜中的装置和使用方法。
一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，包括螺旋振动盘(1)、粉料分流挡板(2)、防粉流入导槽(3)、电磁屏蔽保护金属筒(4)、料盘与振动底座之间的绝缘隔板(5)、电磁铁震动底座(6)。
电磁铁震动底座(6)的上面为绝缘隔板(5)，绝缘隔板(5)的上面为盆状结构的螺旋振动盘(1)，螺旋振动盘(1)的底面、绝缘隔板(5)、电磁铁震动底座(6)的上端面叠合并采用绝缘的螺钉固定在一起；螺旋振动盘(1)的侧边自下底面向上口，直径逐渐增大；且侧边设有自下向上沿侧边螺旋多圈的螺旋凹槽，凹槽底面为平面；最上端螺旋凹槽的槽口设有直达螺旋振动盘(1)底面中心的防粉流入凹槽导槽(3)，导槽(3)底面为斜平面，所述的斜平面为自上而下直达螺旋振动盘(1)底面中心；且导槽(3)底面的斜平面为扇形结构，所述的扇形结构为上面的尺寸大于底面的尺寸，扇形结构的一外侧直经侧边与最上端螺旋凹槽的槽口的外周边连接在一起，扇形结构的另一内侧直经侧边与最上端螺旋凹槽的槽口的内周边连接在一起，使得最上端螺旋凹槽的槽口与导槽(3)连通；在最上端螺旋凹槽的槽口与导槽(3)连通处设有一粉料分流挡板(2)，分流挡板(2)垂直导槽(3)底面且固定到导槽(3)底面上；分流挡板(2)的板面直对扇形结构内侧直径与最上端螺旋凹槽槽口内周边连接点A处；分流挡板(2)的四周均有空隙；导槽(3)内侧直径的下部分缺少侧面挡板，能使得粉体从此流到螺旋振动盘(1)底面上，此缺少侧面挡板的直径在螺旋振动盘(1)底面上的投影正好等于所在螺旋振动盘(1)底面处的半径；
金属筒(4)的上筒口覆盖金属振动盘(1)将电磁铁震动底座(6)封闭在其中，绝缘隔板(5)将金属振动盘(1)与电磁铁震动底座(6)绝缘隔开，金属筒(4)与金属振动盘(1)起到了对电磁铁震动底座(6)的电磁屏蔽保护的作用。
导槽(3)斜底面的扇形与螺旋振动盘(1)底面交接直线处的尺寸大于0，小于螺旋振动盘(1)底面半径，且螺旋振动盘(1)底面中心位于此交接处。
螺旋振动盘(1)侧边所述自下向上沿侧边螺旋多圈的螺旋凹槽在螺旋振动盘(1)底面所在的平面上的投影为平面螺旋环结构，环与环径向衔接。
所述凹槽为边缘带有螺旋挡板的凹槽，凸起的凹槽挡板边沿起粉料的导向作用，粉料分流挡板起分流粉料作用，避免盘内粉料因转向角度过大淤积而溢出料盘。
振动盘螺旋轨道凹槽的最上方，连接一个向下斜面，直通料盘中心，斜面宽度大于凹槽宽度，可以保证靠重力下滑的粉料不发生淤积现象，使粉料连续畅通地流动。防止粉料流入导槽，避免缩短粉料有序流动周期，影响整体镀膜的均匀性，保证粉料流入料盘底部，所有粉料有序流动完成相等的周期时间。
振动盘的材料为不锈钢或铜，振动盘底部的厚度不大于3mm，侧边凹槽深度为10～15mm。
所述的振动盘与下部的振动底座由绝缘胶木板隔开，并用尼龙螺钉固定。
电磁屏蔽保护金属筒罩在料盘以下振动器周围，振动盘的控制线和电源线由铝箔包裹，从屏蔽筒的小孔穿出，有真空密封装置引出炉体。
所述的装置当真空室内的真空度达到3.0×10-3～2.0×10-4pa时，向真空室内充入高纯氩气，设定真空室内的工作压力为0.3～5Pa，粉料基体温度为20～80℃；
所述的装置开启振动盘，其振动频率为100～160Hz。
本发明的装置优点：
①粉体在振动盘内有序地排列翻滚，自下沿螺旋轨道上升，从最高点靠重力沿斜面滑下循环往复，粉料分流挡板和防粉流入导槽挡板有效地防止粉料淤积和有序性的连续，可以保证粉体表面镀层的均匀性。
②振动盘料盘与底座之间安装绝缘胶木板隔板，并用尼龙螺钉固定，改善了屏蔽结构，解决了其控制操作受磁控溅射的电磁干扰影响问题。
进行溅射时表面平整，内部致密无气孔。
作为基体材料的粉末的粒径为0.2～100μm。
本发明采用粉体材料有序地排列翻滚循环往复溅射镀膜，可大大提高镀膜的均匀性和生产效率，可保证生产过程中薄膜成分重复性的有效控制。
本发明采用振动盘承载粉料，其料盘下面即底座有个脉冲电磁铁，可以使料盘作低幅高频的垂直方向振动，由倾斜的弹簧片带动料盘绕其垂直轴做扭摆振动。料盘内粉体由于受到这种振动而翻动并沿螺旋轨道上升，在上升的过程中经过一系列轨道的姿态变化，粉粒能够实现有序的排列，然后从高端自行流到底部再沿螺旋轨道上升，实现粉体的循环流动，有序的流动可以保证粉体镀膜的均匀性，由于振荡是低幅度，不会造成扬尘。磁控溅射设备工作时会对振动盘的控制线路产生干扰，普通金属料盘靠金属螺钉与电磁铁的底座固定在一起，而金属料盘必须外露为镀膜的工作面，对底座的电磁铁没有屏蔽作用，而金属料盘不能被屏蔽金属遮挡，因此，本发明在金属料盘与电磁铁的底座之间垫一块绝缘胶木板隔板，并用尼龙螺钉固定，就可以利用料盘对底座起到屏蔽效果，底座的剩余部分用金属筒或薄膜罩住以达到屏蔽保护的作用。
附图说明
图1为剖面结构(没有剖导槽)；
图2为外观结构；
图3为投影到底面的视图；
螺旋振动盘1、粉料分流挡板2、防粉流入导槽3、电磁屏蔽保护金属筒4、料盘与振动底座之间的绝缘隔板5、电磁铁震动底座6、尼龙螺钉7、磁铁8.
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
具体结构件图1-3。包括螺旋振动盘1、粉料分流挡板2、防粉流入导槽3、电磁屏蔽保护金属筒4、料盘与振动底座之间的绝缘隔板5、电磁铁震动底座6。
电磁铁震动底座6的上面为绝缘隔板5，绝缘隔板5的上面为盆状结构的螺旋振动盘1，螺旋振动盘1的底面、绝缘隔板5、电磁铁震动底座6的上端面叠合并采用绝缘的螺钉固定在一起；螺旋振动盘1的侧边自下底面向上口，直径逐渐增大；且侧边设有自下向上沿侧边螺旋多圈的螺旋凹槽，凹槽底面为平面；最上端螺旋凹槽的槽口设有直达螺旋振动盘1底面中心的防粉流入凹槽导槽3，导槽3底面为斜平面，所述的斜平面为自上而下直达螺旋振动盘1底面中心；且导槽3底面的斜平面为扇形结构，所述的扇形结构为上面的尺寸大于底面的尺寸，扇形结构的一外侧直经侧边与最上端螺旋凹槽的槽口的外周边连接在一起，扇形结构的另一内侧直经侧边与最上端螺旋凹槽的槽口的内周边连接在一起，使得最上端螺旋凹槽的槽口与导槽3连通；在最上端螺旋凹槽的槽口与导槽3连通处设有一粉料分流挡板2，分流挡板2垂直导槽3底面且固定到导槽3底面上；分流挡板2的板面直对扇形结构内侧直径与最上端螺旋凹槽槽口内周边连接点A处；分流挡板2的四周均有空隙；导槽3内侧直径的下部分缺少侧面挡板，能使得粉体从此流到螺旋振动盘1底面上，此缺少侧面挡板的直径在螺旋振动盘1底面上的投影正好等于所在螺旋振动盘1底面处的半径；
金属筒4的上筒口覆盖金属振动盘1将电磁铁震动底座6封闭在其中，绝缘隔板5将金属振动盘1与电磁铁震动底座6绝缘隔开，金属筒4与金属振动盘1起到了对电磁铁震动底座6的电磁屏蔽保护的作用。
导槽3斜底面的扇形与螺旋振动盘1底面交接直线处的尺寸大于0，小于螺旋振动盘1底面半径，且螺旋振动盘1底面中心位于此交接处。
螺旋振动盘1侧边所述自下向上沿侧边螺旋多圈的螺旋凹槽在螺旋振动盘1底面所在的平面上的投影为平面螺旋环结构，环与环径向衔接。
实施例1
将振动盘连同屏蔽筒一起放入磁控溅射的工作室中，将底座橡胶脚固定，接通控制与电源线路，将银靶材对准振动盘的中心间距100mm，再将200g 100μm铝粉倒入振动盘的料盘中，关闭炉门开启真空泵抽真空，真空室内的真空度达到3.0×10-3～2.0×10-4pa时，向真空室内充入高纯氩气，使真空室内的工作压力为3.0Pa，开启振动盘开关调节频率100Hz，再开启磁控溅射开关调节功率80W，时间为240min，溅射完毕后先按顺序关闭磁控溅射设备，然后关闭振动盘，即得到良好的银包铝粉。
实施例2
将振动盘连同屏蔽筒一起放入磁控溅射的工作室中，将底座橡胶脚固定，接通控制与电源线路，将银靶材对准振动盘的中心间距100mm，再将250g 150μm玻璃粉倒入振动盘的料盘中，关闭炉门开启真空泵抽真空，真空室内的真空度达到3.0×10-3～2.0×10-4pa时，向真空室内充入高纯氩气，使真空室内的工作压力为3.0Pa，开启振动盘开关调节频率100Hz，再开启磁控溅射开关调节功率100W，时间为300min，溅射完毕后先按顺序关闭磁控溅射设备，然后关闭振动盘，即得到良好的银包玻璃粉。
实施例3
将振动盘连同屏蔽筒一起放入磁控溅射的工作室中，将底座橡胶脚固定，接通控制与电源线路，将铜靶材对准振动盘的中心间距100mm，再将150g 80μm石墨粉倒入振动盘的料盘中，关闭炉门开启真空泵抽真空，真空室内的真空度达到3.0×10-3～2.0×10-4pa时，向真空室内充入高纯氩气，使真空室内的工作压力为3.0Pa，开启振动盘开关调节频率100Hz，再开启磁控溅射开关调节功率50W，时间为400min，溅射完毕后先按顺序关闭磁控溅射设备，然后关闭振动盘，即得到良好的铜包石墨粉。
实施例4
将振动盘连同屏蔽筒一起放入磁控溅射的工作室中，将底座橡胶脚固定，接通控制与电源线路，将Cu-W合金(5％W)靶材对准振动盘的中心间距100mm，再将120g 100μm金刚石粉倒入振动盘的料盘中，关闭炉门开启真空泵抽真空，真空室内的真空度达到3.0×10-3～2.0×10-4pa时，向真空室内充入高纯氩气，使真空室内的工作压力为3.0Pa，开启振动盘开关调节频率100Hz，再开启磁控溅射开关调节功率100W，时间为200min，溅射完毕后先按顺序关闭磁控溅射设备，然后关闭振动盘，即得到良好的铜钨合金包金刚石粉。

Claims (9)

1.一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，包括螺旋振动盘(1)、粉料分流挡板(2)、防粉流入导槽(3)、电磁屏蔽保护金属筒(4)、料盘与振动底座之间的绝缘隔板(5)、电磁铁震动底座(6)；
电磁铁震动底座(6)的上面为绝缘隔板(5)，绝缘隔板(5)的上面为盆状结构的螺旋振动盘(1)，螺旋振动盘(1)的底面、绝缘隔板(5)、电磁铁震动底座(6)的上端面叠合并采用绝缘的螺钉固定在一起；螺旋振动盘(1)的侧边自下底面向上口，直径逐渐增大；且侧边设有自下向上沿侧边螺旋多圈的螺旋凹槽，凹槽底面为平面；最上端螺旋凹槽的槽口设有直达螺旋振动盘(1)底面中心的防粉流入凹槽导槽(3)，导槽(3)底面为斜平面，所述的斜平面为自上而下直达螺旋振动盘(1)底面中心；且导槽(3)底面的斜平面为扇形结构，所述的扇形结构为上面的尺寸大于底面的尺寸，扇形结构的一外侧直经侧边与最上端螺旋凹槽的槽口的外周边连接在一起，扇形结构的另一内侧直经侧边与最上端螺旋凹槽的槽口的内周边连接在一起，使得最上端螺旋凹槽的槽口与导槽(3)连通；在最上端螺旋凹槽的槽口与导槽(3)连通处设有一粉料分流挡板(2)，分流挡板(2)垂直导槽(3)底面且固定到导槽(3)底面上；分流挡板(2)的板面直对扇形结构内侧直径与最上端螺旋凹槽槽口内周边连接点A处；分流挡板(2)的四周均有空隙；导槽(3)内侧直径的下部分缺少侧面挡板，能使得粉体从此流到螺旋振动盘(1)底面上，此缺少侧面挡板的直径在螺旋振动盘(1)底面上的投影正好等于所在螺旋振动盘(1)底面处的半径；
金属筒(4)的上筒口覆盖金属振动盘(1)将电磁铁震动底座(6)封闭在其中，绝缘隔板(5)将金属振动盘(1)与电磁铁震动底座(6)绝缘隔开，金属筒(4)与金属振动盘(1)起到了对电磁铁震动底座(6)的电磁屏蔽保护的作用。
2.按照权利要求1所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，导槽(3)斜底面的扇形与螺旋振动盘(1)底面交接直线处的尺寸大于0，小于螺旋振动盘(1)底面半径，且螺旋振动盘(1)底面中心位于此交接处。
3.按照权利要求1所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，螺旋振动盘(1)侧边所述自下向上沿侧边螺旋多圈的螺旋凹槽在螺旋振动盘(1)底面所在的平面上的投影为平面螺旋环结构，环与环径向衔接。
4.按照权利要求1所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，所述凹槽为边缘带有螺旋挡板的凹槽，凸起的凹槽挡板边沿起粉料的导向作用，粉料分流挡板起分流粉料作用，避免盘内粉料因转向角度过大淤积而溢出料盘。
5.按照权利要求1所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，振动盘螺旋轨道凹槽的最上方，连接一个向下斜面，直通料盘中心，斜面上端宽度h大于凹槽宽度H，保证靠重力下滑的粉料不发生淤积现象，使粉料连续畅通地流动。
6.按照权利要求1所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，振动盘的材料为不锈钢或铜，振动盘底部的厚度不大于3mm，侧边凹槽深度为10～15mm。
7.按照权利要求1所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置，其特征在于，电磁屏蔽保护金属筒罩在料盘以下振动器周围，振动盘的控制线和电源线由铝箔包裹，从屏蔽筒的小孔穿出，有真空密封装置引出炉体。
8.按照权利要求1-7任一项所述的一种粉体磁控溅射镀膜中的装置的使用方法，其特征在于，将待粉体置于螺旋振动盘(1)内；当真空室内的真空度达到3.0×10-3～2.0×10- 4pa时，向真空室内充入高纯氩气，设定真空室内的工作压力为0.3～5Pa，粉料基体温度为20～80℃；所述的装置开启振动盘，其振动频率为100～160Hz。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，作为基体材料的粉末的粒径为0.2～100μm。
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