CN112877668A - 一种大面积可变半径曲面薄膜基片架 - Google Patents

一种大面积可变半径曲面薄膜基片架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大面积可变半径曲面薄膜基片架，涉及真空镀膜设备技术领域，所述大面积可变半径曲面薄膜基片架包括传动机构和基片架本体，传动机构采用少齿差行星齿轮传动将转动和平动传递给底端转盘，底端转盘安装在内齿圈上，基片架半径调节轴上端和下端分别安装在顶端转盘滑道内和底端转盘凹槽中使基片架半径调节轴沿径向方向移动，基片由安装在基片架半径调节轴上的夹具进行固定。本发明通过少齿差行星齿轮传动机构实现基片的转动和平动，使得溅射更加均匀，同时基片架半径调节轴在径向方向的位置可以任意调整来满足不同曲率半径基片的需求，减少生产成本。

Description

一种大面积可变半径曲面薄膜基片架
技术领域
本发明涉及镀膜生产技术领域，具体为一种大面积可变半径曲面薄膜基片架。
背景技术
镀膜技术的广泛应用，使得行业对于薄膜的种类需求越来越多，平面薄膜和小面积曲面薄膜的镀膜工艺较为成熟，但对于大面积曲面薄膜的镀制方法仍然发展缓慢。
对于现有的旋转式曲面薄膜镀制基片架，主要是针对小面积曲面基片，公转由一根中心主轴的转动来实现，这根驱动主轴横穿底板伸出真空室外，由置于大气中的轴承座支撑，基片架安装在自转轴上带动基片沿公转轴公转同时沿自转轴自转，但对于曲面基片来说，因为曲面基片形状多样化的限制使得曲面基片受到的磁场不同，所以在溅射镀膜时靶材原子并不能在同一时间到达基片表面，影响了镀膜的均匀性。同时，由于曲面薄膜的种类繁多，现有的旋转式曲面薄膜基片架只能对固定曲率的基片进行镀膜，镀制不同的曲面薄膜都要单独进行基片架的设计，加大了镀膜的成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种大面积可变半径曲面薄膜基片架，采用少齿差行星齿轮传动机构，由曲轴带动行星轮在固定内齿圈的限制作用下作转动和平动，即实现公转与自转结合转动的同时也在水平方向具有位移，使得溅射更加均匀。底端转盘与顶端转盘间安装有基片架半径调节轴，基片架半径调节轴通过与底端转盘上的凹槽和顶端转盘上的滑道的配合可以在径向方向实现自由移动，通过调整基片架半径调节轴在径向方向的位置来改变整个基片架的曲率半径，满足不同曲率半径基片尺寸的安装，在基片架半径调节轴沿径向方向移动到所需位置后通过夹板和销轴等固定装置对基片架半径调节轴进行固定，以便于曲面基片的安装。基片架半径调节轴上设置有安装基片所需的夹具，在镀膜时需先安装基片上夹具对曲面基片进行导向和初步固定，基片安装后通过螺栓安装基片下夹具对曲面基片进行进一步固定。
为实现上述目的，本发明采用的方案如下：
优选地，所述的少齿差行星齿轮传动机构(1)包括底架(101)、内齿圈(102)、电机(103)、曲轴(104)、支架(105)、推力球轴承(106)、深沟球轴承(107)、行星轮(108)、销孔(109)、销轴(110)、底端转盘(111)、滚珠(112)、支撑柱(113)、凹槽(114)、螺栓孔(115)、深沟球轴承(116)、轴端挡板(117)、螺栓(118)和放置槽(119)。内齿圈(102)与底架(101)相连固定于真空镀膜室中，电机(103)安装在支架(105)下方带动曲轴(104)转动，曲轴(104)作为输入轴通过推力球轴承(106)安装在支架(105)上带动行星轮(108)在固定内齿圈(102)限制作用下转动和平动，少齿差行星齿轮传动机构(1)由行星架输出，行星架由销轴(110)和底端转盘(111)组成，销轴(110)一端与行星轮(108)上的销孔(109)配合，另一端连接底端转盘(111)将转动和平动传递给底端转盘(111)。底端转盘(111)下方连接有4根支撑柱(113)，支撑柱(113)下端安装有滚珠(112)，滚珠作用在内齿圈(102)上对底端转盘(111)起到支撑和辅助转动与平动的作用，底端转盘(111)为少齿差行星齿轮传动机构(1)与基片架本体(2)连接装置，底端转盘(111)上沿周向均布有8个铣削的凹槽(114)，凹槽两侧均布有螺栓孔(115)，底端转盘(111)上中心处开设有放置槽(119)。
优选地，所述的基片架本体(2)主要包括底端转盘(111)、顶端转盘(209)、基片架半径调节轴(207)和旋转轴(215)，基片架半径调节轴(207)安装在底端转盘(111)与顶端转盘(209)之间，基片架半径调节轴(207)下端通过销轴(206)连接的滚轮(205)放置在底端转盘(111)的凹槽(113)内，基片架半径调节轴(207)上端放置在顶端转盘(209)的滑道(210)内，使得基片架半径调节轴(207)可以沿径向方向移动，通过移动每根基片架半径调节轴(207)在径向方向上的位置可以调节基片架本体(2)的曲率半径。当基片架半径调节轴(207)达到预定位置后，基片架半径调节轴(207)下端通过夹板(201)固定于底端转盘(111)，基片架半径调节轴(207)上端通过销轴(208)固定于顶端转盘(209)。
优选地，所述的基片架半径调节轴(207)下端放置在夹板(201)内，夹板(201)通过螺栓(202)固定于底端转盘(111)，基片架半径调节轴(207)上端通过销轴(208)与销孔(211)进行固定，底端转盘(111)上的螺栓孔(203)与顶端转盘(209)上的销孔(211)位置相对应，通过调整螺栓孔(203)与销孔(211)的初始位置和分布间距来实现基片架半径调节轴(207)在任意位置的固定，满足多种曲率半径尺寸的曲面基片。
优选地，所述的旋转轴(215)下端通过深沟球轴承(116)安装在放置槽(119)内，放置槽(119)上方通过螺栓(118)安装有轴端挡板(117)，旋转轴(215)上端与顶端转盘(209)通过深沟球轴承(216)连接，顶端转盘(209)下方通过螺栓(218)安装有轴端挡板(217)，轴端挡板(217)下方安装有支撑夹具(219)，支撑夹具(219)通过螺栓(220)固定在旋转轴(215)上对轴端挡板(217)进行支撑。
优选地，所述旋转轴(215)分为公转轴段和自转轴段，旋转轴(215)与真空镀膜室通过轴承连接段为公转轴段，基片架绕公转轴公转，旋转轴(215)与顶端转盘(209)和底端转盘(111)连接段为自转轴段，基片架绕自转轴自转，公转中心和自转中心间存在间距。
优选地，基片安装依靠夹具进行固定，夹具分为基片下夹具(203)和基片上夹具(212)，基片下夹具(203)通过螺栓(204)固定在夹板(201)上，基片上夹具(212)通过螺栓(214)固定在基片架半径调节轴(207)上端，基片上夹具(211)开设有调位孔(212)，调位孔(212)根据曲面基片厚度调节基片上夹具(211)与基片架半径调节轴(207)间的间距。曲面基片在安装时应先将基片上夹具(211)通过螺栓(213)固定于基片架半径调节轴(207)上端对基片起导向和固定作用，基片装载后通过螺栓(204)将基片下夹具(203)固定在夹板(201)上对基片起加紧作用。
附图说明
图1是一种大面积可变半径曲面薄膜基片架结构示意图
图2是一种大面积可变半径曲面薄膜基片架少齿差行星齿轮传动机构输入部分结构示意图
图3是一种大面积可变半径曲面薄膜基片架少齿差行星齿轮传动机构示意图
图4是图1的A处放大结构图
图5是图4的剖视图
图6是图1的B处放大结构图
图7是基片上夹具结构图
图8是图1的C处放大结构剖视图
图9是图8中支撑夹具俯视图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的一种大面积可变半径曲面薄膜基片架作进一步详细说明。
如图1至图2所示，一种大面积可变半径曲面薄膜基片架主要包括少齿差行星齿轮传动机构(1)和基片架本体(2)，少齿差行星齿轮传动机构(1)由电机(103)带动曲轴(104)转动，内齿圈(102)与底架(101)相连固定于真空镀膜室中，曲轴(104)作为输入轴通过推力球轴承(106)安装在支架(105)上带动行星轮(108)在固定内齿圈(102)限制作用下转动和平动，少齿差行星齿轮传动机构(1)由行星架输出，行星架由销轴(110)和底端转盘(111)组成，销轴(110)一端与行星轮(108)上的销孔(109)配合，另一端连接底端转盘(111)将转动和平动传递给底端转盘(111)。底端转盘(111)下方连接有4根支撑柱(113)，支撑柱(113)下端安装有滚珠(112)，滚珠作用在内齿圈(102)上对底端转盘(111)起到支撑和辅助底端转盘(111)转动与平动的作用。底端转盘(111)上方沿圆周方向均匀铣削8个凹槽(114)，凹槽(114)两侧均布有螺栓孔(115)，底端转盘(111)上中心处开设有放置槽(119)，放置槽(119)内放置有深沟球轴承(116)。
如图3至图9所示，底端转盘(111)为少齿差行星齿轮传动机构(1)与基片架本体(2)连接装置，底端转盘(111)与顶端转盘(209)间沿周向分布有8根基片架半径调节轴(207)，基片架半径调节轴(207)下端通过销轴(206)连接滚轮(205)放置在底端转盘(111)的凹槽(114)内，基片架半径调节轴(207)上端放置在顶端转盘(209)的滑道(210)内，使得基片架半径调节轴(207)可以沿径向方向移动，每根基片架半径调节轴(207)可以单独调整径向方向所在位置。底端转盘(111)上的螺栓孔(203)与顶端转盘(209)上的销孔(211)位置相对应，可以通过调整螺栓孔(203)与销孔(211)的初始位置和分布间距来实现基片架半径调节轴(207)在径向方向任意位置的固定，从而改变基片架的曲率半径实现对不同曲率半径的曲面基片进行镀膜。基片架半径调节轴(207)到达预定位置后下端通过夹板(201)固定，夹板(201)通过螺栓(202)与底端转盘(111)连接，上端通过销轴(208)与销孔(211)固定于顶端转盘(209)。底端转盘(111)上中心处放置槽(119)通过深沟球轴承(116)连接旋转轴(215)下端，放置槽(119)上方通过螺栓(118)安装有轴端挡板(117)，旋转轴(215)上端与顶端转盘(209)通过深沟球轴承(216)连接，顶端转盘(209)下方通过螺栓(218)安装有轴端挡板(217)，轴端挡板(217)下方安装有支撑夹具(219)，支撑夹具(219)通过螺栓(220)固定在旋转轴(215)上对轴端挡板(217)进行支撑。旋转轴(215)分为公转轴段和自转轴段，旋转轴(215)与真空镀膜室通过轴承连接段为公转轴段，基片架绕公转轴公转，旋转轴(215)与顶端转盘(209)和底端转盘(111)连接段为自转轴段，基片架绕自转轴自转。
基片安装时依靠夹具进行固定，夹具分为基片下夹具(203)和基片上夹具(212)，夹板(201)上通过螺栓(204)安装有基片下夹具(203)，基片架半径调节轴(207)上端通过螺栓(213)连接基片上夹具(211)，基片上夹具(211)开设有调位孔(212)，调位孔(212)根据曲面基片厚度调节基片上夹具(211)与基片架半径调节轴(207)间的间距，曲面基片安装时先将基片上夹具(211)通过螺栓(213)固定于基片架半径调节轴(207))上端对基片起导向和固定作用，曲面基片装载后通过螺栓(204)将基片下夹具(203)固定在夹板(201)上对曲面基片起加紧作用。
本发明的工作过程如下：将基片架本体按待镀基片的曲率半径调整基片架半径调节轴的位置，调整后使用夹板和销轴对基片架半径调节轴进行固定，之后在基片架半径调节轴上端安装基片上夹具，通过基片上夹具的调位孔按照基片厚度调整基片上夹具与基片架半径调节轴的间距，固定基片上夹具，将待镀的基片通过基片上夹具与基片架半径调节轴间的凹槽进行导向，基片全部经导向装置贴紧基片架半径调节轴后，通过基片下夹具对基片进行固定，之后对真空镀膜室进行抽真空，真空度达到预定值后准备进行溅射镀膜，镀膜时通过电机驱动曲轴带动行星轮在内齿圈限制作用下作转动和平动，行星轮通过销孔与销轴的配合将转动和平动传递给底端转盘，底端转盘带动基片架本体在转动的基础上进行平动，使得曲面基片在溅射时各角度接收溅射粒子更加充分，溅射沉积更均匀，可以获得更均匀的薄膜。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大面积可变半径曲面薄膜基片架，该基片架内齿圈(102)与底架(101)相连固定于真空镀膜室中，电机(103)安装在支架(105)下方带动曲轴(104)转动，其特征在于：包括少齿差行星齿轮传动机构(1)和基片架本体(2)，少齿差行星齿轮传动机构(1)由曲轴(104)带动行星轮(108)转动和平动，曲轴(104)通过推力球轴承(106)安装在支架(105)上，内齿圈(102)固定，行星架输出，行星架由销轴(110)和底端转盘(111)组成，销轴(110)一端与行星轮(108)上的销孔(109)配合，另一端连接底端转盘(111)将转动和平动传递给底端转盘(111)；底端转盘(111)下方连接有4根支撑柱(113)，支撑柱(113)下端安装有滚珠(112)，滚珠(112)作用在内齿圈(102)上对底端转盘(111)起支撑和辅助转动与平动的作用，底端转盘(111)上方沿周向均布有8个铣削的凹槽(114)，凹槽(114)两侧分布有螺栓孔(115)，底端转盘(111)上方中心处开设有放置槽(119)；基片架本体(2)由底端转盘(111)、顶端转盘(209)、基片架半径调节轴(207)和旋转轴(215)组成，底端转盘(111)为少齿差行星齿轮传动机构(1)与基片架本体(2)连接装置，基片架半径调节轴(207)安装在底端转盘(111)与顶端转盘(209)之间，基片架半径调节轴(207)下端通过销轴(206)与滚轮(205)连接，滚轮(205)放置在底端转盘(111)的凹槽(113)内，基片架半径调节轴(207)上端放置在顶端转盘(209)的滑道(210)内，使得基片架半径调节轴(207)可以沿径向方向移动，通过移动每根基片架半径调节轴(207)在径向方向上的位置可以调节基片架本体(2)的曲率半径，当基片架半径调节轴(207)达到预定位置后，基片架半径调节轴(207)下端通过夹板(201)固定于底端转盘(111)，基片架半径调节轴(207)上端通过销轴(208)固定于顶端转盘(209)；旋转轴(215)下端通过深沟球轴承(116)安装在放置槽(119)内，放置槽(119)上方通过螺栓(118)安装有轴端挡板(117)，旋转轴(215)上端与顶端转盘(209)通过深沟球轴承(216)连接，顶端转盘(209)下方通过螺栓(218)安装有轴端挡板(217)，轴端挡板(217)下方安装有支撑夹具(219)，支撑夹具(219)通过螺栓(220)固定在旋转轴(215)上对轴端挡板(217)进行支撑；基片安装依靠夹具进行固定，夹具分为基片下夹具(203)和基片上夹具(212)，基片下夹具(203)通过螺栓(204)固定在夹板(201)上，基片上夹具(212)通过螺栓(214)固定在基片架半径调节轴(207)上端，夹具与基片架半径调节轴(207)的间距等于曲面基片的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种大面积可变半径曲面薄膜基片架，其特征在于：底端转盘(111)上的螺栓孔(115)和顶端转盘(209)上的销孔(211)用来调节基片架本体(2)的固定位置，螺栓孔(203)与销孔(211)位置相对应，可以通过调整螺栓孔(203)与销孔(211)的初始位置和分布间距来实现基片架半径调节轴(207)在径向方向任意位置的固定。
3.根据权利要求1所述的一种大面积可变半径曲面薄膜基片架，其特征在于：基片上夹具(212)开设有调位孔(213)，根据曲面基片厚度通过调位孔(213)调节基片上夹具(212)与基片架半径调节轴(207)间的间距。
4.根据权利要求1所述的一种大面积可变半径曲面薄膜基片架，其特征在于：旋转轴(215)分为公转轴段和自转轴段，旋转轴(215)与真空镀膜室通过轴承连接段为公转轴段，基片架绕公转轴公转，旋转轴(215)与顶端转盘(209)和底端转盘(111)连接段为自转轴段，基片架绕自转轴自转，公转中心和自转中心间存在间距。
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