CN113215543B - 一种在球全表面沉积薄膜的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在球全表面沉积薄膜的方法及装置，包括步骤：提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中，其中镀膜用球位于所述轨道形夹具的轨道中，且所述镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外；转动所述轨道形夹具，其中所述镀膜用球通过旋转而在所述轨道上移动，并改变暴露于所述轨道外的表面区域；向沉积腔内提供镀膜粒子；镀膜粒子沉积在镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域。解决了现有技术中的由于对球进行固定而导致球面局部被覆盖而无法使整个球全表面完整沉积薄膜材料的问题。

Description

一种在球全表面沉积薄膜的方法及装置

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，尤其涉及的是一种在球全表面沉积薄膜的方法及装置。

背景技术

由于传统的气相沉积、磁控溅射等方法中需要对球进行固定，在固定部分总是无法实现薄膜沉积，从而无法在整个球全表面完整沉积薄膜材料，因此给球全表面完整沉积覆盖各种薄膜材料是一个工业生产中的难点。在实际生产应用中，对球进行表面处理，针对性的沉积各类功能材料具有广泛的需求和实际的工业意义。

现有技术中由于对球进行固定而导致球面局部被覆盖，从而无法使整个球全表面完整沉积薄膜材料。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在球全表面沉积薄膜的方法，解决了现有技术中的由于对球进行固定而导致球面局部被覆盖而无法使整个球全表面完整沉积薄膜材料的问题。

本发明的技术方案如下：

一种在球全表面沉积薄膜的方法，包括步骤：

提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中，其中镀膜用球位于所述轨道形夹具的轨道中，且所述镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外；

在沉积腔内生成等离子体；

施加第一预设偏压吸引等离子体轰击镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域；

转动所述轨道形夹具，其中所述镀膜用球通过旋转而在所述轨道上移动，并改变暴露于所述轨道外的表面区域；

施加第二预设偏压吸引等离子体轰击镀膜靶材，在沉积腔内生成镀膜粒子；

镀膜粒子沉积在镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域。

进一步，所述在沉积腔内生成等离子体的具体步骤包括：

对沉积腔进行真空抽，使沉积腔内压强到第一预设压强；

在沉积腔内充入氩气，使沉积腔内压强到第二预设压强；

通过微波源对沉积腔施加微波；

通过磁线圈通入电流使沉积腔内产生磁场，使沉积腔内的氩气生成氩等离子体。

进一步，所述对沉积腔进行真空抽，使沉积腔内压强到第一预设压强的步骤中，所述第一预设压强为：5×10^-5Pa～9×10^-5Pa；

所述在沉积腔内充入氩气，使沉积腔内压强到第二预设压强的步骤中，所述第二预设压强为：2×10^-2Pa～8×10^-2Pa；

所述通过微波源对沉积腔施加微波的步骤中，所述微波频率为3.45GHz。

进一步，所述施加第一预设偏压吸引等离子体轰击镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域的步骤中：

所述第一预设偏压施加于所述轨道形夹具背离所述镀膜用球的一侧，所述第一预设偏压为：-50V～+100V；

所述施加第二预设偏压吸引等离子体轰击镀膜靶材的步骤中：

所述第二预设偏压施加于所述镀膜靶材上，所述第二预设偏压为：500V～-300V。

进一步，所述提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中的步骤之前还包括步骤：

用丙酮、酒精和去离子水分别对镀膜用球进行超声波水浴清洗；

干燥所述镀膜用球。

进一步，所述提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中的步骤中：

所述轨道形夹具的结构包括：夹具本体；

第一轨道，所述第一轨道开设在所述夹具本体上，并偏离于所述夹具本体的旋转中心；

第二轨道，所述第二轨道连通所述第一轨道，所述第二轨道与所述第一轨道呈一角度设置；

其中，所述夹具本体旋转过程中，所述镀膜用球通过自身重力从第一轨道内滑移到第二轨道内。

进一步，所述轨道形夹具的结构还包括：

第三轨道，所述第三轨道连通所述第二轨道和所述第一轨道；

所述夹具本体旋转过程中，所述镀膜用球通过自身重力从第二轨道内滑移到第三轨道内，并通过所述第三轨道滑移到第一轨道。

进一步，所述第一轨道与所述第二轨道相垂直，且所述第二轨道位于所述第一轨道的一端；

所述第三轨道的外形轮廓为圆弧形，所述第三轨道的一端连接所述第二轨道远离所述第一轨道的一端，所述第三轨道的另一端连接所述第一轨道与第二轨道的相接处。

进一步，所述第二轨道内设置有斜台，所述斜台的倾斜面远离所述第一轨道的一端凸出于靠近所述第一轨道的一端。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种在球全表面沉积薄膜的装置，其中包括：沉积腔；

可旋转基架，所述可旋转基架转动设置在所述沉积腔内；

轨道形夹具，所述轨道形夹具设置在所述可旋转基架上并位于所述沉积腔内，所述镀膜用球位于所述轨道形夹具内；

微波源，所述微波源位于所述沉积腔背离所述轨道形夹具的一侧；

镀膜靶材，所述镀膜靶材设置在所述沉积腔内，并位于所述微波源与所述轨道形夹具之间；

磁线圈，所述磁线圈套设在所述沉积腔外；

所述球全表面沉积薄膜的装置用于实现如上所述的在球全表面沉积薄膜的方法。

本方案的有益效果：本发明提出的一种在球全表面沉积薄膜的方法及装置，通过将镀膜用球安装在轨道形夹具中，镀膜用球在轨道夹具内可以让镀膜用球借助重力在轨道内进行滚动，轨道形夹具卡嵌镀膜用球使镀膜用球不易脱出轨道，且使镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外，同时所述镀膜用球通过轨道形夹具的旋转而在所述轨道上移动，这样旋转的轨道形夹具提供给镀膜用球另外不同的滚动旋转轴，并改变暴露于所述轨道外的表面区域，通过不断改变轨道外的表面区域而使镀膜用球的整个表面都能进行外露，再通过在沉积腔内提供镀膜粒子，使镀膜粒子沉积到镀膜靶材暴露于所述轨道外的表面区域，这样通过轨道形夹具的不停旋转，使镀膜粒子不停沉积，直至镀膜用球的整个表面沉积上镀膜粒子，形成薄膜，沉积结束后取出镀膜用球即可。这样使镀膜用球的整个外表面都能沉积薄膜，解决了现有技术中的由于对球进行固定而导致球面局部被覆盖而无法使整个球全表面完整沉积薄膜材料的问题。

实现球全表面的材料沉积，将可以显著地拓展可选择的沉积镀膜材料的种类

在各类沉积镀膜装备中，通过可旋转的基片架带动轨道形夹具旋转，从而使球在轨道形夹具的轨道中滚动，并通过斜坡实现不同旋转轴方向的滚动，最终实现各类元素在球表面的沉积制备。

附图说明

图1是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的装置的结构原理示意图；

图2是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的轨道形夹具的一种实施例的主视图；

图3是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的轨道形夹具的另一种实施例的结构示意图；

图4是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的实施例的轨道形夹具的第一种状态示意图；

图5是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的实施例的轨道形夹具的第二种状态示意图；

图6是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的实施例的轨道形夹具的第三种状态示意图；

图7是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的实施例的轨道形夹具的第四种状态示意图；

图8是本发明的一种在球全表面沉积薄膜的方法的主要流程图。

图中各标号：100、沉积腔；200、可旋转基架；300、轨道形夹具；310、夹具本体；320、第一轨道；321、轨道槽；322、上凸台；323、下凸台；330、第二轨道；331、斜台；340、第三轨道；400、微波源；410、氩等离子；500、镀膜靶材；510、碳原子；600、磁线圈；700、镀膜用球。

具体实施方式

本发明提供了一种在球全表面沉积薄膜的方法及在球全表面沉积薄膜的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。

还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

如图8所示，本实施例提出一种在球全表面沉积薄膜的方法，用于在镀膜用球的表面进行覆膜，本实施例的具体过程以在球表面进行ECR镀膜为例进行说明，其中包括步骤：

步骤S100、对镀膜用球进行清洗。

在球表面进行覆膜前，需要保持镀膜用球的清洁，不然覆膜会因为表面灰尘而不平整，达不到理想的效果。通常可以采用去离子水进行清洗。

本步骤S100具体包括以下步骤：

步骤S110、用丙酮、酒精和去离子水分别对镀膜用球进行超声波水浴清洗。

上述过程中，丙酮、乙醇能溶解大部分有机物,通过将镀膜用球进行超声波清洗，可以将镀膜用球的表面的有机物清除。再通过去离子水清洗镀膜用球，可以洗去残留的离子,也可以把之前的丙酮、乙醇洗去，使镀膜用球的表面保持清洁。

步骤S120、干燥所述镀膜用球。

上述过程中，采用加热蒸干的方式对镀膜用球进行干燥处理，这样可以加快干燥，不会在镀膜用球的表面产生新的杂质。另外还可采用通风，晾置、烘干等方式进行干燥。

S200、提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中，其中镀膜用球位于所述轨道形夹具的轨道中，且所述镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外。

如图1所示，上述过程中。在沉积腔100内设置有可旋转基架200，可旋转基架200通过设置在沉积腔100的外或沉积腔100内的动力源驱动而进行转动，所述可旋转基架200上设置有轨道形夹具300，轨道形夹具300通过可旋转基架200的驱动而旋转，轨道形夹具300的旋转中心轴与竖直方向垂直，在轨道形夹具300沿旋转轴的方向的一侧面上设置有轨道，将镀膜用球700放入轨道形夹具300的轨道中。通过将镀膜用球700安装在轨道形夹具300中，镀膜用球700在轨道夹具内可以让镀膜用球700借助重力在轨道内进行滚动，轨道形夹具300卡嵌镀膜用球700使镀膜用球不易脱出轨道，且使镀膜用球700的表面区域暴露于所述轨道外。

如图2所示，本实施例中的所述轨道形夹具300的具体结构包括：夹具本体310，所述轨道包括：第一轨道320，第二轨道330。所述夹具本体310的外形轮廓可采用方形，多边形，圆形等，为方便结构描述，本实施例中的夹具本体310采用圆盘形结构，圆盘形的夹具本体310的轴向为轨道形夹具300的旋转中心，设置旋转中心的方向为Z向，在圆盘径向的平面上设置坐标轴，以上下方向为Y向，以垂直于Y向的方向为X向。所述第一轨道320开设在所述夹具本体310上，并偏离于所述夹具本体310的旋转中心，这样当夹具本体310旋转时，第一轨道320绕旋转中心进行旋转。所述第二轨道330开设在所述夹具本体310上，所述第二轨道330连通所述第一轨道320，所述第二轨道330与所述第一轨道320呈一角度设置，这样当夹具本体310旋转时，第二轨道330绕旋转中心进行旋转。所述夹具本体310旋转过程中，所述镀膜用球700通过自身重力从第一轨道320内滑移到第二轨道330内。

另外，如图3所示，所述轨道在夹具本体310上设置有多个，多个所述轨道沿所述夹具本体310的旋转中心呈圆周阵列分布，本实施例中的所述轨道设置有4个。

在夹具本体310旋转之前，本实施例中的第一轨道320沿X方向设置，在夹具本体310进行旋转的过程中，镀膜用球700置于第一轨道320内，当第一轨道320旋转到向下方向倾斜时，镀膜用球700在第一轨道320内滚动，此时镀膜用球700的滚动中心平行于Z轴，当镀膜用球的滚动到第一轨道320和第二轨道330的交接处时，镀膜用球由于重力的作用，使第一轨道320滚动到第二轨道330内，镀膜用球在第二轨道330内进行滚动，此时镀膜用球在第二轨道330内沿X方向滚动。这样使镀膜用球700露出于轨道的表面区域进行了转换，通过不同的镀膜用球的表面区域露出于轨道而使整个镀膜用球的表面区域均可露出于轨道。从而不需要对镀膜用球进行夹持固定从而导致固定部分无法薄膜沉积。

如图2、图5所示，所述第一轨道320和第二轨道330的宽度大于所述镀膜用球700的直径，这样可容纳镀膜用球700，本实施例中的所述轨道均为卡槽形轨道，以第一轨道320为例，所述第一轨道320包括轨道槽321，所述轨道槽321开设在夹具本体310的轴向表面上，轨道槽321的宽度大于镀膜用球直径，这样使镀膜用球可位于轨道槽321内滚动。所述轨道槽321的开口的上边沿和下边沿处开设有上凸台322和下凸台323，所述上凸台322和所述下凸台323朝向相互靠近的方向延伸设置，从而使轨道槽321的开口变小。这样镀膜用球在轨道槽321内时，由于重力的作用而抵靠在下凸台323上滚动，上凸台322对镀膜用球进行限位，使镀膜用球不会脱出第一轨道320的轨道槽321。

如图3、图4中b所示，所述所述第二轨道330内设置有斜台331，所述斜台331的倾斜面远离所述第一轨道320的一端凸出于靠近所述第一轨道320的一端。即所述斜台331靠近旋转中心轴的一端要凸出于所述斜台331远离旋转中心的一端。这样当镀膜用球700由于重力作用而从第一轨道320内下滑到第二轨道330内时，斜台331的斜面可以为镀膜用球700进行导向，从而使镀膜用球在第二轨道330内滚动，且此时镀膜用球的滚动轴变化为与X方向相垂直。如果不采用斜台331，镀膜用球在第二轨道330内为下落状态，下落状态时镀膜用球进行很少的滚动或不进行滚动，这样使镀膜用球暴露于第二轨道330外的表面的区域就小，导致沉积的效果不好。

本实施例中的所述第一轨道320与所述第二轨道330相垂直，且所述第二轨道330位于所述第一轨道320的一端。即所述第一轨道320与所述第二轨道330为直角设置，第二轨道330位于所述第一轨道320的一端，这样有效延长了镀膜用球700的滚动距离。使镀膜用球700在第一轨道320内进行充分滚动后再下落到第二轨道330内，使镀膜用球700在第二轨道330内充分滚动。而且垂直设置的第一轨道320与第二轨道330，使镀膜用球700露出于轨道的区域部分最大化。便于对镀膜用球700的整个表面进行沉积镀膜。

如图2、图3所示，所述轨道形夹具300的结构还包括第三轨道340，所述第三轨道340连通所述第二轨道330和所述第一轨道320。所述夹具本体310旋转过程中，所述镀膜用球700通过自身重力从第二轨道330内滑移到第三轨道340内，并通过所述第三轨道340滑移到第一轨道320。通过第三轨道340连接所述第二轨道330和第一轨道320，除了进行连通使循环外，所述镀膜用球700在第三轨道340内也进行滚动，对镀膜用球700的表面进行沉积覆膜。

所述第三轨道340的外形轮廓为圆弧形，所述第三轨道340的一端连接所述第二轨道330远离所述第一轨道320的一端，所述第三轨道340的另一端连接所述第一轨道320与第二轨道330的相接处。

另外，所述第一轨道320和所述第二轨道330之间所形成的角度还可以是除平角之外的其他角度，如45°，60°。本实施例中的所述第三轨道340与第一轨道320和第二轨道330形成“P”形，所述第三轨道340为圆弧形外的其他形状，只要是实现与第一轨道320和第二轨道330相连通均可，如“L”形使第一轨道320和第二轨道330形成四边形轨道等。

步骤S300、在沉积腔内生成等离子体。

具体过程为：沉积腔内生成等离子体，其中等离子体为惰性等离子体，如氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)的元素的等离子体，通过等离子体对镀膜用球的表面进行轰击，从而可以对镀膜用球进行清洁，保证镀膜用球表面的纯洁度。

所述步骤S300具体包括：

S310、对沉积腔进行真空抽，使沉积腔内压强到第一预设压强。

本实施例中的所述第一预设压强5×10^-5Pa～9×10^-5Pa。在该压强范围内，使覆膜效果更好。

S320、在沉积腔内充入氩气，使沉积腔内压强到第二预设压强。

本实施例中的所述第二预设压强为：2×10^-2Pa～8×10^-2Pa。通过充入氩气，能提供惰性等离子体的来源。

S330、通过微波源对沉积腔施加微波。

如图1所示，微波源400设置在沉积腔100相对于轨道形夹具300的另一端。微波源400产生微波，频率为3.45GHz，微波作用于沉积腔内的氩气。

S340、通过磁线圈通入电流使沉积腔内产生磁场，使沉积腔内的氩气生成氩等离子体。

如图1所示，磁线圈600套设在所述沉积腔100外，使沉积腔100所在区域产生磁场。

综上，将沉积腔体内真空抽到5×10^-5Pa，再充入氩气至气压为2×10^-2Pa，利用微波源施加3.45GHz微波，并在磁线圈上通入电流，产生磁场，从而在沉积腔内生成氩等离子体。

S400、施加第一预设偏压吸引等离子体轰击镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域。

如图1所示，具体过程中，由于可旋转基片架位于所述轨道形夹具背离所述镀膜用球的一侧，在可旋转基片架上施加第一预设偏压，通过第一预设偏压，吸引所述氩等离子体朝向所述镀膜用球移动，并轰击镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域。所述第一预设偏压为：-50V～+100V。本实施例中所施加的第一预设偏压为：-50V。

S500、转动所述轨道形夹具，其中所述镀膜用球通过旋转而在所述轨道上移动，并改变暴露于所述轨道外的表面区域。

如图4所示，镀膜用球700在上述方案中的运动状体具体为：首先在图4中a所示，轨道形夹具300沿顺时针旋转(图中实心箭头表示轨道形夹具转动方向)，镀膜用球700先在第一轨道320内滚动，其滚动轴的方向为Z向，如图4中b所示，当从第一轨道320滚动到第二轨道330，镀膜用球700滚下斜台331，因为斜台331上斜面结构的存在，此时镀膜用球700在斜台331上滚动，此时镀膜用球700的滚动轴为x方向，其在第二轨道330内的滚动状态可参考如图4中b视图所示。

轨道形夹具300沿顺时针旋转到图5中c所示的状态，此时镀膜用球700受到重力的作用从第二轨道330进入到第三轨道340。如图5中d所示，镀膜用球700受到重力的作用外还与第三轨道340的下凸台323和轨道槽321的侧壁和槽底相接触，这样由于第三轨道340有三个部位与镀膜用球700的表面相接触，因此镀膜用球700在滚动过程中的滚动轴(M轴)与Z轴呈一定的角度，如θ角。这样镀膜用球700在第三轨道340上所露出的表面区域与在第一轨道320和第二轨道330上的均不相同。而沉积粒子是平行于轨道壁面(图中半箭头表示沉积粒子方向)，这样使镀膜用球700的表面能充分沉积。

轨道形夹具300沿顺时针旋转到图6中e、f所示的状态，镀膜用球700从第三轨道340滚动至第一轨道320处，并停留在第一轨道320上，此处第一轨道320从竖直状态转动成水平状态，镀膜用球700抵靠在第一轨道320的上凸台322进行滚动。之后当轨道形夹具300继续旋转时，到达如图7所示状态。

继续旋转后又会到达如图4所述的初始状态，该过程中第一轨道320从竖直状态回到水平状体的过程中，由于镀膜用球700在第一轨道320停留时并未发生滚动，故该过程中镀膜用球700接触到第一轨道320的下凸台323进行滚动，这样与前一圈时的接触位置相对，故此时镀膜用球700所露出的表面区域与前一圈所露出的表面区域有所变化。

通过上述多次转换，使镀膜用球700所露出的表面区域不断变化，从而使镀膜用球700的全部表面区域均能外露，进行清洁。

步骤S600,停止施加第一预设偏压。

如图1所示，具体为，停止在可旋转基架200上设置偏压，这样停止氩离子轰击镀膜用球的表面。

步骤S700、向沉积腔内提供镀膜粒子。

本实施例中的镀膜靶材500为碳靶材，生产的镀膜粒子为碳原子510。再给碳靶材施加第二预设偏压，吸引等离子中的氩离子轰击碳靶，此时碳原子510将从靶材上被轰击出来。碳原子510将随机的沉积在整个沉积腔100体内，其中一部分会沉积到镀膜用球700的外露表面，实现碳膜在镀膜用球700上的沉积制备。

所述第二预设偏压施加于所述镀膜靶材上，所述第二预设偏压为：-500V～-300V。本实施例中的第二预设偏压值为-500V。

步骤S800、镀膜粒子沉积在镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域。

具体过程中，轨道形夹具不停旋转，通过上述多次转换，使镀膜用球所露出的表面区域不断变化，从而使镀膜用球的全部表面区域均能外露，直至整个镀膜用球的表面沉积上碳，沉积结束后取出球即可。

上述方法，通过在轨道形夹具中，让镀膜用球在轨道中借助重力进行滚动，轨道形夹具上设计有上凸台和下凸台可保证球在镀膜过程中始终有一部分面积处于沉积氛围内，同时镀膜用球始终被限制于运动轨道内，而且通过轨道形夹具的结构，使镀膜用球不停改变处于沉积氛围内的表面区域。本方案不限于碳膜的镀膜，还可实现各类元素在球表面的沉积制备。

本方法实现球全表面的材料沉积，将可以显著地拓展可选择的沉积镀膜材料的种类，在各类沉积镀膜装备中，通过可旋转基片架带动轨道形夹具旋转，从而使球在轨道形夹具的轨道中滚动，并通过斜台实现不同旋转轴方向的滚动，最终实现各类元素在球表面的沉积制备。

实施例二

本实施例提出一种在球全表面沉积薄膜的方法，通过所有的溅射类或者蒸镀类的镀膜方式在镀膜用球的表面进行覆膜。具体步骤包括：

步骤10、提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中，其中镀膜用球位于所述轨道形夹具的轨道中，且所述镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外。

具体方式中，采用如上所述实施例一的轨道形夹具300和可旋转基架200，轨道形夹具300通过可旋转基架200在沉积腔100内转动。

步骤20、转动所述轨道形夹具，其中所述镀膜用球通过旋转而在所述轨道上移动，并改变暴露于所述轨道外的表面区域。

具体方式中，采用如上所述实施例一的轨道形夹具300和可旋转基架200，通过不同的镀膜用球的表面区域露出于轨道而使整个镀膜用球的表面区域均可露出于轨道。

步骤30、向沉积腔内提供镀膜粒子。

具体方式中，除了上述实施例一中通过ECR镀膜的方式提供镀膜粒子(碳原子)外，还可以直接采用溅射或者蒸镀的方式提供镀膜粒子。

如蒸镀方式通过加热蒸发方式蒸发镀膜材料并使之气化形成镀膜粒子,气化的镀膜粒子飞至旋转的镀膜用球表面凝聚成膜。

溅射方式利用荷能粒子(如正离子)轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出,逸出的原子在工件的表面形成与靶材成分相同的薄膜。实施例一为溅射方式的一种具体形式。

步骤40、镀膜粒子沉积在镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域。

采用上述方式，所有的溅射类或者蒸镀类的镀膜方式均可以通过上述方法实现，只要能够实现轨道形夹具300通过可旋转基架200在沉积腔100内转动，镀膜用球在转动过程中，不断改变暴露的表面区域，从而通过不断的转动而实现所有表面均能被覆膜。这一过程均是本方案的保护范围。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种在球全表面沉积薄膜的装置，如图1所示，其中包括：沉积腔100；可旋转基架200，如上所述的轨道形夹具300。所述可旋转基架200转动设置在所述沉积腔100内。所述轨道形夹具300设置在所述可旋转基架200上并位于所述沉积腔100内，所述镀膜用球700位于所述轨道形夹具300内。所述球全表面沉积薄膜的装置用于实现如上所述的在球全表面沉积薄膜的方法。

当轨道形夹具300通过可旋转基架200在沉积腔100内转动，镀膜用球700在转动过程中，不断改变暴露的表面区域，从而通过不断的转动而实现镀膜用球的全表面均能暴露于通过蒸镀或溅射所产生的镀膜粒子中。从而实现在球全表面沉积薄膜。

另外，为实现溅射类的镀膜方法，本装置还包括：微波源400，镀膜靶材500，磁线圈600。所述微波源400位于所述沉积腔100背离所述轨道形夹具300的一侧。所述镀膜靶材500设置在所述沉积腔100内，并位于所述微波源400与所述轨道形夹具300之间。所述磁线圈600套设在所述沉积腔100外。

综上所述，本发明提出的一种在球全表面沉积薄膜的方法及装置，通过将镀膜用球安装在轨道形夹具中，镀膜用球在轨道夹具内可以让镀膜用球借助重力在轨道内进行滚动，轨道形夹具卡嵌镀膜用球使镀膜用球不易脱出轨道，且使镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外，同时所述镀膜用球通过轨道形夹具的旋转而在所述轨道上移动，这样旋转的轨道形夹具提供给镀膜用球另外不同的滚动旋转轴，并改变暴露于所述轨道外的表面区域，通过不断改变轨道外的表面区域而使镀膜用球的整个表面都能进行外露，再通过在沉积腔内形成等离子体，对镀膜用球的外露表面进行清洁，再通过镀膜靶材施加偏压，使等离子体轰击镀膜靶材，从而产生镀膜粒子，使镀膜粒子沉积到镀膜靶材暴露于所述轨道外的表面区域，这样通过轨道形夹具的不停旋转，使镀膜粒子不停沉积，直至镀膜用球的整个表面沉积上镀膜粒子，形成薄膜，沉积结束后取出镀膜用球即可。这样使镀膜用球的整个外表面都能沉积薄膜，解决了现有技术中的由于对球进行固定而导致球面局部被覆盖而无法使整个球全表面完整沉积薄膜材料的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种在球全表面沉积薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：

提供一轨道形夹具并将夹具置于沉积腔中，其中镀膜用球位于所述轨道形夹具的轨道中，且所述镀膜用球的表面区域暴露于所述轨道外；

所述提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中的步骤中：

所述轨道形夹具的结构包括：夹具本体；

第一轨道，所述第一轨道开设在所述夹具本体上，并偏离于所述夹具本体的旋转中心；

所述第一轨道包括轨道槽，所述轨道槽开设在所述夹具本体的轴向表面上，所述轨道槽的宽度大于所述镀膜用球直径，使所述镀膜用球位于所述轨道槽内滚动，所述轨道槽的开口的上边沿和下边沿处开设有上凸台和下凸台，所述上凸台和所述下凸台朝向相互靠近的方向延伸设置，从而对所述镀膜用球进行限位，使所述镀膜用球不会脱出所述第一轨道的所述轨道槽；

第二轨道，所述第二轨道连通所述第一轨道，所述第二轨道与所述第一轨道呈一角度设置；

所述第二轨道内设置有斜台，所述斜台的倾斜面远离所述第一轨道的一端凸出于靠近所述第一轨道的一端；

其中，所述夹具本体旋转过程中，所述镀膜用球通过自身重力从所述第一轨道内滑移到所述第二轨道内，此时所述镀膜用球在所述第二轨道内沿垂直于所述第一轨道滚动方向的方向上滚动；

转动所述轨道形夹具，其中所述镀膜用球通过旋转而在所述轨道上移动，并改变暴露于所述轨道外的表面区域；

向沉积腔内提供镀膜粒子；

镀膜粒子沉积在镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域；

第三轨道，所述第三轨道连通所述第二轨道和所述第一轨道；

所述夹具本体旋转过程中，所述镀膜用球通过自身重力从第二轨道内滑移到第三轨道内，并通过所述第三轨道滑移到第一轨道；

所述第一轨道与所述第二轨道相垂直，且所述第二轨道位于所述第一轨道的一端；

所述第三轨道的外形轮廓为圆弧形，所述第三轨道的一端连接所述第二轨道远离所述第一轨道的一端，所述第三轨道的另一端连接所述第一轨道与第二轨道的相接处；

所述轨道形夹具的旋转中心轴与竖直方向垂直，所述夹具本体的轴向为所述轨道形夹具的旋转中心，设置旋转中心的方向为Z向，在圆盘径向的平面上设置坐标轴，以上下方向为Y向，以垂直于Y向的方向为X向，所述第一轨道沿X方向设置，所述斜台靠近旋转中心轴的一端要凸出与所述斜台远离旋转中心的一端，所述第三轨道与第一轨道和第二轨道形成P形。

2.根据权利要求1所述的在球全表面沉积薄膜的方法，其特征在于，

在所述提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中的步骤之后，还包括步骤：

在沉积腔内生成等离子体；

施加第一预设偏压吸引等离子体轰击镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域；

所述向沉积腔内提供镀膜粒子的步骤为：

施加第二预设偏压吸引等离子体轰击镀膜靶材，在沉积腔内生成镀膜粒子。

3.根据权利要求2所述的在球全表面沉积薄膜的方法，其特征在于，所述在沉积腔内生成等离子体的具体步骤包括：

对沉积腔进行抽真空，使沉积腔内压强到第一预设压强；

在沉积腔内充入氩气，使沉积腔内压强到第二预设压强；

通过微波源对沉积腔施加微波；

通过磁线圈通入电流使沉积腔内产生磁场，使沉积腔内的氩气生成氩等离子体。

4.根据权利要求3所述的在球全表面沉积薄膜的方法，其特征在于，所述对沉积腔进行抽真空，使沉积腔内压强到第一预设压强的步骤中，第一预设压强5×10^-5 Pa ~ 9×10^-5Pa；

所述在沉积腔内充入氩气，使沉积腔内压强到第二预设压强的步骤中，所述第二预设压强为：2×10^-2 Pa ~ 8×10^-2 Pa；

所述通过微波源对沉积腔施加微波的步骤中,所述微波频率为3.45GHz；

所述施加第一预设偏压吸引等离子体轰击镀膜用球暴露于所述轨道外的表面区域的步骤中：

所述第一预设偏压施加于所述轨道形夹具背离所述镀膜用球的一侧，所述第一预设偏压为：-50 V ~ +100 V；

所述施加第二预设偏压吸引等离子体轰击镀膜靶材的步骤中：

所述第二预设偏压施加于所述镀膜靶材上，所述第二预设偏压为：-500 V ~ -300 V。

5.根据权利要求1所述的在球全表面沉积薄膜的方法，其特征在于，所述提供一轨道形夹具并将夹具置于所述沉积腔中的步骤之前还包括步骤：

用丙酮、酒精和去离子水分别对镀膜用球进行超声波水浴清洗；

干燥所述镀膜用球。

6.一种在球全表面沉积薄膜的装置，其特征在于，包括：

沉积腔；

可旋转基架，所述可旋转基架转动设置在所述沉积腔内；

轨道形夹具，所述轨道形夹具设置在所述可旋转基架上并位于所述沉积腔内，所述镀膜用球位于所述轨道形夹具内；

所述球全表面沉积薄膜的装置用于实现如权利要求1-5任一所述的在球全表面沉积薄膜的方法。

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