CN114351099B - 一种真空磁控溅射镀膜机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空磁控溅射镀膜机，包括镀膜室、圆柱磁控靶、靶管自动更换装置、控制系统和真空系统；圆柱磁控靶设置在镀膜室内，包括靶管、靶芯部和靶控制器；靶管自动更换装置包括储存室、更换室、回收室和更换组件；更换室设置在真空磁控溅射镀膜机的镀膜室的侧部，且与镀膜室之间通过主真空阀连接；储存室和回收室分别布置在更换室的两侧，储存室与更换室之间设置有上位真空阀，回收室与更换室之间设置有下位真空阀；更换室设置有换靶真空系统和放气阀。更换组件包括推拉杆和推拉杆驱动器；当主真空阀打开时，推拉杆与靶管进行对接后可在推拉杆驱动器的控制下对靶管进行推拉，完成对靶管的更换动作。
Description
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域，特别涉及一种真空磁控溅射镀膜机。
背景技术
在目前的真空镀膜工业化生产中，为适应大批量、稳定高效的生产要求，一般采用多室连续式磁控溅射镀膜设备，其中，旋转式圆柱磁控靶由于具有靶材利用率高、工作稳定等特点，获得了广泛的应用。
在连续生产的使用条件下，磁控靶的靶材消耗较大，靶材更换周期较短。在现有设备技术水平条件下，更换磁控靶靶材需要将设备关停，打开镀膜室门，使磁控靶等镀膜核心部件暴露于大气环境中进行更换。这种常规的设备关停式的更换靶材模式会影响连续式镀膜设备的生产效率，而且，磁控靶等镀膜核心部件时常暴露大气也不利于保持镀膜产品品质的稳定。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种真空磁控溅射镀膜机，本发明可实现在连续式真空镀膜生产线上实现不停机式地在线自动更换靶管，即在不影响真空镀膜生产的情况下对靶管进行更换。
该磁控溅射镀膜机包括镀膜室、圆柱磁控靶、靶管自动更换装置、控制系统和真空系统；圆柱磁控靶设置在镀膜室内，包括靶管、靶芯部和靶控制器；靶管自动更换装置包括储存室、更换室、回收室和更换组件；更换室设置在真空磁控溅射镀膜机的镀膜室的侧部，且与镀膜室之间通过主真空阀连接；储存室和回收室分别布置在更换室的两侧，储存室与更换室之间设置有上位真空阀，回收室与更换室之间设置有下位真空阀；更换室设置有换靶真空系统和放气阀；靶管自动更换装置可在镀膜室保持真空环境的条件下自动更换圆柱磁控靶的靶管。靶芯部内还包括水冷部件和磁路部件。
更换组件设置在更换室，包括推拉杆和推拉杆驱动器；推拉杆的轴线与圆柱磁控靶的轴线一致；当主真空阀打开时，推拉杆与靶管进行对接后可在推拉杆驱动器的控制下对靶管进行推拉，完成对靶管的更换动作；在主真空阀打开之前，需要由换靶真空系统对更换室进行抽真空；在换靶真空系统抽真空时，上位真空阀和下位真空阀处于关闭状态。
靶管自动更换装置还包括传动机构，传动机构为辊式传动，可将靶管在存储室、更换室和回收室之间进行传送；存储室内存储有2个以上的新靶管；当上位真空阀打开时，传动机构将1个新靶管传送至更换室内，然后上位真空阀关闭；当下位真空阀打开时，传送机构将更换下来的旧靶管从更换室内传送至回收室，然后下位真空阀关闭。
在上位真空阀和下位真空阀打开之前，需要通过放气阀对更换室进行放气，且此时主真空阀处于关闭状态。
真空磁控溅射镀膜机为连续式的，包括多个镀膜室。在一种实施方式中，所述的真空磁控溅射镀膜机为卷对卷式镀膜设备，带有真空穿膜机构。
圆柱磁控靶设置在镀膜室的靶座上；在靶芯部表面设置有可伸缩的固定卡扣；固定卡扣为斜块形状，数量为3-8个；靶管内表面上与固定卡扣对应的位置上设置有方槽；当新靶管在推拉杆的推动下套在靶芯部上时，固定卡扣弹出嵌入到新靶管内表面的方槽内，使新靶管固定在靶芯部上；当旧靶管在推拉杆的拉动下从靶芯部上卸下前，靶控制器控制固定卡扣从旧靶管内表面的方槽内脱出，使旧靶管与靶芯部脱离连接。
在靶管与推拉杆对接的一端设置有连接盘；推拉杆的端部设置有卡紧销和伸缩机构；卡紧销有3-8个，可在伸缩机构的控制下在推拉杆端部的径向上进行伸缩；连接盘上在与卡紧销对应的位置设置有销孔；当卡紧销在推拉杆端部的径向上伸出时，卡紧销插入连接盘的销孔内，推拉杆的端部与靶管之间实现对接固定，则推拉杆可拉动靶管从圆柱磁控靶上卸下或安装在圆柱磁控靶上；当卡紧销在推拉杆端部的径向上缩回时，推拉杆的端部脱离靶管。所述的伸缩机构包括弹簧和电磁铁。
当需要更换靶管时，靶控制器调整靶管的相位，使连接盘上的销孔与推拉杆端部的卡紧销的位置一致。
靶管上设置有镀膜靶材；镀膜室内设置有靶材厚度监测装置，可实时监测处于使用中的圆柱磁控靶靶管上的靶材厚度，当靶材厚度低于设定值时，靶材厚度监测装置向控制系统发出临界信号，再由控制系统向靶管自动更换装置发出换靶指令，启动靶管的自动更换。
真空磁控溅射镀膜机还包括备用圆柱磁控靶；控制系统收到临界信号后同时分别向备用圆柱磁控靶的靶控制器发出启动指令，向镀膜室内的圆柱磁控靶的靶控制器发出关闭指令；由备用圆柱磁控靶的靶控制器控制备用圆柱磁控靶启动进行真空镀膜工作，同时，由圆柱磁控靶的靶控制器控制关闭圆柱磁控靶关闭。
靶管自动更换装置的更换室设置有新靶管暂存区、旧靶管暂存区和靶管更换区，更换组件位于靶管更换区。当上位真空阀打开时，传动机构将1个新靶管传送至更换室内的新靶管暂存区，然后上位真空阀关闭。当下位真空阀打开时，传送机构将更换下来的旧靶管从旧靶管暂存区传送至回收室，然后下位真空阀关闭。
推拉杆和推拉杆驱动器安装在更换室壁上，推拉杆与更换室壁间装有真空密封圈。
储存室还设置有升降机构，可将新靶管从位于储存室下方的靶管储存箱里传送至传动机构的辊式传动路径上来。
本发明的真空磁控溅射镀膜机可实现在线自动更换圆柱磁控靶靶管，主要包括以下步骤：
（1）通过设置在镀膜室内的靶材厚度监控装置实时监测工作中的圆柱磁控靶靶管上的靶材厚度；当靶材厚度低于厚度设定值时，靶材厚度监测装置向真空磁控溅射镀膜机的控制系统发出临界信号；控制系统收到临界信号后启动相邻镀膜室内的备用圆柱磁控靶进行真空镀膜工作，同时，关闭镀膜室内的圆柱磁控靶；相邻镀膜室中的备用圆柱磁控靶靶管上的靶材与镀膜室中的圆柱磁控靶靶管上的靶材相同；
（2）在控制系统关闭镀膜室内的圆柱磁控靶后，向位于镀膜室侧部的靶管自动更换装置发出换靶指令；靶管自动更换装置的更换室与镀膜室之间的主真空阀打开；由推拉杆驱动器驱动推拉杆伸入镀膜室，通过卡紧销与旧靶管端部的连接盘对接；推拉杆拉动旧靶管从圆柱磁控靶的靶芯部上卸下，并将卸下的旧靶管拉入更换室置于靶管更换区内；推拉杆脱离与旧靶管端部的连接盘之间的对接；
（3）由传动机构将卸下的旧靶管传送至更换室的旧靶管暂存区，同时将位于更换室的新靶管暂存区的新靶管传送至靶管更换区；
（4）推拉杆与新靶管端部的连接盘对接，再由推拉杆驱动器驱动推拉杆推出；推拉杆推动新靶管进入镀膜室，并将新靶管套在圆柱磁控靶的靶芯部安装好；在推拉杆脱离与新靶管端部的连接盘之间的对接后收回更换室；关闭主真空阀，完成靶管的在线自动更换。
在步骤（4）之后，还包括打开更换室与储存室之间的上位真空阀，同时打开更换室与回收室之间的下位真空阀，然后通过传送机构将储存室内储存的新靶管传送至新靶管暂存区，将旧靶管暂存区的旧靶管传送至回收室；然后关闭上位真空阀和下位真空阀，启动更换室的换靶真空系统对更换室进行抽真空，为下一次靶管的在线自动更换做初始化准备。
在打开上位真空阀和下位真空阀之前，需要通过放气阀对更换室进行放气。
步骤（2）中，在更换室与镀膜室之间的主真空阀打开之前，需要启动更换室的换靶真空系统，使更换室内的真空度达到真空度设定值；在换靶真空系统启动时，上位真空阀和下位真空阀处于关闭状态。
在步骤（1）中，控制系统收到临界信号后同时分别向备用圆柱磁控靶的靶控制器发出启动指令，向镀膜室内的圆柱磁控靶的靶控制器发出关闭指令；由备用圆柱磁控靶的靶控制器控制备用圆柱磁控靶启动进行真空镀膜工作，同时，由圆柱磁控靶的靶控制器控制关闭圆柱磁控靶关闭。
本发明的有益效果：
本发明的真空磁控溅射镀膜机可在镀膜室保持真空环境的条件下对圆柱磁控靶的靶管进行自动更换，避免磁控靶等镀膜核心部件经常长时间地暴露在大气环境中带来的缓慢氧化问题，减少大气的水氧氛围对真空镀膜环境的侵入，提高真空镀膜质量，使镀膜产品的品质稳定得到保证，另外还可以避免对镀膜室重复抽真空，大大缩减了设备的非镀膜工作时间，使设备生产效率提高了近30-50%。
本发明可实现在连续式真空镀膜生产线上实现不停机式地在线自动更换靶管，即在不影响真空镀膜生产的情况下对靶管进行更换，不仅保证了连续式镀膜生产的持续进行，极大地提高了连续式真空镀膜生产线的生产效率和镀膜过程的稳定性。更重要的是，本发明的真空磁控溅射镀膜机可实现高度自动化的智能真空在线自动更换靶管，为实现高度自动化的智能真空镀膜工厂奠定了基础。
附图说明
图1为本发明的真空磁控溅射镀膜机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施方式。应当理解的是，此处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。
图1为本发明的真空磁控溅射镀膜机的结构示意图。如图1所示，真空磁控溅射镀膜机包括镀膜室4、圆柱磁控靶20、靶管自动更换装置22、控制系统23和真空系统24；圆柱磁控靶20设置在镀膜室4内，包括靶管10、靶芯部25和靶控制器；靶管自动更换装置22包括储存室1、更换室2、回收室3和更换组件；更换室2设置在真空磁控溅射镀膜机的镀膜室4的侧部，且与镀膜室4之间通过主真空阀5连接；储存室1和回收室3分别布置在更换室2的两侧，储存室1与更换室2之间设置有上位真空阀6，回收室3与更换室2之间设置有下位真空阀7；更换室2设置有换靶真空系统11和放气阀12；靶管自动更换装置22可在镀膜室保持真空环境的条件下自动更换圆柱磁控靶的靶管。靶芯部25内还包括水冷部件和磁路部件。
更换组件设置在更换室2，包括推拉杆8和推拉杆驱动器9；当主真空阀5打开时，推拉杆8与靶管进行对接后可在推拉杆驱动器9的控制下对靶管进行推拉，完成对靶管的更换动作；在主真空阀5打开之前，需要由换靶真空系统11对更换室2进行抽真空；在换靶真空系统11抽真空时，上位真空阀6和下位真空阀7处于关闭状态。
靶管自动更换装置22还包括传动机构16，传动机构16为辊式传动，可将靶管在存储室1、更换室2和回收室3之间进行传送；存储室1内存储有2个以上的新靶管；当上位真空阀6打开时，传动机构16将1个新靶管传送至更换室内，然后上位真空阀6关闭；当下位真空阀7打开时，传送机构16将更换下来的旧靶管从更换室2内传送至回收室3，然后下位真空阀7关闭。
在上位真空阀6和下位真空阀7打开之前，需要通过放气阀12对更换室2进行放气，且此时主真空阀5处于关闭状态。
真空磁控溅射镀膜机为连续式的，包括多个镀膜室。
在一种实施方式中，所述的真空磁控溅射镀膜机为卷对卷式镀膜设备，带有真空穿膜机构。
圆柱磁控靶20设置在镀膜室的靶座26上；在靶芯部25表面设置有可伸缩的固定卡扣21；固定卡扣21为斜块形状，数量为3-8个；靶管内表面上与固定卡扣21对应的位置上设置有方槽；当新靶管在推拉杆的推动下套在靶芯部上时，固定卡扣弹出嵌入到新靶管内表面的方槽内，使新靶管固定在靶芯部上；当旧靶管在推拉杆的拉动下从靶芯部上卸下前，靶控制器控制固定卡扣从旧靶管内表面的方槽内脱出，使旧靶管与靶芯部脱离连接。
在靶管10与推拉杆8对接的一端设置有连接盘19；推拉杆8的端部设置有卡紧销17和伸缩机构；卡紧销有3-8个，可在伸缩机构的控制下在推拉杆端部的径向上进行伸缩；连接盘19上在与卡紧销17对应的位置设置有销孔18；当卡紧销在推拉杆端部的径向上伸出时，卡紧销插入连接盘的销孔内，推拉杆的端部与靶管之间实现对接固定，则推拉杆可拉动靶管从圆柱磁控靶上卸下或安装在圆柱磁控靶上；当卡紧销在推拉杆端部的径向上缩回时，推拉杆的端部脱离靶管。所述的伸缩机构包括弹簧和电磁铁。
当需要更换靶管时，靶控制器调整靶管的相位，使连接盘上的销孔与推拉杆端部的卡紧销的位置一致。
靶管上设置有镀膜靶材；镀膜室内设置有靶材厚度监测装置，可实时监测处于使用中的圆柱磁控靶靶管上的靶材厚度，当靶材厚度低于设定值时，靶材厚度监测装置向控制系统23发出临界信号，再由控制系统23向靶管自动更换装置22发出换靶指令，启动靶管的自动更换。
靶管自动更换装置22的更换室2设置有新靶管暂存区13、旧靶管暂存区14和靶管更换区15。当上位真空阀6打开时，传动机构16将1个新靶管传送至更换室内的新靶管暂存区13，然后上位真空阀6关闭。当下位真空阀7打开时，传送机构16将更换下来的旧靶管从旧靶管暂存区14传送至回收室3，然后下位真空阀7关闭。
推拉杆8和推拉杆驱动器9安装在更换室壁上，推拉杆与更换室壁间装有真空密封圈。
储存室1还设置有升降机构，可将新靶管从位于储存室下方的靶管储存箱里传送至传动机构的辊式传动路径上来。
本发明的真空磁控溅射镀膜机的在线自动更换圆柱磁控靶靶管的实施方式主要包括以下步骤：
（1）通过设置在镀膜室内的靶材厚度监控装置实时监测工作中的圆柱磁控靶靶管上的靶材厚度；当靶材厚度低于厚度设定值时，靶材厚度监测装置向真空磁控溅射镀膜机的控制系统发出临界信号；控制系统收到临界信号后启动相邻镀膜室内的备用圆柱磁控靶进行真空镀膜工作，同时，关闭镀膜室内的圆柱磁控靶；
（2）在控制系统关闭镀膜室内的圆柱磁控靶后，向位于镀膜室侧部的靶管自动更换装置发出换靶指令；靶管自动更换装置的更换室与镀膜室之间的主真空阀打开；由推拉杆驱动器驱动推拉杆伸入镀膜室，通过卡紧销与旧靶管端部的连接盘对接；推拉杆拉动旧靶管从圆柱磁控靶的靶芯部上卸下，并将卸下的旧靶管拉入更换室置于靶管更换区内；推拉杆脱离与旧靶管端部的连接盘之间的对接；
（3）由传动机构将卸下的旧靶管传送至更换室的旧靶管暂存区，同时将位于更换室的新靶管暂存区的新靶管传送至靶管更换区；
（4）推拉杆与新靶管端部的连接盘对接，再由推拉杆驱动器驱动推拉杆推出；推拉杆推动新靶管进入镀膜室，并将新靶管套在圆柱磁控靶的靶芯部安装好；在推拉杆脱离与新靶管端部的连接盘之间的对接后收回更换室；关闭主真空阀，完成靶管的在线自动更换。
在步骤（4）之后，还包括打开更换室与储存室之间的上位真空阀，同时打开更换室与回收室之间的下位真空阀，然后通过传送机构将储存室内储存的新靶管传送至新靶管暂存区，将旧靶管暂存区的旧靶管传送至回收室；然后关闭上位真空阀和下位真空阀，启动更换室的换靶真空系统对更换室进行抽真空，为下一次靶管的在线自动更换做初始化准备。
在打开上位真空阀和下位真空阀之前，需要通过放气阀对更换室进行放气。
步骤（2）中，在更换室与镀膜室之间的主真空阀打开之前，需要启动更换室的换靶真空系统，使更换室内的真空度达到真空度设定值；在换靶真空系统启动时，上位真空阀和下位真空阀处于关闭状态。
在步骤（1）中，控制系统收到临界信号后同时分别向备用圆柱磁控靶的靶控制器发出启动指令，向镀膜室内的圆柱磁控靶的靶控制器发出关闭指令；由备用圆柱磁控靶的靶控制器控制备用圆柱磁控靶启动进行真空镀膜工作，同时，由圆柱磁控靶的靶控制器控制关闭圆柱磁控靶关闭。
Claims (5)
1.一种真空磁控溅射镀膜机，其特征在于，包括镀膜室、圆柱磁控靶、靶管自动更换装置、控制系统和真空系统；圆柱磁控靶设置在镀膜室内，包括靶管、靶芯部和靶控制器；靶管自动更换装置包括储存室、更换室、回收室和更换组件；更换室设置在真空磁控溅射镀膜机的镀膜室的侧部，且与镀膜室之间通过主真空阀连接；储存室和回收室分别布置在更换室的两侧，储存室与更换室之间设置有上位真空阀，回收室与更换室之间设置有下位真空阀；更换室设置有换靶真空系统和放气阀；靶管自动更换装置可在镀膜室保持真空环境的条件下自动更换圆柱磁控靶的靶管；靶芯部内包括水冷部件和磁路部件；真空磁控溅射镀膜机为连续式的，包括多个镀膜室；
更换组件设置在更换室，包括推拉杆和推拉杆驱动器；推拉杆的轴线与圆柱磁控靶的轴线一致；当主真空阀打开时，推拉杆与靶管进行对接后可在推拉杆驱动器的控制下对靶管进行推拉，完成对靶管的更换动作；
圆柱磁控靶设置在镀膜室的靶座上；在靶芯部表面设置有可伸缩的固定卡扣；固定卡扣为斜块形状，数量为3-8个；靶管内表面上与固定卡扣对应的位置上设置有方槽；当新靶管在推拉杆的推动下套在靶芯部上时，固定卡扣弹出嵌入到新靶管内表面的方槽内，使新靶管固定在靶芯部上；当旧靶管在推拉杆的拉动下从靶芯部上卸下前，靶控制器控制固定卡扣从旧靶管内表面的方槽内脱出，使旧靶管与靶芯部脱离连接；在靶管与推拉杆对接的一端设置有连接盘；推拉杆的端部设置有卡紧销和伸缩机构；卡紧销有3-8个，可在伸缩机构的控制下在推拉杆端部的径向上进行伸缩；连接盘上在与卡紧销对应的位置设置有销孔；当卡紧销在推拉杆端部的径向上伸出时，卡紧销插入连接盘的销孔内，推拉杆的端部与靶管之间实现对接固定，则推拉杆可拉动靶管从圆柱磁控靶上卸下或安装在圆柱磁控靶上；当卡紧销在推拉杆端部的径向上缩回时，推拉杆的端部脱离靶管；
靶管上设置有镀膜靶材；镀膜室内设置有靶材厚度监测装置，可实时监测处于使用中的圆柱磁控靶靶管上的靶材厚度，当靶材厚度低于设定值时，靶材厚度监测装置向控制系统发出临界信号，再由控制系统向靶管自动更换装置发出换靶指令，启动靶管的自动更换；真空磁控溅射镀膜机还包括备用圆柱磁控靶；控制系统收到临界信号后同时分别向备用圆柱磁控靶的靶控制器发出启动指令，向镀膜室内的圆柱磁控靶的靶控制器发出关闭指令；由备用圆柱磁控靶的靶控制器控制备用圆柱磁控靶启动进行真空镀膜工作，同时，由圆柱磁控靶的靶控制器控制关闭圆柱磁控靶关闭。
2.根据权利要求1所述的真空磁控溅射镀膜机，其特征在于：在主真空阀打开之前，需要由换靶真空系统对更换室进行抽真空；在换靶真空系统抽真空时，上位真空阀和下位真空阀处于关闭状态。
3.根据权利要求1所述的真空磁控溅射镀膜机，其特征在于：靶管自动更换装置还包括传动机构，传动机构为辊式传动，可将靶管在存储室、更换室和回收室之间进行传送；存储室内存储有2个以上的新靶管；当上位真空阀打开时，传动机构将1个新靶管传送至更换室内，然后上位真空阀关闭；当下位真空阀打开时，传送机构将更换下来的旧靶管从更换室内传送至回收室，然后下位真空阀关闭。
4.根据权利要求3所述的真空磁控溅射镀膜机，其特征在于：在上位真空阀和下位真空阀打开之前，需要通过放气阀对更换室进行放气，且此时主真空阀处于关闭状态。
5.根据权利要求1所述的真空磁控溅射镀膜机，其特征在于：当需要更换靶管时，靶控制器调整靶管的相位，使连接盘上的销孔与推拉杆端部的卡紧销的位置一致。
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