CN115662869B - 一种多栅极射频离子源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多栅极射频离子源，包括：定位架、横摆组件、轴摆组件和射频离子源，轴摆组件嵌入安装于定位架内壁的两侧，且轴摆组件的一侧与横摆组件的表面固定连接，横摆组件包括偏摆架、垂摆架、拼接块和抱接板，偏摆架和垂摆架的数量均匀两个且呈对称布置，两组偏摆架和垂摆架通过拼接块相互拼接组合成框型结构，垂摆架的内侧开设有偏摆槽。本发明中，通过设置新型安装摆架结构，在射频离子源工作过程中发生机械震颤，由垂摆架和轴摆组件将该机械震颤通过共振的行驶进行放大，使射频离子源在工作中可通过横摆组件的轴向摆动和横向摆动实现射频离子源的自由运动，提高射流工作范围，并均匀镀膜。

Description

一种多栅极射频离子源

技术领域

本发明涉及射频离子源技术领域，具体为一种多栅极射频离子源。

背景技术

射频离子源系统是一种使中性原子或分子电离并从中提取离子束的装置。随着离子源技术的不断发展，其在涂料中的应用越来越广泛，对离子源本身的要求也越来越高。离子源技术种类繁多，如何选择合适的离子源已成为涂料应用的重要环节，射频离子源通过射频电离产生等离子体，再通过栅网电场加速，使正离子加速产生离子束；射频离子源通过射频电离气体，一般连续工作时间可以到达1000小时以上，具有没有耗材、使用时间长以及发热量小的优点。

现有的多栅极射频离子源在喷涂镀膜过程中主要通过离子源的电场加速作用作为动能，实现离子源涂附着，其扩散角较小导致作用范围有限，为提高其作用区域常采用大直径多栅极射频离子源结构，或使用多组离子源进行共同作用，但在实际操作中，作用面积的增大即会同步造成作用面的不均匀分布，使成膜厚度不均，存在一定缺陷。有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种多栅极射频离子源，来解决目前存在的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种多栅极射频离子源，包括：定位架、横摆组件、轴摆组件和射频离子源，所述轴摆组件嵌入安装于定位架内壁的两侧，且轴摆组件的一侧与横摆组件的表面固定连接，所述横摆组件包括偏摆架、垂摆架、拼接块和抱接板，所述偏摆架和垂摆架的数量均匀两个且呈对称布置，两组所述偏摆架和垂摆架通过拼接块相互拼接组合成框型结构，所述垂摆架的内侧开设有偏摆槽，所述垂摆架的表面滑动套接有与抱接板端部固定连接的摆滑条，所述摆滑条的底面和垂摆架的内侧固定连接有第一连接条，所述第一连接条的底端固定连接有位于偏摆槽内侧的重垂块，所述射频离子源固定套接于抱接板的表面；

所述轴摆组件包括轴摆盘、轴摆件、第二连接条和联动座，所述轴摆盘、轴摆件、第二连接条的数量为三组并呈层叠状依次连接，所述轴摆件为三角状，所述第二连接条位于轴摆件的角平分线上且一端与轴摆件的内侧固定连接，三个所述联动座的表面设有依次贯穿三个轴摆件的连接销，所述轴摆件的表面固定安装有弹片；所述射频离子源包括防护壳体、石英杯、驱动电机和固定套接于驱动电机输出端的气导盘和分散导盘以及位于防护壳体内侧的电离组件，所述防护壳体的顶面固定安装有栅网，所述栅网的端部电连接有电场发生器，所述驱动电机固定安装于石英杯的内侧，所述气导盘固定套接于分散导盘的外周。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述定位架和横摆组件均呈框型结构，所述偏摆架呈等腰梯形结构，且偏摆架的一侧与联动座的表面固定连接。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一连接条和第二连接条为低碳钢片结构，所述第一连接条和第二连接条的共振频率相同。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述轴摆盘的内侧开设有轴摆槽，所述轴摆件和第二连接条位于轴摆槽的内侧，且第二连接条的一端与轴摆槽的内侧固定连接，所述轴摆件的表面设有位于轴摆件三角的离心垂块。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：三个所述轴摆件依次偏转60°后相互贴合连接，所述弹片对称分布于轴摆件的表面且与轴摆槽的内侧相对布置。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述栅网呈圆环状且表面呈锥面结构，所述栅网的底面固定连接有位于分散导盘正上方的导隔环。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述分散导盘的表面设有若干导流片，所述导流片呈三棱柱状，所述分散导盘的表面设有多干位于石英杯正上方的通孔。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电离组件固定于石英杯的底面，所述防护壳体的内侧和石英杯外侧之间设有通风间隙，所述防护壳体的底面设有进气导口，所述分散导盘的直径与石英杯的直径相同且分散导盘与石英杯的圆心位于同一竖直线上。

本发明所取得的有益效果为：

1.本发明中，通过设置新型安装摆架结构，在射频离子源工作过程中发生机械震颤，由垂摆架和轴摆组件将该机械震颤通过共振的行驶进行放大，使射频离子源在工作中可通过横摆组件的轴向摆动和横向摆动实现射频离子源的自由运动，提高射流工作范围，并均匀镀膜。

2.本发明中，通过在射频离子源内部加装驱动电机、气导盘和分散导盘结构，由驱动电机驱动气导盘和分散导盘高速旋转运动，分别通过气导盘加速气流通入石英杯上方带动离子束喷射，并由分散导盘旋转进行离子束的曝散，从而利用气流运动带动离子束进行均匀曝散镀膜，进一步调高镀膜成型效果。

3.本发明中，由驱动电机在防护壳体内部带动驱动电机和气导盘运动发生机械震颤，并通过与该机械震颤频率相同的第一连接条和第二连接条共振运动，提供射频离子源的轴向摆动和横向摆动动能，设计精巧结构简单。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的横摆组件结构示意图；

图3为本发明一个实施例的轴摆组件结构示意图；

图4为本发明一个实施例的射频离子源截面结构示意图；

图5为本发明一个实施例的垂摆架结构示意图；

图6为本发明一个实施例的偏摆组件分解结构示意图；

图7为本发明一个实施例的轴摆盘和轴摆件结构示意图。

附图标记：

100、定位架；

200、横摆组件；210、偏摆架；220、垂摆架；230、拼接块；240、抱接板；221、偏摆槽；222、摆滑条；223、重垂块；224、第一连接条；

300、轴摆组件；310、轴摆盘；320、轴摆件；330、第二连接条；340、联动座；311、轴摆槽；321、离心垂块；322、弹片；

400、射频离子源；410、防护壳体；420、石英杯；430、驱动电机；440、气导盘；450、分散导盘；411、栅网；412、导隔环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种多栅极射频离子源。

结合图1-7所示，本发明提供的一种多栅极射频离子源，包括：定位架100、横摆组件200、轴摆组件300和射频离子源400，轴摆组件300嵌入安装于定位架100内壁的两侧，且轴摆组件300的一侧与横摆组件200的表面固定连接，横摆组件200包括偏摆架210、垂摆架220、拼接块230和抱接板240，偏摆架210和垂摆架220的数量均匀两个且呈对称布置，两组偏摆架210和垂摆架220通过拼接块230相互拼接组合成框型结构，垂摆架220的内侧开设有偏摆槽221，垂摆架220的表面滑动套接有与抱接板240端部固定连接的摆滑条222，摆滑条222的底面和垂摆架220的内侧固定连接有第一连接条224，第一连接条224的底端固定连接有位于偏摆槽221内侧的重垂块223，射频离子源400固定套接于抱接板240的表面；

轴摆组件300包括轴摆盘310、轴摆件320、第二连接条330和联动座340，轴摆盘310、轴摆件320、第二连接条330的数量为三组并呈层叠状依次连接，轴摆件320为三角状，第二连接条330位于轴摆件320的角平分线上且一端与轴摆件320的内侧固定连接，三个联动座340的表面设有依次贯穿三个轴摆件320的连接销，轴摆件320的表面固定安装有弹片322；

射频离子源400包括防护壳体410、石英杯420、驱动电机430和固定套接于驱动电机430输出端的气导盘440和分散导盘450以及位于防护壳体410内侧的电离组件，防护壳体410的顶面固定安装有栅网411，栅网411的端部电连接有电场发生器，驱动电机430固定安装于石英杯420的内侧，气导盘440固定套接于分散导盘450的外周。

在该实施例中，定位架100和横摆组件200均呈框型结构，偏摆架210呈等腰梯形结构，且偏摆架210的一侧与联动座340的表面固定连接。

具体的，利用偏摆架210的等腰梯形结构使横摆组件200呈倒锥状，便于横摆组件200在定位架100内部进行轴向摆动。

在该实施例中，第一连接条224和第二连接条330为低碳钢片结构，第一连接条224和第二连接条330的共振频率相同。

具体的，利用共振效应，在射频离子源400工作中通过驱动电机430的正常机械旋转产生一定的机械震颤，该机械震颤的频率与第一连接条224和第二连接条330的共振频率相同时，即会导致第一连接条224和第二连接条330的震动，从而进行共振传导，无需外部驱动。

在该实施例中，轴摆盘310的内侧开设有轴摆槽311，轴摆件320和第二连接条330位于轴摆槽311的内侧，且第二连接条330的一端与轴摆槽311的内侧固定连接，轴摆件320的表面设有位于轴摆件320三角的离心垂块321。

进一步的，三个轴摆件320依次偏转60°后相互贴合连接，弹片322对称分布于轴摆件320的表面且与轴摆槽311的内侧相对布置。

具体的，在第二连接条330发生同频共振时带动轴摆件320在轴摆槽311内侧摆动，由三个轴摆盘310、轴摆件320和第二连接条330的不同方向布置，使的轴摆件320的摆动转换为沿轴摆盘310轴心线的轴向摆动，带动横摆组件200摆动，在轴摆件320摆动中通过离心垂块321的大质量作用放大轴摆件320的摆动扭矩，使轴摆件320的摆动幅度和摆动力增大，在轴摆件320摆动中弹片322与轴摆槽311内侧撞击，通过弹片322进行撞击回弹，从而往复行程稳定的摆动效果。

在该实施例中，栅网411呈圆环状且表面呈锥面结构，栅网411的底面固定连接有位于分散导盘450正上方的导隔环412。

具体的，部分石英杯420内部导出的离子束由于动能较大不受分散导盘450的离心影响可直接穿过导隔环412直线上升运动摄像成膜表面，该部分离子束无需加速处理。

在该实施例中，分散导盘450的表面设有若干导流片，导流片呈三棱柱状，分散导盘450的表面设有多干位于石英杯420正上方的通孔。

具体的，利用分散导盘450表面通孔在分散导盘450转动中使石英杯420内部离子束可通过分散导盘450表面上升运动，并在分散导盘450的转动中利用导流片对离子束进行离心扩散使其进入气导盘440的上方作用区域。

在该实施例中，电离组件固定于石英杯420的底面，防护壳体410的内侧和石英杯420外侧之间设有通风间隙，防护壳体410的底面设有进气导口，分散导盘450的直径与石英杯420的直径相同且分散导盘450与石英杯420的圆心位于同一竖直线上。

具体的，在离子束进入气导盘440作用区域时，通过气导盘440高速转动从防护壳体410底端引入外界气流通过防护壳体410和石英杯420之间间隙上升并提升至气导盘440上方与离子束混合导向栅网411表面，通过栅网411射出。

本发明的工作原理及使用流程：

在该多栅极射频离子源工作中，通过防护壳体410内部电离组件将石英杯420内部镀膜物质电离，由离子束的上升运动通过分散导盘450表面，在驱动电机430的驱动下，气导盘440和分散导盘450高速转动，离子束在分散导盘450的作用下离心分散，同时气导盘440转动沿石英杯420外侧向上输送气流运动，离心曝散的离子束与气导盘440作用的上升气流混合进行加速上升输送通过栅网411表面，在栅网411电场作用进一步对离子束进行加速，并通过特殊拱形面的栅网411进行离子束的电场作用转向，垂直栅网411表面射出，轰击成膜件表面，使离子束堆积成膜；在驱动电机430工作中发生机械震颤，调节驱动电机430的工作功率使其工作震颤频率达到设定值，该震颤作用与共频的第一连接条224和第二连接条330之间发生偕同共振效果，导致该震颤效应在第一连接条224和第二连接条330出逐渐放大，在第一连接条224的摆动震动下，重垂块223的重垂作用进一步增大第一连接条224震颤作用力矩，使整个抱接板240、垂摆架220在垂摆架220表面往复横向摆动，带动射频离子源400横向往复运动；同时第二连接条330的震动在离心垂块321的重力作用下力矩放大带动整个轴摆件320运动，从而通过轴摆件320带动横摆组件200、射频离子源400在轴摆盘310的轴心线上偏摆，使射频离子源400具有往复摆动运动效果，从而利用射频离子源400的横向往复运动以及轴向往复摆动提高离子束作用范围，并进行均匀镀膜。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多栅极射频离子源，其特征在于，包括：定位架（100）、横摆组件（200）、轴摆组件（300）和射频离子源（400），所述轴摆组件（300）嵌入安装于定位架（100）内壁的两侧，且轴摆组件（300）的一侧与横摆组件（200）的表面固定连接，所述横摆组件（200）包括偏摆架（210）、垂摆架（220）、拼接块（230）和抱接板（240），所述偏摆架（210）和垂摆架（220）的数量均匀两个且呈对称布置，两组所述偏摆架（210）和垂摆架（220）通过拼接块（230）相互拼接组合成框型结构，所述垂摆架（220）的内侧开设有偏摆槽（221），所述垂摆架（220）的表面滑动套接有与抱接板（240）端部固定连接的摆滑条（222），所述摆滑条（222）的底面和垂摆架（220）的内侧固定连接有第一连接条（224），所述第一连接条（224）的底端固定连接有位于偏摆槽（221）内侧的重垂块（223），所述射频离子源（400）固定套接于抱接板（240）的表面；

所述轴摆组件（300）包括轴摆盘（310）、轴摆件（320）、第二连接条（330）和联动座（340），所述轴摆盘（310）、轴摆件（320）、第二连接条（330）的数量为三组并呈层叠状依次连接，所述轴摆件（320）为三角状，所述第二连接条（330）位于轴摆件（320）的角平分线上且一端与轴摆件（320）的内侧固定连接，三个所述联动座（340）的表面设有依次贯穿三个轴摆件（320）的连接销，所述轴摆件（320）的表面固定安装有弹片（322）；

所述射频离子源（400）包括防护壳体（410）、石英杯（420）、驱动电机（430）和固定套接于驱动电机（430）输出端的气导盘（440）和分散导盘（450）以及位于防护壳体（410）内侧的电离组件，所述防护壳体（410）的顶面固定安装有栅网（411），所述栅网（411）的端部电连接有电场发生器，所述驱动电机（430）固定安装于石英杯（420）的内侧，所述气导盘（440）固定套接于分散导盘（450）的外周。

2.根据权利要求1所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，所述定位架（100）和横摆组件（200）均呈框型结构，所述偏摆架（210）呈等腰梯形结构，且偏摆架（210）的一侧与联动座（340）的表面固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，所述第一连接条（224）和第二连接条（330）为低碳钢片结构，所述第一连接条（224）和第二连接条（330）的共振频率相同。

4.根据权利要求1所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，所述轴摆盘（310）的内侧开设有轴摆槽（311），所述轴摆件（320）和第二连接条（330）位于轴摆槽（311）的内侧，且第二连接条（330）的一端与轴摆槽（311）的内侧固定连接，所述轴摆件（320）的表面设有位于轴摆件（320）三角的离心垂块（321）。

5.根据权利要求1所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，三个所述轴摆件（320）依次偏转60°后相互贴合连接，所述弹片（322）对称分布于轴摆件（320）的表面且与轴摆槽（311）的内侧相对布置。

6.根据权利要求1所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，所述栅网（411）呈圆环状且表面呈锥面结构，所述栅网（411）的底面固定连接有位于分散导盘（450）正上方的导隔环（412）。

7.根据权利要求1所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，所述分散导盘（450）的表面设有若干导流片，所述导流片呈三棱柱状，所述分散导盘（450）的表面设有多干位于石英杯（420）正上方的通孔。

8.根据权利要求7所述的一种多栅极射频离子源，其特征在于，所述电离组件固定于石英杯（420）的底面，所述防护壳体（410）的内侧和石英杯（420）外侧之间设有通风间隙，所述防护壳体（410）的底面设有进气导口，所述分散导盘（450）的直径与石英杯（420）的直径相同且分散导盘（450）与石英杯（420）的圆心位于同一竖直线上。

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