CN117568771A - 一种磁控溅射镀膜传动装置 - Google Patents

一种磁控溅射镀膜传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁控溅射镀膜传动装置，包括驱动架导轨座和直线运动导轨座，驱动架导轨座上滑动设有工件驱动架，工件驱动架配设有用于驱使其沿着驱动架导轨座滑动的直线运动驱动机构；直线运动导轨座上滑动设有工件托盘，工件托盘与工件驱动架之间连接有联结臂，工件托盘上转动设有工件旋转架，工件旋转架配设有用于驱使工件旋转架在工件托盘上转动的自转驱动机构。本发明具备直线运动和自转运动这两种独立运动模式，直线运动和自转运动可以独立控制，直线运动和自转运动也可以互补干扰，其能够使产品的中心溅射膜厚和边缘溅射膜厚一致，得到的膜层厚度更加均匀，有效了解决大口径大球面基片的镀膜厚度不均匀的问题。

Description

一种磁控溅射镀膜传动装置
技术领域
本发明属于磁控溅射技术领域，具体涉及一种磁控溅射镀膜传动装置。
背景技术
磁控溅射镀膜技术是利用磁场控制离子在靶材表面的运动轨迹，使离子以较高的能量撞击靶材表面，从而使靶材表面的原子和分子脱离，并沉积在基底表面形成薄膜。该技术的基本原理是利用磁场对离子进行限制和引导，使其在靶材和基底之间形成一条稳定的运动轨迹。通过调节磁场的强度和方向，可以控制离子的能量和入射角度，从而调控薄膜的成分和性能。
现有磁控溅射镀膜设备为了保证镀膜均匀性一般采用传统的公转、公自转、直线运动机构进行镀膜，保证中心及边缘均匀性。对应较小的产品常用公转、公自转结构保证中心及边缘的膜厚均匀性。对应较大口径的产品一般采用平面扫描方式溅射镀膜，但该种方法仅能镀制平面或接近平面的基片，针对大口径的球面产品存在镀膜厚度不均匀的问题（在已修正修正板的基础下），具体原因为：1、磁控溅射靶的溅射速率随基片到靶面距离变化成不规则线型变化，扫描过程为直线运动，相对于靶面基片高度在不对变化，导致膜厚变化，该变化在球面比较大的产品上速率变化比较严重。2、球面产品相对于靶面长度方向的高度变化也不规则，中心区域高度差比较大，边缘高度差比较小，表现为中心溅射膜厚均匀性很差，边缘溅射膜厚均匀性比较好，从中心向边缘呈现均匀性逐渐变好的现象。以上原因是导致大口径的球面产品镀膜厚度均匀性差的主要原因，因此有必要提供一种磁控溅射镀膜传动装置，以解决大口径大球面基片的镀膜厚度不均匀的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁控溅射镀膜传动装置，用于解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种磁控溅射镀膜传动装置，包括驱动架导轨座和直线运动导轨座，所述驱动架导轨座上滑动设有工件驱动架，工件驱动架配设有用于驱使其沿着驱动架导轨座滑动的直线运动驱动机构；所述直线运动导轨座上滑动设有工件托盘，所述工件托盘与工件驱动架之间连接有联结臂，工件托盘上转动设有工件旋转架，工件旋转架配设有用于驱使工件旋转架在工件托盘上转动的自转驱动机构。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述直线运动驱动机构包括直线运动驱动件、直线运动驱动轴、直线传动锥齿轮A、直线传动锥齿轮B、直线爬行齿轮和直线爬行齿条，所述直线运动驱动轴转动安装在驱动架导轨座上，直线运动驱动轴的一端与直线运动驱动件相连，所述直线传动锥齿轮A能够随着直线运动驱动轴转动和沿着直线运动驱动轴轴向滑动，所述直线传动锥齿轮B与直线传动锥齿轮A相互啮合，所述直线爬行齿轮与直线传动锥齿轮B同轴设置在工件驱动架上，直线爬行齿轮与直线爬行齿条相互啮合，直线运动驱动件可驱使工件驱动架沿着驱动架导轨座滑动，且直线传动锥齿轮B能够顶压直线传动锥齿轮A使直线传动锥齿轮A沿着直线运动驱动轴轴向滑动，从而使直线传动锥齿轮B和直线传动锥齿轮A保持啮合状态。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述直线运动驱动轴的横截面为多边形，所述直线传动锥齿轮A套设在直线运动驱动轴上并与直线运动驱动轴为多面滑动配合。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述直线运动驱动轴的横截面为矩形。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述自转驱动机构包括自转驱动件、自转驱动轴、自转传动锥齿轮A、自转传动锥齿轮B、自转过渡直齿轮A和自转过渡直齿轮B，所述自转驱动轴转动安装在驱动架导轨座上，自转驱动轴的一端与自转驱动件相连，所述自转传动锥齿轮A能够随着自转驱动轴转动和沿着自转驱动轴轴向滑动，所述自转传动锥齿轮B与自转传动锥齿轮A相互啮合，所述自转过渡直齿轮A与自转传动锥齿轮B同轴设置在工件驱动架上，自转过渡直齿轮A和自转过渡直齿轮B相互啮合，所述工件旋转架的周侧设有与自转过渡直齿轮B相互啮合的环状驱动齿，自转驱动件可驱使工件旋转架在工件托盘上转动，自转传动锥齿轮B能够顶压自转传动锥齿轮A使自转传动锥齿轮A沿着自转驱动轴轴向滑动，从而使自转传动锥齿轮B和自转传动锥齿轮A保持啮合状态。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述自转驱动轴的横截面为多边形，所述自转传动锥齿轮A套设在自转驱动轴上并与自转驱动轴为多面滑动配合。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述自转驱动轴的横截面为矩形。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述工件托盘上设有运动轴承，所述直线运动导轨座上设有与所述运动轴承适配的导轨槽。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述直线运动导轨座包括两条平行设置的直线导轨，所述直线导轨上设置导轨槽，两条直线导轨之间设有磁控溅射靶。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述工件旋转架与工件托盘之间设有自转轴承。
本发明的有益效果为：
本发明具备直线运动和自转运动这两种独立运动模式，直线运动和自转运动可以独立控制，直线运动和自转运动也可以互补干扰，其能够使产品的中心溅射膜厚和边缘溅射膜厚一致，得到的膜层厚度更加均匀，有效了解决大口径大球面基片的镀膜厚度不均匀的问题。
附图说明
图1是本发明一种实施方式中磁控溅射镀膜传动装置的立体结构示意图；
图2是本发明一种实施方式中磁控溅射镀膜传动装置的局部放大图；
图3是本发明一种实施方式中磁控溅射镀膜传动装置的侧面结构示意图；
图4是本发明一种实施方式中直线传动锥齿轮A和直线传动锥齿轮B的结构示意图。
图中：1-自转驱动电机；2-直线运动驱动电机；3-自转驱动轴；4-直线运动驱动轴；5-工件托盘；6-自转过渡直齿轮B；7-联结臂；8-直线运动导轨座；9-自转轴承；10-工件驱动架；11-驱动轴滑动轴承；12-驱动架导轨座；13-运动轴承；14-磁控溅射靶；15-工件旋转架；16-直线爬行齿轮；17-直线爬行齿条；18-直线传动锥齿轮A；19-直线传动锥齿轮B；20-自转传动锥齿轮A；21-自转传动锥齿轮B；22-自转过渡直齿轮A。
具体实施方式
如图1-图4所示，本实施例提供了一种磁控溅射镀膜传动装置，包括驱动架导轨座12和直线运动导轨座8，驱动架导轨座12设置在直线运动导轨座8的一侧，驱动架导轨座12上滑动设有工件驱动架10，工件驱动架10配设有用于驱使其沿着驱动架导轨座12滑动的直线运动驱动机构。直线运动驱动机构安装在驱动架导轨座12上，驱动架导轨座12可以驱使工件驱动架10沿着驱动架导轨座12的长度方向滑动。
直线运动导轨座8上滑动设有工件托盘5，具体地，工件托盘5上设有运动轴承13，直线运动导轨座8上设有与运动轴承13适配的导轨槽。直线运动导轨座8包括两条平行设置的直线导轨，直线导轨上设置导轨槽，两条直线导轨之间设有磁控溅射靶14。工件托盘5与工件驱动架10之间连接有联结臂7，联结臂7一端固定连接工件托盘5，联结臂7的另一端固定连接工件驱动架10，工件驱动架10沿着驱动架导轨座12滑动时，工件驱动架10通过联结臂7带着工件托盘5在直线运动导轨座8上滑动。
工件托盘5上转动设有工件旋转架15，工件旋转架15配设有用于驱使工件旋转架15在工件托盘5上转动的自转驱动机构。具体地，工件旋转架15与工件托盘5之间设有自转轴承9。工件旋转架15用于放置工件，直线运动驱动机构可以驱使工件托盘5和工件旋转架15直线运动，自转驱动机构可以驱使工件旋转架15转动，实现工件的直线运动和旋转运动功能。本发明具备直线运动和自转运动这两种独立运动模式，直线运动和自转运动可以独立控制，直线运动和自转运动也可以互补干扰，其能够使产品的中心溅射膜厚和边缘溅射膜厚一致，得到的膜层厚度更加均匀，有效了解决大口径大球面基片的镀膜厚度不均匀的问题。
在本实施例中，直线运动驱动机构包括直线运动驱动件、直线运动驱动轴4、直线传动锥齿轮A18、直线传动锥齿轮B19、直线爬行齿轮16和直线爬行齿条17，直线运动驱动轴4转动安装在驱动架导轨座12上，直线运动驱动轴4的一端与直线运动驱动件相连，直线传动锥齿轮A18能够随着直线运动驱动轴4转动和沿着直线运动驱动轴4轴向滑动，直线传动锥齿轮B19与直线传动锥齿轮A18相互啮合，直线爬行齿轮16与直线传动锥齿轮B19同轴设置在工件驱动架10上，直线爬行齿轮16与直线爬行齿条17相互啮合，直线运动驱动件可驱使工件驱动架10沿着驱动架导轨座12滑动，且直线传动锥齿轮B19能够顶压直线传动锥齿轮A18使直线传动锥齿轮A18沿着直线运动驱动轴4轴向滑动，从而使直线传动锥齿轮B19和直线传动锥齿轮A18保持啮合状态。其中，直线运动驱动轴4的横截面为多边形，直线传动锥齿轮A18套设在直线运动驱动轴4上并与直线运动驱动轴4为多面滑动配合。具体地，直线运动驱动轴4的横截面为矩形。直线运动驱动件包括直线运动驱动电机2，直线运动驱动电机2的输出轴与直线运动驱动轴4相连。直线运动驱动轴4上设置驱动轴滑动轴承11，驱动轴滑动轴承11的内圈与直线传动锥齿轮A18连接。
工件直线运动工作原理为：直线运动驱动电机2驱动直线运动驱动轴4旋转，旋转过程中，由于工件驱动架10挂在驱动架导轨座12上限制工件驱动架10的运动，直线运动驱动轴4带动直线传动锥齿轮A18旋转，直线传动锥齿轮A18驱动直线传动锥齿轮B19旋转，直线爬行齿轮16与直线传动锥齿轮B19同步转动，使得直线爬行齿轮16在直线爬行齿条17上旋转爬行，由于直线传动锥齿轮A18与直线运动驱动轴4为多面限位滑动接触，以此获得工件驱动架10的直线运动。工件驱动架10与工件托盘5由联结臂7连接在一起，工件驱动架10将直线运动传递给工件托盘5，工件托盘5在运动轴承13的滚动作用下沿直线导轨作直线运动。
在本实施例中，自转驱动机构包括自转驱动件、自转驱动轴3、自转传动锥齿轮A20、自转传动锥齿轮B21、自转过渡直齿轮A22和自转过渡直齿轮B6，自转驱动轴3转动安装在驱动架导轨座12上，自转驱动轴3的一端与自转驱动件相连，自转传动锥齿轮A20能够随着自转驱动轴3转动和沿着自转驱动轴3轴向滑动，自转传动锥齿轮B21与自转传动锥齿轮A20相互啮合，自转过渡直齿轮A22与自转传动锥齿轮B21同轴设置在工件驱动架10上，自转过渡直齿轮A22和自转过渡直齿轮B6相互啮合，工件旋转架15的周侧设有与自转过渡直齿轮B6相互啮合的环状驱动齿，自转驱动件可驱使工件旋转架15在工件托盘5上转动，自转传动锥齿轮B21能够顶压自转传动锥齿轮A20使自转传动锥齿轮A20沿着自转驱动轴3轴向滑动，从而使自转传动锥齿轮B21和自转传动锥齿轮A20保持啮合状态。其中，自转驱动轴3的横截面为多边形，自转传动锥齿轮A20套设在自转驱动轴3上并与自转驱动轴3为多面滑动接触。具体地，自转驱动轴3的横截面为矩形。自转驱动件包括自转驱动电机1，自转驱动电机1的输出轴与自转驱动轴3相连。自转驱动轴3上设置驱动轴滑动轴承11，驱动轴滑动轴承11的内圈与自转传动锥齿轮A20连接。
工件自转运动工作原理为：自转驱动电机1驱动自转驱动轴3旋转，自转驱动轴3带动自转传动锥齿轮A20旋转，自转传动锥齿轮A20再驱动自转传动锥齿轮B21旋转，自转传动锥齿轮B21带动自转过渡直齿轮A22同步转动，自转过渡直齿轮A22与环状驱动齿相互啮合，自转过渡直齿轮A22驱动自转过渡直齿轮B6转动，自转过渡直齿轮B6驱动工件旋转架15转动，实现工件的自转功能。自转驱动轴3与自转传动锥齿轮A20为多面限位滑动接触，故保证在旋转过程同时工件驱动架10可沿驱动架导轨座12滑动。
工件复合运动原理为：自转驱动轴3和直线运动驱动轴4均与驱动架导轨座12转动连接，由于直线传动锥齿轮A18与直线运动驱动轴4为多面滑动接触，此两处只有一个直线运动自由度，故工件的直线运动和自转运动在同时工作时均不受限，即可以如下理解：A、独立的自转运动（不直线运动），B、独立的直线运动（不自转运动），C、直线运动与自转运动同时进行。而且由于两个运动是两个独立电机控制，故直线运动与自转运动均可以独立调节速度与位置，直线运动与自转运动复合后，大口径大曲面基片通过磁控溅射靶14时具备两个维度的运动，让基片高低区域在短时间内均能接受靶面的镀膜，从而提高膜层的厚度均匀性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、具备两种独立运动模式，可以将大口径大球面基片中心到边缘的镀膜厚度均匀性从±15%提升至±5%（高度差大于50mm以上的基片）。
2、基片可以使用较大长度尺寸的磁控溅射靶14材，从而在保证膜层均匀性的前提下提高膜层的溅射速率。
在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，包括驱动架导轨座（12）和直线运动导轨座（8），所述驱动架导轨座（12）上滑动设有工件驱动架（10），工件驱动架（10）配设有用于驱使其沿着驱动架导轨座（12）滑动的直线运动驱动机构；所述直线运动导轨座（8）上滑动设有工件托盘（5），所述工件托盘（5）与工件驱动架（10）之间连接有联结臂（7），工件托盘（5）上转动设有工件旋转架（15），工件旋转架（15）配设有用于驱使工件旋转架（15）在工件托盘（5）上转动的自转驱动机构。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述直线运动驱动机构包括直线运动驱动件、直线运动驱动轴（4）、直线传动锥齿轮A（18）、直线传动锥齿轮B（19）、直线爬行齿轮（16）和直线爬行齿条（17），所述直线运动驱动轴（4）转动安装在驱动架导轨座（12）上，直线运动驱动轴（4）的一端与直线运动驱动件相连，所述直线传动锥齿轮A（18）能够随着直线运动驱动轴（4）转动和沿着直线运动驱动轴（4）轴向滑动，所述直线传动锥齿轮B（19）与直线传动锥齿轮A（18）相互啮合，所述直线爬行齿轮（16）与直线传动锥齿轮B（19）同轴设置在工件驱动架（10）上，直线爬行齿轮（16）与直线爬行齿条（17）相互啮合，直线运动驱动件可驱使工件驱动架（10）沿着驱动架导轨座（12）滑动，且直线传动锥齿轮B（19）能够顶压直线传动锥齿轮A（18）使直线传动锥齿轮A（18）沿着直线运动驱动轴（4）轴向滑动，从而使直线传动锥齿轮B（19）和直线传动锥齿轮A（18）保持啮合状态。
3.根据权利要求2所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述直线运动驱动轴（4）的横截面为多边形，所述直线传动锥齿轮A（18）套设在直线运动驱动轴（4）上并与直线运动驱动轴（4）为多面滑动配合。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述直线运动驱动轴（4）的横截面为矩形。
5.根据权利要求2所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述自转驱动机构包括自转驱动件、自转驱动轴（3）、自转传动锥齿轮A（20）、自转传动锥齿轮B（21）、自转过渡直齿轮A（22）和自转过渡直齿轮B（6），所述自转驱动轴（3）转动安装在驱动架导轨座（12）上，自转驱动轴（3）的一端与自转驱动件相连，所述自转传动锥齿轮A（20）能够随着自转驱动轴（3）转动和沿着自转驱动轴（3）轴向滑动，所述自转传动锥齿轮B（21）与自转传动锥齿轮A（20）相互啮合，所述自转过渡直齿轮A（22）与自转传动锥齿轮B（21）同轴设置在工件驱动架（10）上，自转过渡直齿轮A（22）和自转过渡直齿轮B（6）相互啮合，所述工件旋转架（15）的周侧设有与自转过渡直齿轮B（6）相互啮合的环状驱动齿，自转驱动件可驱使工件旋转架（15）在工件托盘（5）上转动，自转传动锥齿轮B（21）能够顶压自转传动锥齿轮A（20）使自转传动锥齿轮A（20）沿着自转驱动轴（3）轴向滑动，从而使自转传动锥齿轮B（21）和自转传动锥齿轮A（20）保持啮合状态。
6.根据权利要求5所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述自转驱动轴（3）的横截面为多边形，所述自转传动锥齿轮A（20）套设在自转驱动轴（3）上并与自转驱动轴（3）为多面滑动配合。
7.根据权利要求6所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述自转驱动轴（3）的横截面为矩形。
8.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述工件托盘（5）上设有运动轴承（13），所述直线运动导轨座（8）上设有与所述运动轴承（13）适配的导轨槽。
9.根据权利要求8所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述直线运动导轨座（8）包括两条平行设置的直线导轨，所述直线导轨上设置导轨槽，两条直线导轨之间设有磁控溅射靶（14）。
10.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜传动装置，其特征在于，所述工件旋转架（15）与工件托盘（5）之间设有自转轴承（9）。
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