CN1912175A - 带电动机驱动的旋转阴极的真空涂层机 - Google Patents

Abstract

一种真空涂层机(1)，其中一驱动装置(6)通过一弹性中间板(14)顺应地安装至腔壳(3)，以使所述驱动装置可跟随由旋转阴极(10)施加的摆动，旋转阴极(18)自由端上的支撑支座(19)可具有刚性设计。

Description

带电动机驱动的旋转阴极的真空涂层机

技术领域

本发明涉及一种依据权利要求1前序部分所述的带电动机驱动的旋转阴极的真空涂层机及修正该旋转阴极摆动的装置。

背景技术

在真空涂层技术中，正越来越多地使用旋转涂层阴极(旋转阴极)，旋转阴极的一端凸缘安装(flange-mounted)至一驱动装置，其中该驱动装置通常位于容纳所述旋转阴极的处理腔的腔壳(chamber housing)中。在真空涂层机中，旋转阴极可水平或垂直放置。例如，第一类(水平真空涂层机)用于玻璃涂层，第二类(垂直真空涂层机)用于显示器(display)涂层。旋转阴极通常设计为一绕管内带永磁体(permanentmagnet system)的纵向轴旋转的管状靶，从永磁体处发出的磁场透过靶材料而产生常见的磁电管效应(magnetron effect)。通过旋转使管状靶的磨损高度均匀，从而延长使用寿命、降低成本。此外，管内可安装一冷却系统。水平放置的旋转阴极通常有两个特有的设计法则。第一个法则为美国第4,445,997号专利所描述的那样：包括动力及冷却液供给装置(介质供给装置)的全部驱动装置通过位于旋转阴极一端的所谓末端座(end blocks)或轴承座(bearing blocks)放置于真空涂层腔的盖子(lid)处。一个改进的实施方案为德国专利文献DE 100 04 787A1所描述的那样：末端座或轴承座(end blocks or bearing blocks)放置于处理腔的外面以协助介质供给装置。然而，由于包括腔盖的全部装置都得移离真空涂层机，当旋转阴极或管状靶改变时，该设计法则基本上被证明为是笨拙的。在第二个设计法则中，包括介质供给装置的驱动装置安装于腔的外壁上，这通常可使操作简化。当旋转阴极或管状靶改变时，包括位于管内的磁体及冷却系统都得移离驱动装置的凸缘，并打开腔盖子将其自真空涂层室中取出。该类型的机器已在如美国第5,200,049号专利中描述过。

达到某一管长时，旋转阴极可设计成一个自由伸出的图形(freelyprojecting design)，例如悬臂。尤其是在长的旋转阴极的情况下，由于渐增的重力矩负荷，使得有必要通过一支撑支座添加支撑量，该支撑轴通常在旋转阴极的自由端。

管状靶可有两个特有的设计法则。第一个法则的管状靶为机械性能稳定、壁厚的管。第二个法则的管状靶为壁很薄的管子，其中现行的靶材料(如Si，Zn，SiAl)通过诸如铸造、等离子喷涂或热电偶接合(焊)等方式涂覆于机械性能稳定的支撑管。两种设计法则的管的共同特征为：由于在制造过程中引入了温度变形(warping)，它们有一定程度空间弯曲的管状轴，这种管状轴是不能再重做的(re-worked)，例如，被弄直，这是因为材料硬、脆弱且易碎。当旋转阴极稳固地被夹在旋转阴极自由端对面一侧时，这些弯曲的管状靶轴(管状靶的纵向轴)会引起双振幅摆动。如果最大管长为4m，那么管轴有10mm的偏差并不稀有，这样就会导致+/-10mm的摆动。不管旋转阴极自由端的摆动，为了确保有充分的支持，大多数安装弹簧的支撑物用于此处，这些支撑物随着摆动而能对其进行抑制。例如，美国第5,620,577号专利描述了这样的支撑物。可通过预拉伸至少一个弹簧来调整支撑力。

然而，现有的技术方案对下述问题，例如摆动旋转阴极有多方面的缺陷。当使用不同重量的管状靶时，必须对根据管状靶各自的重量对支撑支座(support bearing)的弹簧预载进行调整。此外，当管状靶运行的是全程旋转时，支承力以某一量波动，该量由弹簧系统及摆动偏差的弹性系数计算而得。由于在操作中，喷溅腐蚀(sputter erosion)产生管状靶的质量减少(降至最初重量的20％)，在操作中必须对支撑力进行理想地重新调整。经常改变条件最终也会导致支撑支座中的极度的支座负载，这样就会导致过早磨损。因此人们尝试将支撑支座的尺寸调整至最大装载量，这样又会导致支座变大而产生高成本。

欧洲专利文献EP 1 365 436 A2描述了一种旋转阴极驱动器，该驱动器已经采用了用于摆动驱动侧(drive-side)补偿设计方法。这是通过在套壳(enclosing housing)中可移动地悬置传动装置及在驱动组件中的的传动装置作用而实现的。从设计的观点看来，这样就会对补偿摆动的自由度施加限制。此外，翻新带有这种旋转阴极驱动器的现有的机器被证明是不便的，因为只能在花费高设计及财务费用下才能实现。后来的考虑也基本上涉及新机器的构造，其相对而言变得更贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转阴极支座，该支座一方面能跟随并抑制旋转阴极的摆动，然而，另一方面，其不需要再调整，并且进一步促进旋转阴极或管状靶的简单更换。同时，该问题的解决方案也可应用于现有的机器并且相对廉价。

该目的依据具有权利要求1特征部分所述特点的本发明实现，随后的从属权利要求特征说明了有利的进一步改进。

本发明是基于这样的考虑：不是在支撑支座侧，而基本在驱动侧中途阻止由旋转阴极(更准确地说是由管状靶)施加的摆动。为了实现这个目标，将整个驱动装置安装至腔壳，特别是在侧部腔外壁，其中旋转阴极被顺应性(compliantly)地-也就是说在一种限定措施(definedmeasure)中可移动地-凸缘安装至所述整个驱动装置。这可通过在位于驱动装置及腔壳间的连接点(安装凸缘)设置一弹性中间板(intermediate plate)而实现。所述中间板可由弹性体(elastomer)方便制得，优选用厚的橡胶片。用该弹性中间板，驱动装置现可以实现由旋转阴极施加的摆动，而在旋转阴极的自由端的支撑支座可具有刚性设计。由于该刚性设计，重力矩不再作用在支撑支座上，而只是相当于一半旋转阴极质量的重力，该支撑支座的整体尺寸现在可以更小，这就可以释放构造空间并节约成本。此外，弹簧预载的再调整就成为多余的了。

由于中间板的材料是弹性的，就可以自动获得真空密封，这样就使得在这点上为密封处理腔而采取进一步的密封措施成为不必要，或迄今为止的驱动器侧的密封措施就可免除。

由此现有的真空涂层机能被低成本地翻新，本发明因此也就具有特殊的重要性，这样，现有驱动装置，包括所有的供给机械装置(介质供给)，能被进一步地使用。对新机器的构造而言，实施本发明的设计及财务成本也相对较低。

具有最初没有预期到的优点的一种实施方式为：通常是在90°左右的旋转阴极相对于腔壁的斜角，可以根据中间板的弹性在一定范围内选择性地变化。另一个优点为：该中间板可显著地降低从驱动装置到真空涂层腔之间的振动传送，这样可提高生产质量，并有助于降低噪音。

如果该中间板由绝缘材料加工而成，它就可同时用做腔与具有电压的阴极间的绝缘体。别的绝缘方法，例如安装绝缘块就可免除。

依据中间板的设计，尤其是安装技术，例如加热及冷却产生的旋转阴极的纵向膨胀也能得到补偿，对此如果要避免支撑支座或驱动装置上的高负荷的话，迄今的技术需要采用额外的设计措施。(本段的背景技术引自欧洲专利文献EP 1 365 436 A2。)

附图说明

附图用于更详细地描述本发明的具体实施方案。

图1是现有技术中带有旋转阴极的水平真空涂层机横截面图。

图2是依据本发明带有驱动装置悬挂的水平真空涂层机的横截面图。

图3是以横截面表示的驱动装置与腔壁之间连接点的详尽示意图。

图4是以横截面表示的驱动装置与腔壁之间使用另一可选择的连接技术的连接点的详尽示意图。

附图各部分名称

1真空涂层机

2处理腔

3腔壳

4腔壁

5腔盖

6驱动装置

7电动机

8带有支座的齿轮/连轴器座(gear/coupling block)

9固定螺杆(驱动装置/腔壁)

10旋转阴极(管状靶)

11撑架

12滚动轴承

13弹簧(带预载及减幅)

14中间板

15腔底

16壁开口

17轴颈

18旋转阴极自由端

19支撑支座

20金属螺套

41腔外壁

42凹进处

91固定螺杆(驱动装置/中间板)

92固定螺杆(中间板/腔壁)

具体实施方式

图1说明了依据现有技术的一种水平真空涂层机1。处理腔2被侧向腔壁4、腔底15及腔盖5所限制，其中腔盖5有助于进入处理腔进行保养与修理工作。处理腔2中至少设置有一根旋转阴极10，在这个实施方案中带有一管状靶。然而，旋转阴极也可以同样是一种实心的设计。图上没有显示安装于管子阴极内的现有技术中通常的固定设备，如磁体及/或冷却系统等。为清楚起见，处理腔2内用于待处理的工作物的支承及传送工具也没有显示出来。这些工具是本领域普通技术人员所公知的，因此那些描述是多余的。旋转阴极10的一端通过侧向腔壁4里的壁开口16与一驱动装置6连接，其中优选为刚性凸缘安装。驱动装置6安装于腔的外壁41上，例如用固定螺杆9，且包括驱动电动机7及齿轮/连轴器座8，后者也包括这一侧用于旋转阴极的装备。这样，转动运动和进行该处理所需要的介质，例如冷冻剂均从处理腔的驱动侧传入或供给。当更换旋转阴极10时，旋转阴极与其所有的固定设备一起移离驱动装置6的凸缘，通过打开的腔盖5向上抬出处理腔2。

为了使源于驱动装置6及其装备工具上的旋转阴极所产生的重力矩负荷保持在较低水平，旋转阴极的自由端18，即与凸缘相对的端，由一支撑支座19所支撑。在图1的实施方案中，旋转阴极10到该末端后由轴颈17所延续，轴颈17由滚动轴承12所调节，该滚动轴承12安装于支撑物11上。在所显示的实施方案中，支撑支座19设置在处理腔2内，然而，也可能在将处理腔2的外部实现支撑，为实现这个目的，旋转阴极10或一后续的轴颈17需要通过侧向腔壁4中的一相应的开口的伸出，这样就会需要额外的设计费用。由于管状靶的生产公差及制造中相关的热变形，该旋转阴极在一定程度上有一空间弯曲的管状轴，其中几个曲率半径及弯曲方向都能在一个旋转阴极中出现。由于旋转阴极10被刚性安装至驱动装置6，因而旋转阴极18的自由端就会在转动中进行多方向的摆动。为了能跟随该摆动，支撑支座19有一弹簧系统13，图1中的实施方案没有显示缓冲及预载部件。弹簧系统13的预载及/或缓冲需要根据所安装的旋转阴极10及靶材料的损耗而用手动重新调整到一定范围。

如果旋转阴极10的轴相对于腔壁4的角度不正确，例如为90°角，旋转阴极10的倾斜角度可以相对腔壁14通过不同程度上紧固定螺杆9来变化，例如通过不同程度地压缩中间板14。这对现有机器的翻新也尤其重要，通过这种方式，在中心定位工具的协助下，驱动装置6的从动轴的轴线可以与对面的支撑支座19中心对齐。这也意味着可能将驱动装置6与旋转阴极轴对齐。

为清楚起见，图1中的实施方案没有显示绝缘方式，例如以绝缘块的形式，其在需要时用于绝缘位于一侧的旋转阴极10和驱动装置6与位于另一侧的腔壳间的各种电压。

图2说明了在腔壳3中带有本发明驱动装置6的顺应性悬挂的水平真空涂层机。单个零件的附图标记与图1中的相同。依据本发明，驱动装置6与腔的外壁41没有直接接触，而是间接经由一顺应性中间板14，该中间板具有弹性材料的属性。此处的中间板14是例如环状的盘。由于由中间板14所作用的顺应性的悬挂，凸缘安装于旋转阴极10上的驱动装置6现在能跟随旋转阴极的摆动，从而用于旋转阴极18自由端的支撑物就可制成刚性支撑。这样就可免除对支撑支座19中的弹簧系统进行再调整或手动重新设置的需要。由于滚动轴承12上负载的力矩及拉力更低，现在滚动轴承12的尺寸可以更小。

图3说明了使用弹性中间板14将驱动装置6安装至腔外壁41上的一种简单而经济的技术。驱动装置6在此通过固定螺杆9安装至腔壁4，该螺杆轴通过驱动装置6及中间板14上的钻孔直接延伸，且螺纹与在腔壁14中的相应的反螺纹相配合。这样，驱动装置6与腔外壁41不直接接触，而是经由如上所描述的弹性顺应性中间板14。由于是非刚性连接，驱动装置6相对于腔壁4具有一定程度的灵活性。如果腔壳3与驱动装置6间的各种电压需要电绝缘，则可使用用于螺杆9(未示出)的所谓绝缘套。

图4说明了另一种将驱动装置6安装至腔壁4的技术。这种更精细安装技术的优点在于驱动装置6相对于腔壁4可有更大程度的移动。中间板14通过钻孔由螺杆92安装至侧腔壁上。尽管在一定程度上取决于螺杆92的设置，可能需要为螺杆头打埋头孔。驱动装置6通过固定螺杆91安装至中间板14。在这种情况下，有必要在中间板14里边加强螺纹，例如通过金属螺套。该处的设计理念为安装方式不在驱动装置6及腔壁4之间产生刚性连接。这种安装技术更进一步的优点在于：由于该根本的原理，腔壳3与驱动装置6间的各种电压可以被绝缘。

更进一步的实施方案没有显示出来，安装螺钉经驱动装置6穿过中间板14且被例如用螺母等固定于中间板14的后侧，例如，朝向腔壁4的一侧，为此，设计时就必须提供适当的空间。然而，其它连接技术与方法也是可能的。

为了使中间板14也能在腔壁4与驱动装置6之间产生真空密封，腔外壁41必须在相应点处(表面部分)重做，以获得具有密封表面质量的表面，其中必需的表面质量关键取决于使用的中间板14。因此，在图4所示的实施方案中，显示了一凹陷的壁区域(切口(cutout)、凹陷(recess))42，该区域相应于重做的表面区域。然而，该表面部分不形成凹陷的壁区域，而形成突出的壁区域也是可能的。在凹陷的壁区域42的情形下，其优点为简化装配。

中间板14由弹性体制得，优选橡胶材料，特别优选天然橡胶或硅树脂。其肖氏(Shore)硬度最低为50°，最高为80°；优选肖氏硬度为60°-70°。不言而喻，这些材料是电绝缘的。中间板14的材料可从市场上作为具有各种不同性质的半成品中获得。

本发明的主旨不局限于水平真空涂层机，因此，本发明普通技术人员也可能实施垂直的真空涂层机，其阴极的自由端也被支撑着，组合此处描述的各种实施方案的特征也同样是可能的。

Claims (10)

1.一种真空涂层机(1)，其具有至少一个带有一腔壳(3)的处理腔(2)，至少有一个被相对于腔壳(3)支撑且通过一驱动装置(6)驱动的旋转阴极(10)，以及一用于在其驱动侧端来修正旋转阴极(10)的摆动的设备，其特征在于，旋转阴极(10)的驱动装置(6)通过相对于腔壳(3)的顺应性悬挂设置。

2.根据权利要求1所述的真空涂层机，其特征在于，所述驱动装置(6)的顺应性悬挂由设置在腔壳(3)和驱动装置(6)之间的弹性中间板(14)来实现。

3.根据权利要求1或2所述的真空涂层机，其特征在于，所述驱动装置(6)通过固定螺杆(9)安装至腔壁(4)，所述螺杆延伸穿过驱动装置(6)和中间板(14)之间的钻孔。

4.根据权利要求1或2所述的真空涂层机，其特征在于，所述弹性中间板(14)仅安装至腔壳(3)，且驱动装置(6)仅安装至中间板(14)。

5.根据上述任一权利要求所述的真空涂层机，其特征在于，所述一个壁开口(16)的尺寸至少等于穿过其中的驱动组件的直径加两倍的旋转阴极(10)的摆动偏差。

6.根据上述任一权利要求所述的真空涂层机，其特征在于，所述中间板(14)由弹性体制成，优选橡胶材料，特别优选天然橡胶或硅树脂。

7.根据权利要求6所述的真空涂层机，其特征在于，肖氏硬度最低为50°，最高为80°，且肖氏硬度优选在60°至70°的范围内。

8.根据权利要求6或7所述的真空涂层机，其特征在于，所述中间板(14)是由不导电的材料制成。

9.根据上述任一权利要求所述的真空涂层机，其特征在于，所述旋转阴极(18)自由端的支撑支座(19)设计为刚性支座。

10.根据上述任一权利要求所述的真空涂层机，其特征在于，所述腔外壁(41)有一重做的表面部分，以用于与中间板(14)相接触，其中优选为一切口或一凹陷的形式。

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