CN202766614U

CN202766614U - 一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室

Info

Publication number: CN202766614U
Application number: CN 201220442903
Authority: CN
Inventors: 李灿民; 陶满; 陶圣全
Original assignee: HEFEI YONGXIN PLASMA TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEFEI YONGXIN PLASMA TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2022-08-31

Abstract

本实用新型公开了一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室，其特征在于，真空室内悬挂有一个由上下两层结构组成的金属支架，所述金属支架的上下两层之间通过绝缘子连接；所述金属支架的下层平行设置有多根悬杆；所述真空室内还设有带电子逃逸口的金属网罩，所述金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其悬挂在金属支架的下层悬杆上；所述金属支架的下层与高压脉冲电源电连接。本实用新型一方面通过在金属网罩上设置电子逃逸口，可以避免电荷在工件、网罩、支架上的积累，另一方面，装置在金属支架的上下层之间引入绝缘子，在保证电子隔离的同时，不会产生任何的间隙，成功解决了镀膜过程中的打火现象。

Description

一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室

技术领域

本发明涉及镀膜领域，具体地说是一种对各种绝缘材质和导电材质的工件内外表面进行镀膜的等离子镀膜设备。

背景技术

等离子全方位离子沉积（PIID）技术是一种对工件表面进行改性的技术，它是将工件表面施加脉冲直流或者纯直流，工件表面释放电子与真空室内的气体发生碰撞，产生了等离子体，带正电的离子和被激活的分子在工件表面成膜。

真空室内产生等离子体的方式有很多种，其中等离子源包括：电子回旋共振等离子源，helicon等离子体源，电感耦合等离子源，RF励磁，直流辉光放电等。由于直流辉光放电产生等离子体的方式最简单，且不需要其他的等离子辅助源，因此是目前使用的最为广泛。

现有PIID镀膜设备，如图1所示，被镀工件11置于真空室2内，通过人机控制系统6开启抽气系统7后，将真空室内的气压抽至10^-3Pa以下（由真空检测系统1测量），开启充气系统3，向真空室充入Ar气，调整气体流量和挡板的角度，使气压基本稳定在1~2Pa。并在工件上施加高压脉冲电压（~﹣4KV），脉冲电源系统5另一端接真空壁，真空壁作为阳极接地。由于工件表面聚集了大量的自由电子，且气压满足辉光放电的气压工作区间，此时，工件表面不断向真空室内释放电子，在加速到真空壁的过程中，电子与Ar原子发生碰撞使其电离，高能量的电子造成了Ar原子大量电离，加之一个电子会与Ar原子产生多次碰撞，此时，整个真空室内部都充满了等离子体，因工件表面的电子能量最高，造成其表面等离子体强度更高，到真空壁附近逐渐衰减。电子经过多次碰撞后，能量消失殆尽，靠近真空壁附近最终被真空壁（阳极）捕获，形成回路。电离后的Ar⁺带正电，受到工件（带负电）的吸引而加速，在加速过程中可能会与其他原子（离子）发生多次碰撞，但不影响最终的结果，工件表面受到加速后的Ar⁺的轰击，表面的氧化物和杂质被刻蚀，实现了工件表面的等离子体清洗，Ar⁺从工件表面获得电子后恢复到基态。一般而言，等离子清洗这一过程需要2-3小时。和等离子清洗原理相似，工件经清洗完毕后，在不降低电压的情况下，向真空内直接充入碳氢气体等，电子轰击这些气体分子将其电离，和Ar气不同的是，带正电的这些离子轰击到工件表面，获得电子后不会变成气体脱离表面（Ar气则直接脱离工件表面），而是以固态的形式直接沉积下来，形成了碳氢涂层，也就是类金刚石涂层，其中含有30%左右的固态氢，因此比金刚石韧性高，硬度能达到金刚石的25-30%。

传统设有金属网罩的等离子沉积设备，金属网罩是通过横向贯穿的金属棒搭接在支架上方的玻璃砖上以支撑，工件通过金属棒悬挂在金属网罩内；镀膜过程中，当负脉冲加载到工件上后，金属网罩内部会有电子不断的从网的间隙中放出，由于金属网罩没有额外的电子逃逸口，每个网格中所放出的电子数目会很多，这样会造成整个罐体内部温度升高，置于真空罐内部的绝缘材质玻璃砖温度也会升高，玻璃砖在高温和等离子体包围的双重氛围下，带电的等离子会在玻璃表面吸附，当电荷积累到一定程度而又得不到释放的时候，玻璃表面会产生打火现象。另外，由于金属棒是直接搭接在玻璃砖上，它们之间存有间隙，而间隙处由于空心阴极放电也会产生打火。在镀膜过程中一旦发生打火，镀膜电压很难加载到需要的参数甚至很难继续进行，因此镀膜质量很难保证。

发明内容

本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种降低打火次数、提高镀膜质量的等离子真空室。

本发明解决技术问题采用如下方案：

一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室，其结构特点在于，真空室内悬挂有一个由上下两层结构组成的金属支架，所述金属支架的上下两层之间通过绝缘子连接；所述金属支架的下层平行设置有多根悬杆；所述真空室内还设有带电子逃逸口的金属网罩，所述金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其悬挂在金属支架的下层悬杆上；所述金属支架的下层与真空室外高压脉冲电源电连接。

本实用新型结构特点还在于：

所述电子逃逸口的大小为10cm²~30cm²。

所述绝缘子两端为螺杆结构，两端通过螺母与金属支架的上层和下层固定连接；所述绝缘子材质为陶瓷或玻璃纤维。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型通过在金属网罩上设置电子逃逸口，可以将电子从某一固定方向释放出来，从而避免了电荷在工件、网罩上的积累，可以显著减少打火的次数。同时金属网罩通过金属支架悬挂在真空室内，金属支架的上下层之间通过绝缘子无间隙连接，从而消除间隙打火，同时金属支架的下层平行设置有多根悬杆；每个悬杆都可以悬挂1~2个金属网罩，可以满足批量化镀膜的需要。

附图说明

图1是传统等离子全方位离子沉积设备系统构成图。

图2是改进后离子全方位离子沉积设备系统构成图。

图3是绝缘子、金属支架、金属网罩之间的连接示意图。

图4是绝缘子与上下金属支架间的连接示意图图。

以下结合附图通过具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

具体实施方式

如图2所示，真空室2内悬挂有一个由上下两层结构组成的金属支架13，金属支架的上下两层之间通过绝缘子9连接；金属支架的下层平行设置有多根悬杆14；真空室内还设有带电子逃逸口4的金属网罩10，金属网罩通常由金属不锈钢网或不锈钢条焊接围成，孔径大小为1mm²-1cm²，一般为201或304不锈钢材质。金属网罩10通过一横向贯穿的金属棒12将其悬挂在金属支架的下层悬杆14上；金属支架的下层与真空室外高压脉冲电源5连接，需镀膜的工件11通过金属棒12悬挂在金属网罩10内。

如图2所示，金属网罩设有1~2处电子逃逸口，电子逃逸口的大小为10cm²~30cm²。其目的是为了电子逃逸出金属网罩，减少金属网罩的电荷积累，从而减少打火的次数；因此该金属网罩具有减少工件表面打火，提高等离子体密度，提高镀膜速率，提高工件和基体的结合力，实现等离子渗N等功能。

如图3所示，金属支架的下层平行设置有多根悬杆14，每根悬杆都可以悬挂1~2个金属网罩，这样是为了满足批量化镀膜的需要。金属支架的上下层之间通过绝缘子相连，如图4所示，绝缘子9两端为螺杆结构，两端通过螺母15与金属支架的上层和下层固定连接；所述绝缘子材质为陶瓷或玻璃纤维。金属支架的结构设置，一方面，工件表面的高压不会通过金属支架传导到真空室内壁造成短路，成功实现了电子隔离，另一方面，绝缘子与金属支架的上下层之间无间隙连接方式，避免了间隙打火的现象，为顺利镀膜提供了基础保障。

Claims

1.一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室，其特征在于，真空室内悬挂有一个由上下两层结构组成的金属支架，所述金属支架的上下两层之间通过绝缘子连接；所述金属支架的下层平行设置有多根悬杆；所述真空室内还设有带电子逃逸口的金属网罩，所述金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其悬挂在金属支架的下层悬杆上；所述金属支架的下层与真空室外高压脉冲电源电连接。

2.根据权利要求1所述的一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室，其特征在于，所述电子逃逸口的大小为10cm²~30cm²。

3.根据权利1所述的一种减少类金刚石镀膜过程中打火的真空室，其特征在于，所述绝缘子两端为螺杆结构，两端通过螺母与金属支架的上层和下层固定连接；所述绝缘子材质为陶瓷或玻璃纤维。