CN204644454U - 一种可延长的靶管旋转磁控柱弧靶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可延长的靶管旋转磁控柱弧靶，包括靶座，传动部，分水套，靶体，防水罩，磁轴和靶体连接支承部；大法兰下部有屏蔽罩，上部有绝缘密封套、轴套、压垫、铜鼻、绝缘压环、推力球轴承、限位半环、环套、绝缘环、支承板、聚四氟乙烯垫环、分水套；靶体包括靶管和端盖；防水罩包括不锈钢圆管和密封垫；磁轴包含磁轭和磁体，磁轴中的磁场区被密封在防水罩内；靶体连接支承部有中间连接支承部和尾端连接支承部。本实用新型的可无限延长靶管旋转磁控柱弧靶是真空镀膜机上的核心零件，它使得一次性对极大或极长的特殊产品或零部件进行真空镀膜或涂层等表面处理变得真正现实可行。

Description

一种可延长的靶管旋转磁控柱弧靶

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜机的零部件，具体涉及到一种可延长的靶管旋转磁控柱弧靶。

背景技术

现有常用的靶管旋转圆柱靶的靶体长度都较短，最长的靶管不会超过3m，通常使用的靶管都在2m以内。随着真空镀膜或涂层技术的不断进步，该技术的应用领域也在不断的扩展，许多极大或极长的特殊产品或零部件也需要这一技术来提高其使用性能。相应地，设计制造长径比大的真空镀膜或涂层设备的需求也变得现实和迫切。然而，目前工程应用中的真空镀膜机上的镀膜源多配以数十套圆形平面小多弧源，使得设备的制造成本、镀膜工艺的控制难度以及生产成本都大大增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是使得一次性对极大或极长的特殊产品或零部件进行真空镀膜或涂层等表面处理变得真正现实可行。

为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种可无限延长的靶管旋转磁控柱弧靶，包括靶座，传动部，分水套，靶体，防水罩，磁轴和靶体连接支承部；

大法兰是靶座的基础，大法兰下部有屏蔽罩，上部安装有绝缘密封套，绝缘密封套上设有轴套；轴套内装有带骨架轴封、平垫组成轴封组和调心轴承；轴套上有压垫、铜鼻固定在压垫上；压垫上有绝缘压环；压垫上有推力球轴承；推力球轴承上有两限位半环及环套；

传动齿轮通过绝缘环与靶管上端绝缘；支承板安装在大法兰上，同时支承 电机和限位轴套；

分水套下部有聚四氟乙烯垫环，分水套内上部有带支架限位分水环，下部为由带骨架轴封、平垫和压垫构成的轴封组；

靶体由结构对称的靶管和用于密封水的端盖组成；

防水罩由不锈钢圆管和两端可拆卸密封垫将磁轭的上下端密封；

磁轴包含磁轭和装配在其上的磁体，磁轴中的磁场区被密封在防水罩内；

靶体连接支承部分为中间连接支承部和尾端连接支承部；连接支承部由固定在真空室壁上的支承架实现连接支承，支承架起连接、支承、绝缘以及保证靶体稳定旋转的作用。

作为本实用新型的优化方案，整个柱靶仅仅通过螺钉实现大法兰与真空镀膜机对应装配位的装卸；

作为本实用新型的优化方案，大法兰上的密封套，起真空密封及靶与真空室之间的绝缘作用。低温工艺时一般选聚四氟乙烯材料，高温工艺时选精密陶瓷或石英玻璃件；

作为本实用新型的优化方案，轴套外通过固定在大法兰上的螺钉和绝缘环压紧轴套、O型圈、绝缘密封套实现与真空室间的密封；

作为本实用新型的优化方案，轴套上的压垫压紧轴套内装的带骨架轴封和平垫构成的轴封组，实现旋转靶管与外界的动密封；

作为本实用新型的优化方案，轴套内装有调心轴承，利于靶管稳定旋转；

作为本实用新型的优化方案，压垫上的推力球轴承有利于减小靶管旋转时的阻力，使靶管顺畅旋转；

作为本实用新型的优化方案，推力球轴承上的两半环嵌在靶管上端的环槽中，限制靶管轴向位置；

作为本实用新型的优化方案，两半环外的限位环，防止两半环在转动中脱落；

作为本实用新型的优化方案，大齿轮通过绝缘环与靶管绝缘，绝缘环与靶管上端间用螺钉固定，并用键带动靶管旋转；

作为本实用新型的优化方案，支承板通过螺杆固定在大法兰上，方便快捷地进行整体换靶；

作为本实用新型的优化方案，小齿轮传动轴由安装在限位轴套内的轴承及环实现限位及转动；限位轴套安装在支承板上；

作为本实用新型的优化方案，采用聚四氟乙烯垫环将分水套绝缘垫密封固定在支承板上；

作为本实用新型的优化方案，分水套内被分水环分为上进水室和下出水室，分别通过水嘴与外部进出水管相接；

作为本实用新型的优化方案，磁轭上端口与进水室相通，靶管上端口与出水室相通；

作为本实用新型的优化方案，分水环上设计加工有固定磁轴的位置，以便确定柱靶磁场的空间分布，同时也阻止磁轴随靶管旋转；

作为本实用新型的优化方案，为了不妨碍靶管旋转，分水套下端采用带骨架轴封和不锈钢平垫、压垫构成的轴封组与外部隔离；

作为本实用新型的优化方案，管靶被设计成两端装配位对称结构，方便两端调换使用，提高靶材利用率；

作为本实用新型的优化方案，靶管上端为一阶梯中空管状结构，其大头端与管靶之间通过螺纹连接，并用压垫和O型圈密封；通过不同直径大小的外圆来实现真空密封，通过环槽来固定靶管的轴向位置，通过键槽来保证靶管旋转， 通过中空管来保证水路畅通和内部零件装配；

作为本实用新型的优化方案，靶体连接支承部分为中间连接支承部和尾端连接支承部；

作为本实用新型的优化方案，中间连接支承部由固定在真空室壁上的支承架实现连接支承；

作为本实用新型的优化方案，支承架由两半环套合而成；

作为本实用新型的优化方案，直套管通过压紧O型圈实现水密封，并与靶管连接套螺纹连接，从而实现连接两相邻管靶；

作为本实用新型的优化方案，直套管外套陶瓷绝缘轴承，陶瓷轴承固定在支承架上，实现了与真空室壁的绝缘及靶管旋转；

作为本实用新型的优化方案，尾端连接支承部由靶管尾端、尾端压盖、尾部支承杆、尾部支承座构成；

作为本实用新型的优化方案，靶管尾端与最后一节管靶相连；

作为本实用新型的优化方案，尾部支承杆的一端螺纹连接在靶管尾端上，并通过尾端压盖压紧O型圈实现水密封；另一端外套陶瓷轴承；

作为本实用新型的优化方案，陶瓷轴承固定在尾部支承座上，保证了与真空室壁的绝缘及靶管旋转；

作为本实用新型的优化方案，磁轴外套有可拆卸的不锈钢防水罩；

作为本实用新型的优化方案，防水罩的不锈钢管套下端部焊接有环状板，与磁轭下端配合压O型圈实现防水罩的下部密封；

作为本实用新型的优化方案，采用密封压垫与磁轭上端间压一O型圈实现防水罩的上部密封；

作为本实用新型的优化方案，在磁轭两端安装相对于中部长条形区域磁场 强度略低的磁体；

作为本实用新型的优化方案，在磁轭中安装3级磁场强度的磁体，其中最强的磁体被安装在3路间隔的长条状槽中，中等强度的磁体被安装另外3路间隔的长条状槽中，相对最弱的磁体被安装在两端；

作为本实用新型的优化方案，所安装的磁路使得靶管表面的整体磁场强度降低到磁控溅射与离子镀技术所需求磁场强度的临界区域内；

作为本实用新型的优化方案，磁轭上端为一中空细管，上端设计有冷水进口和定位销，下端设计有防水罩端板并与磁轭螺纹连接。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为靶管上端结构示意图；

图3为磁轭的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型的一个实施例中，如图1所示，提供了本专利所述的一种可无限延长的靶管旋转磁控柱弧靶，正是这类设备上的一种核心零件，它使得一次性对极大或极长的特殊产品或零部件进行真空镀膜或涂层等表面处理变得真正现实可行。包括靶座，传动部，分水套，靶体，防水罩，磁轴，靶体连接支承部：

靶座的基础是连接真空室的大法兰1，整个柱靶仅仅通过螺钉就能实现大法兰1与真空镀膜机对应装配位的装卸，极有利于根据不同的镀膜工艺要求快捷地换靶。大法兰1下部连接有屏蔽罩2。大法兰上有绝缘密封套3，起真空密封及靶与真空室之间的绝缘作用。低温工艺时一般选聚四氟乙烯材料，高温工艺 时选精密陶瓷或石英玻璃件，可防止高温下因聚四氟乙烯材料件损坏造成的设备故障。绝缘密封套3上为轴套4，轴套4外通过固定在大法兰1上的螺钉5和绝缘环6压紧轴套4、O型圈7、绝缘密封套3和O型圈8实现与真空室间的密封；轴套4上的压垫9压紧轴套4内装的带骨架轴封10和平垫11构成的轴封组，实现旋转靶管与外界的动密封；轴套4内还装有轴承12，对靶管上端起调心作用，利于靶管稳定旋转。电连接用铜鼻13固定在压垫9上。压垫9上为推力球轴承14，有利于减小靶管旋转时的阻力，使靶管顺畅旋转。推力球轴承14上是两半环15，嵌在靶管上端的环槽中，限制靶管轴向位置。两半环15外用环16限位，防止两半环在转动中脱落。

大齿轮17通过绝缘环18与靶管绝缘，绝缘环18与靶管上端间用螺钉19固定，并用键20带动靶管旋转。小齿轮21通过螺钉22固定在传动轴23上。传动轴23由安装在限位轴套24内的轴承25及环26实现限位及转动；限位轴套24安装在支承板27上，支承板27通过4根螺杆28固定在大法兰1上，有利于快捷地换靶。可逆调速电机29通过皮带30及皮带轮(或链轮)31带动传动轴23稳定旋转，小齿轮21与大齿轮17配装后带动靶管匀速旋转。

分水套32采用聚四氟乙烯垫33绝缘后固定在支承板27上，顶端由可拆卸盖板34通过O型圈35密封，可拆卸盖板34的可通水支架上连接有分水环36，将分水套分隔成进水和出水两个区室，磁轭上端58口与进水室相通，靶管上端42口与出水室相通；分水环还固定磁轴的空间位置，以便确定柱靶磁场的空间分布，同时也阻止其随靶管旋转。挡水环37挡住固定分水环36的螺钉，辅助分隔进出水室。进出水通过两个水嘴38连接外部管道。为了不妨碍靶管旋转，分水套下端采用带骨架轴封39和不锈钢平垫40构成的轴封组与外部隔离。

靶体是一种由管靶41，靶管上端42，靶管上端压垫43，靶体连接支承部构 成的可无限延长的多节长条结构。管靶41被设计成两端装配位对称结构，方便两端调换使用，提高靶材利用率；管靶41的材质，单节管靶41的长度以及管靶41的节数应根据工艺需要具体设计，组合灵活多样。如图2所示，靶管上端42为一阶梯中空管状结构，其大头端与管靶41之间通过螺纹连接，并用压垫43和O型圈44密封；通过不同直径大小的外圆来实现密封，通过环槽来固定靶管的轴向位置，通过键槽来保证靶管旋转，通过中空管来保证水路畅通和内部零件装配；靶管上端的这种阶梯状设计，既便于零件装配，也使得整个靶座合理布局，有效利用及节约了空间。靶体连接支承部分中间连接支承部和尾端连接支承部。中间连接支承部由固定在真空室壁上的支承架45实现连接支承，支承架45是由两半环套合而成，容易装卸。直套管46通过压紧O型圈47实现水密封，并与靶管连接套48螺纹连接，从而实现连接两相邻管靶41；直套管46外套陶瓷绝缘轴承49，陶瓷轴承固定在支承架45上，实现了与真空室壁的绝缘及靶管旋转。尾端连接支承部由靶管尾端50、尾端压盖51、尾部支承杆52、尾部支承座53等构成；靶管尾端50与最后一节管靶41相连，尾部支承杆52的一端螺纹连接在靶管尾端50上，并通过尾端压盖51压紧O型圈54实现水密封；另一端外套陶瓷轴承55，陶瓷轴承55固定在尾部支承座53上，保证了与真空室壁的绝缘及靶管旋转。

防水罩包括不锈钢管套56，管套上端的密封压垫57，磁轭上端58，磁轭连接套59和磁轭连接套60，配以O型圈61和O型圈62。不锈钢管套56下端部焊接有环状板，用磁轭下端压O型圈62实现下部密封；管套上端的密封压垫57与磁轭上端间压一O型圈61实现上部密封；防水罩的上下部都采用螺纹紧固，可拆卸。这种防水罩结构除O型圈外，都选用不锈钢材质，有如下好处：可长时间的防止水对磁体的腐蚀；避免磁体与靶管内壁的直接接触，减小转动 阻力，降低故障率；结构简单，拆装简便，便于检修及更换磁路；加上通冷却水以降低温度对磁体性能的影响，能够长期保证所建磁场的磁场强度稳定在镀膜工艺所要求的范围之内。中空的磁轭中部连接圆管63的两端与磁轭连接套59螺纹连接，外套轴承64，轴承64固定在直套管46内；磁轭尾部外套轴承65，轴承65固定在靶管尾端50内，从而实现相对旋转支承和水路连通。

磁轴包括磁轭66，磁体67，磁轭上端58，磁轭连接套59和磁轭连接套60。磁轭66为一导磁中空圆管，管外壁上加工有装磁体的槽。如图3所示，磁体67被装在3路槽中，中路磁体的极性恰好与两边磁体的极性相反；磁路被排成长条状环形；为了避免磁路两端磁场过强而造成的靶管两端刻蚀过快的缺陷，在磁轭两端安装相对于中部长条形区域磁场强度略低的磁体，极性与两边槽磁体相同，使整个磁路的材料表面刻蚀速率均匀，提高靶材利用率。为了获得不同的镀膜工艺效果，实际使用中一般有3种磁场强度排布设计：第一种是以构造非平衡磁场为目的，选用3级磁场强度的磁体，其中最强的磁体被安装在长条状中路槽，中等强度的磁体被安装长条状边槽，相对最弱的磁体被安装在两端。第二种是常用平衡磁场，如图3所示，长条状槽中安装强磁体，两端安装相对较弱磁体。第三种是以构造磁控电弧混合工艺效果为目的，磁路的整体安装结构与第二种近似，唯一不同的是整体的磁场强度降低到磁控溅射与离子镀技术所需求的磁场强度的临界区域，当配以恰当的电源，能起到综合调节薄膜或涂层组织结构、表面形貌和沉积效率的作用。磁轭上端58为一中空细管，上端设计为冷水进口和定位销，下端设计有防水罩端板并与磁轭66螺纹连接；磁轭连接套59和磁轭连接套60上部用螺纹连接在磁轭66上，并通过O型圈62密封防水罩下部。

本实用新型所述可无限延长靶管旋转磁控柱弧靶，除管靶根据镀膜工艺要 求定制，绝缘部件选用聚四氟乙烯或精密陶瓷，高温部件选用精密陶瓷或石英玻璃，密封处选用氟橡胶O型圈或带骨架轴封外，大部分零部件均选用1Cr18Ni9Ti及以上不锈钢制造，以达到防锈美观，无磁的效果。

本实用新型与现有结构相比，有如下优点：靶材利用率提高；极大地降低故障率，延长单次使用寿命；结构简单，方便装配及检修；极大地降低了设备制造成本、工艺复杂程度和生产成本，实现对大长径比零件的相关表面处理目标。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种可延长的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：包括靶座，传动部，分水套，靶体，防水罩，磁轴和靶体连接支承部；

所述靶座包括大法兰，大法兰下部有屏蔽罩，上部安装有绝缘密封套，绝缘密封套上设有轴套；轴套内装有带骨架轴封、平垫组成轴封组和调心轴承；轴套上有压垫、铜鼻固定在压垫上；压垫上有绝缘压环；压垫上有推力球轴承；推力球轴承上有两限位半环及环套；

所述传动部的传动齿轮通过绝缘环与靶管上端绝缘；支承板安装在大法兰上；电机和限位轴套安装在支承板上。

所述分水套下部有聚四氟乙烯垫环，分水套内上部有带支架限位分水环，下部为由带骨架轴封、平垫和压垫构成的轴封组；

所述靶体由结构对称的靶管和用于密封水的端盖组成；

所述防水罩由不锈钢圆管和两端可拆卸密封垫将磁轭的上下端密封；

所述磁轴包含磁轭和装配在其上的磁体，磁轴中的磁场区被密封在防水罩内；

所述靶体连接支承部分为中间连接支承部和尾端连接支承部。

2. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：分水套下端通过带骨架轴封和不锈钢平垫、压垫构成的轴封组与外部隔离。并采用聚四氟乙烯垫环将分水套绝缘并密封固定在电机支承板上，电机支承板通过螺杆固定在大法兰上。分水套内被分水环分为上进水室和下出水室，分别通过水嘴与外部进出水管相接，磁轭上端口与进水室相通，靶管上端口与出水室相通。

3. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：大法兰上设有绝缘密封套，绝缘密封套上有轴套；轴套外通过固定在大法兰上的螺钉、绝缘环压紧轴套、O型圈和绝缘密封套与真空室间密封；轴套上的压垫压紧轴套内装的带骨架轴封和平垫构成的轴封组；轴套内装有调心轴承。

4. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：所述推力球轴承上的两半环嵌在靶管上端的环槽中，两半环外套有限位环。

5. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：大齿轮通过绝缘环与靶管绝缘，绝缘环与靶管上端间用螺钉固定，并用键带动靶管旋转。

6. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：靶管上端为一具有不同外圆直径的阶梯中空管状结构，其大头端与管靶之间通过螺纹连接，并用压垫和O型圈密封。

7. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：中间连接支承部的直套管与靶管连接套螺纹连接，直套管外套陶瓷绝缘轴承，陶瓷轴承固定在支承架上，支承架由两半环套合而成，固定在真空室壁上；尾端连接支承部由靶管尾端、尾端压盖、尾部支承杆、尾部支承座构成，尾部支承杆的一端螺纹连接在靶管尾端上，并通过尾端压盖压紧O型圈，另一端外套陶瓷轴承，陶瓷轴承固定在尾部支承座上。

8. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：磁轴外套有可拆卸的不锈钢的防水罩；防水罩的不锈钢管套下端部焊接有环状板，与磁轭下端配合压O型圈实现防水罩的下部密封；采用密封压垫与磁轭上端间压紧一O型圈实现防水罩的上部密封。

9. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：在磁轭两端安装的磁体强度弱于中部磁体强度；在磁轭中安装3级磁场强度的磁体，其中最强的磁体被安装在3路间隔的长条状槽中，中等强度的磁体被安装另外3路间隔的长条状槽中，相对最弱的磁体被安装在两端。

10. 如权利要求1所述的靶管旋转磁控柱弧靶，其特征在于：所述磁轭下端安放在推力球轴承上，推力球轴承又安装在靶管下端内；磁轭上端为一中空细管，上端设计有冷水进口和定位销，下端设计有防水罩端板并与磁轭螺纹连接。