CN208136320U - 膜厚均匀化的镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种膜厚均匀化的镀膜装置，包括腔体，所述腔体内设有固定架，所述固定架用于固定工件，所述腔体的侧壁还设有蒸发源，所述蒸发源和固定架之间还设有均化板，所述均化板通过转轴与所述腔体成转动连接，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成大于0°，小于90°的夹角范围内转动，从而部分遮住所述蒸发源或完全不遮挡。本实用新型的有益效果在于：通过在蒸发源和固定架之间安装匀化板，均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成大于0°，小于90°的夹角的范围内转动，部分遮住蒸发源，通过调整均化板与蒸发源平面的合适的夹角，可以实现工件在垂直方向的涂层厚度一致性。

Description

膜厚均匀化的镀膜装置

技术领域

本实用新型涉及一种镀膜装置，具体涉及一种膜厚均匀化的镀膜装置，属于真空物理气相镀膜(PVD)设备技术领域。

背景技术

表面处理是一种广泛用于材料和工件表面改性的处理手段，常用的包括热处理、电镀、喷涂、真空镀膜。真空镀膜近些年得到爆发式发展，得益于其多种技术手段和可以处理工件材料广泛性，可以制备的薄膜材料广泛性。

厚度是涂层的一项关键技术指标，决定了镀层产品使用结果的一致性，也决定了同批次和批次间品质的一致性；影响厚度不一致的一个重要原因是真空设备的固有机构造成的，上中下不同位置、直径方向不同位置厚度不同。过去，厚度在光学、半导体功能涂层等一直严格要求，在工具、零件等要求机械性能的产品上没有严格要求，因为pvd涂层本身厚度是微米级，不至于引起工件的安装异常；而目前随之制造业快速进步，微米级管控成为常规要求，pvd涂层的厚度精度和一致性影响了产品的使用，需要对厚度范围和尺寸一致性严格管控。而在这一块，主要关注的是厚度的范围，对于厚度一致性的措施还不多见。

功能涂层由于涂层材料特定，一般采用在线检测来控制膜层厚度和一致性，而由于pvd硬质涂层的特殊性和多样性，厚度无法实现在线检测，靠工艺参数的设定来控制，具有一定的不确定性和跳动范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种膜厚均匀化的镀膜装置，从而可实现垂直方向均匀镀膜，而且便于操作，使用方便。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供一种膜厚均匀化的镀膜装置，包括腔体，所述腔体内设有固定架，所述固定架用于固定工件，所述腔体的侧壁还设有蒸发源，所述蒸发源和固定架之间还设有均化板，所述均化板通过转轴与所述腔体成转动连接，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成大于0°，小于90°的夹角范围内转动，从而部分遮住所述蒸发源。

进一步地，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成30～70°的夹角范围内转动，在该角度范围内可以最好地实现工件在垂直方向的涂层厚度的一致性。

进一步地，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成30～45°的夹角范围内转动。

进一步地，所述蒸发源的截面为方形或圆形，所述均化板的结构与所述蒸发源的结构相对应，从而可以实现最好地遮挡效果。

进一步地，当所述蒸发源的截面为方形时，所述均化板通过其两端与所述转轴成转动连接。

进一步地，当所述蒸发源的截面为圆形时，所述均化板通过其中间与所述转轴成转动连接。

进一步地，所述固定架包括支撑件和与其连接的固定件，所述固定件上可设有多个工件，所述多个工件沿所述固定件的竖直方向均匀设置。

进一步地，所述固定件与所述固定件成转动连接，从而通过固定件的转动，可使工件在镀膜过程中转动，使镀膜的涂层更为均匀。

进一步地，所述固定架设在所述腔体的中间。

本实用新型的有益效果在于：通过在蒸发源和固定架之间安装匀化板，均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成大于0°，小于90°的夹角范围内转动，部分遮住蒸发源；0°时将蒸发源半边完全遮挡，90°时蒸发源完全不受遮挡，通过调整均化板与蒸发源平面的合适夹角，在大于0°，小于90°的范围内，可以实现工件在垂直方向的涂层厚度一致性，调节效果明显。均化板的特点还在于只遮挡蒸发速率快的部分，实现蒸发源沿竖直方向蒸发速率一致。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型实施例的膜厚均匀化的镀膜装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的膜厚均匀化的镀膜装置中的蒸发源的截面为矩形时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的膜厚均匀化的镀膜装置中的蒸发源的截面为圆形时的结构示意图；

图4为本实用新型实施例1中的圆柱件镀膜后的均匀度测试图；

图5为本实用新型实施例2中的圆柱件镀膜后的均匀度测试图；

图6为本实用新型实施例3中的圆柱件镀膜后的均匀度测试图；

图7为本实用新型实施例4中的圆柱件镀膜后的均匀度测试图；

其中：

1.腔体，2.固定架，201.支撑件，202.固定件，3.工件，4′.圆柱形或长方体蒸发源，4″.表面为圆形的蒸发源，5.转轴，6.均化板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至3所示，本实用新型实施例的膜厚均匀化的镀膜装置，包括腔体1，腔体1内设有固定架2，固定架2用于固定工件3，腔体1的侧壁还设有蒸发源，蒸发源和固定架2之间还设有均化板6，均化板6通过转轴5与腔体1成转动连接，均化板6沿转轴5与蒸发源的表面所在平面成大于0°，小于90°的夹角范围内转动，从而部分遮住蒸发源。具体实施时，固定架2设在腔体1的中间，可通过在腔体1的侧壁打孔，将蒸发源安装在腔体1的侧壁上。

在上述实施例中，均化板6沿转轴5与蒸发源表面成30～70°的夹角范围内转动，在该角度范围内可以最好地实现工件3在垂直方向的涂层厚度的一致性。

在上述实施例中，均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成30～45°的夹角范围内转动。

在上述实施例中，蒸发源的截面为方形或圆形，均化板6的结构与蒸发源的结构相对应，从而可以实现最好地遮挡效果。

在上述实施例中，当蒸发源的截面为方形时，均化6板通过其两端与转轴5成转动连接。具体实施时，当截面为方形时，蒸发源可为圆柱形或长方体蒸发源4′。

在上述实施例中，当蒸发源的截面为圆形时，均化板6通过其中间与转轴5成转动连接。具体实施时，蒸发源可为表面为圆形的蒸发源4″。

在上述实施例中，固定架2包括支撑件201和与其连接的固定件202，固定件202上设有多个工件3，多个工件3沿固定件202的竖直方向均匀设置。

在上述实施例中，支撑件201与固定件202成转动连接，通过固定件202的转动使工件3在镀膜过程中转动，可以使镀膜的涂层更为均匀。

实施例1蒸发源的截面为矩形的镀膜装置镀膜

在垂直方向100-750mm高度范围，均布6个厚度取样点，膜层厚度采用截面法利用电子扫面显微镜测量获得(参考文献：《人工晶体学报2015》PVD-TiAlN和PVD-TiAlSiN涂层氮化硅刀具的切削性能研究/《新材料产业2013》金属镀层测量之SEM法)。为保证数据可靠性，整个镀膜区域只布置一个工位，取样件为直径120mm，高度700mm的圆柱件，镀膜过程中圆柱件绕腔体中心转动并自身绕自己的轴转动。

本发明涂层在密封的真空腔体中进行，过程如下：

1.厚度取样件超声波清洁处理

2.真空干燥

3.按设定高度装夹到圆柱件表面上，并推入腔体中

4.腔体密封，并抽真空

5.真空压力达到5.0*10^-3pa时，加热烘烤到200℃

6.真空压力达到1.0*10^-3pa以下时，开始镀膜，本发明以TiN膜层

7.涂层目标厚度控制在3-5um

8.关键点在于，均化板与蒸发源的表面所在平面的角度为30°，矩形靶尺寸是700*150；均化板的尺寸是700*75，两端R角75半径。

对镀膜后的厚度取样件测定厚度，做厚度与高度关系的曲线，结果如图4所示，从图中可以看出该镀膜后的圆柱件的均匀度偏差为4.99％，在涂层偏差允许的范围内。这里均匀度的计算方法是(Lmax-Lmin)/Lave/2*100％，Lmax最大厚度，Lmin最小厚度，Lave平均厚度。

实施例2蒸发源的截面为圆形的镀膜装置镀膜

在100-750mm高度范围，均布6个厚度取样点，膜层厚度采用截面法利用电子扫面显微镜测量获得：为保证数据可靠性，整个镀膜区域只布置一个工位，取样件为直径120mm，高度700mm的圆柱件，镀膜过程中圆柱件绕腔体中心转动并自身绕自己的轴转动。

本发明涂层在密封的真空腔体中进行，过程如下：

1.厚度取样件波清洁处理

2.真空干燥

3.装夹到固定架上，并推入腔体中

4.腔体密封，并抽真空

5.真空压力达到5.0*10-3pa时，加热烘烤到200℃

6.真空压力达到1.0*10-3pa以下时，开始镀膜，本发明以TiN膜层

7.涂层目标厚度控制在3-5um

8.关键点在于，均化板与蒸发源的表面所在平面的角度为45°，圆弧靶尺寸是直径160mm；均化板的尺寸是半径80mm的半圆。

对镀膜后的厚度取样件测定厚度，结果如图5所示，从图中可以看出该镀膜后的圆柱件的均匀度偏差为3.59％，在涂层偏差允许的范围内。

实施例3

具体制备方法如实施例1，不同的为均化板与蒸发源的表面所在平面的夹角为90°，结果如图6所示，从图中可以看出该镀膜后的圆柱件的均匀度偏差为30.6％，由于90°时，蒸发源完全不被遮挡，镀膜后的圆柱件涂层的厚度偏差较大。

实施例4

具体制备方法如实施例1，不同的为均化板与蒸发源的表面所在平面的夹角为0°，结果如图7所示，从图中可以看出该镀膜后的圆柱件的均匀度偏差为21.3％，0°时，蒸发源被完全遮挡，镀膜后的圆柱件涂层的厚度偏差也大。

综上，本实用新型的有益效果在于：通过在蒸发源和固定架之间安装匀化板，均化板沿转轴与蒸发源的平面成大于0°，小于90°的夹角范围内转动，部分遮住蒸发源，0°时将蒸发源半边完全遮挡，90°时蒸发源完全不受遮挡，通过调整均化板与蒸发源的表面成的合适的夹角，大于0°，小于90°的夹角范围内转动，可以实现工件在垂直方向的涂层厚度一致性，调节效果明显。均化板的特点还在于只遮挡蒸发速率快的部分，实现蒸发源沿竖直方向蒸发速率一致。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种膜厚均匀化的镀膜装置，包括腔体，其特征在于，所述腔体内设有固定架，所述固定架用于固定工件，所述腔体的侧壁还设有蒸发源，所述蒸发源和固定架之间还设有均化板，所述均化板通过转轴与所述腔体成转动连接，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成大于0°，小于90°的夹角范围内转动，从而部分遮住所述蒸发源。

2.根据权利要求1所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成30～70°的夹角范围内转动。

3.根据权利要求2所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，所述均化板沿转轴与蒸发源的表面所在平面成30～45°的夹角范围内转动。

4.根据权利要求1所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，所述蒸发源的截面为方形或圆形，所述均化板的结构与所述蒸发源的结构相对应。

5.根据权利要求4所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，当所述蒸发源的截面为方形时，所述均化板通过其两端与所述转轴成转动连接。

6.根据权利要求4所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，当所述蒸发源的截面为圆形时，所述均化板通过其中间边缘与所述转轴成转动连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，所述固定架包括支撑件和与其连接的固定件，所述固定件上设有多个工件，所述多个工件沿所述固定件的竖直方向均匀设置。

8.根据权利要求7所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，所述固定件与所述支撑件成转动连接。

9.根据权利要求8所述的膜厚均匀化的镀膜装置，其特征在于，所述固定架设在所述腔体的中间。