CN213507172U - 内置式结构紧凑型旋转阴极装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及薄膜制备技术领域，尤其是一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，包括阴极壳体、靶管、旋转驱动装置、冷却液管路、导电电刷及外部电源装置，其中靶管设置在阴极壳体内并通过单滚动轴承与旋转驱动装置构成传动连接以使靶管在旋转驱动装置的驱动下旋转，导电电刷与旋转驱动装置相连并与外部电源装置相导通，冷却液管路用于对靶管进行冷却。本实用新型的优点是：1)单滚动轴承和动静环的密封结构配合使用极大的压缩了阴极端部的尺寸空间，提高了基片成膜的均匀区；2)尾部取消了固定或支撑结构可以增加基片成膜的均匀区；3)可以在有限的空间内，在不减小平面阴极装置基片均匀区的情况下可以实现装置的升级。

Description

内置式结构紧凑型旋转阴极装置

技术领域

本实用新型涉及薄膜制备技术领域，尤其是一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置。

背景技术

提高基片成膜的均匀区长度一直是薄膜生产过程的追求目标，这就要求在真空腔体高度或长度确定的情况下，尽可能的压缩阴极端部和尾部固定或支撑结构的“无效”空间，把腔体内的空间留给靶管的溅射区域。

市场上流行的磁控溅射装置，主要有旋转磁控溅射装置和平面磁控溅射装置。对于传统的旋转磁控溅射装置，由于真空生产工艺对漏率的要求，为了保证旋转的稳定性，往往在阴极端内部结构采用双轴承结构，这种导致阴极端部结构占用空间较大，并配置了尾部固定或支撑结构，占用了真空腔体内部的“有效”镀膜区域，相同的腔体高度或长度，镀膜均匀区相对较短。而对于平面磁控溅射装置，因为其没有旋转机构，在相同的高度或长度的真空腔体内，靶材有效的镀膜区域相对较长。平面阴极因为存在靶材利用率问题，在使用者升级平面阴极到旋转阴极的时候，往往有端部空间受限的影响，这样只能通过牺牲基片成膜的均匀区来实现。

实用新型内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，采用单滚动轴承，动静环密封结构及分体式电刷阵列导电的结构，主要用来解决旋转磁控溅射装置阴极端和尾部固定端占用空间大，造成基片成膜均匀区短；平面阴极升级改造牺牲基片成膜均匀区的问题。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：包括阴极壳体、靶管、旋转驱动装置、冷却液管路、导电电刷及外部电源装置，其中所述靶管设置在所述阴极壳体内并通过单滚动轴承与所述旋转驱动装置构成传动连接以使所述靶管在所述旋转驱动装置的驱动下旋转，所述导电电刷与所述旋转驱动装置相连并与所述外部电源装置相导通，所述冷却液管路用于对所述靶管进行冷却。

所述旋转驱动装置包括伺服电机、传动机构、芯轴传动机构，所述伺服电机通过所述传动机构与所述芯轴传动机构构成传动配合，所述芯轴传动机构与一靶管连接法兰相固定，所述靶管连接法兰与所述靶管相连接固定，使所述靶管在所述伺服电机的驱动下旋转。

所述靶管设置有磁棒固定座，所述磁棒固定座的一端与所述阴极壳体相固定，另一端支撑所述靶管内的磁棒，所述磁棒与所述磁棒固定座之间构成限位约束，使所述靶管在所述旋转驱动装置的驱动下旋转时处于静止状态。

所述冷却液管路包括冷却液管接头、冷却液进液通道、冷却液回流通道，其中所述冷却液管接头分别设置在所述阴极壳体的冷却液进口及冷却液出口位置，所述冷却液进口连通所述冷却液进液通道，所述冷却液进液通道通过磁棒及所述靶管连通所述冷却液回流通道。

在所述冷却液进液通道及所述冷却液回流通道于所述靶管的进出位置设置有用于密封的动静环。

所述外部电源装置包括外部导电块、内部导电板和绝缘底座，所述外部导电块和所述内部导电板相导通，所述内部导电板通过所述阴极壳体与所述导电电刷相导通，所述导电电刷为分体式碳刷，所述分体式碳刷通过芯轴传动机构时所述靶管带电。

所述分体式碳刷通过碳刷弹簧压紧于所述芯轴传动机构上。

所述导电电刷与用于实现冷却液密封的动静环处于同一高度。

本实用新型的优点是：1)单滚动轴承和动静环的密封结构配合使用极大的压缩了阴极端部的尺寸空间，提高了基片成膜的均匀区；2)尾部取消了固定或支撑结构可以增加基片成膜的均匀区；3)可以在有限的空间内，在不减小平面阴极装置基片均匀区的情况下可以实现装置的升级。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1所示，图中1-22标记分别表示为：阴极安装法兰1、阴极壳体2、靶管3、磁棒4、传动机构5、伺服电机6、芯轴传动机构7、滚动轴承8、分体式碳刷9、动静环10、外部导电块11、内部导电板12、绝缘底座13、真空密封环14、阴极护罩15、碳刷弹簧16、进出冷却液管接头17、磁棒固定座18、冷却液进液通道19、冷却液回液通道20、靶管连接法兰21、靶管索环22。

实施例：如图1所示，本实施例中的内置式结构紧凑型旋转阴极装置应用于磁控溅射镀膜工艺中，主要用来解决旋转磁控溅射装置阴极端和尾部固定端占用空间大，造成基片成膜均匀区短；平面阴极升级改造牺牲基片成膜均匀区的问题。

如图1所示，本实施例中的内置式结构紧凑型旋转阴极装置包括阴极壳体2、靶管3、旋转驱动装置、冷却液管路、分体式碳刷9及外部电源装置，其中靶管3设置在阴极壳体2内并通过单滚动轴承8与旋转驱动装置构成传动连接以使靶管3在旋转驱动装置的驱动下旋转，作为导电电刷的分体式碳刷9与旋转驱动装置相连并与外部电源装置相导通，冷却液管路则用于对靶管3进行冷却，保证其避免因工作时产生热量而导致破坏。

具体地，如图1所示，旋转驱动装置主要包括伺服电机6、传动机构5、芯轴传动机构7，其中伺服电机6通过传动机构5把旋转动力传递给芯轴传动机构7。在中间过程起到传动作用的传动机构5可以使多级齿轮传递动能，也可以使用同步带传递动能。芯轴传动机构7通过螺钉与靶管连接法兰21固定在一起，靶管连接法兰21通过靶管锁环22与靶管3通过机械的方式卡锁在一起。通过外部伺服电机6的旋转带动真空腔体内靶管3的旋转。在芯轴传动机构7的外围设置有单个的滚动轴承8，通过单滚动轴承来保持实现靶管3及芯轴的平稳转动，同时减小阴极装置端部结构所占空间。在靶管连接法兰21的外围设置有用于实现密封的真空密封环14。

磁棒固定座18通过螺钉、焊接或者机加工的方式固定在阴极壳体2内部。磁棒4放置在磁棒固定座18上部并由其支撑，两者之间通过键槽或者卡销的方式相连接，使磁棒4不跟随外部靶管3旋转。靶管2在伺服电机6的驱动下相对磁棒4旋转运动，磁棒4相对阴极壳体2处于静止状态。

冷却液管路的冷却液通过进出冷却液管接头17进入壳体内部，壳体内部有冷却液通道，即冷却液管接头17设置在阴极壳体2的冷却水进、出口位置，外接的冷却水通过冷却水进口的位置进入真空腔体内，再其冷却液通道后，从布置在冷却水出口位置的冷却液管接头17处流出。冷却液通道是指，冷却液通过磁棒固定座18内部管路冷却液进液通道19进入磁棒4，到达靶管3顶部后回流，回流的冷却液经过冷却液回液通道20进入阴极壳体2内部管道，经过进出冷却液管接头17流出装置，从而实现在靶管3内表面的热交换，带走放电产生的大部分热量。在冷却液进液通道19及冷却液回流通道20于靶管3的进出位置设置有用于密封的动静环10，该动静环10上部与旋转运动装置相接，下部通过连接壳体固定装置与阴极壳体2相固定，并实现了冷却液的密封。

外部电源装置通过外部导电块11把电流导入到内部导电板12，内部导电板12通过绝缘底座13把整个阴极结构固定到阴极安装法兰1上。电流导入到内部导电板12后，电流经过阴极壳体2底座后经分体式碳刷9传动到芯轴传动机构7，从而使靶管3带电。分体式碳刷9由碳刷弹簧16紧紧的压在传动到芯轴传动机构7，使整个系统的电阻基本保持不变，实现电流的稳定传输。

本实施例在具体实施时：阴极壳体2通过阴极安装法兰1实现其整体安装。在阴极壳体2的外围设置有阴极护罩15，阴极护罩15用于对阴极壳体2及其内部结构进行保护。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (8)

1.一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：包括阴极壳体、靶管、旋转驱动装置、冷却液管路、导电电刷及外部电源装置，其中所述靶管设置在所述阴极壳体内并通过单滚动轴承与所述旋转驱动装置构成传动连接以使所述靶管在所述旋转驱动装置的驱动下旋转，所述导电电刷与所述旋转驱动装置相连并与所述外部电源装置相导通，所述冷却液管路用于对所述靶管进行冷却。

2.根据权利要求1所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：所述旋转驱动装置包括伺服电机、传动机构、芯轴传动机构，所述伺服电机通过所述传动机构与所述芯轴传动机构构成传动配合，所述芯轴传动机构与一靶管连接法兰相固定，所述靶管连接法兰与所述靶管相连接固定，使所述靶管在所述伺服电机的驱动下旋转。

3.根据权利要求1所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：所述靶管设置有磁棒固定座，所述磁棒固定座的一端与所述阴极壳体相固定，另一端支撑所述靶管内的磁棒，所述磁棒与所述磁棒固定座之间构成限位约束，使所述靶管在所述旋转驱动装置的驱动下旋转时处于静止状态。

4.根据权利要求1所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：所述冷却液管路包括冷却液管接头、冷却液进液通道、冷却液回流通道，其中所述冷却液管接头分别设置在所述阴极壳体的冷却液进口及冷却液出口位置，所述冷却液进口连通所述冷却液进液通道，所述冷却液进液通道通过磁棒及所述靶管连通所述冷却液回流通道。

5.根据权利要求4所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：在所述冷却液进液通道及所述冷却液回流通道于所述靶管的进出位置设置有用于密封的动静环。

6.根据权利要求1所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：所述外部电源装置包括外部导电块、内部导电板和绝缘底座，所述外部导电块和所述内部导电板相导通，所述内部导电板通过所述阴极壳体与所述导电电刷相导通，所述导电电刷为分体式碳刷，所述分体式碳刷通过芯轴传动机构时所述靶管带电。

7.根据权利要求6所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：所述分体式碳刷通过碳刷弹簧压紧于所述芯轴传动机构上。

8.根据权利要求6所述的一种内置式结构紧凑型旋转阴极装置，其特征在于：所述导电电刷与用于实现冷却液密封的动静环处于同一高度。

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