CN214142510U - 带有扫描线圈的离子镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带有扫描线圈的离子镀膜装置，用于对工件镀膜，包括：离子源，被配置为释放用于所述工件镀膜的等离子体；和扫描线圈，包括同轴设置的第一线圈和第二线圈；控制器，与所述第一线圈和所述第二线圈信号连接，被配置为通过控制所述第一线圈和第二线圈的通电情况以使所述扫描线圈产生不同状态的磁场以控制所述等离子体的运动方向，以控制所述等离子体在所述工件上的沉积区域。利用该装置对工件进行镀膜有助于使薄膜的厚度更加均匀。

Description

带有扫描线圈的离子镀膜装置

技术领域

本实用新型涉及离子镀膜技术领域，特别涉及一种带有扫描线圈的离子镀膜装置。

背景技术

离子镀是通过利用电弧、激光、微波等形式施加能量，使靶材蒸发并发生电离，沉积在工件上形成一定厚度薄膜的技术。例如在装饰镀行业以及刀具薄膜等机械加工行业常采用电弧离子镀(如在中国专利申请公布号为CN111893440中介绍的电弧离子镀膜装置)，电弧离子镀采用真空镀膜，基于冷阴极电弧放电原理，在电弧源的阴极靶表面局部起弧，使阴极靶微区熔化并离化，释放等离子体，所释放的等离子体轰击基体表面并生长成膜。由于具有结构简单，阴极靶离化率高，绕射性能好，制备膜层致密度高等多方面的优点。然而在实际应用时，靶材表面产生的等离子体的运动方向难以控制，被涂覆工件表面薄膜的厚度常常不够均匀，难以适应一些对均匀性要求较高的领域，如精密机械零部件、硬盘读写盘片、加工PCB板等领域。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种带有扫描线圈的离子镀膜装置，利用该装置对工件进行镀膜有助于使薄膜的厚度更加均匀。

本实用新型公开一种带有扫描线圈的离子镀膜装置，用于对工件镀膜，包括：

离子源，被配置为释放用于所述工件镀膜的等离子体；和

扫描线圈，包括同轴设置的第一线圈和第二线圈；

控制器，与所述第一线圈和所述第二线圈信号连接，被配置为通过控制所述第一线圈和第二线圈的通电情况以使所述扫描线圈产生不同状态的磁场以控制所述等离子体的运动方向，以控制所述等离子体在所述工件上的沉积区域。

在一些实施例中，所述控制器和所述扫描线圈被配置为使所述扫描线圈具有：

第一状态，在所述第一状态，过所述扫描线圈的轴线的中心平面的第一侧的磁场强度大于与所述第一侧相对的所述中心平面的第二侧的磁场强度；

第二状态，在所述第二状态，所述第二侧的磁场强度大于所述第一侧的磁场强度；和

第三状态，在所述扫描线圈的第三状态，所述第二侧的磁场强度等于所述第一侧的磁场强度。

在一些实施例中，所述第一线圈和所述第二线圈交替螺旋缠绕，所述第一线圈在所述第一侧的线圈匝数大于其位于所述第二侧的线圈匝数，所述第二线圈在所述第一侧的线圈匝数小于其位于所述第二侧的线圈匝数，所述第一线圈和所述第二线圈在所述第一侧的线圈匝数之和等于所述第一线圈和所述第二线圈在所述第二侧的线圈匝数之和。

在一些实施例中，所述第一线圈包括位于所述第一侧的两匝线圈和位于所述第二侧的一匝线圈，所述第二线圈包括位于所述第一侧的一匝线圈和位于所述第二侧的两匝线圈。

在一些实施例中，所述控制器被配置为:

在所述扫描线圈的第一状态，控制所述第一线圈通入电流，所述第二线圈不通入电流或通入小于所述第一线圈的电流；

在所述扫描线圈的第二状态，所述第二线圈通入电流，所述第一线圈不通入电流或通入小于所述第二线圈的电流；

在所述扫描线圈的第三状态，所述第一线圈和所述第二线圈均通入同等大小的电流。

在一些实施例中，所述离子源包括：

真空室；

阴极靶，位于所述真空室内，用于释放往所述工件上镀膜的等离子体；

引弧极，位于所述真空室内，位于所述阴极靶周围，与所述阴极靶之间具有第一电场；

点火器，位于所述真空室内，用于点火产生运动至所述阴极靶与所述引弧极之间的等离子体；

阳极，位于所述真空室内，设置于所述扫描线圈与所述阴极靶之间，所述阳极内设有允许所述阴极靶所释放的等离子体通过的通道，所述阳极与所述阴极靶之间具有第二电场。

在一些实施例中，所述阳极为具有矩形通道的矩形阳极，所述阴极靶具有矩形表面，所述矩形通道与所述阴极靶的矩形表面相对。

在一些实施例中，所述点火器包括第一环形石墨电极、第二环形石墨电极和位于所述第一环形石墨电极、第二环形石墨电极之间的陶瓷环，所述陶瓷环的内圈上设有石墨，所述引弧极为第三环形石墨电极，所述第一环形石墨电极、所述陶瓷环的内圈、所述第二环形石墨电极和所述第三环形石墨电极同轴，所述阴极靶为石墨阴极，所述阴极靶位于所述第三环形石墨电极的内圈中。

在一些实施例中，所述离子源还包括与所述点火器、所述阳极、所述引弧极和所述阴极靶连接的电源装置，所述电源装置用于为所述点火器提供电压点火、为所述引弧极与所述阴极靶之间形成第一电场和为所述阴极靶与所述阳极之间形成第二电场。

在一些实施例中，所述电源装置包括电源和两端与所述电源连接的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器的正极和负极分别与所述引弧极和所述阴极靶连接，所述第二电容器的正极和负极分别与所述阳极和所述阴极靶连接。

基于本实用新型提供的带有扫描线圈的离子镀膜装置，通过设置包括同轴设置的第一线圈和第二线圈的扫描线圈，和通过控制器控制第一线圈和第二线圈的通电情况，可以使扫描线圈产生不同状态的磁场，从而利用不同状态的磁场可以控制等离子体的运动方向，从而可以控制等离子体在工件上的沉积区域，使工件的镀膜更加均匀。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的带有扫描线圈的离子镀膜装置的结构示意图；

图2为图1所示的扫描线圈的结构示意图；

图3为图2所示的扫描线圈的第一线圈和第二线圈结构示意图；

图4为另一实施例的阳极和阴极靶的结构示意图；

图5为又一实施例的阳极和阴极靶的结构示意图；

图6为图1所示的点火器的部分结构的爆炸图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1至图3所示，本实施例的带有扫描线圈的离子镀膜装置用于对工件11镀膜，带有扫描线圈的离子镀膜装置包括离子源、扫描线圈2和控制器9。

离子源被配置为释放用于工件11镀膜的等离子体，例如，离子源可以为通过电弧、激光、微波等形式来对阴极靶施加能量以使阴极靶释放等离子体的装置。

如图2所示，扫描线圈2包括同轴设置的第一线圈16和第二线圈17；

控制器9与第一线圈16和第二线圈17信号连接，控制器9被配置为通过控制第一线圈16和第二线圈17的通电情况以使扫描线圈2产生不同状态的磁场以控制等离子体的运动方向，以控制等离子体在工件11上的沉积区域。第一线圈16和第二线圈17的通电情况的不同，扫描线圈会产生不同的磁场，不同的磁场会对离子源产生的等离子体的运动有不同的作用，从而通过控制产生不同的磁场，可以控制等离子体在往工件11上镀膜时的运动。

本实施例的带有扫描线圈2的离子镀膜装置，通过设置包括同轴设置的第一线圈16和第二线圈17的扫描线圈2，和通过控制器9控制第一线圈16和第二线圈17的通电情况，可以使扫描线圈2产生不同状态的磁场，利用不同状态的磁场可以控制等离子体的运动方向，从而可以控制等离子体在工件11上的沉积区域，使工件11的镀膜可以更加均匀。

在一些实施例中，控制器9和扫描线圈2被配置为使扫描线圈2具有第一状态、第二状态和第三状态。在第一状态，过扫描线圈2的轴线的中心平面的第一侧的磁场强度大于与第一侧相对的中心平面的第二侧的磁场强度；在第二状态，第二侧的磁场强度大于第一侧的磁场强度；在扫描线圈2的第三状态，第二侧的磁场强度等于第一侧的磁场强度。等离子体从扫描线圈2的圈内经过时，会顺着扫描线圈2的磁感线的方向移动，扫描线圈2的哪一侧的磁场强度更强，等离子体会往扫描线圈2的那一侧偏转。

在如图1所示的实施例中，离子源沿扫描线圈2的中部释放等离子体，在第一状态，中心平面的第一侧的磁场强度大，等离子体会往中心平面的第一侧偏转，如图所示，此时等离子体整体会沿b线方向偏转，等离子体在工件11上的镀膜时的沉积区域会在工件11的下方。在第二状态，中心平面的第二侧的磁场强度大，等离子体会往中心平面的第二侧偏转，如图所示，此时等离子体整体会沿a线方向偏转，等离子体在工件11上的镀膜时的沉积区域会在工件11的上方。在第三状态，中心平面的第一侧和第二侧的磁场强度相同，等离子体会在磁场作用下往线圈的中部运动，如图所示，此时等离子体整体会沿c线方向移动，等离子体在工件11上的镀膜时的沉积区域会在工件11的中部。即本实施例通过控制扫描线圈2的状态，即可以控制等离子体在工件11上的沉积区域，从而调节工件11上的镀膜的均匀性。

在一些实施例中，如图2所示，第一线圈16和第二线圈17交替螺旋缠绕，第一线圈16在第一侧的线圈匝数大于其位于第二侧的线圈匝数，第二线圈17在第一侧的线圈匝数小于其位于第二侧的线圈匝数，第一线圈16和第二线圈17在第一侧的线圈匝数之和等于第一线圈16和第二线圈17在第二侧的线圈匝数之和。当只在第一线圈16内通入电流时，扫描线圈2即可切换到第一状态，当只在第二线圈17内通入电流时，扫描线圈2即可切换到第二状态，当在第一线圈16和第二线圈17内同时通入大小相同的电流时，扫描线圈2即可切换到第三状态。本实施例可以简单方便地实现扫描线圈2的状态的切换。

在如图2和图3所示的实施例中，第一线圈16包括位于第一侧的两匝线圈和位于第二侧的一匝线圈，第二线圈17包括位于第一侧的一匝线圈和位于第二侧的两匝线圈。当第一线圈16为其他结构时，例如第一线圈16位于第一侧为三匝线圈，位于第二侧位两匝线圈，则只在第一线圈16通入电流以使扫描线圈2切换到第一状态时，扫描线圈2的第一侧的磁场强度与第二侧的磁场强度之比，小于第一线圈16包括位于第一侧的两匝线圈和位于第二侧的一匝线圈时扫描线圈2的第一侧的磁场强度与第二侧的磁场强度之比，即本实施例在扫描线圈2位于第一状态和第二状态时，能够对等离子体取得更好的偏转效果。

在如图2和图3所示的实施例中，第一线圈16和第二线圈17包括电流输入端口19和电流输出端口18，控制器9被配置为:在扫描线圈2的第一状态，从第一线圈16的电流输入端口19通入电流，第二线圈17的电流输入端口19不通入电流或通入小于第一线圈16的电流；

在扫描线圈2的第二状态，从第二线圈17的电流输入端口19通入电流，第一线圈16的电流输入端口19不通入电流或通入小于第二线圈17的电流；

在扫描线圈2的第三状态，第一线圈16的电流输入端口19和第二线圈17的电流输入端口19均通入同等大小的电流。

在一些实施例中，如图1所示，离子源包括真空室1、阴极靶6、引弧极5、点火器4和阳极3。阴极靶6位于真空室1内，阴极靶6用于释放往工件11上镀膜的等离子体；引弧极5位于真空室1内，引弧极5位于阴极靶6周围，引弧极5与阴极靶6之间具有第一电场；点火器4位于真空室1内，点火器4用于点火产生运动至阴极靶6与引弧极5之间的等离子体；阳极3位于真空室1内，阳极3设置于扫描线圈2与阴极靶6之间，阳极3内设有允许阴极靶6所释放的等离子体通过的通道，阳极3与阴极靶6之间具有第二电场。在离子源生成用于对工件11进行镀膜的等离子体时，首先利用点火器4点火生成少量的等离子体，少量的等离子体运动至阴极靶6与引弧极5之间，在第一电场内引发阴极靶6与引弧极5之间放电，阴极靶6与引弧极5之间放电生成的电弧会引发阴极靶6释放一定量的等离子体，阴极靶6释放一定量等离子体后，该等离子体运动至阳极3与阴极靶6之间，使阳极3与阴极靶6之间放电，放电产生的电弧使阴极靶6上进一步生成等离子体，最终阴极靶6生成大量等离子体用于对工件11进行镀膜。本实施例只需要点火器点火产生少量等离子体，即可有效引发产生大量等离子体进行镀膜，控制简单、安全、高效。

在一些实施例中，如图5所示，阳极3为具有矩形通道的矩形阳极，阴极靶6具有矩形表面，矩形通道与阴极靶6的矩形表面相对。或者如图4所示，阳极3为具有圆形通道的圆形阳极，阴极靶6具有圆形表面，圆形通道与阴极靶6的圆形表面相对。

在一些实施例中，如图1和图6所示，点火器4包括第一环形石墨电极12、第二环形石墨电极14和位于第一环形石墨电极12、第二环形石墨电极14之间的陶瓷环13，陶瓷环13的内圈上设有石墨，引弧极5为第三环形石墨电极，第一环形石墨电极12、陶瓷环13的内圈、第二环形石墨电极14和第三环形石墨电极同轴，阴极靶6为石墨阴极，阴极靶6位于第三环形石墨电极的内圈中。陶瓷环13的设置可以增强第一环形石墨电极12、第二环形石墨电极14之间的介电常数，便于在点火器4通入电压时，第一环形石墨电极12、第二环形石墨电极14之间放电。本实施例点火器4的等离子体便于产生，各元件同轴设置便于点火器4产生的等离子体往引弧极5方向移动，点火器4的第一环形石墨电极12、第二环形石墨电极14、引弧极5和阴极靶6均为石墨材料，从而产生的等离子体的种类相同，可以用于对工件进行ta-c镀膜(四面体非晶金刚石碳膜)，使得工件表面形成得膜得纯度较高，提高镀膜效果。

在一些实施例中，阴极靶的材料为硅或者氧化物。

在一些实施例中，离子源还包括与点火器4、阳极3、引弧极5和阴极靶6连接的电源装置，电源装置用于为点火器4提供电压点火、为引弧极5与阴极靶6之间提供直流电压以形成第一电场，为阴极靶6与阳极3之间提供直流电压形成第二电场。电源装置为点火器4提供脉冲电压进行点火。

在一些实施例中，电源装置包括电源7和两端与电源7连接的第一电容器8和第二电容器10，第一电容器8的正极和负极分别与引弧极5和阴极靶6连接，第二电容器10的正极和负极分别与阳极3和阴极靶6连接。第一电容器8的容量为150μf，第二电容器10的容量为2000μf。

在一些实施例中，电源7为点火器4输入脉冲电压，用于给点火器4供电点火，脉冲电压幅值为500-800V，脉宽为50ms，频率为1～35Hz；电源7为第一电容器8提供直流电压，用于给第一电容器8充电，直流电压幅值为300-600V。电源7为第二电容器10提供直流电压，用于给电容器10充电，直流电压幅值为200-350V，三路电压的时序相同。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种带有扫描线圈的离子镀膜装置，用于对工件(11)镀膜，其特征在于，包括：

离子源，被配置为释放用于所述工件(11)镀膜的等离子体；和

扫描线圈(2)，包括同轴设置的第一线圈(16)和第二线圈(17)；

控制器(9)，与所述第一线圈(16)和所述第二线圈(17)信号连接，被配置为通过控制所述第一线圈(16)和第二线圈(17)的通电情况以使所述扫描线圈(2)产生不同状态的磁场以控制所述等离子体的运动方向，以控制所述等离子体在所述工件(11)上的沉积区域。

2.如权利要求1所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述控制器(9)和所述扫描线圈(2)被配置为使所述扫描线圈(2)具有：

第一状态，在所述第一状态，过所述扫描线圈(2)的轴线的中心平面的第一侧的磁场强度大于与所述第一侧相对的所述中心平面的第二侧的磁场强度；

第二状态，在所述第二状态，所述第二侧的磁场强度大于所述第一侧的磁场强度；和

第三状态，在所述扫描线圈(2)的第三状态，所述第二侧的磁场强度等于所述第一侧的磁场强度。

3.如权利要求1或2所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述第一线圈(16)和所述第二线圈(17)交替螺旋缠绕，所述第一线圈(16)在所述第一侧的线圈匝数大于其位于所述第二侧的线圈匝数，所述第二线圈(17)在所述第一侧的线圈匝数小于其位于所述第二侧的线圈匝数，所述第一线圈(16)和所述第二线圈(17)在所述第一侧的线圈匝数之和等于所述第一线圈(16)和所述第二线圈(17)在所述第二侧的线圈匝数之和。

4.如权利要求3所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述第一线圈(16)包括位于所述第一侧的两匝线圈和位于所述第二侧的一匝线圈，所述第二线圈(17)包括位于所述第一侧的一匝线圈和位于所述第二侧的两匝线圈。

5.如权利要求2所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述控制器(9)被配置为:

在所述扫描线圈(2)的第一状态，控制所述第一线圈(16)通入电流，所述第二线圈(17)不通入电流或通入小于所述第一线圈(16)的电流；

在所述扫描线圈(2)的第二状态，所述第二线圈(17)通入电流，所述第一线圈(16)不通入电流或通入小于所述第二线圈(17)的电流；

在所述扫描线圈(2)的第三状态，所述第一线圈(16)和所述第二线圈(17)均通入同等大小的电流。

6.如权利要求1所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述离子源包括：

真空室(1)；

阴极靶(6)，位于所述真空室(1)内，用于释放往所述工件(11)上镀膜的等离子体；

引弧极(5)，位于所述真空室(1)内，位于所述阴极靶(6)周围，与所述阴极靶(6)之间具有第一电场；

点火器(4)，位于所述真空室(1)内，用于点火产生运动至所述阴极靶(6)与所述引弧极(5)之间的等离子体；

阳极(3)，位于所述真空室(1)内，设置于所述扫描线圈(2)与所述阴极靶(6)之间，所述阳极(3)内设有允许所述阴极靶(6)所释放的等离子体通过的通道，所述阳极(3)与所述阴极靶(6)之间具有第二电场。

7.如权利要求6所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述阳极(3)为具有矩形通道的矩形阳极，所述阴极靶(6)具有矩形表面，所述矩形通道与所述阴极靶的矩形表面相对。

8.如权利要求6所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述点火器(4)包括第一环形石墨电极(12)、第二环形石墨电极(14)和位于所述第一环形石墨电极(12)、第二环形石墨电极(14)之间的陶瓷环(13)，所述陶瓷环(13)的内圈上设有石墨，所述引弧极(5)为第三环形石墨电极，所述第一环形石墨电极(12)、所述陶瓷环(13)的内圈、所述第二环形石墨电极(14)和所述第三环形石墨电极同轴，所述阴极靶(6)为石墨阴极，所述阴极靶(6)位于所述第三环形石墨电极的内圈中。

9.如权利要求6所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述离子源还包括与所述点火器(4)、所述阳极(3)、所述引弧极(5)和所述阴极靶(6)连接的电源装置，所述电源装置用于为所述点火器(4)提供电压点火、为所述引弧极(5)与所述阴极靶(6)之间形成第一电场和为所述阴极靶(6)与所述阳极(3)之间形成第二电场。

10.如权利要求9所述的带有扫描线圈的离子镀膜装置，其特征在于，所述电源装置包括电源(7)和两端与所述电源(7)连接的第一电容器(8)和第二电容器(10)，所述第一电容器(8)的正极和负极分别与所述引弧极(5)和所述阴极靶(6)连接，所述第二电容器(10)的正极和负极分别与所述阳极(3)和所述阴极靶(6)连接。

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