CN215404484U - 一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，所述的手机中框(28)水平地上下叠放且相互之间留有间距地套在立式中框挂杆(31)上，所述的辅助阳极装置其特征是：由水平的环状的绝缘垫片和铜环(13)相互交错地上下叠放在一起，铜环的厚度与两片手机中框之间间距相同并正对该间距，各铜环接正电压；绝缘垫片的厚度与一片手机中框厚度相当并正对手机中框。本实用新型能够有效调控和提高手机中框弧面镀膜质量和膜厚均匀性。

Description

一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置

技术领域

本实用新型涉及一种真空镀膜用的阳极装置，具体言之，涉及一种用于提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置。

背景技术

手机，作为信息化高度发展的科技产物，已经成为人类生活中不可替代的一部分。在我们不断追求高性能手机的同时，也对其颜色等外观条件提出了更高的要求。手机中框颜色多采用PVD手段进行调制，但其弧面结构膜厚不均一直是镀膜行业的难题。磁控溅射技术因其低温沉积等特点备受关注，是中框镀膜的主流技术之一。针对手机中框弧面镀膜不均这一难题，曾有许多建议被提出，如优化阴极靶结构、调整转架工件位置等，然而对于一台已经投入生产的镀膜设备，其腔体结构基本定型，无论是其阴极靶，还是工件转架结构，均不愿意改动现有结构，宁愿增加外接装置来解决这些难题。有学者建议在真空室中加入辅助阳极装置以改善镀膜均匀性。因为在无辅助阳极装置时，镀膜过程中气体离化产生的电子最终会到达基体和腔体，一方面，在此过程中部分中性气体被电离，但此路径相对较短，电离效果不显着；另一方面，过量的电子在基体表面聚集，会影响膜层质量。因此建议加辅助阳极装置，并放置于转架另一侧，且施加相对较小的正电压，从而吸引电子到阳极集结，大大增加其行进路径，有效提高了气体离化率，等离子体浓度得到提高，沉积速率和均匀性提升。但传统辅助阳极要么是长条板型、要么是棒状、要么是小圆型，它们的局限性在于，对于立式挂杆上水平叠放的手机中框弧面膜厚均匀性无法调控。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种特别设计的辅助阳极装置，能够有效调控和提高手机中框弧面镀膜质量和膜厚均匀性。

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，所述的手机中框28 水平地上下叠放且相互之间留有间距地套在立式中框挂杆31上，所述的辅助阳极装置其特征是：由水平的环状的绝缘垫片和铜环13相互交错地上下叠放在一起，铜环13的厚度与两片手机中框之间间距相同并正对该间距，各铜环接正电压；绝缘垫片的厚度与一片手机中框厚度相当并正对手机中框。

所述的手机中框镀膜在一真空镀膜室内进行，手机中框28水平地上下叠放且相互之间留有间距地挂在若干立式中框挂杆29上，立式挂杆均布在一环状转盘27的顶面，辅助阳极装置30和阴极靶26分别固定竖立地设置在环状转盘27内外的真空镀膜室内(辅助阳极装置30从镀膜室顶板 22垂直下伸进入镀膜室腔体24内)。

优选地，所述的绝缘垫片和铜环13相互交错地套在一下端封闭的辅助阳极导电管14下部，辅助阳极导电管14的上端焊接有腰部带法兰凸肩环的管状电极接头2(当然，也可两者做成一体)，一进水管1从管状电极接头2的上端口插入并螺纹连接，进水管1的外径小于管状电极接头2以及辅助阳极导电管14的内径，两者之间留有空隙构成回水通道，管状电极接头2的上部侧面开有辅助阳极出水口17。管状电极接头2通过其法兰凸肩环上的开孔以连接件密封绝缘地固定在一水冷法兰顶面上，水冷法兰为具有水冷法兰进水口7和水冷法兰出水口19的、内腔可通水冷却的法兰，水冷法兰又通过连接件固定在真空镀膜室顶板的开孔上，辅助阳极导电管14下部穿过该开孔垂直伸入镀膜室内。

管状电极接头固定在一水冷法兰的顶面上的结构为：电极绝缘套9从辅助阳极导电管下端套入，至抵住管状电极接头2环肩下端面，用套有螺钉绝缘套3的内六角圆柱头螺钉4、穿过平垫圈5和电极绝缘套9，固连到水冷法兰8上，并通过O型圈10实现与水冷法兰的真空密封和绝缘。

水冷法兰包括一水冷法兰底座8，其上端面挖了一环形冷却水槽20，该凹槽上再焊封上水冷法兰盖板6，水冷法兰盖板6上开有水冷法兰进水口7和水冷法兰出水口19，水冷法兰通过水冷法兰固定螺钉21和密封圈密封固定在室顶板22上。

优选地，水冷法兰8上设有保护罩筒18，其顶上设有保护罩盖16将电极接头2及进水管1罩住，进水管1上端的辅助阳极进水口15穿出保护罩盖 16中间开孔。

所述的铜环侧面开有锁紧螺纹孔23用螺钉固定在辅助阳极导电管14 上。

所述的绝缘垫片包括垫片12和调节垫片11，如此方便调节厚度。

所述的管状电极接头2环肩上设有电极接线柱31，电源正极导线穿过保护罩盖16的缺口进入并连接电极接线柱31。

本实用新型针对立式挂杆上、水平地上下叠放且相互之间留有间距的手机中框弧面镀膜，把传统整条柱状的阳极棒优化为分段式阳极装置，即套入若干绝缘垫片和铜环串叠组件，将整支阳极棒顺次按绝缘垫片区与阳极区分隔串叠成为若干不连续的环状阳极。该阳极棒处于中框挂杆旁边。上述铜环为外弧面短管，厚度与两片手机中框之间间距相同，正对此间隔；绝缘垫片为环片，高度与一片手机中框厚度相当，正对中框。

如此，在阳极上施加相对较低的正电压，使溅射过程中产生的电子受该辅助阳极区的正电位吸引，向阳极运动，电子受不连续的弧面铜环阳极与中框的错位安排的阳极电位影响，电子飞行轨迹从靶面弯曲地通过上下两中框夹缝通道向各分段阳极区聚集，从靶面经过装挂工件中框区到分段阳极的电子密度分布是不均匀的，从靶区正对中框大侧面前空间电子密度逐渐减弱，较多的电子弯进两中框之间的空间，向对应阳极区聚集，加强了该空间电子浓度。这些电子飞行的过程中，增加了对中性粒子(包括Ar、靶材原子和反应气体)与其碰撞几率，提高了溅射靶至辅助阳极之间空间整体等离子体离化率和浓度。由于电子密度分布不均匀，故其产生等离子体也是不均匀的，在电子弯曲聚集进入两中框之间的空间对应产生增强等离子体更浓密，而靶前到中框大侧面区相对增加等离子体浓度较低，中框上下弧面区正好对应等离子体增强区，可获得更多沉积粒子，且沉积粒子入射角度更为有利，而中框大侧面获得垂直入射沉积粒子增加不多，从而降低了手机中框上下弧面与大侧面沉积膜厚的差异，提高沉积膜厚的均匀性。

进一步对本实用新型装置进行详述，本装置包括真空镀膜腔室以及辅助阳极相关组件。辅助阳极由水冷法兰、阳极棒、电源线、冷却水管、固定件及密封件组成。水冷法兰由螺丝固定于镀膜室室顶，其上开有圆孔，用于插入阳极棒，且法兰盘内有冷却水通道，用于冷却法兰本身以及阳极棒棒头和绝缘套。阳极棒由阳极棒电极头、阳极棒管、内冷却水管、电源接线、锁紧件及密封件等组成，阳极棒电极头、阳极棒管材质选用导电性良好的紫铜。在设计上，为防止尖端放电现象出现，阳极棒应为圆滑、无棱角的柱状结构。冷却水上进下出，对阳极棒进行冷却；整支阳极棒外壁顺次套入若干绝缘垫片和铜环串叠组件成为若干不连续的环状阳极。电源线阳极一端接在阳极棒上，阴极一端接在真空室室体外侧做接地处理。整个阳极棒由带绝缘套的螺丝固定在水冷法兰上，连接处用密封圈密封和绝缘垫实现密封绝缘。

有益效果：本实用新型对比现有手机中框镀膜用辅助阳极装置，有如下优点：

1)相比现有外接阳极装置，本实用新型在通过设计分段式辅助阳极装置，并通过错位式的方法有效地提高了腔体中气体离化率的基础上，主要控制着从靶穿过被镀工件中框到不连续阳极区的等离子体的浓度分布，令其在两中框夹缝通道区更加浓密，即相对削弱了靶垂直入射中框大侧面的浓度，加大了中框上下弧面附近的浓度，增加了沉积量并有利于入射的角度，使溅射的绕镀性显着改善，能够有效提高手机中框镀膜膜厚的均匀性。

2)本实用新型结构简单、易于制作、使用效果好。

附图说明

图1为具有辅助阳极装置的镀膜室布局俯视示意图

图2为辅助阳极装置结构示意图

图3为辅助阳极装置剖面示意图

图4为辅助阳极装置上端部(去掉保护罩盖)俯视示意图

图中附图标记代表另部名称：

1-进水管；2-电极接头；3-螺钉绝缘套；4-内六角圆柱头螺钉；5- 平垫圈；6-水冷法兰盖板；7-水冷法兰进水口；8-水冷法兰底座；9-电极绝缘套；10-O型圈；11-调节垫片；12-垫片；13-铜环；14-辅助阳极导电管；15-辅助阳极进水口；16-保护罩盖；17-辅助阳极出水口；18- 保护罩筒；19-水冷法兰出水口；20-环形冷却水槽；21-水冷法兰固定螺丝；22-镀膜室室顶板；23-锁紧螺纹孔；24-镀膜室腔体；25-镀膜室门； 26-阴极靶；27-转盘；28-手机中框(样品)；29-中框挂杆；30-辅助阳极装置；31-电极接线柱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

图1为具有辅助阳极装置的镀膜室腔体俯视示意图，辅助阳极装置30 置于圆筒状镀膜室24中，并处于手机中框28内侧，靠近镀膜室中轴方向，阴极靶26靠近室壁、处于手机中框28外侧。图示样品手机中框28装挂在手机中框挂杆29上，随同手机中框挂杆29自转运动；手机中框挂杆29活动安装在转盘27上，随同转盘公转运动；从而实现手机中框公自转。

辅助阳极装置与阴极靶分处于手机中框28两侧，在镀膜过程中，在辅助阳极装置30上施加一定正电压，使其将沉积过程中产生的二次电子等负电粒子，通过电场作用牵引至辅助阳极装置30，增加了荷能电子与中性粒子碰撞，能够有效提高该空间气体和靶材中性原子离化率。

图2为本实用新型辅助阳极装置的原理示意图。本实用新型的辅助阳极装置放置于样品转架中框挂杆29的内侧，与阴极溅射靶26分处挂杆29 两侧。所述辅助阳极装置30中下部外周由调节绝缘垫片11、绝缘垫片12 以及阳极铜环13组成；阳极棒中阳极铜环13厚度与两块手机中框28之间间距相等，材料为紫铜，各阳极铜环13通过内套的辅助阳极导电管连接电源正极；调节绝缘垫片11、绝缘垫片12厚度之和与手机中框28厚度一致，选用耐温且绝缘性良好的聚醚醚酮材料；阳极铜环13对应两块手机中框28之间位置，调节绝缘垫片11、绝缘垫片12对应手机中框位置。该错位设置的目的是：通过施加一定电压予辅助阳极装置，使真空室中原本向腔体以及基体表面聚集的电子飞向阳极装置，大大提高了电子运动路程，能够有效地提高其与Ar气、靶材原子和反应气体等的碰撞几率，进而使真空室中等离子体浓度增加，提高沉积速率；另一方面，错位式的设计能够使电子在运动的过程中具有一定的方向性，进而提高镀膜的绕镀性，使手机中框3D面膜层更加均匀，减小色差。

图3为辅助阳极装置剖面图，图4为辅助阳极装置上部去掉保护罩盖的俯视图，它们显示本实用新型中辅助阳极整体结构。它由辅助阳极电极接头组件、阳极棒组件和连接法兰组件组成。

辅助阳极电极接头组件包括：进水管1、管状电极接头2、螺钉绝缘套3、内六角圆柱头螺钉4、平垫圈5。阳极导电管14为下端口封闭的竖管，管状电极接头2处于阳极棒的上端部，它是腰部带法兰凸肩环的管，且其管上口为内螺纹接口。进水管1从上述管状电极接头2上管口插入(不到管状电极接头2底)，进水管1的上端头是有螺纹的接头，它与管状电极接头2上端口螺纹拧紧连接，上述进水管1上端螺纹接头上端口为辅助阳极进水口15，进水管1内腔为进水通道，其外径小于管状电极接头2以及阳极导电管14的内径，两内外径之间成为回水通道；管状电极接头2于腰部环肩的上部侧面开有辅助阳极出水口17。进水管1的下端焊有延长管。管状电极接头2下端与管状的辅助阳极导电管14上端焊接固连。

阳极棒组件包括：辅助阳极导电管14、调节绝缘垫片11、绝缘垫片 12、铜环13.辅助阳极导电管14与管状电极接头2为同样粗细的管，其上端与管状电极接头2下端焊接固连、下端用堵头焊牢。进水管1的延长段插入辅助阳极导电管14内，进水管1内腔为进水道，其外管壁与辅助阳极导电管14内壁之间成为回水道，一直通往管状电极接头2上端至辅助阳极出水口17。辅助阳极导电管14的下部的管外壁从上而下依次分组串套调节绝缘垫片11、绝缘垫片12、阳极铜环13。顺次套入若干组。

水冷法兰及连接组件顶面密封绝缘地固连辅助阳极电极接头，然后底面连接到镀膜室顶板上，辅助阳极导电管穿过镀膜室顶板开孔伸进室内。水冷法兰是一只具有进出水口的内部可通水冷却的法兰。如图显示，为水冷法兰底座8，其上端面挖了一环形冷却水槽20，该凹槽上再焊封上水冷法兰盖板6。上述水槽连通水冷法兰进口7和水冷法兰出水口19。上述水冷法兰通过水冷法兰固定螺钉21和密封圈密封固定在室顶板22上。上述辅助阳极导电管从法兰中孔中穿进室内。

密封绝缘固连辅助阳极电极接头的连接组件包括螺钉绝缘套3、内六角圆柱头螺钉4、平垫圈5、电极绝缘套9、O型圈10。连接结构如下：电极绝缘套9从辅助阳极导电管14下端套入，至抵住管状电极接头2环肩下端面，用套有螺钉绝缘套3的内六角圆柱头螺钉4、穿过平垫圈5和电极绝缘套9，固连到水冷法兰8上，并通过O型圈10实现真空密封和绝缘。

为了保证人身安全，在电极绝缘套9外周定位套上圆筒保护罩筒18，在其上顶再盖上保护罩盖16。保护罩为绝缘的尼龙制成。电源正极导线穿过保护罩盖16的缺口进入并连接在管状电极接头2环肩上的电极接线柱31上。

本实用新型实施例的运行

待镀手机中框装挂在挂杆上，插在室内转架上。启动转架，观察手机中框应随同转架和挂杆一起顺畅平稳公自转。关室门，抽真空，向辅助阳极导电管及水冷法兰通循环冷却水。启动室内加热器升温，达到预定室内温度和真空度后，进入镀膜工艺环节。根据预定的镀膜工艺参数，对辅助阳极装置施加预定的正电位，按预定参数通入工作气体氩气和反应气体，按预定功率参数启动中频磁控溅射靶，起辉溅射，向施加了负偏压的待镀手机中框发射靶材等离子体，并与反应气体反应合成靶材金属与反应气体的化合物沉积在手机中框表面成膜。在空间的电子受到处于装挂有手机中框的挂杆另一侧的、不连续的辅助阳极正电位吸引飞向阳极，由于不连续阳极的阳极铜环与手机中框位置错位，阳极铜环的正电位吸引电子沿着相邻的上下两手机中框的夹缝通道向阳极铜环聚集，增强了所经夹缝通道区的电子浓度，相对地减弱了正对手机中框大侧面前方的电子浓度；这些荷能电子与空间遇到的中性粒子(包括氩气、靶材中性原子、反应气体)碰撞产生电离，增强该区域的等离子体离化率和浓度，从而加强了附近基体的沉积量。上述情况，相对而言，增强了手机中框上下弧面区的等离子体浓度，增加了该处沉积量，减弱了手机中框大侧面区的浓度，减少了该处沉积量，改善了中框镀膜厚度均匀性。完成镀膜工艺后，关停溅射靶、工件负偏压和辅助阳极的电源，镀膜工件在室内冷却，温度降至预定温度，关停抽真空，充入大气破真空取出工件，完成一个作业周期。

Claims (9)

1.一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，所述的手机中框（28）水平地上下叠放且相互之间留有间距地套在立式中框挂杆（29）上，所述的辅助阳极装置（30）其特征是：由水平放置环状的绝缘垫片和铜环（13）相互交错地上下叠放在一起，铜环的厚度与两片手机中框之间间距相同并正对该间距，各铜环接正电压；绝缘垫片的厚度与一片手机中框厚度相当并正对手机中框。

2.根据权利要求1所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的手机中框镀膜在一真空镀膜室内进行，手机中框水平地上下叠放且相互之间留有间距地挂在若干立式中框挂杆（29）上，立式挂杆均布在一环状转盘（27）的顶面，辅助阳极装置（30）和阴极靶（26）分别固定竖立地设置在环状转盘内外的真空镀膜室内。

3.根据权利要求1所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的绝缘垫片和铜环相互交错地套在一下端封闭的辅助阳极导电管（14）下部，辅助阳极导电管的上端焊接有腰部带法兰凸肩环的管状电极接头（2），一进水管（1）从管状电极接头的上端口插入并螺纹连接，进水管的外径小于管状电极接头以及辅助阳极导电管的内径，两者之间留有空隙构成回水通道；管状电极接头的上部侧面开有辅助阳极出水口（17）；管状电极接头通过其法兰凸肩环上的开孔以连接件密封绝缘地固定在一水冷法兰的顶面上，水冷法兰为具有水冷法兰进水口（7）和水冷法兰出水口（19）、内腔可通水冷却的法兰；水冷法兰又通过连接件固定在真空镀膜室顶板的开孔上，辅助阳极导电管下部穿过该开孔垂直伸入镀膜室内。

4.根据权利要求1所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述管状电极接头固定在一水冷法兰的顶面上的结构为：电极绝缘套（9）从辅助阳极导电管下端套入，至抵住管状电极接头环肩下端面，用套有螺钉绝缘套（3）的内六角圆柱头螺钉（4）、穿过平垫圈（5）和电极绝缘套（9），固连到水冷法兰上，并通过O型圈（10）实现与水冷法兰的真空密封和绝缘。

5.根据权利要求4所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的水冷法兰包括一水冷法兰底座（8），其上端面挖了一环形冷却水槽（20），该凹槽上再焊封上水冷法兰盖板（6），水冷法兰盖板上开有水冷法兰进水口和水冷法兰出水口，水冷法兰通过水冷法兰固定螺钉（21）和密封圈密封固定在镀膜室顶板（22）上。

6.根据权利要求5所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的水冷法兰上设有保护罩筒（18），其顶上设有保护罩盖（16）将电极接头及进水管罩住，进水管上端的辅助阳极进水口（15）穿出护罩盖中间开孔。

7.根据权利要求1所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的绝缘垫片包括垫片（12）和调节垫片（11）。

8.根据权利要求3所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的铜环侧面开有锁紧螺纹孔（23）用螺钉固定在辅助阳极导电管上。

9.根据权利要求3所述的一种提高手机中框镀膜均匀性的辅助阳极装置，其特征是：所述的管状电极接头环肩上设有电极接线柱（31），电源正极导线穿过保护罩盖的缺口进入并连接电极接线柱。

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