CZ2014436A3

CZ2014436A3 - Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování

Info

Publication number: CZ2014436A3
Application number: CZ2014-436A
Authority: CZ
Inventors: Vítězslav Rouček; Jiří Bulíř; Ján Lančok; Michal Novotný
Original assignee: Tesla Electrontubes S.R.O.; Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-13
Also published as: CZ305631B6

Abstract

Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování tvořené vakuovou komorou (1) protáhlého tvaru upevněnou ve stojanu (15) s připojením na vakuový čerpací systém (2). Vakuová komora (1) je opatřena na jednom konci přírubou (4) s elektrickou vakuovou průchodkou (6). V této přírubě (4) je upevňovací přípravek (10) povlakované součásti (9). S vodičem (7) elektrické vakuové průchodky (6) je spojena odprašovaná katoda (8) ve tvaru tyče, souose uložená v dutině povlakované součásti (9). Na druhém uzavřeném konci (17) má vakuová komora (1) otvor přívodu (3) pracovního plynu. Stojan (15) je spojen s pojezdovou dráhou, na níž je posuvně uložen držák (16) prstencového magnetu (13), který je uložen okolo vakuové komory (1).

Description

~ΊΖΟ^Τ=τψ51ο j i ~ i Název vynálezu

Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování

Oblast techniky Řešení se týká zařízení k vytváření tenkých povlaků v dutinách malých příčných průřezů.

Stav techniky

Pro vytváření tenkých povlaků se používají různá zařízení a technologie. Nejstarší známou technologií je galvanizace. Galvanizace je hojně užívaná metoda, protože nevyžaduje nákladné zařízení. Na druhou stranu však neumožňuje přesné nanášení tenkých homogenních vrstev. Tím dochází k nadměrné spotřebě povlakového kovu a ke značnému prodražování výroby. Nelze také zaručit přesnou opakovatelnost výroby. Galvanizace také výrazně zatěžuje životní prostředí. Z fyzikálních metod vytváření rovnoměrných tenkých povlaků jsou používané metody založené na principech napařování a naprašování.

Známá zařízení k napařování a naprašování splňují požadavky na homogennost a rovnoměrnost deponované vrstvy. Žádné z nich však neumožňuje nanášení tenkých homogenních vrstev do dutin malých příčných rozměrů. Totéž se týká i zařízení pro iontové implantování a dalších podobných technologií.

Zařízení pro naprašování dutin je prezentováno v CS248804, vykazuje však zásadní technologické omezení dané homogenitou přiloženého elektrického pole, která je určující pro poměr délky a příčného průřezu naprašované dutiny. Homogenita elektrického pole je dána uspořádáním elektrod, kde anody jsou umístěny na bocích povlakované dutiny a katodu tvoří tyč v ose povlakované dutiny. Pro naprašování dutin velkých podélných rozměrů o malém příčném průřezu je z tohoto důvodu uvedené řešení nepoužitelné. -2 "

Podstata vynálezu

Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování je určeno k vytváření tenkých vrstev na vnitřních plochách výrobků s dutinami malých příčných průřezů. Zařízení je tvořeno protáhlou vakuovou komorou, kterou obepíná prstencový magnet. Tento magnet je uložen posuvně ve směru osy komory. V dutině vakuové komory je symetricky upevněna odprašovaná katoda ve tvaru tyče. V uzavírací přírubě vakuové komory je upevněn dutý předmět, na jehož vnitřním povrchu má být vytvořen tenký povlak tak, že odprašovaná katoda je v ose jeho dutiny. Tento naprašovaný dutý předmět může také tvořit sám o sobě vakuovou komoru. Příruba uzavírající vakuovou komoruje opatřena elektrickou vakuovou průchodkou, ve které je upevněna odprašovaná katoda připojená ke zdroji vysokého napětí. Tato příruba je připevněna k tomu konci vakuové komory, do něhož je vyústěn přívod od vakuového čerpacího systému. Uzávěr druhého konce vakuové komory je opatřen otvorem pro přívod pracovního plynu.

Vakuová komora je upevněna na stojanu, jehož součástí je pojezdové dráha pro držák magnetu. Součástí vakuového čerpacího systému je zařízení na měření tlaku ve vakuové komoře. Tímto zařízením jsou odstraněny nedostatky známých zařízení k vytváření tenkých povlaků v dutinách. Podstatnou výhodou je možnost vytvoření homogenní depozice vrstvy s požadovanou tloušťkou. Přehled obrázků na výkresech

Na přiloženém výkrese je podélný řez (^řízením pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování. Příklad provedení

Ke stojanu 15 zařízení je připojený vakuový čerpací systém 2. Tento vakuový čerpací systém 2 je otvorem propojen s vakuovou komorou 1 protáhlého tvaru, která je prostřednictvím vakuového čerpacího systému 2 upevněna na stojanu J_5 zařízení. Propojení -3 - vakuového čerpacího systému 2 s vakuovou komorou i je v blízkosti konce vakuové komory i, který je uzavřen přírubou 4 utěsněnou těsněním 5. Vakuová komora 1 je opatřena elektrickou vakuovou průchodkou 6, k jejímuž vodiči 7 je upevněna odprašovaná katoda 8 ve tvaru tyče tak, aby byla v ose vakuové komory I. Na opačném konci 17 je vakuová komora I uzavřena pevně nebo druhou přírubou s otvorem pro přívod 3 pracovního plynu. Tento přívod 3 je připojen k zařízením na regulaci a měření množství přiváděného pracovního plynu. Příruba 4 je opatřena upevňovacím přípravkem 10, v němž je za svůj vnější povrch upevněna povlakovaná součást 9. Ta je upevněna tak, aby odprašovaná katoda 8 byla v ose její dutiny. Pro zajištění souososti může být k upevňovacímu přípravku J_0 připevněn izolační distanční držák 11· Druhý konec po v lakované součásti 9 je v případě její větší délky upevněn v izolačním držáku ]2, jímž takto prochází i odprašovaná katoda 8, což zajišťuje jejich vzájemnou souosost. U velmi dlouhých povlakovaných součástí 9 může být tento izolační držák 12 fixován na konec Γ7 vakuové komory k Na vakuové komoře 1 je instalováno čidlo pro měření tlaku pracovního plynu uvnitř komory L Odprašovaná katoda 8 je prostřednictvím vodiče 7 elektrické vakuové průchodky (y připojena na zdroj vysokého napětí.

Stojan 15 zařízení je opatřen pojezdovou dráhou vedenou ve směru osy vakuové komory 1. Na této pojezdové dráze je posuvně uložen držák 16 prstenového magnetu 13 napojený na poháněči jednotku J_4 s regulací rychlosti jeho posuvu. Prstenový magnet 13 obepíná vakuovou komoru 1 a má s ní společnou osu. V příkladném provedení je prstencový magnet 13 elektromagnet.

Po upevnění povlakované součásti 9 do vakuové komory Jy je komora 1 hermeticky uzavřena přírubou 4. Potom je komora 1 evakuována. Následně se otevře ventil přívodu 3 pracovního plynu, kterým může být například argon, na požadovaný průtok. Ve vakuové komoře 1 je nastaven tlak v rozmezí jednotek až desítek pascalů v závislosti na požadovaném výsledku. Připojením napětí na vodič 7 elektrické vakuové průchodky 6, řádově stovek voltů, je ve vakuové komoře 1 spuštěn výboj. Současně se přivede proud na prstencový magnet 13, kterým je v tomto provedení elektromagnet, a je spuštěn motor poháněči jednotky J4 pro plynulý posun držáku 16 s prstencovým magnetem J3. s rychlostí nastavenou v závislosti na požadované tloušťce povlaku. Zařízení dále pracuje bez zásahu obsluhy a vypne se po dojezdu prstencového magnetu J_3 na konec. Výsledná tloušťka povlaku je dána rychlostí posuvu prstencového magnetu 13, napětím na odprašované katodě 8, velikostí magnetického pole a tlakem ve vakuové komoře 1.

Alternativní provedení zařízení má místo prstencového elektromagnetu prstencový permanentní magnet. V případě vytváření povlaků v dutinách většího množství tvarově - 4 - obdobných předmětů^ mohou tyto předměty být opatřeny přírubami a po připojení k vakuovému čerpacímu systému 2 se samy stanou vakuovou komorou J_.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je určeno k vytváření tenkých povlaků v dlouhých dutinách malých příčných rozměrů. Uplatní se pro úpravu součástek pro mikrovlnnou techniku, zdravotnictví, leteckou techniku, chemický průmysl, potravinářský průmysl a další obory.

Claims

I V ~ vf-jg- - 5 “ PATENTOVÉNÁROKY 1, Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování/tvořené vakuovou komorou upevněnou ve stojanu s připojením na vakuový čerpací systém, odprašovanou katodou s připojením ke zdroji vysokého napětí a magnetem, vyznačující se tím, že vakuová komora (1) protáhlého tvaru je opatřena na jednom konci přírubou (4) s alespoň jednou elektrickou vakuovou průchodkou (6), v níž je upevňovací přípravek (10) pro souosé uložení povlakované součásti (9) a odprašované katody (8) ve tvaru tyče, přičemž s vodičem (7) elektrické vakuové průchodky (6) je spojena právě jen odprašovaná katoda (8), a současně na druhém uzavřeném konci (17) má vakuová komora (1) otvor přívodu (3) pracovního plynu, přičemž stojan (15) je spojen s pojezdovou dráhou, na níž je posuvně uložen držák (16) prstencového magnetu (13) spojený s poháněči jednotkou (14) pro postupné povlakování celé délky vnitřního průměru, přičemž prstencový magnet (13) je uložený souose okolo vakuové komory (1).
2, Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování podle nároku \jvyznačující se tím, že druhý konec odprašované katody (8) a povlakované součásti (9) jsou upevněny v izolačním držáku (12) pro zajištění souososti i v případě větší délky povlakované součásti (9).
3, Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prstencový magnet (13) je elektromagnet.
4, Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prstencový magnet (13) je permanentní magnet.
5, Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že izolační držák (12) je připevněn k uzavřenému konci (17) vakuové komory (1).
6, Zařízení pro povlakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování podle nároku 3 nebo 4 nebo 5, g ()/? ~ 1« ·» > **»· • * · v » * * ··· » * » ·«* 9 ·#*· * »#*%··· · · ♦ • · · # · · · -- 6 — vyznačující se tím, že upevňovací přípravek (10) má izolační distanční držák (11) odprašované katody (8).
7. Zařízení pro poviakování vnitřních dutin malého příčného průřezu a velkých podélných rozměrů metodou magnetronového naprašování podle některého z nároků 1 až 6/ y vyznačující se tím, že těleso povlakované součásti (9) tvoří vakuovou komoru (1).

X