TWI393796B

TWI393796B - 中空狀靶材組件

Info

Publication number: TWI393796B
Application number: TW099117685A
Authority: TW
Inventors: Chung Han Wu; Kuan Ting Lai; Tzu Wen Wang
Original assignee: Solar Applied Mat Tech Corp
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2013-04-21
Also published as: TW201144461A

Description

中空狀靶材組件

本創作係關於一種旋轉靶材組件，尤指一種藉由彈性元件將靶材體與內襯管簡易緊密結合的中空狀靶材組件。

旋轉靶材主要用於大面積的披覆，由於典型之平面靶材在濺鍍製程中，靶材的利用率僅有15%至40%，以旋轉靶材取代後，靶材利用率可提高達70%至90%，進而降低製造成本，因此使用旋轉靶材逐漸成為趨勢。

旋轉靶材的靶材體與內襯管之間的結合技術相當不易，由於在濺鍍製程中，靶材體會產生大量的熱能，此熱能需藉由內襯管傳導至冷卻介質，因此靶材體與內襯管需要有良好的熱接觸。一般的做法係將低熔點金屬作為焊料填入靶材體與內襯管間的間隙，而將靶材體與內襯管接合，然而，此種方法之金屬焊料成本高，且需將靶材體內表面及內襯管外表作金屬化處理，製程較複雜，另外，在濺鍍過程或冷卻時，因為內襯管與靶材體熱膨脹係數有差異，內襯管及靶材體之間會產生間隙，容易發生靶材體與內襯管脫落的情形。

為了改善上述問題，在美國第2008/0003385 A1號專利案及歐洲第2009/036910 A1號專利案中揭示，如圖7所示者，將內襯管外表面形成波浪狀，再將靶材體以熱均壓或澆鑄的方式與內襯管緊密結合，但是，熱均壓製程的設備昂貴，會增加靶材體製造的成本，且當靶材體與內襯管的熱膨脹係數差異過大時，波浪狀局部應力太大，對靶材體造成損害；以澆鑄的方式製作靶材體的方式，由於澆鑄所需要的溫度較高，需要較長時間的冷卻，靶材內部容易產生縮孔，導致靶材體密度降低，且微觀組織不均勻，進而影響到濺鍍薄膜的品質。

在美國第2008/0003385 A1號專利案中則揭露一種利用彈性元件補足靶材體與內襯管因熱脹冷縮造成間隙的方法(如圖8所示者)，使靶材體與內襯管能夠緊密結合，但是，此技術主要仍係依賴低熔點金屬焊料的接合力，阻止靶材體滑移，彈性元件僅提供摩擦力，若是彈性元件數量不足，無法提供足夠的阻力，以阻擋靶材體滑移，如何將足夠的彈性元件置入靶材體與內襯管之間，以提供足以阻擋靶材底滑移的阻力，為一種過於複雜的技術。

本創作之目的在於提供一中空狀靶材組件，期望藉由此設計，改善靶材組件成本高、製程複雜，靶材體與內襯管密著差，濺鍍薄膜品質不佳等缺點。

為達成前揭目的，本創作設計一種中空狀靶材組件，其包含：一內襯管，係包含有相對之一頭端及一尾端，分別在接近頭端與尾端之外管壁上形成凹部；一靶材體，至少包含有一第一中空靶材及一第二中空靶材，第一中空靶材及第二中空靶材分別於其內管壁形成自其一端面沿軸向延伸的凹槽，所述凹槽在端面上形成一開口，第一中空靶材及第二中空靶材接續套設於該內襯管上，且其具凹槽之端面分別朝向內襯管之頭端及尾端，使第一中空靶材及第二中空靶材內管且其具凹槽之端面分別朝向內襯管頭端及尾端，使第一中空靶材及第二中空靶材內管壁上的凹槽分別對應於內襯管之頭端與尾端外管壁上之凹部而形成複數容置空間，此外，該些彈性元件分別抵靠設置於各容置空間中；其中，該中空狀靶材組件之特徵在於：各彈性元件為一V形彈片且具有二片體，兩片體以傾斜方式相連接於一第一抵靠端，且各片體具有一相對於該第一抵靠端的第二抵靠端，該第一抵靠端設置且抵壓在其中一凹槽中，且其中一第二抵靠端設置且抵壓在其中一凹部，以避免內襯管相對靶材體沿軸向移動。

該靶材體進一步包含有至少一個第三中空靶材，第三中空靶材係介於第一中空靶材及第二中空靶材之間套固在內襯管上。該第三中空靶材亦可自其一端面沿軸向延伸在內管壁上形成凹槽，內襯管於相對應位置上亦形成凹部，第三中空靶材套固在內襯管時，該具凹槽開口端面朝著內襯管尾端。該第一中空靶材進一步可自其另一端面亦在內管壁上形成沿軸向延伸凹槽，內襯管於相對應位置上亦形成凹部，以增加靶材體與內襯管結合之支撐力。

在第一中空靶材套入內襯管後，將複數個彈性元件平均塞入第一中空靶材與內襯管間的空間，再於靶材外施加一熱源，將該靶材的溫度提升至金屬焊料之熔點以上，將熔融的金屬倒入第一中空靶材與內襯管之間縫隙，直到熔融金屬填滿該縫隙，將熱源，移除使金屬焊料慢慢凝固。

在濺鍍過程或冷卻時，雖然內襯管與靶材體與焊料金屬的熱膨脹係數有差異，內襯管及靶材體之間會產生間隙，但是因為有彈性元件的存在，內襯管與靶材體依舊有良好的密著，靶材體不會產生相對位移。

為了降低旋轉靶材組件的製造成本，以及改善靶材體與內襯管間的結合程度，本發明提出一種中空狀靶材組件，該中空狀靶材組件包含一中空狀之內襯管1、一靶材體2及複數個彈性元件3。

該中空狀之內襯管1係包含有相對一頭端10及一尾端11，分別在接近頭端10與尾端11之外管壁上形成凹部12，該內襯管1之凹部12可為由車削加工等方式製成之連續環狀，且所述凹部12之側視外觀可為矩形、三角形或其他任何形狀。

該靶材體2，包含第一中空靶材20及一第二中空靶材21，該第一中空靶材20及第二中空靶材21分別自其一端面22內側壁形成沿軸向延伸的凹槽23，該些凹槽23在端面22上分別形成開口24，第一中空靶材20及第二中空靶材21依序套設於該內襯管1上，且其具凹槽23之端面22分別朝向內襯管1頭端10及尾端11，亦即，在靶材體2之兩末端面22分別設有凹槽23，使第一中空靶材20及第二中空靶材21內管壁上的凹槽23分別對應於接近內襯管1頭端10與尾端11外管壁上之凹部12。

該些彈性元件3係自第一、第二中空靶材20、21凹槽23之開口24，置入該中空靶材凹槽23與該內襯管凹部12中，藉以接合內襯管1及靶材體2。

在第一中空靶材20套入內襯管1後，將複數個彈性元件3以平均分佈的方式塞入第一中空靶材20與內襯管1間的容置空間4，該容置空間4主要係以凹槽23及凹部12所形成，再於第一中空靶材20外部施加一熱源，將第一中空靶材20的溫度提升至金屬焊料之熔點以上，將熔融的金屬倒入第一中空靶材20與內襯管1之間的縫隙後，移除熱源，使金屬焊料慢慢凝固，接著以同樣的方式，使第二中空靶材21與內襯管1密合。在濺鍍過程或冷卻時，雖然內襯管1與靶材體2與焊料金屬的熱膨脹係數有差異，內襯管1及靶材體2之間會產生間隙，但是因為有彈性元件3的存在，內襯管1與靶材體2依舊有良好的密著，靶材體2不會產生相對位移。

該金屬焊料為低熔點金屬較佳，其中，該金屬焊料以銦更佳。

該靶材體2進一步可包含有至少一個第三中空靶材25，在第一中空靶材20套入內襯管1後，接著套入第三中空靶材25，最後才將第二中空靶材21套入(如圖1及圖4所示者)，第三中空靶材25的數量可以依據內襯管1的長度加以變化，因為第一中空靶材20及第二中空靶材21分別位於內襯管1的頭端10及尾端11，且已被彈性元件3及金屬焊料所固定，因此，夾套在第一中空靶材20及第二中空靶材21間的第三中空靶材25，亦可被定位在內襯管1上，在製程中不會對內襯管1產生位移。

如圖2所示者，該些第三中空靶材25進一步亦可自其一端面22內側壁形成沿軸向延伸的凹槽23，且於內襯管1相對應位置上亦形成凹部12，將第三中空靶材25套至內襯管1時，具有凹槽23之端面22需朝向內襯管1尾端11。如此一來，靶材體2上的第一、第二、第三中空靶材20、21、25均有可供彈性元件3定位之凹槽23，可加強靶材體2與內襯管1間的接合，提供更有效的定位結構及熱傳導效率。

在實施上，首先在內襯管1上套入第一中空靶材20，在容置空間4置入彈性元件3，在內襯管1與第一中空靶材20注入金屬焊料，待其冷卻凝固，再依序套入第三中空靶材25及第二中空靶材21，並於每一第三中空靶材25或第二中空靶材21分別套入內襯管1後，均需先個別將彈性元件3置入容置空間4，並待注入金屬焊料冷卻凝固，才可套入下一節第三中空靶材25或第二中空靶材21。

如圖3所示者，該第一中空靶材20進一步自在其鄰近第三靶材內管壁上形成沿軸向延伸的凹槽23，內襯管1於相對應位置上亦形成凹部12，以增加靶材體2與內襯管1結合之支撐力。

各個第一、第二、第三中空靶材20、21、25上之凹槽23提供彈性元件3一容置處，除了避免彈性元件3位移外，主要係因為可減少因彈性元件3塞入而對第一、第二、第三中空靶材20、21、25造成的損壞，然而，凹槽23之尺寸需儘可能小，以降低加工第一、第二、第三中空靶材20、21、25時，對第一、第二、第三中空靶材20、21、25造成的衝擊應力，且可提高第一、第二、第三中空靶材20、21、25的利用率；該內襯管1上之凹部12徑向深度至少為彈性元件3厚度的一倍，以提供足夠的阻力，避免彈性元件3位移。

如圖1至3所示者，該些彈性元件3較佳為V形彈片，當彈性元件為V形彈片時，所述第一、第二、第三中空靶材20、21、25上凹槽23自端面22的之軸向深度，需大於內襯管1上凹部12軸向底面至鄰近內襯管1端面的深度，使該些彈性元件3之一面分別貼合第一、第二、第三中空靶材20、21、25之凹槽23，另一端係抵靠於內襯管1凹部12內部，同時內襯管1凹部12表緣對彈性元件3亦可有支撐。上述各V形彈片具有二片體31，兩片體31以傾斜方式相連接於一第一抵靠端301，且各片體31具有一相對於該第一抵靠端301的第二抵靠端302，該第一抵靠端301設置且抵壓在其中一凹槽23中，且其中一第二抵靠端302設置且抵壓在其中一凹部12，以避免內襯管1相對靶材體2沿軸向移動。此外，在第一中空靶材20中的彈性元件3與在二中空靶材21中的彈性元件3被配置為相互對稱，以使得在第一中空靶材20中的彈性元件3的第一抵靠端301面朝一第一軸向，且在第二中空靶材21中的彈性元件3的第一抵靠端301面朝一與第一軸向相反的第二軸向，以避免靶材體2沿第一或第二軸向相對內襯管1移動。

如圖4所示者，該些彈性元件3為彈簧較佳，當彈性元件為彈簧時，彈簧的兩端分別抵靠在第一、第二、第三中空靶材20、21、25凹槽23底部與內襯管1凹部12底部。

又，該些彈性元件3需提供支撐的功能，因此，該些彈性元件3以具高強度較佳，且該些彈性元件3需將熱能自靶材體2傳導自內襯管1，因此，該些彈性元件3以具高導熱係數較佳，其中，該些彈性元件3以純銅材質製成較佳。

如圖5所示者，該靶材體2之第一、第二、第三中空靶材20、21、25內筒壁上之凹槽23可為連續環狀，可由車削加工等方式製作，以供V形彈片置入。

如圖6所示者，該靶材體2之第一、第二、第三中空靶材20、21、25內筒壁上之凹槽23為間斷環狀，亦即第一、第二、第三中空靶材20、21、25內筒壁上形成複數個環狀凹槽23，以供V形彈片或彈簧置入。

本發明之一較佳實施例如下：

以氧化鋁鋅材質之靶材體2為外層濺鍍材料，該靶材體2包含一第一中空靶材20、一第二中空靶材21以及三節第三中空靶材25，第一、第二、第三中空靶材20、21、25外徑均為160毫米，內徑為133毫米，每一節靶材之長度分別為280毫米，靶材體之總長度共1400毫米，分別自該第一中空靶材20及第二中空靶材21之一端面22，在其內表面軸向以車削加工一寬度10毫米、軸向深度2毫米的環狀凹槽23，內襯管1材質為不銹鋼SUS304，其外徑為132.5毫米，內徑為125毫米，長度為1450毫米，內襯管1之外周徑較靶材體2內周徑小0.5毫米，以利於將靶材體2套設在內襯管1外側，於內襯管1外管壁上相隔1400毫米處，亦即在接近其頭端10尾端11兩端處，以車削加工一高度3毫米，深度1毫米之三角環狀凹部12，該些彈性元件3為V形彈片以純銅材質製成，厚度為1毫米，以習知之潤濕方法將銦潤濕於第一、第二、第三中空靶材20、21、25之內表面與內襯管1之外管壁上。

第一中空靶材20緩緩套入內襯管1之外管壁，將6個V形彈片平均分佈塞於第一中空靶材20與內襯管1之容置空間4中，之後於第一中空靶材20外側覆蓋一加熱毯，在180℃持溫30分鐘，以將第一中空靶材20的溫度提升至焊料銦的熔點以上，將熔融的銦倒進第一中空靶材20與內襯管1之間，再將加熱毯移除，使銦逐漸凝固，之後依序將三節內表面未加工的第三中空靶材25套入內襯管1，再將第二中空靶材21套入內襯管1上，並重複第一中空靶材20放置彈性元件3、加熱填充銦等步驟。

綜合上述說明可得知，本發明之中空狀靶材組件，係藉由第一、第二、第三中空靶材20、21、25內管壁上之凹槽23，與內襯管1外管壁上的凹部12，形成可供彈性元件3放置的容置空間4，該些彈性元件3除了提供良好的熱傳導，並可使該靶材體2與內襯管1之間以簡單、低成本的方式達到良好的密著。

1‧‧‧內襯管

10‧‧‧頭端

11‧‧‧尾端

12‧‧‧凹部

2‧‧‧靶材體

20‧‧‧第一中空靶材

21‧‧‧第二中空靶材

22‧‧‧端面

23‧‧‧凹槽

24‧‧‧開口

25‧‧‧第三中空靶材

3‧‧‧彈性元件

31‧‧‧片體

301‧‧‧第一抵靠端

302‧‧‧第二抵靠端

4‧‧‧容置空間

圖1係本發明中空狀靶材組件第一較佳實施例之剖視示意圖。

圖2係本發明中空狀靶材組件第二較佳實施例之剖視示意圖。

圖3係本發明中空狀靶材組件第三較佳實施例之剖視示意圖。

圖4係本發明中空狀靶材組件第四較佳實施例之剖視示意圖。

圖5係本發明中空狀靶材組件第五較佳實施例之俯視示意圖。

圖6係本發明中空狀靶材組件第六較佳實施例之俯視示意圖。

圖7係習用靶材之剖視示意圖。

圖8係習用靶材之剖視示意圖。