專利名稱：電弧蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種電弧蒸發(fā)器，其具有一個構(gòu)成第一極如陰極的中間電極，其設(shè)置在一個構(gòu)成第二極如陽極的殼體中，其中所述中間電極至少邊緣導(dǎo)電地與一個支承裝置連接，并且優(yōu)選從支承裝置和/或中間電極引出多個在中間電極邊緣區(qū)域延伸的導(dǎo)電的第一連接件，所述第一連接件通過一個通向設(shè)置在殼體外部的電源的導(dǎo)電的第一導(dǎo)體連接，殼體通過至少一個導(dǎo)電的第二連接件與電源連接。
由EP 0 306 491 B1已知一種開頭所述的設(shè)備。為了將合金層鋪設(shè)到一個構(gòu)件上，使用一個中間電極，其在它的不同的活性平面部分內(nèi)至少具有兩種不同的金屬。
US 5,203,980涉及一種同類的具有一個中間電極的電弧蒸發(fā)器，在該中間電極的邊緣區(qū)域內(nèi)設(shè)置了多個電流接頭，其均勻分配地從中間電極的一個支承裝置引出。
在根據(jù)DE 42 43 592 A1中的電弧蒸發(fā)器中，通向中間電極的電流輸送是通過一個電磁線圈實現(xiàn)，以便使電弧點沿著一個隨機通道運動。
在與磁鐵的布線方式或者構(gòu)成陰極的中間電極的構(gòu)造方式無關(guān)的情況下，實現(xiàn)了中間電極的點式電流輸送，其結(jié)果是，根據(jù)電弧點的位置在通向電流接頭的中間電極上出現(xiàn)了不同的阻抗。阻抗的變化會導(dǎo)致電弧大幅度地分叉，從而使得中間電極表面大量流出微滴。這種微滴會導(dǎo)致待涂覆的部件表面變粗糙，從而導(dǎo)致涂層的表面質(zhì)量不佳。阻抗的變化，即在電弧電流設(shè)定的情況下電弧電壓的變化，其特別是通過電流導(dǎo)入和導(dǎo)出中的損失變得愈發(fā)嚴(yán)重，因為其不能被控制系統(tǒng)/控制電子設(shè)備所辨認(rèn)，從而設(shè)備操作人員不能進行操作來改變可重復(fù)性以及質(zhì)量。
構(gòu)成第二極特別是電弧蒸發(fā)器的陽極的殼體通常通過一個稱為導(dǎo)電的第二連接件的點與電流接頭或者電源連接。通常由優(yōu)質(zhì)鋼制成的殼體就其本身而言是一種較差的導(dǎo)體。根據(jù)電弧點所處的位置電流或多或少地在殼體壁中流過很長一段路程，以便可以到達第二連接件，電流通過該第二連接件流出。由此出現(xiàn)了電位損失，其同時導(dǎo)致電弧電流不能始終受到可控制的影響，由此必要時導(dǎo)致電弧點在中間電極上的不受控制的運動。
本發(fā)明所要解決的問題在于，對開頭所述類型的電弧蒸發(fā)器進行改善，使得一方面在與電孤點位置無關(guān)的情況下取得中間電極材料的所期望的均勻蒸發(fā)，另一方面與電弧點位置無關(guān)的情況下，使得出現(xiàn)的電位損失特別是通過沿著殼體流動的電流產(chǎn)生的電位損失降至最低。
根據(jù)本發(fā)明上述問題這樣解決，即多個導(dǎo)電的第二連接件從殼體出發(fā)，它們通過一導(dǎo)電的第二導(dǎo)體相互連接并且至少夾緊一個包裹端或至少部分包裹端，其在幾何形狀上對應(yīng)于中間電極的包裹端和/或由導(dǎo)電的第一連接件構(gòu)成的包裹端。特別是被第二連接件夾緊的第二包裹端相對于由中間電極構(gòu)成的第一包裹端或被第一連接件夾緊的第三包裹端同心地或近似同心的延伸。此外，第一連接件應(yīng)當(dāng)確定一個第一平面，第二連接件應(yīng)當(dāng)確定一個第二平面，并且第一以及第二平面平行或近似平行地相互延伸，其中特別是包裹端以其中點沿著一條從第一或第二平面出發(fā)的法線延伸。
第二導(dǎo)電連接件在其位于殼體外面的一側(cè)通過一個構(gòu)成為環(huán)特別是閉合環(huán)的導(dǎo)體與電源連接。如果中間電極或中間電極的支承裝置同樣通過多個導(dǎo)電的第一連接件與電源連接，那么它們通過一個構(gòu)成為環(huán)特別是閉合環(huán)的導(dǎo)體在殼體外面相互連接。
沿著殼體的一個外表面延伸的第二連接件通過焊接或者螺紋連接與殼體連接，并且優(yōu)選具有一環(huán)形的或者套筒形的具有內(nèi)螺紋的幾何形狀，以便通過一個旋進內(nèi)螺紋的螺紋元件將環(huán)形導(dǎo)體固定并且與第二連接件導(dǎo)電地連接。
第一連接件可以是銷、螺釘、鉚釘、螺栓或類似物，其延伸至一裝入中間電極的支承板的區(qū)域內(nèi)，并且如上所述在外部特別是與一個由銅制成的環(huán)形導(dǎo)體連接。因此導(dǎo)電的第一連接件的結(jié)構(gòu)考慮到中間電極這樣實現(xiàn)，即出于該原因在與電弧點位置無關(guān)的情況下在中間電極上主要出現(xiàn)均勻的或者近似均勻的阻抗，不言而喻是在同樣的過程參數(shù)下，如壓力以及偏壓等等。
因為設(shè)置了多個與中間電極對置的并且從一個殼體外壁出發(fā)的導(dǎo)電的第二連接件，其間隔地在一定程度上從四周包圍中間電極，所以在陰極和陽極之間流動的電流直接通過一個第二連接件流出，其結(jié)果是，在等離子體之外的電位損失被降到最低。因此為電弧點的短暫停留提供了最佳的條件，其結(jié)果是，可以實現(xiàn)在中間電極材料均勻蝕刻的情況下可重復(fù)的最佳的中間電極材料蒸發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明在現(xiàn)有的第二以及第一連接件的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)始終通向中間電極位置的直接的電流輸送，一個電弧點產(chǎn)生在該中間電極位置上，在電流無需流經(jīng)在外殼上很長的區(qū)段的情況下，從而產(chǎn)生了相同的阻抗以及最小的電位損失。
由此作用在電弧點上的磁場的干擾降到最低，從而中間電極材料均勻蝕刻或者蒸發(fā)發(fā)生在一個理想的范圍內(nèi)，不會發(fā)生這樣的危險，即，微滴離開中間電極并進入到被外殼包圍的真空腔中，由此否則會使得待涂覆的基片的表面不規(guī)則或者粗糙。因此可以實現(xiàn)作用在電弧點上的磁場的最佳的支承以及導(dǎo)向效果。此外可以實現(xiàn)最佳的中間電極蝕刻，會節(jié)省中間電極材料的費用。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點以及特征不僅來自具有特征和/或特征組合的權(quán)利要求，而且來自從附圖中得知的優(yōu)選實施例的說明。附圖包括

圖1電弧蒸發(fā)器的原理示意圖，圖2具有電弧點的一個中間電極的原理示意圖，圖3純原理地示出了一個中間電極和一個殼體部段的截取部分，圖4與中間電極和殼體導(dǎo)電連接的環(huán)形導(dǎo)體的原理圖。
圖1純原理地示出了一個電弧蒸發(fā)器，其具有一個被一個殼體10包圍的真空室12，以便為在真空室12中的基片14進行鍍層。蝕刻也是可以的。當(dāng)然，在本實施例中作為使用情況畫出一個所應(yīng)用的硬質(zhì)材料涂層裝置。
為了涂覆設(shè)置在一個轉(zhuǎn)盤加料器上的基片14，在真空室12中的中間電極16如鈦中間電極或者一個其它適合的中間電極的材料被蒸發(fā)，其與導(dǎo)入的反應(yīng)氣體如N2或C2H2反應(yīng)并且沉積在基片14上的所期望的范圍內(nèi)。為此，在中間電極16和殼體10之間通過一個電源18連接一電壓，其中殼體10是陽極，中間電極16是陰極。就這方面而言參考了充分已知的技術(shù)，即設(shè)置的電壓的數(shù)量級例如大約為20V，電流的數(shù)量級大約為100A。真空室12的壓力根據(jù)使用情況在0.0001bar到0.1bar之間，其只是示范值。
中間電極16從一個支架20出發(fā)，所述支架通過一個絕緣體22相對于一個例如由鋁制成的法蘭盤24被電絕緣，所述法蘭盤24和殼體10連接。在中間電極16和支架20之間有一空腔26，它被冷卻液加載以便在期望的范圍內(nèi)對中間電極進行冷卻。中間電極16在底部具有一個環(huán)形的法蘭，以便能夠被固定在支架20和一個固定板30之間。在中間電極16和支架20之間設(shè)置一個環(huán)形的O形環(huán)28，以便確保大氣和真空室之間的密封。固定板30本身被一個例如由氮化硼制成的絕緣體32遮蓋，并且通過絕緣體34，36與底座24進行連接和保護。
支架20、固定板30以及中間電極16通過構(gòu)成為導(dǎo)電的第一連接的螺栓或螺釘38，40或者起同樣作用的元件與一個接頭42連接，該接頭42構(gòu)成為環(huán)形導(dǎo)體并且將螺栓或螺釘38，40彼此連接，并且該接頭42連接到電源18上。電源18的另外一個極通過一個環(huán)形導(dǎo)體44通向殼體10。
殼體10構(gòu)成了陽極并且支架20、蓋板30和中間電極16構(gòu)成了陰極，其中然而只有中間電極16的上表面42被置于真空室12外面，從而在陽極和中間電極16之間可以產(chǎn)生一道電弧和因此產(chǎn)生一個電弧點47，其通過一個位于中間電極16下部和真空室12外部的磁鐵43(MAC磁弧禁閉)確定了沿著表面4的運動，即其磁場被確定了。
根據(jù)本發(fā)明，多個終止于中間電極16的邊緣區(qū)域的、例如構(gòu)成為螺栓或螺釘38，40的導(dǎo)電的第一連接件穿過絕緣體22延伸至支架20，從而到達中間電極16，所述第一連接件通過環(huán)形導(dǎo)體42與電源18連接。在此，導(dǎo)電的第一連接件相互之間有一相同的距離，并且至少在中間電極16的相互平行延伸的側(cè)面中。
如果中間電極16在其俯視圖上具有一個矩形幾何形狀，那么連接件應(yīng)當(dāng)同時把一個包裹端夾緊在一個矩形幾何形狀上。由此，在上述情況下與電弧點的位置無關(guān)地在表面42上產(chǎn)生一個基本相同的阻抗，其結(jié)果是，實現(xiàn)了中間電極16的均勻蒸發(fā)，并且因此待處理或涂覆的基片14獲得了一個期望的表面質(zhì)量。
在圖2中純原理地示出了具有原理性畫出的環(huán)形導(dǎo)體42和底板24的中間電極16的底視圖。此外原理性示出了從環(huán)形導(dǎo)體42出發(fā)的特別是構(gòu)成為螺釘?shù)膶?dǎo)電連接件38，40，借助于它們可以清楚地示出，它們沿著中間電極16的縱向邊緣以相同的距離相互延伸，其中螺釘38，40沿著平行邊緣的距離應(yīng)當(dāng)相等(請見在分別相互平行延伸的側(cè)面或者邊緣內(nèi)同等的距離b以及d)。
正如所提及的，環(huán)形導(dǎo)體42優(yōu)選由銅制成，而螺釘或者起同樣作用的連接件38，40由黃銅制成。
為了獲得期望的相同的電流分配，此外在中間電極16和支架20以及必要時和蓋板30之間設(shè)置一層導(dǎo)電材料制成的箔片，如黃銅箔片。
為了減小通過優(yōu)質(zhì)鋼形式的殼體引起的電位損失，在本實施例中中間電極16或者被構(gòu)成為螺栓或者螺釘38，40的導(dǎo)電的第一連接件夾緊的包裹端被導(dǎo)電的第二連接件46，48包圍，第二連接件46，48優(yōu)選通過同樣由銅制成的環(huán)形導(dǎo)體44相互連接，該環(huán)形導(dǎo)體連接到電源18上。在此，導(dǎo)電的第二連接件46，48夾緊一個包裹端，其與被導(dǎo)電的第一連接件38，40夾緊的包裹端同心地延伸。上述內(nèi)容通過圖1和圖4以純原理的形式表示出來。
在圖3中示出了一個配備有殼體壁50的中間電極49的截面部分。導(dǎo)電的第二連接件52，54沿著外壁50以及根據(jù)圖1在與導(dǎo)電的第一連接件38，40同心地延伸的情況下被設(shè)置在壁上或其外壁56上，其例如可由黃銅或者優(yōu)質(zhì)鋼制成。外壁56具有環(huán)形或者套筒形與外表面56焊接在一起的具有內(nèi)螺紋62，64的第一部段58，60，以便可以擰入固定件如螺釘66，68，其優(yōu)選為黃銅螺釘。有一導(dǎo)體70如銅條在部段58，60的相應(yīng)的螺釘頭和外表面之間延伸，該導(dǎo)體將導(dǎo)電的第二連接件52，54相互連接并且因此對應(yīng)于中間電極49的導(dǎo)體42優(yōu)選構(gòu)成為環(huán)形導(dǎo)體。相應(yīng)的環(huán)形導(dǎo)體70與一電源的正極相連。
此外在圖3中示出，在中間電極49和殼體50之間流動的等離子體電弧電流通過一個導(dǎo)電的第二連接件52，54以最短的距離流向環(huán)形導(dǎo)體70，從而此外產(chǎn)生了電位損失，其可能由于在殼體中走過的較長的電流路徑與光點的位置相關(guān)地出現(xiàn)在中間電極48上。
由圖4純原理地示出了本發(fā)明的具有兩個優(yōu)選同心地相互延伸的導(dǎo)電環(huán)形導(dǎo)體72，74的結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形導(dǎo)體將第一以及第二連接件76，78，84，86分別相互連接。由此環(huán)形導(dǎo)體72將導(dǎo)電的第一連接件76，78連接，其通向一中間電極并且與一電源82的負(fù)極88連接。將導(dǎo)電的第二連接件84，86連接的環(huán)形導(dǎo)體74與電源80的正極88連接。通過這個措施確保了，電流漏損不會引起任何高的電位損失，并且整個電功率被用來蒸發(fā)和應(yīng)用在等離子體中。
在該實施例中環(huán)形導(dǎo)體72，74具有大致相同的幾何形狀，但不同的尺寸，也可以選擇其它的尺寸設(shè)計。
此外在圖4中示出了，沿著環(huán)形導(dǎo)體的一個相應(yīng)的支腿延伸的第二連接件84，86相互之間具有相同的距離e或f。
權(quán)利要求
1.一種電弧蒸發(fā)器，具有一個構(gòu)成第一極如陰極的中間電極(16，49)，其設(shè)置在一個構(gòu)成第二極如陽極的殼體(10)中，其中所述中間電極至少邊緣導(dǎo)電地與一個支承裝置(20)連接，并且優(yōu)選從支承裝置(20)和/或中間電極(16)引出多個在中間電極邊緣區(qū)域延伸的導(dǎo)電的第一連接件(38，40，76，78)，所述第一連接件通過一個通向設(shè)置在殼體外部的電源(18，82)的導(dǎo)電的第一導(dǎo)體(42，72)連接，殼體通過至少一個導(dǎo)電的第二連接件(44，46，49，53，54，84，86)與電源連接，其特征在于，從殼體(10)引出多個導(dǎo)電的第二連接件(46，48，52，54，84，86)，它們通過一個導(dǎo)電的第二導(dǎo)體(44，70，74)相互連接并且至少夾緊一個包裹端或者至少部分包裹端，其在幾何形狀上對應(yīng)于中間電極(16，49)的包裹端和/或由導(dǎo)電的第一連接件(38，40，76，78)構(gòu)成的包裹端。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，被導(dǎo)電的第二連接件(46，48，52，54，84，86)夾緊的第二包裹端相對于被中間電極(16)夾緊的第一包裹端或被導(dǎo)電的第一連接件(38，40，76，78)夾緊的第三包裹端同心地或近似同心地延伸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，導(dǎo)電的第一連接件(38，40，76，78)確定一個第一平面，第二連接件(46，48，52，54，84，86)確定一個第二平面，并且第一以及第二平面平行或近似平行地相互延伸。
4.至少如權(quán)利要求2所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，從第一和/或第三包裹端引出的法線穿過第二包裹端的中點或近似中點。
5.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，導(dǎo)電的第二連接件(46，48，52，54，84，86)在殼體(10)外面通過一個構(gòu)成為環(huán)特別是閉合環(huán)的第二導(dǎo)體(44，70，74)與電源(18，82)連接。
6.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，優(yōu)選環(huán)繞地構(gòu)成的第二導(dǎo)體(44，70，74)優(yōu)選由銅或鋁制成或者包含銅或鋁。
7.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，導(dǎo)電的第二連接件(46，48，52，54，84，86)優(yōu)選由黃銅或者優(yōu)質(zhì)鋼制成。
8.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，從殼體外壁引出導(dǎo)電的第二連接件(44，52，54，84，86)并且特別是與其焊接。
9.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，導(dǎo)電的第二連接件(52，54)具有固定在如焊接在殼體(50)外表面(56)上的環(huán)形的或者套筒形的具有內(nèi)螺紋(62，64)的元件(58，60)，并且可以往所述內(nèi)螺紋中旋入一個連接元件如螺紋元件(66，68)，并且第二導(dǎo)體(70)如環(huán)形導(dǎo)體在環(huán)形的或者套筒形的元件以及螺紋元件之間延伸，第二導(dǎo)體(70)與電源(18，82)連接。
10.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，導(dǎo)電的第一連接件(38，40)在殼體(10)外面通過一個構(gòu)成為環(huán)特別是閉合環(huán)的第一導(dǎo)體(42)與電源(18，82)連接。
11.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，導(dǎo)電的第一連接件(38，40)這樣對準(zhǔn)中間電極(16)，使得在與相應(yīng)電弧點(44)無關(guān)的情況下產(chǎn)生相同的或者基本相同的阻抗。
12.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，在中間電極(16)和支承裝置(20)之間設(shè)置了一個由可良好導(dǎo)電的材料特別是銅箔制成的箔片。
13.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，優(yōu)選環(huán)繞地構(gòu)成的第一導(dǎo)體(42)優(yōu)選由銅或鋁制成或者包含銅或鋁。
14.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，通向支承裝置(20)或者中間電極(16)的導(dǎo)電的第一連接件特別是螺釘或螺栓(38，40)，其優(yōu)選由黃銅制成。
15.至少如權(quán)利要求2所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，被導(dǎo)電的第一連接件夾緊的第三包裹端具有中間電極(16)的周邊幾何形狀，并且優(yōu)選與其同心地延伸。
16.至少如權(quán)利要求2所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，被導(dǎo)電的第一連接件夾緊的第三包裹端具有四邊形的幾何形狀，其中沿著每個支腿在導(dǎo)電的第一連接件之間具有相同的或者近似相同的距離(b，d)。
17.至少如權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，被導(dǎo)電的第二連接件(84，86)夾緊的第二包裹端具有四邊形的幾何形狀，其中沿著每個支腿在導(dǎo)電的第二連接件之間具有相同的或者近似相同的距離(e，f)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電弧蒸發(fā)器，其具有一個構(gòu)成陰極的中間電極，其被一個形成陽極的殼體包圍。為了均勻蒸發(fā)中間電極材料，從殼體引出多個通過一個第二導(dǎo)體(74)連接的導(dǎo)電的第二連接件(84，86)，所述第二導(dǎo)體夾緊一個包裹端，其幾何形狀對應(yīng)于中間電極的包裹端或者連接中間電極的電連接件(76，78)的第一導(dǎo)體(72)的包裹端。第一以及第二導(dǎo)體(72，74)與一個電源(82)的兩個極(80，88)連接。
文檔編號C23C14/32GK1742356SQ200380109150
公開日2006年3月1日 申請日期2003年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月2日
發(fā)明者H·柯廷斯 申請人:Pvt等離子及真空技術(shù)有限責(zé)任公司