一種平面陰極的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種平面陰極，包含靶材、殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的軟鐵底板、設(shè)置在軟鐵底板上的磁陣，靶材位于所述磁陣的上方，所述磁陣包含N組并沿軟鐵底板的橫向進(jìn)行豎直的等距排列；所述磁陣包含：形成在軟鐵底板上的環(huán)形跑道、設(shè)置在軟鐵底板上被環(huán)形跑道所包圍的第一磁鐵、設(shè)置在軟鐵底板上用于包圍環(huán)形跑道的第二磁鐵；所述磁陣還包含：設(shè)置在環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離并固定第一磁鐵和第二磁鐵的鋁塊；其中，被鋁塊隔離的第一磁鐵和第二磁鐵的極性相反。同現(xiàn)有技術(shù)相比，由于需鍍膜襯底在經(jīng)過靶材上方的過程中需要通過多個(gè)磁陣形成的刻蝕跑道，從而使得靶材上濺射出的離子或原子會(huì)反復(fù)的覆蓋在襯底的表面形成薄膜，以此來提高襯底鍍膜的速度。
【專利說明】—種平面陰極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種平面陰極，特別涉及一種磁控濺射用矩形平面陰極。
【背景技術(shù)】
[0002]資源枯竭和環(huán)境污染是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，亟需解決。薄膜技術(shù)以其材料消耗量小，在科研和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，尤其是在表面處理改性和防腐等領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛；物理法真空鍍膜，具有適合制備材料廣泛、技術(shù)成熟、制備薄膜材料性能優(yōu)越、生產(chǎn)過程環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展迅速。磁控濺射制備薄膜技術(shù)是最廣泛應(yīng)用的薄膜制備技術(shù)。磁控濺射設(shè)備的心臟，決定制備材料性能和材料利用率的核心部件是磁控濺射陰極。
[0003]生產(chǎn)上使用的磁控濺射陰極主要有矩形平面陰極和柱狀旋轉(zhuǎn)陰極，陰極有效均勻?yàn)R射長度一般在300mm至4000mm，生產(chǎn)中將多個(gè)陰極并列集成到生產(chǎn)線上，制備厚膜和多層膜條件下，陰極數(shù)量達(dá)到數(shù)十個(gè)，生產(chǎn)線長度達(dá)到幾十，甚至上百米，每個(gè)陰極配置一個(gè)大功率電壓，整個(gè)設(shè)備投資達(dá)到數(shù)百甚至數(shù)千萬元以上。
[0004]隨著環(huán)保力度的增大，傳統(tǒng)的電鍍行業(yè)已經(jīng)不合適發(fā)展的需要，真空磁控濺射技術(shù)是替代傳統(tǒng)電鍍的最佳選擇，很多中小零件的磁控濺射鍍膜市場(chǎng)需求廣泛?，F(xiàn)有采用小型圓形陰極的臺(tái)式單機(jī)設(shè)計(jì)不能適合多層膜對(duì)膜層純度的要求，也不適合產(chǎn)業(yè)化批量濺射較厚薄膜的鍍膜要求。大型流水線型鍍膜設(shè)備，投資巨大，也不能滿足現(xiàn)有中小零件批量鍍膜市場(chǎng)要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種平面陰極，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品鍍膜速度的10倍以上，實(shí)現(xiàn)單電源驅(qū)動(dòng)一個(gè)陰極的短時(shí)間濺射厚膜要求。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種平面陰極，包含靶材、殼體、設(shè)置在所述殼體內(nèi)的軟鐵底板、設(shè)置在所述軟鐵底板上的磁陣，所述靶材位于所述磁陣的上方，所述磁陣包含N組并沿所述軟鐵底板的橫向進(jìn)行豎直的等距排列；其中，所述N為大于I的自然數(shù)；
[0007]所述磁陣包含:形成在軟鐵底板上的第一環(huán)形跑道、設(shè)置在所述軟鐵底板上被所述第一環(huán)形跑道所包圍的第一磁鐵、設(shè)置在所述軟鐵底板上用于包圍所述第一環(huán)形跑道的
第二磁鐵；
[0008]所述磁陣還包含:設(shè)置在所述第一環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離所述第一磁鐵和所述第二磁鐵的第一鋁塊；
[0009]其中，被所述第一鋁塊隔離的所述第一磁鐵和所述第二磁鐵的極性相反。
[0010]本實(shí)用新型的實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，當(dāng)靶材通過等離子體轟擊將自身的離子或原子濺射到襯底上時(shí)，由于軟鐵底板上的磁陣是沿橫向豎直進(jìn)行等距排列的，且每個(gè)磁陣分別包含一個(gè)環(huán)形跑道、一個(gè)被環(huán)形跑道包圍的第一磁鐵和一個(gè)包圍環(huán)形跑道的第二磁鐵，從而有效增大了靶材濺射的空間距離，使多個(gè)磁陣共同實(shí)現(xiàn)對(duì)靶面的全刻蝕，以提高靶材的濺射效率。而當(dāng)襯底從靶材上方經(jīng)過時(shí)，可沿靶材的長方向進(jìn)入，由于襯底在經(jīng)過靶材跑道上方的過程中需要通過多個(gè)刻蝕跑道，從而使得靶材上濺射出的靶材原子和離子會(huì)疊加反復(fù)的覆蓋在襯底的表面形成薄膜，以此來提高襯底鍍膜的厚度。
[0011]另外，為了滿足不同產(chǎn)品的鍍膜需求，相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性相同或相反。當(dāng)相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性相同時(shí)，可使相鄰兩個(gè)磁陣中的磁場(chǎng)達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，各磁陣中的磁場(chǎng)都是以各自環(huán)形跑道所規(guī)定的方向進(jìn)行流動(dòng)，每個(gè)磁陣在對(duì)靶材的濺射時(shí)不會(huì)相互進(jìn)行干擾。而當(dāng)相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性相反時(shí)，可使相鄰兩個(gè)磁陣中的磁場(chǎng)達(dá)到一個(gè)非平衡狀態(tài)，各磁陣中的磁場(chǎng)在以各自環(huán)形跑道所規(guī)定的方向進(jìn)行流動(dòng)時(shí)，由于相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性是相反的，所以相鄰兩個(gè)磁陣中的磁場(chǎng)還會(huì)相互進(jìn)行影響，從而可確保靶材離子在濺射過程中獲得較大的動(dòng)能，可滿足在襯底上進(jìn)行ITO等材料的特殊工藝鍍膜需求。
[0012]進(jìn)一步的，所述磁陣還至少包含包圍所述第二磁鐵的第二環(huán)形跑道、包圍所述第二環(huán)形跑道的第三磁鐵和設(shè)置在所述第二環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離所述第三磁鐵和第二磁鐵的第二鋁塊；其中，被所述第二鋁塊隔離的所述第二和第三磁鐵的極性相反。而相鄰兩個(gè)磁陣的第三磁鐵的極性相同或相反。從而可進(jìn)一步增大單個(gè)磁陣在濺射靶材時(shí)的濺射區(qū)域，以進(jìn)一步提高襯底鍍膜時(shí)的厚度。
[0013]進(jìn)一步的，所述平面陰極還包含設(shè)置在所述磁陣上方的水冷板；其中，所述水冷板具有一個(gè)用于冷卻所述靶材和所述磁陣的水冷流道、分別與所述水冷通道連通的進(jìn)水口和出水口，且所述進(jìn)水口與所述出水口暴露在所述水冷板的外部。由于在磁陣上方設(shè)有水冷板，且水冷板上設(shè)有水冷通道，通過水冷板可對(duì)靶材和磁陣進(jìn)行冷卻，以保證大功率濺射時(shí)的需求。
[0014]進(jìn)一步的，所述平面陰極還包含覆蓋在所述水冷板上用于封閉所述水冷通道的水封背板，所述靶材設(shè)置在所述水封背板的上方。通過水封背板可對(duì)水冷板內(nèi)流動(dòng)的冷卻水進(jìn)行有效密封，避免其冷卻水向外泄露。
[0015]進(jìn)一步的，所述平面陰極還包含設(shè)置在所述靶材上方用于壓緊所述靶材的靶材壓框。通過靶材壓框可壓住靶材，實(shí)現(xiàn)濺射過程中冷卻水和真空室的隔離和密封。
[0016]進(jìn)一步的，所述殼體包含法蘭盤和設(shè)置在所述法蘭盤上的絕緣耐熱基座，所述軟鐵底板設(shè)置在所述絕緣耐熱基座內(nèi)。且所述絕緣耐熱基座采用聚四氟乙烯制成，從而使其能夠在+250°C至_180°C的溫度下長期工作。其絕緣性能不受環(huán)境及頻率的影響，體積電阻可達(dá)1018 Ω，介質(zhì)損耗小，耐壓達(dá)到1000V以上。
[0017]進(jìn)一步的，所述軟鐵底板為聞導(dǎo)磁輒鐵底板。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式平面陰極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式平面陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式平面陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實(shí)用新型各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0022]本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式涉及一種平面陰極，如圖1所示，包含靶材7、殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的軟鐵底板5、設(shè)置在軟鐵底板5上的磁陣，而靶材7位于磁陣的上方。具體的說，如圖2所示，該磁陣包含多組并沿軟鐵底板5的橫向進(jìn)行豎直的等距排列，而在本實(shí)施方式中，磁陣供設(shè)有十組。
[0023]另外，在本實(shí)施方式中，磁陣還包含:形成在軟鐵底板5上的第一環(huán)形跑道6、設(shè)置在軟鐵底板5上被第一環(huán)形跑道6所包圍的第一磁鐵12、設(shè)置在軟鐵底板5上用于包圍第一環(huán)形跑道6的第二磁鐵14。
[0024]并且，該磁陣還包含:設(shè)置在第一環(huán)形跑道6內(nèi)用于隔離第一磁鐵12和第二磁鐵14的第一鋁塊13。值得一提的是，被第一鋁塊13隔離的第一磁鐵12和第二磁鐵14的極性是相反的。
[0025]由上述內(nèi)容可知，當(dāng)靶材7通過磁陣將自身的原子或離子濺射到襯底上時(shí)，由于軟鐵底板5上的磁陣是沿橫向豎直進(jìn)行等距排列的，且每個(gè)磁陣分別包含一個(gè)環(huán)形跑道6、一個(gè)被環(huán)形跑道6包圍的第一磁鐵12和一個(gè)包圍環(huán)形跑道6的第二磁鐵14，從而有效增大了靶材7濺射的空間距離，使多個(gè)磁陣能夠共同實(shí)現(xiàn)對(duì)靶面的全刻蝕，以提高靶材的濺射效率。而當(dāng)襯底從靶材上方經(jīng)過時(shí)，可沿靶材的長方向進(jìn)入，由于襯底在經(jīng)過襯底的過程中需要通過多個(gè)平行刻蝕區(qū)域，從而使得靶材7上濺射出的原子或離子會(huì)疊加的覆蓋在襯底的表面形成薄膜，以此來提高襯底鍍膜的厚度。
[0026]值得一提的是，在本實(shí)施方式中，殼體包含法蘭盤I和設(shè)置在2法蘭盤上的絕緣耐熱基座2，軟鐵底板5設(shè)置在所述絕緣耐熱基座2內(nèi)的。且該絕緣耐熱基座2是采用聚四氟乙烯制成，由于聚四氟乙烯能夠在+250°C至_180°C的溫度下長期工作。其絕緣性能不受環(huán)境及頻率的影響，體積電阻可達(dá)1018 Ω，介質(zhì)損耗小，耐壓達(dá)到1000V以上，從而使得整個(gè)平面陰極能滿足在高溫下進(jìn)行運(yùn)行的求。而法蘭盤采用的304或316不銹鋼或者高強(qiáng)度鋁合金材料等，并在法蘭盤底部設(shè)有電源接口 3，動(dòng)力電纜采用適合大功率，大電流的銅電線、銅編織帶或同軸電纜，最大功率可以達(dá)到30KVA以上。而軟鐵底板5采用的是高導(dǎo)磁軛鐵底板。
[0027]并且，為了滿足不同產(chǎn)品的鍍膜需求，相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性可以是相同或者也可以是相反的。
[0028]具體的說，當(dāng)相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性相同時(shí)，可使相鄰兩個(gè)磁陣中的磁場(chǎng)分別達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，各磁陣中的磁場(chǎng)都是以各自環(huán)形跑道所規(guī)定的方向進(jìn)行流動(dòng)，每個(gè)磁陣在對(duì)靶材的濺射時(shí)不會(huì)相互進(jìn)行干擾，可滿足絕大部分材料的鍍膜需求。而當(dāng)相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性相反時(shí)，可使相鄰兩個(gè)磁陣中的磁場(chǎng)達(dá)到一個(gè)非平衡狀態(tài)，各磁陣中的磁場(chǎng)在以各自環(huán)形跑道所規(guī)定的方向進(jìn)行流動(dòng)時(shí)，由于相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性是相反的，所以相鄰兩個(gè)磁陣中的磁場(chǎng)還會(huì)相互進(jìn)行影響，從而可確保靶材離子在濺射過程中獲得較大的動(dòng)能，可滿足在襯底上進(jìn)行ITO等材料的特殊工藝鍍膜需求。
[0029]另外，如圖1所示，本實(shí)施方式的平面陰極還包含設(shè)置在各磁陣上方的水冷板8，具體的說，該水冷板為純銅水冷板。其中，水冷板8具有一個(gè)用于冷卻靶材7和磁陣的水冷流道(圖中未標(biāo)示)、分別與水冷通道連通的進(jìn)水口 15和出水口 16，且進(jìn)水口 15與出水口16是暴露在水冷板的外部。在實(shí)際使用時(shí)，可將冷卻水通過進(jìn)水口 16灌入，然后水冷通道循環(huán)流動(dòng)后，再有出水口 16排出，通過水冷板可對(duì)靶材和磁陣進(jìn)行有效的冷卻，從而保證靶材在大功率濺射時(shí)的需求。另外，當(dāng)水冷板8覆蓋在磁陣上方時(shí)，可在水冷板的外圍設(shè)置密封圈，通過密封圈17與真空室2進(jìn)行密封，確保整個(gè)平面陰極的密封性能。
[0030]另外，值得一提的是，本實(shí)施方式的平面陰極還包含覆蓋在水冷板8上用于封閉水冷通道的水封背板10，而靶材7是直接設(shè)置在水封背板10的上方。通過水封背板10可對(duì)水冷板8內(nèi)流動(dòng)的冷卻水進(jìn)行有效密封，避免其冷卻水向外泄露。
[0031]另外，本實(shí)施方式的平面陰極還包含設(shè)置在靶材7上方用于壓緊靶材7的靶材壓框11。通過靶材壓框11可壓住靶材，實(shí)現(xiàn)濺射過程中冷卻水和真空室的隔離和密封。
[0032]本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式涉及一種平面陰極，第二實(shí)施方式是在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步改進(jìn)，其主要改進(jìn)在于:如圖3所示，在本實(shí)施方式中，單個(gè)磁陣還至少包含包圍第二磁鐵14的第二環(huán)形跑道18、包圍第二環(huán)形跑道18的第三磁鐵19和設(shè)置在第二環(huán)形跑道18內(nèi)用于隔離第三磁鐵19和第二磁鐵14的第二招塊。
[0033]其中，被第二鋁塊隔離的第二磁鐵14和第三磁鐵19的極性相反。而相鄰兩個(gè)磁陣的第三磁鐵19的極性相同或相反。從而可進(jìn)一步增大單個(gè)磁陣在濺射靶材時(shí)的濺射區(qū)域，以進(jìn)一步提高襯底鍍膜時(shí)的厚度。需要說明的，在本實(shí)施方式中，僅在第二磁鐵14外圍繞有第二環(huán)形跑道為例，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，還可根據(jù)產(chǎn)品鍍膜所需的厚度在第三磁鐵19外圍繞有環(huán)形跑道，并依次設(shè)有磁鐵和鋁塊，依次類推，在這里就不在進(jìn)行闡述。
[0034]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種平面陰極，包含靶材、殼體、設(shè)置在所述殼體內(nèi)的軟鐵底板、設(shè)置在所述軟鐵底板上的磁陣，所述靶材位于所述磁陣的上方，其特征在于:所述磁陣包含N組并沿所述軟鐵底板的橫向進(jìn)行豎直的等距排列；其中，所述N為大于I的自然數(shù)； 所述磁陣包含:形成在軟鐵底板上的第一環(huán)形跑道、設(shè)置在所述軟鐵底板上被所述第一環(huán)形跑道所包圍的第一磁鐵、設(shè)置在所述軟鐵底板上用于包圍所述第一環(huán)形跑道的第二磁鐵； 所述磁陣還包含:設(shè)置在所述第一環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離所述第一磁鐵和所述第二磁鐵的第一鋁塊； 其中，被所述第一鋁塊隔離的所述第一磁鐵和所述第二磁鐵的極性相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面陰極，其特征在于:相鄰兩個(gè)磁陣的第二磁鐵的極性相同或相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面陰極，其特征在于:所述磁陣還至少包含包圍所述第二磁鐵的第二環(huán)形跑道、包圍所述第二環(huán)形跑道的第三磁鐵和設(shè)置在所述第二環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離所述第三磁鐵和第二磁鐵的第二鋁塊； 其中，被所述第二鋁塊隔離的所述第二和第三磁鐵的極性相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面陰極，其特征在于:相鄰兩個(gè)磁陣的第三磁鐵的極性相同或相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面陰極，其特征在于:所述平面陰極還包含設(shè)置在所述磁陣上方的水冷板； 其中，所述水冷板具有一個(gè)用于冷卻所述靶材的水冷流道、分別與所述水冷通道的進(jìn)水口和出水口，且所述進(jìn)水口與所述出水口暴露在所述水冷板的外部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面陰極，其特征在于:所述水冷板為純銅水冷板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面陰極，其特征在于:所述平面陰極還包含覆蓋在所述水冷板上用于封閉所述水冷通道的水封背板，所述靶材設(shè)置在所述水封背板的上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面陰極，其特征在于:所述平面陰極還包含設(shè)置在所述靶材上方用于壓緊所述靶材的靶材壓框。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的平面陰極，其特征在于:所述殼體包含法蘭盤和設(shè)置在所述法蘭盤上的絕緣耐熱基座，所述軟鐵底板設(shè)置在所述絕緣耐熱基座內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的平面陰極，其特征在于:所述絕緣耐熱基座采用聚四氟乙烯制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的平面陰極，其特征在于:所述軟鐵底板為高導(dǎo)磁軛鐵底板。
【文檔編號(hào)】C23C14/35GK203794976SQ201420098888
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】褚家寶, 譚新, 韓子水, 李 杰 申請(qǐng)人:上海福宜真空設(shè)備有限公司