专利名称：双室旋转磁控溅射镀膜机的制作方法
技术领域：
本发明属于物理气相沉积装置，主要用于在基体为金属和非金属的工件表面镀制装饰性金属膜。
磁控溅射镀膜机主要由镀膜室、磁控溅射源系统、电源控制系统和真空系统等几部分构成。当镀膜室抽到一定真空度时，充入适量的工作气体(一般为氩气)，并在阴极(靶)和阳极(镀膜壁)之间施以适当值的直流电压后，便在镀膜室内产生磁控运行模式的二极直流辉光放电，工作气体被电离，正离子被阴极加速并轰击阴极(靶)表面，使阴极(靶)表面的原子溅射到镀件的表面上沉积成膜。更换不同材质的阴极(靶)和控制阴极不同的溅射时间，便可在镀件表面上获得不同材质的和不同厚度的装饰性膜层。
目前市场上销售的磁控溅射镀膜机，例如北京仪器厂生产的JT－900磁控溅射镀膜机，无例外的都是柱状靶单室机。
这类装置只有一个镀膜室，由于在取装镀件期间，真空抽气机组仍处于空载运行状态，因此工作效率低，耗电大，且单室的容量都较小，不适合工业上大规模地生产镀件。
这类装置，其镀膜室内柱状靶里的磁体，是若干个大小一样的同轴圆环状磁钢，在柱状靶表面产生若干个环状磁场位形(见附图3柱状靶结构示意图)，造成了靶材溅射和刻蚀都不均匀。尽管可以使环状磁钢在柱状靶内沿着轴向往复移动，但是受移动速度和幅值的限制，靶材的有效利用率也只有20～25％。
而且这类装置，一般只能镀ABS级工程塑料，陶瓷和玻璃等基体材料，不能镀聚乙烯、聚丙烯等非ABS级塑料，使用范围很有限。
本发明的目的在于提高镀膜机的工作效率，节电，提高靶材利用率，降低镀件的镀膜成本，及扩展镀膜基材的种类，以适于大规模工业生产的需要。
本发明为一种由镀膜室、镀膜室底座、磁控溅射源系统、真空系统和电源控制系统组成的双室旋转磁控溅射镀膜装置，其特性是镀膜室为共用一套真空抽气机组和一套电源控制系统的双室结构；镀膜室的磁控溅射源是旋转磁控溅射源，它是一种圆柱形管状靶，在其内与轴平行地安置着数根条形磁钢，而且整个磁体具有转动机构，其转速＞1转／分。
本发明的特征还在于，废弃了柱状靶内的圆环形磁钢，代之以采用若干个与柱轴平行的条形磁钢，在柱状靶表面形成了跑道形磁场位形。当由条形磁钢组成的磁体至少以1转／秒的速度旋转时，就使跑道形磁场沿靶材表面连续扫描而形成旋转磁场，致使靶材表面产生了均匀地溅射与刻蚀，大大地提高了靶材的利用率。
本发明还可对镀件工件金属转架施加0～3000伏负偏压，使镀件转架与镀膜室之间形成正常辉光放电，在镀膜前用这种等离子体对镀件进行表面处理，可以增强膜层与镀件基体间的附着力。特别是对聚乙烯、聚丙烯等非ABS工程塑料，可以很好地进行表面改性。
实验表明，双室旋转磁控溅射镀膜机的工作效率，相当于两台同等规格的单室镀膜机。由于节省了一套真空抽气机组和一套电源控制系统，本机造价比两台单室机降低30％，节约电能40％。又由于采用旋转磁控，使靶材溅射和刻蚀均匀，靶材利用率可达74％，是现有磁控靶材(例如JT－900柱状靶磁控溅射镀膜机靶材)利用率的三倍，这就使镀件产品的成本大为降低。
而对聚乙烯、聚丙烯等非ABS工程塑料进行表面改性，处理后的塑料基体与膜层附着力显著增强，已达到实际应用水平，扩展了镀件品种。
此外，旋转磁场沿靶表面连续扫描，使镀件涂层均匀，可不需镀件转架公转，而简化了转架结构。
本发明主要用于装饰性镀膜，可在基体为金属和非金属的工件表面镀制装饰性金属膜，如铝、铜、钛、不锈钢(1Cr18Ni9Ti)膜(包括合金膜)。其所镀膜层均匀、致密，结合力强。并具有绕射性好，工件温升低等优点。可以广泛地应用于家电器、钟表工业、工艺美术品、塑料日用品、儿童玩具、灯具、汽车以及仪器仪表等各方面装饰镀膜。
本发明主要由主机和电控系统两大部分构成。
主机部分主要由镀膜室、真空系统和主机底座组成。
镀膜室为双室筒形立式，在镀室中装有磁控溅射靶系统以及可自转镀膜室所需真空度，由真空抽气系统来获得和维持。真空系统由高真空抽气机组、三通管道、闸板阀、予抽机械泵、予抽管道和蝶阀等组成。
两个镀膜室分别安装在两个机座上，在机座内装有笼形工件金属转架自转拖动机构(拖动调速电机和减速器)。
电控系统部分主要由整机电控柜、高压电控柜、磁控源电控系统以及测量显示等部分组成。
整机电控柜用来实现镀膜装置运行程序控制的全过程，直流高压电控柜主要用于某些被镀工件的表面放电处理，以提高被镀工件的镀膜质量，磁控源电源系统为靶的溅射提供可控直流功率源，真空监测系统主要由真空计、真空探头(规管)、充气系统和镀膜室放气系统等组成，镀膜室温度由热电偶温度显示系统显示。
附
图1是双室旋转磁控溅射镀膜机总体结构示意图。
图中指标(1)与(2)分别表示两个镀膜室；指标(3)为予抽机械泵；(4)为连接两镀室的予抽管道；(5)为高真空抽气机组；(6)为连接高真空抽气机组和两镀室的三通管道；(7)与(8)为予抽管道两端的蝶阀；(9)与(10)为三通管道上两闸板阀；(11)为柱状溅射靶；(12)为柱状溅射靶内的条形磁钢，本发明给出八根；(13)为拖动靶内磁体的转动机构使磁体转速＞1转／秒，(11)、(12)与(13)组成旋转磁控溅射靶系统；(14)为具有手动公转和电动自转的笼形工件转架机构；(15)为磁控源电源；(16)为直流负高压电源，对镀室内的金属镀件架可施0－3000伏特的直流负偏压；(17)为镀件转架电动自转连接轴；(18)为予抽机械泵放气阀；(19)为镀膜室底座；(20)为真空规。
本发明的工作过程是镀膜室(1)首先通过予抽管道(4)抽低真空至1×10－2托(2.6Pa)，然后通过三通管道(6)抽高真空至2×10－4托(1.3×10－2Pa)，充入氩气至4×10－2托(5.3×10－1Pa)，启动磁控源电源(15)，调节电压至600伏，电流为20安培，在镀膜室内产生异常辉光放电，氩原子被电离成氩离子(Ar4)，并被电场加速轰击靶材，溅射出的靶材原子沉积在镀件表面上形成薄膜。如果镀件需要表面处理，在镀膜前，启动负偏压电源(16)，在镀膜室内形成正常辉光放电，待镀件被处理几分钟后再进行镀膜。
附图2为双室镀膜机工作曲线。
上曲线为镀膜室(1)的工作曲线，下曲线为镀膜室(2)的工作曲线。由图中曲线看出0－15分钟为镀膜室(1)抽真空、充氩气和镀膜阶段；15－30分钟为镀膜室(1)取装镀件阶段，也是镀膜室(2)开始抽真空、充氩气和镀膜阶段；30－45分钟为镀膜室(1)第二次抽真空、充氩气和镀膜阶段，也是镀膜室(2)取装镀件阶段，以此两室交替工作。
附图3是本发明前，现有的柱状溅射靶结构正视竖直剖面图。图中(11)为柱状靶材，(19)为靶材内的环形磁钢；(20)为回水通道；(21)为固定环形磁钢的基体；(22)为进水通道。
附图4是本发明柱状溅射靶结构俯视水平剖面图。图中(11)为柱状靶材；(12)为靶材内平行于柱轴安置在基体上的条形磁钢(图中给出八根)；(20)为回水通道；(21)为固定条形磁钢的基体；(22)为进水通道。
实施例双室旋转磁控溅射镀膜机结构及技术参数镀室型式双室立式筒型镀室容量φ850×1200mm／每室真空机组低真空机组2X－70机械泵高真空机组JK－400扩散泵配 2X－30机械泵极限真空度6.5×10－3Pa工作真空度100～10－2Pa抽气时间(清洁空容器)从大气抽至5×10－2Pa时所需时间不大于10分钟。
磁控源圆柱形管状靶φ72×1070mm内装条形磁钢8根，磁体转速1－6转／秒磁场强度2.5×10－2－3.8×10－2特斯拉溅射速度＞1500A0／分直流电源电压0－－900伏 连续可调电流0－25安培功率20KW。
笼形工件转架可手动公转，并具有可自转的六根卡件转轴，转速0－30转／分，可调。
工件架偏压0－－3000伏最大镀件尺寸φ250×870mm整机功率三相380V、50Hz、40KW。
冷却水水压2－3kg／cm2，进水温度20－25℃，流量30升／分外形尺寸主机3500×3500×2500mm电控柜800×700×2000mm例一 镀制电风扇面环(ABS工程塑料)(1)膜层材料黄铜(H68)(2)抽低真空 2×10－2托(2.6Pa)(3)抽高真空 1×10－4托(1.3×10－2Pa)(4)充氩气 4×10－3托(5.3×10－1Pa)(5)溅射电压600伏特(6)溅射电流20安培(7)炉／小时4炉／小时(单室2炉／小时)(8)耗电11.05千瓦(单室 9.85千瓦)(9)靶材利用率74％(磁环柱状靶20－25％)例二 镀灯具(聚丙烯)(1)膜层材料不锈钢(1Cr18Ni9Ti)(2)抽低真空 2×10－2托(2.6Pa)(3)抽高真空 1×10－4托(1.3×10－2Pa)(4)充氩气 8×10－3托(1.1Pa)(5)放电处理电压2000伏特(6)放电电流5安培(7)处理时间5分钟(8)膜层附着力好(没经过处理的膜层附着力不好)
权利要求1.一种由镀膜室、镀膜室底座、磁控溅射源系统、真空系统和电源控制系统组成的双室旋转磁控溅射镀膜装置，其特征是镀膜室为共用一套真空抽气机组和一套电源控制系统的双室结构；镀膜室的磁控溅射源是旋转磁控溅射源，它是一种圆柱形管状靶，在其内与轴平行地安置着数根条形磁钢，而且整个磁体具有转动机构，其转速＞1转/分。
2.按权利要求1所述的镀膜装置，其特征是对镀膜室的金属镀件架可施加0－3000伏特的直流负偏压。
3.按权利要求2所述的镀膜装置，其特征是旋转磁控溅射源中的条形磁钢为八根。
4.按权利要求3所述的镀膜装置，其特征是镀膜室内的镀件架，是笼形工件架，并具有手动公转和电动自转机构。
专利摘要迄今在市场上销售的镀膜机，无例外的都是单室机。本发明的双室旋转磁控溅射镀膜机是对单室磁控溅射镀膜机的改进。两个镀膜室通过预抽真空管道和蝶阀、高真空三通管道和闸板阀组成一个整体。两室交替的使用一套真空抽气机组和一套电源控制系统，其工作效率相当于两台单室机，但比两台单室机节约电能40％以上，而造价却比两台单室机低30％。由于发明了旋转磁控溅射靶系统，使靶材表面溅射和刻蚀均匀，靶材的利用率由原来的20％左右提高到了现在的74％。
文档编号C23C14/35GK2075655SQ8921578
公开日1991年4月24日 申请日期1989年9月5日 优先权日1989年9月5日
发明者王贵义, 王世忠 申请人:核工业西南物理研究院