一种PVD通用型平面靶座装置的制作方法

本发明涉及真空镀膜机设备，具体地提供了一种pvd通用型平面靶座装置。

背景技术：

1、当前为了提高工具、模具及零部件的表面性能，常通过表面处理的方式来增强其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等，常用的表面处理方式有磁控镀膜、电弧镀膜等。在工具表面处理改性中，磁控镀膜具有膜层均匀、沉积速率高、可镀材料广泛等优势，被广泛应用于各个领域。电弧镀膜是利用电弧放电产生的高温，将靶材蒸发并沉积在工件表面形成薄膜的过程。在电弧放电过程中，电子向阳极快速移动，使阴极靶前方形成正离子堆积层，从而在阴极附近产生强电场。被电离的正离子在强电场作用下向阴极运动，撞击阴极靶表面，使靶材表面产生高温，形成微小的蒸发源。这些蒸发源在磁场和电场的作用下在阴极靶面做有规则运动，喷射出的粒子在偏置电压的作用下向基体工件移动，在工件上凝聚成金属或金属陶瓷薄膜。磁控镀膜是利用磁场对带电粒子的约束作用，使等离子体在靶表面附近做螺旋运动，增加了电子与气体分子的碰撞概率，提高了离化率，从而在工件表面沉积出高质量的薄膜。磁控镀膜的工作原理是在真空室内，将待镀材料制成的靶材作为阴极，工件作为阳极，在两极之间加上直流或交流电源，使氩气等惰性气体电离成正离子，正离子在电场作用下加速撞击靶材，靶材原子被溅射出来并沉积在工件表面形成薄膜。平面磁控靶座和平面电弧靶座在硬件和工艺需求上存在异同点：电源部分，平面磁控靶的电源通常是一个直流电源或脉冲电源，用于提供稳定的电流和电压，平面电弧靶的电源则是一个高电流的直流电源，用于产生电弧放电；靶面磁场布局部分，平面磁控靶的磁场强度通常在几百高斯到几千高斯之间，平面电弧靶的磁场强度的范围通常在几十高斯到几百高斯之间；被镀膜工件的距离，平面磁控靶与工件的距离在60—100mm，平面电弧靶与工件的距离在160—200mm。在真空室有限的空间下，需要满足镀膜速度的前提下，需要多组平面磁控靶座或者多组平面电弧靶座，提高镀膜效率，很难做到同时安装足够的平面磁控靶座和平面电弧靶座；同时，以两步法的方式进行镀膜，需要将靶座进行拆换，但整体靶座质量在200—300kg，拆换不便，每次拆换还需要对真空室重新检漏，十分耗费工时。同时；产品在两步法的工艺下，存在真空破除，产品接触大气，打底涂层可能氧化变质，影响后续外层镀膜。现有技术cn101407906b提供一种真空镀膜设备，所提供的真空镀装置，包括真空室，真空室有进出工件用的门，真空室内安装有电弧靶、磁控靶、加热装置和工件架，工件架经一行星齿轮机构安装在真空室中；所述电弧靶有28到60个且分四列均匀分布在真空室壁上，电弧靶采用逆变电源供电；所述磁控靶为一对柱形靶且并列设置在真空室中心，磁控靶采用中频电源供电。整体设备结构复杂，增加了设备制造成本及维护成本，中心的圆柱磁控靶座使其工件架进出真空室，以吊装的方式，需要打开整个真空室炉体顶部，从上进入，对设备厂房的层高有一定要求。发明人认为现有技术存在较大的改进空间。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于在保持真空室封闭的状态下，实现工件依照工艺依次完成磁控镀膜和电弧镀膜，从而在工件表面形成高质量的镀膜。其次，简化靶座装置和工件架的安装方式，降低设备的运行成本及维护成本；实现靶座装置在磁控靶座和电弧靶座之间相互切换，降低设备的制造成本，增大真空室的空间利用率。为此，本发明提供了一种pvd通用型平面靶座装置，包括靶材、阴极载体组件和永磁体组，永磁体组包括永磁体，永磁体组底部设有工艺切换平台，永磁体固定在工艺切换平台上，工艺切换平台底部设有旋转驱动组件，工艺切换平台在旋转驱动组件的作用下能够远离和靠近靶材；阴极载体组件下方设有移动驱动组件，移动驱动组件的移动端与阴极载体组件连接，移动驱动组件能够驱动靶材和阴极载体组件整体移动。采用工艺切换平台对永磁体进行移动，调整靶材表面的磁场强度，满足靶材表面磁场强度在磁控镀膜和电弧镀膜时的工艺要求；采用移动驱动组件对靶材和阴极载体组件进行移动，调整靶材和工件之间的距离，满足磁控镀膜和电弧镀膜时，靶材与被镀膜工件之间的距离要求。采用上述设置，避免采用磁控镀膜和电弧镀膜需要对靶座进行拆换，降低设备的运行成本；避免每次拆换后对真空室重新检漏，降低维护成本；避免由于真空破除，产品接触空气，造成打底涂层氧化变质，影响后续外层镀膜。

2、作为优选，靶座装置还包括阳极板组件，阳极板组件包括固定阳极板和移动阳极板，移动阳极板和靶材固定，固定阳极板和移动阳极板采用输电导线连接。由于靶材与被镀膜工件之间的距离要求在切换工艺过程中会发生变化，阴极载体组件和阳极板组件需要跟随靶材移动，阳极板组件包括移动阳极板，移动阳极板跟随靶材移动。设置固定阳极板，采用输电导线连接固定阳极板和移动阳极板保证导电接触的稳定性。输电导线采用导电铜编织线，避免输电导线在移动阳极板和固定阳极板距离反复变化的过程中，反复拉扯变形导致损坏甚至折断，保证电流传输的稳定性。

3、作为优选，靶座装置还包括靶座整体大法兰，固定阳极板固定在靶座整体大法兰顶面，移动驱动组件的固定端与靶座整体大法兰连接。采用靶座整体大法兰固定靶座装置主要零部件，便于拆装靶座装置；采用靶座整体大法兰与真空室炉体相配合，减少靶座装置与真空室炉体的安装接缝，便于保证真空室炉体密封；控制部件，例如移动驱动组件的气缸，旋转驱动组件的伺服电机，固定在靶座整体大法兰外侧，在保证真空室密封的情况下，完成靶座装置在磁控靶座与电弧靶座之间的切换，避免真空室反复开闭检漏。

4、作为优选，所述固定阳极板为环形，所述移动阳极板套接所述固定阳极板，所述固定阳极板和所述移动阳极板的输电导线连接点位于所述阳极板组件外侧。移动阳极板和固定阳极板相互套接封闭靶座装置，防止杂物进入靶座装置内部，影响靶材表面的磁场强度和电场强度；固定阳极板和移动阳极板的输电导线连接点位于所述阳极板组件外侧，由于输电导线反复拉扯，弯折以及强电流通过，容易发生损坏，便于检修和更换输电导线；由于输电导线在靶材的反复移动过程中，尤其是移动阳极板和固定阳极板的输电导线连接点处于最短距离时，输电导线的冗余部分较多，输电导线设置在靶座装置外侧，能够避免输电导线的冗余部分与靶座装置其他零部件接触，导致靶座装置损毁。

5、作为优选，移动驱动组件的固定端设有气缸，靶座整体大法兰的底面固定气缸，靶座整体大法兰的底面设有铜背冷却组件。靶座整体大法兰的底面位于真空室外侧，有利于从真空室外侧控制气缸进出气完成对阴极载体组件、阳极板组件和靶材的整体控制，避免启闭真空室，对真空室反复检漏，降低运行成本。

6、作为优选，旋转驱动组件包括空心螺杆和花键轴，空心螺杆和花键轴之间设有空心固定花键套，空心固定花键套一端连接空心螺杆，另一端连接花键轴。通过空心螺杆、空心固定花键套和花键轴将永磁体组与旋转驱动组件相连接，旋转驱动组件以伺服电机为控制部件，提供旋转动力，带动花键轴旋转，带动空心固定花键套旋转，带动空心螺杆旋转，实现工艺切换平台的移动，调整永磁体和靶材之间的距离，改变靶材表面的磁场强度，使靶材适用于磁控靶座或者电弧靶座。

7、作为优选，旋转驱动组件还包括伺服电机，空心螺杆连接工艺切换平台，花键轴连接伺服电机。采用空心螺杆前后移动固定平台，能够准确控制工艺切换平台的移动距离，从而调整靶材表面的磁场强度，提高靶材表面磁场强度的准确性；采用伺服电机控制，提高旋转驱动组件的响应速率，提高工艺切换平台的移动距离的准确性。

8、作为优选，旋转驱动组件穿过阴极载体组件，空心固定花键套和阴极载体组件相配合。限制工艺切换平台的最大移动距离，防止工艺切换平台与阴极载体组件发生碰撞，避免阴极载体组件表面产生划痕等表面缺陷，避免工艺切换平台上的永磁体损伤。

9、作为优选，靶座装置固定在真空室炉体上，所述真空室炉体设有铰链门，工艺切换平台位于真空室炉体内部，移动驱动组件的固定端和旋转驱动组件的伺服电机位于真空室的外部。靶座装置中的移动驱动组件和旋转驱动组件需要外接设备进行控制和操作，移动驱动组件和旋转驱动组件位于真空室外部，可以避免控制和操作过程影响真空室的真空度，避免反复检漏，缩短加工所需工时；真空室炉体的炉门采用平开的铰链门，平开的铰链门便于打开真空室和平移挪出拆装工件架，避免采用吊装方式拆装工件架，节省真空室占地面积。

10、作为优选，真空室包括圆形的工件架，真空室炉体为正多边形。正多边形的炉体安装靶座装置，能够控制每个靶座装置距离工件架内待加工工件的距离相等，有利于统一调节靶座装置与待加工工件的距离；正多边形炉体用于靶座装置的安装，安装位置为平面，有利于安装靶座装置；便于设置密封结构填充密封填料，同时有利于保证靶座装置和真空室炉体接缝的密封性，保证真空室的密封性。

11、本发明提供了一种pvd通用型平面靶座装置，能够在保持真空室封闭的状态下，实现工件依照工艺依次完成磁控镀膜和电弧镀膜，从而在工件表面形成高质量的镀膜；简化靶座装置和工件架的安装方式，降低设备的运行成本及维护成本；实现靶座装置在磁控靶座和电弧靶座之间相互切换，降低设备的制造成本，增大真空室的空间利用率，并具有以下有益效果，避免输电导线在移动阳极板和固定阳极板距离反复变化的过程中，反复拉扯变形导致损坏甚至折断，保证电流传输的稳定性；从真空室外侧控制气缸进出气完成对阴极载体组件、阳极板组件和靶材的整体控制，避免启闭真空室，对真空室反复检漏，降低运行成本；真空室炉体的炉门采用平开的铰链门，平开的铰链门便于打开真空室和平移挪出拆装工件架，避免采用吊装方式拆装工件架，节省真空室占地面积；多边形炉体的安装位置为平面，有利于安装靶座装置的靶座整体大法兰，同时便于设置密封结构填充密封填料，有利于保证靶座装置和真空室炉体接缝的密封性，保证真空室的密封性。