CN102634764A

CN102634764A - 一种多功能pvd镀膜机

Info

Publication number: CN102634764A
Application number: CN2012100966959A
Authority: CN
Inventors: 张笑; 朱宏辉
Original assignee: SHANGHAI ZENIX VACUUM COATING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI ZENIX VACUUM COATING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-01
Filing date: 2012-04-01
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明提供一种多功能PVD镀膜机，包括真空室、设置在真空室内的导电工件转架、等离子电弧蒸发源和电弧电源，还包括脉冲偏压电源、中频溅射源、中频电源、气体离子源、离子源电源，所述脉冲偏压电源和等离子电弧蒸发源、中频溅射源、气体离子源通过四组开关进行单独控制，脉冲偏压电源和等离子电弧蒸发源、中频溅射源、气体离子源都可以单独或协同工作。本发明的特点在于，一台机器可以实现等离子电弧镀膜和溅射镀膜，不需要更换机台或配置，就可以实现多种镀膜的选择，大大降低了设备投入成本。

Description

一种多功能PVD镀膜机

技术领域

本发明涉及PVD真空离子镀膜领域，特别涉及溅射、等离子电弧镀膜机的改进。

背景技术

PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。PVD的方法也就是经由直接的传质将所需体沉积的物理材料传递至基体表面。

PVD(物理气相沉积)技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。相对于PVD技术的三个分类，相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机。近十多年来，真空离子镀技术的发展是最快的，它已经成为了当代最先进的表面处理方法之一。通常所说的PVD镀膜，指的就是真空离子镀膜；通常所说的PVD镀膜机，指的也就是真空离子镀膜机。

随着人们环保意识的提高，PVD镀膜技术越来越受到重视，其中的各种镀膜技术都有得到广泛的应用。

等离子电弧(俗称电弧、多弧)沉积是指在一定的真空条件下，在靶材表面(所需要沉积的材料)产生弧光放电，从而引起靶材的物态变化，同时喷射出靶材原子、离子、熔融颗粒；优点：沉积离子的蒸发速率高、溅射的能量高；缺点：膜层较为粗糙；在制备金属碳化物涂层，由于靶材表面中毒，弧光不稳，甚至灭弧。

溅射沉积是指在一定的真空条件下在靶材表面产生辉光放电，同时产生高能离子或中性原子来碰撞靶材，通过动能的传递导致某些物料从靶材表面溅射出来；优点：沉积的颗粒主要以原子为主，沉积的涂层较光滑；缺点：结合牢度较电弧差。

气体离子源的应用也越来越受到较多的关注；气体离子源具有方向性，在其表面产生高密度的气体的等离子体；可以作为离子轰击工件清洗使用；也可以涂层沉积源来使用，例如可以用来制作DLC涂层；或者作为反应气体的离化源，作辅助沉积使用。

脉冲偏压的使用，可以在工件表面施加一定的占空比、一定频率的负偏压；不同的施加工艺可以辅助提高涂层的附着力、降低一定的内应力。

请见图1所示，常用的PVD镀膜机包括真空室1、导电工件转架2、等离子电弧蒸发源3、等离子电弧电源4和直流脉冲电源5。该机器只能实现真空离子镀膜，而不具有其它的PVD镀膜功能。

发明内容

本发明提供的多功能PVD镀膜机，整合和改进现行PVD镀膜多种技术，实现一机多用，降低镀膜设备投入成本。在镀膜过程中，实现多种镀膜工艺可选，灵活调整镀膜工序，实现多种涂层沉积，可以提高涂层沉积速度和质量。

一种多功能PVD镀膜机，包括真空室、设置在真空室内的导电工件转架、等离子电弧蒸发源和电弧电源，还包括脉冲偏压电源、中频溅射源、中频电源、气体离子源、离子源电源，所述脉冲偏压电源和等离子电弧蒸发源、中频溅射源、气体离子源通过四组开关进行单独控制，脉冲偏压电源和等离子电弧蒸发源、中频溅射源、气体离子源都可以单独或协同工作。

其中，所述导电工件转架与真空室绝缘，真空室接地处于零电位，脉冲偏压电源阳极接真空室外壁，脉冲偏压电源阴极接所述导电工件转架，脉冲偏压电源输出为负偏压，偏压0～2000V可调，脉冲频率20K～50K Hz，占空比2％～95％可调。

其中，所述等离子电弧蒸发源与真空室绝缘，电弧电源阳极接真空室，阴极接等离子电弧蒸发源，所述电弧电源电压15～35V，电流25A～200A。

其中，所述气体离子源至少有一个由真空室外通入气体离子源内部的进气口，气体离子源阳极通过绝缘密封引出真空室外，气体离子源阴极与真空室接通，气体离子源阳极与真空室绝缘，离子源电源阳极与气体离子源阳极接通，离子源电源阴极与离子源阴极接通，离子源电源电压500～2000V，占空比2％～95％可调。

其中，真空室内设置两块中频溅射源，两者距离100～500mm，两块中频溅射源与真空室绝缘，分别互为阴阳极，电极各通过绝缘密封引出真空室外，中频电源两极分别接通中频溅射源两极，中频电源电压0～1000V，电流0～35A，频率20K～50K Hz。

本发明的特点在于，一台机器可以实现等离子电弧镀膜和溅射镀膜，不需要更换机台或配置，就可以实现多种镀膜的选择，大大降低了设备投入成本。

本发明配置脉冲偏压电源，电压直接加在真空室外壁与导电工件转架之间，作为辅助沉积，能够有效地提高涂层附着力；并且该偏压电源为脉冲式，有效地降低了电荷积累以及打火的几率；另外该电源能够及时有效地启动灭弧动作，避免工件上电弧打火损坏。

本发明引入了气体离子源，气体离子源作用于局部区域，输出功率比一般辉光发电要大很多；另外离子源阳极的电位高于阴极的电位，离子源阴极的电位与真空室等电位，真空室的电位又高于导电工件转架的电位，实际加载在离子源阳极与工件的电压约等于偏压电源与离子源电源之和，这样提高了离子源离子动能，使得离子源做离子清洗还是做辅助沉积都更强更有效。

本发明配合多种镀膜技术，在0.1～0.8Pa压力下，可以同时开启电弧源和溅射源，或者混合交替镀膜，并开启偏压源和离子源，可以有效提高膜层附着力，降低内应力。

附图说明

图1是现有技术中常用的PVD镀膜机的示意图；

图2是本发明实施例中多功能PVD镀膜机的示意图。

具体实施方式

下面给出本发明的较佳的实施例，这些实施例并非限制本发明的内容。

实施例1

请见图2所示，本发明实施例中的一种多功能PVD镀膜机，包括真空室6、设置在真空室内的导电工件转架11、等离子电弧蒸发源7和电弧电源8，还包括脉冲偏压电源10、中频溅射源13和14、中频电源16、气体离子源15、离子源电源9，所述脉冲偏压电源10和等离子电弧蒸发源7、中频溅射源13和14、气体离子源15通过四组开关进行单独控制，脉冲偏压电源10和等离子电弧蒸发源7、中频溅射源13和14、气体离子源15都可以单独或协同工作。

所述导电工件转架11与真空室6绝缘，真空室6接地处于零电位，脉冲偏压电源10阳极接真空室1外壁，脉冲偏压电源10阴极接所述导电工件转架11，脉冲偏压电源10输出为负偏压，偏压0～2000V可调，脉冲频率20K～50K Hz，占空比2％～95％可调。脉冲偏压电源10使用SASH SBD-I-1型号电源，额定出电压2000V，额定电流10A，占空比2％-95％，频率40KHz。

其中，所述等离子电弧蒸发源7与真空室6绝缘，电弧电源8阳极接真空室6，阴极接等离子电弧蒸发源7，所述电弧电源8电压15～35V，电流25A～200A。电弧电源8使用RUJAC DY-200型号电源，额定输出电压20-35V，额定输出电流50-200A，可以自动灭弧检测、自动引弧。等离子电弧蒸发源7边缘设置引弧装置，引弧装置控制电源来自RUJAC DY-200的24V电。

其中，所述气体离子源15至少有一个由真空室6外通入气体离子源15内部的进气口，气体离子源15阳极通过绝缘密封引出真空室6外，气体离子源15阴极与真空室6接通，气体离子源15阳极与真空室6绝缘，离子源电源9阳极与气体离子源15阳极接通，离子源电源9阴极与气体离子源15阴极接通，离子源电源9电压500～2000V，占空比2％～95％可调。离子源电源9的采用PusetechBP-02型号电源，额定输出电压2000V，额定电流10A。

其中，真空室6内设置两块中频溅射源13和14，两者距离100～500mm，两块中频溅射源13和14与真空室6绝缘，分别互为阴阳极，电极各通过绝缘密封引出真空室6外，中频电源16两极分别接通中频溅射源两极，中频电源16电压0～1000V，电流0～35A，频率20K～50K Hz。中频电源16采用Pusetech MSB-01型号电源，空载电压≥1000V，工作电压200V-800V，额定电流35A；脉冲频率：40kHz(连续可调或定频)；脉冲占空比：10％～80％(连续可调)。所述多功能PVD镀膜机中的真空室6外壁必须可靠接地(PE)。

实施例2

利用本发明实现多弧离子镀膜，需要本发明提供的多功能PVD镀膜机。

首先将产品装夹到导电工件转架11，使真空室内真空度≤2.0e-2Pa，开始做金属离子轰击清洗，利用金属离子轰击工件表面，可以将表面的微小颗粒杂质清除，并清除工件表面吸附的杂气；冲入Ar，调节真空度，打开脉冲偏压电源10，再开启电弧电源8。

轰击工艺参数如下：

离子轰击后并可进入镀膜工序，本发明的多功能PVD镀膜机，可以制备纯金属、合金以及反应膜层。本实施例以镀钛金为例，开启脉冲偏压并调整参数，加入一定量的N₂，开启等离子电弧电源并设定好参数，镀膜开始；

镀膜工艺参数如下：

得到的镀膜为(简单描述下参数，介绍下次机器镀膜的好处和特点即可)。

Claims

1.一种多功能PVD镀膜机，包括真空室、设置在真空室内的导电工件转架、等离子电弧蒸发源和电弧电源，其特征在于，还包括脉冲偏压电源、中频溅射源、中频电源、气体离子源、离子源电源，所述脉冲偏压电源和等离子电弧蒸发源、中频溅射源、气体离子源通过四组开关进行单独控制，脉冲偏压电源和等离子电弧蒸发源、中频溅射源、气体离子源都可以单独或协同工作。

2.如权利要求1所述的多功能PVD镀膜机，其特征在于，所述导电工件转架与真空室绝缘，真空室接地处于零电位，脉冲偏压电源阳极接真空室外壁，脉冲偏压电源阴极接所述导电工件转架，脉冲偏压电源输出为负偏压，偏压0～2000V可调，脉冲频率20K～50K Hz，占空比2％～95％可调。

3.如权利要求1所述的多功能PVD镀膜机，其特征在于，所述等离子电弧蒸发源与真空室绝缘，电弧电源阳极接真空室，阴极接等离子电弧蒸发源，所述电弧电源电压15～35V，电流25A～200A。

4.如权利要求1所述的多功能PVD镀膜机，其特征在于，所述气体离子源至少有一个由真空室外通入气体离子源内部的进气口，气体离子源阳极通过绝缘密封引出真空室外，气体离子源阴极与真空室接通，气体离子源阳极与真空室绝缘，离子源电源阳极与气体离子源阳极接通，离子源电源阴极与离子源阴极接通，离子源电源电压500～2000V，占空比2％～95％可调。

5.如权利要求1所述的多功能PVD镀膜机，其特征在于，真空室内设置两块中频溅射源，两者距离100～500mm，两块中频溅射源与真空室绝缘，分别互为阴阳极，电极各通过绝缘密封引出真空室外，中频电源两极分别接通中频溅射源两极，中频电源电压0～1000V，电流0～35A，频率20K～50K Hz。