一种真空镀膜系统及镀膜方法技术方案

本发明专利技术公开一种等离子体真空镀膜系统和镀膜方法，包括涂层机及阴极装置，涂层机提供阳极，阴极装置包括靶台、靶材、空腔辅助阳极、第一脉冲电源、直流弧电源、第二脉冲电源和双极脉冲等离子体震荡器，靶材外侧设有通道，第一脉冲电源的正极与空腔辅助阳极电连接，第一脉冲电源的负极与靶材电连接，直流弧电源的正极电连接阳极，直流弧电源的负极与靶材电连接，第二脉冲电源的正极电连接阳极，第二脉冲电源的负极与工件电连接形成阴极，双极脉冲等离子体震荡器可横向产生振荡型等离子体。本发明专利技术能够实现弧光等离子体的横向和纵向的立体轰击，提高离化效率，避免产生液滴，沉积为无液滴的高硬、高致密涂层。高致密涂层。高致密涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种真空镀膜系统及镀膜方法


[0001]本专利技术涉及真空镀膜
，更具体的涉及一种真空镀膜系统及镀膜方法。

技术介绍

[0002]电弧离子体镀膜技术是PVD技术的一种，是指在PVD沉积过程中，被镀材料形成金属或者非金属等离子体，等离子体在偏压电场的作用下沉积在工件表面上，具有低温、能量强、离化率高、离子绕射性好，膜层附着力强，膜层致密、可镀材料广泛等优点，应用范围十分广阔，展示出很大的经济效益和工业应用前景。
[0003]弧源是电弧等离子体放电的源头，一般地，采用机械引弧，通过引弧针与阴极靶材短接产生电弧放电，在表面产生弧斑，电流密度高达106‑
108A/cm2，在这种大电流作用下，产生大量的焦耳热，使阴极材料闪蒸，产生大量电子、离子及中性原子，但引弧瞬间和稳定烧蚀过程中，都会产生大的熔滴，这些中性粒子和熔滴与离子电子一同飞向工件基材，导致涂层缺陷增加、致密性光滑度不足及涂层寿命下降。因此，解决等离子体镀膜中的大液滴问题，提高粒子离化率，是真空等离子体镀膜技术长期研究的课题。
[0004]为提高沉积粒子的离化率，解决涂层液滴问题，一些研究采用磁场过滤结构或方式，如S弯管磁过滤，L型弯管，多级磁线圈等，将不带电的粒子筛选出去，这些方式大大降低或彻底解决了液滴达到工件的问题，但是沉积效率低、均匀性差异大、原材料浪费导致成本高、无法满足大批量生产需求。
[0005]因此，有必要提供一种真空镀膜系统及镀膜方法以解决上述现有技术的不足。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术缺陷，本专利技术提供了一种等离子体真空镀膜系统及镀膜方法，实现弧光等离子体的横向和纵向的立体轰击，能实现无液滴、离化率高、安全性好，且实现大面积、均匀、稳定涂层生产。
[0007]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供一种等离子体真空镀膜系统，包括涂层机及安装在所述涂层机的阴极装置，涂层机提供阳极，阴极装置包括靶台、靶材、空腔辅助阳极、第一脉冲电源、直流弧电源、第二脉冲电源和双极脉冲等离子体震荡器，所述靶材设于所述靶台表面，所述靶材外侧设有通道，所述空腔辅助阳极设于所述通道中，所述第一脉冲电源的正极与所述空腔辅助阳极电连接，所述第一脉冲电源的负极与所述靶材电连接，在所述第一脉冲电源的作用下，所述空腔辅助阳极产生等离子体，所述直流弧电源的正极电连接所述阳极，所述直流弧电源的负极与所述靶材电连接，所述第二脉冲电源的正极电连接所述阳极，所述第二脉冲电源的负极与工件电连接形成阴极，所述双极脉冲等离子体震荡器位于靶材与工件之间，所述双极脉冲等离子体震荡器可横向产生振荡型等离子体。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的等离子体真空镀膜系统既能实现对工件进行刻蚀、清洁，又能对工件进行沉积镀膜。刻蚀、清洁过程如下：先启动第一脉冲电源，在脉冲电压电场作用下，空腔辅助阳极变成等离子体发生器，腔内形成辉光区交叠，使的大量流动的气体被
击穿电离，从而产生辉光等离子体束流(简称第一等离子体)，再启动双极脉冲等离子体震荡器产生振荡型等离子体，实现第一等离子体的横向轰击，增加整个空间的离化，再启动第二脉冲电源使等离子体向脉冲负极(即工件)运动进行刻蚀、清洁。镀膜沉积过程如下：先启动直流弧电源在靶材表面起弧，产生第二等离子体，再启动第一脉冲电源产生辉光等离子体束流(简称第一等离子体)，由于空腔辅助阳极设于通道中，第一等离子体中离子和电子(比如工作气体为氩气，Ar
+
和e)分别向靶材方向运行，大量的等离子体粒子尤其是离子(Ar
+
)朝第二等离子体高速运行，其中，第一等离子体与第二等离子体发生大量的撞击，使得电弧液滴逐步击碎成更小的粒子或等离子体，以实现无液滴。尤其是，双极脉冲等离子体震荡器产生振荡型等离子体，带电粒子在双极脉冲等离子体震荡器的电极性变化下，形成往复的迁移运动，靶材上产生的第二等离子体高速喷射进入双极脉冲等离子体震荡器，受到往复迁移的带电粒子的轰击，随即发生大量撞击，使得等离子体离化率进一步提高。同时，在第二脉冲电源的负压吸引和牵引下，高度离化、高密度的等离子体朝工件(阴极)高速运动，运动过程中出现大量的碰撞，使得离化率提升，在工件上形成无液滴的高硬、高致密涂层。
[0009]另一方面，本专利技术还提供一种等离子体真空镀膜方法，采用上述等离子体真空镀膜系统实现，其步骤包括：
[0010](1)将阴极装置安装在涂层机上，抽真空后往通道内送入工作气体；
[0011](2)开启直流弧电源，使得靶材表面起弧，产生第二等离子体；
[0012](3)开启第一脉冲电源，空腔辅助阳极产生第一等离子体，开启双极脉冲等离子体震荡器产生振荡型等离子体，在第二脉冲电源的作用下，高度离化的等离子体朝工件运动，在工件上沉积形成第一涂层。
[0013]本专利技术的有益效果有：
[0014](1)本专利技术的等离子体真空镀膜系统既能对工件进行刻蚀、清洁，又能够实现对工件进行沉积涂层，且可降低成本。
[0015](2)空腔辅助阳极形成等离子体发生器后，辉光等离子体由空腔朝两侧的第一贯穿孔和第二贯穿孔喷射出来形成伞状辉光等离子体，有利于增强粒子轰击，提高等离子体密度，获得高质量涂层；
[0016](3)空腔辅助阳极形成的伞状辉光等离子体，由于空腔的正电位而带正电，有利于弧斑束缚在靶材内烧蚀，减少灭弧和元器件的损坏，提高安全性。
[0017](4)通过控制工作气体种类，可以实现纯金属膜、金属氮化膜和DLC膜等单层或多层复合薄膜，特别是提供CH4的离化，获得高硬度的DLC涂层。
附图说明
[0018]图1为本专利技术等离子体真空镀膜系统的结构示意图。
[0019]图2为图1所示等离子体真空镀膜系统产生等离子体的结构示意图。
[0020]图3为图1所示等离子体真空镀膜系统中双极脉冲等离子体震荡器的结构示意图。
[0021]图4为图1所示等离子体真空镀膜系统中空腔辅助阳极的结构示意图。
[0022]图5为图4所示空腔辅助阳极另一实施例的结构示意图。
[0023]符号说明
[0024]靶台10，通道11，靶材20，限位环30，空腔辅助阳极40，管道本体41，贯穿部42，管孔
421，槽孔422，第一等离子体47，第一脉冲电源50，直流弧电源60，第二等离子体61，第二脉冲电源70，绝缘环80，双极脉冲等离子体震荡器90，震荡器正极91，震荡器负极93，双极脉冲电源95，陶瓷屏蔽环97，振荡型等离子体99，工件200，阳极300。
具体实施方式
[0025]以下实施例旨在说明本
技术实现思路
，而不是限制本专利技术的权利要求的保护范围。
[0026]请参考图1
‑
图2，一种等离子体真空镀膜系统，包括涂层机及安装在涂层机的阴极装置，涂层机提供阳极300，阴极装置包括靶台10、靶材20、限位环30、空腔辅助阳极40、第一脉冲电源50、直流弧电源60、第二脉冲电源70、绝缘环80和双极脉冲等离子体震本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体真空镀膜系统，包括涂层机及安装在所述涂层机的阴极装置，所述涂层机提供阳极，其特征在于，所述阴极装置包括靶台、靶材、空腔辅助阳极、第一脉冲电源、直流弧电源、第二脉冲电源、双极脉冲等离子体震荡器，所述靶材设于所述靶台表面，所述靶材外侧设有通道，所述空腔辅助阳极设于所述通道中，所述第一脉冲电源的正极与所述空腔辅助阳极电连接，所述第一脉冲电源的负极与所述靶材电连接，在所述第一脉冲电源的作用下，所述空腔辅助阳极产生等离子体，所述直流弧电源的正极电连接所述阳极，所述直流弧电源的负极与所述靶材电连接，所述第二脉冲电源的正极电连接所述阳极，所述第二脉冲电源的负极与工件电连接形成阴极，所述双极脉冲等离子体震荡器位于所述靶材与所述工件之间，所述双极脉冲等离子体震荡器可横向产生振荡型等离子体。2.如权利要求1所述的等离子体真空镀膜系统，其特征在于，所述双极脉冲等离子体震荡器包括震荡器正极、震荡器负极和双极脉冲电源，所述双极脉冲电源的正极电连接所述震荡器正极，所述双极脉冲电源的负极电连接所述震荡器负极，所述双极脉冲等离子体震荡器可对所述空腔辅助阳极和所述靶材产生等离子体进行轰击。3.如权利要求2所述的等离子体真空镀膜系统，其特征在于，所述双极脉冲等离子体震荡器还包括陶瓷屏蔽环，所述陶瓷屏蔽环与所述震荡器正极、所述震荡器负极配合使用，以保护所述震荡器正极和所述震荡器负极。4.如权利要求1所述的等离子体真空镀膜系统，其特征在于，还包括限位环，所述限位环围绕所述靶材设置且与所述靶材之间设有通道。5.如权利要求1所述的等离子体真空镀膜系统，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹时义，王俊锋，周敏，
申请(专利权)人：广东鼎泰高科技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：