專利名稱：大功率密度的磁控濺射陰極的制作方法
大功率密度的磁控濺射陰極[技術領域]
本發明涉及一種真空鍍膜領域的磁控濺射陰極，具體說是一種大功率密度的磁控濺射陰極。[背景技術]
在工業極度進步和制造業廣泛發展的今天，真空鍍膜技術已經經歷了近百年的發展。在國內外制造行業都有著相當廣泛的應用。在國外，真空鍍膜行業技術已經很成熟，先進設備的制造工藝和技術也已經相當成熟。然而在國內，真空鍍膜設備制造的研究投入卻是相當缺乏，技術落后，目前在國內市場上廣泛使用高成本的進口機器和原料或是使用落后于西方發達企業10-15年的工藝設備進行生產，造成了巨大的資源浪費。
磁控濺射真空鍍膜是一種常用的鍍膜技術，在磁控濺射中，運動電子在磁場中受到洛侖茲力，在電場和洛倫茲力的共同作用下，電子會產生螺旋運動，其運動路徑變長，增加了與工作氣體分子碰撞的次數，使等離子體密度增大，從而磁控濺射速率得到很大的提高，在較低的濺射電壓和氣壓下工作，降低薄膜污染的傾向；另一方面提高了入射到襯底表面的原子的能量，在很大程度上改善薄膜的質量。同時，經過多次碰撞而喪失能量的電子到達陽極時，已變成低能電子，從而不會使基片過熱。因此磁控濺射法具有“高速”、“低溫”的優點。
然而由于在磁控濺射電極中一般采用不均勻磁場會使靶材產生顯著的不均勻刻蝕，導致靶材利用率低，一般僅為20% -30%。另外由于傳統磁控濺射陰極的設計缺陷，導致磁控濺射的功率源功率較低，磁控濺射陰極存在著功率密度低下的特點。限制了磁控濺射鍍膜技術的發展。
所以改善磁控濺射陰極性能，增加磁控濺射陰極的功率密度和提高磁控濺射陰極的靶材利用率對于提高磁控濺射鍍膜的效率，降低鍍膜的成本都有著極其重要的意義。[發明內容]
本發明為了克服現有技術的不足，提供了一種大功率密度的磁控濺射陰極，包括陰極主體，以及與陰極主體連接的同軸電纜，還包括安裝在陰極主體上部的靶材，以及位于陰極主體下方的磁路系統，其特征在于；還包括一個陽極罩，所述陰極主體上開設進水槽和出水槽，并與靶材之間設有防水板，進水槽與出水槽的下方分別形成進水口和出水口，陰極主體的下方還有絕緣體，絕緣體的下方通過底板固定于陽極罩內，所述的陽極罩上方設有氣路板，以及用于引入冷卻水的銅管。
所述氣路板上均分布有氣路槽、進氣孔及出氣孔。
所述的同軸電纜采用機7/127-1 393型電纜線，該電纜采用7/0.79標準鍍銀銅作為內導體；7. 24mm聚四氟乙烯作為絕緣體；8. 71mm雙層鍍銀銅網作為外導體；9. 91mm FEP 作為外絕緣層。
所述陰極主體采用高純度真空無氧銅材料加工而成。
所述磁路由若干塊磁鐵排列拼接而成形成磁陣，磁陣下方采用高質量工業軟鐵 DT4作為軛鐵來限制磁路。
所述絕緣體為整體的聚四氟乙烯絕緣體。
所述氣路板采用316型不銹鋼材料加工而成。
所述釹鐵硼金屬間化合物的主要成分為Ndfei4B。
所述高純度真空無氧銅的純度為99. 97%，氧含量不大于0. 003%，雜質總含量不大于0. 03%。
所述防水板的厚度為0. 8mm。
本發明同現有技術相比，改善磁控濺射陰極性能，增加磁控濺射陰極的功率密度和提高磁控濺射陰極的靶材利用率對于提高磁控濺射鍍膜的效率，降低鍍膜的成本。[


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圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為圖1中氣路板的結構示意圖。
參見圖1和圖2，1為陰極主體；2為靶材；3為磁鐵；4為進水槽；5為防水板；6為陽極罩；7為氣路板；8為氣路槽；9為進氣孔；10為出氣孔；11為絕緣體；12為底板；13為同軸電纜；14出水槽；15為進水口 ；16為出水口 ；17為銅管；18為軛鐵。[具體實施方式
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下面結合附圖對本發明作進一步描述。
如圖1所示，包括陰極主體1，以及與陰極主體1連接的同軸電纜13，還包括安裝在陰極主體1上部的靶材2，以及位于陰極主體1下方的磁路系統。還包括一個陽極罩6， 陰極主體1上開設進水槽4和出水槽14，并與靶材2之間設有防水板5，進水槽4與出水槽 14的下方分別形成進水口 15和出水口 16，陰極主體1的下方還設有絕緣體11，并在絕緣體 11的下方通過底板12固定于陽極罩6內，陽極罩6上方設有氣路板，還設有用于引入冷卻水的銅管17。
本發明的同軸電纜13采用M17/127-RG393型電纜線，該電纜采用7/0. 79標準鍍銀銅作為內導體、7. 24mm聚四氟乙烯作為絕緣體、8. 71mm雙層鍍銀銅網作為外導體、9. 91mm FEP作為外絕緣層，其最高耐壓2. 5KV，0. OlGHz射頻功率源時可傳輸15KW的功率。
陰極主體1使用無氧銅材經過機械加工而成，該款銅材純度達到99. 97%，氧含量不大于0. 003 %，雜質總含量不大于0.03%。
磁路系統為若干塊采用釹鐵硼金屬間化合物制成的磁鐵3，釹鐵硼金屬間化合物經過熱壓工藝加工和機械加工后，按照設計充磁方向充磁至飽和狀態。磁鐵下方采用高質量工業軟鐵作為軛鐵18限制磁路，磁鐵3粘合在軛鐵18上形成磁陣。
絕緣體11采用整體結構的聚四乙烯材料經過機械加工制成。該材料的耐候性能良好，能夠在能在+250°C至_180°C的溫度下長期工作，除熔融金屬鈉和液氟外，能耐其它一切化學藥品。其絕緣性能不受環境及頻率的影響，體積電阻可達1018 Ω . cm，介質損耗小， 擊穿電壓高。
本發明的磁路設計采用多排磁鐵排列的方式，通過調節磁鐵所處的高度和位置來調節靶材表面處的磁場強度和磁場均勻性，加寬靶材表面有效的轟擊寬度以提高磁控濺射鍍膜過程中的，濺射效率、鍍膜均勻性和靶材利用率。
如圖2所示本發明的氣路板采用集成到陽極罩之中的設計方案，將氣路板直接置于陽極罩的上方，直接將磁控濺射的濺射氣體Ar氣引入到陽極罩內，通過氣路板上八個均勻分布的進氣孔，在靶材表面形成一個均勻的氣場分布。
以下是本發明水路設計采用直接水冷的設計方案
將濺射陰極用的冷卻水通過進水口 15直接引入到靶材2的背面，在無氧銅陰極主體1靠近靶材2端的面上直接加工出一定寬度的進水槽4和出水槽14，在濺射的過程中，冷卻水直接通過一層0.8mm后的防水板5對高溫的靶材進行冷卻。在陽極罩上，使用IOmm的薄銅管17引入冷卻水對陽極罩和氣路板進行冷卻。
以下是本發明磁控濺射陰極的制作過程
(a)在規格為Φ 130mmX Φ IOmm的陰極主體1上加工寬度為32mm，深度為3mm的進水槽4和出水槽14，并開設進水口 15和出水口 16。
(b)加工規格為Φ 130mmX Φ 56mm的高質量聚四氟乙烯絕緣體。絕緣高度為50mm。
(c)將高質量的工業軟鐵D1M材料加工成型，加工后規格為Φ95πιπιΧ Φ 15mm，并按要求在軛鐵19上銑出數條深度不一的方槽作為磁路的磁陣基礎，達到調節磁鐵高度的作用。加工結束后磁鐵表面進行電鍍Ni-Cu-Ni處理，并按照特定要求的方向進行充磁至飽， 隨后將加工好的磁鐵按要求排列在軛鐵19上。
(d)在規格為Φ 148mmX Φ 5mm的316不銹鋼材料上加工如圖2所示的氣路板，開設氣路槽，氣路槽的尺寸為ImmX 1mm。
(e)使用厚度為0. 8mm的黃銅板加工防水板。
(f)按設計要求分別加工陰極的陽極罩、陰極主體底板等。
(g)焊接密封口并裝配陰極。
按照此款設計方案制造的平面磁控濺射陰極可以進行大功率密度的磁控濺射鍍膜，常態濺射功率密度可在0W/Cm2-40W/Cm2之間可調，短時峰值濺射功率密度可達到60W/ cm2，靶材利用率達到55% -65%。經過180天工作測試，磁場無衰減，陰極性能穩定。
權利要求
1.一種大功率密度的磁控濺射陰極，包括陰極主體，以及與陰極主體連接的同軸電纜，還包括安裝在陰極主體上部的靶材，以及位于陰極主體下方的磁路系統，其特征在于；還包括一個陽極罩，所述陰極主體上開設進水槽和出水槽，并與靶材之間設有防水板，進水槽與出水槽的下方分別形成進水口和出水口，陰極主體的下方還設有絕緣體，并在絕緣體的下方通過底板固定于陽極罩內，所述的陽極罩上方設有氣路板，以及用于引入冷卻水的銅管。
2.根據權利要求1所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述氣路板上均分布有氣路槽、進氣孔及出氣孔。
3.根據權利要求1或2所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述的同軸電纜采用M17/127-RG393型電纜線，該電纜采用7/0. 79標準鍍銀銅作為內導體；7. 24mm聚四氟乙烯作為絕緣體；8. 71mm雙層鍍銀銅網作為外導體；9. 91mm FEP作為外絕緣層。
4.根據權利要求1或2所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述陰極主體采用高純度真空無氧銅材料加工而成。
5.根據權利要求1或2所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述磁路由若干塊磁鐵排列拼接而成形成磁陣，磁陣下方采用高質量工業軟鐵DT4作為軛鐵來限制磁路。
6.根據權利要求1或2所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述絕緣體為整體的聚四氟乙烯絕緣體。
7.根據權利要求1或2所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述氣路板采用316型不銹鋼材料加工而成。
8.根據權利要求5所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述釹鐵硼金屬間化合物的主要成分為NdJe14B。
9.根據權利要求4所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述高純度真空無氧銅的純度為99. 97 %，氧含量不大于0. 003 %，雜質總含量不大于0.03%。
10.根據權利要求1所述的大功率密度的磁控濺射陰極，其特征在于所述防水板為黃銅材料，厚度為0. 8mm。
全文摘要
本發明涉及一種真空鍍膜領域的磁控濺射陰極，具體說是一種大功率密度的磁控濺射陰極，包括陰極主體，以及與陰極主體連接的同軸電纜，還包括安裝在陰極主體上部的靶材，以及位于陰極主體下方的磁路系統，其特征在于；還包括一個陽極罩，所述陰極主體上開設進水槽和出水槽，并與靶材之間設有防水板，進水槽與出水槽的下方分別形成進水口和出水口，陰極主體的下方還有絕緣體，絕緣體的下方通過底板固定于陽極罩內，所述的陽極罩上方設有氣路板，以及用于引入冷卻水的銅管。本發明同現有技術相比，改善磁控濺射陰極性能，增加磁控濺射陰極的功率密度和提高磁控濺射陰極的靶材利用率對于提高磁控濺射鍍膜的效率，降低鍍膜的成本。
文檔編號C23C14/35GK102560401SQ20121005388
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者李 杰, 王正安, 譚新, 鄭戰偉, 錢鵬亮, 韓子水 申請人:上海福宜新能源科技有限公司