阅读说明：本技术 滚筒式磁控溅射镀膜机 (Drum-type magnetron sputtering film coating machine ) 是由 黄永生 田梦军 董悦 薛涛 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种滚筒式磁控溅射镀膜机,通过设置在滚筒座上的导电滚轮与溅射滚筒的外侧壁面接触导电的方式,对溅射内腔中的待镀工件施加偏压,导电滚轮可适应于溅射滚筒的转动过程中的电传导,磁控溅射工艺过程中的高温真空环境不会对导电滚轮产生不利影响,且导电滚轮不会污染真空镀膜环境。进一步地,导电滚轮起到导电作用的同时还起到支撑溅射滚筒的作用,承担溅射滚筒及其中的待镀工件的重量,驱动装置仅需进行传动而不承担压力,可减轻驱动装置的负担,达到溅射滚筒平稳转动的效果。(The invention relates to a drum-type magnetron sputtering film coating machine, which applies bias voltage to a workpiece to be coated in a sputtering inner cavity in a mode that a conductive roller arranged on a drum seat is in contact with the outer side wall surface of a sputtering drum for conduction, the conductive roller can adapt to the conduction of electricity in the rotation process of the sputtering drum, the high-temperature vacuum environment in the magnetron sputtering process cannot generate adverse effect on the conductive roller, and the conductive roller cannot pollute the vacuum film coating environment. Furthermore, the conductive roller plays a role in supporting the sputtering roller while playing a role in conducting, and bears the weight of the sputtering roller and a workpiece to be plated in the sputtering roller, the driving device only needs to transmit without bearing pressure, the burden of the driving device can be reduced, and the effect of stable rotation of the sputtering roller is achieved.)

滚筒式磁控溅射镀膜机

技术领域

本发明涉及磁控溅射设备技术领域，特别是涉及一种滚筒式磁控溅射镀膜机。

背景技术

相比电镀、喷涂等工艺，磁控溅射真空镀膜具有膜基结合力好、膜层光滑致密、沉积速率快、膜层元素和结构易于控制、工艺过程清洁环保等优点，是目前用于高档装饰性镀膜的主流技术。

磁控溅射技术要求装载待镀物的转架或立柱具有导电能力，即设备需具备可在待镀物上施加偏压的功能。现有磁控溅射技术中，转架的导电装置通常采用石墨电刷，石墨电刷与转架相连即可对待镀物施加偏压。然而，镀膜时的溅射物会在石墨电刷上沉积，加之工艺过程中的高温真空环境，会降低石墨电刷的使用寿命。另外，石墨电刷上的石墨等粉尘若保护不当也会污染真空镀膜环境，影响膜层质量。

发明内容

基于此，有必要提供一种滚筒式磁控溅射镀膜机，以解决传统导电装置采用石墨电刷存在的高温真空环境会降低石墨电刷使用寿命、石墨电刷上的石墨等粉尘可能污染真空镀膜环境的问题。

一种滚筒式磁控溅射镀膜机，包括溅射滚筒、滚筒座以及驱动装置；所述溅射滚筒具有用于进行磁控溅射的溅射内腔，所述溅射滚筒设置在所述滚筒座上并与所述驱动装置连接以由所述驱动装置驱动转动，所述滚筒座上设置有导电滚轮，所述导电滚轮的轮面抵接于所述溅射滚筒的外侧壁上，所述导电滚轮的径向与所述溅射滚筒的轴向垂直，所述导电滚轮用于传输电流至所述溅射滚筒上以对所述溅射内腔中的待镀工件施加偏压。

在其中一个实施例中，所述导电滚轮包括多个第一导电滚轮，所述溅射滚筒由多个所述第一导电滚轮共同支撑。

在其中一个实施例中，所述滚筒座包括支架以及设置在所述支架上的第一支撑轴和第二支撑轴，所述第一支撑轴和所述第二支撑轴相对设置，所述第一支撑轴和所述第二支撑轴均与所述溅射滚筒的轴向平行，所述第一支撑轴和所述第二支撑轴上均设置有多个所述第一导电滚轮。

在其中一个实施例中，所述溅射滚筒的外侧壁设置有多条限位轨道，多条所述限位轨道沿所述溅射滚筒的周向环绕在所述溅射滚筒上，所述第一导电滚轮与所述限位轨道滚动配合。

在其中一个实施例中，所述溅射滚筒的外侧壁设置有齿环，所述齿环沿所述溅射滚筒的周向环绕在所述溅射滚筒上，所述驱动装置包括电机以及由所述电机驱动转动的齿轮，所述齿轮和所述齿环传动配合。

在其中一个实施例中，所述导电滚轮还包括第二导电滚轮，所述滚筒座上设置有杠杆和拉伸弹簧，所述杠杆可转动连接于所述滚筒座，所述杠杆的两端分别连接于所述第二导电滚轮和所述拉伸弹簧，在所述拉伸弹簧的拉力下，所述杠杆将所述第二导电滚轮的轮面压在所述溅射滚筒的外侧壁上。

在其中一个实施例中，所述溅射滚筒包括内筒和外筒，所述外筒套设在所述内筒上，所述内筒能够移入或移出所述外筒，所述内筒具有所述溅射内腔。

在其中一个实施例中，所述内筒和所述外筒通过直线形的限位槽和活动嵌设在所述限位槽中的限位凸条配合连接。

在其中一个实施例中，所述内筒和所述外筒通过所述限位凸条和所述限位槽的内壁进行电流传导。

在其中一个实施例中，所述内筒和所述外筒还通过导电线连接。

在其中一个实施例中，所述溅射内腔的内壁设置有多个搅拌叶。

在其中一个实施例中，所述搅拌叶为变截面式桨叶。

在其中一个实施例中，所述滚筒式磁控溅射镀膜机还包括真空外壳，所述溅射滚筒和所述滚筒座均设置在所述真空外壳中。

与现有方案相比，上述滚筒式磁控溅射镀膜机具有以下有益效果：

上述滚筒式磁控溅射镀膜机，通过设置在滚筒座上的导电滚轮与溅射滚筒的外侧壁面接触导电的方式，对溅射内腔中的待镀工件施加偏压，导电滚轮可适应于溅射滚筒的转动过程中的电传导，磁控溅射工艺过程中的高温真空环境不会对导电滚轮产生不利影响，且导电滚轮不会污染真空镀膜环境。

进一步地，导电滚轮起到导电作用的同时还起到支撑溅射滚筒的作用，承担溅射滚筒及其中的待镀工件的重量，驱动装置为非承重装置，仅需进行传动而不承担压力，可减轻驱动装置的负担，达到溅射滚筒平稳转动、延长驱动装置保养周期和使用寿命的效果。

附图说明

图1为一实施例的滚筒式磁控溅射镀膜机的结构示意图；

图2为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机的另一视角的结构示意图；

图3为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中溅射滚筒与驱动装置的连接结构示意图；

图4为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中外筒的结构示意图；

图5为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中溅射滚筒与滚筒座的连接结构示意图；

图6为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中内筒的剖视图；

图7为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中溅射滚筒与滚筒座的连接结构的另一视角的示意图；

图8为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中绝缘座的结构示意图；

图9为图1所示滚筒式磁控溅射镀膜机中镀膜靶源的结构示意图；

图10为图9所示镀膜靶源的横截面示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1至图4，本发明一实施例的滚筒式磁控溅射镀膜机10包括溅射滚筒100、滚筒座200以及驱动装置300。

溅射滚筒100具有用于进行磁控溅射的溅射内腔101。溅射滚筒100设置在滚筒座200上并与驱动装置300连接以由驱动装置300驱动转动。滚筒座200上设置有导电滚轮。导电滚轮的轮面抵接于溅射滚筒100的外侧壁上，导电滚轮的径向与溅射滚筒100的轴向垂直。工作时，溅射滚筒100和导电滚轮同步转动，导电滚轮为导体，用于传输电流至溅射滚筒100上以对溅射内腔101中的待镀工件施加偏压。

在其中一个示例中，导电滚轮为铜滚轮或镀铜滚轮。

如图2和图3所示，在其中一个示例中，溅射滚筒100为卧式滚筒，即溅射滚筒100的轴向水平设置。导电滚轮包括多个第一导电滚轮210，溅射滚筒100由设置在滚筒座200上的多个第一导电滚轮210共同支撑。在本示例中，多个第一导电滚轮210起到导电作用的同时还起到支撑溅射滚筒100的作用，共同承担溅射滚筒100及其中的待镀工件的重量，驱动装置300仅需进行传动而不承担压力，可减轻驱动装置300的负担，达到溅射滚筒100平稳转动的效果。

如图1所示，镀膜靶源20可沿溅射滚筒100的轴向装入溅射内腔101中。独立的镀膜机靶源位于滚筒轴线，靶基距可以根据实际需要进行调整，配合可移出的溅射滚筒100更方便于靶材的拆卸和维护。

如图1所示，滚筒式磁控溅射镀膜机10还包括真空外壳400，溅射滚筒100和滚筒座200设置在真空外壳400中。真空外壳400与溅射滚筒100之间电绝缘设置，真空外壳400可为溅射滚筒100提供真空环境。真空外壳400设置有后盖板410和前开门420，后盖板410可以固定镀膜靶源20，前开门420用于供操作人员进行操作。

在其中一个示例中，溅射内筒100内安装有柱形的镀膜靶源20，镀膜靶源20内设置有转轴1203，通过旋转转轴1203能够调整镀膜靶源20内磁铁的磁场方向，进而调整镀膜靶源20的溅射方向。

更具体地，如图1、图9和图10所示，滚筒式磁控溅射镀膜机10还包括靶源驱动端头1300，安装于后盖板410外侧，并与镀膜靶源20相连。靶源驱动端头1300用于在镀膜机外部调整靶材内磁铁的旋转角度。

如图10所示，镀膜靶源20内包括靶固定座1201，用于固定靶材1202，镀膜靶源20内部中心轴处安装有与磁铁座1205相连的转轴1203，磁铁1204安装于磁铁座1205上。

如图1和图10所示，可通过调节靶源驱动端头13，通过镀膜靶源20内的转轴1203调整磁铁1204的旋转角度，从而调节溅射靶材的溅射方向。

在镀膜靶源20内安装转轴1203，可以根据溅射滚筒100中的载货量灵活调整镀膜靶源20内磁铁的磁场方向，进而调整靶材1202的溅射方向。随溅射滚筒100内载货量的改变，待镀物在转动的溅射滚筒100内位置会发生变化。载货量较少时，待镀物在溅射滚筒100内转动时主要聚集在靠近溅射滚筒100底部中心的位置；载货量较大时，待镀物则主要偏聚在溅射滚筒100底部偏滚筒转动方向的位置。镀膜靶源20磁场方向的可调能力能够在不同载货量的情况下均能使靶材1202溅射方向直对待镀物，从而减小载货量对膜基结合力和沉积速率的影响。

在其中一个示例中，滚筒座200包括支架220以及设置在支架220上的第一支撑轴231和第二支撑轴232，第一支撑轴231和第二支撑轴232相对设置，第一支撑轴231和第二支撑轴232均与溅射滚筒100的轴向平行，第一支撑轴231和第二支撑轴232上均设置有多个第一导电滚轮210。

在其中一个示例中，溅射滚筒100的外侧壁设置有多条限位轨道121，多条限位轨道121沿溅射滚筒100的周向环绕在溅射滚筒100上，第一导电滚轮210分别与限位轨道121滚动配合。通过设置多个限位轨道121，有利于溅射滚筒100的平稳转动。

在图示的具体示例中，第一支撑轴231和第二支撑轴232的两端分别设置有第一导电滚轮210。溅射滚筒100的外侧壁在靠近两端位置各设置有一条限位轨道121，共两条限位轨道121，第一支撑轴231和第二支撑轴232上的各一个第一导电滚轮210共用一条限位轨道121，以四轮支撑的方式承载溅射滚筒100及内部货件重量，以达到溅射滚筒100平稳转动的目的。溅射滚筒100转动时，其外侧壁与第一导电滚轮210间滚动摩擦，传动组件不受载货量的影响，可有效延长传动组件使用寿命。

请结合图3和图8，滚筒座200还包括底座平台240和绝缘座250，支架220设置在底座平台240上，绝缘座250将底座平台240和溅射滚筒100以及真空外壳400进行电绝缘，以确保电能不会随真空外壳400底部向大地导走。

如图8所示，绝缘座250具有由下向上穿过底座平台240的焊接螺栓251，焊接螺栓251与底座平台240的上下表面之间分别设置有第一绝缘垫片252和第二绝缘垫片253，焊接螺栓251穿入底座平台240的部分还套设有绝缘套254，采用锁紧螺母255将焊接螺栓251以及绝缘垫片锁紧在底座平台240上，采用防护套256罩住绝缘座250位于底座平台240上方的部分。

如图5所示，在其中一个示例中，溅射滚筒100的外侧壁设置有齿环122，齿环122沿溅射滚筒100的周向环绕在溅射滚筒100上，驱动装置300包括电机以及由电机驱动转动的齿轮560，齿轮560和齿环122传动配合。更具体地，齿轮560设置在溅射滚筒100的下方，齿轮560的径向与溅射滚筒100的轴向相互垂直。在本示例中，齿轮560不受溅射滚筒100的重力作用而只承受转动力矩的作用，溅射内腔101可依据载货量适当增大，无需驱动装置300提供过高的动力。

如图5所示，在其中一个示例中，驱动装置300为电机，驱动装置300设置在真空外壳400的外部，真空外壳400上设置有安装孔，驱动装置300依次连接减速机510、皮带轮传动组件520、旋转磁流体密封件530和万向联轴节540连接于齿轮560的齿轮轴550，齿轮轴550上设置滚动轴承，滚动轴承设置在底座平台240上。

其中，旋转磁流体密封件530在传动的同时对安装孔进行密封。具体地，旋转磁流体密封件530包括磁流体座531、绝缘密封垫532和磁流体转动轴533，其中磁流体座531和绝缘密封垫532位于真空外壳400的外部，绝缘密封垫532设置在磁流体座531和安装孔之间，磁流体转动轴533穿过安装孔连接于设置在真空外壳400内部的万向联轴节540，磁流体转动轴533的尺寸与安装孔适配。驱动装置300旋转运动经减速机510、皮带轮传动组件520、传递到磁流体传动轴，而磁流体座531和绝缘密封垫532对真空外壳400起密封作用，磁流体转动轴533将旋转运动从真空外壳400之外传递到真空外壳400之内。再经万向联轴节540、支承于滚动轴承的齿轮轴550及齿轮560，带动齿环122，实现溅射滚筒100的旋转。万向联轴节540具有补偿安装误差的作用，可有效降低安装精度要求，使传动组件具有加工难度低，装配精度要求低的特点。

在其中一个示例中，导电滚轮还包括第二导电滚轮220，滚筒座200上设置有杠杆230和拉伸弹簧240，杠杆230可转动连接于滚筒座200，杠杆230的两端分别连接于第二导电滚轮220和拉伸弹簧240。拉伸弹簧240的两端分别连接滚筒座200和杠杆230。在拉伸弹簧240的拉力下，杠杆230将第二导电滚轮220的轮面压在溅射滚筒100的外侧壁上。在本示例中，拉伸弹簧240可使得第二导电滚轮220与溅射滚筒100的外侧壁紧密接触，电路导通设计有双重保障。

在其中一个示例中，溅射滚筒100包括内筒110和外筒120，外筒120套设在内筒110上，内筒110能够移入或移出外筒120，内筒110具有溅射内腔101。

将溅射滚筒100设计为内筒110和外筒120，具备以下有益效果：

(1)方便待镀工件的装卸：在装卸待镀工件时，只需移出内筒110，内筒110体积小，结构简单，方便待镀工件的装卸。

(2)可以延长设备的使用寿命：外筒120与设备的多部件紧密装配，若没有内筒110，每次装卸待镀物均需移出整个溅射滚筒100，再与设备重新装配，多次反复装卸会影响设备上其他配件的使用寿命。因此增加内筒110设计，装卸待镀物时仅需装配结构更简单、配合件更少的内筒110，利于整台设备的保养和设备使用寿命的延长。

(3)利于生产保养：炉体清洁是物理气相沉积(PVD)工艺中重要的一环，需在沉积一定炉数后，对炉内进行清洁和保养。增加内筒110设计，可以方便生产时的常规保养和炉内清洁工作，即只需移出内筒110对内筒110进行清洁即可。

在其中一个示例中，内筒110和外筒120通过直线形的限位槽123和活动嵌设在限位槽123中的限位凸条111配合连接。在图示的具体示例中，内筒110的外侧壁设置有多条限位凸条111，多条限位凸条111沿内筒110的轴向延伸，外筒120的内侧壁设置有多条与之配合的限位槽123。可在不移动外筒120和镀膜靶源20的情况下，沿轴向将内筒110拉出或装入，必要时可结合推车。移出内筒110后，可更换多种溅射靶源材料。

外筒120的外侧壁设置有限位轨道121。

如图6所示，在其中一个示例中，外筒120上设有多个开孔124，以减轻重量。外筒120的端部还设置有挡板125，防止内筒110意外脱出。

在其中一个示例中，内筒110和外筒120通过限位凸条111和限位槽123的内壁进行电流传导。

进一步地，在其中一个示例中，外筒120和内筒110还通过导电线130连接，电路导通设计有双重保障。优选地，导电线130具有耐高温性能。

如图7所示，在其中一个示例中，内筒110的一端设置有把手112，方便内筒110拉出或装入外筒120中。把手112有相对设置的两个，方便人员操作。

溅射内腔101的内壁设置有多个搅拌叶113。溅射滚筒100转动时，溅射内腔101中的搅拌叶113将底部的工件带动搅拌，到一定高度后，在重力作用下工件落下，实现了工件的搅拌、上下翻动。通过搅拌叶113的搅拌作用，能够使得镀层更加均匀。搅拌叶113的数量可以根据货件尺寸和形状调整。

在其中一个示例中，多个搅拌叶113在溅射内腔101中均匀分布。

在其中一个示例中，搅拌叶113的延伸方向与溅射滚筒100的轴向非平行，具有一定的倾斜角度。搅拌叶113为变截面式桨叶。这种设计有利于待镀工件的充分、均匀搅拌，可加速待镀物的有效翻动，提高待镀表面与溅射粒子均匀接触的同时，避免了待镀工件从高处落下彼此损伤的风险。

上述滚筒式磁控溅射镀膜机10，通过设置在滚筒座200上的导电滚轮与溅射滚筒100的外侧壁面接触导电的方式，对溅射内腔101中的待镀工件施加偏压，导电滚轮可适应于溅射滚筒100的转动过程中的电传导，磁控溅射工艺过程中的高温真空环境不会对导电滚轮产生不利影响，且导电滚轮不会污染真空镀膜环境。

进一步地，导电滚轮起到导电作用的同时还起到支撑溅射滚筒100的作用，承担溅射滚筒100及其中的待镀工件的重量，驱动装置300为非承重装置，仅需进行传动而不承担压力，可减轻驱动装置300的负担，达到溅射滚筒100平稳转动、延长驱动装置保养周期和使用寿命的效果。

上述滚筒式磁控溅射镀膜机10具有结构简单、灵活等特点，溅射滚筒100、驱动装置300、传动组件、镀膜靶源20各部分相互独立，易于拆装和维护。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。