CN113463052B - 超声清洁高效散热型磁控溅射阴极 - Google Patents

超声清洁高效散热型磁控溅射阴极 Download PDF

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Abstract

一种超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，包括安装组件，以及设于安装组件上的屏蔽罩，屏蔽罩内由上至下依序安装靶材组件、超声清洁冷却组件、磁性组件以及磁短路组件；超声清洁冷却组件包括冷却元件和导热元件，以及设于冷却元件外侧壁上的多个超声振子；冷却元件的顶部内凹形成供冷却介质通过的冷却流道，导热元件的底部设有多个外凸且延伸至冷却流道中的导热柱。本发明通过导热元件将靶材组件的热量快速导出至导热柱中，冷却流道中的冷却介质迅速与导热柱中的热量进行热交换，从而提高散热效果，此外，可以通过超声振子对冷却流道中产生的水垢及靶材表面的颗粒物进行自动清洁，从而提高冷却效率、减少靶材打火，提高沉积涂层速率及质量。

Description

超声清洁高效散热型磁控溅射阴极
技术领域
本发明涉及等离子体材料表面处理技术领域，特别涉及一种超声清洁高效散热型磁控溅射阴极。
背景技术
OLED柔性显示技术因其具有可弯曲、响应速度快、高色域、宽视角的特点，以及对比传统的显示技术其不论是在画面品质、功耗及成本上都有很大的优势，使得其大规模取代传统显示技术而被在应用在电视、手机、平板显示等领域。
目前，OLED柔性显示屏幕的表面主要采用封装掩膜版(CVD Mask)，且通过表面镀膜的方法以提高其阻隔绝缘耐腐蚀特性，即通过磁控溅射方式在表面制备氧化铝涂层。
现有的磁控溅射方式中，溅射阴极一般均为矩形平面结构，但是现有溅射阴极在溅射过程中的散热效果欠佳，使得靶材表面的温度较高，热辐射导致基材温升过快不易实现靶材的大功率密度溅射；且长时间使用后，磁控溅射阴极的冷却水道中容易形成水垢，会进一步影响散热；此外，反应溅射过程中靶材表面容易产生氧化颗粒引起靶材打火，使放电不稳定。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，能够清除水垢和靶材表面的氧化颗粒，提高散热效果，以及使放电更加稳定。
一种超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，包括固定于真空腔体内的安装组件，以及设于所述安装组件上的屏蔽罩，所述屏蔽罩内由上至下依序安装靶材组件、超声清洁冷却组件、磁性组件以及磁短路组件，所述磁短路组件固定在所述安装组件上，所述靶材组件顶部贯穿所述屏蔽罩顶部；
所述超声清洁冷却组件包括相连接的冷却元件和导热元件，以及设于所述冷却元件外侧壁上的多个超声振子，所述导热元件的顶部与所述靶材组件的底部贴合，所述冷却元件安装在所述磁短路组件的顶部；
所述冷却元件的顶部内凹形成供冷却介质通过的冷却流道，所述导热元件的底部设有多个外凸且延伸至所述冷却流道中的导热柱。
相较现有技术，本发明中，通过所述导热元件将所述靶材组件的热量快速导出至所述导热柱中，所述冷却流道中的冷却介质迅速与所述导热柱中的热量进行热交换，从而提高散热效果，此外，可以通过超声振子对冷却流道中产生的水垢进行自动清洁，从而提高散热效率和使用寿命，还可用于清理靶材表面的氧化物颗粒，减少放电打火，提高溅射稳定性。
进一步地，所述冷却流道的深度与所述导热柱的长度相等。
进一步地，所述导热柱上设有散热流道，所述散热流道位于所述导热柱的外壁上或贯穿所述导热柱的侧壁。
进一步地，所述冷却流道为矩形凹槽，矩形凹槽的底部一端设有进液孔，另一端设有出液孔；
多个所述导热柱呈阵列分布，且直径为0.5～3mm。
进一步地，所述冷却元件和导热元件均采用铜或铝制成。
进一步地，所述靶材组件包括贴设于所述导热元件顶部表面上的溅射靶材，用于将导热元件固定在所述冷却元件上的第一固定板，以及用于将所述溅射靶材固定在所述第一固定板上的第二固定板。
进一步地，所述磁性组件包括设于所述磁短路组件顶部的固定架，嵌设于所述固定架中部且呈直线状排列的第一组磁铁，围绕所述固定架四周边缘设置的第二组磁铁，以及将所述第一组磁铁和第二组磁铁固定的限位板。
进一步地，所述第一组磁铁中的单个磁铁的截面为等腰梯形；
所述第二组磁铁中的单个磁铁的截面为直角梯形，该直角梯形的斜面为顶面，且由外至内倾斜设置。
进一步地，所述磁短路组件包括设于所述安装组件上的磁短路固定板，以及设于所述磁短路固定板上的磁短路元件；
所述第一组磁铁和所述第二组磁铁安装在所述磁短路元件上；
所述冷却元件的四周固定在所述磁短路固定板的顶部。
进一步地，所述安装组件包括固定于真空腔体内的安装板，设于所述安装板底部的底座，以及设于所述底座上的绝缘垫；
所述绝缘垫与所述磁短路固定板连接；
所述绝缘垫通过绝缘螺丝与所述底座连接。
附图说明
图1为本发明中超声清洁高效散热型磁控溅射阴极的结构示意图；
图2为图1中超声清洁高效散热型磁控溅射阴极的分解图；
图3为本发明超声清洁高效散热型磁控溅射阴极制备的氧化铝涂层的光谱测试图；
图4为本发明超声清洁高效散热型磁控溅射阴极在制备氧化铝涂层的过程中，溅射靶材的溅射功率和氧化铝涂层的沉积速率之间的关系图。
主要元件符号说明：
安装组件 10 安装组件 10
底座 102 绝缘垫 103
绝缘螺丝 104 屏蔽罩 11
靶材组件 12 溅射靶材 121
第一固定板 122 第二固定板 123
超声清洁冷却组件 13 冷却元件 131
冷却流道 1311 超声振子 1312
导热元件 132 磁性组件 14
固定架 141 第一组磁铁 142
第二组磁铁 143 限位板 144
磁短路组件 15 磁短路固定板 151
磁短路元件 152
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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若干实施例。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更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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“及/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。
请参阅图1和图2，本发明一实施例中提供的一种超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，包括固定于真空腔体内的安装组件10，以及设于所述安装组件10上的屏蔽罩11，所述屏蔽罩11内由上至下依序安装靶材组件12、超声清洁冷却组件13、磁性组件14以及磁短路组件15，所述磁短路组件15固定在所述安装组件10上，所述靶材组件12顶部贯穿所述屏蔽罩11顶部；
所述超声清洁冷却组件13包括相连接的冷却元件131和导热元件132，以及设于所述冷却元件131外侧壁上的多个超声振子1312，所述导热元件132的顶部与所述靶材组件12的底部贴合，所述冷却元件131安装在所述磁短路组件15的顶部；
所述冷却元件131的顶部内凹形成供冷却介质通过的冷却流道1311，所述导热元件132的底部设有多个外凸且延伸至所述冷却流道1311中的导热柱(图中未示出)。
需要说明的是，本发明中，所述冷却元件131和导热元件132均采用铜或铝制成，冷却介质采用油或水。所述真空腔体和屏蔽罩11同时接地(即阳极)，阴极电极通过紫铜螺栓与所述冷却元件131连接，在通过所述导热元件132将电传导至所述靶材组件12中。在磁控溅射过程中，所述导热元件132将所述靶材组件12的热量快速导出至所述导热柱中，所述冷却流道1311中的冷却介质迅速与所述导热柱中的热量进行热交换，从而提高散热效果，此外，当冷却流道1311在使用一段时间后产生水垢时，可以通过开启超声振子1312对冷却流道1311中水垢进行自动清洁，从而提高散热效率和使用寿命，还可用于清理靶材表面的氧化物颗粒，减少放电打火，提高溅射稳定性。
在本发明一优选实施方式中，所述冷却流道1311的深度与所述导热柱的长度相等，以增加所述导热柱和冷却介质的接触面积，提高散热效果。
在本发明另一优选实施方式中，所述导热柱上设有散热流道，所述散热流道位于所述导热柱的外壁上或贯穿所述导热柱的侧壁，进一步增加所述导热柱和冷却介质的接触面积，提高散热效果。
请参阅图2，所述冷却流道1311为矩形凹槽，矩形凹槽的底部一端设有进液孔，另一端设有出液孔，冷却介质由所述进液孔进入，在与所述导热元件132和导热柱进行热交换后，从所述出液孔中排出。
优选地，本发明中，多个所述导热柱呈阵列分布，且直径为0.5～3mm。
请参阅图2，所述靶材组件12包括贴设于所述导热元件132顶部表面上的溅射靶材121，用于将导热元件132固定在所述冷却元件131上的第一固定板122，以及用于将所述溅射靶材121固定在所述第一固定板122上的第二固定板123。
具体的，所述溅射靶材121的截面为T字型，所述溅射靶材121的顶部突出所述第二固定板123的上表面。
需要说明的是，所述第一固定板122和第二固定板123采用sus304，具体通过所述导热元件132和溅射靶材121的贴合设置，从而快速将所述溅射靶材121的热量传导至所述导热元件132中。
请参阅图2，所述磁性组件14包括设于所述磁短路组件15顶部的固定架141，嵌设于所述固定架141中部且呈直线状排列的第一组磁铁142，围绕所述固定架141四周边缘设置的第二组磁铁143，以及将所述第一组磁铁142和第二组磁铁143固定的限位板144。
需要说明的是，本发明中，所述第一组磁铁142和第二组磁铁143优选钕铁硼磁铁。所述固定架141采用非导磁材料(铝等)，主要用于约束第一组磁铁142和第二组磁铁143在圆周方向的排斥力，所述限位板144用于约束第一组磁铁142和第二组磁铁143竖直方向的位置。
在本发明一优选实施方式中，所述第一组磁铁142中的单个磁铁的截面为等腰梯形；
所述第二组磁铁143中的单个磁铁的截面为直角梯形，该直角梯形的斜面为顶面，且由外至内倾斜设置。
需要说明的是，与传统矩形磁铁相比，本实施例中的此种磁铁分布方式，可获得更强的靶面横向磁场、获得向内倾斜的非平衡磁场，从而使得溅射靶材121的利用率更高。
优选地，所述第一组磁铁142中的单个磁铁的顶面宽度为12mm，所述第二组磁铁143中的单个磁铁的厚度为11mm。
请参阅图2，所述磁短路组件15包括设于所述安装组件10上的磁短路固定板151，以及设于所述磁短路固定板151上的磁短路元件152；
所述第一组磁铁142和所述第二组磁铁143安装在所述磁短路元件152上；
所述冷却元件131的四周固定在所述磁短路固定板151的顶部。
具体的，所述磁短路固定板151采用sus304不锈钢或铝材，所述磁短路元件152采用sus420或软铁等导磁材料。
请参阅图2，所述安装组件10包括固定于真空腔体内的安装板101，设于所述安装板101底部的底座102，以及设于所述底座102上的绝缘垫103；
所述绝缘垫103与所述磁短路固定板151连接；
所述绝缘垫103通过绝缘螺丝104与所述底座102连接。
需要说明的是，为了减轻重量，所述安装板101和底座102均采用铝板。所述绝缘垫103和绝缘螺丝104均为聚四氟乙烯材料制成。
具体的，以本发明的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极制备氧化铝涂层为例进行说明，即所述溅射靶材121为铝靶。
请参阅图3，随着溅射功率密度的逐步提高，金属铝原子和氧气原子的离化率逐步提高(标记框里的Al II和O II就是Al离子和O离子)，而离化率的提高有助于提高氧化铝涂层的致密度，同时透过率和耐击穿性能提高，从而增强氧化铝涂层的性能。
请参阅图4，随着溅射功率密度的逐步提高，氧化铝的沉积速率逐步增大，而现有溅射阴极在制备氧化铝涂层时，功率密度一般为5W/cm2，沉积速率仅为5nm/min，对比可知本发明溅射阴极可以有效提高溅射效率，为高效生产氧化铝涂层提供可能。
综上，本发明中，通过所述导热元件143将所述靶材组件12的热量快速导出至所述导热柱中，所述冷却流道1311中的冷却介质迅速与所述导热柱中的热量进行热交换，从而提高散热效果。还可以通过超声振子1312对冷却流道1311中产生的水垢进行自动清洁，从而提高散热效率和使用寿命，以及用于清理靶材表面的氧化物颗粒，减少放电打火，提高溅射稳定性。此外，通过本发明中的磁场分布方式，可获得更强的靶面横向磁场、获得向内倾斜的非平衡磁场，从而使得溅射靶材121的利用率更高。
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本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。

Claims (10)

1.一种超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，包括固定于真空腔体内的安装组件，以及设于所述安装组件上的屏蔽罩，其特征在于：所述屏蔽罩内由上至下依序安装靶材组件、超声清洁冷却组件、磁性组件以及磁短路组件，所述磁短路组件固定在所述安装组件上，所述靶材组件顶部贯穿所述屏蔽罩顶部；
所述超声清洁冷却组件包括相连接的冷却元件和导热元件，以及设于所述冷却元件外侧壁上的多个超声振子，所述导热元件的顶部与所述靶材组件的底部贴合，所述冷却元件安装在所述磁短路组件的顶部；
所述冷却元件的顶部内凹形成供冷却介质通过的冷却流道，所述导热元件的底部设有多个外凸且延伸至所述冷却流道中的导热柱。
2.根据权利要求1所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述冷却流道的深度与所述导热柱的长度相等。
3.根据权利要求1所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述导热柱上设有散热流道，所述散热流道位于所述导热柱的外壁上或贯穿所述导热柱的侧壁。
4.根据权利要求1所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述冷却流道为矩形凹槽，矩形凹槽的底部一端设有进液孔，另一端设有出液孔；
多个所述导热柱呈阵列分布，且直径为0.5～3mm。
5.根据权利要求1所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述冷却元件和导热元件均采用铜或铝制成。
6.根据权利要求1所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述靶材组件包括贴设于所述导热元件顶部表面上的溅射靶材，用于将导热元件固定在所述冷却元件上的第一固定板，以及用于将所述溅射靶材固定在所述第一固定板上的第二固定板。
7.根据权利要求1所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述磁性组件包括设于所述磁短路组件顶部的固定架，嵌设于所述固定架中部且呈直线状排列的第一组磁铁，围绕所述固定架四周边缘设置的第二组磁铁，以及将所述第一组磁铁和第二组磁铁固定的限位板。
8.根据权利要求7所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述第一组磁铁中的单个磁铁的截面为等腰梯形；
所述第二组磁铁中的单个磁铁的截面为直角梯形，该直角梯形的斜面为顶面，且由外至内倾斜设置。
9.根据权利要求7所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述磁短路组件包括设于所述安装组件上的磁短路固定板，以及设于所述磁短路固定板上的磁短路元件；
所述第一组磁铁和所述第二组磁铁安装在所述磁短路元件上；
所述冷却元件的四周固定在所述磁短路固定板的顶部。
10.根据权利要求9所述的超声清洁高效散热型磁控溅射阴极，其特征在于，所述安装组件包括固定于真空腔体内的安装板，设于所述安装板底部的底座，以及设于所述底座上的绝缘垫；
所述绝缘垫与所述磁短路固定板连接；
所述绝缘垫通过绝缘螺丝与所述底座连接。
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