筒体式石英晶体的双面溅射被银装置.pdf

本发明涉及一种筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，它包括真空腔体、真空抽气机组、工件架、磁控溅射靶、射频等离子清洗器和惰性气体充气器，所述真空抽气机组和惰性气体充气器分别与真空腔体相连，其特征在于所述真空腔体中设有工件架，该工件架能转动，所述工件架上安装有能翻转的基片架，所述基片架上设有载片盘，所述载片盘上设置有石英晶体片和掩膜片，所述工件架的一侧至少设置两个带挡膜罩的磁控溅射靶，另一侧设置一个射频等离子在线清洗器，其中一个磁控溅射靶为过渡层溅射靶，其它磁控溅射靶为电极层溅射靶。由于采用了多靶磁控溅射、自转加公转的工件架和在线射频等离子清洗器结构，能够对石英基片实时清洗并双面镀覆铬加银的多层膜系结构的电极膜，所镀膜层均匀性一致性好，膜层与石英基片的结合力强，吞吐量大生产效率高，设备结构紧凑体积小，是一种理想的石英晶体被银装置。

1、  筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，包括真空腔体、真空抽气机组、工件架、磁控溅射靶、射频等离子清洗器和惰性气体充气器，所述真空抽气机组和惰性气体充气器分别与真空腔体相连，其特征在于所述真空腔体中设有工件架，该工件架能够转动，所述工件架上安装有能翻转的基片架，所述基片架上设有载片盘，所述载片盘上设置有石英晶体片和掩膜片，所述工件架的一侧至少设置两个带挡膜罩的磁控溅射靶，其中一个磁控溅射靶为镀覆过渡层溅射靶，其靶材为铬、钨、钼、铝、钛的一种材料制成，其它磁控溅射靶为电极层溅射靶，其靶材为银、金、铜、铂的一种材料制成，所述工件架的另一侧设置一个射频等离子在线清洗器。

2、  如权利要求1所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述的真空腔体为钟罩式腔体和前开门的箱式腔体中的一种，所述磁控溅射靶为旋转靶柱形磁控溅射靶和平面磁控溅射靶中的一种，磁控溅射靶的外侧同轴地设置一个能转动的挡膜罩。

3、  如权利要求1和2所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述工件架设置在真空腔体的中央部位，所述的磁控溅射靶设置在工件架的外侧，磁控溅射靶的溅射靶面指向真空腔体的轴心，所述射频等离子清洗器设置在工件架的内侧。

4、  如权利要求1和2所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述磁控溅射靶设置在真空腔体的中央部位，所述工件架设置在磁控溅射靶的外侧，所述的磁控溅射靶的溅射靶面指向真空腔体的内壁，所述射频等离子清洗器设置在工件架的外侧。

5、  如权利要求1和2所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述的旋转靶柱形磁控溅射靶由短靶管、靶管芯构成，所述短靶管套接于靶管芯，两者之间设有导热胶，在靶管芯上至少套接有两个短靶管；所述靶管芯由铜、铝、不锈钢等导热性能好的金属管材制成，所述短靶管是铬、钨、钼、钛、陶瓷等材料的一种，其长度为10-20cm，其内径大于靶管芯，所述的导热胶是硅基导热胶、环氧导热胶、银浆的一种。

6、  如权利要求1和2所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述的平面磁控溅射靶的平板靶材通过导热胶粘接在磁控溅射靶的水冷背板上；所述平板靶材是铬、钨、钼、钛、铝、银、金、铜、铂、陶瓷等材料的一种，所述的导热胶是硅基导热胶、环氧导热胶、银浆等导热或导电胶的一种。

7、  如权利要求1所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述的工件架包括上环、下环、撑杆、基片架、载片盘、公转驱动齿轮和翻片驱动器，上环和下环与撑杆两端固定连接成一体，所述下环的内缘设有公转用的内齿轮，外侧设有凸台，所述下环和上环上分别对称设置有用来插入基片架的轴承和能作轴向运动的轴套，在镀膜机底盘上设置有公转驱动齿轮，所述公转驱动齿轮与所述内齿轮相啮合，在镀膜机底盘上至少设有由垂直定位轴承和水平定位轴承组成的三个滚动轴承组，所述滚动轴承组与所述凸台相配合，所述工件架能够沿着滚动轴承组所围成的范围内作公转运动；所述的翻片驱动器包括能够作轴向运动的导杆和固定在该导杆端部的齿轮或圆弧形齿条，工件架的基片架之下小轴上固定有齿轮，工件架作公转时，翻片驱动器的导杆向上位移，其齿轮或圆弧齿条与到达的基片架之小轴上的齿轮啮合，基片架被翻转180°。

8、  如权利要求1所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述基片架为长形方框，它由两个竖条、两个横条以及设置在两个横条外侧中心上的上小轴、下小轴焊接而成，所述两个竖条的内侧开有用来安装载片盘的长槽，该基片架安装在工件架上环的轴套和下环的轴承中，所述载片盘上连接有掩膜片，载片盘上设有沉隔，所述沉隔底部设有图形通孔，图形通孔的一侧与沉隔相对应，所述掩膜片上相应地刻有电极图形，所述沉隔中安装有石英晶体片，所述的掩膜片由滚花螺钉固定在载片盘上，所述载片盘插接在基片架的长槽中。

9、  如权利要求1所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述的挡膜罩由薄板圆筒、上圆环、下圆环构成，所述薄板圆筒的一侧开有长方形开口，薄板圆筒的两端分别连接有上圆环和下圆环，所述下圆环的外圆上设有外齿轮，下部至少安装有三个小轴承，所述真空腔体的上法兰、镀膜机底盘上分别至少相应设置有三个定位光杆，定位光杆起着定位挡膜罩的作用，所述镀膜机底盘上设置有驱动齿轮，该驱动齿轮与下圆环上的外齿轮相配合，所述挡膜罩由定位光杆同轴地设置在磁控溅射靶的外侧。

10、  如权利要求1所述的筒体式石英晶体的双面溅射被银装置，其特征在于所述的石英晶体片的两侧面分别镀覆有过渡层和电极层构成的多层膜系结构的图形电极，过渡层镀覆在石英晶体片表面，电极层镀覆在过渡层上，所述过渡层的材料由铝、铬、钨、钼、钛等材料的一种制成，其厚度为所述电极层由银、金、铜、铂等中的一种材料制成，其厚度为

筒体式石英晶体的双面溅射被银装置
技术领域
本发明属于溅射镀覆的专用设备技术领域，特别是涉及一种筒体式石英晶体的双面溅射被银装置。
背景技术
石英晶振器件是在石英晶体的两个表面镀覆银电极图形而制成的。现有的被银技术是采用真空蒸发装置或溅射装置辅以掩膜夹具对石英晶片镀覆银质图形电极的，这些被银设备已广泛应用于工业生产，但普遍存在下述缺陷：
1.石英面所镀金属层为单一的银膜。由于银与石英的组织结构和热力学性质不匹配，两者的结合力差，在石英晶振器工作时银膜容易脱落；单一银层也容易被无铅焊料溶蚀，造成断线。这些因素严重影响了晶振器件的可靠性，应该设计铬过渡层+银电极层的多层膜系结构来解决这一问题。
2.旋转靶柱形磁控溅射靶具有靶材利用率高、体积小、镀膜均匀度好等突出的优点，非常适合规模化生产。但是，由于旋转靶柱形磁控溅射靶的靶管是圆管状的，铬、钨、钼等难熔金属是采用粉末冶金方法制造板材或管材的，很难制造出长度较长的圆管形靶材。这就限制了柱型靶在被银设备上的应用。
3.即便采用多靶溅射或者多坩埚蒸镀被银时，从银靶材溅射或蒸发出来的银原子会污染过渡层的靶材，使得石英晶体表面先被镀上一层银原子，从而影响膜层的结合力。
4.现有的蒸发被银装置的装载量小，生产效率太低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、生产效率高、膜层与晶体结合力强的筒体式石英晶体双面溅射被银装置。
本发明的目的是采用这样的技术方案实现的：它包括真空腔体、真空抽气机组、工件架、磁控溅射靶、射频等离子清洗器和惰性气体充气器，所述真空抽气机组和惰性气体充气器分别与真空腔体相连，其特征在于所述真空腔体中设有工件架，该工件架能转动，所述工件架上安装有能翻转的基片架，所述基片架上设有载片盘，所述载片盘上设置有石英晶体片和掩膜片，所述工件架的一侧至少设置两个带挡膜罩的磁控溅射靶，另一侧设置一个射频等离子在线清洗器，其中一个磁控溅射靶为过渡层溅射靶，其它磁控溅射靶为电极层溅射靶。
由于本发明采用了多靶磁控溅射，并设有翻转加公转的工件架和在线射频等离子清洗器，能够在同一真空周期内对石英基片进行实时清洗并双面镀覆铬加银等多层膜系结构的电极膜层，膜层与石英基片的结合力强，所镀膜层均匀性、一致性好，镀膜吞吐量大，生产效率高，设备结构紧凑体积小，是一种理想的石英晶体被银装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图之一
图2为本发明的载片盘结构图
图3为本发明的结构示意图之二
图4为本发明的石英震荡器膜系结构示意图
图5为本发明的短靶管结构示意图
图6为本发明平面磁控靶的难熔金属平板靶结构示意图
附图标号说明：1-镀膜机底盘，2-真空腔体，2-1-上法兰，3-磁控溅射靶，4-工件架，4-1-基片架，4-1a-竖条，4-1b-横条，4-1c-上小轴，4-1d-下小轴，4-1e-长槽，4-2-载片盘，4-2a-沉隔，4-2b-图形通孔，4-3-撑杆，4-4-上环，4-5-下环，4-5a-内齿轮，4-5b-轴承，4-5c-凸台，4-6-翻片驱动器，4-6a-翻片齿轮，4-6b-导杆，4-7-公转驱动齿轮，4-8-齿轮，4-9-轴套，4-10-掩膜片，4-10a-图形通孔，4-11-滚花螺钉  5-直流溅射电源a，6-射频电源，7-惰性气体充气器，8-直流溅射电源b，9-挡膜罩，9-1-上圆环，9-2-薄板园筒，9-3-开口，9-4-定位光杆，9-5-下圆环，9-6-外齿轮，9-7-小轴承，9-8-挡板驱动齿轮，10-磁控溅射靶，11-射频等离子清洗器，12-真空抽气机组，13-轴承组，13a-垂直定位轴承，13b-水平定位轴承，40-石英晶体片，40a-过渡层，40b-电极层，51-靶管芯，52-短靶管，53-导热胶，60-水冷背板，61-导热胶，62-平板靶。
具体实施方式
参照图1和图2：本发明包括真空腔体2、真空抽气机组12、工件架4、磁控溅射靶3、10、射频等离子清洗器11和惰性气体充气器7，所述真空抽气机组12和惰性气体充气器7分别与真空腔体2相连，所述真空腔体2中设有工件架4，该工件架4能够转动，所述工件架4上安装有能翻转的基片架4-1，所述基片架4-1上设有载片盘4-2，所述载片盘4-2上设置有石英晶体片40和掩膜片4-10，所述工件架4的一侧至少设置两个带挡膜罩9的磁控溅射靶3、10，另一侧设置一个射频等离子在线清洗器11，其中一个磁控溅射靶10为镀覆过渡层的溅射靶，其它磁控溅射靶3为电极层溅射靶；所述的真空腔体2为钟罩式腔体和前开门的箱式腔体中的一种；所述磁控溅射靶3、10为旋转靶柱形磁控溅射靶和平面磁控溅射靶中的一种，磁控溅射靶10的外侧同轴地设置一个能转动的挡膜罩9，所述挡膜罩9用来阻挡其它磁控溅射靶工作时溅射出来的膜层对本靶的污染；所述工件架4设置在真空腔体2的中央部位，所述的磁控溅射靶3、10设置在工件架4的外侧，磁控溅射靶3、10的溅射靶面指向真空腔体2的轴心；所述射频等离子清洗器11设置在工件架4的内侧且两者同轴，所述射频等离子清洗器11为由铜或铝管构成的螺旋形线圈。
所述的镀覆过渡层的磁控溅射靶10的靶材由铬、钨、铝、铝、钛的一种材料制成，镀覆电极层的磁控溅射靶3的靶材由银、金、铜、铂的一种材料制成。
所述的工件架4包括上环4-4、下环4-5、撑杆4-3、基片架4-1、载片盘4-2、公转驱动齿轮4-7和翻片驱动器4-6等部件，它们都由不锈钢、碳钢等金属材料制成。上环4-4和下环4-5与撑杆4-3两端的螺纹固定连接成一体，所述下环4-5的内缘设有公转用的内齿轮4-5a，外侧设有凸台4-5c，所述下环4-5和上环4-4上分别对称设置有用来插入基片架4-1的轴承4-5b和能作轴向运动的轴套4-9，在镀膜机底盘1上设置有公转驱动齿轮4-7，公转驱动齿轮4-7与内齿轮4-5a相啮合，在镀膜机底盘1上至少设有三个由垂直定位轴承13a和水平定位轴承13b组成的滚动轴承组13，所述滚动轴承组13的垂直定位轴承13a和水平定位轴承13b与凸台4-5c相配合，当公转齿轮4-7转动时，所述工件架4能够沿着滚动轴承组13所围成的范围内作公转运动。
所述工件架4为多边形柱体结构，在工件架4的每一个柱面上安装有长方形的基片架4-1，所述基片架4-1上至少设置有两个载片盘4-2，载片盘4-2内装载石英片40，载片盘4-2上设有掩膜板4-10；
所述基片架4-1为长形方框，它由两个竖条4-1a、两个横条4-1b以及设置在两个横条4-1b外侧中心上的上小轴4-1c、下小轴4-1d焊接而成，所述下小轴4-1d上固定有小齿轮4-8，所述两个竖条4-1b的内侧开有用来安装载片盘4-2的长槽4-1e，该基片架4-1通过其两端的小轴4-1c、4-1d安装在工件架4上环4-4的轴套4-9和下环4-5的轴承4-5b中；由于所述轴套4-9可以作轴向运动，所以基片架4-1能够方便地插入或拆下。
本发明所述载片盘4-2上连接有掩膜片4-10，载片盘4-2上设有沉隔4-2a，所述沉隔4-2a底部设有图形通孔4-2b，图形通孔4-2b的一侧与沉隔4-2a相对应，所述掩膜片4-10上相应地刻有电极图形4-10a，所述沉隔4-2a中安装有石英晶体片40，所述的掩膜片4-10由滚花螺钉4-11固定在载片盘4-2上，所述载片盘4-2插接在基片架4-1的长槽4-1e中；在镀膜机的底盘1的相应位置设置有一个驱动基片架4-1翻转的翻片驱动器4-6，该驱动器4-6由能够作轴向运动的导杆4-6b和固定在该导杆4-6b端部的齿轮或圆弧形齿条4-6a构成；工作时，在公转驱动齿轮4-7带动下，工件架4作公转运动，翻片驱动器4-6的导杆4-6b向上位移，其齿轮或圆弧齿条4-6a与到达的小轴上的齿轮4-8啮合，可使该基片架翻转180°，工件架4转动一圈，所有基片架4-1都将翻转180°，当翻片驱动器的导杆4-6b落下，则基片架4-1不会发生翻转运动。
所述的挡膜罩9由薄板圆筒9-2、上圆环9-1、下圆环9-5等构成，它们都由不锈钢材料制成，所述薄板圆筒9-2的一侧开有长方形开口9-3，薄板圆筒9-2的两端分别焊接有上圆环9-1和下圆环9-5，所述下圆环9-5的外圆上设有外齿轮9-6，下圆环9-5的下部安装有三个以上的小轴承9-7；所述真空腔体2的上法兰2-1、镀膜机底盘1上分别相应设置有至少三个定位光杆9-4，定位光杆9-4起着定位挡膜罩9的作用，以便挡膜罩9同轴地布置在磁控溅射靶10外侧。所述镀膜机底盘1上设置有挡板驱动齿轮9-8，该驱动齿轮9-8与下圆环9-5上的外齿轮9-6相配合，所述挡膜罩9由定位光杆9-4同轴地设置在磁控溅射靶10的外侧。当磁控溅射靶10工作时，驱动齿轮9-8能使挡膜罩9处于打开状态，反之则关闭，这样可避免其他磁控溅射靶的溅射材料对本靶的污染，保证膜层的纯洁度。挡膜罩9安装在镀覆过渡层的磁控溅射靶10上，镀覆电极层的磁控溅射靶3可安装也可不安装挡膜罩9；这一装置还可用来进行预溅，以除去靶面上的污染物。
在图3中，本发明所述的磁控溅射靶3、10设置在真空腔体2的中央部位，所述的磁控溅射靶3、10的溅射靶面指向真空腔体2的内壁，所述工件架4设置在磁控溅射靶3、10的外侧，为防止等离子清洗器11的线圈会挡住所溅射的膜层，所述射频等离子清洗器11设置在工件架4的外侧。所述溅射靶3、10的外侧各同轴地布置一个挡膜罩9，所述的磁控溅射靶3、10为旋转靶柱形磁控溅射靶或平面磁控溅射靶的一种，其中一只溅射靶的靶材为铬、钛、镍、铝、镍合金或铝合金的一种，另一只磁控溅射靶的靶材为银、金、铜、铂中一种；该结构同样安装了工件架4公转齿轮、翻片齿轮以及挡膜罩驱动齿轮等，在此不再赘述。
在图4中，所述的石英晶体片40的两侧面分别镀覆由过渡层40a和电极层40b构成的多层膜系结构的图形电极，过渡层40a镀覆在石英晶体片40表面，电极层40b镀覆在过渡层40a上，所述过渡层40a的材料由铝、铬、钨、钼、钛等材料的一种制成，其厚度为150-所述电极层40b由银、金、铜、铂等中的一种材料制成，其厚度为100-
在图5中，所述的旋转靶柱形磁控溅射靶10由短靶管52、靶管芯51构成，所述短靶管52套接于靶管芯51，两者之间设有导热胶53，在靶管芯51上至少套接有两个短靶管52，使靶管达到所需要的长度，这种靶管结构可有效解决难熔金属材料难以制造成旋转靶柱形磁控溅射靶的长靶管这一技术问题。所述靶管芯51由铜、铝、不锈钢等导热性能好的金属管材制成，所述短靶管52是铬、钨、钼、钛、陶瓷等材料的一种，其长度为10-20cm，其内径略大于靶管芯51，所述的导热胶53为放气率低、化学性能稳定的导热胶，它是硅基导热胶、环氧导热胶、银浆等导热或导电胶的一种。
本发明同样适合于平面磁控靶，只不过其靶材为平板。在图6中，平板靶材62通过导热胶粘61接在磁控溅射靶的水冷背板60上。所述平面磁控溅射靶的靶材是铬、钨、钼、钛、铝、银、金、铜、铂、陶瓷等材料的一种，所述的导热胶61是硅基导热胶、环氧导热胶、银浆等导热或导电胶的一种。这一结构可方便地解决平面磁控溅射靶的靶材需要高温焊接的工艺难题。
本发明使用时，将石英晶片40放入载片盘4-2，用螺钉4-11固定掩膜片4-10，再把载片盘4-2插入基片架4-1的长槽4-1e中，将上环4-4中的轴套4-9拉起，向下环的轴承4-5b中插入基片架4-1，再推下轴套4-9。按照常规程序启动高真空抽气机组12，把真空腔室2抽成优于10^-3Pa高真空状态后，用氩气充气器7向真空腔内动态地充入氩气，使真空腔内保持10^-1Pa量级的气压。启动公转齿轮4-7，使工件架4保持公转，启动射频电源6，产生等离子体，使等离子体对石英晶体的一个表面进行清洗，再启动翻片驱动器4-6，使所有基片架翻转180°，关闭翻片驱动器，使等离子体对石英晶体的另一面进行清洗；关闭射频电源，开启过渡层溅射靶10并打开挡膜罩9，对石英晶体的第一面镀覆铬等过渡层，重新启动翻片驱动器4-6，使所有基片架翻转180°然后关闭翻片驱动器，对石英晶体的另一面镀覆过渡层，关闭过渡层溅射靶10并关闭其挡膜罩9，然后，开启电极膜溅射靶3，镀覆银膜或其它金属膜，再启动翻片驱动器4-6，使所有基片架翻转180°然后关闭驱动器4-6，对另一面镀覆银层，最后关闭电极膜溅射靶3并停止公转。完成上述工序后，向真空腔放入大气，打开真空腔门，取出工件，重复上述程序镀覆下一批石英晶片。上述工作过程可采用编程语言编制成相应的控制程序，并辅以膜厚监控仪等传感器，实现对各工作过程的自动控制。