La máquina de evaporación catódica comprende una cámara de evaporación (2),

un elemento catódico (3), un ánodo (4), y un sistema de guiado magnético para guiar el arco sobre el elemento catódico(3). El sistema de guiado magnético comprende un polo central (14) y un polo periférico (12) con una superficie terminal (12a). Ladistancia (A) entre dicha superficie terminal (12a) y el elemento catódico (3) es de al menos 20 mm

Máquina de evaporación catódica.

Campo técnico de la invención

La invención se engloba en el campo de los evaporadores de arco y, más concretamente, en el campo de los evaporadores de arco que incluyen un sistema de guía magnética del arco.

Antecedentes de la invención

Los evaporadores de arco son máquinas destinadas a evaporar un material, conductor eléctrico, de manera que dicho material pueda desplazarse por una cámara (en la que normalmente se establece un estado de vacío o de presión muy baja) para depositarse sobre una superficie de una pieza a revestir con el material. Es decir, este tipo de máquinas se utilizan para recubrimientos de piezas y superficies.

Las máquinas evaporadoras de arco suelen comprender, en adición a la cámara propiamente dicha, al menos un ánodo y al menos un cátodo, entre los que se establece un arco eléctrico. Este arco (que en un caso típico puede representar una corriente de 80 A que se aplica bajo una tensión de 22 V) incide sobre un punto del cátodo (conocido como punto catódico) y genera, en correspondencia con dicho punto, una evaporación del material del cátodo. Por lo tanto, el cátodo se constituye a partir del material que se desea utilizar para el recubrimiento, normalmente en forma de una placa (por ejemplo, en forma de disco) de dicho material. Para mantener el arco y/o para facilitar que se establezca el arco, se suele introducir una pequeña cantidad de gas en la cámara. El arco produce una evaporación del material en la superficie interna del cátodo (es decir, sobre la superficie del cátodo que está en contacto con el interior de la cámara), en correspondencia con los puntos donde el arco incide sobre la superficie. Esta superficie interna puede estar enfrentada a la pieza o superficie que se desea recubrir, para que el material vaporizado por el arco se deposite sobre dicha pieza o superficie. Para evitar un sobrecalentamiento del cátodo, se aplica frecuentemente un fluido de refrigeración (por ejemplo, agua) sobre el cátodo, por ejemplo, sobre la superficie externa del cátodo.

En cada momento, al arco (o, en el caso de un sistema con múltiples arcos, cada arco) incide sobre un punto concreto, en el cual se produce la evaporación del cátodo. El arco se desplaza sobre la superficie interna del cátodo, produciendo un desgaste de dicha superficie en correspondencia con la trayectoria seguida por el arco en su desplazamiento. Si no se aplica algún tipo de control sobre el desplazamiento del arco, dicho desplazamiento puede ser aleatorio, produciendo un desgaste poco homogéneo del cátodo, algo que puede implicar un mal aprovechamiento del material del cátodo, cuyo coste por unidad puede ser bastante elevado.

Para evitar o reducir el carácter aleatorio del desplazamiento del arco, con el fin de hacer el desgaste del cátodo más homogéneo, se han desarrollado sistemas de control o guiado magnético del desplazamiento del arco. Estos sistemas de guiado establecen y modifican campos magnéticos que afectan a los movimientos del arco eléctrico, con lo que se puede hacer que el desgaste por evaporación del cátodo se haga más homogéneo. Por otro lado, estas guías magnéticas contribuyen a aumentar la fiabilidad del evaporador de arco, al imposibilitar o dificultar que el arco se desplace accidentalmente a un punto que no forme parte de la superficie de evaporación.

Existen varias publicaciones de patentes o solicitudes de patente que describen diferentes sistemas de este tipo.

US-A-4673477 describe un sistema de guiado magnético que utiliza un imán permanente que se desplaza, por medios mecánicos, en la parte posterior de la placa a evaporar, de tal manera que el campo magnético variable que genera este imán permanente produce un guiado del arco eléctrico sobre el cátodo. Esta máquina incorpora opcionalmente también un arrollamiento magnético que rodea la placa del cátodo con el fin de reforzar o reducir la fuerza del campo magnético en una dirección perpendicular a la superficie activa del cátodo y así mejorar el guiado del electrodo. Un problema que presenta esta máquina es que el sistema magnético de imanes permanentes móviles es muy complejo mecánicamente y, por tanto, costoso de implementar y susceptible de averías.

US-A-4724058 se refiere a una máquina con una guía magnética que incorpora unas bobinas colocadas en la parte posterior de la placa cátodo, que guían el arco eléctrico en una única dirección paralela a la que sigue la bobina. Con el fin de reducir el efecto de desgaste preferente en una única trayectoria, se utilizan métodos que tratan de debilitar el efecto de guiado del campo magnético de forma que a éste se superponga una componente aleatoria. En concreto, se ha previsto que el campo magnético generado por la bobina se conecte y desconecte de forma que la mayor parte del tiempo el arco se desplace sobre el cátodo de forma aleatoria. Un problema de esta máquina es que, finalmente, el guiado se produce durante muy poco tiempo, con lo que no se puede garantizar un control preciso y eficiente del desgaste de la placa catódica.

US-A-5861088 describe una máquina con una guía magnética que incluye un imán permanente situado en el centro del blanco y en su cara posterior, y una bobina que rodea el citado imán permanente constituyendo el conjunto un concentrador de campo magnético. El sistema se complementa con una segunda bobina colocada en el exterior del evaporador. Un problema de esta máquina es que el campo magnético generado es débil, lo cual implica un débil efecto de guiado sobre el movimiento del arco eléctrico.

WO-A-02/077318 (FUNDACION TEKNIKER, et al.) (correspondiente a ES-T-2228830 y EP-A-1382711) presenta un evaporador con una guía magnética intensa operativa, que emplea unos imanes permanentes en una posición avanzada que corresponde al interior de la cámara, por lo que es necesaria la incorporación de medios para refrigerar los imanes cuando la cámara se emplea para recubrimientos efectuados a alta temperatura (por ejemplo, para herramientas de corte, que requieren temperaturas de proceso del orden de 500ºC).

US-A-5298136 describe una guía magnética para blancos gruesos en evaporadores circulares, que comprende dos bobinas y una pieza magnética de configuración especial que se adapta a los bordes del blanco a evaporar, de tal forma que el conjunto funciona con un solo elemento magnético, con dos polos magnéticos. Ahora bien, por ejemplo, se ha comprobado que al menos una de las configuraciones alternativas que se describen en US-A-5298136 tal vez no sea adecuada o idónea para desplazar el arco en un evaporador de arco catódico. Concretamente, se han realizado análisis computacionales por elementos finitos de los campos magnéticos que sugieren que la configuración ilustrada en la figura 5 de US-A-5298136 en la práctica no permite el desplazamiento de la trayectoria del arco más que unos escasos milímetros, por lo que esta configuración implica un uso ineficiente del blanco de evaporación. La configuración de la figura 5 de US-A-5298136 está constituida por un imán permanente, de forma anular y dispuesto rodeando el blanco o cátodo, y cuyo borde extremo queda al mismo nivel que la superficie activa del cátodo o blanco. El segundo polo magnético se encuentra en el interior del imán permanente. En contacto con la superficie inferior del blanco y sobre él, y quedando también en el interior del imán permanente, está dispuesta una bobina que apoya sobre un soporte, constituido como base del polo magnético. En esta configuración, el segundo polo magnético y la bobina están adosados al blanco por su cara inferior, y el imán permanente abraza, con contacto, la bobina y el blanco. Además, el borde superior del imán está enrasado con la superficie activa del blanco.

A la vista de las deficiencias o imperfecciones de los sistemas conocidos, el objetivo de la invención es proporcionar una configuración alternativa que, con una estructura bastante sencilla, permita controlar el arco catódico y desplazarlo sobre una zona amplia de la placa catódica. Más concretamente, la invención proporciona un sistema que permite guiar el punto catódico (el punto de incidencia del arco sobre el cátodo) de acuerdo con una trayectoria que puede elegirse individualmente entre una infinidad de trayectorias posibles y que puede abarcar la totalidad de la superficie interna de la placa cátodo.

Descripción de la invención

La invención se refiere a una máquina de evaporación catódica, que comprende una cámara de evaporación configurada para alojar una pieza o superficie a recubrir,...

1. Máquina de evaporación catódica, que comprende una cámara de evaporación (2) configurada para alojar una pieza o superficie a recubrir (1), un conjunto de cátodo que comprende un elemento catódico (3), y un ánodo (4),

estando el conjunto de cátodo y el ánodo configurados y dispuestos de manera que se pueda establecer un arco entre el ánodo (4) y el elemento catódico (3) para producir una evaporación al menos parcial del elemento catódico (3),

comprendiendo el conjunto de cátodo además un sistema de guiado magnético para guiar el arco sobre el elemento catódico (3),

comprendiendo dicho sistema de guiado magnético un dispositivo magnético que comprende un polo central (14) y un polo periférico (12), y al menos un primer generador de campo magnético y un segundo generador de campo magnético configurados para generar respectivas componentes de campo magnético que contribuyen a un campo magnético total en correspondencia con el elemento catódico (3), comprendiendo al menos dicho primer generador de campo magnético al menos una primera bobina (13) dispuesta alrededor de al menos una parte (14b) del dispositivo magnético y configurada para generar la correspondiente componente de campo magnético en dicho dispositivo magnético, de manera que modificando una corriente a través de dicha primera bobina (13), se puede modificar dicho campo magnético total en correspondencia con dicho elemento catódico (3),

teniendo el polo periférico (12) una superficie terminal (12a) configurada para que el campo magnético generado por el primer generador de campo magnético y segundo generador campo magnético tenga una intensidad más alta en correspondencia con dicha superficie terminal (12a) que en correspondencia con superficies adyacentes del dispositivo magnético;

caracterizada porque

la distancia (A) entre dicha superficie terminal (12a) y el elemento catódico (3) es de al menos 20 mm.

2. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 1, en la que dicha distancia (A) es de al menos 30 mm.

3. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 2, en la que dicha distancia (A) es de al menos 40 mm.

4. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 3, en la que dicha distancia (A) es de más de 40 mm y de menos de 150 mm.

5. Máquina de evaporación catódica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha superficie terminal (12a) está alejada una distancia (B) de al menos 10 mm desde el nivel más exterior del elemento catódico (3), en una primera dirección perpendicular a dicho nivel.

6. Máquina de evaporación catódica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha superficie terminal (12a) está alejada una distancia (C) de al menos 10 mm desde el elemento catódico (3), en una dirección paralela a la extensión general de dicho elemento catódico (3).

7. Máquina de evaporación catódica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo magnético comprende un soporte (15) que presenta dicho polo periférico (12) y dicho polo central (14), teniendo dicho soporte una base (15a) de la cual se extiende una protuberancia central (14b) que constituye dicho polo central (14).

8. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 7, en la que el soporte además presenta una extensión periférica (12b) que se extiende de la base (15a) en una dirección sustancialmente paralela a la protuberancia central (14b), constituyendo dicha extensión periférica (12b) el polo periférico (12).

9. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 7 o 8, en la que dicha al menos una bobina (13) rodea dicha protuberancia central (14b).

10. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 9, en la que dicha protuberancia central (14b) comprende un material ferromagnético.

11. Máquina de evaporación catódica según cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en la que dicho soporte (15) tiene una configuración general circular.

12. Máquina de evaporación catódica según cualquiera de las reivindicaciones 7-11, en la que el soporte (15) es de un material ferromagnético.

13. Máquina de evaporación catódica según cualquiera de las reivindicaciones 7-11, en la que el soporte está compuesto en parte por material ferromagnético y en parte por material de imán permanente, comprendiendo dicho segundo generador de campo magnético dicho material de imán permanente.

14. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 13, en la que el polo periférico (12) comprende material de imán permanente.

15. Máquina de evaporación catódica según las reivindicaciones 9 y 16, caracterizada porque dicho material de imán permanente tiene una dirección de imanación perpendicular a la base.

16. Máquina de evaporación catódica según las reivindicaciones 9 y 16, caracterizada porque dicho material de imán permanente tiene una dirección de imanación en ángulo agudo con respecto a la base.

17. Máquina de evaporación catódica según la reivindicación 13, en la que dicha protuberancia (14b) comprende al menos parcialmente material de imán permanente.