近年来,负离子源溅射技术在核物理、高能物理、表面分析、半导体器件生产等行业得到了飞速发展。负离子源磁控溅射技术逐渐成为机械学和材料学热门课题之一,同时在负离子源磁控溅射技术中,靶材的利用率受到越来越多的重视,因此本文主要对负离子源磁控溅射镀膜机和靶材利用率做了以下研究:首先,本文运用机械设计理论对负离子源磁控溅射室及关键零部件进行了结构设计。主要包括负离子源磁控溅射室、磁控溅射靶枪和工件架三部分设计,完成了负离子源磁控溅射室的结构、尺寸等参数设计,并进行了法兰布局和负离子源溅射室前门的密封设计;根据磁场设计原则,设计了三个磁控溅射靶枪,可以实现镀单层膜、多层膜和复合膜,磁控溅射靶枪位于磁控溅射室下方,采用丝杠传动,实现了磁控溅射靶枪在垂直方向上往复运动,保证靶枪能够更精准的对准工件。在工件架设计方面,可以实现工件的自转和垂直方向直线运动,由电机带动齿轮传动,实现了工件以30r/min的转速回转。通过丝杠传动机实现工件架直线运动,并对丝杠传动系统,进行了强度校核,保障了传动机构的安全性和稳定性。然后,根据磁场分析理论,通过优化分析靶材表面磁感线的水平分布规律,获得较好的靶材利用率。使用ANSYS workbench和Maxwell软件,对磁控溅射磁场进行有限元模拟仿真,得到了影响磁场的基本参数,并选出最优的参数,使靶材利用率增大了18%。最后,为了验证理论分析磁控溅射靶材利用率的正确性,对磁控溅射靶枪进行了对比实验,在镀膜实验中,分别在氩气压强为1Pa、5Pa、10Pa的情况下进行了的最低起辉电压的测试,得到了在不同压强下的最低起辉电压,通过镀膜实验,测量了优化参数前后的靶材表面溅射圆环的横向宽度,得到了优化后溅射圆环横向宽度增幅达20.2%,溅射面积增大了19.6%,验证了有限元模拟和理论分析的准确性。