《真空镀膜机的设计》PPT课件.ppt

第八章 真空镀膜机设计 The Design of Vacuum Coating Equipments,8.1真空设备设计原则,先功能，后结构。先给出指标参数、生产要求、功能 先核心，后辅助。由内向外。先决定 靶尺寸、靶基距 先局部，后整体。再由整体，定局部。 先设计，后校核。由粗到细。,镀膜机常用技术指标,镀膜方法：CVD，PVD（蒸发、溅射、离子镀、复合镀） 被镀工件的形状、尺寸；工件架尺寸；真空室尺寸； 生产方式：连续、半连续、周期式。生产周期。生产量。生产速率。 技术参数：设备极限真空度、工作本底真空度、工作真空度、工作气氛； 漏率、抽空时间、恢复真空时间。 工作（烘烤）温度；（热处理炉、冻干机） 膜厚不均匀程度； 功率；最高电压；,8.2真空镀膜机的分类 按作业方式划分,（1）间歇式（周期式） 特点：一个真空室。如钟罩式、盒式的蒸发、溅射镀膜机。 一个周期内的工序：装料、抽空、镀膜、放气、出炉。 （2）半连续式（节拍式） 特点：常常有2个或2个以上真空室，双室有不同的真空度。 节拍式作业。如大卷绕半连续蒸发镀膜机、枚叶式节拍溅射镀膜机。 （3）连续式 特点：有多个真空室，分别完成不同的功能，保持真空度不变。 基片（工件）依次从一端进入，从另一端输出。,真空镀膜机的构成,真空室与机架 源基系统（蒸发源、溅射靶+工件架） 真空系统 供电系统 测量与控制系统 水冷系统 充气系统 其它辅助系统,8.3真空室与机架 - 1结构布置,立式中轴线垂直，高度尺寸大 卧式中轴线水平，长度尺寸大。 又分 立卧（高度尺寸第二大） 平卧（高度尺寸最小）,钟罩式 （垂直提升，有机架、台面） 扁箱式 （平板形基片）如 立卧或平卧、周期或连续式、平板玻璃镀膜机 方箱式 前开门 圆筒式 前开门，蚌壳炉（门大，可装大工件）。 盒式 长方形 圆形 上揭盖（垂直提升，有机架、台面） 球形 适于化学气相合成，可接许多接口（分析仪器），并都对准中心,8.3真空室与机架 - 2外形,8.3真空室与机架 -3功能作用与要求,形成并保持真空环境； 耐压要求、漏率要求、耐温要求 摆放、布置内外各个系统；提供安装位置、接口、并要便于作业功能作用与要求,8.3真空室与机架 - 4构成与附件,室体壁厚考虑强度，水冷考虑温度（盘管 式、间壁式），焊接考虑工艺 法兰门与接口的法兰，要符合标准，接管 的加工工艺 门强度问题、大法兰平整问题、密封问题（钟罩式、开门式）、门拉手、门锁 门轴支撑结构（钟罩悬挂、开启式、简单与复杂门轴、弯臂式、双自由度或平动）,8.3真空室与机架 - 4构成与附件,底板支撑整个真空室和工件，厚，开许多接口，底板布置 观察窗基本要求：看得清； 内部照明：借助烘烤灯、辉光、弧光，专用灯。 保持真空、橡胶密封低真空普通窗、金属密封超高真空石英窗。 特殊要求：防污染。防污染措施：转动式或百叶窗式挡板、卷膜、双层玻璃。,8.3真空室与机架 - 4构成与附件,动密封用途：工件转架、工件传送、各种挡板、转靶、机械手（拨叉、送料杆） 橡胶圈、皮碗密封（不能用润滑液，低速蠕动）， 波纹管及胶片密封，磁耦合传动，磁流体密封 辐射与屏蔽屏 支撑与绝缘件,8.4工件架 -1 功能作用与要求,多装料 装卡要求 利于膜厚分布 满足对基片的要求（加偏压、加热 冷却）,8.4工件架 - 2 结构形式,与真空室形式及源靶布置方式相匹配 包括静止工件架、基片转架和多自由度工件架 静止镀镜 杆式工件架，小车式 三球面行星轮系（钟罩式室体、小平面蒸发源、上拨动）,8.4工件架 - 2 结构形式,公转与自转-行星杆系（立式前开门体、中心圆柱靶或两侧平面靶或多弧） 蒸发（或溅射）用多自由度旋转平台 （盒式室体、多功能实验设备，可调3维位置和角度） 筒形工件架 2种（多弧镀钻头） （堆积滚动、镀膜电阻， 小元件表面） 大卷绕系统 （半连续） 连续镀膜送件平台（卧式胶辊，立式槽轮，带小车）,挂 夹 卡 粘 插 电弧离子镀镀钻头的多种装法,8.4工件架 - 3 工件装卡（夹）方式,8.4工件架 - 4 驱动机构,定速运行交流电机+减速器 调速要求直流电机+减速器、步进电机； 皮带轮传动可防卡死 功耗计算,8.4工件架 - 5挡板机构,作用是控制蒸发 （多靶时）防各靶间相互污染,8.4工件架 - 6 设计要求,强度要求 运动要求 灵活性（转动轻快，无卡滞，无噪音；不加润滑剂） 稳定性（运行平稳，可靠，耐烘烤，能长期工作） 满足膜厚均匀性要求（行星杆系速比） 密封要求 烘烤或水冷要求（基片平台带发热体） 偏压与绝缘要求,8.5靶的布置形式,（1）单蒸发源如电子枪、舟、丝。点源在中心，小平面源在球底。 （2）多蒸发源如镀镜机。多源平行排成一排，平面布置。 （3）单靶中心圆柱靶，上下圆靶（方靶），长方靶伸入圆筒中。 （4）多靶多个圆柱靶平行（如平板玻璃镀膜机）或环绕排列（如太阳能集热管镀膜机）。 多弧靶在圆柱面螺旋排列。中心圆柱靶+两侧矩形靶。,8.6真空系统,（1）泵扩散泵+旋片泵；分子泵+旋片泵；离子泵+分子泵+旋片泵； （2）阀高阀、预抽阀、前级阀、泵口压差阀、放气阀、节流阀，闸阀； （3）管主管路、预抽管路、前级管路；冷阱,8.7供电系统,蒸发镀膜用大电流的产生与输送 大电流三相平衡变压器，送电汇流排，水冷铜电极、铜坩埚， 动静电接头：电卡头、电触头铜钥匙、插板式、花瓣式、铜箔弹簧 中频感应电源（8000Hz）及电容补偿，,8.8测量与控制系统,膜厚测量 光学法、石英振荡法 真空测量 镀膜电参数测量与控制放电电压、电流、气体压力、流量，源功率、温度， 状态监控传感元件,8.9水冷系统 -1要求水冷的部位,（舟、丝）蒸发源的水冷电极，感应源的水冷线圈，电子枪的水冷坩埚，各种磁控溅射靶的靶材，蒸发挡板的水冷挡板，内部带烘烤的镀膜机的真空室体水冷壁及橡胶密封圈部位，要求薄膜低温生长的基片（架），真空系统的扩散泵、水冷障板、旋片泵。,散热功率（W） 水流量 （Kg/s） 比热 cJ/（kg。K） 温度 tK,8.9水冷系统 - 2 用水量的计算,8.9水冷系统 - 3 水流设计,设计流道的结构及尺寸、水流流速的大小、水压压降、流阻 A、换热能否满足要求 换热形式主要是间壁式对流换热，考虑受热、换热面积有多大？单位面积总换热系数有多大？传热总温差有多大？ B、流动能否实现 对流换热要求多大的流速？由总流量决定流道的横截面积，总流道有多长？有多大的流阻？需要多高的水压？,8.9水冷系统 - 4 元器件与构成,水源总阀门，分水排，橡胶（金属）水管，回水槽，水压继电器、水流继电器， 可移动设备供水管的履带结构， 中空回转轴的供水元件水冷转轴供水接头 水冷系统工作状态的检测、显示、控制系统（传感器、显示器模拟屏或计算机、执行器）,8.9水冷系统 - 5 注意事项,局部流道的设计急转弯处