真空镀膜机的原理及故障分析.pdf

第2 2 卷 第2 期 2 0 0 2年 6月 光 电 子 技 术 O PTOEI ECTR0NI C TECHN0I 0GY Vo1 2 2 NO 2 J u n 2 0 0 2 矿 设备 与 维修 c t l 真空镀膜机的原理及故障分析 陈 敏 王存华 南 京 电子器件研 究所 南 京 2 1 0 0 1 6 2 0 0 2年 4月 3日收到 摘 要 真 空镀 膜 设 备 是 电 子 工 业 元 器 件 生 产 和 研 制 过 程 中广 泛 使 用 的 设 备 本 文 就 DMF 一 7 0 0电子 束 真 空镀膜 设 备 在 实 际 工作 中 出现 的主 要 故 障 进 行 分 析 并 给 出故 障 排 查 的 方 法 关 键词 真 空镀 膜 高压 电源 维修 中图 分类 号 TN3 0 5 8 文 献标 识 码 A 文 章 编号 1 0 0 5 4 8 8 X 2 O O 2 0 2 0 1 1 4 0 5 Th e Pr i n c i p l e an d Mal f u n c t i on An al y s i s o f Vac u u m Coa t i n g Equ i p men t Che n M i n W a ng Cun hu a Na n j i n g El e c t r o n i c De v i c e s I n s t i t u t e Na n j i n g 2 1 0 0 1 6 Abs t r a c t Va c uu m c o at i ng e qu i pme n t i s wi de l y u s e d i n t h e m a nu f a c t ur i ng a nd r e s e a r c h of c ompo ne nt s i n e l e c t r oni c s i n dus t r y Th e ma i n ma l f un c t i on s whi c h oc c u r r e d i n t he a c t u a l op e r a t i on of DM F一 7 0 0 e l e c t r on be am c o a t i ng e qu i pme nt a r e a na l yz e d i n t he p a pe r M e t h od s o f t r oub l e s h oo t i ng a r e a l s o p r e s e nt e d he r e Ke y wor ds v a c uu m c o a t i n g hi gh vo l t a g e s ou r c e ma i n t a i n 引 言 真 空 镀 膜 设 备 是 电子 工 业 元 器 件 生 产 和研 制 过程 中广泛 使 用 的设 备 随着 电子 工业 的发展 工 艺要 求 也 越来 越 高 真 空镀膜 设 备 的 自动化 程 度和 复杂程度也在不断提高 对设备 出现的故障进行分 析 有利于缩短设备的维修时间 同时对类 似设备 出现的故障也能提供帮助 从而提高科研生产的效 率 也 为 今 后 改 进 设 备 提 供 依 据 本 文 主 要 就 D MF 一 7 0 0这类镀膜机的原理和出现的故障进行分 析 1 设备简介 DMF 一 7 0 0镀 膜 机 是 复 杂 的 大 型 真 空 镀 膜 设 备 它 是在 DMD E 一 4 5 0和 DMI 一 5 0 0镀膜 机 基 础 上 改进的 它带有磁偏转 2 7 0 电子枪 可蒸镀各种高 陈敏女 1 9 5 7年生 工程师 1 9 8 2年毕业 于鞍 山钢铁学 院 自动化系 现从事专 用设备 电气 设计和维 修 王存 华男 l 9 6 5年生 工程师 l 9 8 6年 毕业 于 电子科 技大学 原成 都 电讯 工程学 院 精 密机械专 业 现从事 专用设 备的设计 维修 维普资讯 第 2期 陈敏等 真空镀膜机 的原 理及故障分析 低 熔 点 的金 属 和 氧化 物材 料 D MF 一 7 0 0镀 膜 机 由真 空 系统 机 械 转 动 系统 电子束 蒸 发 系统 等组 成 其 中 电子束 蒸 发 系统 主要 由纵 向扫 描 单元 横 向扫描 单元 坩锅 控制 电子枪 灯 丝 变 压 整 流 单 元 灯 丝 控 制 单 元 电 子枪 高 压 电 源等部分组成 图 1是其示意图 下面对其主要部 分作 一 简 单介 绍 图 1 D MF 一 7 0 0镀膜机方框 图 Fi g 1 Bl oc k di a gr a m o f DM F一 7 00 c o at i ng ma c h i n e 1 电子枪高压电源 是三相变压器整流滤波电 路 提 供 电子 枪 所 需 的直 流 高 压 输 出 正 端 通 过 复 位 装 置接 地 负 端 接 电子枪 灯 丝 2 灯 丝 控 制 单 元 是 特 殊 的 交 流 可 控 硅 整 流 器 可 以用来 提 供 E型 磁偏 转 电子 枪 的灯 丝 电流 3 纵 向扫 描单 元 可 以提 供对 称 的三 角波 扫 描 信号 与稳定度较 高的恒 流电源 的偏转单元 配合 提 供 E 型 磁 偏 转 电 子 枪 的 电 子 束 所 需 的 扫 描 电 流 以达 到 电子 束 的扫 描控 制 4 横 向扫 描单 元 可 以提 供对 称 的三 角波 扫 描 信 号 提 供 E 型 磁 偏 转 电 子 枪 的 电子 束 所 需 的 扫 描 电流 以达到 电子束 的扫描 控制 5 坩 锅 控 制 用 来 控 制 坩 锅 的 位 置 并 提 供 离 子 收 集极 的直 流 电压 2 电子枪 高压 电源 的基本原理 电子枪高压电源是该设备 比较复杂而且容易 出故 障的部分 它 由高压 部分和 自动复位部 分组 成 高 压 部分 包 括 三相 高 压变 压器 三相 桥式 整 流 R C阻容吸收网络 高压分压器 自动复位部分包 括主开关 电路 电流检测电路 栅压切换电路 帘栅 控 制 电路 图 2是 电子枪 高压 电源 方框 图 电子枪工作 中因某种 原因产生 高压打火现象 时 在 打火 瞬 间 高压 近似 被 短 路 电子 枪 就不 能 正 常 工作 由于 自动复 位 电路 的作 用 会 在 4 0 ms内 切 断 高压 输 出 又在 5 0 ms 后 恢 复 高压 输 出 这 个 瞬 变 的过 程 即是 自动 复位 的过 程 它是 保 证 电子 枪 连续 正 常工 作 的必 要条 件 图 2高压 电源方 框 图 Fi g 2 Bl oc k di a gr am o f h i gh v ol t a g e s our c e 3 主要故障现象分析及排 除 在 实际使用 中 该类 型 的设 备 出现 过不 少故 障 其中高压电源部分的故障较多 也 比较复杂 下 面就几种典型的故障进行分析 3 1 增加束流时 高压没有指示 在正常工作时 主开关电路 中的开关管处于饱 和导通状 态 管压降保持 在 1 0 0 V 左右 栅 极得 到 正偏 压 5 O V 高 压指 示 6 k V 或 1 0 k V 从 检 测 电 路 R2 1上 得 到 的 电压控 制信 号 不 足 以使 D1 3稳 压 管 击 穿 导通 B G1 4 B G1 5 B G1 6处 于 截 止 状 态 而 B G1 1 B G1 2 B G1 3处 于 导 通 状 态 由 B Gl 1输 出 一 个 2 5 V左右的高电位 参见图 3 栅 压切换 电路上 的 B G1 0得 到 2 5 V 的电压 控制信号而处于导通状态 参见图 4 使得 B G9的 基极 电位变 为 0电位 而截止 主开关 管通 过 D6 D7 得到正向 5 O V偏置的电压 同时 B G7 B G8也 处于导通状态 D8稳压管击穿导通 提供主开关管 栅 极 恒定 的 电流 由于 B G1 O处 于 导 通状 态 使 得 帘栅 控 制 电路 的 B G4的基 极 处 在 0电 位 而 截 止 参 见图 5 帘栅压 的大小受 高压分 压器信号 UR2 的控 制 当 UR2 UD2时 输 出 的帘 栅压 的大 小 是 随 UR2的变化 而 变化 维普资讯 1 1 6 光 电 子 技 术 第 2 2卷 C1 图 3电流检测 电路 Fi g 3 Ci r c ui t of d et e c t i ng c ur r e nt 图 4 栅压 切换 电路 F i g 4 Ci r c u i t o f s wi t c h i n g g r i d v o l t a g e 图 5 帘栅控 制电路 Fi g 5 Gr i d c o nt r ol c i r c ui t 在不正常情况下 增加束流时 由于束斑 的位 置不在 中心 电子束可能会 打到坩埚的边缘 或者 极 束斑 的位置在 中心 但蒸镀 的材料被打穿等原 因 都会 出现高 压无 指 示 这是 由于 高压 输 出被 近 似 短 维普资讯 第 2 期 陈 敏等 真空镀膜机 的原理 及故 障分析 路 造 成 电子 束 流 大 于 预定 值 主 开关 管 处 于 截 止 状态 承受全部高压 使得高压无输 出 由于打火而 造 成 过 大 的束 流 在 电流 检 测 电 路 R2 1取 得 的 过 流 信 号 使 得 D1 3稳 压 管 被 击 穿 导 通 B G1 4 B G1 5 B G1 6处 于 导 通 状 态 C1 3通 过 B G1 4 R5 1 放 电 使 得 B G1 1 B G1 2 B G1 3很 快 截 止 B G1 1 输 出为 0 V 栅 压切 换 电路 上 的 B G1 0 得 到 0 V 的输 入 信 号 而 截 止 B G9立 刻 导 通 5 5 0 V 正 端 通 过 B G9接 到 主开关 管 的阴极 负端 通 过 D5管 接 到 主 开 关管 的栅极 主 开关 管 得 到 一5 5 0 V 偏 压而 进 入 深 度 截止 此 时 高压 就 没有 指示 了 3 2无束 流 时 高 压指 示 不稳 定 在正 常情况 下 即使有 束流 高压 指示也该 稳 定 那么无束流时高压指示不稳定 高压表指针在 3 k V 6 k V 之 间来 回摆动 就 属 于不正 常情 况 从 原理 上 分 析 高压 电源和 负载 有 问题 都会 出现 这 种 现象 为 了便 于排 查 先将 高 压 电源 和负 载脱 开 故 障依 旧 说 明 问题 不 在 负载 方 面 而 是 在 高 压 电源 内部 高 压 电源 是 由高 压 部 分 和 自动 复 位 部 分 组 成 若是这两部分 中的元器件性能变差都会出现高 压指 示 不稳 定 将 高 压部 分 与 自动 复位 部分 脱 开 用 高 压 表 测 量 高 压 部 分 输 出 电压 为 6 k V 或 1 0 k V 而且 指 示 很 稳 定 说 明高 压 部 分 的 元 器 件 没 问题 为 了判 断 自动 复位 部分 的主开 关 电路 是 否 正 常 可 以采 取 替换 方法 或 其 它 方 法来 判 断 若 还 是不正常 说 明 自动复位部分 中的 电流检 测电 路 栅压切换电路存在问题 在 实际 维修 过 程 中 发现 电流检 测 电路 中 C一 1 C一2 C一 3 C一1 8 C 一 2 0这 5 根 输 入输 出线 对 高压 均有影响 见 图 3 其 中有两根对 高压 的影响 最 大 估 计 是原 有 的设 计不 尽 合理 形 成分 布 电容 再加上元器件的老化 使得 电路的工作点改变 在 对 同 类 型 的 设 备 进 行 检 查 时 也 发 现 了 类 似 的故 障 这说 明 DMF 一7 0 0镀膜机在出厂时就存在着 故 障 隐 患 为 此 采 取 了相 应 的处 理 办 法 消 除 了故 障 使 高 压 指示 恢 复 了正常 3 3有束流时 高压指示频繁的摆动 在正常工作时 高压出现较小的打火是经常发 生 的 因为 有 自动 复 位 部 分 的保 护 使 得 那 些 较 小 的打火会被 自动复位部分中电容滤掉 不会对高压 电源 的 主开 关管 进行 切 断 有 束 流 时 高 压 指 示 频繁 的摆 动 就 是 高 压 出 现连续性的过流打火 自动复位部分开始动作 使 得高压 电源的主开关管始终处在切断和导通这两 种状 态 反 映在 高压 表 上就 是 指针 频繁 的摆 动 在实 际维 修 过程 中发现 有 时 出现 这 种 故 障并 不 是高压 电源 内部 的原 因 而 是真 空室 内有污 染 主 要是 设备 使 用多 年 钟罩 内上壁 聚 集 了许 多 蒸 镀 的 材料 在有束流的情况下 会产生二次 三次电子 从 而产生较大的假束流 使得主开关管不停的导通 和 截止 高压指示就不稳定 了 消 除这 种故 障 可先 将 电子 枪 坩 锅 高 压 电极 进行 彻 底 地 清洗 如 故 障 还 没 有 消 除 再 将 钟 罩 内 所 有 的器 件和 钟罩 内壁 进行 彻 底 的清洗 往往 故 障 即被 消除 高 压 指示 不再 频繁 的摆 动 3 4 真 空 度在 1 O 1 0 1 P a时 开 启 烘 烤 单 元 主 开 关 跳 闸 在 正 常 情 况 下 需 要 对 钟 罩 内 的 器 件 进 行 加 热 可 调 节 Z K一 1可 控 硅 调 节 器 从 0 9 0 9 6 慢 慢 加 大 可 控 硅 S C R1 S C R2的 导 通 角 逐 渐 增 大 加 热器两端的电压逐渐升高 当达到所设定的温度 时 温 控 仪输 出一 个 信号 给 Z K一 1 使 Z K一1减 小 输 出脉 冲 直 到加 热 器停 止加 热 在大气状态下和真空状态下 加热器的电极与 钟 罩 接地 之 间的绝 缘 电阻 有 1 0 0 MC I 但 随着 真 空度升 高 当真空度 在 1 0 1 0 P a时 它们 之间 的绝 缘 电阻变 得 相 当小 只 有 几 百 n 这 时 S C R1 的 阳极 即 S C R2的 阴极 与 地 近乎 短 路 若 是 S C R1 S C R