真空磁控镀膜设备构造讲义培训

1、真空磁控溅射镀膜设备构造讲义 专注于真空镀膜技术邮箱：镀膜设备系统简述TFT系统需要实现玻璃在真空环境下自动化的连续镀膜，生产线布置为“长口”字型矩形结构，共11个腔体，24台传动电机。镀膜生产线主要划分为4个区，位于生产线左右侧的上片区和下片区，位于上下片平台间的工艺区和回传区。TFT控制系统实现对生产过程中的真空、传动、加热、冷却水、工艺气体、溅射电源在镀膜过程中的连续控制。真空磁控溅射镀膜设备系统的组成真空磁控溅射镀膜设备系统的组成真空磁控磁控镀膜设备真空系统加热系统工艺布气系统传动系统溅射镀膜系统冷却系统真空系统真空系统设备集中于真空室区域，由抽气设备（机械泵、罗茨泵、分子泵）、检测设

2、备（电阻规、电离规、薄膜规）、安全阀（腔体门阀、分子泵挡板阀、旋片泵罗茨泵间自吸阀、管道阀和破空阀）；通过旋片泵 -罗茨泵-分子泵接力抽气，将腔室内压力由大气变为真空，并在生产过程中保持适合生产的真空环境。真空系统腔体排气管道真空泵真空计破空阀阀门硬连接软连接旋片泵罗茨泵分子泵电阻规电离规薄膜规分子泵高阀粗抽阀门阀 旋式真空泵的工作原理 如下图为旋片泵的工作原理示意图，旋片泵主要由定子、转子、旋片、定盖、弹簧等零件组成。其结构是利用装在定子腔内偏心转子（转子的外圆与定子的内表面相切两者之间的间隙非常小）和转子槽内滑动的借助弹簧张力和离心力紧贴在定子内壁的两块旋片，当转子旋转时，始终沿定子的内壁

3、滑动。1-泵体；2-旋片；3-转子；4-弹簧；5-排气阀图1 旋片泵工作原理图两个旋片把转子、定子内腔和定盖所围成的月牙型空间分隔成A、B、C三个部分，当转子按图示方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积不断地增大，A空间的压强不断的降低，当A空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进吸气腔A，此时正处于吸气过程。B腔的空间的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此时正处于压缩过程。而与排气口相通的空间C的容积进一步地减小，C空间的压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体推开排气阀，被抽的气体不断地穿过油箱内的油层而排至大气中，在泵的连续运转过程

4、中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。 排气阀浸在油里以防止大气流入泵中，油通过泵体上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有运动的表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封，同时油还充满了一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。1-高级排气阀；2-通道；3-低级排气阀图2 双级旋片式真空泵工作原理图 双级旋片式真空泵由两个工作室组成，两室前后串联，同向等速旋转，室是低真空级，室是高真空级，被抽气体由进气口进入室，当进入的气体压力较高时，气体经室压缩，压强急速增大，被压缩的气体不仅从高级排气阀排出，而且经过中壁通道，进入室，在室被压缩，从低级排气阀排出；当进入室的气体

5、压力较低时，虽经室的压缩，也推不开高级排气阀排出，气体全部经中壁通道进入室，经室的继续压缩，由低级排气阀排出，因此双级旋片式真空泵比单级旋片式真空泵的极限真空高。罗茨泵的工作原理及其结构特点罗茨泵的工作原理及其结构特点罗茨泵具有以下特点：罗茨泵具有以下特点：1前端端盖；2油标；3压力传感器；4注油塞；5放油塞；6齿轮侧轴承端盖；7泵体；8入口法兰9出口法兰；10转子；11马达侧轴承盖；12中间法兰；13油封处注油塞；14油封处放油塞；15笼形支架；16电动机；17泵底座分子泵结构分子泵结构 按制造结构分类按制造结构分类 油润滑油润滑 脂润滑脂润滑 磁悬浮磁悬浮 连续抽除气体节省能源可获得清洁的

6、真空对被抽气体无选择性，对各种类气体，抽速变化不大起停机时间短振动小，噪音低操作维护方便，免维护周期长 分子泵特点分子泵特点真空泵的主要参数真空泵的主要参数真空计l热偶真空规热偶真空规l皮拉尼真空规皮拉尼真空规l电离真空规电离真空规l薄膜真空规薄膜真空规热偶规和皮拉尼规都是以气体的热导率随气体压力的变化热偶规和皮拉尼规都是以气体的热导率随气体压力的变化为基础而设计的，它们是低真空时最常用的测量手段。为基础而设计的，它们是低真空时最常用的测量手段。工作原理：工作原理：在热偶真空规中，在作为在热偶真空规中，在作为热丝的热丝的PtPt丝中通过恒定强丝中通过恒定强度的电流。在达到热平衡度的电流。在达到

7、热平衡以后，电流提供的加热功以后，电流提供的加热功率与通过空间热辐射、金率与通过空间热辐射、金属丝热传导以及气体分子属丝热传导以及气体分子热传导而损失的功率相等，热传导而损失的功率相等，因而热丝的温度将随着真因而热丝的温度将随着真空度的不同而呈现有规律空度的不同而呈现有规律的变化。的变化。热偶真空规热偶真空规在在0.1-100Pa0.1-100Pa的压力范围内，气体的热导率将随着气的压力范围内，气体的热导率将随着气体压力的增加而上升，因而热丝的温度会随着气体压体压力的增加而上升，因而热丝的温度会随着气体压力的上升而降低。这时，用热电偶的方法测出热丝本力的上升而降低。这时，用热电偶的方法测出热丝

8、本身的温度，也就相应测出的环境的压力。身的温度，也就相应测出的环境的压力。热偶真空规不能用于较低或较高真空度的测量。热偶真空规不能用于较低或较高真空度的测量。在气体压力高于在气体压力高于100Pa100Pa的情况下，气体的热导率将不的情况下，气体的热导率将不再随气体压力而显著变化。这时，用热丝温度测量气再随气体压力而显著变化。这时，用热丝温度测量气体压力方法的灵敏程度将迅速下降。体压力方法的灵敏程度将迅速下降。当气体压力低于当气体压力低于0.1Pa0.1Pa以后，由于气体分子传导走的以后，由于气体分子传导走的热量的总加热功率中的比例过小，测量的灵敏度也将热量的总加热功率中的比例过小，测量的灵敏

9、度也将呈下降趋势。呈下降趋势。皮拉尼规皮拉尼规皮拉尼规有称为热阻式皮拉尼规有称为热阻式真空规，其工作原理与真空规，其工作原理与热偶真空规相似，皮拉热偶真空规相似，皮拉尼规以电桥的方式，通尼规以电桥的方式，通过测量热丝的电阻随温过测量热丝的电阻随温度的变化来实现对真空度的变化来实现对真空度的测量。度的测量。经常与热偶真空规结合经常与热偶真空规结合使用的高真空规称为电使用的高真空规称为电离真空规，它是在高真离真空规，它是在高真空范围内最常使用的测空范围内最常使用的测量工具。量工具。电离真空规电离真空规由热阴极发射出的电子将在飞向阳极的过程中碰撞气体分子，由热阴极发射出的电子将在飞向阳极的过程中碰撞

10、气体分子，并使后者发生电离。由离子收集极接收电离的离子，并根据离并使后者发生电离。由离子收集极接收电离的离子，并根据离子电流强度的大小就可以测量出环境的真空度。由于离子电流子电流强度的大小就可以测量出环境的真空度。由于离子电流强度的大小将取决于阴极发射的电子电流强度、气体分子的碰强度的大小将取决于阴极发射的电子电流强度、气体分子的碰撞截面以及气体分子的密度等三个因素，因而在固定阴极发射撞截面以及气体分子的密度等三个因素，因而在固定阴极发射电流和固定气体种类的情况下，离子电流强度将直接取决于电电流和固定气体种类的情况下，离子电流强度将直接取决于电离气体的压力。离气体的压力。电离真空规可检测的压力

11、下限受阴极发射的电离真空规可检测的压力下限受阴极发射的高能光子在离子收集极上产生的光电效应所高能光子在离子收集极上产生的光电效应所限制。这种效应产生的光电流相当于限制。这种效应产生的光电流相当于10-7Pa10-7Pa的真空度下的离子电流。的真空度下的离子电流。薄膜式真空规薄膜式真空规薄膜式真空规是一种依靠金属薄膜在气体压力差作用下产生机械位移，薄膜式真空规是一种依靠金属薄膜在气体压力差作用下产生机械位移，从而可用于气体绝对压力测量，测量结果与气体种类无关的真空规。从而可用于气体绝对压力测量，测量结果与气体种类无关的真空规。薄膜真空规有两个被隔离的真空腔。当一个真空腔内的压力为已知，另薄膜真空

12、规有两个被隔离的真空腔。当一个真空腔内的压力为已知，另一个真空腔的压力为未知的情况下，薄膜的位移量将与两个腔内的压力一个真空腔的压力为未知的情况下，薄膜的位移量将与两个腔内的压力差成正比。为提高测量的准确度，薄膜位移是靠测量薄膜与另一个金属差成正比。为提高测量的准确度，薄膜位移是靠测量薄膜与另一个金属电极间的电容的变化来实现的。电极间的电容的变化来实现的。在很大的量程范围内，薄膜真空规都具有很好在很大的量程范围内，薄膜真空规都具有很好的线性度，其探测下限约为的线性度，其探测下限约为1010-3-3PaPa，这相当于，这相当于探测到的薄膜位移只有一个原子尺度大小。探测到的薄膜位移只有一个原子尺度

13、大小。传动系统传动系统共传动系统共24台驱动电机，上下片平台各台驱动电机，上下片平台各4台，工台，工艺区艺区11台，回传区台，回传区5台传动电机，除上下片平台各台传动电机，除上下片平台各有有2台电机可实现双向传动外，其余电机均为单向台电机可实现双向传动外，其余电机均为单向传动；其中除传动；其中除M3 M9 M9 可以通过端子通断和模拟量可以通过端子通断和模拟量信号协同控制电机转速外，其余电机的传动速度由信号协同控制电机转速外，其余电机的传动速度由端子通断直接控制；端子通断直接控制；传动系统变频器驱动电机同步传送光电感应磁导向同步皮带U型导轮平移台加热系统我司我司1 1线镀膜设备加热系统共线镀膜

14、设备加热系统共66台，在连续生产过程中，台，在连续生产过程中，逐段加热工艺区腔室内的温度，以确保在玻璃在镀膜过程逐段加热工艺区腔室内的温度，以确保在玻璃在镀膜过程中的环境温度，加热系统进行中的环境温度，加热系统进行PID运算，通过固态继电器运算，通过固态继电器的电压脉冲控制加热器的加热频率。的电压脉冲控制加热器的加热频率。加热系统温控模块加热器温度传感器冷却系统镀膜设备系统冷却选用冷冻机恒温冷却，为了防止水镀膜设备系统冷却选用冷冻机恒温冷却，为了防止水道结垢、脏污，道结垢、脏污，冷却媒介为去离子水；冷却媒介为去离子水；机械泵、分子机械泵、分子泵、溅射电源等冷却管路安装有压力检测设备，通过泵、溅射电源等冷却管