Tyhjiöpäällystyskoneprosessi: vaiheet, tyhjiötasot ja syklin ohjaus

Prosessitekniikka

The Tyhjiöpinnoituskone Prosessi, askel askeleelta: paine, energia ja aika

Päällystysjakso on pikemminkin kontrolloitujen ikkunoiden ketju kuin yksittäinen toimenpide. Näin pumppaus, kaasunpoisto, ionisyövytys, saostus ja jäähdytys sopivat yhteen todellisella tuotantolinjalla, ja ohuet kalvot yleensä häviävät.

Mitä prosessi itse asiassa ohjaa

Irrota laitteisto ja tyhjiöpäällystyskoneprosessi tekee yhden työn: se poistaa kammiosta kaiken, mitä et ole pyytänyt sinne, ja antaa sitten valitun materiaalin saapua osan pinnalle kontrolloidun energian alaisena. Saatamasi kalvo on tulosta kolmesta muuttujasta - taustapaineesta, substraatin ionienergiasta sekä kerrostumisnopeudesta ja -ajasta. Jokainen muu asetus argonvirtauksesta jigin pyöritykseen on vain tapa virittää näitä kolmea.

Siksi kaksi kauppaa voivat käyttää "samaa" PVD-reseptiä ja nähdä erilaisia tuloksia. Kammio, jota pidetään 3 x 10-3 Pa paineessa ilman substraatin kuumennusta, kantaa edelleen vesihöyrykuormaa, joka kilpailee pinnoitteen kanssa liimauskohdista. Sama kammio 4 x 10⁻⁴ Pa paineella kunnollisen paiston jälkeen käyttäytyy kuin eri kone. Paine ei yksin ole se numero, jolla on merkitystä; jäännöskaasukuormituksen ja laskeumanopeuden välinen suhde on.

Tyhjiö ei ole prosessin tavoite. Se on suodatin, joka päättää, mitä muuta saa koskettaa osaa ennen kuin elokuva koskettaa.

Päällystyssykli, askel askeleelta

Useimmat eräjaksot noudattavat samaa järjestystä riippumatta siitä, käyttääkö kone katodikaaria, magnetronisputterointia tai lämpöhaihdutusta. Erot ovat syklin keskellä, eivät päissä.

Esipuhdistus ja lastaus. Ultraäänirasvanpoisto, huuhtelu ja kuivaus poistavat öljyt ja kiillotusaineen. Tämän jälkeen osat kiinnitetään jigeihin, jotka myös määrittävät pyörimisen – teline, joka piilottaa pinnan plasmalta, piilottaa sen myös pinnoitteelta.
Rouhinta ja korkeatyhjiöpumppu. Pyörivä siipi tai kuivapumppu vie kammion ilmakehästä noin 1–10 Pa:iin, sitten juuret-, diffuusio- tai turbomolekyylipumppu kuljettaa sen peruspaineeseen, tavallisesti välillä 5 x 10-3 ja 5 x 10-4 Pa.
Lämmitys ja kaasunpoisto. Kammion seinät ja alustat lämmitetään usein 150–400 °C:seen kalvosta riippuen adsorboituneen veden ja haihtuvien aineiden poistamiseksi. Tämän vaiheen ohittaminen on yksi yleisimmistä syistä, miksi pinnoite rakkuloituu viikkoa myöhemmin.
Ionipommitus (hohtopurkauspuhdistus). Argon päästetään sisään ja useiden satojen volttien negatiivinen esijännite kohdistetaan osiin muutaman minuutin ajan. Tämä ruiskuttaa pois oksidin ja viimeisen molekyylikerroksen kontaminaatiosta ja jättää kemiallisesti aktiivisen pinnan.
Laskeuma. Lähde on jännitteellinen - kaaripisteet katodissa, magnetronikohteessa tai haihdutusveneessä - ja materiaali kulkee alustalle. Reaktiivisia kaasuja, kuten typpeä, happea tai asetyleenia, lisätään tähän, kun tarvitaan nitridi-, oksidi- tai hiilipohjaista kalvoa.
Paksuuden säätö. Kalvon paksuus asetetaan nopeudella kerrottuna ajalla, mikä vahvistetaan optisten pinnoitteiden kvartsikidevalvonnalla ja koriste- tai kulutuskalvojen kalibroinnilla.
Jäähdytys tyhjiössä. Osia pidetään tyhjiössä, kunnes niiden lämpötila laskee alle noin 80–100 °C. Varhainen tuuletus hapettaa tuoreen kalvon, ja alumiinin metalloinnissa se on klassinen kellastumisen syy.
Tuuletus, purkaminen ja tarkastus. Kuiva typpi tai suodatettu ilma rikkoo tyhjiön, osat puretaan ja erän väri, paksuus, tarttuvuus ja pintavirheet tarkistetaan.

Turvallisuushuomautus: älä koskaan tuuleta kuumaa kammiota suoraan ilmakehään äläkä koskaan ohita oven lukituksia säästääksesi muutaman minuutin. Kuuma kuorma ja kostea ilma hapettuu, ja sama pikakuvake suuressa järjestelmässä altistaa käyttäjät kuumille kalusteille ja liikkuville pumppukokoonpanoille.

Kuinka pinnoitusmenetelmä muokkaa prosessiikkunaa

Syklin puolivälissä menetelmät eroavat toisistaan, ja tämä valinta asettaa käytännön rajat nopeudelle, yhtenäisyydelle ja vikariskille.

Tyypilliset tuotantoikkunat tärkeimmille PVD-menetelmille, joita käytetään erätyhjöpäällystyskoneissa; tarkat arvot muuttuvat kammion koon, kiinnitystiheyden ja kalvon ominaisuuksien mukaan.
menetelmä	Työpaine	Tyypillinen kalvon paksuus	Pääprosessin riski
Terminen haihdutus	10⁻³–10⁻² Pa	0,2-1 µm	Näkyvyys ja heikko peitto monimutkaisissa muodoissa
Katodinen kaari	5 x 10⁻² – 5 x 10⁻¹ Pa	1-5 µm	Makrohiukkaset ja pisarat laskeutuvat kalvon sisään
Magnetronin sputterointi	0,1–1 Pa	0,5-3 µm	Hidas ja reaktiivinen kohdemyrkytys
DLC / plasma-avusteinen CVD	0,1–1 Pa with hydrocarbon gas	1-3 µm	Korkea kalvojännitys ja tarttuvuus teräsalustoille

Koristeellinen linja, joka jahtaa värin yhtenäisyyttä, asettuu yleensä monikaaripinnoitukseen, kun taas optinen suodatinlinja ei voi käyttää kaaria ollenkaan, koska yksi pisara tuhoaa kerrospinon. Prosessin valinta on siis kauppaa nopeuden, pinnan laadun ja valaisimen osien geometrian välillä.

Jokaiselle erälle tallentamisen arvoiset numerot

Prosessin ajautuminen on harvoin dramaattista. Se hiipii. Kone, joka kirjaa joka ajon samat kahdeksan arvoa, voi yleensä jäljittää vian alkuperään yhdessä tai kahdessa erässä yhden tai kahden viikon sijaan.

Peruspaine ennen argonin syöttöä plus sen saavuttamiseen kuluva aika
Työpaine pinnoituksen aikana hyväksytyllä toleranssialueella
Alustan lämpötila saostuksen alussa ja lopussa
Bias jännite ja käyttösuhde, jotka asettavat ionienergian ja kalvon tiheyden
Lähdevirta tai teho jokaiselle katodille tai haihdutusveneelle
Reaktiivinen kaasuvirtaus ja tuloksena olevan kalvon stoikiometria
Jigin pyörimisnopeus ja plasman läpikulkujen määrä
Monitorin ilmoittama kerrostumisaika tai kertynyt paksuus

Käytännön toleranssi: Monilla koristelinjoilla plus- tai miinus kymmenen prosentin käyttöpaineen heilahdus on näkymätön valmiissa kappaleessa, kun taas 20 V:n bias-häviö muuttaa TiN-kalvon väriä niin paljon, että asiakas voi hylätä erän. Päätä elokuvakohtaisesti, mitkä arvot saavat hälytyksen ja mitkä vain lokiviivan.

Mistä yleiset viat todella alkavat

Useimmat pinnoitevirheet ovat prosessivikoja eikä laitevikoja, ja ne ilmenevät ennakoitavissa olevissa paikoissa.

Huono tarttuvuus — epätäydellinen esipuhdistus, alikuumentunut kuorma tai liian lyhyt tai heikko ionisyövytys.
Neulanreiät ja hiukkaset — hilseilevää materiaalia kammion suojuksista, likaisista kiinnikkeistä tai kohteesta, jota ei ole käsitelty muutoksen jälkeen.
Väripoikkeama erien välillä — ajelehtiva reaktiivinen kaasuvirtaus, kohteen eroosio tai paksuuden vaihtelu, joka johtuu kiinnitystiheyden muuttumisesta.
Epätasainen paksuus — kohteen epätasainen kuluminen, väärä lähteen ja alustan välinen etäisyys tai jigit, jotka varjostavat plasmaa.
Kellastunut tai tumma alumiini — jäännöshappea ja vesihöyryä haihdutuskierrossa, usein purkamisesta ennen kuorman jäähtymistä.
Kohdemyrkytys reaktiivisessa sputteroinnissa — liian paljon reaktiivista kaasua, joka rakentaa yhdistekerroksen kohteen päälle ja laskee laskeutumisnopeutta.

Katso kuviota, älä osaa: yksi hylätty kappale on yleensä käsittelyvaurioita. Sama vika, joka esiintyy samassa jigin asennossa, erä toisensa jälkeen, on kammion allekirjoitus - kaasuvirtaus, suojan kunto tai pyöriminen - eikä ylimääräinen puhdistus korjaa sitä.

Prosessin sovittaminen osaan

Osa määrää enemmän reseptistä kuin kone. Kolme ryhmää kattaa useimmat tuotantopyynnöt, ja jokainen työntää prosessia eri suuntaan.

Työkalut, muotit ja kulutusosat

Leikkaustyökalut, muottipuristimet ja voimansiirtokomponentit tarvitsevat 1–5 µm kovaa nitridi- tai hiilipohjaista kalvoa ja riittävän korkean alustan lämpötilan metallurgisen sidoksen muodostamiseksi. Syklit ovat pitkiä, tartuntatestauksesta ei voida neuvotella, ja oma kovapinnoitusalusta on yleensä edullisempaa kuin koristekoneen mukauttaminen.

Autojen valaistus ja verhoilu

Heijastimissa ja lamppukoteloissa yhdistyvät pohjamaali, alumiiniheijastava kerros ja suojaava pintapinnoite. Pohjamaalilla on yhtä paljon merkitystä kuin metallilla, sillä se piilottaa muovauksen jäljet, jotka muuten näkyisivät peilipinnan läpi. Pyörät, koristelistat ja merkit noudattavat samaa logiikkaa, ja värin yhtenäisyys on tärkein hyväksymiskriteeri.

Koristemetallit, saniteettitavarat ja rautatarvikkeet

Kalusteet, astiat, kellon rannekkeet ja ovien laitteistot elävät tai kuolevat värien toistettavuuden, kiillotettujen pintojen tasaisuuden ja yhä enemmän sormenjälkien eston ansiosta. Sputterointi antaa tiukemmin värin ja paksuuden hallinnan kuin kaaripinnoitus hitaamman syklin ja huolellisemman kohteen huollon kustannuksella.

Prosessin kiertoaika, suoritusteho ja kustannukset

Pumppaus ja kaasunpoisto voivat kuluttaa 30–50 prosenttia eräjaksosta, ja saostus kestää usein alle puolet kellon ajasta. Tämä suhde selittää, miksi jigin suunnittelu, lataustiheys ja pumppausnopeus maksavat osaa kohti enemmän kuin kerrostumisnopeuden marginaalinen lisäys. Kun syklin ajasta tulee rajoitus, rehellisiä vaihtoehtoja ovat suurempi kammio, toinen eräpaikka tai jatkuva inline-järjestelmä osille, joita voidaan käsitellä yhdessä suunnassa.

Myös käyttökustannukset kätkeytyvät töihin, joita kukaan ei aikatauluta: pumppuöljyn vaihdot, kohteiden vaihdot ja hyödyntäminen, kilpien puhdistusseisokit sekä vuorojen välillä kuumana pysyvien diffuusiopumppujen ottama teho. Kone, joka on teknisesti pätevä mutta vaatii viikoittaista mekaanista toimenpiteitä, tuottaa harvoin alhaisimman hinnan pinnoitettua osaa kohden. Tämä on käytännöllinen perustelu laitteiden mittaamiseksi omaan osaseokseen ja eräkokoon, kuten tässä oppaassa käsitellään kuinka valita PVD-tyhjiöpinnoituskone , ennen kuin vertaat otsikoiden leviämisprosentteja.

Miltä vakaa prosessi näyttää

Kypsä päällystysprosessi on tylsää parhaassa mielessä. Peruspaine palaa samaan arvoon samassa ajassa, värilukemat pysyvät kapealla kaistalla vuorojen yli ja huoltovälit ovat ennemminkin ennakoitavissa kuin reaktiivisia.

Uutta kapasiteettia määrittäville valmistajille tämä tarkoittaa dokumentoidun prosessiikkunan ostamista kammion, jonka sisällä on kohde, sijaan. PVD-tyhjiöpinnoitusjärjestelmät tulee arvioida sen perusteella, kuinka toistuvasti ne pitävät paineen, poikkeaman ja lämpötilan koko tuotantopäivän ajan, koska nuo kolme numeroa ovat ne, jotka elokuva itse asiassa muistaa.

Merkkejä, että prosessi on hallinnassa: hylkää klusterin käsittelyn ympärillä kammioiden sijasta, uusi operaattori voi seurata reseptiä ilman sankarillisuutta, ja ensimmäinen hyväksyttävä osa siirtymistä näyttää edellisen muuton viimeiseltä.

Jakaa: