第八章真空镀膜机的设计

8.3真空室与机架 8.3真空室与机架 -------3 -------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 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 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， 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 ——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）
8.4工件架 8.4工件架 ------- 2 结构形式
公转与自转公转与自转-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 （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）
膜厚测量 ——光学法、石英振荡法 ——光学法、石英振荡法 真空测量—— 真空测量—— 镀膜电参数测量与控制——放电电压、电 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—— 状态监控传感元件——
8.9水冷系统 8.9水冷系统 -------1 -------1要求水冷的部位
8.3真空室与机架 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 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； 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。
8.6真空系统 8.6真空系统
（1）泵——扩散泵+旋片泵；分子泵+旋 ）泵——扩散泵+旋片泵；分子泵+ 片泵；离子泵+分子泵+ 片泵；离子泵+分子泵+旋片泵； （2）阀——高阀、预抽阀、前级阀、泵 ）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 ）管——主管路、预抽管路、前级管 路；冷阱
8.4工件架 8.4工件架 工件装卡（ ------- 3 工件装卡（夹）方式
挂 夹 卡 粘 8.4工件架 ------- 4 驱动机构
定速运行——交流电机+ 定速运行——交流电机+减速器 调速要求——直流电机+ 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
8.7供电系统 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— 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， 中频感应电源（8000Hz）及电容补偿，
8.8测量与控制系统 8.8测量与控制系统
气源、稳压流动装置、节流阀、流量计、 截止阀、气体分配器 11．其它辅助系统 11．其它辅助系统
8.11 其它辅助系统
（1）烘烤系统（内、外） （2）钟罩提升机构 （3）机械手与料叉
8.2真空镀膜机的分类 8.2真空镀膜机的分类 ——按作业方式划分 ——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 特点：常常有2个或2 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。
8.5靶的布置形式 8.5靶的布置形式
（1）单蒸发源——如电子枪、舟、丝。点 ）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 ）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 ）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 ）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+ 多弧靶在圆柱面螺旋排列。中心圆柱靶+两 侧矩形靶。
镀膜机常用技术指标
镀膜方法：CVD，PVD（蒸发、溅射、离子镀、 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；
8.3真空室与机架 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、 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—— 辐射与屏蔽屏—— 支撑与绝缘件—— 支撑与绝缘件——
8.9水冷系统 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， 回水槽，水压继电器、水流继电器， 水压继电器、 可移动设备供水管的履带结构， 中空回 转轴的供水元件— 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— 统（传感器、显示器—模拟屏或计算机、 执行器）
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） 基系统（蒸发源、溅射靶+ 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 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 立式——中轴线垂直，高度尺寸大 卧式——中轴线水平，长度尺寸大。 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）
8.4工件架 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 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
（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。
8.9水冷系统 8.9水冷系统 ------- 2 用水量的计算
散热功率（W 散热功率（W） w = q c(t − t ) m 1 2
w 水流量 （Kg/s） qm = Kg/s） c(t1 − t 2 )
比热 c—J/（kg。K） J/（kg。 温度 t—K
8.9水冷系统 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 ——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？
8.4工件架 8.4工件架 -------1 -------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 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）
8.9水冷系统 8.9水冷系统 ------- 5 注意事项
局部流道的设计——急转弯处流阻大、对 局部流道的设计——急转弯处流阻大、对 流系数也大。 多支路水冷系统的流阻平衡，防短路效应 多支路水冷系统的流阻平衡，防短路效应。 短路效应。 蒸发源、电子枪、磁控靶冷却水的电绝缘，
8.10 气体充入与分配系统
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 8.1真空设备设计原则
⑴先功能，后结构。先给出指标参数、生 产要求、功能 ⑵先核心，后辅助。由内向外。先决定 靶 尺寸、靶基距 ⑶先局部，后整体。再由整体，定局部。 ⑷先设计，后校核。由粗到细。
8.3真空室与机架 8.3真空室与机架 ------- 2外形
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