第八章真空镀膜机的设计共30页文档

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。
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；
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
▪ （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
▪ 连续镀膜送件平台（卧式胶辊，立式槽轮， 带小车）
8.4工件架 ------- 3 工件装卡（夹）方式
▪挂 ▪夹 ▪卡 ▪粘 ▪插 ▪ 电弧离子镀镀钻头的多种装法
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 ------- 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）
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 -------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
▪ 多弧靶在圆柱面螺旋排列。中心圆柱靶统
▪ （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
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。
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，
8.5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）。
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）
▪ 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）
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
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）
8.4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
▪ 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