Proses Mesin Salutan Vakum: Langkah, Aras Vakum dan Kawalan Kitaran

Apa Proses Sebenarnya Kawal

Keluarkan perkakasan dan proses mesin salutan vakum melakukan satu kerja: ia mengeluarkan segala-galanya dari ruang yang anda tidak minta untuk berada di sana, kemudian membolehkan bahan yang dipilih tiba di permukaan bahagian di bawah tenaga terkawal. Filem yang anda perolehi ialah hasil daripada tiga pembolehubah — tekanan latar belakang, tenaga ion pada substrat dan kadar serta masa pemendapan. Setiap tetapan lain, daripada aliran argon kepada putaran jig, hanyalah satu cara untuk menala ketiga-tiganya.

Itulah sebabnya dua kedai boleh menjalankan resipi PVD "sama" dan melihat hasil yang berbeza. Sebuah ruang yang dipegang pada 3 x 10⁻³ Pa tanpa pemanasan substrat masih membawa beban wap air yang bersaing dengan salutan untuk tapak ikatan. Ruang yang sama pada 4 x 10⁻⁴ Pa selepas membakar yang betul berkelakuan seperti mesin yang berbeza. Tekanan sahaja bukanlah bilangan yang penting; nisbah antara beban gas sisa dan kadar pemendapan ialah.

Vakum bukan matlamat proses. Penapislah yang menentukan apa lagi yang dibenarkan untuk menyentuh bahagian itu sebelum filem itu melakukannya.

Kitaran Salutan, Langkah demi Langkah

Kebanyakan kitaran kelompok mengikut urutan yang sama, sama ada mesin menggunakan arka katodik, magnetron sputtering atau penyejatan terma. Perbezaan terletak di tengah kitaran, bukan di hujung.

1. Pra-pembersihan dan pemuatan. Penyahgaraman ultrasonik, pembilasan dan pengeringan mengeluarkan minyak dan sebatian penggilap. Bahagian kemudiannya dipasang pada jig yang turut mentakrifkan putaran — lekapan yang menyembunyikan permukaan daripada plasma akan menyembunyikannya daripada salutan juga.
2. Mengeras dan mengepam vakum tinggi. Sebuah ram berputar atau pam kering membawa ruang dari atmosfera kepada kira-kira 1–10 Pa, kemudian akar, resapan atau pam turbomolekul membawanya ke tekanan asas, biasanya antara 5 x 10⁻³ dan 5 x 10⁻⁴ Pa.
3. Pemanasan dan keluar gas. Dinding ruang dan substrat dipanaskan, selalunya hingga 150–400 °C bergantung pada filem, untuk menghalau air terjerap dan meruap. Melangkau peringkat ini adalah salah satu sebab yang paling biasa salutan melepuh beberapa minggu kemudian.
4. Pengeboman ion (pembersihan pelepasan cahaya). Argon diterima dan pincang negatif beberapa ratus volt digunakan pada bahagian selama beberapa minit. Ini menghilangkan oksida dan lapisan molekul terakhir pencemaran dan meninggalkan permukaan yang aktif secara kimia.
5. Pemendapan. Sumbernya bertenaga — bintik-bintik arka pada katod, sasaran magnetron atau bot penyejatan — dan bahan bergerak ke substrat. Gas reaktif seperti nitrogen, oksigen atau asetilena ditambah di sini apabila filem berasaskan nitrida, oksida atau karbon diperlukan.
6. Kawalan ketebalan. Ketebalan filem ditetapkan mengikut kadar didarab dengan masa, disahkan oleh pemantauan kristal kuarza pada salutan optik dan oleh penentukuran berjalan pada filem hiasan atau haus.
7. Menyejukkan di bawah vakum. Bahagian disimpan dalam vakum sehingga ia jatuh di bawah kira-kira 80–100 °C. Pengeluaran awal mengoksidakan filem segar, dan dalam pengelogan aluminium ia adalah punca klasik menguning.
8. Pembuangan, pemunggahan, dan pemeriksaan. Nitrogen kering atau udara yang ditapis memecahkan vakum, bahagian dipunggah, dan batch diperiksa untuk warna, ketebalan, lekatan dan kecacatan permukaan.

Bagaimana Kaedah Pemendapan Membentuk Semula Tetingkap Proses

Pertengahan kitaran adalah di mana kaedah menyimpang, dan pilihan itu menetapkan had praktikal pada kadar, keseragaman dan risiko kecacatan.

Garis hiasan yang mengejar konsistensi warna biasanya menetap pada pemendapan berbilang arka, manakala garis penapis optik tidak boleh menggunakan arka sama sekali, kerana titisan tunggal memusnahkan timbunan lapisan. Oleh itu, pemilihan proses adalah perdagangan antara kelajuan, kualiti permukaan dan geometri bahagian dalam lekapan.

Nombor Berbaloi Dirakam pada Setiap Kelompok

Proses hanyut jarang dramatik. Ia merayap. Mesin yang mencatatkan lapan nilai yang sama pada setiap larian biasanya boleh mengesan kecacatan kembali ke asalnya dalam satu atau dua kelompok dan bukannya satu atau dua minggu.

• Tekanan asas sebelum kemasukan argon, ditambah dengan masa yang diambil untuk mencapainya
• Tekanan kerja semasa pemendapan, dengan jalur toleransi yang anda terima
• Suhu substrat pada permulaan dan pada akhir pemendapan
• Voltan berat sebelah dan kitaran tugas, yang menetapkan tenaga ion dan ketumpatan filem
• Sumber arus atau kuasa untuk setiap katod atau bot penyejatan
• Aliran gas reaktif dan stoikiometri filem yang terhasil
• Kelajuan putaran jig dan bilangan laluan melalui plasma
• Masa pemendapan atau ketebalan terkumpul dilaporkan oleh monitor

Di Mana Kesalahan Biasa Sebenarnya Bermula

Kebanyakan kecacatan salutan adalah kecacatan proses dan bukannya kecacatan peralatan, dan ia muncul di tempat yang boleh diramal.

• Lekatan yang lemah — prapembersihan yang tidak lengkap, beban kurang panas, atau goresan ion yang terlalu pendek atau terlalu lemah.
• Lubang jarum dan zarah — bahan mengelupas daripada perisai ruang, lekapan kotor atau sasaran yang tidak dikondisikan selepas perubahan.
• Sisihan warna antara kelompok — aliran gas reaktif hanyut, hakisan sasaran, atau variasi ketebalan yang disebabkan oleh perubahan ketumpatan lekapan.
• Ketebalan tidak seragam — kehausan sasaran yang tidak sekata, jarak sumber-ke-substrat yang salah, atau jig yang membayangi plasma.
• Aluminium kekuningan atau gelap — sisa oksigen dan wap air dalam kitaran penyejatan, selalunya daripada pembuangan sebelum beban telah disejukkan.
• Keracunan sasaran dalam sputtering reaktif — terlalu banyak gas reaktif, yang membina lapisan kompaun pada sasaran dan meruntuhkan kadar pemendapan.

Memadankan Proses dengan Bahagian

Bahagian menentukan lebih banyak resipi daripada mesin. Tiga kumpulan meliputi kebanyakan permintaan pengeluaran, dan setiap satu menolak proses ke arah yang berbeza.

Alat, acuan, dan bahagian haus

Alat pemotong, acuan dan komponen penghantaran memerlukan 1–5 µm nitrida keras atau filem berasaskan karbon dan suhu substrat yang cukup tinggi untuk membina ikatan metalurgi. Kitaran berjalan lama, ujian lekatan tidak boleh dirunding, dan platform salutan keras khusus biasanya lebih menjimatkan daripada menyesuaikan mesin hiasan.

Pencahayaan dan pemangkasan automotif

Pemantul dan perumah lampu menggabungkan lapisan asas, lapisan pemantul aluminium dan lapisan atas pelindung. Lapisan asas adalah penting seperti logam, kerana ia menyembunyikan tanda acuan yang sebaliknya akan ditunjukkan melalui kemasan cermin. Roda, jalur pemangkasan dan lencana mengikut logik yang sama, dengan ketekalan warna sebagai kriteria penerimaan utama.

Logam hiasan, peralatan kebersihan dan perkakasan

Kelengkapan, pinggan mangkuk, jalur jam tangan dan perkakasan pintu secara langsung atau mati pada kebolehulangan warna, keseragaman pada permukaan yang digilap dan semakin meningkat pada prestasi anti cap jari. Sputtering memberikan kawalan yang lebih ketat ke atas warna dan ketebalan daripada pemendapan arka, pada kos kitaran yang lebih perlahan dan penyelenggaraan sasaran yang lebih berhati-hati.

Masa Kitaran, Throughput dan Kos Di Sebalik Proses

Pump-down dan outgassing boleh menggunakan 30–50 peratus daripada kitaran kelompok, dan pemendapan selalunya mengambil masa kurang daripada separuh masa pada jam. Nisbah itu menerangkan sebab reka bentuk jig, ketumpatan pemuatan dan kos pergerakan kelajuan mengepam setiap bahagian lebih daripada keuntungan kecil dalam kadar pemendapan. Apabila masa kitaran menjadi kekangan, pilihan yang jujur ​​ialah ruang yang lebih besar, kedudukan kelompok kedua atau sistem sebaris berterusan untuk bahagian yang boleh dikendalikan dalam satu orientasi.

Kos operasi juga tersembunyi dalam kerja yang tidak dijadualkan oleh sesiapa: penukaran minyak pam, penggantian dan penggunaan sasaran, masa berhenti pembersihan perisai, dan kuasa yang dikeluarkan oleh pam resapan yang kekal panas antara syif. Mesin yang berkemampuan secara teknikal tetapi memerlukan campur tangan mekanikal mingguan jarang memberikan kos terendah bagi setiap bahagian bersalut. Itulah hujah praktikal untuk mengukur peralatan terhadap campuran bahagian dan saiz kelompok anda sendiri, seperti yang diliputi dalam panduan ini tentang cara memilih mesin salutan vakum PVD , sebelum membandingkan kadar pemendapan tajuk.

Proses yang Stabil Nampak

Proses salutan matang adalah membosankan dalam erti kata terbaik. Tekanan asas kembali kepada angka yang sama dalam masa yang sama, bacaan warna kekal dalam jalur sempit merentas syif, dan selang penyelenggaraan boleh diramalkan dan bukannya reaktif.

Bagi pengeluar yang menyatakan kapasiti baharu, ini bermakna membeli tetingkap proses yang didokumenkan dan bukannya ruang dengan sasaran di dalamnya. Sistem salutan vakum PVD harus dinilai berdasarkan seberapa kerap mereka menahan tekanan, berat sebelah dan suhu sepanjang hari produksi penuh, kerana ketiga-tiga nombor itu adalah apa yang sebenarnya diingati oleh filem itu.