За это время появилось и приобрело популярность множество направлений, способов и технологий нанесения покрытий, и современные установки делают такие вещи, которые уже недоступны более старшим «товарищам».
Конечно, купить новую, суперсовременную установку намного проще, чем возиться со старым, довольно изношенным оборудованием. В каких-то случаях покупка нового (в большинстве случаев очень дорогостоящего) оборудования необходима и оправдана новыми технологиями и повышенными требованиями. Однако нередки и случаи, когда можно провести модернизацию своей старой установки, продолжить работать и выполнять поставленные задачи.
В этой статье мне бы не хотелось рассматривать логичность и обоснованность выбора того или иного пути — это тема для другого, длинного и сложного разговора. Сегодня я хотел бы остановиться именно на модернизации, сделать некоторые акценты и обратить внимание на важные моменты этого непростого процесса.
Комплектация напылительной установки
Напылительная установка состоит из нескольких частей:
- Корпус вакуумной камеры (или просто камера). Они бывают различные: колпакового типа, с D-образной камерой, просто цилиндрические и т. д.
- Система вакуумной откачки и контроля уровня вакуума.
- Система управления, в т. ч. блоки питания.
- Технологические устройства: источники ионов, магнетроны и пр. — в зависимости от типа вашей конкретной установки.
В этой статье (а их будет цикл) остановлюсь подробно на модернизации вакуумной системы.
Что мы можем иметь от старой установки?
Как правило, на практике приходится сталкиваться с установками типа УВН и различных их модификаций. С завода такие установки комплектовались, как правило, следующим набором вакуумного оборудования: форвакуумный насос — маслозаполненный пластинчато-роторный (2НВР-60Д или 90Д, или эти же насосы в паре с бустерным насосом Рутса), высоковакуумный насос — диффузионный (НД или НВД больших ДУ). В качестве запорной арматуры использованы клапаны типа КВЭ или КВМ, затворы 2ЗВЭ соответствующих ДУ. Измеряет же вакуум в таких установках всем известные и до боли знакомые преобразователи ПМТ и ПМИ.
Что можно сказать о такой системе?
… Сразу же бросается в глаза, что такая система откачки полностью масляная. В лучшем случае установка оборудована ловушкой, которая не является панацеей. Обязательное присутствие паров масла из-за использования диффузионного насоса пагубно сказывается на качестве получаемого покрытия: ухудшается адгезия и равномерность покрытия, плюс имеет место повышенный расход материала. Так что естественным современным требованием к системе откачки любой напылительной установки является то, что она должна быть безмасляной. Это реализуется посредством турбомолекулярных либо крионасосов, а также сухих спиральных либо винтовых насосов в форвакуумной линии.
Система откачки
Остановимся подробнее на выборе средств откачки. Как уже говорилось ранее, система должна быть безмасляной. Выбор форвакуумного насоса в таком случае лимитирован исключительно объемом камеры. На небольшие объемы (до 1 м3) идеально подходят сухие спиральные насосы (ссылка). Они компактны, неприхотливы, имеют низкий уровень шума и со своей задачей (создание разрежения для запуска высоковакуумного насоса) справляются на ура.
Относительно высоковакуумной откачки стоит обратить внимание на объем. ТМН больше подходят для малых объемов и низких газовых нагрузок. Для больших камер уже стоит рассматривать варианты крионасосов.
Они обладают большей скоростью откачки на том же ДУ, чем ТМН. При этом имеют ряд преимуществ:
- Во-первых, ресурс: нет движущихся и изнашиваемых частей.
- Во-вторых, когда требуется многократное открытие камеры (что актуально для процессов нанесения покрытий), крионасос экономит много времени, так как ему не требуется каждый раз время на разогрев. Охлажденный насос можно отсечь шиберным затвором, и при повторном открытии он сохраняет максимальную быстроту действия. В то время как турбомолекулярный насос требует времени на разгон и остановку при каждом запуске (то есть открытии камеры).
Напускаемые газы
Но не стоит забывать и о напускаемых в процессе работы газах. Их поток будет являться решающим фактором в том, справится ли насос с откачкой или нет. Я советую при выборе насоса обратиться к специалистам. У них есть полная раскладка по способности того или иного насоса откачивать конкретный газ и по максимально допустимым газовым потокам. Например, наша компания обладает полным спектром технических данных, и мы можем полностью смоделировать процесс откачки в вашей камере с вашими газами.
Запорная арматура
Что касается запорной арматуры, то используются повсеместно либо ручные клапаны, либо затворы с электромеханическим приводом. На больших ДУ такие затворы срабатывают достаточно медленно. Даже у современных затворов время срабатывания достаточно большое. Ситуация с прорывом атмосферы, конечно, при грамотном использовании оборудования довольно редка (однако и такие случаи бывали), но не стоит забывать, что нанесение покрытий практически всегда проходит в атмосфере какого-то газа либо в процессе подается большое количество этих самых рабочих газов. Малейшая оплошность, случайность, неточность напуска — и мы имеем ситуацию, близкую по сути к прорыву атмосферы. В этом случае большую роль в сохранении работоспособности высоковакуумного насоса внесет быстрота срабатывания шиберного затвора. Лидером в этой категории, безусловно, являются пневматические затворы. Время их срабатывания даже на больших ДУ — меньше 1 секунды. При грамотно настроенной системе управления мы практически лишаем высоковакуумный насос возможности проработать под повышенными газовыми нагрузками. В случае использования ТМН это не приведет к снижению ресурса подшипников (какими бы они ни были; см. статью о ТМН), а в случае использования криогенного насоса — увеличит время до регенерации.
Система измерения вакуума
Обратим внимание на систему измерения вакуума. Преобразователи давления ПМТ и ПМИ являются прекрасным средством измерения — они это многократно доказали за десятки лет службы. Однако наличие недостатков очевидно:
- Хрупкость (лампы сделаны из стекла и легко разбиваются).
- Грибковое соединение (его степень герметичности всегда вызывает вопросы и, как правило, требует предварительных работ).
- Габаритность (ламп всегда 2 — лишний фланец не нужен в вакуумной установке). Также требуется массивный контроллер, который сможет показать вам давление. Да и нельзя сказать, что такое решение сильно дешевое.
Комплект преобразователей с кабелями подключения и контроллером стоит на рынке практически одинаково с компактным широкодиапазонным датчиком давления. Такой датчик и с любой современной системой управления сможет работать (имеет цифровой интерфейс), и компактен (всего один прибор размером с кулак взрослого мужчины), и более стоек к механическим воздействиям (корпуса из пластика или нержавеющей стали), и имеет еще ряд преимуществ (ссылка на датчики).
Система управления установкой
Также важным моментом является система управления установкой. Современные технологии позволяют строить АСУ на базе программируемых логических контроллеров с удобным пользовательским интерфейсом. Такие системы позволяют управлять всей установкой: откачной системой, запорной арматурой, системой нагрева/охлаждения, системой измерения и контроля (как вакуума, так и температуры, толщины и качества покрытия). Также системы такого класса позволяют автоматизировать весь процесс до одного нажатия, при этом сохраняя возможность управлять всем процессом вручную. Это крайне удобно, так как позволяет отладить технологию и технологический процесс.
Вывод
Итак, подводя итог, можно выделить следующие моменты при модернизации напылительной установки:
- Безмасляная система откачки (ТМН либо крио и спиральный либо винтовой насос — в зависимости от установки).
- Современная быстрая запорная арматура.
- Компактные средства измерения с цифровыми выходами.
- Удобная и эргономичная система управления.
Также при решении задач по модернизации рекомендую обратиться к специалистам нашей компании. За годы работы нами накоплен опыт по «спасению» даже самых безнадежных установок, и у нас есть практически готовые решения для всех типов существующих установок. О модернизации других частей установок мы расскажем в следующих статьях.
