Proces maszyny do powlekania próżniowego: etapy, poziomy próżni i kontrola cyklu

Co proces faktycznie kontroluje

Usuń okucia, a proces powlekania próżniowego wykonuje jedno zadanie: usuwa z komory wszystko, czego nie chciałeś, a następnie pozwala wybranemu materiałowi dotrzeć na powierzchnię części pod kontrolowaną energią. Otrzymany film jest wynikiem działania trzech zmiennych — ciśnienia tła, energii jonów na podłożu oraz szybkości i czasu osadzania. Każde inne ustawienie, od przepływu argonu po obrót przyrządu, to tylko sposób na dostrojenie tych trzech.

Dlatego dwa sklepy mogą zastosować „ten sam” przepis PVD i uzyskać różne wyniki. Komora utrzymywana pod ciśnieniem 3 x 10⁻³ Pa bez podgrzewania podłoża nadal przenosi ładunek pary wodnej, który konkuruje z powłoką pod względem miejsc łączenia. Ta sama komora przy ciśnieniu 4 x 10⁻⁴ Pa po prawidłowym wygrzaniu zachowuje się jak inna maszyna. Samo ciśnienie nie jest liczbą, która ma znaczenie; stosunek pomiędzy resztkowym ładunkiem gazu i szybkością osadzania wynosi.

Próżnia nie jest celem procesu. To filtr decyduje, co jeszcze może dotknąć danej części, zanim zrobi to film.

Cykl powlekania, krok po kroku

Większość cykli wsadowych przebiega według tej samej kolejności, niezależnie od tego, czy w maszynie stosuje się łuk katodowy, rozpylanie magnetronowe czy odparowanie termiczne. Różnice występują w środku cyklu, a nie na jego końcach.

1. Wstępne czyszczenie i załadunek. Odtłuszczanie ultradźwiękowe, płukanie i suszenie usuwają oleje i pastę polerską. Części są następnie mocowane na uchwytach, które również definiują obrót — uchwyt, który ukrywa powierzchnię przed plazmą, ukryje ją również przed powłoką.
2. Odpompowywanie zgrubne i pod wysokim ciśnieniem. Obrotowa pompa łopatkowa lub pompa sucha przenosi komorę z atmosfery do około 1–10 Pa, następnie pompa korzeniowa, dyfuzyjna lub turbomolekularna przenosi ją do ciśnienia podstawowego, zwykle od 5 x 10⁻³ do 5 x 10⁻⁴ Pa.
3. Ogrzewanie i odgazowywanie. Ściany komory i podłoża są podgrzewane, często do 150–400 ° C, w zależności od folii, w celu usunięcia zaadsorbowanej wody i substancji lotnych. Pomijanie tego etapu jest jedną z najczęstszych przyczyn powstawania pęcherzy na powłoce kilka tygodni później.
4. Bombardowanie jonowe (czyszczenie wyładowaniami jarzeniowymi). Dopuszcza się argon i na kilka minut do części przykłada się ujemne napięcie kilkuset woltów. Powoduje to usunięcie tlenku i ostatniej warstwy zanieczyszczeń molekularnych, pozostawiając chemicznie aktywną powierzchnię.
5. Zeznanie. Źródło jest zasilane – plamki łuku na katodzie, tarczy magnetronowej lub łodzi parującej – i materiał przemieszcza się do podłoża. Gdy wymagana jest powłoka na bazie azotku, tlenku lub węgla, dodaje się tutaj reaktywne gazy, takie jak azot, tlen lub acetylen.
6. Kontrola grubości. Grubość powłoki ustala się poprzez pomnożenie szybkości przez czas, co potwierdza monitorowanie kryształów kwarcu na powłokach optycznych i przebiegi kalibracyjne na powłokach dekoracyjnych lub ścieralnych.
7. Chłodzenie w próżni. Części trzyma się w próżni, aż temperatura spadnie poniżej około 80–100 ° C. Wczesne odpowietrzanie powoduje utlenianie świeżej folii, a przy metalizacji aluminium jest klasyczną przyczyną żółknięcia.
8. Odpowietrzanie, rozładunek i inspekcja. Suchy azot lub przefiltrowane powietrze przerywa próżnię, części są rozładowywane, a partia jest sprawdzana pod kątem koloru, grubości, przyczepności i wad powierzchniowych.

Jak metoda osadzania zmienia kształt okna procesu

W środku cyklu metody się rozchodzą, a wybór ten wyznacza praktyczne granice szybkości, jednolitości i ryzyka defektów.

Linia dekoracyjna goniąca za konsystencją koloru zwykle ustala się przy osadzaniu wielołukowym, natomiast linia filtra optycznego w ogóle nie może korzystać z łuku, gdyż pojedyncza kropla niszczy stos warstw. Wybór procesu polega zatem na kompromisie pomiędzy szybkością, jakością powierzchni i geometrią części w uchwycie.

Liczby, które warto zapisywać w każdej partii

Dryfowanie procesu rzadko jest dramatyczne. To się skrada. Maszyna, która rejestruje te same osiem wartości w każdym cyklu, może zazwyczaj prześledzić przyczynę wady w ciągu jednej lub dwóch partii zamiast jednego lub dwóch tygodni.

• Ciśnienie podstawowe przed wprowadzeniem argonu plus czas potrzebny do jego osiągnięcia
• Ciśnienie robocze podczas osadzania, z akceptowalnym zakresem tolerancji
• Temperatura podłoża na początku i na końcu osadzania
• Napięcie polaryzacji i cykl pracy, które określają energię jonów i gęstość filmu
• Źródło prądu lub moc dla każdej katody lub łodzi parowania
• Reaktywny przepływ gazu i wynikająca z niego stechiometria filmu
• Prędkość obrotowa przyrządu i liczba przejść przez plazmę
• Czas osadzania lub skumulowana grubość zgłaszana przez monitor

Gdzie właściwie zaczynają się typowe usterki

Większość wad powłok to wady procesu, a nie wady sprzętu i pojawiają się w przewidywalnych miejscach.

• Słaba przyczepność — niekompletne czyszczenie wstępne, niedogrzany wsad lub zbyt krótkie lub zbyt słabe trawienie jonowe.
• Otworki i cząstki — łuszczący się materiał z osłon komory, brudnego wyposażenia lub tarczy, która nie była kondycjonowana po zmianie.
• Odchylenie koloru pomiędzy partiami — dryfujący przepływ gazu reaktywnego, erozja tarczy lub zmiany grubości spowodowane zmianą gęstości osprzętu.
• Niejednolita grubość — nierówne zużycie tarczy, zła odległość źródło-podłoże lub przyrządy rzucające cień na plazmę.
• Pożółkłe lub przyciemnione aluminium — resztkowy tlen i para wodna w cyklu odparowania, często z odpowietrzania przed ochłodzeniem wsadu.
• Docelowe zatrucie w reaktywnym rozpylaniu — za dużo gazu reaktywnego, który tworzy na tarczy złożoną warstwę i zaburza szybkość osadzania.

Dopasowanie procesu do części

Część decyduje o przepisie w większym stopniu niż maszyna. Trzy grupy obsługują większość zleceń produkcyjnych, a każda z nich popycha proces w innym kierunku.

Narzędzia, formy i części eksploatacyjne

Narzędzia skrawające, matryce formujące i elementy przekładni wymagają twardej warstwy azotku lub węgla o grubości 1–5 µm i temperatury podłoża wystarczająco wysokiej, aby wytworzyć wiązanie metalurgiczne. Cykle trwają długo, testy przyczepności nie podlegają negocjacjom, a dedykowana platforma do powlekania twardą jest zwykle bardziej ekonomiczna niż adaptacja maszyny dekoracyjnej.

Oświetlenie i wykończenia samochodowe

Odbłyśniki i obudowy lamp składają się z powłoki bazowej, aluminiowej warstwy odblaskowej i ochronnej warstwy wierzchniej. Warstwa bazowa ma takie samo znaczenie jak metal, ponieważ ukrywa ślady formowania, które w przeciwnym razie byłyby widoczne przez lustrzane wykończenie. Koła, listwy ozdobne i plakietki kierują się tą samą logiką, a głównym kryterium akceptacji jest spójność kolorów.

Dekoracyjny metal, wyroby sanitarne i okucia

Okucia, zastawa stołowa, paski do zegarków i okucia do drzwi charakteryzują się powtarzalnością kolorów, jednolitością na wypolerowanych powierzchniach i, w coraz większym stopniu, ochroną przed odciskami palców. Rozpylanie zapewnia większą kontrolę nad kolorem i grubością niż osadzanie łukowe, kosztem wolniejszego cyklu i dokładniejszej konserwacji celu.

Czas cyklu, przepustowość i koszt procesu

Odpompowanie i odgazowanie może zająć 30–50 procent cyklu wsadowego, a osadzanie często zajmuje mniej niż połowę czasu. Ten stosunek wyjaśnia, dlaczego konstrukcja przyrządu mocującego, gęstość załadunku i prędkość pompowania kosztują przenoszenie części w przeliczeniu na większą część niż marginalny wzrost szybkości osadzania. Kiedy czas cyklu staje się ograniczeniem, rozsądnymi opcjami są większa komora, druga pozycja wsadowa lub ciągły system liniowy dla części, które można obsługiwać w jednej orientacji.

Koszty operacyjne ukrywają się także w pracy, której nikt nie planuje: wymiana oleju w pompie, wymiana i wykorzystanie tarczy, przestoje w czyszczeniu tarczy oraz moc pobierana przez pompy dyfuzyjne, które pozostają gorące pomiędzy zmianami. Maszyna, która jest sprawna technicznie, ale wymaga cotygodniowej interwencji mechanicznej, rzadko zapewnia najniższy koszt w przeliczeniu na powlekaną część. Jest to praktyczny argument przemawiający za mierzeniem sprzętu w oparciu o własny skład części i wielkość partii, jak opisano w tym przewodniku jak wybrać maszynę do powlekania próżniowego PVD , przed porównaniem głównych wskaźników depozytów.

Jak wygląda stabilny proces

Dojrzały proces powlekania jest nudny w najlepszym tego słowa znaczeniu. Ciśnienie podstawowe powraca do tej samej wartości w tym samym czasie, odczyty kolorów utrzymują się w wąskim paśmie podczas każdej zmiany, a okresy międzyobsługowe są raczej przewidywalne niż reaktywne.

Dla producentów określających nową wydajność oznacza to zakup udokumentowanego okna procesowego, a nie komory z tarczą wewnątrz. Systemy powlekania próżniowego PVD należy oceniać na podstawie powtarzalności utrzymywania ciśnienia, odchylenia i temperatury przez cały dzień produkcji, ponieważ te trzy liczby tak naprawdę zapamiętują film.