Procesul mașinii de acoperire în vid: pași, niveluri de vid și control al ciclului

Ce controlează de fapt procesul

Îndepărtați hardware-ul și un proces de mașină de acoperire în vid face o singură treabă: îndepărtează din cameră tot ceea ce nu ați cerut să fie acolo, apoi permite ca materialul ales să ajungă la suprafața piesei sub energie controlată. Filmul pe care îl obțineți este rezultatul a trei variabile - presiunea de fond, energia ionică la substrat și viteza și timpul de depunere. Orice altă setare, de la fluxul de argon la rotația jig, este doar o modalitate de a le regla pe cele trei.

De aceea, două magazine pot rula „aceeași” rețetă PVD și pot vedea rezultate diferite. O cameră menținută la 3 x 10⁻³ Pa fără încălzire a substratului încă poartă o sarcină de vapori de apă care concurează cu stratul de acoperire pentru locurile de lipire. Aceeași cameră la 4 x 10⁻⁴ Pa după o coacere corespunzătoare se comportă ca o altă mașină. Presiunea în sine nu este numărul care contează; raportul dintre sarcina de gaz rezidual și viteza de depunere este.

Vidul nu este scopul procesului. Filtrul este cel care decide ce altceva are voie să atingă partea înainte ca filmul să o facă.

Ciclul de acoperire, pas cu pas

Majoritatea ciclurilor de lot urmează aceeași secvență, indiferent dacă mașina utilizează arc catodic, pulverizare cu magnetron sau evaporare termică. Diferențele stau la mijlocul ciclului, nu la capete.

1. Pre-curățare și încărcare. Degresarea, clătirea și uscarea cu ultrasunete îndepărtează uleiurile și compusul de lustruit. Piesele sunt apoi fixate pe dispozitive care definesc, de asemenea, rotația - un dispozitiv care ascunde o suprafață de plasmă o va ascunde și de acoperire.
2. Degroșare și pompare în vid înalt. O paletă rotativă sau o pompă uscată duce camera din atmosferă la aproximativ 1-10 Pa, apoi o pompă cu rădăcini, difuzie sau turbomoleculară o duce la presiunea de bază, de obicei între 5 x 10⁻³ și 5 x 10⁻⁴ Pa.
3. Încălzire și degazare. Pereții camerei și substraturile sunt încălzite, adesea la 150–400 °C, în funcție de film, pentru a elimina apa adsorbită și substanțele volatile. Trecerea peste această etapă este unul dintre cele mai comune motive pentru care o acoperire se formează câteva săptămâni mai târziu.
4. Bombardament ionic (curățare cu descărcare luminoasă). Argonul este admis și o polarizare negativă de câteva sute de volți este aplicată pieselor timp de câteva minute. Aceasta elimină prin pulverizare oxidul și ultimul strat molecular de contaminare și lasă o suprafață activă chimic.
5. Depunere. Sursa este alimentată – puncte de arc pe un catod, o țintă de magnetron sau o barcă de evaporare – și materialul se deplasează către substrat. Gazele reactive precum azotul, oxigenul sau acetilena sunt adăugate aici atunci când este necesară o peliculă pe bază de nitrură, oxid sau carbon.
6. Controlul grosimii. Grosimea filmului este stabilită prin rata înmulțită cu timp, confirmată prin monitorizarea cristalelor de cuarț pe acoperiri optice și prin rulări de calibrare pe folii decorative sau de uzură.
7. Răcirea sub vid. Piesele sunt ținute în vid până când ajung sub aproximativ 80-100 °C. Aerisirea timpurie oxidează filmul proaspăt, iar în metalizarea aluminiului este cauza clasică de îngălbenire.
8. Aerisirea, descărcarea și inspecția. Azotul uscat sau aerul filtrat rupe vidul, piesele sunt descărcate, iar lotul este verificat pentru culoare, grosime, aderență și defecte de suprafață.

Modul în care metoda de depunere remodelează fereastra de proces

Mijlocul ciclului este locul în care metodele diferă, iar această alegere stabilește limitele practice ale ratei, uniformității și riscului de defect.

O linie decorativă care urmărește consistența culorii se stabilește de obicei pe depunerea cu mai multe arcuri, în timp ce o linie de filtru optic nu poate folosi arcul deloc, deoarece o singură picătură distruge stiva de straturi. Prin urmare, selecția procesului este un schimb între viteză, calitatea suprafeței și geometria pieselor din dispozitiv.

Numerele care merită înregistrate pe fiecare lot

Deriva procesului este rareori dramatică. Se furișează. O mașină care înregistrează aceleași opt valori la fiecare rulare poate, de obicei, să urmărească un defect până la origine în unul sau două loturi în loc de una sau două săptămâni.

• Presiunea de bază înainte de admiterea argonului, plus timpul necesar pentru a ajunge la aceasta
• Presiunea de lucru în timpul depunerii, cu banda de toleranță pe care o acceptați
• Temperatura substratului la începutul și la sfârșitul depunerii
• Tensiunea de polarizare și ciclul de lucru, care stabilesc energia ionică și densitatea filmului
• Sursă de curent sau putere pentru fiecare catod sau barcă de evaporare
• Fluxul de gaz reactiv și stoichiometria filmului rezultat
• Viteza de rotație a jigului și numărul de treceri prin plasmă
• Timpul de depunere sau grosimea acumulată raportată de monitor

Unde încep de fapt defecțiunile comune

Majoritatea defectelor de acoperire sunt mai degrabă defecte de proces decât defecte ale echipamentului și apar în locuri previzibile.

• Aderenta slaba — pre-curățare incompletă, o încărcătură subîncălzită sau o gravare ionică prea scurtă sau prea slabă.
• Găuri și particule — material descuabil de la scuturile camerei, dispozitivele murdare sau o țintă care nu a fost condiționată după o schimbare.
• Deviația de culoare între loturi — debitul de gaz reactiv în derivă, eroziunea țintei sau variația grosimii cauzate de schimbarea densității dispozitivului de fixare.
• Grosimea neuniformă — uzură neuniformă a țintei, distanță greșită de la sursă la substrat sau dispozitive care umbră plasma.
• Aluminiu îngălbenit sau întunecat — oxigen rezidual și vapori de apă într-un ciclu de evaporare, adesea de la aerisire înainte ca încărcătura să se răcească.
• Otrăvirea țintă în pulverizarea reactivă — prea mult gaz reactiv, care formează un strat compus pe țintă și prăbușește rata de depunere.

Potrivirea procesului la piesa

Piesa decide mai mult din rețetă decât mașina. Trei grupuri acoperă majoritatea cererilor de producție și fiecare împinge procesul într-o direcție diferită.

Scule, matrițe și piese de uzură

Uneltele de tăiere, matrițele de formare și componentele de transmisie au nevoie de 1–5 µm de nitrură tare sau film pe bază de carbon și o temperatură a substratului suficient de ridicată pentru a construi o legătură metalurgică. Ciclurile sunt lungi, testarea aderenței nu este negociabilă, iar o platformă dedicată de acoperire dur este de obicei mai economică decât adaptarea unei mașini decorative.

Iluminat și ornamente auto

Reflectorele și carcasele lămpilor combină un strat de bază, un strat reflectorizant din aluminiu și un strat superior de protecție. Stratul de bază contează la fel de mult ca metalul, deoarece ascunde urme de turnare care altfel s-ar vedea printr-un finisaj în oglindă. Roțile, benzile ornamentale și insignele urmează aceeași logică, cu consistența culorii ca principal criteriu de acceptare.

Metal decorativ, obiecte sanitare și feronerie

Fitingurile, vesela, curelele de ceas și feroneria ușilor trăiesc sau mor din cauza repetabilității culorilor, uniformității pe suprafețele lustruite și din ce în ce mai mult pe performanța anti-amprentă. Pulverizarea oferă un control mai strâns asupra culorii și grosimii decât depunerea arcului, cu prețul unui ciclu mai lent și al unei întrețineri mai atente a țintei.

Timpul ciclului, debitul și costul din spatele procesului

Pomparea și evacuarea gazelor pot consuma 30-50% dintr-un ciclu de lot, iar depunerea durează adesea mai puțin de jumătate din timp. Acest raport explică de ce designul jig, densitatea de încărcare și viteza de pompare mișcă costul pe piesă mai mult decât un câștig marginal în rata de depunere. Când timpul ciclului devine o constrângere, opțiunile oneste sunt o cameră mai mare, o a doua poziție a lotului sau un sistem continuu în linie pentru piesele care pot fi manipulate într-o singură orientare.

Costurile de exploatare se ascunde, de asemenea, în munca pe care nimeni nu o programează: schimbarea uleiului pompei, înlocuirea și utilizarea țintelor, timpul de nefuncționare pentru curățarea scutului și puterea absorbită de pompele de difuzie care rămân fierbinți între schimburi. O mașină capabilă din punct de vedere tehnic, dar care necesită intervenții mecanice săptămânale, rareori oferă cel mai mic cost pe piesă acoperită. Acesta este argumentul practic pentru măsurarea echipamentului în raport cu propriul amestec de piese și dimensiunea lotului, așa cum este descris în acest ghid cum să alegeți o mașină de vopsit în vid PVD , înainte de a compara ratele de depunere principale.

Cum arată un proces stabil

Un proces matur de acoperire este plictisitor în cel mai bun sens. Presiunea de bază revine la aceeași cifră în același timp, citirile de culoare rămân într-o bandă îngustă pe parcursul schimburilor, iar intervalele de întreținere sunt mai degrabă predictibile decât reactive.

Pentru producătorii care specifică o nouă capacitate, asta înseamnă să cumpere o fereastră de proces documentată, mai degrabă decât o cameră cu o țintă în interior. Sisteme de acoperire cu vid PVD ar trebui să fie judecat în funcție de cât de repetabil țin presiunea, părtinirea și temperatura pe parcursul unei zile întregi de producție, deoarece acele trei numere sunt ceea ce filmul își amintește de fapt.