Tqabbil tal-Prestazzjoni tal-Miri Rotatorji b 'Kmiem tal-Fidda ma' Miri Planar

- Jul 12, 2019-

Paragun tal - Prestazzjoni ta '

Miri rotatorji b 'għata tal-fidda b' Miri Planar

 

Astratt

Films irqaq tal-fidda jintużaw bħala saff funzjonali f'ħafna munzelli għal applikazzjonijiet li jirriflettu s-sħana. Bħalissa, munzelli ta 'kisi ta' erja kbira huma prodotti bid-depożizzjoni ta 'manjetron sputter u ħafna drabi minn miri ċilindriċi li jduru. Il-vantaġġi inerenti tat-teknoloġija tal-mira ċilindrika li ddur fuq katodi ċatti huma diġà magħrufa sew. Madankollu, il-fidda għadha waħda mill-ftit miri tal-metall li mhumiex disponibbli faċilment fil-verżjoni ċilindrika li ddur. Ir-raġunijiet għal dan huma relatati mal-ispejjeż, is-saħħa mekkanika, u l-immaniġġjar.

F'dan id-dokument, qed jiġi propost approċċ ġdid biex jintlaħqu l-miri rotatorji Ag fejn il-kmiem ċilindriċi huma mmuntati u mwaħħla fuq tubu ta 'wara. Diversi disinni ċilindriċi huma mqabbla u mqabbla ma 'miri ċatti. Parametri relatati mal-proċess u l-prodott bħalma huma l-istabbiltà tal-proċess, ir-rata tal-isputter, l-uniformità u l-kwalità tal-film huma evalwati. L-influwenza tat-tagħbija tas-sħana fil-plażma u t-tensjonijiet mekkaniċi li jirriżultaw termalment fuq il-prestazzjoni tal-mira Ag, mekkanika kif ukoll fuq livell ta 'proċess, huma diskussi. Il-miri ġew evalwati matul diversi stadji ta 'ħajjithom sabiex jiġi ddeterminat jekk il-prestazzjoni kinitx stabbli u setgħetx tiġi mbassra b'mod affidabbli.

 

INTRODUZZJONI

Il-fidda ilha tintuża għal xi żmien bħala l-film ewlieni ta 'l-infra-aħmar li jirrifletti f'kisi ottiku. Il-proprjetajiet inerenti konduttivi elettriċi u termali tal-konduttur tal-fidda jiggarantixxu li l-miri tal-fidda jinfirxu malajr u jkunu stabbli fil-biċċa l-kbira ta ’l-ambjenti operattivi tipiċi. Il-fidda kienet primarjament immanifatturata u mbuttata f'forma ċatta, prinċipalment minħabba l-fatt li l-manifattura tal-fidda ssir fi kwantitajiet ferm iżgħar mir-ram, l-aluminju jew it-titanju. It-tagħmir tipikament użat għall-produzzjoni tal-fidda huwa ħafna inqas sinifikanti fl-ambitu u l-volum minn dak użat għal materjali kummerċjali oħra.



PROĊEDURI ESPERIMENTI

Tqabbil tad-Disinni

B'konformità mal-miri ta 'dan l-esperiment, numru ta' disinji ta 'mira differenti ġew evalwati biex jiġu eżaminati l-vantaġġi u l-limitazzjonijiet ta' kull disinn ibbażati fuq dak li utenti potenzjali tat-teknoloġija jiltaqgħu magħhom fl-implimentazzjoni ta 'miri rotatorji tal-fidda fis-sistemi ta' produzzjoni tagħhom.

Ġew evalwati erba 'disinji. Inkludew:

  • Kmiem marbuta bl-indju

  • Kmiem immuntati mekkanikament

  • Kmiem immuntati mekkanikament miżjuda b'pejst konduttiv termali

  • Tubu monolitiku

L-ewwel tliet disinji ġew immuntati fuq tubu ta 'rfid standard tal-produzzjoni ta' l-istainless steel, l-aħħar disinn kien magħmul kompletament mill-fidda, mingħajr l-ebda tubu ta 'rfid għall-irfid.

Id-dijametru ġenerali ta ’barra tal-mira f’kull każ kien 155 mm (6.1”) OD. It-tul tal-mira kien 878 mm (~ 35 ”).



Attributi u Limitazzjonijiet Kummerċjali

Sistemi ta 'mira rotanti għandhom il-ħila li jisputaw b'rata ogħla mill-miri ċatti minħabba l-possibbiltà li tintuża densità ta' enerġija ogħla. Il-prestazzjoni tal-mira li ddur hija aktar konsistenti minħabba li l-erożjoni hija aktar uniformi, it-trinek li jidher fit-tul tal-miri ċari huwa limitat fuq mira li ddur għat-truf. L-utilizzazzjoni hija wkoll ogħla għall-miri rotatorji, tipikament 'il fuq minn 80%, filwaqt li l-miri ċatti medji jipproduċu madwar 30%. Fil-qasam tal-loġistika u l-immaniġġjar, l-użu ta 'kmiem immuntati b'mod mekkaniku jippermetti lill-utent aħħari biex ineħħi u jibdel il-kmiem tal-mira fil-faċilità tagħhom bħala parti mill-manutenzjoni normali tal-mira. Dan jagħti lill-klijent piżijiet aktar preċiżi tal-fidda, jeħtieġ inqas tubi ta 'wara, u jnaqqas l-ispejjeż tal-ġarr.

Kmiem magħqudin ma joffrux il-vantaġġi ta 'ġestjoni u lanqas ma jistgħu jerġgħu jinbnew mill-ġdid f'faċilità tal-klijent. Joffru l-opportunità għall-profili tal-wiċċ u l-użu ta 'materjali differenti meta jkun xieraq għall-applikazzjoni finali.

Tubu monolitiku joffri depożizzjoni b'rata għolja, faċilità tal-kejl tar-rendiment fil-mira u l-piż tal-mira, iżda għandu restrizzjonijiet potenzjali fil-kapaċità mekkanika tiegħu li jkopri tulijiet twal mingħajr ma jitgħawweġ u ma jnaqqasx l-ispejjeż tal-ġarr tal-immaniġġjar ta 'tulijiet twal.


Kontrolli u Kejl

Il-qligħ termali fil-mira kien il-proprjetà tal-ikbar tħassib għall-esperimentaturi. Intuwittivament, disinn tal-komma għandu jkollu iktar kwistjonijiet relatati mad-dissipazzjoni termali minn partijiet solidi u monolitiċi. Trasferiment tas-sħana permezz ta 'vojt jew permezz ta' mezz ta 'rbit ukoll ivarja fir-rata. Għalhekk kien ta 'importanza kbira li jitkejjel il-qligħ termali fil-mira bħala funzjoni ta' żidiet inkrementali fil-qawwa applikata tat-tifrix. Wara li evalwat u ċaħdet tekniki esterni ta 'kejl termali bbażati fuq ottikament, instab li termokoppja tal-kuntatt kienet l-aktar mod effettiv biex tkejjel il-qligħ termali. Ġiet iddisinjata sistema li tinkorpora fergħa tal-lever mgħobbija biex iġġib it-termokoppja f'kuntatt sod mal-mira. It-tagħbija tal-kuntatt kienet biżżejjed biex toħloq kanal tal-użu f'kull waħda mit-tubi ttestjati. Il-Figura 1 turi l-wiċċ imqabbad.

Figure 1

Figura 1. Punt ta 'Kuntatt Termokoppja

Kull mira ġiet installata fis-sistema u mxerrda b'żieda ta 'enerġija dejjem tiżdied. Abbażi tal-immudellar tal-proċess u r-rispons tal-industrija, ġie ffissat għan tat-tagħbija tal-enerġija ta '5 kW (fuq il-miri ta' 35 ”). Dan jipprovdi rata ta 'sputter kummerċjalment vijabbli biex tiżdied il-veloċità tal-linja tal-kisi. Sabiex jiġi ddeterminat il-pakkett massimu tal-prestazzjoni, kull mira kienet immexxija f'livelli ta 'enerġija li qed jiżdiedu biex jiġu identifikati mekkaniżmi ta' falliment possibbli f'tagħbijiet ta 'enerġija għoljin.


Kejl tal-Arc

L-imġiba tal-ark kienet imkejla permezz ta 'sistema żviluppata interna. Fil-prattika, il-miri tal-fidda mhumiex suxxettibbli għall-ħruq minħabba l-konduttività għolja tagħhom u huma normalment imxerrdin fil-modalità metallika. L-għadd tal-arki għad-disinji differenti jenfasizza kwistjonijiet li għandhom konduttività elettrika jew instabbiltà tal-plażma.


KONFIGURAZZJONI TAS-SISTEMA TAL-KISI

Sistema ta 'kisi

Sistema ta 'kamra waħda (Figura 2) b'sistema ta' trasport tal-ħġieġ kienet użata għall-ittestjar. It-tubi fil-mira ġew installati weħidhom u kull serje ta 'test ġiet replikata. Il-miri kienu operati fil-modalità DC.

Figure 2

Figura 2. Kamra Żgħira għall-Kisi tat-Test


Gass tal-Kamra u Pressjoni

Argon kien impjegat għat-testijiet kollha b'rata ta 'fluss 140 sccm. Il-pressjoni tal-kompartiment għat-testijiet kollha kienet bejn 2.0 - 2.3 x 10 -3 mbar.


Rata tal-Fluss tal-Ilma u Temperatura

Ir-rata tal-fluss kienet imkejla għal kull test flimkien mat-temperaturi tad-dħul u tal-ħruġ. Bidliet kbar fit-temperatura tal-ilma jimplikaw trasferiment termali tajjeb. Il-paragun tad-differenzi f'kull livell ta 'enerġija joffri ħarsa lejn it-trasmissjoni tas-sħana minn ġol-kmiem għat-tubu ta' wara għall-ilma.


Array Kalamita

It-tip tal-matriċi tal-kalamiti għat-testijiet kollha kien il-Bekaert AMBV2.1. Din il-firxa kalamita aġġustabbli hija d-disinn tipiku użat għal applikazzjonijiet ta 'kisi tal-ħġieġ ta' erja kbira li joffri qawwa parallela (tanġenzjali) ta 'madwar 500 G fuq il-wiċċ tal-mira u utilizzazzjoni ta' mira ta 'aktar minn 80% kemm fil-modalità DC u AC. L-angolu inkluż bejn is-sezzjonijiet tal-korsa huwa bejn 30 u 35 grad.



PARAMETRI RELATATI MA 'PROĊESS & PRODOTT

Stabbiltà tal-Proċess

Kull mira ġiet installata u evalwata individwalment bl-istess kundizzjonijiet ta 'depożizzjoni. Il-parametri li ġejjin ġew stabbiliti bħala punt ta 'tluq għall-aspetti kollha tal-esperiment.


Tabella 1. Parametri tal-Proċess

Parametru

Kejl

Sottostrat għad-Distanza tas-Sors

80 mm

Veloċità tal-Linja tas-Sottostrat

Metru kull minuta

Numru ta 'Passe

10

Kejl tal-Ħxuna

34, spazjati 25 mm 'il bogħod minn xulxin


It-tieqa ta 'sputter f'dan il-kisja kienet simili għal ambjent tipiku ta' kisi tal-ħġieġ ta 'erja kbira.


Rata ta 'Sputter

Ir-rata tal-isputter ġiet iddeterminata billi titkejjel il-ħxuna tal-kisi fuq kull sottostrat permezz ta 'Dektak IIa u billi tiġi kkalkulata r-rata tal-isutter ibbażata fuq il-veloċità tal-linja tas-sottostrat u n-numru ta' passi.


Deposizzjoni Profil - Uniformità tal-Kisi

Il-kejl tal-ħxuna sar bl-użu ta '34 sottostrat separat biex titkejjel l-uniformità tal-kisi mal-wisa'


Medja konduttiva

Għaż-żewġ disinni li inkorporaw medja konduttiva biex tippromwovi konduzzjoni elettrika u termali bejn il-kmiem fil-mira u t-tubu ta 'wara, intużaw il-materjali li ġejjin:

Tubu magħqud - Indju pur - MP 156.6◦C, konduttività termali (f'temperatura ta '85◦C) .78 W / m◦K

Mekkaniku bi pejst termali - Dow Corning DC340 - temperatura massima operattiva - 200◦C, konduttività termali .42 W / m◦K



RIŻULTATI U DISKUSSJONIJIET

Tabella 2. Rati Speċifiċi ta 'Sputter - nm m / min

Livell ta 'Qawwa (kW)

Marbut

Mekkaniku

impunjazzjoni

Mekkaniku

w / pejst termali

Monolitiku

1
27 27 29 27
2.5 70 - 70 70
3.8 - - 108 -
5 135 - 140 140
7.5 198 - 202 200
10 - - 268 254


Tabella 3. Tagħbija tas-sħana - Temperatura tal-Wiċċ Mira - ◦C

Livell ta 'Qawwa (kW)

Marbut

Muntatura mekkanika

Mekkanika w / pejst termali

Monolitiku

1
33.3

260 u jiżdied

32-34.5

32
2.5 44. -

42-44.3

38.8
3.8 - -

46.5-52.2

-
5 59.5 -

61 - 65.9

51
7.5 90 - - 63
10

> 200 u tiżdied

-

111.5

89


Tabella 4. Max. Bidla fit-Temperatura tal-Ilma - ◦C -

 

Livell ta 'Qawwa (kW)

Marbut

Muntatura mekkanika

Mekkanika w / passat termali

Monolitiku

1 0.4 0.5 1 1.5
2.5 1.5 - 2.5 1.8
3.8 - - 2.5 -
5 2.4 - 3.0 3
7.5 6.4 - - 4.5
10 6.3 - 5.7 4.7


Uniformità tal-kisi

Kull disinn ittestjat wera proprjetajiet tal-kisi ta 'tarf simili għal tarf. Is-sottostrati ġew iċċiklati sa 10 passi taħt il-mira. Il-Figura 3 hija eżempju rappreżentattiv tal-uniformità tal-ħxuna tul il-wisa '. Il-forma tal-kurva tikkorrispondi mat-tul tal-matriċi manjetika. It-tluq miż-żewġ naħat huwa dovut għall-finitità tal-mira. Ma ġew innutati l-ebda differenzi distinti fl-uniformità.

Figure 3

Figura 3. Uniformità tal-Kisi minn Tarf sa Edge (Tipiku)


Limitazzjonijiet ta 'Kull Disinn

F'dan ir-reġim tat-test, ir-riżultati jindikaw li l-mira bi kmiem mekkaniċi ma kinitx disinn xieraq, iż-żieda fit-temperatura fil-mira kienet immedjata u drammatika. L-istess mira meta wżata flimkien ma 'pejst konduttiv, ħadmet ħafna aħjar, imma f'tagħbijiet ta' qawwa għolja, il-pasta saret iktar fluwida u tikka mill-lakuni bejn il-kmiem u l-komma li jikkawżaw avvenimenti ta 'ark. It-tnaqqis tal-volum tal-pejst minħabba tnixxija jnaqqas ukoll il-kapaċità tat-trasferiment tas-sħana tal-mira. Maż-żmien, dan jidher f'żieda fit-temperaturi fil-mira u mnaqqas ta 'ħajja effettiva fil-mira. Il-mira magħquda wriet prestazzjoni tajba sa 7.5 kW. Madankollu, meta l-mira kienet l-ewwel immexxija għal 10kW, porzjon tal-bond indju falla. Il-prestazzjoni wara dik kienet erratika 'l fuq minn 5 kW. Kif kien mistenni, it-tubu monolitiku pprovda l-aqwa riżultat globali. Il-mira monolitika pprovdiet il-prestazzjoni tajba fil-livelli kollha tal-enerġija.


Stress mekkaniku

Il-qligħ termali fit-tubu mhux marbut kien biżżejjed biex jikkawża espansjoni lineari tal-kmiem tat-tubu. Tant li ċ-ċirku tal-konteniment iwweldjat ġie deformat (ara l-Figuri 4 u 5). L-ittestjar ta 'dan it-tubu kien imnaqqas f'dan il-punt. L-ebda wieħed mid-disinni l-oħra tat-tubi ma wera xi tensjoni mekkanika li tidher li tfixkel l-imġiba tal-mira.

Figure 4

Figura 4. Ċirku ta 'Żamma Iwweldjat Deformat mingħajr Kmiem


Arcing

Ir-rata tal-ark kienet imkejla għal kull waħda mill-konfigurazzjonijiet fil-mira. Arcing kien kwistjoni biss għat-tubu li jinkorpora l-pejst konduttiv. Meta l-pejst konduttiv sar imsaħħan u beda weeping minn ġol-vojt fil-kmiem, ġiet innotata rata għolja ta 'ark. Inkella, l-arkazzjoni kienet tidher biss meta t-termokoppja ġiet f'kuntatt mat-tubu.


Interpretazzjoni tar-Riżultati –Pakkett Operattiv implikat

Figure 5

Figura 5. Ċirku ta 'żamma iwweldjat deformat b' kmiem immuntati

Għal kull test, il-mira monolitika damet iktar kiesħa u pprovdiet rata konsistentement għolja ta 'tifrix. Ma nstabu l-ebda problemi li jindikaw li 10kW huwa l-ogħla limitu għal dan id-disinn.

Il-kmiem immuntati mekkanikament miżjuda bil-pejst konduttiv ukoll marru tajjeb. It-trażżin u l-kontroll tal-pejst kienu kwistjoni u jkunu jeħtieġu titjib fid-disinn biex jiżguraw li l-pasta tkun stabbli matul il-ħajja tat-tubu. Għalkemm din il-konfigurazzjoni tad-disinn irreġistrat l-ogħla rata ta 'sputter, il-varjazzjonijiet fl-ittestjar jagħmlu dan inqas sinifikanti. Huwa possibli li t-tisħin tal-mira seta 'kkontribwixxa għal żieda fir-rata ta' sputter.

Bl-istess mod, il-mira marbuta mal-indju laħqet ir-rekwiżit tal-enerġija ta '5 kW stabbilit għall-vijabbiltà kummerċjali. Huwa wera wkoll trasferiment tas-sħana instabbli f'10 kW, wara li l-integrità tal-bond ġiet imnaqqsa u l-mira ma tibqax taħdem b'mod konsistenti f'settjar ta 'enerġija akbar minn 7.5 kW. Peress li dan it-test ġie aċċellerat, mhuwiex possibli f'dan l-istadju li jiġi ddeterminat x'inhi n-natura ta 'l-integrità tal-bond ikun għal tħaddim fit-tul f'issettjar ta' enerġija ta '5 sa 7.5 kW. L-effett tal-massa fil-mira u t-topografija tal-wiċċ jista 'jkollu effett hekk kif il-mira titneħħa matul iż-żmien. Indju idub f'temperatura ta '156.6◦C. It-temperatura tal-wiċċ sa 7.5kW kienet inqas mill-punt tat-tidwib, lil hinn mis-7.5kW it-temperatura kienet 'il fuq minn 200◦C. Kwalunkwe bidla fil-volum jew fit-temperaturi tal-kunsinna tal-ilma, anke għal perjodu qasir ta 'żmien, tista' tikkawża falliment spontanju tal-irbit.


KONKLUŻJONI

Diversi disinji differenti ġew evalwati b'mod prattiku. Dan sar bl-użu ta 'teknoloġiji tipiċi ta' depożizzjoni b'ħardwer disponibbli faċilment. Intwera li ż-żieda potenzjali fil-prestazzjoni tad-depożizzjoni hija l-akbar għall-miri li pprovdew l-aħjar dissipazzjoni tal-effetti tat-tisħin tal-plażma. L-islajds fuq il-prestazzjoni tal-komma kienet limitata ħafna, fatturi kontributorji possibbli kienu eċċentriċità fit-tubu ta 'wara u nuqqas ta' konduzzjoni tul it-tul taċ-ċrieki li jżommu. Il-kmiem jiddisinjaw b'mezz koerenti ta 'trasferiment tas-sħana biex jimla l-vojt bejn l-ID tal-komma fil-mira u l-OD tat-tubu ta' wara, ħadem tajjeb. Kull wieħed minn dawn il-kunċetti jibbenefika minn titjib fl-għażla tal-mezz, tolleranzi aktar stretti u assemblaġġ. Ottimizzazzjoni f'dawn l-oqsma twassal għal rendiment ogħla u aktar konsistenti.




Par ta ' l-:le Li jmiss:Evaporazzjoni u Sputtering