Повышение характеристик вакуумных напылителей при модернизации оборудования

Самый большой спрос на крупногабаритное стекло с покрытием формируют архитектура и строительство, производители транспортных средств, изготовители дисплеев, а теперь еще и отрасль фотовольтаики. В общем покрытия можно разделить на группы: низкоэмиссионных (Low-E) покрытий, солнцезащитных (управление теплом), антибликовых (AR, anti-reflection) покрытий и прозрачных проводимых оксидных покрытий (TCO, transparent conductive oxide) для «умных» окон и дисплеев.
Во всех этих областях желаемая степень функциональности может быть достигнута только за счет хорошо спроектированного «бутерброда» из нескольких тонких слоев чистых металлов, сплавов, смешанных материалов. В связи с всевозрастающими требованиями к характеристикам покрытий, особое внимание к отдельным техпроцессам оправдано и понятно. Начальная точка для реализации этого хорошо известна: нужно иметь высококачественные напылители.

  

  Ключевые компоненты
Сейчас происходит настоящая революция в этом бизнесе в связи с кастомизацией, т.е. адаптацией к запросам потребителей, чтобы те могли производить свои уникальные изделия. Фирма Bekaert предложила ряд компонентов для напылителей, в частности, для ротационных цилиндрических магнетронов (см. «Окна.Двери. Витражи», №5-2007, стр. 136-143).
Эти компоненты позволяют изготовлять комплектные кастомизированные установки для напыления по техзаданию потребителя, идет ли речь о модернизации или о новой установке.
Ключевые компоненты для напыления от Bekaert:

Основные катоды.

Конечные блоки с высокими характеристиками.

Регулируемая магнитная система.

Система газораспределения.

Катоды со встроенными вакуумными насосами.

Быстродействующая высоковольтная аппаратура.

Горизонтальные и вертикальные системы.

Другие компоненты по запросу потребителей.

Широкий диапазон мишеней напылителей.
Вдобавок, Bekaert производит полную линейку вращающихся мишеней из Si(Al), TiOx, Sn, ZnSn, ZnAl, Al и ITO (олово и индий) и мишени по спецификации заказчика.

  

• Share

  Основные катоды
Основные катоды сочетают различные из вышеперечисленных устройств в модулях осаждения, способных работать с переменным или постоянным током питания. Модули осаждения также содержат управление на программируемых логических контроллерах (PLC), замки безопасности, электронику и автоматику напылителей по заказу. Это обеспечивает создание комплектной, современной, высоконадежной системы, способной интегрироваться во все существующие или новые установки для производства покрытий. Важно заметить, что интеграция и автоматизация выполняются при глубокой кооперации с заказчиком.
Для получения оптимальных характеристик катодов в них встраиваются вакуумные насосы.

• Share

Рис. 1. Осмотр магнетронов Bekaert

• Share

Рис. 2. Катод осаждения Bekaert — целостная высоконадежная система с высокими характеристиками, способная быть встроенной во все существующие или новые напылители стекла

  

• Share

  Оконечные блоки питания с высокими характеристиками
В конфигурации со сдвоенным магнетроном ротационная мишень управляется за счет работы двух оконечных блоков. Оконечные блоки обеспечивают надежность, долгосрочность функционирования и непрерывность производственного процесса. Новейшая разработка (версия ACV3) вобрала в себя последние достижения высоковольтной силовой техники (до 400 A постоянного тока) и обеспечивает надежность питания в широком диапазоне производственных условий.

  

• Share

  Регулируемая магнитная система
Вслед за возможностью точной регулировки подачи газа, регулировка напряженности магнитного поля — весьма распространенный и эффективный способ регулировать толщину осаждаемого слоя для получения желаемого уровня однородности покрытия. Регулировка толщины осаждаемого слоя есть результат совместной оптимизации параметров местной напряженности магнитного поля непосредственно у поверхности мишени, что меняет скорость осаждения.
Различные регулировочные устройства по длине магнитного стержня «делят» его на участки, которыми можно отдельно подстраивать расстояние от магнита до мишени и регулировать напряженность магнитного поля на поверхности мишени для получения однородности толщины покрытия вплоть до ±10%.
Хотя использование мишеней в цилиндрических магнетронах существенно выше, чем у планарных магнетронов, несколько процентов можно или потерять, или получить только за счет оптимизации параметров магнитного поля на концах трубчатой мишени. Мишень в установках переменного тока используется до 75% (более высокие показатели достижимы лишь для процесса напыления при питании постоянным током).

  

• Share

  Система газораспределения
С повышением характеристик изделий требования по однородности толщины покрытий становятся все строже, и их нынешняя стандартная величина находится в пределах всего нескольких процентов при ширине заготовки около 3 м.
Фирма Bekaert поставляет компактный, удобный в эксплуатации, быстродействующий и легкий в установке комплект для системы газораспределения. Газовый коллектор позволяет изменять состав газов в определенных участках над заготовкой с целью общего выравнивания скорости осаждения. Одна или две главные газовые трубы и от трех до семи отводов обеспечивают плавную настройку параметров газового потока как в целом, так и на отдельных участках (в зависимости от напыляемого размера, формы конечного изделия и спецификации заказчика).
В отличие от раздельных газовых подводов концепция подводов типа «душевая головка» обеспечивает удивительно гомогенное газораспределение по мишени (или по отдельным частям мишени). К тому же, это может быть полностью сбалансированная сдвоенная система (которая может быть установлена на крышке катода по обеим сторонам мишени или внутри напылителя) или одинарная система (которая может быть установлена на катодной крышке и подавать газ между катодами или в другом месте напылителя).

  

• Share

  Катоды со встроенными вакуумными насосами
Предлагаемые модули осаждения со встроенными вакуумными насосами на концевых крышках катодов обеспечивают более высокое качество покрытия чем обычно, независимость от геометрии и конфигурации напылителя и насосов в которых размещен блок напылителя. Технология нанесения покрытий может быть отработана на уровне особенностей самого блока напылителя и может быть легко перенесена на такой же другой или другие металлизаторы. Имеется доступ и возможность управления всеми значимыми параметрами процесса напыления внутри блока напылителя: газораспределение (вакуумными насосами и регулировкой в подводящем газовом коллекторе), плотностью потока частиц-реагентов (регулировкой магнитных и электрических параметров переноса). Все эти подсистемы входят в сам блок напылителя и могут быть подрегулированы между собой для оптимального функционирования процесса осаждения.
Модуль осаждения со встроенными вакуумными насосами на крышках-оголовках катодов имеет ряд преимуществ:

определенность параметров процесса и получаемого покрытия на большем расстоянии от оголовков катодов, причем более нет необходимости в обустройстве дополнительных секций откачки в блоке напылителя, длина которого обычно ограничена;

подача газа может быть согласована с параметрами насосов откачки;

напылитель можно настроить, чтобы иметь несколько рабочих зон осаждения, не говоря уже о том, что можно получать более сложное сочетание последовательно напыляемых покрытий;

удобное для эксплуатации решение, когда насосы, катоды, и другие важные функциональные элементы могут быть извлечены через верхнюю крышку блока напылителя одним движением.

Share	Share
Рис. 3. Производительный водяной мотор-насос Bekaert обеспечивает надежный и непрерывный рабочий цикл в эксплуатации длительное время

  

• Share

  Мощная быстродействующая электроника
Вслед за конструктивными решениями и применением высококачественных материалов мишеней, для обеспечения качества покрытия важно применять адекватную электронику, способную управлять плазменным процессом.
Отличающиеся своей компактностью и отличными свойствами по управлению плазменной дугой блоки питания выпускаются соответственного уровня мощности от 100 кВт (200-300 A) и до 150 кВт (400 A). Строгая регулировка выходного тока в сочетании с малым выходным уровнем самоиндукции приводит к весьма незначительной диссипации энергии, когда случается короткое замыкание (зажигается дуга), что предотвращает разрушение мишени.
В течение прерывания после сброса дуги (прежде чем выключится энергопитание) есть очень малое время для нарастания тока до рабочего уровня и плавного поджога плазмы без повторного формирования дуги.
Принцип действия блока подавления дугового разряда основан на современной технологии, похожей на применяемую в источниках питания постоянным током. Когда возникает дуга, рабочее напряжение падает вследствие малого сопротивления дугового разряда. Время реагирования на возникновение дуги можно установить, начиная с нескольких микросекунд упреждения, чтобы дать возможность появиться «эффекту очистки» в зоне, где формируется дуга. При устойчивой дуге аппаратура ее подавления, в случае необходимости, отслеживает событие гашения дуги и автоматически регулирует время опережения.
Переключение переменного тока (несколько десятков кГц) между двумя полноразмерными магнетронами ныне стало стандартом при обработке крупногабаритного стекла и нанесении на него изолирующих покрытий. Блоки питания переменным током используются в сочетании со стандартным питанием постоянным током, чтобы гарантировать стабильность характеристик однородности покрытия и скорости осаждения в течение длительного времени (предотвращая дугообразование и загрязнение анода) нанесения слоев изолирующего покрытия. Они могут очень сильно отличаться в зависимости от модели, частотного диапазона, мощности по току и по форме волны выходного тока (прямоугольная или синусоидальная).
Блоки подавления дугообразования и переключения между магнетронами могут быть совмещены с блоком ротационных цилиндрических магнетронов (см. рис.  2) и соединяться в систему с другими известными коммерческими блоками питания для получения необходимых характеристик. Интеграция переключающего устройства с ротационным катодом означает, что переменный сигнал формируется в непосредственной близости от катода, упрощая ситуацию по борьбе с электромагнитными и радиационными наводками, скин-эффектом и т.д. из-за увеличения быстроты реагирования и ограничения зон влияния внешних искажающих факторов.

  

• Share

  Заключение
Фирма Bekaert разработала целую серию компонентов для технологии напылителей с ротационными цилиндрическими магнетронами для нанесения равномерных изолирующих покрытий на крупногабаритное стекло с учетом всевозможных монтажных ситуаций, встречающихся у заказчика при модернизации блоков напылителей. Кроме того, имеется целая серия высокоочищенных мишеней, позволяющая создавать всевозможные комбинированные слои.
Продемонстрированный фирмой Bekaert подход позволяет учитывать требования по кастомизации при модернизации или перестройке оборудования заказчика для напыления всех групп покрытий стекла, пользующихся сейчас особым спросом на рынке.

---

По материалам доклада:
Ани Блондил, Айвена Ван де Путте, Бэрта Верлиндена,
(Anja Blondeel, Ivan Van de Putte, Bart Verlinden),
Bekaert Advanced Coatings, г. Делинзе, Бельгия,
на GLASS PERFORMANCE DAYS 2007,
Тампере, Финляндия