Устройство для нанесения покрытий на изделия в вакууме
Изобретение относится к нанесению покрытий на изделия в вакууме. Устройство содержит вакуумную камеру, систему термического напыления материала на обе стороны подложки, дисковую карусель, на которой установлены узлы поворота с держателями подложек, систему вакуумной откачки, два неподвижно закрепленных на крышке вакуумной камеры копира для обеспечения вращения подложек на 180° за один оборот карусели, один из которых выполнен в форме кольца, а второй - в форме разомкнутого кольца. Узлы поворота жестко установлены на периферии карусели симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга, каждый из узлов поворота содержит вал, на одном конце которого закреплены держателем подложек, а на другом конце - крестовина с четырьмя подшипниками, выполненными с возможностью обкатки по дорожкам копиров с переходом с одного копира на другой. Подшипники установлены на крестовине попарно через 90° и смещены по оси узла поворота на расстояние, равное расстоянию между копирами. Обеспечивается повышение надежности устройства, позволяющего получать сплошные пленки различных материалов на обеих сторонах подложки за один технологический цикл. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к изготовлению вакуумных установок для нанесения различных покрытий в вакууме, например, для напыления пленочных элементов и схем.
Известно множество конструктивных вариантов устройств для обработки изделий в вакууме (см. патенты SU 1828669, RU 2036246, RU 1644553). В известных решениях, например, RU 1644543 - цель - повышение равномерности покрытия по толщине, при этом подложкодержатели содержат многоярусный спиральный цилиндрический корпус с гнездами для деталей с шагом Н, равным или большем 2h, где h - высота обрабатываемых деталей, a L равно или больше 1, где 1 - мах. размер детали, a L - расстояние между деталями по окружности. Ионный поток наносится на детали под острым углом (оптимальный угол 90°) поэтому рассчитывать на равномерное покрытие не приходится. Детали вложены в пазы - углубления. Так как спиральная поверхность имеет форму перевернутой буквы П, то обрабатывать можно только толстостенные детали. Тонкостенные детали, чтобы они надежно удерживались в гнездах, должны быть утоплены в них, в результате высота гнезд может превышать толщину детали и являться экраном для потока ионов, что не позволит добиться равномерного покрытия всей поверхности детали, еще и потому, что сами детали не имеют возможности вращаться относительно собственной оси.
Известно также устройство для нанесения многослойных покрытий в вакууме, например патент RU №2036246, которое состоит из вакуумной камеры в виде кольца коробчатого сечения, цельносъемной крышки, подложкодержателей с подложками, установленными на катках, размещенных на направляющих и соединенных между собой шарнирами в виде замкнутого конвейера, механизма циклического передвижения, механизма вращения подложкодержателей с подложками, ионноплазменных источников, системы двухступенчатой откачки, вертикальных и горизонтальных люков с заглушками, загрузочного и выгрузочного люков со смотровыми окнами, натекания газов и источниками подогрева. Работа устройства заключается в следующем: после установки необходимого количества в вертикальных люках ионноплазменных источников для различных компонентов напыления, через люк загрузки устанавливают подложки, циклично передвигая с помощью механизма замкнутый конвейер до полного заполнения имеющихся ячеек. После достижения с помощью системы двухступенчатой вакуумной откачки разряжения и напуска необходимого газа через натекатели включаются подогреватели и против часовой стрелки циклично передвигают конвейер. Во время остановки производится напыление поочередно каждым из источников, одновременно с вращением механизмом вращения подложек. Выгрузка производится через выгрузочный люк также циклически.
Недостатком данного устройства является то, что напыление производится только с одной стороны подложки. Загрузка и выгрузка подложек занимает много времени, так как для загрузки и выгрузки используются два люка, при этом пока не выгрузишь половину подложек, загружать через люк загрузки невозможно - там будет находиться напыленная подложка. Оба люка необходимо обслуживать попеременно.
Наиболее близким из аналогов, в качестве прототипа, выбрана установка для нанесения покрытий на детали, раскрытая в полезной модели RU за №100519 U1, С23С 14/56.
Установка содержит вакуумную камеру, систему термического напыления, дисковую карусель, на которой установлены узлы поворота с держателями подложек, поворачивающиеся на 180° посредством зубчатой передачи, систему вакуумной откачки.
Недостаток данного устройства заключается в том, что зубчатая передача поворота подложки может работать только при малых оборотах карусели, что снижает производительность.
Заявляемое техническое решение решает задачу увеличения надежности, упрощения конструкции и эксплуатации устройства.
Сущность изобретения состоит в том, что устройство для нанесения покрытий на изделия в вакууме содержит вакуумную камеру, систему термического напыления материала на обе стороны подложки, дисковую карусель, на которой установлены узлы поворота с держателями подложек, систему вакуумной откачки, кронштейн с датчиком температуры и свидетелем контроля толщины напыляемого слоя, два неподвижно закрепленных на крышке вакуумной камеры копира для обеспечения вращения подложек на 180° за один оборот карусели, один из которых имеет форму кольца, а второй - в форме разомкнутого кольца, при этом узлы поворота жестко установлены на периферии карусели симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга, каждый из узлов поворота содержит вал, на одном конце которого закреплены держатели подложек, а на другом конце - крестовина с четырьмя подшипниками, выполненными с возможностью обкатки по дорожкам копиров с переходом с одного копира на другой, причем подшипники установлены на крестовине попарно через 90° и смещены по оси узла поворота на расстояние, равное расстоянию между копирами, также между двумя замыкающими подложкодержателями с подложками выделено место для кронштейна на котором установлены датчик температуры и свидетель контроля толщины напыляемого слоя, копиры закреплены на крышке камеры на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников, установленных на крестовине. При обкатке их по дорожкам копиров, и копиры выполнены с удлиненными дорожками в местах перехода с одного копира на другой.
При осуществлении изобретения осуществляется технический результат вместо зубчатой передачи поворота подложки на 180° используется обкатка по наружной поверхности двух копиров попарно (по два) подшипника креста. Такая конструкция позволяет, используя два разнесенных по оси копира, повернуть крест на 90+90 градусов, равное 180 градусов, при этом в каждом своем положении подложкодержатели четко фиксируются на копире посредством двух разнесенных подшипников.
Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается тем, что оно содержит два неподвижно закрепленных на крышке вакуумной камеры копира для обеспечения вращения подложек на 180° за один оборот карусели, один из которых имеет форму кольца, а второй - в форме разомкнутого кольца, при этом узлы поворота жестко установлены на периферии карусели симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга, каждый из узлов поворота содержит вал, на одном конце которого закреплены держатели подложек, а на другом конце - крестовина с четырьмя подшипниками, выполненными с возможностью обкатки по дорожкам копиров с переходом с одного копира на другой, причем подшипники установлены на крестовине попарно через 90° и смешены по оси узла поворота на расстояние, равное расстоянию между копирами, также между двумя замыкающими подложкодержателями с подложками выделено место для кронштейна, на котором установлены датчик температуры и свидетель контроля толщины напыляемого слоя, копиры закреплены на крышке камеры на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников, установленных на крестовине. При обкатке их по дорожкам копиров, и копиры выполнены с удлиненными дорожками в местах перехода с одного копира на другой.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Предлагаемые чертежи поясняют сущность предлагаемого технического решения.
Фиг. 1 - общий схематический вид устройства;
Фиг. 2 - схематический вид в разрезе дисковой карусели с узлами поворота;
Фиг. 3 - вид А;
Фиг. 4 - крепление копиров к крышке вакуумной камеры.
Устройство для обработки изделий в вакууме содержит вакуумную камеру 1, систему термического напыления 2, дисковую карусель 3, на которой жестко закреплены узлы поворота 4 с держателями подложек 5, кронштейн с датчиком температуры и свидетелем контроля толщины напыляемого слоя 6, систему вакуумной откачки 7, два неподвижно установленных копира 8 и 9, один из которых 8 имеет форму кольца, а второй 9 разомкнутого кольца, копиры 8 и 9 установлены на определенном расстоянии между собой, по которым обкатываются подшипники 10, установленные на крестовине 11 попарно через 90 и смещенные по оси узла поворота 4 на расстояние, равное расстоянию между копирами 8 и 9, узлы поворота 4 жестко закреплены по окружности диска карусели 3, а крестовина 11 жестко закреплена на одном конце узла поворота 4, а на другом конце узла поворота крепятся подложкодержатели с подложками 5. Узлы поворота 4 подложкодержателей с подложками 5 установлены на периферии непрерывно вращающегося диска карусели 3 симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга таким образом, что между двумя замыкающими подложкодержателями с подложками 5 выделено место для кронштейна, на котором установлены датчик температуры и свидетель 6, копиры 8 и 9 в свою очередь неподвижно закреплены на крышке 12 вакуумной камеры 1 на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников 10, установленных по обеим сторонам крестовины 11, при этом при обкатывании подшипников 10 по наружной поверхности копиров 8 и 9, для плавного перехода крестовины 11 с парой подшипников 10 с дорожки одного копира 8 на дорожку другого копира 9 выполнено удлинение 13, а на дорожке копира 9 в местах перехода удлинение 14 и 15.
Дисковая карусель 3 находится в вакуумной камере 1 и закреплена на приводном валу 16. Вал смонтирован в центральном корпусе 17 на подшипниках качения 18 и 19.
Конец вала, находящийся вне вакуумной камеры, приводится во вращение от электромотора с редуктором через зубчатую передачу 20. На конце вала, находящемся внутри камеры, на съемном фланце 21 закреплен болтами диск карусели 3. На периферии диска карусели 3 крепятся узлы поворота 4 с закрепленными на них держателями подложек 5. Крепление держателей подложек быстросъемное.
Узел поворота 4 состоит из цилиндрического полого корпуса 22, внутри которого на трех подшипниках качения 23 и 24 установлен вал 25, на одном конце которого на квадрате закреплен крест 11, а на другом конце - подпружиненный элемент, состоящий из буфера 26, упирающегося в подшипник 24 за счет пружины 27 и фиксатора 28, который упирается в штифт 29, запрессованный на конце вала 25 перпендикулярно его оси.
На концах креста смонтированы попарно через 90 градусов 4 подшипника 10, установленные попарно на взаимно перпендикулярных осях с обеих сторон креста через дистанционную втулку 30 на расстоянии, равном расстоянию между копирами 8 и 9, так как между копирами вставлены дистанционные втулки 31. Корпус 22 снабжен шестигранным буртиком и закрепляется на диске-барабане с помощью двух гаек (гайка и контрогайка). Для устранения инерционного проворачивания оси с крестом и установленными на кресте подшипниками, а также для противодействия износу от консольного приложения сил от установленного на противоположном конце оси (относительно креста) подложкодержателя с подложками расположен дополнительно подшипник 24, внутреннее кольцо которого через шарики посредством пружины воздействует на внешнее кольцо, тем самым предотвращая инерционный проворот при сходе с одного копира на другой. Дополнительно к этому дорожка копира, по которой пара подшипников креста сходит при переходе пары подшипников на другой стороне креста на другую дорожку копира, имеет удлинение 13, 14 и 15, продолжающееся до соприкосновения пары подшипников (другой стороны креста) с дорожкой другого копира.
Устройство работает следующим образом. Во время вращения карусели парные подшипники 10, установленные с одной стороны крестовины, обкатываются по внутреннему копиру, поз. 8, поворачиваясь на 90°, после чего другая пара подшипников 10, установленная с другой стороны крестовины 11, начинает обкатываться по второму копиру 9 и поворачивает вал 26 с подложкой еще на 90°, в сумме на 180°, т.е. при каждом обороте барабана мимо термического испарителя проходит то одна сторона подложки, то другая. В результате напыление наносится на обе стороны подложки. Толщина наносимого покрытия и температура контролируется за счет датчика температуры и свидетеля контроля толщины напыляемого слоя, установленных между двумя соседними подложкодержателями. После технологического цикла и охлаждения камеры напускается воздух в камеру. Крышка камеры открывается, и осуществляется свободный доступ к подложкодержателям с подложками, на которые нанесены покрытия согласно технологическому циклу. Подложкодержатели снимаются, и на их место устанавливаются заранее подготовленные подложки следующей партии. Управление технологическим циклом нанесения слоев обеспечивается в двух режимах: ручном или автоматическом. Испарение материалов происходит на подложки, которые закреплены в подложкодержателях установленных на вал механизма поворота.
Таким образом, данное устройство позволяет получать сплошные пленки различных материалов (меди, хрома, никеля, алюминия, титана) в высоком вакууме способом термического испарения на обе стороны подложки за один технологический цикл.
Заявителем изготовлен опытный образец, и проведенные испытания показали все его преимущества по сравнению с аналогом и прототипом.
1. Устройство для нанесения покрытий на изделия в вакууме, содержащее вакуумную камеру, систему термического напыления материала на обе стороны подложки, дисковую карусель, на которой установлены узлы поворота с держателями подложек, и систему вакуумной откачки, отличающееся тем, что оно содержит два неподвижно закрепленных на крышке вакуумной камеры копира для обеспечения вращения подложек на 180° за один оборот карусели, один из которых выполнен в форме кольца, а второй - в форме разомкнутого кольца, при этом узлы поворота жестко установлены на периферии карусели симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга, каждый из узлов поворота содержит вал, на одном конце которого закреплены держателем подложек, а на другом конце - крестовина с четырьмя подшипниками, выполненными с возможностью обкатки по дорожкам копиров с переходом с одного копира на другой, причем подшипники установлены на крестовине попарно через 90° и смещены по оси узла поворота на расстояние, равное расстоянию между копирами.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит датчик температуры и свидетель, установленные на кронштейне, закрепленном на дисковой карусели между двумя узлами поворота.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что копиры закреплены на крышке камеры на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников, установленных на крестовине, при обкатке их по дорожкам копиров.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что копиры выполнены с удлиненными дорожками в местах перехода подшипников с одного копира на другой.
