Компактная вакуумная магнетронная напылительная установка vsm-100

КОМПАКТНАЯ ВАКУУМНАЯ МАГНЕТРОННАЯ НАПЫЛИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА VSM-100

http://www.actan.ru/vac_evpr_vsm100.html

Вакуумная магнетронная напылительная установка VSM-100 3 магнетронами, одним блоком питания для последовательного напыления, камерой из нержавеющей стали D-формы шириной 35 см, нагревом вращающегося подложкодержателя и чисткой тлеющим разрядом, откачкой турбомолекулярным насосом, измерение толщины напыляемой плёнки кварцевым датчиком c индикацией значений скорости напыления и толщины плёнки на мониторе, полуавтоматический режим работы – хороший и недорогой выбор для лаборатории.

Данная вакуумная магнетронная напылительная установка позволяет решать большинство задач, которые стоят перед исследовательскими лабораториями, предлагая хороший функционал за небольшие деньги. Замена источника постоянного тока на ВЧ-генератор значительно расширяет количество напыляемых материалов, позволяя напылять не только металлы, но и оксиды металлов.

Вакуумная магнетронная напылительная установка VSM-100 (Vacuum Small Magnetron system) использует плазменный разряд постоянного тока для магнетронного напыления тонких плёнок металлов (в частности: Ti, Cr, Au, Mo) или ВЧ плазму (для увеличения количества распыляемых материалов). В процессе напыления в системе работает один, два или три магнетрона, возможно переключение магнетронов в процессе напыления с целью последовательного напыления 3-х металлов.

Вакуумная магнетронная напылительная система обеспечивает неравномерность <2% для пластин 100 мм и <3% для пластин из разных партий при использовании планетарного механизма, <5% при использовании вращающегося подложкодержателя.

Вакуумная магнетронная напылительная система изготовлена для «врезки» в чистую комнату: фронтальная часть системы находится в чистой зоне, задняя часть системы – в «серой» зоне. Напылительная установка обеспечивает проведение цикла напыления одним магнетроном не более чем за 30 минут. Благодаря простоте конструкции и использованию комплектующих ведущих мировых производителей система очень надежна и легко обслуживается. При этом одной из основных задач при проектировании и изготовлении данной напылительной системы была задача сделать напылительную систему недорогой и доступной для большинства лабораторий, занимающихся плазменным напылением.

Система состоит из следующих узлов:

Вакуумная камера

Вакуумная камера из нержавеющей стали с электрополировкой.

• Размер камеры 30 см x 30 см x 40 см, D-форма в сечении.

• Дверь на петлях

• 100 мм вакуумное окно на двери

• Дополнительное количество портов (3-5) для подключения в дальнейшем приборов сенсоров, заслонок, аналитических инструментов и пр. По умолчанию – заглушенные фланцы стандарта KF25.

Вакуумная система

Безмасляный турбомолекулярный вакуумный насос пр-ва Varian со скоростью откачки 80 л/с подсоединен к задней стенке вакуумной камеры, что позволяет избежать случайного попадания в насос каких-либо упавших деталей, кусочков образцов и пр. К выходному порту ТМН подсоединен пластинчато-роторный форвакуумный насос. Вакуумная откачная система обеспечивает предельный вакуум в камере не хуже 10^-6 торр. Вакуумметр Пирани на диапазон 1 атм – 1х10^-4 торр.

Система подачи газа

Состоит из одного цифрового регулятора расхода газа (аргон), блок питания/управления с дисплеем. Подача одного газа необходима, так как необходимо подавать аргон.

Магнетронная система распыления

3 магнетрона пр-ва Angstrom Science с водяным охлаждением. Диаметр магнетронов 50 мм. Расположение магнетронов – нижнее или верхнее (по выбору заказчика). Магнетроны регулируются по высоте в ручном режиме. Легкая смена магнетронов, возможно использование очень тонких мишеней (толщиной до 0.254 мм, это особенность полезна, когда распыляются благородные металлы). Каждый магнетрон снабжен пневматической заслонкой. Источник питания постоянного тока 600 Вт с цифровым дисплеем (отображение тока, напряжения), снабжен высоковакуумным включателем.

• 50 мм (2”) магнетроны – 3 шт Три магнетрона подсоединены к источнику постоянного тока (что позволяет напылять последовательно 3 металла).

• Пневматические заслонки – 3

• Источник питания постоянного тока 600 Вт для процесса напыления

Подложкодержатель

Подложкодержатель – вращающийся столик. Диаметр подложкодержателя: от 150 до 230 мм (согласуется с заказчиком). Кварцевая лампа с блоком управления позволяет нагревать подложкодержатель до 250 градусов. Температура измеряется с помощью термопары, подключенной к блоку управления регулировки температуры.

• Подложкодеражатель на 1 пластину (150 - 230 мм)

• Вращение подложкодержателя со скоростью 3-20 об/мин

• Нагрев до 250°C

Измеритель толщины

Один водоохлаждаемый кварцевый датчик (кварцевый резонатор) расположен внутри камеры и подсоединены к монитору, располагаемому на передней панели напылительной системы. Монитор отображает скорость напыления и толщину плёнки. Система работает в полуавтоматическом режиме: процесс откачки включается одной кнопкой, процесс напыления включается нажатием на кнопку соответствующего магнетрона, окончание процесса напыления осуществляется автоматически - по выставленному значению толщины плёнки или по времени.

Характеристики моделей Турбомолекулярных вакуумных насосов VARIAN

http://www.ccsservices.ru/vacuum/turbotab.html

Вакуумные турбомолекулярные насосы Varian	Turbo V 70	Turbo V 70 D	Turbo V 70 LP	Turbo V 301 Navigator
Спецификация вакуумного насоса	DN 40	DN 63	DN 40	DN 63	DN 40	DN 63	DN 100	DN160
Скорость откачки, л/с
Азот
Гелий
Водород
Отношение сжатия
Азот	5х10^7	5х10^7	5х10^7	5х10^7	5х10^8	5х10^8	7х10^8	7х10^8
Гелий	4Х10^3	4Х10^3	7Х10^3	7Х10^3	8Х10^4	8Х10^4	1Х10^3	1Х10^5
Водород	4Х10^2	4Х10^2	1.5Х10^3	1.5Х10^3	1Х10^4	1Х10^4	1Х10^4	1Х10^4
Максимальный вакуум,mbar
Со штатным механическим вакуумным насосом	1Х10^-9	1Х10^-9	1Х10^-9	1Х10^-9	2Х10^-10	2Х10^-10	5Х10^-10	5Х10^-10
Со штатным безмасляным вакуумным насосом	нет	нет	1Х10^-6	1Х10^-6	2Х10^-9	2Х10^-9	5Х10^-9	5Х10^-9
Время пуска, мин.							2.5	2.5
Скорость вращения, об/мин.	75,000	75,000	75,000	75,000	75,000	75,000	56,000	56,000
Рекомендованный вакуумный форнасос
2-х камерный механический вакуумный насос	DS 102	DS 102	DS 102	DS 102	DS 102	DS 102	DS 102	DS 102
Безмасляный вакуумный насос	нет	нет	MD 12	MD 12	MDP 12	MDP 12	SH-100	SH-100
Входной фланец, номинальный диаметр
Klamp фланец, мм
ConFlat (CF), мм
ISO мм	-			6 3
Фланец вакуумного форнасоса, номинальный диаметр
Wheeler, дюймы
Klamp фланец	NW 16	NW 16	NW 16	NW 16	NW 16	NW 16	NW 16	NW 16

http://atomproekt.ru/katalog/vakuumnoe-oborudovanie/varian/dvuxkamernye-plastinchato-rotornye-vakuumnye-nasosy-serii-ds/

Двухкамерные пластинчато-роторные вакуумные насосы серии DS

Двухкамерные пластинчато-роторные вакуумные насосы серии DS фирмы Varian Vacuum Technologies.

Новая серия двухкамерных вакуумных пластинчато-роторных механических насосов серии DS фирмы Varian Vacuum Technologies, поставляемых фирмой CCS Services, разработана в ответ на возросшие требования предъявляемые промышленными предприятиями и научно-исследовательскими организациями к качеству и надежности оборудования для получения низкого вакуума.

Благодаря простой и надежной конструкции механические вакуумные насосы серии DS устойчивы в работе и обеспечивают превосходные рабочие характеристики по вакууму. Качество и высокие стандарты производства фирмы Varian гарантируют высокую стабильность откачки, в том числе и легких газов, низкий шум, минимальный обратный поток масляных паров и высокий эксплутационный ресурс.

Конструктивные особенности и преимущества работы насосов серии DS Varian.

Двухкамерная конструкция вакуумного насоса позволяет обеспечить стабильную откачку до 10^-3торр при низкой рабочей температуре насоса и минимально возможном для механических пластинчато – роторных насосов обратном поток е масляных паров

В вакуумный насос встроен клапан предупреждения обратного потока, препятствующий попаданию масла в рабочую камеру насоса при его простое. Тот же клапан предотвращает самопроизвольное вентилирование и попадание масла в вакуумную систему при простое вакуумного насоса.

Принудительная циркуляция масла обеспечивается встроенным зубчатым насосом, гарантирующим эффективную и надежную смазку пластинчато-роторного насоса во всем диапазоне рабочих давлений.

Клапан газового балласта обеспечивает поступление воздух а во вторую ступень вакуумного насоса. В результате температура второй ступени возрастает, что приводит к дегазации и очищению масла от паров воды и других конденсирующихся газов

Охлаждающий вентилятор, встроенный между двигателем и откачной камерой вакуумного насоса, уменьшает температуру корпуса насоса и масла, что снижает парциальное давление паров масла, уменьшает обратный поток масляных паров и следовательно позволяет избежать загрязнения вакуумной системы.

Вакуумный насос состоит из модулей, которые собираются и центрируются с помощью направляющих штанг. Данная конструкция ускоряет и облегчает сборку вакуумного насоса после ремонта или техобслуживания.

На торцевой поверхности вакуумного насоса имеется окно для наблюдения за состоянием и уровнем масла в насосе. Вакуумные пластинчато-роторные насосы серии DS соответствуют требованиям CE, все двигатели вакуумных насосов данной серии одобрены UL и CSA (сертифицирующие по технике безопасности организации США и Канады), а также сертифицированы по стандарту ISO9001.

Применение вакуумных насосов:

Благодаря своей высокой надежности и рабочим параметрам, вакуумные насосы DS находят себе применение во многих областях промышленности и науки:

Аналитическое и научное приборостроение

Химическая промышленность и химические лаборатории

Физика высоких энергий и криогенная техника

Лазерная инженерия

В физике высоких энергий, криогенике.

Лазерной инженерии.

Производств о телевизионных трубок, ламп, неоновых ламп

Технологи и вакуумного напыления

Вакуумные печи и печи для вакуумной сушки

Технические характеристики Таблица

http://www.lesker.com/newweb/Vacuum_Pumps/rotaryvanepump_varian.cfm

Насос модели	DS42	DS102	DS202	DS302	DS402	DS602	HS452	HS652
Вакуумное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло	Standard Series Углеводородное масло
Скорость откачки м^3/ч	1,6		6,8		14,5	21,4	16,1	23,8
Предельный вакуум, Торр	3 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3	1,5 х 10 ^-3
Мотор л.с. (кВт)	0.4	0.45	0.45	0.45	0.45	0.75	0.75	0.5
Объем масла (л)	0.6	0.5	0.6	0.6
Входной фланец	KF16	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25
Выхлопной фланец	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25	KF25

Самостоятельная 2

1. Нарисовать вакуумную систему. (Шешин Глава 6 Вакуумные системы последовательность запуска Приложение 2, 3)

Рис. Высоковакуумная система откачки. 1-механический насос, 2, 3, 7, 11 – электромагнитные вакуумные клапаны, 4 – турбомолекулярный насос, 5 – высоковакуумный клапан, 6, 9 –манометрические преобразователи Пирани, 10 – ионизационный преобразователь.

Последовательность запуска.

(Глава 6 Вакуумные системы последовательность запуска 6,1 описать).

1. Включить электрическое питание на установку.

2. Открыть пневматическую магистраль.

3. Включить механический насос 1.

4. Включить вакууметр термопарный (преобразователей 6, 9).

5. Открыть клапан 2 и произвести откачку турбомалекулярного насоса 4 до давления 5*10^-2 торр.

6. Включить турбомалекулярный насос 4.

7. Закрыть клапан 2, открыть клапан 7 и произвести откачку камеры 8 до давления 5*10^-2 торр.

8. Закрыть клапан 7, открыть клапан 2.

9. Открыть высоковакуумный клапан 5 и произвести откачку 5*10^-6 торр.

Рис. Эскиз расположения вакуумной камеры, трубопроводов и вакуумных насосов.

Расчет:

1) Поправка на длину при повороте трубопровода

,

2) Проводимость трубопровода с молекулярным течением газа (магистраль турбомолекулярного насоса):

, (л/с, см³, см),

где d-диаметр, L-длина трубопровода

3) Высоковакуумный затвор уменьшает проводимость в 0,9-0,8 раз

U_TM^*=861.5*0.9=775.4 л/с

4) Проводимость трубопровода в вязкостном режиме течения газа:

, (л/с, торр, см⁴, см)

где р₀=(р₁+р₂)/2 среднее давление между давлением в камере и на входе механического насоса,

d-диаметр, L-длина трубопровода.

5). Проводимость трубопровода в молекулярно-вязкостном режиме течения газа:

,

(л/с, торр, см⁴, см)

В табл. 1 приведены значения удельных rазовыделений при десорбции с поверхности распространенных материалов через 1 ч после начала десорбции и коэффициентов А₁ и В₁ В выражении

где t - время сек, а Q в л торр см^-2 с^-1.

Таблица 1. Десорбция с поверхности необезгаженных вакуумных материалов

Материал	Удельное газовыделение через 1 ч, л*торр см^-2 с^-1	А1	В1
Малоуглеродистая сталь	3,1 10^-7	-6,4	3,06*10^-5
Нержавеющая сталь	1,3 10^-7	-7,13	6,39 *10^-5
Медь	1,5 10^-7	-6,78	1,39*10^-5
Сварной шов на медной трубе	2,1 10^-7	-4,53	4,7*10^-5
Дюралюминий	4,2 10^-7	-6,25	3,33*10^-5

Рис. 1 Температурная зависимость удельного газовыделения с поверхности камеры.

Таблица 2

Удельное диффузионное газовыделение конструкционных материалов при комнатной температуре

Материалы	Обработка	Удельное rазовыделеиие через час после откачки, qcр, м^3.Па/(м^2с)	коэффициеиты
А	В
Сталь нержавеющая	Без обработки	4 10^-5	-4,1	8,3 10^-5
Сталь нержавеющая	Вакуум, 450^0 С, 15 ч	10^-8…10^-10
Сталь конструкционная	Без обработки	4 10^-4	-3,2	4,2 10^-5
Сталь конструкционная	Хромирование	1,3 10^-7
Сталь конструкционная	Вакуум, 450^0 С, 15 ч	10^-8…10^-10
Медь	Без обработки	2 10^-4	-3,5	4,0 10^-5
Медь	Вакуум, 450^0 С, 15 ч	10^-8…10^-10
Латунь	Без обработки	2 10^-4	-3,4	3,1 10^-5
Алюминий	Без обработки	6 10^-6
Никель	Без обработки	7 10^-6
Резина вакуумная	Без обработки	10^-2
Полиэтилен	Без обработки	10^-4
Фторопласт	Без обработки	3 10^-4

Примечание: 1) м³Па/(м²с)=7,5 10^{-4 л} торр/(см² с);

,

где t - время, с.

Рис. 2 Температурная зависимость удельного газовыделения из материала камеры.

Диффузионное газовыделение имеет нестационарную природу, но для большинства газов и материалов постоянная времени этих процессов настолько велика, что они могут рассматриваться как стационарные. Упрощенный метод определения диффузионного газовыделения основан на применении экспериментально определенных значений коэффициентов удельноrо диффузионноrо газовыделения (таблица 2), зависящих от рода газа, материала и eгo предварительной обработки, а также рабочей температуры.

Для расчета времени откачки вакуумной системы, содержащей двухкомпонентную смесь cyxoгo воздуха и паров воды, запишем два уравнения изотермического процесса откачки:

где р₁ - давление воздуха без учета давления паров воды, Па; р₂ - давление паров воды в воздухе, Па; а - количество паров воды, адсорбированное на единице геометрической поверхности камеры, м³, Па/м²; S_К - геометрическая площадь поверхности камеры, м²; V_К - объем камеры, м³.

Продифференцировав уравнения системы и разделив на dt, считая, что адсорбционное равновесие устанавливается мгновенно, получим

где S₀ - эффективная быстрота откачки насоса, м³ /с.

Подставляя в уравнение выражение для а, в соответствии с уравнением Фрейндлиха

где К = 0,0185 и n=2,9 константы, зависящие от природы адсорбента, адсорбируемоrо rаза и температуры поверхности вакуумной камеры; р₂ - давление паров воды в камере, Па.

После интегрирования при условии So=const получим

где р_2Н и р_2К - начальное и конечное давления паров воды при откачке. Пользуясь уравнением, можно найти время откачки t, необходимое для снижения давления паров воды в камере от начального давления р_2Н до конечноrо р_2К.

После интегрирования уравнения при S₀=сonst получим, аналогично

где р_1Н и р_1К начальное и конечное давления воздуха без учета давления паров воды, уравнения позволяют по известному времени откачки t определить конечное давление двухкомпонентной смеси, равное сумме давлений cyxoгo воздуха и паров воды. Согласно проведенным исследованиям, время откачки влажного и cyxoгo воздуха при давлениях 10⁵ - 10⁰ Па практически совпадает, заметное влияние адсорбированных паров воды на время откачки вакуумных систем после напуска атмосферного воздуха проявляется при давлении ниже 10 Па, а при давлении меньше 10^-3 Па время откачки двухкомпонентной смеси полностью определяется десорбционным газовыделением паров воды с внутренних стенок вакуумной камеры.

Пренебрегая наличием паров воды в составе остаточных газов, можно допустить большую ошибку при определении времени откачки.

Проанализируем это выражение:

- объем камеры 36 л = 0,036 м³,

- площадь поверхности камеры 6600 см²=0,66 м²,

- начальное давление пара при 30% влажности при температуре 20⁰С и давлении 1ат. (давление насыщенного пара при 20⁰С 17,54 торр) равно 17,54·133·30/100=699,8 Па,

- S₀ = 62,5 л/с=0,0625 м³/с,

Временная зависимость давления в вакуумной камере адсорбированных водяных паров

Основное уравнение вакуумной техники:

где Sн – скорость откачки насоса; S₀ – скорость откачки вакуумной камеры; U_S - суммарная проводимость трубопровода

Для турбомолекулярного насоса найдем скорость откачки вакуумной камеры

Зависимость давления в вакуумной камере без учета натекания в случае откачки турбомолекулярным вакуумным насосом:

,

где p_o - начальное давление в вакуумной камере 5*10^-2 торр; p(t) - рабочее давление в вакуумной камере, торр; V - объем вакуумной камеры, л; t - время откачки, с; V - скорость откачки вакуумной камеры, л; объем вакуумной камеры, л.

Предельное давление 10^-6 торр

Временная зависимость давления в вакуумной камере без учета натекания

Давление в камере с учетом натекания меняется со временем откачки:

где Q(t) – зависимость натекания в вакуумной камере от времени;

Временная зависимость давления в вакуумной камере с учетом натекания

Средняя длина свободного пробега молекулы воздуха при давлении 1 торр в воздухе при температуре 20 ⁰С.

L₁=0,472 мм

Критерий вязкостного режима течения газа в магистрали механического насоса d=25 мм, d/L>100, L=L₁/p:

p_{вяз min}=100·L₁/d=47.2/25=1.888 торр

От 760 до 1,9 торр режим откачки вязкостный.

Критерий молекулярно-вязкостного режима течения газа в магистрали механического насоса от d/L=1 до d/L>100, L=L₁/p, d=25 мм:

p_{мол-вяз min}=1·L₁/d=0,472/25=1.888·10^-2 торр

От 1,9·10^-2 до 1,9 торр режим откачки молекулярно-вязкостный.

Рассчитаем минимальную проводимоусть вакумопровода в молекулярно-вязкостном режиме:

р₀ = 5·10^-2 торр

,

(л/с, торр, см⁴, см)

S_H=4 м³/ч=1,1л/с

Рассчитаем максимальную проводимость вакуумопровода в вязкостном режиме:

р₀ = 760 торр

, (л/с, торр, см⁴, см)

Проводимость магистрали механический насос-вакуумная камера меняется от 67184 до 6,72 л/с, что гораздо выше S_H=4 м³/ч=1,1л/с

Обозначим объем откачиваемого объекта через V, давление в нем в данный момент времени — через p₁ и быстроту откачки объекта — через S₀. Будем предполагать, что ни натекания, ни внутреннего газовыделения в вакуумной системе нет.

Положим, что за промежуток времени dt давление в откачиваемом объекте снижается на dp₁ Тогда количество газа, поступающее в трубку за промежуток времени dt, равно S₀ p₁dt, а убыль газа в объекте за этот промежуток времени равна Vdp₁.

Эти количества газа, очевидно, равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, следовательно,

Отсюда

Так как

То

(1)

При вычислении длительности откачки, достаточной для снижения давления в откачиваемом объекте до заданного значения, приходится пользоваться различными вариантами формулы (1) в зависимости от соотношения между быстротой действия насоса S_Н и пропускной способностью вакуумпровода U.

Вакуумпровод с большой пропускной способностью

В случае короткого вакуумпровода с большим диаметром слагаемым 1/U можно пренебречь и уравнение (1) написать в виде:

В нашем уравнении среднее значение быстроты действия насоса, которое мы обозначим через S_Н, известно; требуется же определить промежуток времени (обозначим его через t), за который давление в откачиваемом объекте снизится с р₁ до р ₂.

Следовательно, в нашем случае решение можно написать в виде:

В нашем случае

Временная зависимость давления в вакуумной камере при откачки механичеким насосом

Производительность - это поток откачиваемого газа, проходящего через турбомолекулярный насос (и через форвакуумный насос)

Производительность (Q) измеряется в мбар л / сек (см³ / сек при нормальных условиях).

Максимальная производительность откачивающей системы в общем случае определяется форнасосом (а не турбомолекулярным насосом).

Скорость откачивания

Скорость откачивания (S) (объемная величина потока) турбомолекулярного насоса - это отношение производительности (Q) к входному давлению (p) (тип форнасоса минимально рекомендованный).

S=Q/p

Скорость откачивания турбомолекулярного насоса постоянна в широком диапазоне давлений и зависит от геометрических факторов (диаметр) и от скорости вращения ротора. Для большинства турбомолекулярных насосов скорость откачивания почти не зависит от размера частиц газа (молекулярного веса).

Отношение сжатия

Отношение сжатия - это отношение между парциальным давлением в линии форвакуума к входному парциальному давлению, измеренному при условии “нулевого потока” (измеряется путем инжекции газа в форвакуумную линию при заглушенном входе турбомолекулярного насоса).

Отношение сжатия обозначается буквой К и в технической спецификации на турбомолекулярный насос приводится максимально достижимое значение К (при низком форвакуумном давлении).

Отношение сжатия в является функцией от давления в линии форвакуума.

Характер уменьшения К при росте давления определяется конфигурацией турбомолекулярного насоса (число молекулярных ступеней) и/или ограничением потребляемой мощности при торможении ротора (увеличение силы трения при увеличении давления газа).

Максимальное К значительно зависит от свойств газа (экспоненциальная зависимость К от молекулярного веса откачиваемого газа). Значение К ниже для легких газов.

Скорость откачивания и отношение давлений

Отношение давления в линии форвакуума к входному давлению обозначается как Rp. В общем случае отношение давлений равно:

Rp=pforeline/pinlet=Seff/Sforeline

Где Seff это эффективная скорость откачивания и Sforeline скорость откачивания форнасоса. Так как Q= Seff pinlet = Sforeline pforeline,

Следовательно, Seff/Sforeline= pforeline/pinlet.

Скорость откачивания турбомолекулярного насоса мало зависит от отношения сжатия (и от производительности форнасоса) для типичных рабочих условий (когда отношение давлений гораздо меньше, чем К). Однако, в общем случае, эффективная скорость откачивания Seff это линейная функция от отношения давлений Rp, как показано на графике 2 (и поэтому также зависит от производительности форвакуумного насоса).

Seff достигает максимального значения S (номинальная скорость откачивания), когда Rp равно единице и стремится к нулю, когда Rp достигает максимума К. Эта линейная зависимость может быть представлена следующей формулой:

Seff =S/(1-1/K+S/Sforeline*K) (1)

При К>>S/ Sforeline и K>>1, Получаем, что Seff S, А при К 1,Seff= Sforeline

Формула (1) может быть использована для расчета скорости откачивания при высоких рабочих давлениях, особенно в случае откачивания легких газов (при низком значении К).

Базовое давление

Базовое давление турбомолекулярного насоса - это установившееся давление в системе или отношение дегазации откачиваемого объема к скорости насоса.

pbase=Qoutgas/ Seff

В случае минимально достижимого рабочего давления, как специфировано в требованиях, давление измеряется после 48 часов отжига насоса и измерительного порта, поэтому основной остаточный газ - водород и равновесие достигается при скорости откачки водорода.

pbase=QH2/ Seff H2

Поэтому при использовании форвакуумных насосов с относительно высоким базовым давлением, базовое давление турбомолекулярного насоса часто ограничивают отношением сжатия для паров воды или для азота.

pbase= pforeline (H2O)/K H2O

Уровень вибрации

Возможными источниками вибрации в турбомолекулярном насосе являются: ротор, двигатель и подшипники. Дисбаланс ротора может быть уменьшен до очень низкого уровня с помощью динамической балансировки, что минимизирует силы, вызванные несимметричным распределением массы относительно оси вращения. Радиальное смещение на высоковакуумном фланце насоса после балансировки может быть менее 0.01 микрон.

Вибрации от двигателя вызваны взаимодействием между статором и ротором: характеристические частоты - это гармоники частоты питания двигателя. Также подвеска ротора генерирует как “белый” шум (взаимодействие со смазкой), так и вибрации на специфических частотах движущихся частей подшипников (обойма, шарики и вращающееся внутреннее кольцо). В общем случае, вибрации от двигателя и от подшипников ниже, чем вибрации от дисбаланса ротора. Они могут увеличиваться в случае повреждении подшипников или при наложении на вибрации от подсоединенной к насосу системы. Во втором случае, структура системы должна быть модифицирована путем изменения массы, жесткости или добавлением виброизоляторов между насосом и системой.

Подшипники турбомолекулярных насосов

Подвеска ротора турбомолекулярных насосов Varian Turbo-V основана на применении подшипников с керамическими шариками с патентованной твердой смазкой с экстремально низким давлением паров, что делает возможным длительную работу этих насосов без какого-либо обслуживания и обеспечение высокой степени чистоты во всех рабочих режимах. Шарики этих подшипников сделаны из нитрида силикона, поликристаллического материала с аморфной межгранульной связанной основой, что имеет следующие достоинства:

Твердость

Это критический аспект конструкции подшипников, существенно влияющий на качество работы и надежность насоса. Нитрид силикона вдвое тверже стали, имеет очень высокую поверхностную устойчивость при минимизации эффектов поверхностного контакта и давления.

Вес

Плотность нитрида силикона на 40% меньше, чем плотность стали, что понижает центробежную нагрузку и уровень внутреннего напряжения на высоких скоростях вращения.

Трение

Низкий коэффициент трения нитрида силикона увеличивает поверхностную устойчивость шариков и увеличивает срок службы подшипника в целом.

Температурная стабильность

Обладая низким температурным коэффициентом расширения, нитрид силикона обеспечивает постоянную величину зазоров у движущихся деталей в широком диапазоне температур, кроме того этот материал имеет особенно высокую устойчивость к температурному удару.

Химическая стабильность

Нитрид силикона фактически инертен. Другое отличительное свойство таких подшипников – твердая смазка, которая не “газит” и фактически не содержит углеводородов. Использование такой смазки в закрытых подшипниках обеспечивает чистую надежную работу, без необходимости какого либо обслуживания или профилактики.

Меры безопасности

Для эффективной работы насосов Turbo-V необходимо соблюдать ряд простых требований. Например, следует избегать прорывов атмосферы в связи с возникновением больших перегрузок на ротор и подшипники. Температура подшипников (индицируется на дисплее блока управления) должна находиться в разрешенных пределах для предотвращения работы при недостаточной смазке. Инструкции по охлаждению приведены ниже. Полезно использовать датчик вибрации: увеличение уровня вибрации просигнализирует о необходимости замены подшипников.

Когда насос только что установлен или в случае длительного перерыва в работе, полезно использовать последовательность пуска насоса по специальной программе, при которой контроллер будет разгонять ротор насоса постепенно, обеспечивая правильное распределение смазки в подшипниках.

Концепция MacroTorrПолучившая награды, патентованная конструкция MacroTorr была разработана в 1991 г. и явилась результатом многочисленных исследований и доработок молекулярных насосов Gaede.

Концепция основана на идее замены (или добавления) молекулярных пропеллеров на ступени с турбо лезвиями: Турбо ступень содержит вращающийся диск в канале, вход и выход которого разделены стриппером Сечение каналов в вертикальной плоскости уменьшается "сверху вниз" (в направлении увеличения давления). Момент энергии молекул газа увеличивается после каждого столкновения с движущейся поверхностью импеллера. Газ направляется в следующую ступень с помощью стриппера.В результате насос с такими же габаритами, как и обычный турбомолекулярный насос, обладает следующими улучшенными свойствами:

- Высокое отношение сжатия для легких газов

- Высокое отношение сжатия при плохом вакууме в линии форвакуума, что в свою очередь позволяет: использовать очень маленький форвакуумный насос при низком давлении на входе турбомолекулярного насоса использовать диафрагменный насос для безмасляных систем обеспечить высокую производительность при давлении на входе более, чем 10-3 миллибар

Как выбрать насос Turbo-V

Правильный выбор турбомолекулярного насоса зависит от того, в какой вакуумной системе он будет использоваться; в общем случае все системы можно разделить на 2 вида:

- системы с высоким и сверхвысоким вакуумом (малая газовая нагрузка)

- системы для работы с газами

Первый тип включает в себя системы с высокой дегазацией. В этих случаях выбор обычно определяется достижением необходимого базового давления за определенное время при предполагаемом уровне дегазации:

Seff =Q/p

где p - это требуемое базовое давление, Q - это общая дегазация за интересующий отрезок времени, Seff - это эффективная скорость откачивания

Ко второму типу относятся все системы, где используется газ. Основными параметрами здесь являются требуемое рабочее давление и величина потока газа.

Seff =Q’/p’

Где Q’ это суммарный поток газа и р’ это требуемое рабочее давление.

Предварительная откачка

Как правильно выбрать форвакуумный насос (для уже выбранного турбомолекулярного насоса)

Выбор форвакуумного насоса зависит от количества времени необходимого для предварительной откачки системы на форвакуум и минимальной производительности достаточной для поддержания правильной работы турбомолекулярного насоса.

Производительность форвакуумного насоса может быть рассчитана по следующей формуле:

Sforeline=(V/t)ln(p0/p1),

Где: - Sforeline - это скорость откачивания насоса предварительной откачки (л/мин)

- V - это величина откачиваемого объема (л)

- t - заданное время предварительной откачки (мин)

- p0 - это начальное давление (миллибар)

- p1 - это конечное давление (миллибар)

При использовании форвакуумного насоса с гораздо большей, чем у рекомендованно производительностью, необходимо использовать "байпасную линию" для достижения расчетного времени предварительной откачки.

Насос поддержки (минимальная производительность)

Производительность этого насоса должна быть достаточной для достижения эффективной скорости откачки максимально близкой к номинальной скорости.

pforeline=Q/ Sforeline

Где:

Sforeline - это скорость откачивания форвакуумного насоса предварительной откачки (л/мин)

Q - это газовая нагрузка

p - это действующее давление форвакуумного насоса

Следует заметить, что Q - полная газовая нагрузка насоса, которая состоит из потока откачиваемого газа и потока газа очистки насоса (если таковой используется).

Скорость откачки насоса поддержки может быть рассчитана по следующей формуле:

Sforeline > 20*S/K

Где:

S - это скорость откачки турбомолекулярного насоса

Sforeline - это скорость откачивания форвакуумного насоса предварительной откачки (л/мин)

K - это максимальное отношение сжатия данного турбомолекулярного насоса для определенного газа (откачиваемого газа) при заданном давлении в линии форвакуума.

Скорость откачивания форвакуумного насоса должна быть равна или быть более, чем максимальное значение скорости откачивания, полученного в результате расчетов по приведенным выше формулам.

Как правило, для насоса MacroTorr предпочтительнее использовать сухой диафрагменный насос (для исключения наличия следов углеводородов в системе).

Типы вакуумных фланцев

Трубка типа CF (conflat) с фланцем и медным уплотнителем.

Существует несколько стандартизованных типов вакуумных соединений, отличных по сфере применения. Они отличаются между собой конструкцией собственно фланцев а также материалом и конструкцией используемого уплотнения.

[править]

KF/QF

Этот тип фланца получил название от сокращений: Quick Flange (QF), Klein Flange (KF) или NW.[1] Обозначение KF принято в системе ISO, DIN, и Pneurop. KF фланец изготавливается со специальным пазом для эластичного уплотнителя, надетого на металлическое кольцо. Крепится фланец с помощью круглого зажима («хомута»). Стандартные размеры нормируются по номинальному диаметру (DN) проходного отверстия фланца в миллиметрах (от 16 до 50 мм) [2]

DN16KF

DN25KF

DN40KF

DN50KF

[править]

ISO

ISO стандарт для фланцев большого размера, известный как LF, LFB, MF, или часто просто ISO фланец. Также как и KF-фланец, ISO-фланец присоединяется с помощью центрального кольца и эластичного кольца-уплотнителя.

Существует две разновидности ISO-фланцев. ISO-K (или ISO LF) фланцы присоединяются с помощью двузубчатых зажимов, которые зацепляются за круговой паз на поверхности трубки фланца. ISO-F (или ISO LFB) фланцы имеют отверстия для соединения двух фланцев болтами. Два ISO-фланца разных типов могут быть соединены вместе зажимом с единственным зубцом со стороны ISO-K, который затем привинчивается болтами к отверстиям на стороне ISO-F.

ISO-фланцы имеют диаметр от 63 до 500 мм (номинальный диаметр проходного отверстия) [2].

DN63LF (63.5 мм)

DN100LF (102 мм)

DN160LF (160 мм)

DN200LF (200 мм)

DN250LF (254 мм)

DN320LF (316 мм)

DN400LF (400 мм)

DN500LF (500 мм)

Герметичный проходной изолятор на 60кВ c фланцем DN63

[править]

CF

Для работы с сверхвысоким вакуумом (менее 10−6 мбар) используют фланцы типа CF (ConFlat), которые имеют медную прокладку, зажимаемую между острыми выступами фланца. За счет деформации мягкой поверхности меди достигается максимально плотный контакт поверхностей и обеспечивается должный уровень изоляции.[3] Этот тип фланца может работать с вакуумом вплоть до 10−13 мбар(10−11 Па) и температуре до 450 °C. Североамериканский стандарт размеров фланца дается в дюймах внешнего диаметра: 1⅓ («mini»), 2¾, 4½, 6, 8, 10, 12, 13¼, 14 и 16½. В Европе и Азии размер определяется внутренним диаметром в миллиметрах:

DN16

DN40

DN63

DN100

DN160

DN200

DN250

[править]

ASA

ANSI имеет свой стандарт фланцев, называемый ASA.[4] Эти фланцы представляют собой эластичное изолирующее кольцо и могут быть использованы как с вакуумом, так и с давлением. Фланцы нормируются по номинальному внутреннему диаметру трубы или по внешнему диаметры (в дюймах): 1 (4.25 O.D.), 1.5 (5.00 O.D.), 2 (6.00 O.D.), 3 (7.50 O.D.), 4 (9.00 O.D.), 6 (11.00 O.D.), 8 (13.5 O.D.), 10 (16.00 O.D.).

[править]

Вакуумные уплотнители

Чтобы достичь необходимой степени изоляции при работе с вакуумом требуются специальные уплотнители. Эластичное уплотнительное кольцо (о-ринг) может быть изготовлено из резины (буна), флуорополимера (витон), силиконового каучука или тефлона. Уплотнительное кольцо может помещаться в специальный паз или же использоваться в комбинации с центральным кольцом или как «фиксированное» кольцо, которое удерживается на месте специальным металлическим кольцом. Металлические уплотнители используются при работе с ультра-высоким вакуумом, где процесс дегазации эластомера может быть достаточно значимым. Уплотнитель в виде медного кольца используется вместе с фланцем типа conflat. Металлические проволочные уплотнители делаются из меди, золота или индия.

Великосельская Анастасия

http://www.actan.ru/vac_evpr_sys.html

КОМПАКТНАЯ ВАКУУМНАЯ МАГНЕТРОННАЯ НАПЫЛИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА VSM-200

_____________________________________________________________________________________________

Ганбарова Татьяна

http://www.msht.ru/catalog/647/

Установка напыления тонких пленок HHV Auto500 для НИОКР

_____________________________________________________________________________________________

Гашин Василий

http://www.msht.ru/catalog/649/

Установки напыления тонких пленок HHV TF600 для лабораторных НИОКР или производства

_____________________________________________________________________________________________

Доценко Виктор

http://leybold.ru/cat/C19_E-POD.pdf

http://leybold.ru/vacuum_pump_univex.html

UNIVEX 300

_____________________________________________________________________________________________

Евтюхин Олег

http://leybold.ru/cat/C19_E-POD.pdf

http://leybold.ru/vacuum_pump_univex.html

http://www.istcgroup.com/pdf/C19_POD_E.pdf

UNIVEX 350

_____________________________________________________________________________________________

Зелен Олег

http://leybold.ru/cat/C19_E-POD.pdf

http://leybold.ru/vacuum_pump_univex.html

http://www.istcgroup.com/pdf/C19_POD_E.pdf

UNIVEX 450 B

_____________________________________________________________________________________________

Казаков Михаил

http://invac.ru/catalogue/pdfs/14-Vacuum%20coating.pdf

http://invac.ru/catalogue/12-vacuum_coating_auto_306.shtml

http://invac.ru/catalogue/pdfs/rus_Auto_306.pdf

AUTO306

Никулин Алексей

http://invac.ru/catalogue/pdfs/14-Vacuum%20coating.pdf

http://invac.ru/catalogue/12-vacuum_coating_auto_500.shtml

Auto 500

_____________________________________________________________________________________________

Полубавкин Сергей

http://invac.ru/catalogue/pdfs/FC3800_datasheet.pdf

http://invac.ru/catalogue/12-vacuum_coating.shtml

Temescal FC 3800

_____________________________________________________________________________________________

Попов Павел

http://www.cryosystems.ru/wp-content/uploads/2010/08/VacuumSystens.pdf

http://www.cryosystems.ru/?p=168

MARK 50

_____________________________________________________________________________________________

Семенов Андрей

http://www.izovac.com/uploads/userfiles/files/ortus.pdf

http://www.izovac.com/products/ortus/

Ortus

_____________________________________________________________________________________________

Стекленова Любовь

http://apelvac.com/catalog/53/index.html

VNUK-5

_____________________________________________________________________________________________

Тимошенко Виталий

http://apelvac.com/catalog/52/index.html

VNUK-4

_____________________________________________________________________________________________

Токарев Александр

http://www.msht.ru/upload/iblock/421/421f5ddcd9233fb4a0bdf80533077336.pdf

Установка для нанесения покрытий TF500

_____________________________________________________________________________________________

Уколова Светлана

http://mat-vac.com/systems/94x.shtml

http://mat-vac.com/systems/94x_specs.shtml

MVT-94X Series Sputtering System

_____________________________________________________________________________________________

Фурсов Кирил

http://mat-vac.com/systems/64x.shtml

http://mat-vac.com/systems/64x_specs.shtml

MVT-64X Series Sputtering System

_____________________________________________________________________________________________

Харитонов Николай

http://mat-vac.com/systems/90x.shtml

http://mat-vac.com/systems/90x_specs.shtml

MVT-90X/T Series Sputtering Systems

_____________________________________________________________________________________________

Хлоповских Павел

http://mat-vac.com/systems/60x.shtml

http://mat-vac.com/systems/60x_specs.shtml

MVT-60X/T Series Sputtering System

_____________________________________________________________________________________________

Шарифулин Иван

http://mat-vac.com/systems/8x.shtml

http://mat-vac.com/systems/8x_specs.shtml

MVT-8X Series Sputtering System

_____________________________________________________________________________________________

Щучкин Виталий

http://forvak.ru/products_7.html

Установка вакуумная специальная модели PVM-2000

_____________________________________________________________________________________________

Яковлев Алексей

http://www.rusnanonet.ru/equipment/nexdep/

http://www.eavangard-semi.ru/angstromnexdep

http://www.rusnanonet.ru/download/equipment/angstrom_nexdep_series_brochure.pdf

http://www.eavangard-semi.ru/files/angstrom_nexdep_series_brochure.pdf

Установка вакуумного напыления NexDep.

_____________________________________________________________________________________________

http://www.eavangard-semi.ru/files/angstrom_amod_series_brochure.pdf

http://www.eavangard-semi.ru/angstromamod

Установка вакуумного напыления Amod

Дата добавления: 2015-08-28