диплом. Дипломний проект спеціаліста

• Название: Дипломний проект спеціаліста
• Анкор: диплом
• Дата: 11.06.2020
• Размер: 1.19 Mb.
• Имя файла: 23875.doc
• Тип: Диплом; #129575
• страница: 2 из 6

Ионно-плазменное напыление

Ионно-плазменный метод нанесения пленок является разновидностью катодного распыления, но в отличие от последнего распыление осуществляется не бомбардировкой катода возбужденными ионами тлеющего разряда, а бомбардировкой специальной мишени ионами плазмы газового разряда.





Рисунок 2. Схема установки ионно-плазменного распыления
Системы для ионно-плазменного напыления пленок называют трехэлектродными или триодными. На рис.2 показана схема установки для распыления материалов в плазме газового разряда низкого давления с искусственным катодом. В верхней части вакуумного колпака помещается анод 4, в нижней - вольфрамовый катод 7. Третьим электродом или зондом Лэнгмюра служит мишень 5, используемая в качестве источника распыляемого материала. Подложка 2 является электродом, на поверхности которого конденсируется распыляемый материал. Печь 3 служит для подогрева подложки. Перед подложкой установлен подвижный экран 1, а рядом с мишенью - неподвижный экран 6. Камеру с помощью паромасляного диффузионного насоса откачивают до давления 1,3 10^-4 Па, подогревают подложку и включают ток накала на катод. Катод разогревается до температуры, достаточной для получения термоэлектронного тока высокой плотности (порядка нескольких ампер на квадратный сантиметр); между накаленным катодом и анодом прикладывают напряжение. После этого в камеру поступает инертный газ при давлении 1,33 (10^-2 - 10^-1) Па.

Зажигание разряда осуществляют с помощью высокочастотного трансформатора Тесла, а при достаточно большом термоэлектронном токе разряд возникает сам или требуется лишь небольшое дополнительное повышение анодного напряжения. После возникновения разряда разрядный ток достигает нескольких ампер, а напряжение на аноде падает до 60-40 В, т.е. для разряда характерна падающая вольтамперная характеристика.

Возникающие в разряде положительные ионы с низкой энергией бомбардируют подложку и удаляют с ее поверхности большую часть слабосвязанных загрязнений путем нагрева и «ионного травления». После этого на источник распыляемого материала (мишень) подается отрицательный потенциал. Вытягиваемые из плазмы разряда положительные ионы бомбардируют мишень с энергией, достаточной для распыления атомов материала мишени. При больших энергиях бомбардирующих ионов выбитые из мишени атомы движутся преимущественно в направлении, перпендикулярном ее поверхности, и могут быть сконденсированы на поверхности подложки, находящейся напротив мишени. Подвижный экран позволяет одновременно или последовательно предварительно очищать поверхности подложки и мишени путем распыления поверхностных загрязнений. Качество очистки поверхности мишени и особенно подложки является одним из важнейших факторов в процессе формирования пленки из конденсирующего распыленного материала.

Большим преимуществом ионно-плазменного напыления является его универсальность. С одинаковым успехом могут быть распылены металлы с различными свойствами, например вольфрам и золото. Такие сплавы, как нихром, пермаллой и нержавеющая сталь, распыляются без изменения их состава. Сложные (сплавные) пленки, состоящие из двух или нескольких металлов, можно изготовлять также одновременным распылением нескольких независимых мишеней.

Метод ионно-плазменного напыления является наиболее распространенным в производстве ИМС для получения пленок из материалов с различными свойствами. [3.стр. 127]

2. 
   Вакуумные системы и их элементы
   

Вакуумное оборудование для нанесения тонких пленок так же, как оборудование для откачки ЭВП, может быть разделено на следующие группы: вакуумные установки непрерывного действия; вакуумные установки непрерывного действия и конвейерные линии непрерывного действия.

Установки периодического действия колпакового типа наиболее распространены в промышленности. Однако контактирование довольно сложного подколпачного устройства установки с атмосферным воздухом после подъема колпака, а также невозможность прогрева колпака затрудняют получение давления меньше 1 10^-4 Па. Производительность таких установок также невелика из-за значительного вспомогательного времени, необходимого для получения рабочего давления.

Стремление повысить производительность оборудования, а также обеспечить одинаковые условия для изготовления изделий привело к созданию автоматизированных установок непрерывного действия с шлюзовой загрузкой. Непрерывная подача изделий в рабочую камеру устраняет необходимость в остановке работы вакуумной системы и сообщении рабочей камеры с атмосферным воздухом при переходе от одной партии изделий к другой.

Благодаря этому резко сокращается вспомогательное время, обеспечивается однородность технологического процесса и повышается производительность труда.

Вакуумные системы современных установок для нанесения тонких пленок состоят из следующих основных узлов: вакуумной рабочей камеры, коммутирующих элементов, средств откачки и средств измерения давления.

[3.стр. 132.], [ 2.стр.285 ]

1. 
   Основные требования, предъявляемые к вакуумным
   

системам
В зависимости от назначения технологической установки к ее вакуумной системе может быть предъявлен ряд требований, выполнение которых обеспечивает возможность проведения необходимого технологического процесса, осуществляемого в вакууме.

1. 
   Вакуумная система должна обеспечить получение требуемого давления в откачиваемом сосуде. Так, установка, предназначенная для откачки ЭВП, должна иметь вакуумную систему, обеспечивающую получение и поддержание давления в приборе на таком уровне, который исключает отравление катода и загрязнение других элементов прибора при достаточно быстром его обезгаживании прогревом. Для удовлетворения этого требования вакуумная система должна быть герметичной и снабжена соответствующими средствами откачки, измерения давления, коммутирующими и разъемными элементами.
   

Важным условием выполнения этого требования является подбор материалов, из которых будут изготовлены вакуумная система и ее элементы, а также методы подготовки вакуумной системы к работе.

2. 
   Вакуумная система должна обеспечить возможность получения требуемой быстроты откачки сосуда. Для этого вакуумная система должна иметь определенную проводимость, а примененный вакуумный насос должен обладать необходимой быстротой действия.
   

2. 
   Вакуумная система должна быть снабжена устройствами для контроля ряда параметров, характеризующих ее состояние.
   

К таким основным параметрам относятся общее и парциальные давления остаточных газов, скорость собственного газовыделения вакуумной системы, скорость накопления отдельных газов и паров в вакуумной системе и т.д.

Для контроля и измерения этих параметров вакуумную систему снабжают преобразователями давления, масс-спектрометрами, потокомерами и другими измерительными приборами.

4. 
   При применении автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП) вакуумная система должна быть оснащена набором различных датчиков, осуществляющих передачу информации на ЭВМ. Используемые в вакуумной системе коммутирующие элементы должны быть автоматизированными, а средства откачки - высокопроизводительными и долговечными.
   

Технологический процесс, осуществляемый на вакуумных установках, часто длится многие десятки часов, поэтому вакуумная система должна быть высоконадежной при эксплуатации и иметь длительный межремонтный период. Это требование вызвано также и тем, что необходимо поддерживать вакуумную систему в рабочем состоянии в течение как можно большего времени. Вакуумная система, длительно не соприкасающаяся с атмосферой (особенно это относится к высоковакуумным магистралям), с течением времени обезгаживается, снижается ее собственное газовыделение и повышается эффективность ее работы. [3.стр. 162.], [ 2.стр.264 ]

2. 
   Вакуумные системы оборудования для нанесения тонких
   

пленок

Требования, предъявляемые к вакуумным системам оборудования для нанесения тонких пленок, сформулированы в параграфе 1.2.1, а принципиальное построение вакуумных систем во многом напоминает схемы вакуумных систем индивидуальных откачных постов.

В табл.1 приведены принципиальные схемы вакуумных систем наиболее распространенных установок для нанесения тонких пленок. Вакуумная система, выполненная по схеме 1 табл.1, нашла применение в установках для производства интегральных схем. Рабочая камера 14 предварительно откачивается до давления 5 Па через кран 4 механическим вакуумным насосом 7, который в этой время отсоединен от пароструйного диффузионного насоса 11 краном 8. Затвор 13 закрыт, а насос 11 работает на форвакуумный баллон 9. После достижения давления около 10 Па высоковакуумная откачка рабочей камеры до давления 1 10^-4 - 510^-5 Па осуществляется через азотную ловушку 12 высоковакуумным насосом 11; при этом кран 4 закрыт, а кран 8 открыт. При выключении насоса 7 в него напускают воздух через электромагнитный клапан 6. Краны 4 и 8 и электромагнитный клапан 6 смонтированы в один блок.

Давление в вакуумной системе измеряют манометрическими преобразователями 2 и 10.

Часто внутри рабочей камеры 14 размещают охлаждаемую жидким азотом ловушку 1 (мейснеровская ловушка), назначение которой - улучшить вакуум в камере при значительном газовыделении некоторых материалов при их испарении. С этой же целью в ряде конструкций устанавливают в рабочей камере дополнительные титановые испарительные геттерные насосы или криосорбционные насосы, охлаждаемые жидким гелием. Для напуска воздуха или газа в рабочую камеру предусмотрены электромагнитный натекатель 5 и ручной натекатель 3.

Вакуумная система, изготовленная по схеме 2 табл.1, используется в установках для производства многослойных тонкопленочных элементов микросхем методом ионного испарения материалов. В качестве основного средства откачки применен бустерный насос 16 с азотной ловушкой 17, который откачивает рабочую камеру 1 до давления 5*10^-3 Па через затвор 19. Затем из смесительного бака 5, который может быть предварительно откачан через кран 8, с помощью игольчатых натекателей 2,3 и 4 газ или смесь газов подается в рабочую камеру, и давление в ней возрастает до 15-5*10^-1 Па.

Уровень рабочего давления в камере стабилизируется и регулируется как изменением потока газа, напускаемого через игольчатые натекатели, так и положением заслонки 20, изменяющей эффективную быстроту откачки рабочей камеры 1. Предварительная откачка рабочей камеры чрез кран 9 и насоса 16 через краны 15 и 11 осуществляется механическим вакуумным насосом 13, снабженным водоохлаждаемым маслоотражателем 10. Электромагнитный клапан 14 служит для напуска воздуха в систему, а клапан 12 - в насос 13. Измерение давления в различных участках системы производится манометрическими преобразователями 7 и 18.

Как уже отмечалось, вакуумные установки колпакового типа с использованием резиновых уплотнителей не позволяют получать высокий вакуум из-за невозможности производить высокотемпературный прогрев с целью обезгаживания рабочей камеры. Применение металлических уплотнителей при частых подъемах и опусканиях колпака значительно затрудняет эксплуатацию оборудования. Поэтому для получения давления меньше 10^-5 Па в лабораторных установках для нанесения тонких пленок оказалось целесообразным использование двухстенных рабочих камер, выполненных по системе «вакуум в вакууме».

Сверхвысоковакуумная система, изготовленная по этому принципу, соответствует схеме 3 табл.1. Наружная водоохлаждаемая толстостенная камера 1 уплотняется с плитой с помощью резинового уплотнителя и через кран 6 с моторным приводом, водоохлаждаемую ловушку 7 и кран 8 предварительно откачивается механическим вакуумным насосом 10 до давления 10^-1 Па. Затем камера 1 через затвор 14 и азотную ловушку 16 откачивается до давления 10^-3 - 10^-4 Па пароструйным диффузионным насосом 15. Внутренняя тонкостенная рабочая камера 2 предварительно откачивается до давления 10^-3 - 10^-4 Па через кран 3 с моторным приводом, установленным в камере 1, одновременно с наружной камерой. Высоковакуумная откачка рабочей камеры 2 до давления 5*10^-7 Па производится ионно-геттерным насосом 17. Для обезгаживания рабочей камеры 2 прогревом до 700 К через ее тонкие стенки пропускают электрический ток при непрерывной откачке камер 1 и 2. Уплотнение внутренней камеры осуществлено по притертым поверхностям. Благодаря тому, что вокруг камеры 2 создано достаточно высокое разрежение, перетекание газа из камеры 1 в камеру 2 незначительно. Газ в камеру 1 напускается с помощью натекателя 4, а в механический насос - натекателем 9. При предварительной откачке камер 1 и 2 насосом 10 последний отсоединяется от высоковакуумного насоса 15 краном 12, причем роль форвакуумного баллона в это время выполняет отсоединенный трубопровод, объем которого оказывается достаточным для поддержания необходимого выпускного давления на патрубке насоса 15. Для измерения давления в системе предусмотрены манометрические преобразователи 5, 11, 13 и 18.

[3.стр. 185.], [2.стр.286 ]
Таблица 1. Принципиальные схемы вакуумных систем оборудования

для нанесения тонких пленок

№	Техническая характеристика, применение	Рисунок
1	Пароструйный диф.насос с азотной ловушкой, Механический вакуумный насос; Рост = 5•10-5 Па. Установка для производства тонко-пленочных элементов и интегральных схем.
2	Бустерный насос с азотной ловушкой; механический вакуумный насос, Рост = = 5•10-3 Па. Установка для производства много-слойных тонкопленочных элементов микросхем методом полного испарения металлов.
3	Ионно-геттерный насос. Пароструйный диффузионный насос. Механический вакуумный насос. Рост = 5•10-7 Па. Исследовательская установка для отработки тонкопленочной технологии.

3. 
   Элементы вакуумных систем
   

1. 
   Разборные вакуумные соединения
   

Разборные вакуумные соединения относятся к числу наиболее ответственных узлов любой вакуумной системы. Это связано с тем, что потеря вакуумной плотности вакуумной системы чаще всего вызывается разгерметизацией разборного соединения. При выборе конструкции разборного соединения для работы в конкретной вакуумной системе необходимо руководствоваться следующими характеристиками:

1. 
   натеканием, т.е. количеством газа, протекающего в единицу времени в вакуумный сосуд между поверхностями уплотнителя и элементом соединения, а также за счет проницаемости газа через материал уплотнителя;
   
2. 
   газовыделением с поверхностей уплотнителя и элементов соединения, соприкасающихся с вакуумным сосудом;
   
3. 
   механической прочностью соединения;
   
4. 
   термической стойкостью, т.е. способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без нарушения герметичности;
   
5. 
   химической стойкостью;
   
6. 
   легкостью монтажа и демонтажа соединения и степенью сложности его изготовления;
   
7. 
   простотой проверки герметичности.
   

В разборных вакуумных соединениях в зависимости от предъявляемых требований к разрежению в вакуумной системе могут быть использованы как неметаллические, так и металлические уплотнители.[ 3.стр.213. ], [ 2.стр.293 ]

2. 
   Устройства для передачи движения в откачиваемый сосуд
   

Возможность использования того или иного устройства для ввода движения в значительной степени определяется конструкцией уплотнительного элемента, передающего движение в откачиваемый сосуд.

Конструкция уплотнительного элемента определяет диапазон рабочих давлений и температур, максимально возможную передаваемую нагрузку, максимально допустимые скорость и перемещение ведомого звена в вакууме, кинематическую точность, срок службы и другие параметры ввода.

В зависимости от конструкции уплотнительного элемента вводы движения могут быть разбиты на три группы:

1. 
   Вводы движения с контактным уплотнительным элементом.
   
2. 
   Вводы движения с деформируемым уплотнительным элементом.
   
3. 
   Вводы движения с неподвижным уплотнительным элементом.
   

[ 3.стр.238.. ], [ 2.стр.300 ]

3. 
   Устройство вакуумной камеры для получения тонких пленок термическим испарением
   

На рис.3 схематически показано устройство вакуумной установки, применяемой для получения тонких пленок путем термического испарения в вакууме. Установка состоит из рабочей камеры, вакуумной системы и пульта управления.

Рабочая камера 1 выполнена в виде цилиндрического колпака из нержавеющей стали со смотровыми окнами 16, краном для напуска воздуха - натекателем 6 и манометрами 13 для измерения давления. Этот колпак устанавливается на базовой плите, через которую проходят все провода от колпака. Вакуумно-плотное соединение рабочей камеры с базовой плитой достигается с помощью прокладки 14 из эластомера, обладающего незначительным газовыделением.

Внутри рабочей камеры расположены нагреватели 2 для обезгаживания, испаритель 7 для нагрева напыляемых веществ, трафарет (маска) 5, обеспечивающий заданную конфигурацию тонкопленочного слоя, и подложка 4 с нагревателем 3, на которой конденсируется испаряемое вещество. Между испарителем и маской помещена заслонка 15, позволяющая прекращать процесс напыления, как только толщина напыляемой пленки достигнет требуемого значения.

Вакуумная система представляет собой последовательное соединение паромасляного 11 и вращательного 10 насосов. Откачка рабочего объема производится через отверстие в базовой плите. На входе паромасляного насоса установлены маслоотражатель, ловушка 12 и затвор 9, отделяющий входной патрубок паромасляного насоса от рабочего объема. Первоначальное удаление основной массы воздуха из рабочего объема установки производится вращательным насосом по трубопроводу, соединенному через вентиль 8 с откачиваемым объемом. .[ 3.стр.286. ]

Пульт управления состоит из высоковольтного и низковольтного источников питания, с помощью которых нагревается испаряемое вещество и возникает тлеющий разряд между электродами для ионизации откачиваемого газа. Высоковольтный источник необходим также, если испарение материалов и очистка подложек осуществляются путем электронной бомбардировки. На пульте управления устанавливаются контрольные приборы для ионизационного и термопарного манометров, определения скорости напыления и толщины полученных пленок, температуры подложки и др.

.
[ 3.стр.286. ],
Рисунок 3. Схематическое устройство вакуумной установки
2. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БЛОКОВ УСТАНОВКИ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ
Базовая установка для напыления тонких пленок термическим вакуумным испарением была предусмотрена для реализации последовательного напыления двух различных металлов путем поочередного подключения испарителей к силовому блоку питания, а также была оснащена заслонкой с управлением электромагнитом.

1. 
   Конструкция и принцип работы базовой лабораторной установки вакуумного напыления
   

1. 
   Блок-схема
   

Установка состоит из трех основных структурных единиц. Это, собственно, вакуумная камера, в которой производится нанесение тонких пленок, средства создания вакуума - форвакуумный насос и диффузионный паромасляный насос с водной и азотной ловушками. Управление процессами напыления и вакуумной системой осуществляется при помощи приборов, расположенных в стойке управления. Блок-схема установки представлена на рис. 4. Контроль за температурой подложки и измерение вакуума в камере осуществляется при помощи милливольтметра постоянного тока с хромель-алюмелевой температурой и вакуумметра ВИТ-2П, работающего с преобразователями ПМТ и ПМИ в зависимости от требуемого уровня вакуума в камере для напыления.





Рисунок 4. Блок схема установки вакуумного напыления




Рисунок 5. Принципиальная схема вакуумной установки для

нанесения тонких плёнок

2. 
   Принципиальная схема вакуумной системы
   

Принципиальная схема вакуумной системы установки для нанесения тонких пленок представлена на рис. 5. Рабочая вакуумная камера 1предварительно откачивается до давления 5*10^-2 Па при помощи форвакуумного механического насоса через магистраль, включающую кран 7 и форвакуумный объем 2. После этого кран 7 перекрывается и производится откачивание рабочего объема пароструйного диффузионного насоса 5, соединенного с объемами 4 и 3 до такого же остаточного давления, затем включается подогреватель масла диффузионного насоса и открывается заслонка шиберного устройства 3. В режиме открытых крана 6, шибера 3 при закрытом кране 7 и клапанах 8,9 осуществляется откачка вакуумной камеры до остаточного давления 10^-4- 10^-5 Па. В случае, если после проведения процесса напыления необходимо перезагрузить испарители и произвести повторное нанесение тонких пленок диффузионный насос 5 отсекается шибером 3 и при помощи клапана 8 осуществляется разгерметизация вакуумного объема 1 для перезагрузки лодочек-испарителей, либо подложек. После этого перекрывается кран 6 и открывается вакуумный кран 7 и при закрытом клапане 8 осуществляется предварительная откачка камеры 1 до давления 5 10^-2 Па. Затем перекрытием крана 7 и последовательным открыванием крана 6 и шибера 3 вакуумная система возвращается в полный рабочий цикл.

Окончание работы вакуумной системы осуществляется в последовательности:

- выключение напряжения питания подогревателя диф-

фузионного насоса;

- закрытие шиберной заслонки 3;

- закрытие вакуумного крана 6;

-
выключение форвакуумного насоса 10 с одновременным

открытием клапана 9.

Рисунок 6. Устройства вакуумной камеры

2.1.3. Устройство вакуумной камеры.

Герметизация вакуумной камеры осуществляется прижатием кварцевого колпака 1 к основанию 4 через прокладку из вакуумной резины 3. Внутри камеры расположены на кронштейнах резистивный нагреватель 8 подложки 7 (кронштейны на рисунке не показаны). Температура подложки контролируется термопарой 2, размещенной с тыльной стороны подложки 7. Заслонка 6 предназначена для предотвращения попадания вещества с испарителей 5 в начальный момент нагрева последних, а в дальнейшем при распылении отводится в сторону при помощи электромагнита, подносимого с внешней стороны колпака. Заслонка 6 свободно вращается на оси, закрепленной к основанию камеры 4.

4. 
   Структура электрической схемы базовой установки
   

Установка для нанесения тонких пленок термическим испарением в вакууме подключается к трехфазной сети переменного тока. Условно электрическая схема может быть разделена на три блока по функциональному назначению (рис. 7). Первый блок предназначен для электрообеспечения средств создания вакуума и обеспечивает включение электродвигателя форвакуумного насоса, а также подачу напряжения на электрический воздушный тэн, предназначенный для подогрева масла диффузионного насоса вакуумной установки. С целью обеспечения управления температурой подогрева тэн включен через лабораторный автотрансформатор. Температура масла в диффузионном насосе не измеряется, опосредованный ее контроль обеспечивается возможностью непосредственного контроля напряжения на нагревателе стрелочным вольтметром, расположенным на стойке управления.

Вторая часть электрической схемы установки предназначается для обеспечения процесса нанесения тонких пленок. Силовая часть обеспечивает подачу тока на испарители-лодочки, из которых и происходит распыление металлов. Она состоит из лабораторного автотрансформатора мощностью

2 кВт, в нагрузку к которому подключена первичная обмотка силового трансформатора, питающего от вторичной сильноточной обмотки испарители. При этом испарители при помощи переключателя подключаются ко вторичной обмотке силового трансформатора поочередно. Контроль тока через испарители осуществляется по первичной обмотке силового трансформатора. Для обеспечения подогрева подложки выполнена отдельная электрическая цепь, состоящая из ЛАТРа, амперметра и, собственно, электрической нагревательной спирали из нихрома, расположенной внутри камеры (рис. 6) в непосредственной близости от подложки.

Третий функциональный блок состоит из вольтметра постоянного тока В7-27, предназначенного для измерения температуры подложки и прибора ВИТ-2П, работающего с преобразователями ПМТ и ПМИ (рис. 7), предназначенных для измерения уровня вакуума в системе.
Р
исунок 7. Электрическая схема базовой установки

2. 
   Модернизация электрической схемы установки вакуумного
   

напыления
В параграфе 2.1.4 описана электрическая схема базовой установки. Как следует из рис. 7, ее исполнение не позволяет выполнять одновременное испарение металлов из двух лодочек, кроме того управление по первичной обмотке трансформатора при разогреве лодочек приводит к значительным потерям электрической мощности и не позволяет осуществлять достаточно точную регулировку тока через испарители. Базовая электрическая схема не предусматривала возможность поддержания постоянной температуры подложки. В настоящей работе мы выполним модернизацию блока управления температурой подложки и испарителей с целью обеспечения более высокой точности управления токами через испарители и нагреватель подложки, а также осуществление режима поддержания постоянства температуры подложки.

Р ис. 8 Виды испарителей: проволоч­ные (1—10), ленточные (//—14) тигли (15—19) и электронно-лучевой (20)

2.2.1. Расчет силового трансформатора
Для конструктивного расчета силового трансформатора устанавливаем следующие исходные данные:

- напряжение питающей сети - U₁ = 200 В;

- действующее напряжение вторичных обмоток U₂ = U₃ = 40 В, U₄ = 20 В;

- действующие токи вторичных обмоток I₂ = I₃ = 50 A; I₄ = 5 A.

1. 
   Определяем сумму мощностей всех вторичных обмоток при полной нагрузке
   

P_II = P₂ + P₃ + P₄ = I₂U₂ + I₃U₃ + I₄U₄ = 2 х 40 х 50 + 5 х 20 = 4100 Вт.

Мощность трансформатора определяется формулой P_тр = P_II/ =

= 4100/0,9 4600 Вт. Принимаем величину индукции В = 11 10³ гс, плотность тока = 2,8 А/мм².

2. Определяем необходимую активную площадь сечения сердечника S_c по формуле:

Sc = 700 ,

2.1

где a = 5,0, f = 50 Гц - частота питающей сети:

S_c = 700 = 85,6 см²

Поперечное сечение сердечника с учетом коэффициента заполнения

k₃ = 0,92, S_с = S_c/k₃ = 93 см².

3. 
   Определяем число витков обмоток
   

2.2

2.3

С учетом 10% поправки ; .

4. 
   Определяем диаметры проводов обмоток
   

d₂ = d₃ = 1,13 = 4,8 мм; d₄ = 3,1 мм. 2.4

5. 
   Ток в первичной обмотке определяем по формуле
   
6. 
   I₁ = 1,1 = 1,1 . 2.5
   

6. 
   Определяем число витков в первичной обмотке
   

2.6

при диаметре провода d₁ = 3,25 мм.

2. 
   Разработка трехканального устройства регулирования тока
   

Для обеспечения независимого управления нагревом лодочек-испарителей, а также температурой подложки, на которую осуществляется нанесение тонкой металлической пленки, разработано трехканальное устройство управления током. Устройство предназначается для регулирования температуры мощных низковольтных нагревательных элементов. Оно состоит из трех независимых блоков, подключенных к отдельным понижающим обмоткам силового трансформатора и позволяет осуществлять регулировку тока в каждой из нагрузочных цепей независимо друг от друга. Принципиальная электрическая схема трехканального устройства управления токами нагрузки, чертежи печатной платы и монтажной платы приведены на рис. 9.

Сетевое напряжение (220 В) понижается силовым трансформатором до расчетных значений напряжений U₂, U_3, U₄ (см.п.2.2.1) и подается на схемы регулирования тока 1,2 и 3, состоящие из мощных силовых симисторов и интегральных драйверов. Интегральный драйвер выполнен на основе интегральной микросхемы КР1182ПМ1, предназначенной для регулирования тока через активную нагрузку мощностью до 150 Вт, либо для управления внешними тиристорами, либо симисторами. На выводах 14 и 15, а также 10 и 11 микросхемы формируются импульсы с частотой питающей электросети, скважность импульсов зависит от сопротивления переменного резистора, которым и осуществляется регулирование тока через активную нагрузку (лодочку-испаритель). Каналы 1 и 2, управляющие мощными симисторами ТС-161-160-2, обеспечивают регулировку тока через испарители. Канал 3 предназначается для управления током через нихромовую спираль, служащую для подогревания подложки, в нем использован симиcтор средней мощности ТС122-25-2, рассчитанных на токи до 10 А. Оптимальная технология изготовления печатной платы трехканального устройства регулирования тока приведены в табл.2




Рис. 9 Принципиальная схема управления тока спиралей

Примечание: Блоки А1; А2; А3 эдентичны, за исключением блока А3 где установлен семистор ТС122-25-2

3. 
   Обеспечение поддержания постоянной температуры подложки
   

Поскольку при напылении тонких пленок не требуется сверхпрецизионной точности поддержания температуры (параграф 1.1), то в качестве регулирующего температуру подложки устройства был выбран прибор Ш4541- позволяющий одновременно производить измерение и регулирование температуры в пределах 0-1100 ⁰С при использовании хромель-алюмелевой термопары. Измерительный механизм прибора Ш4541 - магнитоэлектрической системы, с подвижной частью на кернах. Двухпозиционный регулирующий сигнал обеспечивается посредством индуктивного датчика положения стрелки, представляющего собой жестко закрепленный на стрелке экран, взаимодействующий с контурными катушками генератора. При температуре ниже заданной, когда указатель стрелки находится левее указателя задачи регулирующего устройства, экран, закрепленный на стрелке, находится вне зазора контурных катушек и генератор вырабатывает высокочастотные колебания. Транзистор VT2 (рис. 10) при этом открыт и на контактах колодки 5,6 возникает выходной сигнал - напряжение постоянного тока порядка 12V при токе до

100 mА. При достижении температуры подложки заданного значения, когда указатель стрелки совпадает с указателем задачи регулирующего устройства, экран входит в зазор и генерация срывается, что приводит к запиранию транзистора VT2 и к исчезновению выходного сигнала. Схема включения регулирующего устройства приведена на рис. 11.

[
8.стр.5 ]