Отчет о применении регулятора массового расхода MFC для оборудования для вакуумного нанесения магнетронного распыления

1. Обзор

Основным компонентом встроенного модуля газового контура, показанного на рисунке, является регулятор массового расхода термического типа (MFC). В сочетании с компрессионными трубками из нержавеющей стали высокой чистоты 316, ручными запорными шаровыми кранами, байпасными ротаметрами и передними блоками стабилизации давления он служит основным блоком управления технологическим газом для различного оборудования для нанесения покрытий магнетронным распылением.

MFC реализует высокоточный замкнутый контур регулирования массового расхода технологических газов, включая аргон (Ar), кислород (O₂), азот (N₂) и водород (H₂). Его производительность невосприимчива к колебаниям температуры, давления газа на входе и вакуума в камере. Он может стабильно регулировать состояние плазмы и точно контролировать соотношение газов для реактивного распыления, обеспечивая однородность пленки, стабильность состава, а также электрические и оптические свойства.

Он широко совместим со всем спектром оборудования для магнетронного распыления, от лабораторных систем исследований и разработок до крупномасштабных линий непрерывного производства, охватывающих множество промышленных цепочек, таких как фотоэлектрические элементы, дисплеи, функциональное стекло, полупроводники, оптические тонкие пленки, бытовая электроника и прецизионные режущие инструменты.

2. Принцип работы

Используя технологию измерения теплового расхода, MFC обнаруживает массовый расход газа в режиме реального времени и выполняет регулирование с обратной связью с помощью встроенного регулирующего клапана.

Система управления оборудованием отправляет заданное значение заданного расхода. MFC непрерывно сравнивает измеренный расход с заданным значением, динамически регулирует открытие клапана и передает сигналы расхода в реальном времени для обеспечения автоматического и цифрового управления процессом.

Функции каждого компонента встроенного газового модуля:

MFC: Высокоточный автоматический контроль расхода основного газового тракта;

Байпасный ротаметр: визуальный контроль на месте и калибровка во время ввода оборудования в эксплуатацию;

Ручной шаровой кран: Изоляция отдельных газопроводов для автономного обслуживания и замены МФЦ;

Узел стабилизации давления: подавляет колебания давления подаваемого газа и гарантирует стабильное регулирование расхода.

Обычные ротаметры отображают только объемный расход без автоматического регулирования. Погрешность их измерения значительна при изменении условий вакуума и температуры. Напротив, MFC поддерживает электрическое управление, хранение рецептов и дистанционную настройку, что делает его стандартным оборудованием для автоматизированных линий нанесения покрытия массового производства.

3. Пять сегментированных сценариев применения и подходящее оборудование для распыления.

Сценарий 1: Производство фотоэлектрического, дисплейного и функционального стекла с низким уровнем выбросов — крупномасштабные непрерывные производственные линии

Соответствующее оборудование: вертикальные производственные линии непрерывного напыления, линии рулонного напыления, большие горизонтальные линии нанесения покрытия на стекло.

Описание приложения

Этот сектор охватывает фотоэлектрические проводящие пленки, подложки для дисплеев OLED/LCD, энергосберегающее архитектурное стекло Low-E и автомобильное защитное стекло. Эти предприятия непрерывного массового производства оснащены огромными вакуумными камерами и обеспечивают бесперебойную работу. Несколько каналов технологического газа требуют долговременной стабильной подачи газа. В процессах обычно в качестве распыляющего газа используется Ar, смешанный с O₂ и N₂ в качестве химически активных газов. Для тонких пленок большой площади требуется чрезвычайно высокая однородность атмосферы камеры.

Основная ценность МФЦ

Десятки MFC работают синхронно на всей производственной линии, поддерживая постоянное соотношение газов в течение длительных рабочих циклов, обеспечивая постоянную толщину пленки и оптические параметры на подложках большой площади. Система поддерживает централизованное управление с помощью систем управления производственной линией и переключение рецептов одним щелчком мыши для непрерывного крупносерийного производства. На этом рынке также зафиксирована самая большая стоимость закупок по одному заказу во всех сегментах.

Типичные процессы: прозрачные проводящие пленки PV AZO, низкоэмиссионные покрытия Low-E на основе Ag, пассивирующие пленки для подложек дисплеев.

Сценарий 2: Полупроводники и компоненты датчиков — оборудование кластерного распыления среднего и высокого класса

Соответствующее оборудование: системы кластерного многокамерного магнетронного распыления, платформы для распыления пластин, оборудование для нанесения покрытий на чипы и датчики.

Описание приложения

Эта область, ориентированная на полупроводниковые пластины, МЭМС-датчики, оптические сенсорные чипы, силовые устройства и другие прецизионные компоненты, представляет собой высокотехнологичные производственные процессы. В оборудовании используется кластерная архитектура вакуумных камер с жесткими требованиями к чистоте газа, точности управления потоком, чистоте газа и предотвращению загрязнения. Незначительные отклонения в соотношении реактивного газа напрямую влияют на выход продукта.

Основная ценность МФЦ

Антикоррозийные и высокоточные MFC высокой чистоты обеспечивают стабильный выходной поток в низких диапазонах расхода и подавляют дрейф потока. Они поддерживают полную отслеживаемость данных процесса для соответствия стандартам качества полупроводниковой промышленности. Точное дозирование газа позволяет наносить барьерные слои, слои металлической проводки и диэлектрические пассивирующие пленки, снижая риски утечек и отказов электронных устройств.

Типичные процессы: напыление металлизации пластин, тонкие электродные пленки для датчиков, полупроводниковые барьерные пленки.

Сценарий 3: Производители оптических компонентов и функциональных материалов — одно-/многокамерные распылительные машины среднего объема

Соответствующее оборудование: однокамерные и тандемные многокамерные машины магнетронного напыления среднего размера.

Описание приложения

Клиенты производят оптические линзы, оптические фильтры, инфракрасные окна, компоненты оптических покрытий и гибкие оптические тонкие пленки. Продукты очень чувствительны к показателю преломления, коэффициенту пропускания и разнице цвета. Реактивное распыление широко используется для изготовления оксидных и нитридных оптических пленок. Производство состоит из средних и мелких серийных заказов с частой сменой рецептур покрытия.

Основная ценность МФЦ

MFC быстро реагирует на изменения параметров процесса и стабилизирует соотношение смешивания Ar с O₂/N₂, предотвращая целевое отравление и отклонение состава тонких пленок. Это обеспечивает постоянную разницу в цвете и оптические характеристики в разных партиях, а также облегчает быстрое обновление конструкции стопки оптической пленки.

Типичные процессы: Многослойные оптические покрытия из TiO₂, SiO₂ и Si₃N₄, инфракрасные просветляющие пленки.

Сценарий 4: 3C Бытовая электронная отделка, режущие инструменты, пресс-формы и прецизионное оборудование — оборудование для нанесения покрытий средними и мелкими партиями

Соответствующее оборудование: Средние и малые однокамерные/двухкамерные машины для нанесения магнетронного напыления.

Описание приложения

Два основных подсегмента:

① Бытовая электроника: декоративные покрытия для корпусов мобильных телефонов, ноутбуков и носимых устройств;

② Промышленное применение: твердые износостойкие покрытия для режущих инструментов, штамповочных форм и прецизионных механических деталей.

В производстве применяется прерывистый серийный выпуск. Клиенты отдают предпочтение однородному цвету пленки и стабильной износостойкости.

Основная ценность МФЦ

Он стабильно контролирует смешанные газы, такие как Ar N₂ и Ar C₂H₂, при нанесении твердых покрытий CrN, TiN, DLC и цветных декоративных пленок. Это устраняет отклонение цвета и нестабильную износостойкость, вызванные традиционной ручной регулировкой давления, что снижает количество доработок продукта.

Типичные процессы: износостойкие покрытия из нитрида хрома, металлические декоративные пленки, покрытия из алмазоподобного углерода (DLC).

Сценарий 5: Университеты, исследовательские институты и корпоративные центры исследований и разработок — системы распыления лабораторного масштаба

Соответствующее оборудование: небольшое однокамерное оборудование для магнетронного распыления, многофункциональные экспериментальные машины для нанесения покрытий.

Описание приложения

Используется для разработки новых материалов, исследования механизмов тонких пленок и предварительной разработки новых процессов. Экспериментальные рецепты часто обновляются с частым переключением газов, уделяя особое внимание исследованию многоэлементных тонких пленок и новых функциональных материалов. Каждая партия содержит ограниченное количество образцов, однако требуются широкие возможности настройки параметров и высокая точность контроля.

Основная ценность МФЦ

Гибкая конфигурация диапазона поддерживает переключение параметров для нескольких типов газа. Устройство поддерживает независимую ручную регулировку или автоматическое управление с помощью главного программного обеспечения, что помогает исследователям оптимизировать параметры соотношения газов. Он записывает экспериментальные данные для поддержки исследовательских проектов и научных публикаций.

Типичные процессы: исследования двумерных материалов, каталитических тонких пленок и новых функциональных тонких пленок.

4. Заключение

Являясь основным прибором контроля газа для оборудования магнетронного распыления, контроллер массового расхода (MFC) обеспечивает высокоточное управление потоком с обратной связью и применим к оборудованию полного спектра, начиная от лабораторных прототипов для исследований и разработок и заканчивая крупными линиями непрерывного производства.

Крупнейший сегмент рынка составляют крупномасштабные линии непрерывного производства фотоэлектрических элементов, дисплеев и низкоэмиссионного стекла. Полупроводниковое и сенсорное оборудование требует сверхвысокой точности и высокой чистоты. Производители оптических тонких пленок отдают приоритет гибкому переключению процессов. Производство декоративных 3C-покрытий и покрытий для инструментов ориентировано на стабильность производства, в то время как университетские исследовательские платформы требуют универсальных возможностей НИОКР.

Соответствие решений интегрированного газового контура MFC соответствующим спецификациям и классам точности в соответствии с позиционированием оборудования в различных промышленных сегментах стабилизирует тонкопленочные процессы, повышает производительность производства и обеспечивает цифровое воспроизведение процессов. МФЦ являются незаменимыми основными компонентами для стабильной промышленной работы всех типов производственных линий магнетронного распыления.