低溫冷凝泵在蒸發(fā)鍍膜機(jī)中的應(yīng)用

葉明

真空鍍膜是在處于真空狀態(tài)下的基片上制取膜層的一種方法。一般真空鍍膜有一下幾種方法：1.蒸發(fā)鍍膜；2.濺射鍍膜；3.化學(xué)沉積鍍膜。蒸發(fā)鍍膜就是在把鍍膜材料通過各種方法（電子槍，激光束等）加熱使鍍膜材料在真空環(huán)境下蒸發(fā)，吸附到基片上制取膜層的一種方法。

濺射鍍膜是在真空中用高速的惰性氣體離子從靶表面上轟擊出原子（分子）沉積到基片上的制取膜層的一種方法。

化學(xué)沉積鍍膜是在一定化學(xué)配比的反應(yīng)氣體，在特定激活條件下通過氣相化學(xué)反應(yīng)生成新的膜層材料沉積到基片上的制取膜層的一種方法。

我們今天講的是蒸發(fā)鍍膜，鍍膜腔體必須在真空下才能進(jìn)行。真空又分為幾個(gè)級(jí)別：

低真空級(jí)別：10^5～10^2Pa （760～1） Torr

中真空級(jí)別：10^2～10^-1Pa （1～10^-3） Torr

高真空級(jí)別：10^-1～10^-5Pa （10^-3～10^-7） Torr

超高真空級(jí)別：<10^-5 Pa （<10^-7） Torr

蒸發(fā)鍍膜的要求要達(dá)到高真空的級(jí)別，為了達(dá)到高真空，設(shè)備必須配置真空泵，不同種類的真空泵對(duì)真空級(jí)別及運(yùn)行條件都有要求；

所以要達(dá)到高真空要求，高真空泵有幾種選擇：油擴(kuò)散泵，渦輪分子泵，低溫泵。

為了達(dá)到高真空泵啟動(dòng)壓強(qiáng)的要求，還必須配置粗真空泵：活塞式真空泵，旋片式真空泵，羅茨真空泵。

為了提高工作效率，我們?cè)O(shè)備粗真空泵配置的是羅茨真空泵。我下面主要介紹的是高真空泵的特點(diǎn)：

1.油擴(kuò)散泵

2.渦輪分子泵

3.低溫泵

從上面可以了解每種高真空泵的特性，都可以使用。但油擴(kuò)散泵使用時(shí)間長(zhǎng)了以后，油有可能進(jìn)入到鍍膜主腔體，從而影響產(chǎn)品品質(zhì)，所以如果對(duì)膜層牢固度等要求高的，一般不選用油擴(kuò)散泵。分子泵沒有油，所以不必?fù)?dān)心油污染。但分子泵在高真空時(shí)抽速慢，而且對(duì)鍍膜主腔體內(nèi)的水汽無法處理，一般膜層的應(yīng)力比較大，對(duì)牢固度也有一定的影響。所以如果一定要用分子泵時(shí)，一般會(huì)加裝一套低溫冷井來配合使用，這樣加裝冷井后對(duì)抽速也會(huì)有改善。前面二種泵由于是前吸后吐的，所以在使用時(shí)羅茨泵必須全時(shí)間開啟。冷泵是一種利用極低溫度（-260°C）捕捉氣體分子。使氣體分子從氣態(tài)直接變成固態(tài)，體積急劇縮小，從而獲得真空。由于是利用低溫來獲得真空，鍍膜主腔體內(nèi)可以得到潔凈及相對(duì)干燥的環(huán)境，可以鍍出優(yōu)質(zhì)膜層。我們的設(shè)備就是采用羅茨泵+低溫泵來獲得設(shè)備生產(chǎn)所需要的高真空的。

下面我們利用冷泵的結(jié)構(gòu)圖來了解冷泵對(duì)各種氣體的冷凝位置的了解。

80K組件：工作溫度-190°C，所以在抽真空時(shí)只凝結(jié)主鍍膜腔體內(nèi)的水汽。

15K組件：這個(gè)組件是有金屬背面粘結(jié)高效活性炭組成。工作溫度在-260°C～-250°C之間，在這個(gè)溫度下除了氫氣，氦氣，氖氣外都凝結(jié)成冰。

我們從冷泵的結(jié)構(gòu)圖可以發(fā)現(xiàn)冷泵在面對(duì)腔體的部分沒有任何運(yùn)動(dòng)部件，冷泵是靠冷來抽真空的，即使有鍍膜殘?jiān)蚱渌鼥|西不小心掉落到冷泵里也不會(huì)影響使用，而且水汽含量低，可以得到潔凈的真空，所以現(xiàn)在在鍍膜行業(yè)得到普遍應(yīng)用。

下面主要介紹下使用低溫泵的真鍍?cè)O(shè)備的常見故障的判斷及故障排除：

低溫泵是冷凝氣體獲得真空的，在使用過程中不斷有氣體被冷凝或吸附，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)，低溫泵需要釋放被冷凝或吸附的氣體，這個(gè)過程我們稱之為再生。低溫泵再生分為：升溫吹氣‐粗抽到底壓‐檢漏‐降溫四個(gè)價(jià)段。一般再生出現(xiàn)問題主要在檢漏這個(gè)階段，主要原因是在升溫吹起氣過程中，氣體排出低溫泵時(shí)可能會(huì)有雜質(zhì)粘在低溫泵的排氣閥的密封圈上或者HV（高閥）也有雜質(zhì)粘在HV閥的密封圈上。所以一旦發(fā)現(xiàn)檢漏過不了，就停止再生，用無塵布蘸酒精擦拭密封圈。我們?cè)趺磁袛嗟降资悄膫€(gè)密封圈出現(xiàn)問題呢，首先我們?cè)谏厦驽兡で惑w在一個(gè)大氣壓下，用機(jī)械泵（MP）抽低溫泵的真空到5e-2Torr，關(guān)閉粗抽閥（FV），測(cè)試低溫泵內(nèi)真空漏率，多做幾次漏率測(cè)試，得到低溫泵在上面腔體在一個(gè)大氣壓下的漏率值，然后再用機(jī)械泵（MP）把鍍膜腔體抽到e-2Torr，再給低溫泵做漏率測(cè)試，比較腔體在不同壓力下低溫泵的漏率來判斷是否高閥（HV）的密封圈出現(xiàn)問題，如果低溫泵的二組漏率差不多，那么冷泵排氣閥密封圈漏氣的可能性比較大。檢漏沒問題，不等于不漏我們還要在低溫泵降溫過程中時(shí)刻注意低溫泵內(nèi)的真空度的變化，正常情況下，當(dāng)?shù)蜏乇玫臏囟鹊陀?60K時(shí)，低溫泵內(nèi)的真空數(shù)值有下降趨勢(shì)，因?yàn)榈蜏乇脙?nèi)的水汽這這個(gè)溫度下會(huì)結(jié)冰，體積縮小，真空越來越好。所以如果當(dāng)?shù)蜏乇脺囟鹊陀?50K，而低溫泵內(nèi)的真空數(shù)值還沒有下降趨勢(shì)的話，說明低溫泵還存在一定的微漏，還是要處理完微漏低溫泵才能再生，這樣才能保證真空達(dá)到鍍膜要求及使用時(shí)間的要求。

低溫泵是有一定的使用壽命的，一般2年左右做一次維護(hù)，下面我來說一下如何判斷低溫泵是否要做維護(hù)。有于低溫泵是用低溫來獲得真空的，所以最直觀的判斷是看低溫泵的溫度。我們的設(shè)備提供了低溫泵溫度的保護(hù)，當(dāng)?shù)蜏乇脺囟壬仙?0K時(shí)，設(shè)備就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉高閥（HV），限制繼續(xù)做工藝，所以一般當(dāng)?shù)蜏乇迷谧龉に嚂r(shí)，當(dāng)看到低溫泵溫度到達(dá)18～19K時(shí)，就要知道低溫泵盡快做一次保養(yǎng)了。這是從低溫泵的溫度判斷低溫泵是否要做保養(yǎng)了。另外，我們還可以從低溫泵本身的特性也可以判斷低溫泵是否做保養(yǎng)。我們可以從低溫泵的制冷效率更能準(zhǔn)確判斷，低溫泵降溫需要一定的時(shí)間，一般我們的低溫泵降溫時(shí)間是150分鐘以內(nèi)，所以我們最好能記錄低溫泵再生時(shí)降溫的時(shí)間，如果降溫時(shí)間超過180分鐘以上，就時(shí)刻注意低溫泵的溫度，及時(shí)做好隨時(shí)保養(yǎng)的準(zhǔn)備。另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是看壓縮機(jī)在低溫泵正常工作時(shí)的動(dòng)態(tài)壓的變化，一般先記錄冷泵狀態(tài)良好時(shí)的壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)壓力，一般，根據(jù)這幾年的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)蜏乇眯阅苓_(dá)不到使用要求時(shí)，壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)壓力會(huì)偏高，而且擺動(dòng)幅度會(huì)相應(yīng)縮小。比如說，剛維護(hù)好的低溫泵在正常工作時(shí)壓縮機(jī)的壓力是80～100Psi之間擺動(dòng)，但當(dāng)?shù)蜏乇靡S護(hù)時(shí)，壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)壓力一般在110～115Psi之間擺動(dòng)。所以經(jīng)常觀察壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)壓力變化，也能大致判斷低溫泵的性能。

（作者單位：株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司 半導(dǎo)體事業(yè)部）endprint