Основы расчета и проектирования вакуумных систем технологического оборудования

Основой для проектирования технологической вакуумной установки является технологический процесс обработки изделия, который можно отобразить графически в виде технологической диаграммы, показывающей соотношение затрат времени на различных этапах технологического процесса.

Технологические диаграммы для одного вида техпроцесса часто различаются лишь соотношением времен рабочих и вспомогательных переходов.

На рис. 9. даны примеры типовых технологических диаграмм для сверхвысоковакуумной откачной и напылительной установок.

Техпроцесс может включать следующие этапы:

1. Установка прибора (установка штенгеля в откачное гнездо и его герметизация, напай штенгеля на «гребенку» откачной системы, фланцевое присоединение штенгеля). Для напылительного технологического оборудования этот этап представляет установку (загрузку) заготовок в вакуумную камеру и ее герметизацию. Время установки t_У обычно нормируются в пределах, данных в табл. 3.

Ориентировочные нормы времени на установку изделий.

Таблица 3

№ п/п	Время установки изделия, ty	Время
	Установка штенгеля в гнездо и его герметизация	3-10 с
	Напайка стеклянного штенгеля	4-10 мин
	Фланцевое присоединение металлического штенгеля	3-10 мин
	Загрузка заготовок	5-20 мин

2. Предварительная форвакуумная откачка прибора или рабочей ка­меры. Время форвакуумной откачки t_ф рассчитывается. Оно включает время от момента подключения (с помощью клапана) форвакуумного насоса к откачиваемому объекту до момента вклю­чения высоковакуумного насоса.

3. Высоковакуумная откачка включает время t_В от момента подклю­чения действующего высоковакуумного насоса к объекта до момента включения сверхвысоковакуумного насоса или до начала процесса обезгаживания (для высоковакуумной системы). Время t_В рассчитывается.

4. Сверхвысоковакуумная откачка включает время t_СВВ откачки объекта от момента включения сверхвысоковакуумного насоса до начала процесса обезгаживания (для высоковакуумных систем отсутствует). Время t_СВВ рассчитывается.

5. Обезгаживание реципиента (объекта откачки) и арматуры. Время обезгаживания t_Об зависит от требуемого окончательного давления, газосодержания арматуры и изделий, температуры обезгаживающего прогрева, быстроты от­качки, в свою очередь определяемые конструкцией прибора или камеры. Чаще всего время обезгаживания определяется экспериментально на ос­нове предварительных исследований и ориентировочно составляет (см. табл. 4.):

Время обезгаживания типовых объектов, t_об

Таблица 4.

№ п/п	Реципиент (откачиваемый объект)	Время обезгаживания
	НОЛН (Нормально-осветительная лампа)	2-20 мин
	ПУЛ (Приёмно-усилительная лампа)	20-40 мин
	ЭЛТ (Электронно-лучевая трубка)	20-60 мин
	ЛБВ (Лампа бегущей волны)	1-10 ч
	ЦЭЛТ (Цветная электронно-лучевая трубка)	1-2 ч
	М (Магнетрон)	2-10 ч
	К (Клистрон)	5-20 ч
	ФЭП (Фото-электронный преобразователь) 1го поколения	20-40 мин
	ФЭП 3го поколения	20-60 ч
	Установка сварки	20-60 мин
	УВН (Установка вакуумного напыления)	20-60 мин
	ИОЛА (Установка ионного легирования)	0,5-2 ч
	Установка ионной или электронной литографии	1-2 ч
	МЛЗ (Установка молекулярной эпитаксии)	10-50 ч

Увеличение времени обезгаживания позволяет уменьшить поток газовыделения при обезгаживании и рабочее давление (Р_Р), но уменьшает также и производительность оборудования.

Рабочее давление при обезгаживании (Р_Р) связано с окончательным давлением, получаемым в приборе (Р_ОК) и обычно составляет Р_Р <(10-5О)Р_ОК.

6. Следующий этап вакуумной обработки ЭВП- активирование или формирование рабочей поверхности катода, t_К сопровождающееся повышенным газовыделением из разлагающихся или распыляемых материа­лов. Обычно давление Р_Р допустимое при активировании задается.

В элионном (напылительном, эпитаксиальном, электронно-, ионно-лучевом и т.п.) оборудовании этому этапу соответствует прогрев для обезгаживания испарителей (в установках вакуумного напыления), прогрев катодов в электронно-лучевом или ионно-лучевом технологичес­ком оборудовании.

Время активирования и обезгаживания катода или испарителей рассчитывается на основе данных газосодержания катода или испарите­лей.

7. Время t_О откачки ЭВП после обезгаживания до момента достиже­ния окончательного давления в ЭВП рассчитывается.

В элионном оборудовании после обезгаживания обычно проводится процесс формирования изделия (напыления, сварки, ионного легирования и т.п.), время которого определяется режимом работы.

Элионное оборудование, как правило, включает еще один этап- остывание полученного изделия продолжительностью от 10 до 40 мин.

8. Отпай ЭВП, или разгерметизация камеры, t_П. Обычно принимают:

1) отпай стеклянного штенгеля- 10-60 с;

2) пережим металлического штенгеля- 1-10 мин;

3) разгерметизация камеры и снятие изделий- 5-20 мин.

Технологическая диаграмма дает наглядное представление о после­довательности, количестве и продолжительности переходов, зависящих от специфики техпроцесса, конструкции вакуумной системы.

Проектирование вакуумной системы технологического оборудования включает следующие этапы: