Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления, страница 14

3.38):- модуль численного моделирования процесса напыления при дуальной схемес вращением;- модульчисленногомоделированияпроцессанапылениясодниммоделированияпроцессанапылениясодниммагнетроном с вращением;- модульчисленногомагнетроном без вращения.117Рис. 3.38. Структура расчетного комплекса программРасчетный комплекс программ позволяет:- исследоватьгеометрическиеикинематическиепараметрыпроцессанапыления;- рассчитывать траекторию движения планетарного механизма и напыляемойдетали и вывести анимацию движения планетарного механизма;- рассчитывать распределение толщины покрытия на подложке и егонеравномерность;- проводить оптимизацию конструкции вакуумной установки в обеспеченииминимальной неравномерности толщины покрытия.3.5.1.

Модуль численного моделирования процесса напыления при дуальнойсхеме с вращениемДля расчета параметров магнетронного напыления при дуальной схеме свращением и построения эпюры распределения толщины тонкопленочногопокрытияпонапыляемойповерхностидеталиразработаналгоритмкомпьютерного расчета, блок-схема которого представлена на Рис. 3.39.В начале расчета (блок 1 на рисунке 3.39) производим ввод исходныхданных (блок 2), к числу которых относятся: расстояние от центра вращениякарусели до оси вращения сателлита вокруг собственной оси R, расстояние от118центра сателлита до детали r, соотношение скоростей вращения водила исателлитов n, расстояние от магнетронов до центра оси водила D, углы наклонамагнетронов к фронтальной плоскости камеры ( q Л и q П ), расстояния от плоскостисимметрии камеры до точечных источников напыляемого материала для правого( cW , c W )П1П2илевого( cW , c W )Л1Л2магнетронов,коэффициентыKи hm,характеризующие физические и технологические особенности режима напыления,массив координат расчетных точек xA на напыляемой поверхности.После ввода координат рассчитываются координаты точечных источниковнапыляемого материала в системе координат XOY (блок 3).

Дальнейший алгоритмзаключается в выполнении цикла (блок 4) – перебора координат xA и расчета длякаждой из них толщины пленки от левого и правого магнетронов.Вычисления производятся в теле цикла и начинаются с обнуления значениятолщины покрытия в соответствующей точке (блок 5). Расчет толщины покрытияв заданной точке осуществляется в цикле (блок 6) по значениям угла поворотасателлита β и заключается в многократном вычислении (блок 7) координат центранапыляемой подложки (x0; y0) и рассматриваемой точки (x; y), а также величин ρ,φ, ε, ξ (блоки 8, 11, 14, 17).Сущность расчета толщины покрытия в текущей точке заключается внакапливании приращений толщины покрытия рекуррентным суммированием(блоки 10, 13, 16, 19).Это приращение толщины тонкопленочного покрытияимеет смысл производить только в том случае, если материал, эмитируемый израссматриваемого источника, попадает на напыляемую поверхность детали.

Этопроисходит, если угол падения ε и угол направленности φ по абсолютнойвеличине не превышает прямого угла (блоки 9, 12, 15, 18).После вычисления информационный поток выходит из цикла, и выводятсярезультаты вычислений для их дальнейшей обработки в программном модуле.На основе приведенного алгоритма была разработана компьютернаяпрограмма в среде MATLAB [75, 76, 77].

Программа снабжена интерфейсом, окнокоторого представлено на Рис. 3.40. Основными элементами интерфейсапрограммы являются поля ввода данных с их текстовым описанием.119Рис. 3.39. Блок-схема алгоритма вычисления распределения толщинытонкопленочного покрытия по напыляемой поверхности детали при дуальнойсхеме напыления120В полях ввода представлены значения, установленные по умолчанию. Принажатии на кнопку «Анимация траектории» строится траектория движения центрасателлита, центра детали и рассматриваемой точки и покадрово показываетсяположение сателлита и детали в зависимости от угла β (Рис.

3.41).При нажатии на кнопку «Графики параметров» появляются четыре окна сграфиками зависимостей параметров ρ, φ, ε, ξ от угла поворота детали β(Рис. 3.42-3.45).При нажатии на кнопку «Расчет толщины покрытия» строится эпюрараспределения толщины тонкопленочного покрытия от левого и правогомагнетронов и суммарного слоя (Рис. 3.46).

В верхней части окна отображаютсячисленные значения соответствующих слоев: минимальная, максимальная исредняя толщина, характеристика неравномерности s.Рис. 3.40. Интерфейс модуля расчетаРис. 3.41. Кадр анимации движения сателлита на карусели и детали121Рис. 3.42. Графики зависимости расстояния ρ от соответствующих точечныхисточниковРис. 3.43. Графики зависимости угла направленности φ от соответствующихточечных источниковРис. 3.44. Графики зависимости угла падения ε от соответствующих точечныхисточников122Рис. 3.45. Графики зависимости скорости напыления ξ от соответствующихточечных источниковРис. 3.46 Эпюра распределения толщины тонкопленочного покрытия1233.5.2.

Модуль численного моделирования процесса напыления при схемеодного магнетрона с вращением деталиДля расчета параметров магнетронного напыления при схеме одногомагнетрона с вращением и построения эпюры распределения толщинытонкопленочного покрытия по напыляемой поверхности детали разработаналгоритм компьютерного расчета, блок-схема которого представлена на Рис. 3.47.В начале расчета (блок 1) производят ввод исходных данных (блок 2), кчислу которых относятся: расстояние от центра вращения карусели до осивращения сателлита вокруг собственной оси R, расстояние от центра сателлита додетали r, соотношение скоростей вращения водила и сателлитов n, расстояние отмагнетроновдоплоскостиподложкиS,расстояниемеждуточечнымиисточниками напыляемого материала L, коэффициенты K и hm, характеризующиефизические и технологические особенности режима напыления, массив координатрасчетных точек xA на напыляемой поверхности.После ввода координат рассчитываются координаты точечных источниковнапыляемого материала в системе координат XOY (блок 3).

Дальнейший алгоритмзаключается в выполнении цикла (блок 4) – перебора координат xA и расчета длякаждой из них толщины пленки от левого и правого магнетронов.Вычисления производятся в теле цикла и начинаются с обнуления значениятолщины покрытия в соответствующей точке (блок 5). Расчет толщины покрытияв заданной точке осуществляется в цикле (блок 6) по значениям угла поворотасателлита β и заключается в многократном вычислении (блок 7) координат центранапыляемой подложки (x0; y0) и рассматриваемой точки (x; y), а также величин ρ,φ, ε, ξ (блоки 8, 11).Сущность расчета толщины покрытия в текущей точке заключается внакапливании приращений толщины покрытия рекуррентным суммированием(блоки 10, 13). Это приращение толщины тонкопленочного покрытия имеет смыслпроизводитьтольковтомслучае,еслиматериал,эмитируемыйрассматриваемого источника, попадает на напыляемую поверхность детали.из124Рис.

3.47. Блок-схема алгоритма вычисления распределения толщинытонкопленочного покрытия по напыляемой поверхности детали при схеме одногомагнетрона с вращением детали125Это происходит, если угол падения ε и угол направленности φ по абсолютнойвеличине не превышает прямого угла (блоки 9, 12).После вычисления информационный поток выходит из цикла, и выводятсярезультаты вычислений для их дальнейшей обработки в программном модуле.На основе приведенного алгоритма была разработана компьютернаяпрограмма в среде MATLAB [75, 76, 77].

Программа снабжена интерфейсом, окнокоторого представлено на Рис. 3.48. Основными элементами интерфейсапрограммы являются поля ввода данных с их текстовым описанием. В полях вводапредставлены значения, установленные по умолчанию.При нажатии на кнопку «Анимация траектории» строится траекториядвижения центра сателлита, центра детали и рассматриваемой точки и покадровопоказывается положение сателлита и детали в зависимости от угла β (Рис. 3.49).При нажатии на кнопку «Графики параметров» появляются четыре окна сграфиками зависимостей параметров ρ, φ, ε, ξ от угла поворота детали β(Рис. 3.50-3.53).При нажатии на кнопку «Расчет толщины покрытия» строится эпюрараспределения толщины тонкопленочного покрытия от левого и правоготочечного источников напыления магнетрона и суммарного слоя (Рис.

3.54). Вверхней части окна отображаются численные значения соответствующих слоев:минимальная, максимальная и средняя толщина, характеристика неравномерностиs.Рис. 3.48. Интерфейс модуля расчета126Рис. 3.49. Кадр анимации движения сателлита и деталиРис.

3.50. Графики зависимости расстояния ρ от соответствующих точечныхисточниковРис. 3.51. Графики зависимости угла направленности φ от соответствующихточечных источников127Рис. 3.52. Графики зависимости угла падения ε от соответствующих точечныхисточников при прямом движении сателлитаРис. 3.53. Графики зависимости скорости напыления ξ от соответствующихточечных источников при реверсном движении сателлитаРис.