Курсовая работа: Установка вакуумного напыления коррозионностойких алмазноподобных пленок

Курсовая работа

по курсу:

«Системы автоматического управления оборудования»

Тема проекта:

«Система автоматического управления установки вакуумного напыления тонкопленочных алмазоподобных покрытий».

Москва, 2000 г.

Оглавление.

Стр.

• Задание. . . . . . . . . 3
• Введение. . . . . . . . . 4
• Описание процессной модели. . . . . 5
• Комплексная принципиальная схема. . . . 7
• Техническое задание на элементы и узлы машин. . 8
• Расчёт и описание схемы работы. . . . . 9
• Заключение. . . . . . . . 12
• Список литературы. . . . . . . 13

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по системам автоматического управления оборудования электронных технологий.

Тема проекта:

«Установка напыления алмазоподобных коррозионно-стойких тонкопленочных покрытий».

1. Проработать описание работы машины, выбрать и обосновать состав его основных целевых функций, сервисных функций, функций отработки аварий.
2. Разработать комплексную принципиальную схему, как совокупность системы целевых механизмов, системы их энергообеспечения и системы управления, связанных материальными, энергетическими и информационными потоками.

3. Описать механический, энергетический и информационный интерфейс компонентов стенда.

Содержание графической части.

1. Процессная модель машины . . . . . 1 л.
2. Комплексная принципиальная схема . . . . 2 л.
3. Комплексная электрическая схема . . . . 1 л.

Содержание расчетно-пояснительной записки.

1. Введение.
2. Описание процессной модели. Выбор и обоснование целевых, сервисных функций, и функций коррекции цели.
3. Описание комплексной принципиальной схемы.
4. Технические задания на элементы и узлы машины.
5. Расчет и описание схемы.
6. Заключение.

II. Введение.

В настоящее время все большее число производств переходит на использование автоматизированного и автоматического оборудования. Без управляющей электроники уже не может обойтись ни одна отрасль промышленности, особенно - электронное машиностроение, где необходимо управление множеством технологических параметров при высочайшей точности и жестких требованиях к соблюдению технологии.

Целью курсового проекта является овладение навыками, методами и средствами комплексных разработок механических и электронных компонентов оборудования САУ.

Задачи проекта состоят в:

• распределении функций машины между различными компонентами и обоснование этих функций;
• постановке четких технических заданий перед разработчиками отдельных компонентов;
• выполнении технической документации на электронные компоненты.

В итоге для упрощения работы оператора и повышения производительности предложен вариант полностью или частично автоматизированной установки вместо существующей установки с полностью ручным управлением.

В данном курсовом проекте рассматриваются вопросы, связанные с автоматизацией операций процесса нанесения алмазоподобных корозионно-стойких тонкопленочных покрытий (АТКП). В качестве начального этапа полной автоматизации установки в проекте осуществлена автоматизация технологического процесса, которая позволяет:

• Контролировать внутри камерное давление;
• Управлять напуском двух газов в камеру;
• Поддерживать и регулировать параметры технологической среды в камере;

Курсовой проект выполнен в объеме 4-х листов А3 и расчетно-пояснительной записки. На первом листе приведены алгоритм работы установки и таблица процессов. На втором и третьем листах – комплексная, принципиальная схема установки - механика, энергообеспечение, системы автоматического и ручного управления. На четвертом листе - схема соединений на машину. В расчетно-пояснительной записке приведены необходимые пояснения и расчеты, отражены принципы построения САУ установки, даны описания листов проекта.

III. Процессная модель.

1. Назначение и принцип действия установки.

Процесс нанесения АТКП имеет ряд особенностей:

• чистота процесса осаждения;
• высокие требования по концентрации газов реагентов;
• необходимость поддерживать стабильные параметры технологической среды.

В данных условиях производства используется лабораторно-производственная установка по нанесению тонкопленочных покрытий.

Перед нанесением алмазоподобного тонкопленочного покрытия подложка закрепляется на подложкодержатель внутри камеры установки. Затем производится предварительная откачка камеры до низкого давления, ионная очистка с одновременной активацией поверхности образца и дальнейшее получение покрытия осаждением из газовой фазы с использованием электромагнитного устройства (ЭМУ) и нагрева подложки. В момент начала и в процессе осаждения одновременно с подачей напряжения на электрод и включением ЭМУ проводятся замеры температуры подложки, давления в камере, роста толщины пленки.

Измерение температуры проводятся с помощью термопары (помещенной внутрь камеры), сигнал с которой через двухканальный усилитель поступает на микроконтроллер и в последствии обрабатывается. Давление в камере определяется обработкой сигнала ВД-1 от мембранного вакуумметра – ППД-1. Изменение толщины пленки определяется обработкой данных показателей оптического датчика, расположенного вне камеры. Сигнал с датчика через усилитель поступает в микроконтроллер и обрабатывается.

2. Деление технологии на процессы.

В работе установки можно выделить следующие основные процессы:

1. Загрузка;
2. Байпасная откачка;
3. Форвакуумная откачка;
4. Высоковакуумная откачка;
5. Технологический процесс:

5.1. Очистка поверхности подложки;

5.2. Нагрев подложки;

5.3. Нанесение пленки.

5.4. Подготовка к выгрузке.

1. Форвакуумное выключение;
2. Выгрузка.

На листе «Процессная модель » приведена подробная последовательность действий при проведении каждого из процессов, а также общий алгоритм и диаграмма работы машины.

Проанализируем данные процессы:

1. Включение и загрузка образцов.

Процессы проводятся в ручном режиме и носят подготовительный характер.

Критерий начала: свободна вакуумная камера.

Критерий окончания: вакуумная камера закрыта.

2. Байпасная откачка.

Предназначена для создания условий необходимых для высоковакуумной откачки.

Критерий начала: вакуумная камера закрыта.

Критерий окончания: давление в камере 1 Па.

3. Форвакуумная откачка.

Предназначена для создания условий откачки и работы диффузионным насосом.

Критерий начала: давление в вакуумной камере 1 Па.

Критерий окончания: является время разогрева масла в диффузионном насосе t20 минут.

4. Высоковакуумная откачка.

Предназначена для создания условий необходимых для начала технологического процесса.

Критерий начала: готовность к работе диффузионного насоса, а именно конец времени t.

Критерий окончания: давление в вакуумной камере 10^-3 Па.

5. Технологический процесс.

Критерий начала: давление в вакуумной камере 10^-3 Па.

5.1. Очистка поверхности подложки предназначена для дополнительной под-готовки поверхности подложки перед нанесением покрытия и заключается в бомбардировке поверхности образцов «тяжелыми» ионами аргона. Критерием окончания является достижение давление аргона в вакуумной камере 10 Па и t = 5-10 минут.

5.2. Нагрев подложки также является подготовительной операцией перед нанесением покрытия. Критерием окончания является достижение температуры подложки Т = 200 ⁰С.

5.3. Нанесение пленки из газовой фазы - основной технологический процесс-нанесение ТП из газовой фазы. Контроллер контролирует не только откачку и напуск, но и режим горения разряда. Критерием окончания является достижение давления рабочего газа – циклогексана - 1 Па и время t = 20 минут.

5.4. Подготовка к выгрузке.

Эта операция является подготовкой к выгрузке подложки из вакуумной камеры. Критерием окончания является напуск атмосферы в вакуумную камеру – открытие Н2.

6. Форвакуумное выключение.

Заключается в выключении средств откачки и контроля.

Критерий начала: атмосфера в вакуумной камере – открыт Н2.

Критерий окончания: конец работы.

7. Выгрузка.

Заключается в выгрузке подложки из вакуумной камеры.

Критерий начала: атмосфера в вакуумной камере – открыт Н2.

Критерий окончания: вакуумная камера свободна.