Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления (1026305), страница 22
Текст из файла (страница 22)
3.1), оснащенных мишенями из алюминия.Схема напыления представлена на Рис. 4.5, а режим перехода включалследующие параметры:- расход плазмообразующего газа (азота) 134 scsm (стандартных кубическихсантиметров в минуту);- что создавало в камере вакуум с давлением p = 0,3 Па;- на подвеску, несущую напыляемую деталь подавалось опорное напряжениеUОП = –50 В;- при этом фиксировался ток IОП = 0,9 А;178- на правый магнетрон подавалось напряжение смещения UСМ = –400 В;- при этом фиксировался ионный ток I = 5,5 А;- на левый магнетрон подавалось напряжение смещения UСМ = –492 В;- при этом фиксировался ионный ток I = 5,5 А;- экспериментально установленная скорость напыления алюминия при такихусловиях составляла q = 1,1 нм/с;- водило совершало возвратно-вращательные движения с частотой nВ = 7,8дв.ход/мин., что соответствовало угловой скорости ωВ = 0,82 с–1 (см.
Рис. 4.5, б);- с размахом углов поворота водила от –20° до +20°;- при этом одновременно и синхронно внутреннее зубчатое колесо планетарногомеханизма совершало возвратно-вращательные движения в ту же сторону счастотой nЦ = 1,6 дв.ход / мин.,чтосоответствовалоугловойскоростиω11 = 0,17 с–1 (см. Рис. 4.5, б);- с размахом углов поворота внутреннего зубчатого колеса от –4° до +4°;- продолжительность напыления на этом переходе составило t = 30 c.Геометрические характеристики второго перехода следующие:- расстояние от центра вращения карусели до начала координат D = 300 мм;- радиус расположения деталей на сателлите планетарного механизма r = 37 мм;- радиус водила планетарного механизма R = 145 мм;- углы наклона правого и левого магнетронов к фронтальной плоскости камеры(см.
фиг. 1) θП = θЛ = 23°;- расстояние между источниками напыляемого материала на каждой измишеней lП = lЛ = 36 мм;- расстояние от плоскости симметрии установки до правого и левого ближнихточечных источников напыляемого материала, измеренное вдоль плоскостеймишеней 101 мм.На Рис. 4.6, б, представлено распределение по поверхности детали тойтолщины покрытия, которая сформировалась только на втором переходевыполняемой операции. Из его рассмотрения можно видеть, что добавленная179толщина покрытия находится в диапазоне 31…32 нм, т. е. разнотолщинностьпокрытия составляет 1 нм, что означает погрешность примерно в 3 %.В то же время из рассмотрения Рис.
4.6, б, отчетливо видно, что суммарнаятолщина покрытия составляет 42,9 нм с математически (в имитационноммоделировании) нулевой разнотолщинностью. Отклонение реально полученнойтолщины покрытия от теоретически рассчитанной составляет 0,1 нм, что вполнеприемлемосточкизрениякомбинированной ГОЭ-ДОЭ.эксплуатационныхПри этомхарактеристикматематическаядеталиоценка–точностиполучаемого равнотолщинного покрытия характеризуется тем, что точностьнаходится в пределах 1%, а в абсолютном выражении – до 0,5 нм.Таким образом, модифицированнаяпозволяютрешитьзадачуустановка и способ напылениявысокоточногоинедорогогонанесенияравнотолщинного нанопокрытия, например, для создания плазмонной решеткидля комбинированных ГОЭ-ДОЭ.4.4. Внедрение результатовРезультаты научных исследований, изложенных в диссертации, проверены,использованы и внедрены в производство в производственно-испытательномкомплексе филиала ФГУП «ЦЭНКИ»-«НИИ ПМ им.
акад. В.И.Кузнецова», аименно:– магнетронные распылители с мишенями из различных материалов;– опция возвратно-вращательного движения водила карусели;– конструкциявнутрикамерногопланетарногоустройствареализациирасчетного перемещения подложки;– системауправлениятехнологическимирежимамимагнетронногораспыления в сочетании с управлением приводом возвратно-вращательныхдвижений карусели;– технологические процессы вакуумного напыления покрытий Cr, NiCr, Ti,TiAl, Al, Cu на детали, входящие в конструкцию гироскопических приборов;а на оборудовании изготовлены:– тонкопленочныедвухкомпонентныемаскиTiAlдляопераций180плазмохимического травления кварцевых пластин;– подложкинагревателейволоконно-оптическихгироскоповстонкопленочным однокомпонентным покрытием;– кварцевые пластины с хромовым тонкопленочным покрытием – ЧЭмаятниковых акселерометров.4.5.
Выводы по главе 41. Разработана конструкция для модернизации вакуумной установкиUnicoat600, заключающаяся в снабжении её усовершенствованным механизмомпланетарного движения подложки. Новая конструкция позволяет обеспечиватьнезависимое регулирование частот вращения водила и внутреннего зубчатогоколеса планетарного механизма. Это, в сочетании с напылением подложкипоочередно у неподвижного единичного магнетрона и у дуальной системымагнетронов позволяет обеспечивать равномерность толщины покрытия.2. Выявлено, что при напылении хрома может наблюдаться отслаиваниетонкопленочного покрытия, имеющего относительно большую толщину (10 мкм)месте с поверхностным слоем кварцевого стекла. Для исключения этого явленияподложки из кварцевого стекла перед напылением следует подвергнутьтермостабилизации в соответствии с технологией, разработанной в НИИ ПМ.3.
Модернизацияконструкциикаруселиссозданиемвозвратно-вращательного движения подложки у единичного магнетрона позволила получитькачественное хромовое покрытие на кварцевом стекле толщиной 135 нм приреализации следующего режима:– предварительное травление при помощи ионного источника с подачей на негонапряжения 2400…2450 В в течение t1 = 10 мин. при давлении в камере сподачей аргона p = 0,08 Па;– напыление у единичного магнетрона с напряжением смещения UСМ = 650 Впри давлении p = 0,16 Па и частоте возвратно-вращательного движенияподложки n = 7 дв. ход/мин.
в течение времени t3 = 3 мин.Данное покрытие можно использовать как в качестве подслоя для нанесениязолота на пластину МА, так и в качестве резистивного элемента нагревателя ВОГ.1814. Применение возвратно-вращательного движения при дуальной схеменапыления позволило создать качественное резистивное покрытие NiCr накерамике, при этом напыляется подслой хрома. Полученное распределениетолщин покрытия NiCr в пределах 2…5 мкм указывает на необходимостьсовершенствования планетарного механизма карусели установки Unicoat600.5.
Результаты экспериментальных исследований по напылению титана настеклянные подложки показывают, что создание толстого (h ≥ 8 мкм) покрытияприводит к разрушению поверхностного слоя кварцевого стекла независимо откачества подготовки его полированной поверхности. В то же время можнополучить качественное тонкопленочное покрытие из титана толщиной 4 мкм,которое не разрушает поверхностный слой даже при сложной конфигурациипокрываемого контура, при специальной подготовке напыляемой поверхности иприменении найденного рационального режима напыления, а именно:– ионно-плазменное травление подложки в течение t1 = 10 мин.;– нанесение основного слоя титана по дуальной схеме с возвратновращательным движением подложки в течение t3 = 120 мин.
при напряжениисмещения на магнетронах UСМ = 415…465 В, обеспечивающих протеканиекатодного тока I = 5,5 А.6. Негативные последствия излишней жесткости титанового покрытияможно исключить, напыляя титан совместно с алюминием, создавая при этомкомпозиционное покрытие TiAl толщиной 20 мкм и более.
Поскольку покрытиеTiAl известно как химически стойкое, то при использовании его в качествематериаламаски,такаятолщинадолжнаобеспечитьвозможностьплазмохимического травления кварцевого стекла на требуемые для изготовленияпластины МА глубины 200…250 мкм. При этом специальная термическаяобработка полированной поверхности не обязательна. Следовательно, длясоздания столбиков на поверхностях пластин МА достаточно толщины покрытия1,5 мкм из композита TiAl, а для вытравливания на той же пластине различныхлунок необходимо наносить покрытие TiAl толщиной 10 мкм.7.
Напыление (с применением рациональных режимов) равномерного182покрытия из меди с подслоем хрома, осуществляемое на режимах, подобранныхдля подложек, конфигурация которых существенно отличается от плоской формы,позволяетприменятьпайкувтехнологическихпроцессахизготовленияэкранирующих кожухов из алюминия для гироприборов.8. При напылении цветных металлов с высокой электропроводностью –меди и алюминия – на функциональные детали гироприборов установлено, чтонаилучшего качества покрытия можно достичь, напыляя вначале подслой этихматериалов при высоком опорном напряжении (800 В).
По-видимому, высокоеопорное напряжение при нанесении первых атомарных слоев меди и алюминияминимизирует островковость растущего покрытия.9. Повышение качества наиболее тонких слоев цветных металлов высокойэлектропроводности позволяет применять их в качестве металлического покрытияв оптике для создания плазмонных эффектов. Установлено, что, поскольку в этомслучае необходимо иметь металлическое покрытие толщиной 40…80 нм, то дляэтого достаточно осуществить 5…10 возвратно-вращательных движений каруселис использованием дуальной системы магнетронов на установке Unicoat600+.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
