真空蒸发镀膜样品架设计

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1、毕 业 设 计 论 文设计（论文）题目 真空蒸发镀膜样品架设计 学 院 名 称 机械与汽车工程学院专 业（班级） 机械设计制造及其自动化 09-10 班姓 名（学号） 李东霖 20090736指导教师 方应翠 系 （ 教 研 室 ） 负 责 人 干 蜀 毅合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计目 录1 绪 论 .11.1 真空镀膜的意义 .11.2 真空镀膜技术在国内外的发展 .11.3 蒸发镀膜 .31.4 课题研究背景 .41.5 设计要解决的问题 .42 设计方案的选择 .52.1 真空镀膜样品架种类 .52.1.1 球面行星传动工件架 .52.1.2 摩擦传动工件架 .62.

2、1.3 齿轮传动工件架 .62.1.4 拨杆传动工件架 .72.1.5 其他类型的工件架 .82.2 膜厚均匀性的计算 .92.3 真空系统方案 .132.4 样品架方案 .152.4.1 多源蒸发 .162.4.2 单源进给 .162.4.3 基片蒸镀时间控制 .173 配置真空系统 .183.1 镀膜室壳体壁厚的确定 .183.2 真空室选泵的计算 .183.2.1 粗算主泵抽速 .183.2.2 流导计算 .183.2.3 精算主泵抽速 .193.2.4 前级泵的计算 .193.2.5 抽气时间的计算 .20合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计3.2.6 计算分子泵的抽气时间

3、 .213.3 电机的选择 .22结 论 .23谢 辞 .24参考文献 .25合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计1真空蒸发镀膜样品架设计摘要： 本文的主要内容是对本次真空蒸发镀膜样品架设计的说明。在文中不仅列出了镀膜设备中使用的几种常用样品架，还介绍了几种新型的样品架。本次设计的研究对象是对镀膜产品膜厚的控制，在给出合理的传动结构来保证镀膜均匀性的同时，保持基片架和蒸发源的相对位置，利用可逆同步电机控制各个部位的挡板，来实现控制基片蒸镀的时间，从而得到不同膜厚的基片。关键字：蒸发镀膜 样品架 相对位置合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计1Vacuum evaporat

4、ion coating sample holder designAbstract：The main content is the vacuum evaporation of this description of the sample holder design. Not only in the text lists several coating equipment commonly used in the sample holder, also introduced several new sample holder. The design of the study is to contr

5、ol the film thickness coating products, the transmission structure to give a reasonable assurance of uniformity of coating while holding the substrate holder and the relative position of the evaporation source, a reversible synchronous motor control various parts of the block board, to achieve contr

6、ol of the substrate deposition time, thereby to obtain a substrate with different thickness.Keywords: evaporation coating specimen holder Relative position合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计11 绪 论1.1 真空镀膜的意义真空镀膜技术是真空应用技术的重要组成部分，是一项综合的、应用范围很广的先进技术，是许多前沿学科发展的基础技术之一，同时也是当今信息时代中许多高新技术发展必不可少的手段。这一技术目前之所以得到飞速发展是因为它不

7、仅仅是单一的真空应用技术，而是以真空技术为基础，利用物理或化学的方法，并且吸收了电子束、分子束、离子束、等离子体、射频、磁控等一系列新的技术，从而为科学研究与生产提供了膜层涂覆的新工艺，新技术的结果。用真空镀膜技术代替传统的电镀工艺，不但能节省大量的膜材和降低能耗，而且还会消除湿法镀膜中所产生的环境污染。因此国外在钢铁零件涂覆防腐层和保护膜方面，已采用真空镀膜工艺来替代电镀工艺，在冶金工业中，为钢板和钢带加镀铝防护层已很普遍。在机械制造工业中，真空镀膜工艺用于改变某些加工工艺和节约贵重的原材料，再如汽车制造业中采用塑料制品金属化零件代替各种金属零件，即减轻了汽车的重量又节约了燃油的消耗。在玻璃

8、上镀滤光膜和低辐射膜，可使阳光射入。而作为室内热源的红外辐射又不能通过玻璃辐射出去，这在高纬度地区也可以达到保温节能的目的。真空镀膜技术及设备在当今和未来都拥有十分广阔的应用领域和发展前景特别是在制造大规模集成电路的电学膜：数字式纵向与横向均可磁化的数据纪录储存膜：在能充分展示和应用各种光学特性的光学膜；在计算机显示用的感光膜；在TFT、PDP 平面显示器上的导电膜和增透膜；在建筑、汽车行业上应用的玻璃镀膜和装饰膜；在包装领域用防护膜、阻隔膜；在装饰材料上具有各种功能装饰效果的功能膜；在工、模具上应用的耐磨超硬膜：在纳米材料研究方面的各种功能性薄膜等等都是在真空镀膜技术及设备在广泛应用的基础上

9、得到的不断发展的领域。1.2 真空镀膜技术在国内外的发展从中国的真空镀膜技术及设备的发展历史来看，是从 20 世纪 60 年代开始的，从无到有，从模仿设计、自行研制到技术引进，并在技术引进的基础上促进了自行研制和发展，特别是在 20 世纪 80-90 年代我国的真空镀膜技术及设备都取得了长足合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计2的发展，在一些薄膜的应用领域里甚至得到了跨越式的进展。但随着中国进入 WTO和世界经济全球化进程的加快，我国的真空镀膜技术及设备已经面临和正在面临着国外拥有先进的真空镀膜技术和设备的跨国公司的强有力的竞争和挑战，这种竞争和挑战迫使我们要同世界贸易组织的其它成

10、员国一样，在同等条件下参与整个世界市场的竞争。但机遇也伴随竞争和挑战降临，主要的机遇在于中国入世后将逐步成为世界各经济国的加工基地，同时设备制造的国际性优质配件的采购也将更容易，采购成本也会降低，国产设备的品质会得到大幅度的提高。从目前真空镀膜设备的市场发展现状来看，国外许多实力雄厚的真空镀膜设备生产商已在中国成立了许多合资或独资的加工企业，并将一些新的真空镀膜工艺技术和产品移植到这些企业中来。因此我国真空镀膜设备在今后三五年内的主要市场除了国内的企业外，外商投资企业也是设备需求新的增长点。但是在真空镀膜技术和设备上国内和国外还存在很大的差距。我们国内的镀膜设备研发的创新意识还不够，国内真空镀

11、膜设备的生产厂家，主要考虑的是国内的中、低端市场，常常受用户给出的低价格所迫，以牺牲设备的性能和可靠性来赢得市场，而生产厂家也缺乏对设备研制的能付诸于实施的中长期规划。这样就使得对新技术、新工艺的应用迫切性降低，而给国外厂家创造了进入中国市场的大好机会。目前国内的生产厂商以中、小规模居多，规模小，综合实力低。由于国内的整体配套更新较慢，加工设备较差，加工手段不先进，造成产品的一致性差，产品质量在许多方面低于国外同类产品的水平。可是我们国内在真空镀膜技术的发展和应用上也有很多明显的优势。首先是资源上的优势，我国有近 20 多个有一定规模的真空镀膜设备的研制和生产厂家，并都拥有一支有一定技术水平和

12、研发能力的技术队伍和销售网络，整个真空行业是有凝聚力的。从全行业的研制生产规模和从业人数上来看都是具有一定优势的。其次是市场上的优势，随着中国进入 WTO 以后，中国将逐步成为世界最大工业产品的加工基地，中国范围内就有巨大的市场发展空间。还有研制和制造成本上的优势，国内的主要真空镀膜设备生产企业，同国外厂家相比都具备低的人工成本和低的加工设备和工作场地的租金成本( 或资产占用费) ，这也许是国外许多同类企业无法比拟的优势。所以我们要发展我们的优势，自主创新，及时地响应市场发展的需求变化，积极跟踪国外的先进工艺技术及设备的进展，采用引进部分先进技术和生产模式，同国外著名真空镀膜厂家的合作方式，推

13、行关键部件国际化采购的方式，提高我国合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计3真空镀膜设备的质量及整体的技术水平，以真正能适应市场发展的需求。1.3 蒸发镀膜在真空环境下，通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。蒸发镀膜设备结构如图 1。蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热坩埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量） ，并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸

14、发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为 0.10.2电子伏。蒸发源有三种类型。电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流, 加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质（图 1-1 蒸发镀膜设备示意图 ）图 1-1 蒸发镀膜设备示意图图 1-2 分子束外延装置示意图合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架设计4电阻加热源主要用于蒸发 Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni 等材料；高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质；电子束加热源：适用于蒸发温度较高的

15、材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。为沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法。生长掺杂的 GaAlAs 单晶层的分子束外延装置如图 2 分子束外延装置示意图 。喷射炉中装有分子束源，在超高真空下当它被加热到一定温度时，炉中元素以束状分子流射向基片。基片被加热到一定温度，沉积在基片上的分子可以徙动，按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计量比的高纯化合物单晶膜，薄膜最慢生长速度可控制在 1 单层/秒。通过控制挡板, 可精确地做出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶

16、格结构薄膜.1.4 课题研究背景在镀膜的过程中，真空镀膜系统的好坏对膜的影响非常大。然而一个好的样品架能够改善膜的生成环境。在真空镀膜的发展过程中，出现了各式各样的样品架，不同的样品架能够满足不同的镀膜需求，而此次课题重点研究样品架的创新。对镀膜的膜厚进行研究，设计样品架实现对不同膜厚的获取。1.5 设计要解决的问题本次设计要求提出满足设计要求的方案，然后不同的方案进行对比，选择一种最优的设计方案。确定好方案后，就要求对设计进行细化，包括解决不断出现的新问题。要查阅相关资料，阅读文献，翻译文献，结构设计，用 CAD 绘图。并进行配套真空系统设计计算。合肥工业大学本科毕业设计：真空蒸发镀膜样品架

17、设计52 设计方案的选择2.1 真空镀膜样品架种类在镀膜室中用于样品固定的样品架有不同的结构。一般为了保证镀膜的均匀性，要求样品架按一定的规律运动，并且运动速度必须均匀平稳。由于工件要进行轰击清洗和烘烤除气，因此，要求工件架耐烘烤，不变形。同时要求工件架承载的工件多，工件效率较高。常用工件架有如下几种：2.1.1 球面行星传动工件架这种工件架常用在蒸发镀膜设备中，下面的图 2-1(a)是 DMP-450 型镀膜机球面行星工件架结构图，球面夹具是 1200 均匀的，一台镀膜机上有三个夹具，上面的孔，根据被镀零件需要而开设。其工作原理如图 2-1(b)所示，三个球面圆盘均匀布在一个球面上，蒸发源依源的发射特性可置放于球心或周面上。图 2-1(a) DMP-450 型镀膜机球面行星工件架结构图2-1(b) DMP-450 型镀膜机球面行星工件架原理图