Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯ В ВАКУУМЕ

Изобретение относится к изготовлению вакуумных установок для нанесения различных покрытий в вакууме, например, для напыления пленочных элементов и схем.

Известно множество конструктивных вариантов устройств для обработки изделий в вакууме (см. патенты SU 1828669, RU 2036246, RU 1644553). В известных решениях, например, RU 1644543 - цель - повышение равномерности покрытия по толщине, при этом подложкодержатели содержат многоярусный спиральный цилиндрический корпус с гнездами для деталей с шагом Н, равным или большем 2h, где h - высота обрабатываемых деталей, a L равно или больше 1, где 1 - мах. размер детали, a L - расстояние между деталями по окружности. Ионный поток наносится на детали под острым углом (оптимальный угол 90°) поэтому рассчитывать на равномерное покрытие не приходится. Детали вложены в пазы - углубления. Так как спиральная поверхность имеет форму перевернутой буквы П, то обрабатывать можно только толстостенные детали. Тонкостенные детали, чтобы они надежно удерживались в гнездах, должны быть утоплены в них, в результате высота гнезд может превышать толщину детали и являться экраном для потока ионов, что не позволит добиться равномерного покрытия всей поверхности детали, еще и потому, что сами детали не имеют возможности вращаться относительно собственной оси.

Известно также устройство для нанесения многослойных покрытий в вакууме, например патент RU №2036246, которое состоит из вакуумной камеры в виде кольца коробчатого сечения, цельносъемной крышки, подложкодержателей с подложками, установленными на катках, размещенных на направляющих и соединенных между собой шарнирами в виде замкнутого конвейера, механизма циклического передвижения, механизма вращения подложкодержателей с подложками, ионноплазменных источников, системы двухступенчатой откачки, вертикальных и горизонтальных люков с заглушками, загрузочного и выгрузочного люков со смотровыми окнами, натекания газов и источниками подогрева. Работа устройства заключается в следующем: после установки необходимого количества в вертикальных люках ионноплазменных источников для различных компонентов напыления, через люк загрузки устанавливают подложки, циклично передвигая с помощью механизма замкнутый конвейер до полного заполнения имеющихся ячеек. После достижения с помощью системы двухступенчатой вакуумной откачки разряжения и напуска необходимого газа через натекатели включаются подогреватели и против часовой стрелки циклично передвигают конвейер. Во время остановки производится напыление поочередно каждым из источников, одновременно с вращением механизмом вращения подложек. Выгрузка производится через выгрузочный люк также циклически.

Недостатком данного устройства является то, что напыление производится только с одной стороны подложки. Загрузка и выгрузка подложек занимает много времени, так как для загрузки и выгрузки используются два люка, при этом пока не выгрузишь половину подложек, загружать через люк загрузки невозможно - там будет находиться напыленная подложка. Оба люка необходимо обслуживать попеременно.

Наиболее близким из аналогов, в качестве прототипа, выбрана установка для нанесения покрытий на детали, раскрытая в полезной модели RU за №100519 U1, С23С 14/56.

Установка содержит вакуумную камеру, систему термического напыления, дисковую карусель, на которой установлены узлы поворота с держателями подложек, поворачивающиеся на 180° посредством зубчатой передачи, систему вакуумной откачки.

Недостаток данного устройства заключается в том, что зубчатая передача поворота подложки может работать только при малых оборотах карусели, что снижает производительность.

Заявляемое техническое решение решает задачу увеличения надежности, упрощения конструкции и эксплуатации устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для нанесения покрытий на изделия в вакууме содержит вакуумную камеру, систему термического напыления материала на обе стороны подложки, дисковую карусель, на которой установлены узлы поворота с держателями подложек, систему вакуумной откачки, кронштейн с датчиком температуры и свидетелем контроля толщины напыляемого слоя, два неподвижно закрепленных на крышке вакуумной камеры копира для обеспечения вращения подложек на 180° за один оборот карусели, один из которых имеет форму кольца, а второй - в форме разомкнутого кольца, при этом узлы поворота жестко установлены на периферии карусели симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга, каждый из узлов поворота содержит вал, на одном конце которого закреплены держатели подложек, а на другом конце - крестовина с четырьмя подшипниками, выполненными с возможностью обкатки по дорожкам копиров с переходом с одного копира на другой, причем подшипники установлены на крестовине попарно через 90° и смещены по оси узла поворота на расстояние, равное расстоянию между копирами, также между двумя замыкающими подложкодержателями с подложками выделено место для кронштейна на котором установлены датчик температуры и свидетель контроля толщины напыляемого слоя, копиры закреплены на крышке камеры на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников, установленных на крестовине. При обкатке их по дорожкам копиров, и копиры выполнены с удлиненными дорожками в местах перехода с одного копира на другой.

При осуществлении изобретения осуществляется технический результат вместо зубчатой передачи поворота подложки на 180° используется обкатка по наружной поверхности двух копиров попарно (по два) подшипника креста. Такая конструкция позволяет, используя два разнесенных по оси копира, повернуть крест на 90+90 градусов, равное 180 градусов, при этом в каждом своем положении подложкодержатели четко фиксируются на копире посредством двух разнесенных подшипников.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается тем, что оно содержит два неподвижно закрепленных на крышке вакуумной камеры копира для обеспечения вращения подложек на 180° за один оборот карусели, один из которых имеет форму кольца, а второй - в форме разомкнутого кольца, при этом узлы поворота жестко установлены на периферии карусели симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга, каждый из узлов поворота содержит вал, на одном конце которого закреплены держатели подложек, а на другом конце - крестовина с четырьмя подшипниками, выполненными с возможностью обкатки по дорожкам копиров с переходом с одного копира на другой, причем подшипники установлены на крестовине попарно через 90° и смешены по оси узла поворота на расстояние, равное расстоянию между копирами, также между двумя замыкающими подложкодержателями с подложками выделено место для кронштейна, на котором установлены датчик температуры и свидетель контроля толщины напыляемого слоя, копиры закреплены на крышке камеры на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников, установленных на крестовине. При обкатке их по дорожкам копиров, и копиры выполнены с удлиненными дорожками в местах перехода с одного копира на другой.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Предлагаемые чертежи поясняют сущность предлагаемого технического решения.

Фиг. 1 - общий схематический вид устройства;

Фиг. 2 - схематический вид в разрезе дисковой карусели с узлами поворота;

Фиг. 3 - вид А;

Фиг. 4 - крепление копиров к крышке вакуумной камеры.

Устройство для обработки изделий в вакууме содержит вакуумную камеру 1, систему термического напыления 2, дисковую карусель 3, на которой жестко закреплены узлы поворота 4 с держателями подложек 5, кронштейн с датчиком температуры и свидетелем контроля толщины напыляемого слоя 6, систему вакуумной откачки 7, два неподвижно установленных копира 8 и 9, один из которых 8 имеет форму кольца, а второй 9 разомкнутого кольца, копиры 8 и 9 установлены на определенном расстоянии между собой, по которым обкатываются подшипники 10, установленные на крестовине 11 попарно через 90 и смещенные по оси узла поворота 4 на расстояние, равное расстоянию между копирами 8 и 9, узлы поворота 4 жестко закреплены по окружности диска карусели 3, а крестовина 11 жестко закреплена на одном конце узла поворота 4, а на другом конце узла поворота крепятся подложкодержатели с подложками 5. Узлы поворота 4 подложкодержателей с подложками 5 установлены на периферии непрерывно вращающегося диска карусели 3 симметрично и на одинаковом расстоянии по окружности друг от друга таким образом, что между двумя замыкающими подложкодержателями с подложками 5 выделено место для кронштейна, на котором установлены датчик температуры и свидетель 6, копиры 8 и 9 в свою очередь неподвижно закреплены на крышке 12 вакуумной камеры 1 на расстоянии, достаточном для свободного прохождения пар подшипников 10, установленных по обеим сторонам крестовины 11, при этом при обкатывании подшипников 10 по наружной поверхности копиров 8 и 9, для плавного перехода крестовины 11 с парой подшипников 10 с дорожки одного копира 8 на дорожку другого копира 9 выполнено удлинение 13, а на дорожке копира 9 в местах перехода удлинение 14 и 15.

Дисковая карусель 3 находится в вакуумной камере 1 и закреплена на приводном валу 16. Вал смонтирован в центральном корпусе 17 на подшипниках качения 18 и 19.

Конец вала, находящийся вне вакуумной камеры, приводится во вращение от электромотора с редуктором через зубчатую передачу 20. На конце вала, находящемся внутри камеры, на съемном фланце 21 закреплен болтами диск карусели 3. На периферии диска карусели 3 крепятся узлы поворота 4 с закрепленными на них держателями подложек 5. Крепление держателей подложек быстросъемное.

Узел поворота 4 состоит из цилиндрического полого корпуса 22, внутри которого на трех подшипниках качения 23 и 24 установлен вал 25, на одном конце которого на квадрате закреплен крест 11, а на другом конце - подпружиненный элемент, состоящий из буфера 26, упирающегося в подшипник 24 за счет пружины 27 и фиксатора 28, который упирается в штифт 29, запрессованный на конце вала 25 перпендикулярно его оси.

На концах креста смонтированы попарно через 90 градусов 4 подшипника 10, установленные попарно на взаимно перпендикулярных осях с обеих сторон креста через дистанционную втулку 30 на расстоянии, равном расстоянию между копирами 8 и 9, так как между копирами вставлены дистанционные втулки 31. Корпус 22 снабжен шестигранным буртиком и закрепляется на диске-барабане с помощью двух гаек (гайка и контрогайка). Для устранения инерционного проворачивания оси с крестом и установленными на кресте подшипниками, а также для противодействия износу от консольного приложения сил от установленного на противоположном конце оси (относительно креста) подложкодержателя с подложками расположен дополнительно подшипник 24, внутреннее кольцо которого через шарики посредством пружины воздействует на внешнее кольцо, тем самым предотвращая инерционный проворот при сходе с одного копира на другой. Дополнительно к этому дорожка копира, по которой пара подшипников креста сходит при переходе пары подшипников на другой стороне креста на другую дорожку копира, имеет удлинение 13, 14 и 15, продолжающееся до соприкосновения пары подшипников (другой стороны креста) с дорожкой другого копира.

Устройство работает следующим образом. Во время вращения карусели парные подшипники 10, установленные с одной стороны крестовины, обкатываются по внутреннему копиру, поз. 8, поворачиваясь на 90°, после чего другая пара подшипников 10, установленная с другой стороны крестовины 11, начинает обкатываться по второму копиру 9 и поворачивает вал 26 с подложкой еще на 90°, в сумме на 180°, т.е. при каждом обороте барабана мимо термического испарителя проходит то одна сторона подложки, то другая. В результате напыление наносится на обе стороны подложки. Толщина наносимого покрытия и температура контролируется за счет датчика температуры и свидетеля контроля толщины напыляемого слоя, установленных между двумя соседними подложкодержателями. После технологического цикла и охлаждения камеры напускается воздух в камеру. Крышка камеры открывается, и осуществляется свободный доступ к подложкодержателям с подложками, на которые нанесены покрытия согласно технологическому циклу. Подложкодержатели снимаются, и на их место устанавливаются заранее подготовленные подложки следующей партии. Управление технологическим циклом нанесения слоев обеспечивается в двух режимах: ручном или автоматическом. Испарение материалов происходит на подложки, которые закреплены в подложкодержателях установленных на вал механизма поворота.

Таким образом, данное устройство позволяет получать сплошные пленки различных материалов (меди, хрома, никеля, алюминия, титана) в высоком вакууме способом термического испарения на обе стороны подложки за один технологический цикл.

Заявителем изготовлен опытный образец, и проведенные испытания показали все его преимущества по сравнению с аналогом и прототипом.