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真空技术应用于高标准镀膜工艺中,已被一再证明是非常行之有效的生产方式。在一次高端客户活动中,位于英国阿克宁顿的Emerson 和 Renwick展示了高效的工程技术是如何简化生产工艺流程的。


 

Emerson 和 Renwick 出品的GENESIS 系列镀膜工艺试验机是一个入门级柔性材料真空镀膜和卷材处理平台,满足了对柔性产品、设备进行开发和产业化的要求。要提供定制化镀膜解决方案,需要对客户的产品和工艺如何在卷绕生产条件下运行有深入的了解,以加速产品商业化生产的进程。

 

镀膜源使用圆筒式设计,可适用基于溅射、电子束、反应离子刻蚀工艺基础上的各种真空镀膜材料。并且此镀膜平台可以作为基于PE-CVD、HiPiM 或 ALD (单原子层沉积)工艺的基本版卷绕式镀膜系统,可辅以等离子辅助处理或线性离子源技术作为镀膜前后的材料表面改性工艺。该系统设计使用户可以根据不断变化的市场和技术要求自行调整设备工艺,无需投资购买全套新设备。圆筒式镀膜源的模块化设计,便于在真空环境下切换所需基底的生产工艺。

 

为获得工艺运行所必需的真空环境,镀膜机设计需要借鉴已有的经验,来管理实际所需的气体压强,包括启动与维持,尤其是在不同的生产环节中获得适当的真空度。因此,从设计之初,Leybold(莱宝)就一直针对GENESIS系列卷绕式试验镀膜机的真空系统,与 Emerson and Renwick 展开了设计上的合作。

 

PASCAL是一款特殊的设计工具,是Leybold 独创的模拟软件,利用该软件可根据客户指定的要求对真空系统进行理论设计和计算——这个任务貌似轻而易举,但实际计算结果对系统的各个参数非常敏感,涉及到很多应用知识和经验。

 

使用这个模拟软件的目的在于确定最适合获取所需工艺条件的真空泵组系统。该软件使用真空计算的经典方程,结合实测数据和/或授权的计算模型对真空泵和部件进行模拟计算,其计算涵盖从大气压到超高真空的整个真空压强范围。

 

工作点计算是一项主要的计算功能,用于计算稳定状态下,维持一定的气体流量或者压强水平时的工况。抽空计算也同样重要,主要用于分析对抽空时间比较敏感的工艺,例如,计算系统暴露大气后重新抽空到工艺压强水平所需要的时间、或者模拟周期性工艺的节拍等。为此,相关参数如管道流导、部件容积、解吸特性等均需要加以考虑。另外,一些物理效应也在计算中予以模拟,例如由于热力学效应引起的腔体内气体温度随压强和时间的变化,以及配置变频器的机械式增压泵变频过程中的过渡工况等。抽速计算则主要用于考察管道流导对抽空性能的影响。

 

模拟软件 PASCAL 将每个泵和部件均设计为独立的真空元件模型。真空系统设计完全二维图形化,可以在单个系统内使用多个腔室,也可以同时计算两个或更多独立的真空系统以便相互比较。所有泵和阀门均可设定其开关状态;用户可以通过压强、时间或其他真空参数控制其开关。另外,可以在真空系统任何位置添加特定的约束条件(压强或气体流量约束条件)。

 

真空系统的设计是相当复杂的,卷绕式镀膜机也不例外。为达到预期的真空效果,准确了解工艺条件十分重要。管道、材料脱气、阀门的开关时机等都对真空性能有重大影响。PASCAL模拟程序设计精密,可变更多项计算设置,以便优化抽空系统,从而延长设备无故障运行时间,节约能源,降低设备总运营成本。

 

然而,与所有软件一样,要让这个软件物尽其用需要专业知识和经验。“Leybold(莱宝)一直鼎力支持我们验证对于 GENESIS 卷绕式镀膜机的设计构想。凭借其真空专业知识和快速准确的计算工具,我们在设计和选择真空部件时得以节约了大量的时间。通过这种方式,我们获得了最佳的性价比并在很大程度上保持了灵活性。”Emerson and Renwick 的镀膜及层压部门经理 Nick Bustcher 如是说。

 

GENESIS 卷绕式镀膜机提供全部、部分或非接触式操作三种可选的卷材路径,以及两种速度范围。此平台可用于处理最具柔性的材料,并可以为高敏感度的表面沉积工艺提供交互可选的解决方案。为了实现这些选项和模块的多样性,真空技术为其创造了必要的工艺条件。

 

为了控制这些基于真空的制造工序,镀膜机装备了光谱仪、OD、电阻测量、RGA(残余气体分析)、真空计,以及基于压强或等离子发射原理的沉积率控制仪。该平台可以为工艺工程师或操作员提供实时反馈,以确保产品符合所需的镀膜工艺要求。通过先进的软件监控、运行记录、运行日志和控制设备,用户得以将科研标准应用于生产线,并在生产工艺条件有异时实现在线报警。

 

使用“即插即用”式设备,用户可以从基础平台或机架开始,自行定制选项,也可以选择在未来某个时点进行升级。这为最终用户提供了一个多功能平台,用户可以以最小的装机量开发并量产其柔性产品。已安装的真空系统也可以根据相应变化予以升级。


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