Báo cáo ứng dụng Bộ điều khiển dòng khối MFC cho thiết bị phủ chân không phún xạ Magnetron

1. Tổng quan

Thành phần cốt lõi của mô-đun mạch khí tích hợp được hiển thị trong hình là Bộ điều khiển lưu lượng khối loại nhiệt (MFC). Được kết hợp với ống nén bằng thép không gỉ 316 có độ tinh khiết cao, van bi cách ly thủ công, thông số quay vòng và bộ ổn định áp suất phía trước, nó đóng vai trò là bộ phận kiểm soát khí quy trình cốt lõi cho các thiết bị phủ phún xạ magnetron khác nhau.

MFC thực hiện kiểm soát dòng khối khép kín có độ chính xác cao đối với các khí xử lý bao gồm Argon (Ar), Oxy (O₂), Nitơ (N₂) và Hydro (H₂). Hiệu suất của nó không bị ảnh hưởng bởi sự dao động về nhiệt độ, áp suất khí đầu vào và chân không trong buồng. Nó có thể điều chỉnh ổn định trạng thái plasma và kiểm soát chính xác tỷ lệ khí cho quá trình phún xạ phản ứng, đảm bảo tính đồng nhất của màng, độ ổn định thành phần cũng như các đặc tính điện và quang.

Nó tương thích rộng rãi với đầy đủ các thiết bị phún xạ magnetron, từ hệ thống R&D trong phòng thí nghiệm đến dây chuyền phún xạ sản xuất liên tục quy mô lớn, bao gồm nhiều chuỗi công nghiệp như quang điện, màn hình hiển thị, kính chức năng, chất bán dẫn, màng mỏng quang học, điện tử tiêu dùng và dụng cụ cắt chính xác.

2. Nguyên tắc làm việc

Áp dụng công nghệ cảm biến lưu lượng nhiệt, MFC phát hiện lưu lượng khối khí trong thời gian thực và thực hiện điều chỉnh vòng kín thông qua van điều khiển tích hợp.

Hệ thống điều khiển thiết bị sẽ gửi điểm đặt luồng mục tiêu. MFC liên tục so sánh tốc độ dòng đo được với giá trị cài đặt, tự động điều chỉnh độ mở van và phản hồi tín hiệu dòng thời gian thực để cho phép điều khiển quy trình tự động và kỹ thuật số.

Chức năng của từng thành phần trong module khí tích hợp:

MFC: Điều khiển lưu lượng tự động có độ chính xác cao cho đường dẫn khí chính;

Thông số vòng quay vòng: Tham chiếu và hiệu chuẩn trực quan tại chỗ trong quá trình vận hành thiết bị;

Van bi thủ công: Cách ly các đường dẫn khí riêng lẻ để bảo trì ngoại tuyến và thay thế MFC;

Bộ ổn định áp suất: Ngăn chặn sự dao động trong áp suất khí cung cấp và đảm bảo kiểm soát dòng chảy ổn định.

Máy đo thông số thông thường chỉ hiển thị lưu lượng thể tích mà không có bộ điều chỉnh tự động. Sai số đo của chúng rất đáng kể trong các điều kiện chân không và nhiệt độ khác nhau. Ngược lại, MFC hỗ trợ liên kết điều khiển điện, lưu trữ công thức và điều chỉnh từ xa, khiến nó trở thành thiết bị tiêu chuẩn cho dây chuyền phủ sản xuất hàng loạt tự động.

3. Năm kịch bản ứng dụng được phân đoạn và thiết bị phún xạ phù hợp

Kịch bản 1: Công nghiệp quang điện, màn hình và kính chức năng Low-E - Dây chuyền sản xuất liên tục quy mô lớn

Thiết bị phù hợp: Dây chuyền sản xuất phún xạ liên tục theo chiều dọc, dây chuyền phún xạ cuộn, dây chuyền phủ kính ngang lớn

Mô tả ứng dụng

Lĩnh vực này bao gồm màng dẫn quang điện, chất nền màn hình OLED/LCD, kính kiến trúc tiết kiệm năng lượng Low-E và kính phủ ô tô. Các cơ sở sản xuất hàng loạt liên tục này có buồng chân không cỡ lớn và hoạt động không bị gián đoạn. Nhiều kênh khí xử lý yêu cầu cung cấp khí ổn định lâu dài. Các quy trình thường sử dụng Ar làm khí phún xạ trộn với O₂ và N₂ làm khí phản ứng. Độ đồng đều cực cao của không khí trong buồng là cần thiết cho các màng mỏng diện tích lớn.

Giá trị cốt lõi của MFC

Hàng chục MFC hoạt động đồng bộ dọc theo toàn bộ dây chuyền sản xuất để duy trì tỷ lệ khí không đổi trong chu kỳ vận hành dài, đảm bảo độ dày màng và thông số quang học nhất quán trên các chất nền có diện tích lớn. Hệ thống hỗ trợ quản lý tập trung thông qua hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất và chuyển đổi công thức chỉ bằng một cú nhấp chuột để sản xuất liên tục với khối lượng lớn. Thị trường này cũng ghi nhận giá trị mua sắm đơn hàng lớn nhất trên tất cả các phân khúc.

Các quy trình điển hình: Màng dẫn điện trong suốt PV AZO, lớp phủ Low-E phát xạ thấp dựa trên Ag, màng thụ động cho chất nền hiển thị.

Kịch bản 2: Chất bán dẫn & Linh kiện cảm biến - Thiết bị phún xạ loại cụm từ trung cấp đến cao cấp

Thiết bị phù hợp: Hệ thống phún xạ magnetron nhiều buồng, bệ phún xạ wafer, thiết bị phủ cho chip và cảm biến

Mô tả ứng dụng

Nhắm mục tiêu vào các tấm bán dẫn, cảm biến MEMS, chip cảm biến quang, thiết bị điện và các thành phần chính xác khác, lĩnh vực này đại diện cho các quy trình sản xuất cao cấp. Thiết bị sử dụng kiến ​​trúc buồng chân không cụm với các yêu cầu nghiêm ngặt về độ sạch của khí, độ chính xác kiểm soát dòng chảy, độ tinh khiết của khí và ngăn ngừa ô nhiễm. Những sai lệch nhỏ trong tỷ lệ khí phản ứng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất sản phẩm.

Giá trị cốt lõi của MFC

MFC có độ chính xác cao chống ăn mòn có độ tinh khiết cao mang lại đầu ra dòng ổn định ở phạm vi dòng chảy thấp và ngăn chặn sự trôi dòng. Chúng hỗ trợ truy xuất nguồn gốc dữ liệu toàn bộ quy trình để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của ngành bán dẫn. Tỷ lệ khí chính xác cho phép lắng đọng các lớp rào cản, lớp dây kim loại và màng thụ động điện môi, giảm rủi ro rò rỉ và hỏng hóc của các thiết bị điện tử.

Các quy trình điển hình: phún xạ kim loại hóa wafer, màng mỏng điện cực cho cảm biến, màng chắn bán dẫn.

Kịch bản 3: Nhà sản xuất linh kiện quang học & vật liệu chức năng - Máy phún xạ đơn/đa buồng khối lượng trung bình

Thiết bị phù hợp: Máy phủ phún xạ magnetron nhiều buồng một buồng và song song cỡ trung bình

Mô tả ứng dụng

Khách hàng sản xuất ống kính quang học, bộ lọc quang học, cửa sổ hồng ngoại, linh kiện phủ quang học và màng mỏng quang học linh hoạt. Sản phẩm rất nhạy cảm với chỉ số khúc xạ, độ truyền qua và sự khác biệt màu sắc. Phương pháp phún xạ phản ứng được sử dụng rộng rãi để chế tạo màng quang học oxit và nitrit. Sản xuất bao gồm các đơn đặt hàng theo lô từ trung bình đến nhỏ với việc chuyển đổi thường xuyên các công thức phủ.

Giá trị cốt lõi của MFC

MFC phản ứng nhanh chóng với những thay đổi về thông số quy trình và ổn định tỷ lệ trộn của Ar với O₂/N₂, ngăn ngừa nhiễm độc mục tiêu và sai lệch thành phần của màng mỏng. Nó đảm bảo sự khác biệt màu sắc nhất quán và hiệu suất quang học giữa các lô và tạo điều kiện lặp lại nhanh chóng các thiết kế ngăn xếp phim quang học.

Quy trình điển hình: Lớp phủ quang học nhiều lớp TiO₂, SiO₂ và Si₃N₄, màng chống phản chiếu hồng ngoại.

Kịch bản 4: Trang trí điện tử tiêu dùng 3C, Dụng cụ cắt, Khuôn mẫu & Máy móc chính xác - Thiết bị phủ hàng loạt vừa và nhỏ

Thiết bị phù hợp: Máy phủ phún xạ magnetron một buồng/buồng kép vừa và nhỏ

Mô tả ứng dụng

Hai phân đoạn chính:

① Điện tử tiêu dùng: Lớp phủ trang trí cho khung điện thoại di động, vỏ máy tính xách tay và thiết bị đeo;

② Ứng dụng công nghiệp: Lớp phủ chống mài mòn cứng cho dụng cụ cắt, khuôn dập và các bộ phận cơ khí chính xác.

Sản xuất thông qua sản xuất hàng loạt không liên tục. Khách hàng ưu tiên màu phim nhất quán và khả năng chống mài mòn ổn định.

Giá trị cốt lõi của MFC

Nó kiểm soát ổn định các loại khí hỗn hợp như Ar N₂ và Ar C₂H₂ để lắng đọng các lớp phủ cứng CrN, TiN, DLC và màng trang trí màu. Nó giúp loại bỏ độ lệch màu và khả năng chống mài mòn không nhất quán do điều chỉnh áp suất thủ công truyền thống, giảm tỷ lệ làm lại sản phẩm.

Các quy trình điển hình: Lớp phủ chống mài mòn crom nitride, màng trang trí kim loại, lớp phủ carbon giống kim cương (DLC).

Kịch bản 5: Các trường đại học, Viện nghiên cứu & Trung tâm R&D của công ty - Hệ thống phún xạ R&D quy mô phòng thí nghiệm

Thiết bị phù hợp: Thiết bị phún xạ magnetron R&D một buồng nhỏ, máy phủ thí nghiệm đa chức năng

Mô tả ứng dụng

Được sử dụng để phát triển vật liệu mới, nghiên cứu cơ chế màng mỏng và tiền phát triển các quy trình mới. Các công thức thực nghiệm được cập nhật thường xuyên với việc chuyển khí thường xuyên, tập trung nghiên cứu màng mỏng đa nguyên tố và vật liệu chức năng mới. Mỗi lô chứa số mẫu hạn chế, tuy nhiên cần có khả năng điều chỉnh thông số rộng và độ chính xác kiểm soát cao.

Giá trị cốt lõi của MFC

Cấu hình phạm vi linh hoạt hỗ trợ chuyển đổi thông số cho nhiều loại khí. Thiết bị hỗ trợ điều chỉnh độc lập thủ công hoặc điều khiển tự động thông qua phần mềm chủ, giúp người nghiên cứu tối ưu hóa các thông số tỷ lệ khí. Nó ghi lại dữ liệu thực nghiệm để hỗ trợ các dự án nghiên cứu và các ấn phẩm học thuật.

Các quy trình điển hình: Nghiên cứu vật liệu 2D, màng mỏng xúc tác và màng mỏng chức năng mới.

4. Kết luận

Là công cụ kiểm soát khí cốt lõi cho thiết bị phún xạ magnetron, Bộ điều khiển dòng khối (MFC) có tính năng kiểm soát dòng chảy vòng kín có độ chính xác cao và có thể áp dụng cho thiết bị toàn phổ, từ nguyên mẫu R&D quy mô phòng thí nghiệm đến dây chuyền phún xạ sản xuất liên tục lớn.

Dây chuyền sản xuất liên tục quy mô lớn cho quang điện, màn hình và kính Low-E tạo thành phân khúc thị trường lớn nhất. Thiết bị bán dẫn và cảm biến đòi hỏi độ chính xác cực cao và độ sạch cao. Các nhà sản xuất màng mỏng quang học ưu tiên chuyển đổi quy trình linh hoạt. Sản xuất lớp phủ trang trí và lớp phủ công cụ 3C tập trung vào sự ổn định trong sản xuất, trong khi nền tảng nghiên cứu của trường đại học yêu cầu khả năng R&D cho mục đích chung.

Việc kết hợp các giải pháp mạch khí tích hợp MFC với thông số kỹ thuật phù hợp và cấp độ chính xác tùy theo vị trí thiết bị trong các phân khúc công nghiệp khác nhau giúp ổn định quy trình màng mỏng, cải thiện năng suất sản xuất và cho phép tái tạo quy trình kỹ thuật số. MFC là thành phần cốt lõi không thể thiếu để vận hành ổn định công nghiệp hóa của tất cả các loại dây chuyền sản xuất phún xạ magnetron.