致力于提供世界最優(yōu)秀的膜厚控制方案,讓鍍膜簡單起來 |
晶控儀(石英晶體膜厚控制儀)是真空鍍膜常用的在線速率和厚度監(jiān)控儀器,具有厚度線性好,精度高等特點,已經(jīng)成為真空蒸發(fā)鍍膜的標準配置;相對穩(wěn)定的濺射鍍膜和其它類型鍍膜,只要對膜厚有精度和重復要求,也越來越重視用晶控儀來保證最終的膜厚。
在真空鍍膜系統(tǒng)中,晶控儀可以獨立作為沉積速率和厚度控制器或監(jiān)視器,自動完成鍍制一系列的膜層。也可以配合計算機監(jiān)控軟件,完成更復雜的系統(tǒng)控制。
晶振片為AT切割石英晶體圓形薄片,厚度由標稱頻率決定;國內(nèi)常用的6MHz晶振片厚度約0.28mm,直徑14mm。晶振片的兩個表面均鍍有電極,一面為雙錨圖案,一面鍍滿,也有兩面都鍍滿,電極材料有金、銀、以及銀鋁合金。滿鍍面朝向探頭開口,接受材料沉積。由于表面沉積膜料,晶振片的性能會發(fā)生變化,所以需要經(jīng)常更換。
晶控儀按一定時間間隔周期性檢測晶振片頻率,并將頻率變化按照預設(shè)的材料參數(shù)換算成材料厚度,厚度與時間的比值就是該材料的沉積速率。
如果是某些計算機控制系統(tǒng)用戶,可以不操作晶控儀,甚至平時不用看晶控儀。
膜林晶控儀是中文觸摸屏,由幾個頁面組成。主要有[沉積]、[菜單]、[材料]、[膜系]、[運行參數(shù)]、[配置參數(shù)]、[探頭與接口]。
[配置參數(shù)]配置晶控儀,例如蒸發(fā)源擋板開關(guān)連接到哪個端口,怎么驅(qū)動坩堝及連接端口位置等。晶控儀安裝時使用一次,正常鍍膜無需使用。
[運行參數(shù)]主要用于檢查成膜記錄,選擇待沉積膜系。而選擇待沉積膜系,在MXC-3B膜厚儀中,也可以在[膜系]頁面完成。正常鍍膜可不使用。
[探頭與接口]詳細顯示當前晶振片的振蕩頻率、阻力損耗,以及輸入輸出接口狀態(tài)。供核查探頭和接口情況,正常鍍膜無需使用。
[沉積]頁面,開始、停止鍍膜界面。運行后動態(tài)顯示鍍膜的主要狀態(tài),開機后自動進入。
[菜單]頁面,中轉(zhuǎn)頁面,僅起導航作用,界面簡單。
[材料]頁面,包含材料的基本參數(shù),材料名、材料密度和聲阻抗率。包含更多的是工藝參數(shù),所在蒸發(fā)源及擋板情況,材料的預熔功率和時間,是否自動控制功率,預期沉積速率和PID功率控制參數(shù)等。膜林晶控儀里,[材料]參數(shù)多,略顯復雜,但隨后會知道,這個復雜是值得的。正常鍍膜時不需要使用。
[膜系]頁面,包含[膜系總體]頁面和[膜層]設(shè)定頁面。MXC-3B晶控儀,先進入的是[膜系列表]頁面,由膜系列表進入膜系總體頁面。正常鍍膜前,對于已輸入好的膜系,只需選擇一次(或在[運行參數(shù)]頁選擇),然后無需再進入。
[膜層]頁面,[膜系]的子頁面,每層膜,只需填寫材料庫號、沉積厚度、坩堝號三個參數(shù)。添加新膜層時,自動隔層拷貝前面的膜層,例如,當前已有2層膜,添加新膜層時,將自動拷貝膜層1的參數(shù)作為新膜層3的基礎(chǔ)參數(shù)。這一點對于手動輸入膜系時,相對其他品牌晶控儀,有巨大的速度優(yōu)勢。
某資深鍍膜用戶總結(jié)的好,膜林晶控儀帶有工藝特質(zhì),成膜過程更平穩(wěn)、結(jié)果更準確。
詳細,請參見[資料下載]頁面,膜林晶控儀的相對優(yōu)點一篇。
石英晶體存在壓電效應(yīng)及逆壓電效應(yīng)*,晶振片外接交流電源時,將產(chǎn)生受迫振動,當外接交流電源頻率接近晶振片振動本征頻率時,晶振片將達到諧振狀態(tài)。對于AT切割石英晶體片來說,其主振蕩方式為所謂的厚度剪切模式,即形變?yōu)闄M向,而波動的傳播方向為沿著厚度方向。晶振片的這種機械振蕩屬于聲學波范疇,所以我們的材料中會有聲阻抗(率)這一參數(shù)。
鍍膜時,材料沉積到樣品(鍍膜產(chǎn)品)表面的同時,也沉積到晶振片表面,引起晶振片的諧振頻率發(fā)生變化(下降)。晶控儀監(jiān)測晶振片的諧振頻率,根據(jù)預設(shè)材料參數(shù),計算出材料的沉積速率和厚度。在一定的頻率變化范圍內(nèi),材料的沉積厚度與頻率變化呈線性關(guān)系,這一特點使得晶控非常適合于控制速率。
*當電介質(zhì)沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后,它又會恢復到不帶電的狀態(tài)。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反,當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場,這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形,電場去掉后,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。
膜林晶控儀說明書里有儀器的尺寸和安裝孔位置說明。探頭安裝請參考探頭說明。 圍繞膜林晶控儀的功能,大致分為幾個方面
1. 探測頻率(監(jiān)測速率),從晶控儀的Sensor端口連接電纜至振蕩包,振蕩包后端用短同軸電纜連接探頭
2. 控制速率,膜林晶控儀有3個BNC模擬電壓輸出端,用同軸電纜連接至蒸發(fā)源控制器(如阻蒸的功率調(diào)整器)的控制輸入端。
3. 控制厚度,外接擋板控制。膜林晶控儀提供3個隨蒸發(fā)源定義的擋板繼電器,外加一個公共繼電器,可靈活分配。在材料參數(shù)里還提供了一個特殊的繼電器脈沖輸出,模仿按下回彈按鈕,用于改造某少數(shù)進口鍍膜機的擋板控制
4. 轉(zhuǎn)動坩堝,自動定位坩堝位置略復雜些,請參考說明書(與擋板一樣,從后面的IO端口接線)。此處提醒一句,配置參數(shù)設(shè)置后,可在探頭與接口界面,直接測試坩堝轉(zhuǎn)動,繼電器輸出等。
5. 材料相關(guān)的充氣(氧)繼電器等,也請參考說明書
1.膜林晶控儀將很多成膜參數(shù)放在"材料"里,優(yōu)點是膜系簡單,每層膜只需材料庫號、沉積厚度(kA)和坩堝號,這三個參數(shù)。而且隔層拷貝添加,非常方便。MXC-3B還提供計算機下載膜系工件軟件,極大減少膜系的輸入勞動。
2.材料里的硬件相關(guān)參數(shù),如源、坩堝、擋板等,安裝好后不用動。工藝人員應(yīng)關(guān)注的是成膜參數(shù),如密度、聲阻抗率、比例系數(shù)和預熔階段等。
1.在<運行參數(shù)>里找到待沉積的膜系,選擇起始層(默認1),回到<沉積>頁面,"開始"即可。MXC-3B,還可以在膜系列表里選擇好膜系后,點擊"沉積",再回到<沉積>頁面,從第1層開始。
問:什么是聲阻抗率
膜料沉積到晶振片表面形成膜層,聲學波也將傳播進膜層內(nèi),在界面處發(fā)生與光學波相似的反射與透射現(xiàn)象。如果聲波在傳播過程中,損耗比較大,例如遇到裂紋、空位等缺陷或聲吸收大的材料(如含油脂的手指印)、方向變化(形變),都可能會讓諧振的Q值降低。當這種損耗增大到一定程度,甚至會發(fā)生晶振失效。
在上海膜林科技有限公司的XDM、MXC晶控儀中,晶振片阻力損耗值就是反應(yīng)這一損耗的特有參數(shù),可為探頭檢測、晶振片安裝、更換等提供參考,非常好用。
在晶控儀中反應(yīng)出的晶振失效,還包含了晶振片失效以外故障,例如接觸不良或斷路、短路、主機或振蕩包損壞等。
2014.07.14下午,我和上海wj的朋友z從上海松江一起去嘉興王店,幫一個朋友w生檢查晶控: x10檢測不出頻率
1. 先是用一個我們的模擬晶控探頭接到x10的振蕩包上,有頻率顯示,說明x10和它的振蕩包是沒有問題的。
2. 拿我們的 MXC-3K 晶控儀一檢查,也沒有頻率。
通過觀察阻力損耗值(頻率未鎖定,損耗值100%附近),可以斷定探頭回路斷路。具體什么位置還要檢查。
還好,晶控儀的阻力損耗還可以用于檢查短路。
3. 松開裝晶振片的探頭(Holder)前端的射頻連接線,用金屬鑷子搭住連接線接頭的內(nèi)芯與外殼,晶控儀阻力損耗值顯示短路狀態(tài)(頻率未鎖定,損耗值10%附近)。
說明晶振片Holder以前都沒有問題,問題應(yīng)出在內(nèi)部。把射頻線連回去。
4. 要來酒精與擦拭布,把晶振片Holder內(nèi)部清潔一下,裝入晶振片,MXC-3K顯示頻率,損耗值進入正常范圍,綠色。
5. 再接 x10,同樣OK.
小結(jié):
1. 問題還是出在對探頭的保養(yǎng)上,只要用戶稍加注意。
事實上,還是有很多用戶不太明白,以為把晶振片換進口的就應(yīng)該好了。
2. 可直接用鑷子導通探頭彈片爪子和外壁,看是否有短路狀態(tài),倒著朝上推。
3. 沒有MXC-3K的朋友,可通過互換等辦法來判斷問題所在。
MXC-3K的此處的優(yōu)點在于,它可在線檢測晶振片阻力損耗值(包含了電子回路的阻抗),并對損耗值范圍加以顏色區(qū)分。
后記:
1. 因為曾見過探頭內(nèi)部焊點脫落,射頻導線似連似斷,同時也因為這臺機的探頭拆卸方便,所以中途是讓w生把探頭從機器上拆下來檢查的。
2. 中間曾把晶振片重裝一次,用MXC-3K檢測,有頻率,但損耗值非常大,90%多,紅的。這也表明是回路接觸電阻過大,間或斷路。
此時,在x10上應(yīng)該也能檢測出頻率,看上去正常,但這樣子鍍膜,后果是嚴重的,速率跳動會很大,厚度不準確。
w生后來說,這次,他們裝上去時還有頻率顯示,但真空一抽就沒有了。他們之前就發(fā)生過速率不穩(wěn)定,壽命值異常,這次直接沒頻率。
3. 說起來啰嗦一大堆,其實做起來也就十來分鐘,還包含出去借大扳手的幾分鐘。
某MXC-3B廠商用戶電話反應(yīng),晶振失效,損耗值在0.幾。第一反應(yīng)是探頭短路,讓其斷開振蕩包與探頭之間的小電纜,故障依然。再請其將MXC-3B主機與振蕩包之間的電纜重新插接一次。 后電話回饋,螺絲沒有固定,電纜松動。改正后OK。 (損耗值異常低的情況下,內(nèi)部模擬探頭的檢測能力也將失效,因為如果是探頭短路,它也會被短路,所以先讓用戶斷開探頭連接測試。)
2016.04.20上午,再次和wj朋友z去s州朋友客戶處幫忙檢測晶控:x10經(jīng)常出現(xiàn)大的正負速率(幾十A/S),不鍍膜時也會有。 1. 先檢查探頭,斷開x10振蕩包,將我們的MXC-3B晶控儀接入探頭。顏色顯示綠色,說明探頭內(nèi)晶振片損耗狀況良好。探頭沒有問題! 2. 由1可判斷出問題出在探頭以前,就是x10系統(tǒng)。隔壁機器正好也是x10,還不在鍍膜。借來振蕩包,換上,OK。
近日,只帶一個萬用表,去xx地幫用戶檢測,癥狀同樣是x10檢測不出頻率。用模擬探頭接上,x10雖有頻率顯示,但頻率跳動很大,且明顯偏離標稱值,初步判斷晶控儀側(cè)有問題。因常見x10振蕩包問題,就取下振蕩包去其他機臺測試,果然在其它機臺上也不能檢測出頻率。從另一臺機器上拆了一個振蕩包過來,用模擬探頭頻率顯示正常,但接上探頭還是沒有頻率! 再開始探頭電路通斷檢測。經(jīng)過一番折騰,發(fā)現(xiàn)問題出在FeedThrough內(nèi)部,中心上下不通,問題搞大了,這玩意是密封在內(nèi)部的,無法維修,只能更換。這種早期進口的探頭FeedThrough,存在設(shè)計上的bug。再經(jīng)幾天折騰,更換成某的探頭,頻率OK,效果觀察中。
再后記,這種探頭,運氣好的,可以試著修。但本次運氣欠佳,內(nèi)部銹結(jié),斷了。
晶控儀新增的頻率自檢功能,省去了爬上去接模擬探頭的步驟。但如果真的是短路現(xiàn)象,那還是需要拔掉振蕩包至探頭法蘭之間接線的來確診的。
MXC晶控問答下載:<問答.pdf>