CN105441888A - 一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其包括有：一上位控制电脑，其安装有预设的上位机软件，用于显示数据及发出操控指令；一主站，其连接于上位控制电脑，所述主站包括有欧姆龙PLC控制器，用于上传数据至上位控制电脑以及接收上位控制电脑的操控指令，并对操控指令进行处理；从站组，所述从站组受控于主站，所述从站组用于实现各泵组与各气动阀的顺序控制、ITO镀膜箱的温度控制、工艺气体流量控制、镀膜速度控制以及异常报警功能。本发明结构完善、通讯速度快、易于操控并能满足大型多功能连续磁控溅射真空镀膜线。

Description

一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，尤其涉及一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统。

背景技术

磁控溅射原理是指电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子或分子沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。

现有技术中的磁控溅射镀膜系统，大多采用比较简单的触摸屏加PLC控制系统，因其通讯速度慢，且工艺配方和在线控制方面得不到及时实现和监控，无法满足大型多功能连续磁控溅射真空镀膜线的特性需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种结构完善、通讯速度快、易于操控并能满足大型多功能连续磁控溅射真空镀膜线的自动控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其包括有：一上位控制电脑，其安装有预设的上位机软件，用于显示数据及发出操控指令；一主站，其连接于上位控制电脑，所述主站包括有欧姆龙PLC控制器，用于上传数据至上位控制电脑以及接收上位控制电脑的操控指令，并对操控指令进行处理；从站组，所述从站组受控于主站，所述从站组用于实现各泵组与各气动阀的顺序控制、ITO镀膜箱的温度控制、工艺气体流量控制、镀膜速度控制以及异常报警功能。

优选地，所述从站组包括有顺序控制模块，所述顺序控制模块基于顺序控制的方式，对各旋片泵、罗茨泵、分子泵、各气动阀、各门阀及各段传动进行启动停止控制。

优选地，所述从站组包括有温度控制模块，所述温度控制模块根据上位控制电脑的设定值，通过控制可控硅的导通角来实现加热功率的高低。

优选地，所述从站组包括有工艺气体控制模块，所述工艺气体控制模块根据上位控制电脑的设定值，通过控制流量计的流量来调控工艺气体量。

优选地，所述从站组包括有调速模块，所述调速模块根据上位控制电脑的设定值，通过控制变频器的频率输出来实现对传动马达旋转速度的控制，从而实现镀膜速度的线性控制。

优选地，所述从站组包括有异常报警模块，所述异常报警模块用于在系统出现异常时，向上位控制电脑上传报警参数。

本发明公开的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统中，在上位控制电脑、主站和从站组的配合作用下，有效解决了现有技术中多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统问题，适合应用于多功能连续磁控溅射真空镀膜生产线等领域，并且具有结构完善、通讯速度快、易于操控等有益效果。

附图说明

图1为本发明多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统的组成框图。

图2为本发明多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统的具体结构框图。

图3为顺序控制模块的操控界面图。

图4为温度控制模块的操控界面图。

图5为工艺气体控制模块的操控界面图。

图6为调速模块的操控界面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，如图1所示，其包括有：

一上位控制电脑1，其安装有预设的上位机软件，用于显示数据及发出操控指令；

一主站2，其连接于上位控制电脑1，所述主站2包括有欧姆龙PLC控制器，用于上传数据至上位控制电脑1以及接收上位控制电脑1的操控指令，并对操控指令进行处理；

从站组3，所述从站组3受控于主站2，所述从站组3用于实现各泵组与各气动阀的顺序控制、ITO镀膜箱的温度控制、工艺气体流量控制、镀膜速度控制以及异常报警功能。

上述自动控制系统中，在上位控制电脑1、主站2和从站组3的配合作用下，有效解决了现有技术中多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统问题，适合应用于多功能连续磁控溅射真空镀膜生产线等领域，并且具有结构完善、通讯速度快、易于操控等有益效果。

进一步地，结合图1和图2所示，所述从站组3包括有顺序控制模块30，所述顺序控制模块30基于顺序控制的方式，对各旋片泵、罗茨泵、分子泵、各气动阀、各门阀及各段传动进行启动停止控制。所述从站组3包括有温度控制模块31，所述温度控制模块31根据上位控制电脑1的设定值，通过控制可控硅的导通角来实现加热功率的高低。所述从站组3包括有工艺气体控制模块32，所述工艺气体控制模块32根据上位控制电脑1的设定值，通过控制流量计的流量来调控工艺气体量。所述从站组3包括有调速模块33，所述调速模块33根据上位控制电脑1的设定值，通过控制变频器的频率输出来实现对传动马达旋转速度的控制，从而实现镀膜速度的线性控制。所述从站组3包括有异常报警模块34，所述异常报警模块34用于在系统出现异常时，向上位控制电脑1上传报警参数。

关于控制方式，参见如下实施例:

实施例1，请参照图3，顺序控制模块的界面为各泵组、各气动阀、各门阀、各段传动的启动停止控制，其遵循顺序控制原则。如：泵组启动及各气动阀打开：先开启旋片泵2X-70A，再开启VF1、VF2、VF3、VF4、VF5、VP1、VP2,当真空度达到设定值，才能启动罗茨泵ZJY-300、ZJY-600，又当真空度达到设定值，才能启动分子泵前级阀及分子泵。

关于泵组停止及各气动阀关闭：先停止分子泵，当分子泵完全停止后才能停止罗茨泵，当罗茨泵停止后才能停止旋片泵，最后关闭各气动阀VF1、VF2、VF3、VF4、VF5、VP1、VP2各门阀及放气气动阀：门阀VS1、VS2、VS3放气阀SV1管道气动阀VP1组成入料系统，门阀VS4、VS5、VS6放气阀SV2管道气动阀VP2组成出料系统。在入料系统中，为保证主镀膜室真空度的稳定，VS1,VS2不能同时开启，VS2,VS3不能同时开启。在自动生产过程中，当入口室(箱体1#传动CM1)没有框架(被溅射物载体)，门阀VS2处于关闭状态，且传动CM36上有框架，则VP1关闭，VP1关闭后罗茨泵ZJY-300关闭，罗茨泵ZJY-300关闭后罗茨泵ZJY-600关闭，然后放气阀SV1打开，破坏入口室(箱体1#)真空后，门阀VS1开启。门阀VS1开启后，放气阀SV1关闭，同时传动CM1,CM36开启，载物框架进入入口室(箱体1#)，然后门阀VS1关闭。门阀VS1关闭后，VP1开启，当真空度达到后，罗茨泵ZJY-300开启，然后罗茨泵ZJY-600开启。当其真空度达到后，如果门阀VS1VS3都处于关闭状态，且传动CM2上没有框架，则门阀VS2开启。当门阀VS2开启到位后，传动CM1CM2启动，框架从入口室快速进入入口过渡室(箱体2#)，当框架进入到位后，传动CM1CM2停止，门阀VS2关闭。当入口协调室(箱体3#)上传动CM3没有框架，且门阀VS2处于关闭状态，入口过渡室(箱体2#)传动CM2上有框架，则门阀VS3开启，门阀VS3开启到位后，传动CM2CM3启动，框架从入口过渡室(箱体2#)快速进入入口协调室(箱体3#)，当框架进入到位后，传动CM2CM3停止，门阀VS3关闭。

在出料系统中，为保证主镀膜室(箱体3#-12#)真空度的稳定，VS4,VS5不能同时开启，VS5,VS6不能同时开启。在自动生产过程中，当出口室(箱体14#传动CM14)有框架，门阀VS5处于关闭状态，且传动CM15上没有框架，则VP2关闭，VP2关闭后罗茨泵ZJY-300关闭，罗茨泵ZJY-300关闭后罗茨泵ZJY-600关闭，然后放气阀SV2打开，破坏出口室(箱体14#)真空后，门阀VS6开启。门阀VS6开启后，放气阀SV2关闭，同时传动CM14,CM15开启，载物框架完全出了出口室(箱体14#)，然后门阀VS6关闭。门阀VS6关闭后，VP2开启，当真空度达到后，罗茨泵ZJY-300开启，然后罗茨泵ZJY-600开启。当其真空度达到后，如果门阀VS4VS6都处于关闭状态，且传动CM14上没有框架，传动CM13上有框架，则门阀VS5开启。当门阀VS5开启到位后，传动CM13CM14启动，框架从出口过渡室(箱体13#)快速进入出口室(箱体14#)，当框架进入到位后，传动CM13CM14停止，门阀VS5关闭。当出口协调室(箱体12#)上传动CM12有框架，且门阀VS5处于关闭状态，出口过渡室(箱体13#)传动CM13上没有框架，则门阀VS4开启，门阀VS4开启到位后，传动CM12CM13启动，框架从出口协调室(箱体12#)快速进入出口过渡室(箱体13#)，当框架进入到位后，传动CM12CM13停止，门阀VS4关闭。

各段传动的启动停止控制：在自动模式下整个镀膜传动过程中，主室传动CM4-CM11在启动后按设定镀膜速度运行，入口协调室与出口协调室传动(CM3CM12)分两个速度段,即在出入框架时使用快速，而其余时间则与主室传动速度同步，其余传动都采用顺序控制，在前一传动有框架时启动，在后一传动框架到位后停止。

实施例2，请参照图4，关于温度控制模块，为了实现象ITO镀膜的需要，必须加热，所以在1#箱体－12#箱体安装了加热系统。加热系统的基本组成为：利用上位机的设定值，把其通讯给PLC站，PLC通过计算，把其转换成模拟量电压信号，控制可控硅，从而通过控制可控硅的导通角来实现加热功率的高低。

为了满足加热系统的均匀性，每个箱体采用了六段加热，上下各一段，中间四段，根据工艺需求每段都可以设定温度，然后利用PID温度控制系统，自主控制各段的温度在工艺的需求范围内。每个箱体有一个总加热开关及各段的实测温度的显示值，以便我们能更方便的控制和了解各段的加热情况，以适当调整设定值，达到此产品工艺需求。此温度参数，可以以产品配方方式予以保存，以方便以后同类产品的生产。

实施例3，请参照图5，关于工艺气体控制模块，为了实现各产品镀膜的需要，必须加入工艺气体，所以在2#箱体－13#箱体安装了工艺气体控制系统。工艺气体系统的基本组成为：利用上位机的设定值，把其通讯给PLC站，PLC通过计算，把其转换成模拟量电压信号，控制流量计，从而通过控制流量计的流量来调控工艺气体量。为了满足镀膜工艺需求，除2#箱体3#箱体12#箱体13#箱体为气氛均匀性作用外，每个箱体均安装了两组工艺布气(因每个箱体都配有两个溅射阴极，分别一一对应)。在磁控溅射真空镀膜的过程中，一般的工艺气体需求为：加速和氛围椭性气体氩气Ar和参与氧化的反应气体氧气O2。根据工艺需求每组都可以设定气体流量，然后利用流量计控制工作气体流量。每个流量计都有其实测流量的显示值，以便我们能更方便的控制和了解流量计的控制情况，以适当调整设定值，达到此产品工艺需求。此气体工艺参数，可以以产品配方方式予以保存，以方便以后同类产品的生产。

实施例4，请参照图6，关于调速模块，为了实现各产品镀膜工艺的需要，必须对镀膜速度予以调整，所以在整个传动系统中采用了调速控制系统。调速控制系统的基本组成为：利用上位机的设定值，把其通讯给PLC站，PLC通过计算，把其转换成模拟量电压信号，控制变频器，从而通过控制变频器的频率输出来实现对传动马达旋转速度的控制，从而实现镀膜速度的线性控制。为了满足镀膜工艺需求，除3#箱体12#箱体为快慢双速外，镀膜主室4#箱体－12#箱体为可调同一速度，其余各段传动速度都可以一一对应设置。此设定速度参数，可以以产品配方方式予以保存，以方便以后同类产品的生产。

实施例5，关于异常报警模块，为了实现自动化控制的智能作用，尽快解决镀膜过程中所存在的问题，设置了异常报警功能。其报警参数在发生报警后，能在上位机明确显示并发出警报：1)报警参数及提示会在上位机显示器上明确显示，以让操作员尽快处理。2)上位机显示器界面整个版面会显示红底色。3)有声蜂鸣器会响起，提示所有生产线员工，生产线存在故障。

异常报警功能主要有以下报警参数：

1、报警保护功能：即发生故障时，PLC会自动关断相关运行的设备，如：在主室真空度低于设定值时，主室各分子泵前级阀会自动关闭，然后分子泵会自动停止；

2、在箱体冷却水温度高于设定值，压力和流量低于设定值时，则加热系统必须立即关断，以保证箱体连接之间密封O川的安全；

3、在阴极冷却水温度高于设定值，压力和流量低于设定值时，则阴极电源必须立即关断，以保证阴极密封O川的安全和溅射靶材的安全；

4、在阴极电源冷却水温度高于设定值，压力和流量低于设定值时，则阴极电源必须立即关断，以保证阴极电源的安全；

5、在工艺气体压力低于设定值时，则阴极电源必须立即关断，以保证阴极的安全，溅射靶材的安全和工艺的稳定。

此外，还包括报警提示功能：即发生故障时，PLC会自动提示相关报警但不会关断相关运行的设备，如：框架碰撞门阀保护、门阀启闭到位保护、各段真空度监测保护等。

本发明公开的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其能够进行各种复杂工艺的连续磁控溅射真空镀膜，为适应各种镀膜要求的需要，连续磁控溅射真空镀膜线的功能变得越来越强大，对产品的工艺适应性能越来越好，本发明自动控制系统可以生产如：复杂的高透过率低反射率(AR)产品、ITO导电产品、消影+ITO导电产品、镀铜产品等等。此多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统的开发成功将对连续磁控溅射真空镀膜线的建设起到不可低估的社会作用。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其特征在于包括有：

一上位控制电脑，其安装有预设的上位机软件，用于显示数据及发出操控指令；

一主站，其连接于上位控制电脑，所述主站包括有欧姆龙PLC控制器，用于上传数据至上位控制电脑以及接收上位控制电脑的操控指令，并对操控指令进行处理；

从站组，所述从站组受控于主站，所述从站组用于实现各泵组与各气动阀的顺序控制、ITO镀膜箱的温度控制、工艺气体流量控制、镀膜速度控制以及异常报警功能。

2.如权利要求1所述的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其特征在于，所述从站组包括有顺序控制模块，所述顺序控制模块基于顺序控制的方式，对各旋片泵、罗茨泵、分子泵、各气动阀、各门阀及各段传动进行启动停止控制。

3.如权利要求1所述的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其特征在于，所述从站组包括有温度控制模块，所述温度控制模块根据上位控制电脑的设定值，通过控制可控硅的导通角来实现加热功率的高低。

4.如权利要求1所述的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其特征在于，所述从站组包括有工艺气体控制模块，所述工艺气体控制模块根据上位控制电脑的设定值，通过控制流量计的流量来调控工艺气体量。

5.如权利要求1所述的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其特征在于，所述从站组包括有调速模块，所述调速模块根据上位控制电脑的设定值，通过控制变频器的频率输出来实现对传动马达旋转速度的控制，从而实现镀膜速度的线性控制。

6.如权利要求1所述的多功能连续磁控溅射真空镀膜自动控制系统，其特征在于，所述从站组包括有异常报警模块，所述异常报警模块用于在系统出现异常时，向上位控制电脑上传报警参数。