Устройство для плазмохимической обработки электронно вакуумных приборов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я 5 Н 0 ИЯ ЕТ кий инА. Хрул, Н 05 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Заявка Франции М 2599924,В 6/64, 1987.Авторское свидетельство СССРМ 411553, кл, Н 05 В 9/00, 1972. Изобретение относится к устройствам,реализующим технологию производстваэлектронно-вакуумных приборов (ЭПВ), иможет быть использовано для плазменнойхимико-термической обработки изделийпроизвольной конфигурации и объема.Известно устройство (заявка ФранцииМ 2599924 Н 05 В 6/64 публ, 871211), содержащее цепочку модульных реакторов СВЧдиапазона. Каждый модуль упомянутогоустройства состоит из полого резонатора исоединен с волноводным трактом; помимоэтого модули попарно соединены между собой,Однако указанное устройство обладаетследующими недостатками: существуютдальняя и ближняя перекрестные электродинамические связи между модулями-реакторами, т.е, неизбежны и их взаимныевлияния; для обеспечения непрерывности и Ы 1778817 А 1 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННО-ВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ(57) Использование: производство электро- вакуумных приборов, Сущность изобретения; источник ВЧ-энергии в устройстве выполнен в виде распределенного генератора тока, а неоднородный нагрузочный волновой тракт образован последовательно соединенными фильтрами нижних частот, произведение величины емкости на величину индуктивности каждого из которых выбрано постоянным, при этом емкость каждого фильтра нижних частот определя-. ется по аналитическому выражению, приведенному в тексте описания, 2 ил., 1 табл. технологической адекватности обрабатываемого продукта (изделия, узлы, заготовки и т.д.) требуется обеспечить временную стабильность подачи и транспортировки количества обрабатываемого продукта, что значительно усложняет введение процесса,Кроме того, известно устройство (э.с. М 411553 СССР Н 05 В 9/00, публ. 24,04.72), являющееся прототипом предлагаемого изобретения, содержащее источник ВЧ- энергии и неоднородный нагрузочный волновой тракт, состоящий из последовательно расположенных камерных реакторов, образованных из цельного металлического цилиндра, разделенного диафрагмами, и нагрузочно-транспортный канал из диэлектрической трубы с малыми потерями для перемещения обрабаты ваемого материала.При продвижении обрабатываемого иэделия по технологическому каналу радиаль 1778817ные размеры диафрагм уменьшаются в направлении продвижения изделия, что приводит к уменьшению волнового сопротивления и одновременному уменьшению коэффициента затухания, Это повышает однородность нагрева и расширяет зону идентичных условий обработки изделия.Однако указанное устройство обладает следующими недостатками:- диапазон рабочих частот и конструктивно-геометрические размеры камерных реакторов, однозначно связанные с рабочей длиной волны электромагнитных колебаний, лежащей в диапазоне СВЧ, обуславливают заведомо малые габариты единичных камерных реакторов, а, следовательно, и всего реактора в целом, являющегося совокупностью единичных камерных реакторов, при достаточной однородности электромагнитного поля; либо низкую однородность поля при приемлемых габаритах реактора.В первом случае требуются большие производственные площади и значительно затруднеуо обслуживание устройства; во втором - значительно уменьшаются габариты однородно обрабатываемых изделий. Очевидно, в обоих случаях производительность устройства очень низка;- требуемую для проведения процесса . энергию невозможно выделить и локализовать только на заданном обрабатываемом участке, Вследствие используемого механизма нагрева ее выделение происходит и вне зоны обработки. Следовательно, неизбежен непроизводительный расход энергии.Все сказанное уменьшает число единовременно обрабатываемых изделий и/или сужает ассортимент технологий (особенно энергоемких). Кроме того, технологическая нагрузка в большинстве случаев структурно неоднородна и обладает большими габаритами и произвольной конфигурацией, что вообще препятствует применению описанных выше реакторов.Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергозатрат,Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник ВЧ-энергии и неоднородный нагрузочный волновой тракт, источник ВЧ-энергии выполнен в виде ВЧ-распределенного генератора тока, неоднородный нагруэочный волновой тракт представляет собой суммирующий тракт и образован последовательно соединенными фильтрами нижних частот, причем произведение величины емкости на величинуиндуктивности каждого фильтра - величина постоянная, емкость каждого фильтра равна сумме емкостей соответствующего активного элемента распределенного 5 источника ВЧ-энергии, держателей для фиксации обрабатываемого изделия и подстроеч ной емкости, величину которой определяют по формулеСпод=Ь-(Саэ+Сд),где- текущий номер фильтра нижних частот; 10 Спод - подстроечная емкость- фильтра нижних частот, пф;Ь - индуктивностьфильтра нижних частот, мкГ; 15 Саэ - емкость соответствующего активного элемента распределенного источника ВЧ-энергии типа генератора тока, пф;Сд - емкость держателей для фиксации обрабатываемого изделия, пф. 20 В предлагаемом решении все признаки,указанные в отличительной части формулы изобретения, известны, проявляют в процессе взаимодействия присущие им известные свойства, дающие каждый в отдельности известный положительный эффект,При совместном использовании обеспечивается сверхсуммарный положительный эффект, обусловленный совокупностью указанных признаков, заключающийся в том, что достигается возможность путем 30 только перестройки частоты электромагнитных колебаний питающего сигнала изменять режим работы устройства и проводить различные виды термической и плазмохимической обработки изделий; нагрев, выжигание, нанесение покрытий, и т.д., - на одной и той же технологической линии,35 Таким образом, предлагаемое решениеудовлетворяет критерию "существенные от 40 личия" На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу,Предлагаемое устройство(фиг. 1) содержит распределенный источник ВЧ-энергии типа генератора тока 1, держатели для фик 45 диненных фильтров нижних частот 4, единичные активные элементы 5, генератор ВЧ 6, однородный волновой тракт, служащий для возбуждения активных элементов 7, балластные поглотители мощности 8, вакуумную систему прокачки 9.Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере плазмохимической обработки колб спец. ЗЛТ. сации обрабатываемых изделий на позиции50 2, неоднородный нагрузочный волновой тракт 3, состоящий из последовательно сое 1778817шт 1 1Вн л г.вС 1 45 50 55 Количество обрабатываемых колб. - 4 Вид обработки: выжигание орг, пленки.Обрабатываемая поверхность: экран спец. ЭЛТ,Рабочая частота: 13,56 МГц.Рабочий газ: аргон, остаточная атмосФера.Давление парциальное рабочего газа: аргон - 10 1 Торр, остаточная атмосфера - 10 Торр,Скорость прокачки рабочего газа; 5-20 л/с.Держатели 2 в виде, например, пластин и колец для фиксации обрабатываемого изделия на позиции, выполнены изтокопроводящего материала (например, меди) и имеют конфигурацию круглой пластины, площадь ее равна площади обрабатываемой поверхности, и кольца, диаметр которого равен диаметру обрабатываемого изделия. Держатели изделия в данном случае одновременно выполняют функцию электродов для создания разряда, необходимого при проведении выбранного вида обработки. Данная конструкция держателей-электродов обеспечивает емкостное возбуждение разряда. Возможно создание индукционного способа возбуждения разряда, Электроды в этом случае выполняются в виде катушек индуктивности различной геометрии или комбинированного режима возбуждения. Для оптимального использования предлагаемого устройства и достижения максимальной эффективности обработки конфигурация электродов должна наилучшим образом соответствовать конфигурации обрабатываемой поверхности,Активные элементы 5, входящие в состав распределенного ВЧ-генератора тока 1, представляют собой в данном случае лампы ГУв количестве 4 штук.Генератор ВЧ 6 электромагнитных колебаний, необходимый для возбуждения активных элементов 5, имеет верхнюю г аницу рабочей частоты 1 г.а не менее1 р = 1 Г 2 13,56=20 МГц и регулируемую выходную мощность не менее 60 Вт. Однородный волновой тракт 7, служащий для подведения ВЧ-напряжения возбуждения к активным элементам 5, образован П-образными фильтрами нижних частот, величины элементов которых: 1-с 1=с 2 фЧ-с 3=1-с 4, Сс 1=Сс 2=СсЗ=Сс 4 ю Неоднородный нагрузочный волновой тракт 3 образован последовательно соединенными П-образными ФНЧ 4, а элементы каждого фильтра образованы катушкой ин 5 10 15 20 25 30 35 дуктивности и конденсатором, произведение индуктивности и емкости которых - величина постоянная и равна с Сс.Катушки индуктивности выполнены извысокопроводящего материала - меди, надиэлектрическом каркасе, Емкость конденсатора С эквивалентна сумме емкостей соответствующего активного элемента 6,держателей 2, представляющих в данномслучае систему пластина - кольцо, и подстроечной емкости, величина которой определяется по ФормулеСпод=Ь1 (Саэ+Сд),а волновое сопротивление неоднородногонаг узочного волнового тракта 3 рь равноеС, изменяется по законуР1 1Л .а С 1 ТНоминалы элементов фильтров нижних частот, образующих неоднородный нагрузочный волновой тракт 3, сведены в таблицу. Балластные поглотители мощности 8 представляют собой резисторы с регулируемым сопротивлением до 10 кОм и допустимой мощностью рассеяния не менее 250 Вт.При работе предлагаемого устройства в волновых трактах 3 и 7 создается режим с подавлением обратной волны, т,е. создается бегущая волна вследствие того, что коэффициент затухания (см, фиг. 2, кривая 1) изменяется по закону, аналогичному закону изменения волнового сопротивления (см. фиг. 2, кривая 2) неоднородного нагрузочного волнового тракта 3: Так как обрабатываются одинаковые изделия, то Вн 1=Вн 2=Внз=ВН 4 в пределах, определяемых технологией изготовления обрабатываемого изделия. Амплитуда напряжения бегущей волны (см, фиг. 2, кривая 3) в неоднородном нагрузочном волновом тракте 3 равна сумме амплитуд напряжений: падающего на технологической нагрузке и падающего на участке неоднородного волнового тракта 3 от до 1+1 позиции, С уменьшением сопротивления неоднородного нагрузочного тракта 3 соответственно растет напряжение, Таким образом, мощность, вводимая в обрабатываемое изделие (Фиг. 2, кривая 4), остается постоянной на любой позиции. Следовательно, создаются одинаковые условия обработки для одинаковых изделий и обеспечивается адекват1778817 10 Гс =сгс ,20 30 40 50 ность проведения технологической обработки изделия на всех позициях независимо от номера 1:- по энергозатратам, обуславливается постоянством распределения электромагнитного поля па всей длине неоднородного нагруэочного волнового тракта 3 С 1: С: С: С =1:05:033:025-по времени, обуславливается синфаэностью бегущих волн в волновых трактах 3 и 7 где Ь, Ы - индуктивности 1 фильтров нижних частот волновых трактов 3 и 7 соответственно;Сь С - емкостифильтров нижнихчастот волновых трактов 3 и 7 соответственно,Предлагаемое устройство позволяет:- используя плазмохимический механизмобработки, значительно уменьшить необходимые затраты энергии на проведение технологического процесса и практическиизбежать бесполезных потерь энергии;- проводить обработку изделий произвольного объема и конфигурации, при этом переход к другому типу изделий можетпотребовать только смены держателей, ачисло одновременно обрабатываемых изделий ограничивается только мощностью генератора ВЧ возбуждения;- достичь адекватности плазмохимическойобработки каждого единичного изделия налинии, повторяемости и воспроизводимости процесса плазмохимической обработки;- осуществлять различные виды обработкина одной и той же линии посредством изменения только частоты генерируемых элект. ромагнитных колебаний;- снизить межоперационное загрязнениедеталей.В устройстве в прототи используетсямеханизм диэлектрического нагрева, Использование этого механизма в том виде,как предложено в прототипе, не позволяетлокализовать поглощение энергии на отдельно взятом обрабатываемом участке иприводит к бесполезным потерям энергии.Помимо бесполезных потерь, такой нагревизделия в целом может отрицательно сказаться на качестве других узлов изделия,например, разрушить защитное покрытие,привести к нежелательной деструкции органических материалов, произвести окисление, спекание люминофора и т,п. Крометого, технологическая нагрузка, как правило, неоднородна, имеет слоистую структуру. В таких условиях достичь изотропного поглощения энергии, а, следовательно, адекватности обработки, невозможно.В устройстве-прототипе реакторный объем не отделен от устройства, и при обработке изделия вводится внутрь устройства. Таким образом, размеры (диаметр) и форма нагрузочно-транспортного канала изначально ограничивают габариты и форму обрабатываемого иэделия. Переход к обработке изделий, например, с выступающими узлами требует замены нагрузочнотранспортного канала, нового расчета требуемых конфигураций электромагнитного поля, изменения размера диафрагм и, возможно, металлического цилиндра, замены источника ВЧ-энергии, т.е. фактически проектирования и конструирования устройства заново,В предлагаемом устройстве обработка подобного изделия может осуществляться путем только замены держателей или обработкой по частям, что немаловажно и дает дополнительный положительный эффект при наличии узлов, обработка которыхдопустима только в условиях, отличных от условий обработки изделия в целом,Различные виды обработки не могут быть реализованы в устройстве-прототипе, так как это связано с необходимостью каким-то образом нейтрализовать и выводить образовавшиеся продукты реакции, которые могут создать недопустимую среду для проведения другого вида обработки, т.е. вводить дополнительные системы откачки, обезгаживания, производить очистку нагрузочно-транспортного канала, который будет загрязнен продуктами реакций. Кроме того, любое конструктивное вмешательство нарушит установившуюся структуру электромагнитного поля. Таким образом, потребуется конструировать другое устройство.Предлагаемое устройство лишено этих недостатков, т,к. реакторный объем вынесен из структуры устройства и передан в обрабатываемое иэделие, поэтому на режим работы и структуру предлагаемого устройства не оказывает влияние вид обработки изделияего конфигурация и т.п.Таким образом,предлагаемое устройство позволяет существенно повысить производительность, снизить энергозатраты, значительно расширить диапазон обрабатываемых изделий и видов обработок.Кроме того, предлагаемое устройство позволит уменьшить рабочие площади и снизить затраты на проведение технологического процесса вследствие того, что создана воэможность проводить весь цикл.7 создания и обработки ЗВП изделия или его часть на одной линии; значительно снизить отрицательное воздействие обработки, требуемой для одного узла изделия, на другой узел того же изделия. 5. Формула изобретенияУстройство для плазмохимической обработки электронно-вакуумных приборов, содержащее транспортный канал, выполненный в виде последовательно размещен ных зон обработки электронно-вакуумных приборов, источник ВЧ-энергии и неоднородный нагрузочный волновой тракт, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергозат рат, источник ВЧ-энергии выполнен в аиде распределенного генератора тока, а неоднородный нагрузочный волновой тракт образован последовательно соединенными фильтрами нижних частот, произведение 20 величины емкости на величину индуктивностикаждого из которых выбрано постоянным, при этом емкость каждого фильтра нижних частот равна сумме емкостей соответствующего активного элемента распределенного источника ВЧ-энергии, держателей для фиксации обрабатываемого и подстроечной емкостивеличину которой определяют по формуле:Спод=Ь1 (Саэ+Сд)где Спод 1 - подстроечная емкость 1-го фильтра нижних частот, пФ;1 - текущий номер фильтра нижних частот;Ь - индуктивность 1-го фильтра нижних частот, мкГ;Сзз - емкость соответствующего активного элемента распределенного источника ВЧ-энергии, пФ;Сд - емкость держателей для фиксации обрабатываемого изделия, и Ф.1778817 ОТНЯВ. 3,5 О,УН 0 пир аиаи 3 ноИ ЭЛЕиентаСоставитель В,Геллер Редактор И.Коляда . Техред М,Моргентал Корректор О,ГустЖ Заказ 4197 Гираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10