El control mejorado del gas de proceso optimiza la pulverización reactiva

Los algoritmos personalizados de respuesta de las válvulas en los controladores de flujo producen mejores películas, con más control del estado de transición del objetivo.

Pulverización reactiva

La pulverización reactiva es un tipo de proceso de Deposición Física por Vapor que se utiliza para crear una película delgada en recubrimientos al vacío. El proceso deposita una capa de material compuesta sobre un sustrato mediante la introducción de un gas reactivo, como O2 o N2, en un plasma generado típicamente usando un gas inerte, como argón. El gas reactivo es activado por el plasma, y luego reacciona químicamente con un «blanco» -normalmente compuesto de metales, aleaciones o cerámicas- produciendo un material de recubrimiento que se deposita sobre un sustrato. El recubrimiento de óxido, nitruro o carburo resultante confiere propiedades tales como baja emisividad o durabilidad al sustrato que está recubierto.

La deposición por pulverización reactiva es muy utilizada en procesos de fabricación e I+D, tales como:

  • Pantallas planas para televisores y teléfonos móviles
  • Revestimientos fotovoltaicos en células solares
  • Revestimientos ópticos en gafas de sol
  • Recubrimientos decorativos en ferretería y componentes de automóviles
  • Revestimientos aislantes en vidrio arquitectónico

Los controladores de flujo másico de Alicat son compatibles con los gases reactivos más comunes. Esos gases -y algunos de sus compuestos típicos- son:

  • Oxígeno (O2) – crea óxidos como Al2O3, SiO2, TiO2, ITO (óxido de indio y estaño).
  • Nitrógeno (N2) – que produce nitruros como TiN, ZrN, CrN
  • Acetileno (C2H2) o metano (CH4) – para películas de carbono diamantado

Controlando el proceso de pulverización

Mediante el control de la cantidad y la sincronización de los flujos reactivos de gas, las tasas de deposición y las propiedades de la película se pueden ajustar con cierta precisión. El uso del control de flujo no requiere retroalimentación activa, pero la tasa de deposición es menor en comparación con el control de lazo cerrado, y las propiedades de la película pueden ser menos que óptimas.

Un control de lazo cerrado de la presión parcial proporciona mayores velocidades de deposición en comparación con el control de flujo y se mejoran las propiedades de la película. Pero el control de lazo cerrado requiere un control activo de la retroalimentación, lo que aumenta la complejidad y el gasto del proceso. Igualmente importante es que el sistema responda rápida y precisamente a la retroalimentación, para asegurar un buen recubrimiento. Dado que las reacciones son electroquímicas y pueden tener lugar en milisegundos de exposición del objetivo al gas o del sustrato a la nube de plasma, los requisitos de control pueden ser muy estrictos.

Los sistemas de control de lazo cerrado miden las condiciones del proceso en tiempo real a través de señales de retroalimentación. Las señales de realimentación más comunes incluyen:

  • Voltaje objectivo
  • Emisión óptica del plasma, a menudo llamada Monitoreo de Emisión del Plasma o PEM
  • Presión parcial de gas reactivo, medida por un Analizador de Gas Residual o RGA

Cómo evitar el envenenamiento del objetivo

Otra variable importante a la hora de determinar la calidad de la deposición es el estado del objeto durante el proceso de pulverización. El aumento del flujo de gas reactivo al proceso acelera la reacción química, pero también puede causar la cobertura total del objetivo o «envenenamiento del objetivo». Cuando ocurre el envenenamiento del objetivo, el proceso puede verse afectado negativamente. Se puede producir una disminución de la velocidad de deposición, así como cambios no deseados en los niveles de vacío y voltaje que pueden dañar tanto al objetivo como al sustrato. Los sistemas de control de proceso de lazo cerrado se utilizan para mantener el estado de «transición» del objetivo y evitar envenenamientos.

El control de lazo cerrado es también más flexible que el revestimiento de control de flujo, lo que permite el control de procesos de varios gases y varias zonas. Los MFC de Alicat proporcionan programabilidad PID ajustable en campo para que los expertos en recubrimientos alcancen la velocidad de respuesta más rápida de cualquier controlador de flujo másico, mejorando la estabilidad del proceso y las condiciones de la cámara de recubrimiento. Los algoritmos PID y PDF+ optimizan el control alterando la tasa y la forma de los comandos de control de respuesta. Múltiples algoritmos PID están disponibles, permitiendo al usuario generar la mejor respuesta de control de flujo posible a cualquier señal de control de proceso.

Los MFC de Alicat son compatibles con las conexiones mecánicas y eléctricas utilizadas en las herramientas de pulverización existentes, y a menudo se utilizan como medio para actualizar los controles de proceso. Muchas interfaces digitales y analógicas están disponibles, incluyendo RS-232 y RS-485. Ellas se pueden combinar con protocolos como DeviceNet y EtherNet/IP.

Los controladores de flujo másico Alicat incluyen la función Gas Select™. Con ella, usted puede cambiar fácilmente de gases sin necesidad de cálculos del factor K u otra compensación, ya que cada MFC contiene una base de datos con las propiedades del gas que cubre todo el rango de presiones y temperaturas de funcionamiento. Combinando Gas Select con un amplio rango de control de 200 a 1, los usuarios reducen en gran medida el número de diferentes MFC necesarios para satisfacer las demandas de la pulverización reactiva.

Los ingenieros de aplicaciones de Alicat pueden ayudarle a encontrar los mejores controladores de flujo másico para su aplicación de pulverización reactiva. Póngase en contacto con ellos a través de nuestro sistema de chat en línea, llámenos, envíenos una pregunta en un formulario web o envíenos un email a info@alicat.com.

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