2. Размещение устройства в вакуумной камере

Вакуумная камера установки ВУ-1А имеет два фланца и, соответственно, два смотровых стекла. Для нас не имеет принципиальной разницы на какой из них разместить устройство. Поэтому можно закрепить на нижнем. Главный вид на вакуумную камеру с устройством и вид сверху представлены на рисунках 2.18 и 2.19.

Рисунок 2.18 – Главный вид камеры с устройством

Рисунок 2.19 – Вид сверху на камеру с устройством

Естественно, закрепление устройства на фланце камеры производится при помощи болтовых соединений.

2. Расчет суммарного газонатекания и газовыделения

Необходимо определить суммарное газонатекание и газовыделение в вакуумной камере, чтобы оценить влияние урона, наносимого технологическому процессу, из-за использования данного устройства.

Расчет будет проводиться по методике, изложенной в литературе [33].

Условимся, что газовый поток, откачиваемый вакуумным насосом при установившемся (стационарном) режиме, имеет четыре составляющие:

Q = Q_{констр.} + Q_{технол.} + Q_нат1.+ Q_нат2. , (2.40)

где Q_{констр.} – газовый поток, обусловленный поверхностной десорбцией из конструкционных материалов, применяемых для изготовления рабочих камер;

Q_{технол.} – газовыделение, обусловленное высокотемпературной диффузией газов, растворенных в толще изделий;

Q_нат1. – поток газа, обусловленный натеканием атмосферного воздуха через сквозные микродефекты в сварных и паяных соединениях, а также через неплотности в разборных соединениях;

Q_нат2. – газовыделение, обусловленное натеканием инертного газа через защитное устройство.

Газовыделение из конструкционных материалов происходит, как уже упоминалось, за счет процесса поверхностной десорбции газов, удерживаемых на внутренних поверхностях рабочей камеры, а также поверхностях механизмов и устройств, обращенных в вакуумную полость (например, вводов движения, механизмов перемещения и так далее). Поток газовыделения со стенок рабочей камеры может быть найден по формуле:

Q_{констр.} = q_дес.  A_пов. , (2.41)

где q_дес. – удельный поток газа, десорбирующийся с единичной поверхности материала при комнатной температуре, м³∙Па/с∙м²;

A_пов. – площадь поверхностей стенок камеры и устройств, обращенных в вакуумную полость, м².

Для материала камеры стали 12Х18Н10Т q_дес. = 1,75 ∙ 10^-4 м³∙Па/с∙м², а ее площадь составляет A_пов. = 2,31 м², тогда:

Технологическое газовыделение связано с типом обрабатываемого объекта и способом осуществления технологического процесса. Во многих случаях технология производства электронных приборов предусматривает тщательное обезгаживание или отжиг деталей, целых узлов при высокой температуре в условиях вакуума. Другим примером может быть процесс нанесения тонких покрытий методом термического испарения или ионно-плазменного распыления. В обоих случаях газовыделение из изделий, находящихся при высокой температуре, происходит за счет диффузии газа, растворенного в объеме материалов.

Если газовыделение из материалов, находящихся при высоких температурах, представляется как поток газа с единичной поверхности материала, то технологическое газовыделение определяется по формуле:

Q_{технол.} = q_диф.  A_изд. , (2.42)

где q_диф. – удельный поток газа из материала при температуре, заданной технологическим процессом, м³ Па/с м²;

А_изд. – площадь поверхности изделий, м².

Если в качестве материала подложки взять никель, то значение q_диф. рассчитывается по формуле:

, (2.43)

где t – время обезгаживания (1 час).

Максимальное число подложек, которое может поместиться на арматуре, составляет 60 штук при диаметре в 40 мм.

Натекание атмосферного воздуха в объем рабочей камеры происходит по разборным, сварным, паяным соединениям, которые в ряде случаев не могут обеспечить полную герметичность. Величина возможного натекания воздуха в рабочую камеру определяется так:

Q_нат.1 = K_вер.  m  Q_теч. , (2.44)

где K_вер. – вероятность наличия течи (сквозного микродефекта);

m – число соединений (фланцев, сварных швов, мест пайки);

Q_теч. – наименьший поток газа, регистрируемый течеискателем (Q_теч.= 110^-8 Па м³/с).

В данном расчете значение Q_нат.1 полагаем постоянным и равным величине 5 10^-7 Па м³/с, так как невозможно предусмотреть вероятность наличия течи и общее число соединений.

Величина Q_нат.2 зависит от объемного расхода газа и давления, которые мы задавали самостоятельно при расчете сопел, и определяется по формуле:

, (2.45)

Определяем суммарное газонатекание и газовыделение

Таким образом, рассчитанная величина суммарного газонатекания и газовыделения является достаточно распространенной, с которой откачная система может справляться. В тоже время есть необходимость в проверке данного устройства и его работы практике, для подтверждения его работоспособности и эффективности.