Вакуумное напыление

 

Трансформатор для питания  реверсивного двигателя рассчитывается аналогично—в качестве него мы выбираем стандартный трансформатор для полупроводниковых приборов на 50 Гц, с броневым ленточным сердечником типа ШЛМ, с уменьшенным расходом меди, исполнение УХЛ—ТПП 270 с мощностью 57 В×А, сердечником ШЛМ25´15, I1=0,36 А, I2=1,26 А, напряжениями вторичных обмоток U11-12,13-14=10 В, U15-16,17-18=10 В, U18-19,19-20=2,59 В.

 

4.6 Расчет электрических цепей

 

В качестве стабилизатора  напряжения для напряжения +15 В используем КР142ЕН5А—интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжениием+5 В. Регулируемый стабилизатор отрицательного напряжения

Краткий информационный лист

КР142ЕН18А - регулируемый 3-х выводной стабилизатор отрицательного напряжения, позволяющий питать устройства током до 1.5А в диапазоне напряжений от -1.2В до -37В. Для установки выходного напряжения требуется всего два внешних навесных резистора. Он включает в себя встроенный токовый ограничитель, термозащиту, защиту выходных транзисторов. КР142ЕН18А может быть полезен в широком спектре применений включающих, например, стабилизаторы, расположенные в непосредственной близости от потребителей. На базе данного прибора может быть построен стабилизатор с программируемым выходным напряжением, или, подключением постоянного резистора между входом регулирования и выходом, можно перевести его в режим прецизионного токового стабилизатора.

Основные характеристики

Гарантированный выходной ток 1.5 А

Выходное напряжение от -1.2 В до -37 В

Внутренняя термозащита

Внутренняя термостабильная  защита от токов КЗ

Защита выходных транзисторов

Плавающий режим для  высоковольтных применений

Стандартный 3-х выводной транзисторный корпус

Изменяя схему включения, доведем выходное напряжение до+15 В. Схема представлена на рис.4.2

 

Рис.4.2 Схема включения

Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R2 и R3. Они связаны соотношением:

 

Uвых=Uвых.мин (1+R2/R3),

 

при этом ток, протекающий  через эти резисторы, должен быть не менее 5 мА. Емкость конденсаторов  выбирают обычно большей 2 мкФ.

Принимаем ток равным 15 мА, тогда:

 

R2+R3=Uвых/I=15 В/15 мА=1 кОм,

R2/R3=Uвых-Uвых.мин-1=15-9-1=5,

R2=5R3, 1=5R3+R3=6R3, R3=166 Ом, R2=833 Ом.

 

Из стандартного ряда выбираю сопротивление R2=820 Ом, R3=180 Ом.

Рассчитаем мощность на сопротивлении R2:

 

P=I2R

 

P=400х10-6х820=0,328 Вт.

Из стандартного ряда выбираем мощность 0,5 Вт.

Рассчитаем мощность на сопротивлении R3:

 

P=I2R

 

P=225х10-6х160=0,036 Вт.

Из стандартного ряда выбираем мощность 0,125 Вт.

На остальных сопротивлениях мощность тоже маленькая и из стандартного ряда выбираем мощность 0,1Вт.

 

Заключение:

 

В ходе курсового проекта  была разработана САУ для лабораторной автоматизированной установки магнетронного  распыления, проработана схема полностью  автоматического цикла, кроме загрузки и выгрузки подложек. Проведение нанесения пленок можно разделить на следующие процессы:

Загрузка подложек;

Откачка механическим насосом;

Откачка диффузионным насосом;

Напуск газа;

Магнетронное распыление;

Выгрузка подложек;

Программа останова.

Разработан структура  промышленного компьютера и его отдельные компоненты.

Для питания большинства  устройств установки следует  применить блок энергоавтоматики РАВс питающим напряжением в 220 В, и для  питания магнетрона отдельный блок с напряжением 380 В. Все блоки располагаются  в 19 дюймовой стойке.

 

5. Промышленная экология и безопасность

 

5.1 Анализ установки и технологического процесса

 

Установка получения  многослойных покрытий в вакууме  представляет собой сложный агрегат, эксплуатация которого связана с  рядом вредных и опасных производственных факторов, воздействие которых на человека и окружающую среду в определённых условиях может привести к тяжелым последствиям. Технологические процессы формирования многослойных покрытий, проводимые на установке, являются экологически чистыми и практически безотходными. Вредные выбросы в окружающую среду отсутствуют.

К вредным производственным факторам относятся: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение  разряда. Интенсивность излучения  разряда в оптическом диапазоне  и его спектр зависят от мощности разряда, материала катода, давления в вакуумной камере. При отсутствии защиты возможны поражения органов зрения (электроофтальмия, катаракта и т.п.).

К опасным производственным факторам относятся воздействие  электрического тока; возможность взрыва баллонов и систем, находящихся под давлением; движущиеся механизмы (механический насос и ременная передача).

Технология производственного  процесса не предусматривает наличие  взрывоопасных веществ на участке  производства, но процесс формирования многослойных покрытий требует наличия баллонов с давлением до 15 МПа по ГОСТ 949-73, в которых хранится запас рабочих газов (Ar, O2) на несколько производственных циклов. Все баллоны объединены в единую систему напуска. Нарушение герметичности этой системы представляет серьезную опасность.

В данной установке используется механический форвакуумный насос, который  приводится во вращение двигателем посредством  ременной передачи. Вращающиеся элементы двигателя и насоса являются источниками  шума и вибрации. Следует отметить, что в первые минуты работы через выхлопной патрубок механического насоса выделяется смесь воздуха с мелко–дисперсными капельками масла, которая оказывает вредное воздействие на органы дыхания. Рекомендуется выхлоп механического насоса отводить за пределы помещения.

В качестве источника в данной установке используется магнетрон. При работе магнетрона между катодом и анодом создается напряжение до 300...500 В (рабочий ход), ток разряда при этом составляет до 10 А.

Магнетрон, диффузионный насос, рабочая камера требуют постоянного водяного охлаждения во время работы. Контроль состояния системы водяного охлаждения осуществляется посредством гидрореле.

 

5.2 Основные требования безопасности при эксплуатации установки

 

Для предотвращения отравления выхлопными газами механических насосов  выхлоп должен быть выведен за пределы  помещений, в которых расположена  установка. Наиболее целесообразным является применение централизованной форвакуумной магистрали. Естественное и искусственное освещение помещений должно соответствовать СНиП II-4-19. Для размещения установки фундамента не требуется. Установка может быть размещена на любом этаже, выдерживающем нагрузки от массы установки (ГОСТ 17770-79). Температура, относительная влажность и скорость движения воздуха в рабочей зоне должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-88:

 

Таблица 5.1

Сезон	Холодный	Теплый
Температура в помещении	20-23оC	20-23оC
Относительная влажность  воздуха	40-60 %	40-60 %
Максимальная скорость движения воздуха	0.2 м/с	0.2 м/с

 

К работе на установке  допускаются лица, изучившие техническое  описание установки, инструкцию по эксплуатации, инструкцию по технике безопасности при работе на данном оборудовании и прошедшие местный инструктаж по безопасности труда. Манометры для измерения давления в баллонах должны иметь класс точности не ниже 2,5. Для обеспечения точности и достоверности измерений манометры должны подвергаться проверке не реже одного раза в 12 месяцев с последующим пломбированием или клеймением. Кроме того, не реже одного раза в шесть месяцев должна проводиться проверка рабочих манометров контрольным манометром с записью результатов в журнале проверок. Манометры должны иметь такую шкалу, чтобы при допустимом давлении стрелка находилась во второй трети шкалы. На циферблате манометра красным цветом должна быть нанесена отметка, соответствующая максимально допускаемому давлению.

Требования электробезопасности  при работе с установкой:

установка должна быть надежно  заземлена;

запрещается во время  работы установки снимать предусмотренные конструкцией предохранительные стенки;

не разрешается оставлять  без присмотра установку, находящуюся  под напряжением;

на установке во время  ремонта и настройки должны быть вывешены предупреждающие знаки  “Высокое напряжение”, “Опасно для жизни”;

к ремонту и обслуживанию электрических цепей установки  допускаются только лица, имеющие  соответствующую квалификацию, изучившие  техническое описание электрических  систем установки и прошедшие  местный инструктаж по безопасности труда.

Требования по обеспечению безопасности эксплуатации системы с баллонами высокого давления:

все элементы газовой  системы должны быть надежно и  герметично собраны;

при проверке герметичности  соединений разрешается использовать только мыльный раствор;

не разрешается оставлять без присмотра работающую газовую систему;

запрещается заменять предусмотренные  конструкцией манометры на манометры  с другими эксплуатационными характеристиками (более низким классом точности, другим пределом измерения и т. п.).

проводить проверку контрольных манометров с последующим пломбированием или клеймением в лабораториях Госстандарта не реже одного раза в 12 месяцев, а рабочих манометров по контрольному манометру не реже одного раза в 6 месяцев с последующей регистрацией результатов проверки в журнале;

к ремонту и обслуживанию газовой системы установки допускаются  только лица, имеющие соответствующую  квалификацию, изучившие техническое  описание газовых систем установки  и прошедшие местный инструктаж по безопасности труда.

Пожаробезопасность:

Согласно ГОСТ 12.3.005-80 необходимо соблюдать следующие  правила:

участки должны быть оборудованы  средствами пожаротушения по ГОСТ12.4.009-83, в соответствии с категорией помещения  по пожаробезопасности;

проемы в стенах производственных помещений должны быть оборудованы приспособлениями и устройствами, исключающими сквозняки, а также возможность распространения пожара.

Эргономические требования:

Согласно ГОСТ12.03.025-80 для операторов, участвующих в  технологическом процессе должны быть обеспечены удобные рабочие места, не стесняющие их действий во время выполнения работы;

На рабочих местах должны быть стеллажи, столы и другие устройства для размещения оснастки, заготовок и готовых изделий;

Эргономические требования для выполнения работ сидя и стоя обеспечиваются по ГОСТ 12.2.032-78 и ГОСТ 12.2.033-78.

 

5.3 Средства обеспечения электробезопасности

 

Согласно ГОСТ12.2.009-80 электрооборудование  должно отвечать следующим требованиям:

основной выключатель  должен иметь два определенных фиксированных  положения: “включено” и “выключено”;

контактные зажимы должны быть надежно защищены крышками из изоляционного материала;

установка должна иметь  устройство аварийного отключения: кнопка красного цвета и свободный доступ к ней.

Питание установки осуществляется от 3-х фазной сети переменного напряжения 380 В, 50 Гц с изолированной землей. Исходя из требований охраны труда, такое питание установки требует применения защитного заземления.

Основными мерами защиты от поражения электрическим током  являются:

осуществление недоступности для случайного прикосновения токоведущих частей, находящихся под напряжением;

применение возможно малых напряжений в цепях установки;

выравнивание потенциала на нетоковедущих частях установки  защитным заземлением;

защитное отключение элементов установки;

организация безопасной эксплуатации установки.

Результат воздействия  тока зависит от ряда факторов, в  том числе от значения и длительности протекания через тело человека силы тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека. Электрическое сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение также влияют на исход поражения, но лишь постольку, поскольку они определяют значение тока, протекающего через тело человека. Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей. При чистой сухой и неповреждённой коже сопротивление тела человека колеблется в пределах от 2 кОм до 2 МОм. При увлажнении и загрязнении кожи, а также при повреждении кожи сопротивление тела оказывается наименьшим - около 500 Ом, т.е. доходит до значения, равного сопротивлению внутренних тканей тела. При проведении расчётов сопротивление тела человека принимают обычно равным 1 кОм.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и  горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3 - 5 см и стальные уголки размером от 40х40 до 60х60 мм длиной 2.5 - 3 м. Применяют также стальные прутки диаметром 10 - 12 мм и длиной до 10 м. Для связи вертикальных электродов используют полосовую сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. Так как установка расположена выше уровня земли, то технологически будет удобно использовать вертикальный заземлитель. Для большей надёжности заземление желательно продублировать. Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0.7 – 0.8 м, после чего с помощью механизмов забивают трубы или уголки. В качестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяют полосовую или круглую сталь. Прокладку заземляющих проводников производят открыто по конструкциям зданий, в том числе по стенам на специальных опорах. Согласно требованиям Правил устройства электроустановок сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать 4 Ом в установках с трёхфазной сетью с заземлённой нейтралью напряжением до 1000 В. Для искусственных заземлителей сопротивление одиночного заземлителя в виде трубы или стержня, забитого в землю, определяется по формуле: