全自动石英晶振脉冲磁控溅射镀膜工艺控制系统研制

摘要

石英晶体谐振器制作的关键技术就是获得精确指定谐振频率的电极制备。磁控溅射镀膜技术在“被电极”工艺中的应用，较好的解决了蒸发“被银技术”电极膜层与石英晶片的附着力较差的问题。本文主要针对全自动石英晶振孪生双靶脉冲磁控溅射镀膜系统开发相应的工艺控制软件以满足石英晶体谐振器双面电极同时“溅射被银”的工业化生产的实际需要。控制系统开发始终贯穿安全便捷、简单适用的原则，以VC++6.0为开发工具实现了上位机用户界面的开发、以西门子S7-200PLC为下位机完成了镀膜工艺的程序控制，实现了溅射镀膜系统的全自动工艺运行控制。
　　论文在简要介绍了石英晶体谐振器电极制备技术的基础上，通过对溅射镀膜工艺流程的控制需求分析，确定了控制系统的上下位机控制架构，并采用RS-232C接口标准，利用API串口函数打开和关闭串口、以西门子S7-200系列自由端口通讯模式实现了上下位机之间的通信。论文采用检测用户网卡和硬盘信息特征与封装在系统登录程序中的授权码信息进行比对的知识产权保护策略判断终端用户的合法性。
　　论文所开发的上位机用户界面主要实现了运行模式控制、工艺参数设置、现场工艺参数实时显示、手动工艺控制以及状态监测等5个功能模块。现场工艺参数的设置依照“频率点设置”分别实现“常用频率点工艺参数调用”和“自定义频率点工艺参数”功能。常用频率点工艺参数调用采用下拉式快捷菜单选择。“自定义频率点参数设定”可以满足不同产品的工艺参数设置要求。
　　PLC应用程序通过功率和循环周期实现不同频率点的膜层厚度控制，对于相近频率点工艺参数则进一步通过功率的增减百分比微调以满足膜层精细调节的需要。根据工艺要求分别设计完成了参数初始化、自动抽真空、电离清洗、溅射镀铬、溅射镀银等工艺运行控制的PLC梯形图程序。采用数值逼近控制策略防止了模拟量输出的数值过冲。主程序进行工艺运行状态的逻辑判断并根据判断结果启停各子程序，实现了镀膜工艺的自动判别和高效运行控制。
　　本文开发的控制系统简单实用，成本低廉，性能稳定。实验样机在企业实际运行中表现出极高的工艺稳定性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状[1-6]

1.3 论文主要研究的内容

1.4 论文结构安排

1.5 本章小结

第二章 石英晶体谐振器的电极制备技术

2.1 石英晶体谐振器简介

2.2 石英晶体谐振器的电极制备工艺

2.3 本章小结

第三章 脉冲磁控溅射系统概述

3.1 系统组成结构

3.2 系统控制功能

3.3 本章小结

第四章 系统架构

4.1 系统硬件架构

4.2 S7-200 寻址[7-10]

4.3 系统软件架构

4.4 本章小结

第五章 上位机设计

5.1 软件开发环境

5.2 用户登录系统设计

5.3 主控模块

5.4 工艺参数设置

5.6 本章小结

第六章 下位机软件设计

6.1 PLC 主程序设计

6.2 PC 与 PLC 之间的自由端口通讯

6.3 工艺子程序设计

6.4 电机步进控制程序设计

6.5 本章小结

第七章 实验与结果

7.1 溅射系统机械设计

7.2 主控工艺运行结果

7.3 实验参数设置

7.4 实验样品

第八章 结论

致谢

参考文献

附录