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2008年第一季Sputter Spotlight

接地:正確接地的實踐指導


不當的接地會為你的生產營運和人員帶來危險。可能的影響包括與鄰近電力系統(例如您辦公室的供電電路)互相干擾。很多的實例這樣干擾會造成照明燈的閃爍。同樣,不當的接地會為電磁干擾 (EMI) 和錯誤的儀錶讀數這類現象埋下遠因,這些現象能夠對您的製程和塗膜品質產生消極影響。最值得注意的是,不當的接地會使人員處於電擊的危險之中。不當接地擁有如此多的潛在威脅,因此熟知正確的接地措施至關重要。

《2008年第一季度 Sputter Spotlight®》為您真空加工操作中電力系統(包括電源)的正確接地提供了直接、實用的建議。這些原則、圖片、圖表和說明提供您可用來提高系統性能和工廠安全的措施。

請注意,接地是十分複雜的課題。這裡的資訊目的在於提供一些基本原則和指導,而不是詳細的討論。請聯絡 Doug 來為您解答特殊情況。


接地必須依照當地規定。在您的系統中進行操作之前,請參照您所在地的適用標準,並採取所有必須的安全防範措施。不當的接地會為人員和設備造成嚴重危害。




一般原則

當使用銅帶接地時,確保銅帶有足夠的寬度。 高頻功率和交流電低頻功率只在銅帶表面傳輸,這是我們通常所稱的“趨膚效應(skin effect)”。因此,你的接地銅帶應該擁有盡可能大的表面面積。圖1展示了一個有建議寬度的接地銅帶。

其它可能用於接地的材料包括絞合線和扁平編織金屬線。選擇哪種材料應根據您特殊的設備/系統需求而定。請聯絡 Doug來為您解答特殊情況。

圖1 一個擁有建議寬度的接地銅帶

圖1 一個擁有建議寬度的接地銅帶


捲曲和焊接您的接地材料。 僅僅使輸出電纜捲曲是不夠的,因為銅會氧化。如果沒有同時進行捲曲和焊接,這種氧化會使危及您的接地,並最終可能導致接地完全損壞。圖2展示了一個捲曲並焊接成環型接線片的扁平編織線,在直流電源上安全的連接到接地螺栓。

實施金屬到金屬的接地。 不要在接地兩頭間包含塗層或任何其它絕緣材料。或者連接到一個無塗層的表面(圖2),或在塗層之前接地(圖3),或者在接地到金屬梁、金屬棒或金屬管時,先清除塗膜或其它絕緣塗層(圖4)。請注意,在正確的接地中覆上塗層可以幫助防止氧化,從而保護接地。

圖2 無塗層表面的接地

圖2 無塗層表面的接地





圖3 塗層之前的金屬梁接地

圖3 塗層之前的金屬梁接地





圖4 清除金屬梁上的塗層之後進行的接地

圖4 清除金屬梁上的塗層之後進行的接地




牢記對電源底座進行接地。 這項特殊接地經常會被忽視或者被視為沒有必要。但是,這對於您的電源來說永遠都是一個重要的連接。

在電源底部對接地進行正確的安裝。 圖5展示了一個正確裝配的電源接地。扁平編織金屬線一端和電源底座之間的星形墊圈可抗氧化,從而幫助維持長期接地。

Figure 5. 圖5 Pinnacle<sup>®</sup> 底座正確接地裝配的全貌圖

圖5 Pinnacle® 底座正確接地裝配的全貌圖





在兩端將您的交流電源的輸出電纜接地。 由於工業濺射應用需使用大功率,因此在一端接地是不夠的。一定長度的電纜擁有一定的電阻,這可能會在未接地的一端產生大量的電壓,使設備和人員處於危險之中。

從真空室到電源最終到整棟建築的接地。 這可以確保您的系統接地在地面一端的安全。地面接地比參考接地效率更高,可極大地幫助防止電磁干擾、噪音、電擊傷人以及其它所有與不當接地相關的其它問題。上面的圖5展示了一個從電源連接到真空室的扁平編織線接地電纜。以下的圖6和圖7展示了一個連接房間和電源的扁平銅帶。

圖6 從電源連接到真空室的接地扁平銅線

圖6 從電源連接到真空室的接地扁平銅線





圖7 從真空室連接到電源的接地銅帶

圖7 從真空室連接到電源的接地銅帶



系統接地

良好的系統接地從您的建築的最基礎部分開始。下面的圖片之中展示了一個正確接地的房間內工業塗裝系統,該房間在建造過程中考慮到了接地。接地線、接地棒以及其它結構的構件使得該鍍膜機能夠正確地接地。

圖8工業塗裝操作的系統與工廠正確接地

圖8 工業塗裝操作的系統與工廠正確接地





圖9 鍍膜機低頻電源和陰極之間電源線正確接地的詳細圖解。電源輸出線被一個兩端都自行接地的接地遮罩環繞著。

圖9 鍍膜機低頻電源和陰極之間電源線正確接地的詳細圖解。電源輸出線被一個兩端都自行接地的接地遮罩環繞著。





下列圖片展示了一家將安裝工業塗裝系統興建之中的工廠。目前階段,我們能夠清楚地看到內置硬體。一旦該系統安裝完成並投入運轉,該內置硬體將能夠支援正確接地。

圖10 與牆體支持之間的正確接地連接

圖10 與牆體支持之間的正確接地連接





圖11 連接室內接地線和室內牆角接地棒的電纜

圖11 連接室內接地線和室內牆角接地棒的電纜





圖12和13 室內接地線與牆內鋼筋的連接

圖12和13 室內接地線與牆內鋼筋的連接

圖 12和13 室內接地線與牆內鋼筋的連接





圖14和15 正確的扭線連接

圖14和15 正確的扭線連接

圖 14和15 正確的扭線連接





諮詢 Doug!

Doug Pelleymounter photo

您的濺鍍製程令您不甚滿意嗎?

AE 的高級現場應用工程師 Doug Pelleymounter 擁有超過32年處理各種具有挑戰性應用問題的實際操作經驗。在本專欄中,Doug 將為您解答一些應用難題。請將您的問題或評論提交至 sputtering@aei.com

  1. 我正在設置一項製程,現在想諮詢一個與射頻 (RF) 電源有關的問題。採用電壓或功率模式操作製程的優缺點分別有哪些?採用固定功率或固定電壓模式操作製程能獲得相同的薄膜屬性嗎?
  2. 我們將採用單磁控陰極對二氧化鈦薄膜的光學應用進行研究。靶材將是使用脈衝直流電電源的二氧化鈦。基材最高將加熱至攝氏350度,我們將使用氧氣和氬作為加工氣體。請為我們推薦一個脈衝直流電源和最佳的製程參數,以便獲得一個很好的密集型薄膜以及很高的沉積速率。二氧化鈦能達到的最高沉積速率是多少?二氧化矽呢?
  3. 我的真空室內沒有足夠的空間供我在雙靶磁控系統中使用直流電。能有合適的替代方法嗎?
  4. 我聽說射頻/直流電的配置非常複雜。需要防止的主要隱患有哪些?

  1. 我正在設置一項製程,現在想諮詢一個與射頻 (RF) 電源有關的問題。採用電壓或功率模式操作製程的優缺點分別有哪些?採用固定功率或固定電壓模式操作製程能獲得相同的薄膜屬性嗎?——匿名
    回答: 我個人認為你應該採用功率控制模式操作電源。電源將能夠“看到”負載,並根據情況調節電壓和電流,因此兩者都有空間來應對製程中的任何異常情況。如果採用電壓控制模式操作電源,它將根據情況調節功率和電流。如果你能夠嚴格控制負載,這當然很好。但是如果負載稍有變化,那麼功率和電流也將發生變化,因此製程很容易就會偏離規格。祝你好運!


  2. 我們將採用單磁控陰極對二氧化鈦薄膜的光學應用進行研究。靶材將是使用脈衝直流電電源的二氧化鈦。基材最高將加熱至攝氏350度,我們將使用氧氣和氬作為加工氣體。請為我們推薦一個脈衝直流電源和最佳的製程參數,以便獲得一個很好的密集型薄膜以及很高的沉積速率。二氧化鈦能達到的最高沉積速率是多少?二氧化矽呢?——Atul Nagras
    回答: 我建議使用 Pinnacle® Plus 直流電/脈衝直流電源。AE 提供 5kW 和 10kW 兩個版本。你選擇的版本將取決於靶材的大小。我的一般原則是最多 100W/平方英寸,性能很好的冷卻頂板則相對較少,為 70W/平方英寸。這是針對持續操作而言的。

    全氧化物模式下的二氧化鈦沉積是相當慢的。速率將取決於你真空室內的眾多因素:靶材和基材間的距離、壓強、磁場強度等等——你知道這裡面的原因。二氧化鈦的最高速率估計為3至5埃/秒。如果二氧化矽將使用相同的電源,那麼最高速率很可能會達到5至8埃/秒。

    瞭解濺射速度所涉及因素的更多資訊請參閱《2007年第一季 Sputter Spotlight》新聞中《我能實現的濺射速度是多少?》以及2007年第三季中《我如何才能夠優化濺射速度?》。歡迎發送電子郵件至 sputtering@aei.com聯絡我諮詢更多建議。


  3. 我的真空室內沒有足夠的空間供我在雙靶磁控系統中使用 直流電。能有合適的替代方法嗎?
    回答: 主要有兩種選擇: RAS 或射頻/直流電。我並不建議在這種情況下採用 RAS,因為它需要在真空室內鑽孔來增加高壓陽極,這是非常複雜且浪費勞力的。而射頻/直流電則比 RAS 更加容易設置,需要的空間也比普通的直流電少,因為只需一個陰極。從節約成本方面考慮,兩者各有千秋。首先射頻/直流電更昂貴,因為你必須購買兩個電源(一個射頻電源以及一個直流電源或脈衝直流電電源),但是你在耗材方面卻能夠有所節約,因為你只需購買一個陰極。


  4. 我聽說射頻/直流電的配置非常複雜。需要防止的主要隱患有哪些?
    回答: 合適的電弧控制裝置對射頻/直流電的成功使用非常關鍵,因為兩種不同的電源將同時工作。

    與射頻電源相比,直流電或脈衝直流電電源能夠更精確地識別電弧並作出反應。因此,你的直流電源必須要能夠控制你的射頻電源,在電弧出現時切斷直流電和射頻電源。一旦電弧消失了,它還必須能夠迅速重新打開電源。目前市場上的直流電源在這方面存在著差異。一些不提供任何內置直流電/射頻控制途徑,而其他的則提供強有力的控制。例如,Arc-Sync™ 技術使 Pinnacle® Plus+ 直流電源能夠輕鬆有效地控制連接Cesar® 射頻電源,便於電弧的處理。

    安裝射頻/直流電時,還要注意其他一些問題,例如電纜架設和篩檢程式/併合器的使用等。欲知詳情,請參閱我們的 《射頻/直流電製程中的電弧處理》應用說明