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致力于提供世界最優(yōu)秀的膜厚控制方案，讓鍍膜簡單起來 |
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晶控儀(石英晶體膜厚控制儀)是真空鍍膜常用的在線速率和厚度監(jiān)控儀器，具有厚度線性好，精度高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為真空蒸發(fā)鍍膜的標(biāo)準(zhǔn)配置；相對(duì)穩(wěn)定的濺射鍍膜和其它類型鍍膜，只要對(duì)膜厚有精度和重復(fù)要求，也越來越重視用晶控儀來保證最終的膜厚。
在真空鍍膜系統(tǒng)中，晶控儀可以獨(dú)立作為沉積速率和厚度控制器或監(jiān)視器，自動(dòng)完成鍍制一系列的膜層。也可以配合計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，完成更復(fù)雜的系統(tǒng)控制。
晶振片為AT切割石英晶體圓形薄片，厚度由標(biāo)稱頻率決定；國內(nèi)常用的6MHz晶振片厚度約0.28mm，直徑14mm。晶振片的兩個(gè)表面均鍍有電極，一面為雙錨圖案，一面鍍滿，也有兩面都鍍滿，電極材料有金、銀、以及銀鋁合金。滿鍍面朝向探頭開口，接受材料沉積。由于表面沉積膜料，晶振片的性能會(huì)發(fā)生變化，所以需要經(jīng)常更換。
晶控儀按一定時(shí)間間隔周期性檢測(cè)晶振片頻率，并將頻率變化按照預(yù)設(shè)的材料參數(shù)換算成材料厚度，厚度與時(shí)間的比值就是該材料的沉積速率。
如果是某些計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用戶，可以不操作晶控儀，甚至平時(shí)不用看晶控儀。
膜林晶控儀是中文觸摸屏，由幾個(gè)頁面組成。主要有[沉積]、[菜單]、[材料]、[膜系]、[運(yùn)行參數(shù)]、[配置參數(shù)]、[探頭與接口]。
[配置參數(shù)]配置晶控儀，例如蒸發(fā)源擋板開關(guān)連接到哪個(gè)端口，怎么驅(qū)動(dòng)坩堝及連接端口位置等。晶控儀安裝時(shí)使用一次，正常鍍膜無需使用。
[運(yùn)行參數(shù)]主要用于檢查成膜記錄，選擇待沉積膜系。而選擇待沉積膜系，在MXC-3B膜厚儀中，也可以在[膜系]頁面完成。正常鍍膜可不使用。
[探頭與接口]詳細(xì)顯示當(dāng)前晶振片的振蕩頻率、阻力損耗，以及輸入輸出接口狀態(tài)。供核查探頭和接口情況，正常鍍膜無需使用。
[沉積]頁面，開始、停止鍍膜界面。運(yùn)行后動(dòng)態(tài)顯示鍍膜的主要狀態(tài)，開機(jī)后自動(dòng)進(jìn)入。
[菜單]頁面，中轉(zhuǎn)頁面，僅起導(dǎo)航作用，界面簡單。
[材料]頁面，包含材料的基本參數(shù)，材料名、材料密度和聲阻抗率。包含更多的是工藝參數(shù)，所在蒸發(fā)源及擋板情況，材料的預(yù)熔功率和時(shí)間，是否自動(dòng)控制功率，預(yù)期沉積速率和PID功率控制參數(shù)等。膜林晶控儀里，[材料]參數(shù)多，略顯復(fù)雜，但隨后會(huì)知道，這個(gè)復(fù)雜是值得的。正常鍍膜時(shí)不需要使用。
[膜系]頁面，包含[膜系總體]頁面和[膜層]設(shè)定頁面。MXC-3B晶控儀，先進(jìn)入的是[膜系列表]頁面，由膜系列表進(jìn)入膜系總體頁面。正常鍍膜前，對(duì)于已輸入好的膜系，只需選擇一次（或在[運(yùn)行參數(shù)]頁選擇），然后無需再進(jìn)入。
[膜層]頁面，[膜系]的子頁面，每層膜，只需填寫材料庫號(hào)、沉積厚度、坩堝號(hào)三個(gè)參數(shù)。添加新膜層時(shí)，自動(dòng)隔層拷貝前面的膜層，例如，當(dāng)前已有2層膜，添加新膜層時(shí)，將自動(dòng)拷貝膜層1的參數(shù)作為新膜層3的基礎(chǔ)參數(shù)。這一點(diǎn)對(duì)于手動(dòng)輸入膜系時(shí)，相對(duì)其他品牌晶控儀，有巨大的速度優(yōu)勢(shì)。
某資深鍍膜用戶總結(jié)的好，膜林晶控儀帶有工藝特質(zhì)，成膜過程更平穩(wěn)、結(jié)果更準(zhǔn)確。
詳細(xì)，請(qǐng)參見[資料下載]頁面，膜林晶控儀的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)一篇。
石英晶體存在壓電效應(yīng)及逆壓電效應(yīng)*，晶振片外接交流電源時(shí)，將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，當(dāng)外接交流電源頻率接近晶振片振動(dòng)本征頻率時(shí)，晶振片將達(dá)到諧振狀態(tài)。對(duì)于AT切割石英晶體片來說，其主振蕩方式為所謂的厚度剪切模式，即形變?yōu)闄M向，而波動(dòng)的傳播方向?yàn)檠刂穸确较颉＞д衿倪@種機(jī)械振蕩屬于聲學(xué)波范疇，所以我們的材料中會(huì)有聲阻抗(率)這一參數(shù)。
鍍膜時(shí)，材料沉積到樣品(鍍膜產(chǎn)品)表面的同時(shí)，也沉積到晶振片表面，引起晶振片的諧振頻率發(fā)生變化(下降)。晶控儀監(jiān)測(cè)晶振片的諧振頻率，根據(jù)預(yù)設(shè)材料參數(shù)，計(jì)算出材料的沉積速率和厚度。在一定的頻率變化范圍內(nèi)，材料的沉積厚度與頻率變化呈線性關(guān)系，這一特點(diǎn)使得晶控非常適合于控制速率。
*當(dāng)電介質(zhì)沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。
膜林晶控儀說明書里有儀器的尺寸和安裝孔位置說明。探頭安裝請(qǐng)參考探頭說明。 圍繞膜林晶控儀的功能，大致分為幾個(gè)方面
1. 探測(cè)頻率(監(jiān)測(cè)速率)，從晶控儀的Sensor端口連接電纜至振蕩包，振蕩包后端用短同軸電纜連接探頭
2. 控制速率，膜林晶控儀有3個(gè)BNC模擬電壓輸出端，用同軸電纜連接至蒸發(fā)源控制器（如阻蒸的功率調(diào)整器）的控制輸入端。
3. 控制厚度，外接擋板控制。膜林晶控儀提供3個(gè)隨蒸發(fā)源定義的擋板繼電器，外加一個(gè)公共繼電器，可靈活分配。在材料參數(shù)里還提供了一個(gè)特殊的繼電器脈沖輸出，模仿按下回彈按鈕，用于改造某少數(shù)進(jìn)口鍍膜機(jī)的擋板控制
4. 轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝，自動(dòng)定位坩堝位置略復(fù)雜些，請(qǐng)參考說明書(與擋板一樣，從后面的IO端口接線)。此處提醒一句，配置參數(shù)設(shè)置后，可在探頭與接口界面，直接測(cè)試坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)，繼電器輸出等。
5. 材料相關(guān)的充氣（氧）繼電器等，也請(qǐng)參考說明書
1.膜林晶控儀將很多成膜參數(shù)放在"材料"里，優(yōu)點(diǎn)是膜系簡單，每層膜只需材料庫號(hào)、沉積厚度(kA)和坩堝號(hào)，這三個(gè)參數(shù)。而且隔層拷貝添加，非常方便。MXC-3B還提供計(jì)算機(jī)下載膜系工件軟件，極大減少膜系的輸入勞動(dòng)。
2.材料里的硬件相關(guān)參數(shù)，如源、坩堝、擋板等，安裝好后不用動(dòng)。工藝人員應(yīng)關(guān)注的是成膜參數(shù)，如密度、聲阻抗率、比例系數(shù)和預(yù)熔階段等。
1.在<運(yùn)行參數(shù)>里找到待沉積的膜系，選擇起始層（默認(rèn)1），回到<沉積>頁面，"開始"即可。MXC-3B，還可以在膜系列表里選擇好膜系后，點(diǎn)擊"沉積"，再回到<沉積>頁面，從第1層開始。
問：什么是聲阻抗率
膜料沉積到晶振片表面形成膜層，聲學(xué)波也將傳播進(jìn)膜層內(nèi)，在界面處發(fā)生與光學(xué)波相似的反射與透射現(xiàn)象。如果聲波在傳播過程中，損耗比較大，例如遇到裂紋、空位等缺陷或聲吸收大的材料(如含油脂的手指印)、方向變化(形變)，都可能會(huì)讓諧振的Q值降低。當(dāng)這種損耗增大到一定程度，甚至?xí)l(fā)生晶振失效。
在上海膜林科技有限公司的XDM、MXC晶控儀中，晶振片阻力損耗值就是反應(yīng)這一損耗的特有參數(shù)，可為探頭檢測(cè)、晶振片安裝、更換等提供參考，非常好用。
在晶控儀中反應(yīng)出的晶振失效，還包含了晶振片失效以外故障，例如接觸不良或斷路、短路、主機(jī)或振蕩包損壞等。
2014.07.14下午，我和上海wj的朋友z從上海松江一起去嘉興王店，幫一個(gè)朋友w生檢查晶控: x10檢測(cè)不出頻率
1. 先是用一個(gè)我們的模擬晶控探頭接到x10的振蕩包上，有頻率顯示，說明x10和它的振蕩包是沒有問題的。
2. 拿我們的 MXC-3K 晶控儀一檢查，也沒有頻率。
通過觀察阻力損耗值(頻率未鎖定，損耗值100%附近)，可以斷定探頭回路斷路。具體什么位置還要檢查。
還好，晶控儀的阻力損耗還可以用于檢查短路。
3. 松開裝晶振片的探頭(Holder)前端的射頻連接線，用金屬鑷子搭住連接線接頭的內(nèi)芯與外殼，晶控儀阻力損耗值顯示短路狀態(tài)(頻率未鎖定，損耗值10%附近)。
說明晶振片Holder以前都沒有問題，問題應(yīng)出在內(nèi)部。把射頻線連回去。
4. 要來酒精與擦拭布，把晶振片Holder內(nèi)部清潔一下，裝入晶振片，MXC-3K顯示頻率，損耗值進(jìn)入正常范圍，綠色。
5. 再接 x10，同樣OK.
小結(jié)：
1. 問題還是出在對(duì)探頭的保養(yǎng)上，只要用戶稍加注意。
事實(shí)上，還是有很多用戶不太明白，以為把晶振片換進(jìn)口的就應(yīng)該好了。
2. 可直接用鑷子導(dǎo)通探頭彈片爪子和外壁，看是否有短路狀態(tài)，倒著朝上推。
3. 沒有MXC-3K的朋友，可通過互換等辦法來判斷問題所在。
MXC-3K的此處的優(yōu)點(diǎn)在于，它可在線檢測(cè)晶振片阻力損耗值（包含了電子回路的阻抗），并對(duì)損耗值范圍加以顏色區(qū)分。
后記：
1. 因?yàn)樵娺^探頭內(nèi)部焊點(diǎn)脫落，射頻導(dǎo)線似連似斷，同時(shí)也因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)的探頭拆卸方便，所以中途是讓w生把探頭從機(jī)器上拆下來檢查的。
2. 中間曾把晶振片重裝一次，用MXC-3K檢測(cè)，有頻率，但損耗值非常大，90%多，紅的。這也表明是回路接觸電阻過大，間或斷路。
此時(shí)，在x10上應(yīng)該也能檢測(cè)出頻率，看上去正常，但這樣子鍍膜，后果是嚴(yán)重的，速率跳動(dòng)會(huì)很大，厚度不準(zhǔn)確。
w生后來說，這次，他們裝上去時(shí)還有頻率顯示，但真空一抽就沒有了。他們之前就發(fā)生過速率不穩(wěn)定，壽命值異常，這次直接沒頻率。
3. 說起來啰嗦一大堆，其實(shí)做起來也就十來分鐘，還包含出去借大扳手的幾分鐘。
某MXC-3B廠商用戶電話反應(yīng)，晶振失效，損耗值在0.幾。第一反應(yīng)是探頭短路，讓其斷開振蕩包與探頭之間的小電纜，故障依然。再請(qǐng)其將MXC-3B主機(jī)與振蕩包之間的電纜重新插接一次。 后電話回饋，螺絲沒有固定，電纜松動(dòng)。改正后OK。 (損耗值異常低的情況下，內(nèi)部模擬探頭的檢測(cè)能力也將失效，因?yàn)槿绻翘筋^短路，它也會(huì)被短路，所以先讓用戶斷開探頭連接測(cè)試。)
2016.04.20上午，再次和wj朋友z去s州朋友客戶處幫忙檢測(cè)晶控:x10經(jīng)常出現(xiàn)大的正負(fù)速率(幾十A/S)，不鍍膜時(shí)也會(huì)有。 1. 先檢查探頭，斷開x10振蕩包，將我們的MXC-3B晶控儀接入探頭。顏色顯示綠色，說明探頭內(nèi)晶振片損耗狀況良好。探頭沒有問題！ 2. 由1可判斷出問題出在探頭以前，就是x10系統(tǒng)。隔壁機(jī)器正好也是x10，還不在鍍膜。借來振蕩包，換上，OK。
近日，只帶一個(gè)萬用表，去xx地幫用戶檢測(cè)，癥狀同樣是x10檢測(cè)不出頻率。用模擬探頭接上，x10雖有頻率顯示，但頻率跳動(dòng)很大，且明顯偏離標(biāo)稱值，初步判斷晶控儀側(cè)有問題。因常見x10振蕩包問題，就取下振蕩包去其他機(jī)臺(tái)測(cè)試，果然在其它機(jī)臺(tái)上也不能檢測(cè)出頻率。從另一臺(tái)機(jī)器上拆了一個(gè)振蕩包過來，用模擬探頭頻率顯示正常，但接上探頭還是沒有頻率！ 再開始探頭電路通斷檢測(cè)。經(jīng)過一番折騰，發(fā)現(xiàn)問題出在FeedThrough內(nèi)部，中心上下不通，問題搞大了，這玩意是密封在內(nèi)部的，無法維修，只能更換。這種早期進(jìn)口的探頭FeedThrough，存在設(shè)計(jì)上的bug。再經(jīng)幾天折騰，更換成某的探頭，頻率OK，效果觀察中。
再后記，這種探頭，運(yùn)氣好的，可以試著修。但本次運(yùn)氣欠佳，內(nèi)部銹結(jié)，斷了。
晶控儀新增的頻率自檢功能，省去了爬上去接模擬探頭的步驟。但如果真的是短路現(xiàn)象，那還是需要拔掉振蕩包至探頭法蘭之間接線的來確診的。
MXC晶控問答下載:<問答.pdf>
