IKA VE FIRME HVM PLASMA Jiří Vyskočil HVM Plasma spol .s r.o. ĺ Na Hutmance 2, 158 00 Praha 5 OBSAH HVM PLASMA spol. s r.o. zaměření a historie firmy hlavní činnost a produkty POVRCHOVÉ TECHNOLOGIE metody CVD metody PVD - naparování, naprašování FYZIKÁLNÍ PŘÍSTUP K ŘEŠENÍ PROBLÉMŮ plánování experimentu analýza možných vad PŘÍKLAD - MĚŘENÍ VRSTEV NA REÁLNÉM POVRCHU vliv drsnosti povrchu HVM PLASMA spol.s r.o ČÍM SE ZABÝVÁME TECHNOLOGIE NANÁŠENI TENKÝCH VRSTEV S VYUŽITÍM NÍZKOTEPLOTNÍHO PLAZMATU ★ VÝVOJ, KONSTRUKCE A VÝROBA ZAŘÍZENÍ ★ VÝZKUM A VÝVOJ TECHNOLOGIÍ NANÁŠENÍ VRSTEV ★ MODELOVÁNÍ METODOU KONEČNÝCH PRVKŮ ★ DIAGNOSTIKA PROCESU A VRSTEV ★ APLIKOVANÁ FYZIKÁLNÍ MĚŘENÍ TENKÉ VRSTVY APLIKACE 90% povlaky AI mikroelektronika záznamová média (disky, CD...) zobrazovací prvky ochranné povlaky dekorativní povlaky tribologické povlaky nástroje automobilový průmysl OTER 12 10 -■ I I . . I I . . 1 1 DLC Ti AI N TiN W-C:H Ti-C:H CrN steel TVRDÉ POVLAKY Povlaky v motorech DLC Me-C:H CrN Cr2N AlSn NANÁŠENÍ POVLAKŮ VE VAKUU čerpání PRŮMYSLOVÉ ZAŘÍZENÍ VELKÉ SYSTÉMY ZAKLÁDÁNÍ DÍLŮ PRO POVLAKOVÁNÍ PŘÍPRAVKY PRO ROTACI DÍLŮ LABORATORNÍ A PRŮMYSLOVÉ ZDROJE ČÁSTIC PLAZMOVÁ MODIFIKACE TEXTILU VÝZKUMNÁ ZAŘÍZENÍ • LABORATORNÍ SYSTÉMY * naprašováníz více magnetronů (DC, RF) * RF zdroje plazmatu * pulzní zdroje plazmatu • NANOČÁSTICE - CLUSTER * UHV zařízení pro přípravu nanočástic kovů * separace a diagnostika nanočástic * nanášení struktur a povlaků ZDROJ NANOČÁSTIC - KLASTRŮ ZDROJ KLASTRŮ HISTORIE 1992 založení společnosti 1994 povlakovací středisko Prs 1996 výroba Aviko Praha 1998 nové pracoviště Praha 5 2000 povlakovací středisko Brr 2000 certifikát ISO 9001 2001 tribologické povlaky 2002 povlaky pro automobily 2006 certifikát ISO TS 2009 certifikát ISO 14001 2010 nový provoz Praha □ povlakování □ výroba PROVOZOVNY Praha Tuhaň: Modříce u Brna © Kartografie Praha 100 km POVRCHOVÉ TECHNOLOGIE POVRCHOVÉ TECHNOLOGIE MODIFIKACE POVRCHŮ difúzni procesy (nitridace, cementace...) povrchové kalení implantace POVLAKY nástřiky, nátěry chemické, elektrochemické nanášení z par (CVD, PVD, PACVD) METODY Chemical Vapour Deposition A(g) + B(g) ~=> C(s) + D(g) 2 TiCLt + N2 —> 2 TiN + 4 Cl2 r r čerpaní METODY Plasma Assisted CVD A(g) + B(g) -> C(s) + D(g) CH C4 Ir' ! „ ,f\\ k-h { ) napětí METODY Physical Vapour Deposition NAPAROVANÍ teplo teplo NAPRAŠOVÁNÍ ,_ kinetická energie - 500 to 1000 V Naparování - tlak nasycených par OBLOUKOVÉ NAPAROVÁNÍ povrch katody MAKROČÁSTICE RIZENI OBLOUKU MAGNETICKÝM POLEM Random arc Controlled arc Magnetické pole PRINCIP ROZPRAŠOVÁNÍ • O atom terče dopadající iont / neutrál (plasma, svazek) jev objeven cca 1850 y ... koeficient odprašovaní rychlost odprašovaní) o ... koeficient sekundární emise napětí výboje) KOEFICIENT ROZPRAŠOVÁNÍ 700 energie iontu (eV) MAGNETRONOVÉ NAPRAŠOVÁNÍ plasma s vysokou hustotou vytvořené a udržované v elektrickém a magnetickém poli ODPRAŠOVANÍ MATERIÁLU TERČE typické využití materiálu 15 - 40% (planární terč) MODELOVÁNÍ MAGNETICKÉHO POLE FYZIKÁLNÍ PŘÍSTUP K ŘEŠENÍ PROBLÉMŮ NÁVRH MERENI - EXPERIMENTU cíl metoda zařízeni model očekávaný výsledek ANALÝZA MOŽNÝCH VAD A JEJICH NÁSLEDKŮ (FMEA) možné vady výrobku závažnost - výskyt - odhalitelnost jak a čím vadu hodnotit nebo měřit \7 PLÁN KONTROL NÁVRH EXPERIMENTU F F F F STANOVENI CILE - PLÁNOVANÍ jaké parametry budu sledovat vstupní parametry výstupní data jak je budu měřit a s jakou přesností jaká kriteria pro optimalizaci zvolím MODEL - NÁVRH EXPERIMENTU jak probíhá zkoumaný proces jaký očekávám výsledek NE !!! chybný model nesprávné měření OVERENÍ EXPERIMENT - PROVÁDĚNÍ A VYHODNOCOVÁNÍ ^ správnost a úplnost měření přesnost měření výsledek ODPOVÍDÁ OČEKÁVÁNÍ ??? PLÁNOVÁNÍ EXPERIMENTU vlastní plán založený na modelu a znalostech „univerzální" metoda plánování experimentu např. Taguchiho metoda vstupní faktory A, B- minimálně 2 úrovně 4 experimenty A1B1, A1B2, A2B1, A2B2 tedy 3 faktory - 2 úrovně 23 = 8 15 faktorů - 2 úrovně 215 = 32 768 speciální tabulky pro volbu experimentů A B C exp. 1 1 1 1 exp. 2 1 2 2 exp. 3 2 1 2 exp. 4 2 2 1 kombinace metod pro snížení počtu faktorů PŘÍKLAD FMEA zdroj: materiály VŠB • rizikové číslo (RPN) je součin hodnot významu, výskytu a odhalitelnosti a porovnává se s kritickou hodnotou, kterou obvykle určuje zákazník (např. RPNkrit = 125) FMEA PROCESU STŘIHANÍ PLECHU PRO VÝROBU SVAŘOVACÍCH DILU Prvek Možná vada Možné B Ř H P a Možné příčiny -t-< & Stávající opatření pro prevenci Stávající i. 1 O 1 >u > \-- Doporučená opatření Odpovědnost Provedená opatření B Ř H P & a i o 1 >u > i Funkce následky vady i (mechanismy vady) ■a P řízení procesu, Termín realizace ■a P Stříhání plechu Nesprávný rozměr Nelze provádět další Q Nesprávné nastavení dorazu 3 Žádné Kontrola na počátku směny 6 144 operace Ů Chybné měření 2 Žádné Kontrola na počátku směny 6 96 Deformace Nejde svařovat 7 Spatné seřízení nůžek 3 Žádné Kontrola rovinno sti lx za hod. 4 i i S4 Spatný vzhled Otupení břitů 6 Žádné Kontrola ro vinno sti lx za hod. 4 ies Otřepy Poranění obsluhy Spatné seřízení nůžek 3 Žádné Vizuální kontrola 4 10S Spatný vzhled 9 Otupení břitů 6 Žádné Vizuální kontrola 4 216 NÁPRAVNÁ OPATŘENÍ - FMEA Prvek Funkce Možná vada Možné následky vady B S H -R 1 ........ Možné příčiny (mechanismy vady) -M t P Stávající*' opatřeni pro prevenci SfáVfjÍHa., řízeni procesu, O í Doporučená opatření . , Odpovědnost Provedená opatření | .......,>J -M f P tä 1 O 1 >u --u > Termín Stříhání plechu Nesprávný rozměr Nelze provádět další operace 8 Nesprávně nastavení dorazu 3 Zádně Kontrola na počátku směny 6 144 Zavěst kontrolu 1 x za hodinu Novák 22. 8. 2005 Kontrolní postup zaveden i 8 3 3 72 Chybně měření 2 Zádně Kontrola na počátku směny 6 96 Zádně Deformace Nejde svařovat Špatný vzhled 7 Spatně seřízení nůžek 3 Zádně Kontrola rovinno sti lx za hod. 4 84 Zádně Otupení břitů 6 Zádně Kontrola ro vinno sti 1 x za hod. 4 168 Použít jiný materiál břitů Svoboda 30. 9. 2005 Použit materiál č.......... 1 7 2 4 56 Otřepy Poranění obsluhy Špatný vzhled 9 Spatně seřízení nůžek 3 Zádně Vizuální kontrola 4 108 Zádně Otupení břitů 6 Zádně Vizuální kontrola 4 216 Použít jiný materiál břitů Svoboda 30. 9. 2003 Použit materiál č.......... 1 9 2 4 72 MĚŘENÍ NA REÁLNÉM POVRCHU TLOUŠŤKA VRSTVY PŘÍMÉ METODY • výbrus * pncny * šikmý * kulový • schod * mikroskop * interferometricky * hrotem drsnost - ovlivňuje růst a měření hf = (D0'-Df)/(4*D) TLOUŠŤKA VRSTVY NEPRIME METODY měření hmotnosti vrstvy ★ vážení (0,1-1 mg/cm2) * krystalový detektor nutná kalibrace pro danou vrstvu • měření emise nebo absorbce při interakci s částicemi nebo zářením * rtg fluorescence nebo absorbce ★ RBS • odprašovaní (odpařování) povrchu ve spojení s prvkovou analýzou ★ SIMS, AES, GDOES, LIBS CALOTEST Rz0,8 Přesnost měření 5 10 20 Chyba tloušťky ± um 0,08 0,16 0,32 PŘÍČNÝ LOM HRANOVÝ EFEKT a = 0,1-0,2 |jm RzO,1 * LEXT OLS3000 File Imaging Display Filter Analysis Tools & y - m • m I ffl - M « | E £ m % *6 : SF Kb \RQ|«*«*$* v ^ I a * i ■ I Istep Measurement ^ ta i ma b Step Measurement nDirection — Horizontal r Vertical r Oblique r Perp. Max. Judge average Range Result Upper lirni" Standard Widths m] 27.045 • i. •;; 27.D45 19.038 3.GGB E 1 l a = 0,15 urn Vyokocil SVC2008 EELS PŘÍ NÍZKÝCH ENERGIÍCH OBSAH VODÍKU ERDA H (at%) 10 0 -I-1-1-1 0 0,5 1 1,5 Rz Korekce na Rz ??? a-C:H TŘENÍ A OTĚR AI203 kulička 0 6mm relativní vlhkost 30% o u 0,000 wear rate *106 mm3(Nm)1 1000 2 000 3 000 4 000 5 000 6000 7 000 8000 Number of cycles J.Vyskocil SVC2008 ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKY fyzikální myšlení a přístup k řešení problémů: základní metoda pro pochopení a vývoj významná konkurenční výhoda radost z objevování korektnost experimentální práce příprava a vyhodnocení experimentů zahrnutí všech experimentálních dat „opuštění" modelu nebo představy aplikace nových metod a poznatků metody měření modely technologie