คู่มืออะไหล่และบำรุงรักษาเครื่องเคลือบสูญญากาศ

1. บทนำ

เครื่องเคลือบสูญญากาศเป็นอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น ไมโครอิเล็กทรอนิกส์, ออปติก, พลังงานแสงอาทิตย์ และการผลิตของตกแต่ง ความเสถียรในการทำงานของเครื่องเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณภาพการเคลือบ, ประสิทธิภาพการผลิต และต้นทุนการดำเนินงานโดยตรง คู่มือนี้จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับประเภทของอะไหล่ที่สำคัญ, ขั้นตอนการบำรุงรักษา, วิธีการแก้ไขปัญหา และกลยุทธ์การป้องกันอย่างเป็นระบบ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานและบุคลากรด้านการบำรุงรักษาบรรลุการจัดการอุปกรณ์ที่เป็นมาตรฐาน, ยืดอายุการใช้งาน และรับประกันคุณภาพการผลิตที่สม่ำเสมอ การบำรุงรักษาที่เหมาะสมไม่เพียงแต่ป้องกันความล้มเหลวที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหันเท่านั้น แต่ยังช่วยรักษาสภาพการทำงานที่ดีที่สุดของอุปกรณ์, ลดการใช้พลังงาน และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตโดยรวม

2. การจำแนกประเภทและหน้าที่ของอะไหล่ที่สำคัญ

2.1 อะไหล่ระบบสูญญากาศ

ระบบสูญญากาศเป็นหัวใจสำคัญของอุปกรณ์เคลือบ ทำหน้าที่สร้างและรักษาสภาพแวดล้อมสูญญากาศสูงที่จำเป็นสำหรับการสะสมฟิล์ม อะไหล่ที่สำคัญ ได้แก่:

• ปั๊มสูญญากาศและส่วนประกอบ: ปั๊มกลไก (ปั๊มใบพัดหมุน, ปั๊มวาล์วเลื่อน) และปั๊มเทอร์โบโมเลกุลเป็นสิ่งจำเป็น อะไหล่ ได้แก่ น้ำมันปั๊ม (ตรงตามมาตรฐาน NAS 6), ไส้กรองน้ำมัน, ตลับลูกปืน และปะเก็นซีล น้ำมันปั๊มกลไกต้องเปลี่ยนเป็นประจำเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพในการสูบน้ำ ในขณะที่ตลับลูกปืนปั๊มเทอร์โบโมเลกุลต้องใช้จาระบีพิเศษในการหล่อลื่น

• องค์ประกอบการซีล: ซีลห้องสูญญากาศ (โอริง, ซีลปะเก็น) ทำจากวัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อน (เช่น ฟลูออโรรับเบอร์) ป้องกันการรั่วไหลของอากาศ สิ่งเหล่านี้เป็นชิ้นส่วนสิ้นเปลืองที่ต้องเปลี่ยนทุกๆ 6–12 เดือน

• วาล์วและท่อ: วาล์วประตู, วาล์วมุม และท่อสูญญากาศ อะไหล่ ได้แก่ แกนวาล์ว, บ่าวาล์ว และข้อต่อท่อ วาล์วควบคุมความดันห้องสูญญากาศและการไหลของก๊าซ ต้องมีการตรวจสอบการสึกหรอและการรั่วไหลเป็นประจำ

2.2 อะไหล่ระบบเคลือบ

ระบบนี้รับผิดชอบในการระเหยของวัสดุ, การสปัตเตอร์ และการสะสมฟิล์ม โดยมีอะไหล่ที่สำคัญ ได้แก่:

• แหล่งกำเนิดการสะสม: เบ้าหลอมระเหย (ทังสเตน, แทนทาลัม หรือวัสดุเซรามิก) และเป้าหมายการสปัตเตอร์ (โลหะ, สารกึ่งตัวนำ หรือเป้าฉนวน) เบ้าหลอมมีแนวโน้มที่จะเสียรูปหลังจากใช้งานที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่เป้าหมายต้องเปลี่ยนเมื่อความหนาลดลงต่ำกว่าขีดจำกัดการทำงานขั้นต่ำ

• ส่วนประกอบความร้อน: เครื่องทำความร้อนพื้นผิว, ลวดความร้อน และเทอร์โมคัปเปิล ลวดความร้อนมีความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันและการแตกหัก ในขณะที่เทอร์โมคัปเปิลต้องมีการสอบเทียบเป็นประจำทุกปีเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดอุณหภูมิมีความแม่นยำ

• ชิ้นส่วนตรวจสอบความหนาของฟิล์ม: ตัวตรวจสอบคริสตัล (ออสซิลเลเตอร์ควอตซ์) และโพรบ ส่วนประกอบเหล่านี้ควบคุมความแม่นยำของความหนาของฟิล์ม โพรบสำรองและมาตรฐานการสอบเทียบ (แผ่นความหนาของฟิล์มมาตรฐาน) จำเป็นสำหรับการสอบเทียบรายไตรมาส

2.3 อะไหล่ระบบควบคุมและไฟฟ้า

ระบบควบคุมควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการ เช่น อุณหภูมิ, ความดัน และอัตราการสะสม:

• เซ็นเซอร์: เซ็นเซอร์ความดัน, เซ็นเซอร์อุณหภูมิ และมิเตอร์วัดการไหลของก๊าซ เซ็นเซอร์สำรองช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเปลี่ยนทดแทนในเวลาที่เหมาะสมเมื่อความแม่นยำในการตรวจจับลดลง เซ็นเซอร์ต้องทำความสะอาดเป็นประจำเพื่อขจัดฝุ่นและสิ่งตกค้าง

• ส่วนประกอบไฟฟ้า: แผงวงจร, โมดูลพลังงาน และรีเลย์ ชิ้นส่วนเหล่านี้ควบคุมการทำงานอัตโนมัติของอุปกรณ์ แผงวงจรสำรองและฟิวส์ช่วยป้องกันการหยุดทำงานเป็นเวลานานเนื่องจากความล้มเหลวทางไฟฟ้า

• ซอฟต์แวร์ควบคุมและเครื่องมือสอบเทียบ: สำเนาซอฟต์แวร์สำรองและเครื่องมือสอบเทียบพารามิเตอร์ การอัปเดตซอฟต์แวร์และการสอบเทียบระบบเป็นประจำช่วยรักษาความแม่นยำในการควบคุม

3. ขั้นตอนการบำรุงรักษามาตรฐาน

3.1 การบำรุงรักษารายวัน (หลังการผลิต)

• การทำความสะอาดห้องสูญญากาศ: ภายใน 2 ชั่วโมงหลังจากการเคลือบเสร็จสิ้น ให้เช็ดผนังด้านในของห้องและที่วางชิ้นงานด้วยผ้าที่ไม่เป็นขุยที่จุ่มในไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์เพื่อขจัดสิ่งตกค้างจากการระเหยและอนุภาคที่กระเด็น สำหรับสิ่งตกค้างที่ติดแน่น ให้ใช้ลมแรงดันสูงเป่าเศษซากที่หลวมออกก่อนทำความสะอาดอย่างแม่นยำ

• การตรวจสอบและทำความสะอาดเซ็นเซอร์: ใช้แปรงขนนุ่มเพื่อขจัดฝุ่นออกจากเซ็นเซอร์ความดันและอุณหภูมิ จากนั้นเช็ดด้วยผ้าที่ไม่เป็นขุยแห้ง หลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงกับโพรบเซ็นเซอร์เพื่อป้องกันความเสียหาย

• การตรวจสอบพารามิเตอร์พื้นฐาน: ตรวจสอบระดับสูญญากาศ (ควรถึง ≤5×10⁻⁴Pa สำหรับการเตรียมการเคลือบ), ความเสถียรของการไหลของก๊าซ และแรงดันไฟฟ้า (380V สามเฟส 50Hz หรือ 220V เฟสเดียว 50Hz โดยมีช่วงความผันผวน 342–399V หรือ 198–231V)

3.2 การบำรุงรักษาเป็นประจำ (ช่วงเวลาตามกำหนด)

• การบำรุงรักษา 200 ชั่วโมง: เปลี่ยนน้ำมันปั๊มกลไก ระบายน้ำมันเก่าออกให้หมด และเติมน้ำมันใหม่ให้ถึงระดับที่ระบุ (ตรวจสอบผ่านกระจกมองน้ำมัน) ทำความสะอาดไส้กรองน้ำมันและตรวจสอบการรั่วไหลของท่อ

• การบำรุงรักษา 500 ชั่วโมง: ตรวจสอบเป้าหมายการสปัตเตอร์และเบ้าหลอมระเหยเพื่อหาการสึกหรอ ปรับระยะห่างระหว่างเป้าหมายกับพื้นผิวให้เป็น 50–150 มม. หากจำเป็น ทำความสะอาดโพรบตรวจสอบความหนาของฟิล์มและตรวจสอบตำแหน่ง (5–10 ซม. จากพื้นผิว)

• การบำรุงรักษา 5,000 ชั่วโมง: ฉีดจาระบีพิเศษเข้าไปในตลับลูกปืนปั๊มเทอร์โบโมเลกุล เปลี่ยนตลับลูกปืนหากความต้านทานการหมุนเกิน 20% ของค่าเริ่มต้น ทำความสะอาดช่องปั๊มกระจายด้วยน้ำมันเบนซินและสารละลายผงซักฟอก จากนั้นเติมน้ำมันปั๊มกระจายใหม่

• การบำรุงรักษาเป็นรายไตรมาส: สอบเทียบตัวตรวจสอบคริสตัลด้วยแผ่นความหนาของฟิล์มมาตรฐานเพื่อให้แน่ใจว่าค่าเบี่ยงเบนความหนาของฟิล์ม ≤±5% ตรวจสอบการเชื่อมต่อไฟฟ้าเพื่อหาความหลวมและทำความสะอาดตู้ควบคุมด้วยลมแห้งอัด

• การบำรุงรักษาประจำปี: ทำการกัดด้วยไอออนอาร์กอนบนห้องสูญญากาศ (แรงดันไฟฟ้าไบแอส -1500V, ระยะเวลา 30 นาที) เพื่อฟื้นฟูกิจกรรมของพื้นผิวหลังจากรอบการเคลือบ 50 รอบ ตรวจสอบห้องสูญญากาศเพื่อหาข้อบกพร่องในการเชื่อมหรือรูเข็มโดยใช้เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของสเปกโตรมิเตอร์มวลสารฮีเลียม

3.3 แนวทางการเปลี่ยนอะไหล่

• องค์ประกอบการซีล: เปลี่ยนโอริงและปะเก็นทันทีหากตรวจพบรอยแตก, การเสื่อมสภาพ หรือการเสียรูปทรง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าติดตั้งอย่างถูกต้องเพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วไหลของอากาศ

• ส่วนประกอบปั๊ม: เมื่อเปลี่ยนน้ำมันปั๊มกลไก ให้ทำความสะอาดช่องปั๊มเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนที่ตกค้าง สำหรับการเปลี่ยนตลับลูกปืนปั๊มเทอร์โบโมเลกุล ให้ใช้ชิ้นส่วนที่แนะนำจากผู้ผลิตและปฏิบัติตามข้อกำหนดแรงบิด

• ส่วนประกอบความร้อน: เปลี่ยนลวดความร้อนที่ขาดทันที จัดตำแหน่งเทอร์โมคัปเปิลใหม่ไปที่กึ่งกลางพื้นผิวเพื่อให้การวัดอุณหภูมิมีความแม่นยำ

4. ข้อผิดพลาดทั่วไปและการแก้ไขปัญหา

4.1 ความผิดปกติของระดับสูญญากาศ

• อาการ: ไม่สามารถเข้าถึงระดับสูญญากาศที่ตั้งไว้ หรือแรงดันลดลงอย่างกะทันหันระหว่างการทำงาน

• สาเหตุ: ซีลเสื่อมสภาพ, การเชื่อมต่อท่อหลวม, การปนเปื้อนของน้ำมันปั๊ม หรือประสิทธิภาพของปั๊มกระจายไม่ดี

• วิธีแก้ไข:

a. ใช้เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของสเปกโตรมิเตอร์มวลสารฮีเลียมเพื่อค้นหาการรั่วไหลและเปลี่ยนซีลที่เสียหาย หรือขันการเชื่อมต่อให้แน่น

b. เปลี่ยนน้ำมันปั๊มที่ปนเปื้อนและทำความสะอาดไส้กรองน้ำมัน

c. สำหรับปั๊มกระจาย ให้ถอดและทำความสะอาดช่อง จากนั้นเติมน้ำมันใหม่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการไหลของน้ำหล่อเย็น ≥5L/min

4.2 ปัญหาคุณภาพฟิล์ม

• อาการ: ฟิล์มลอก, ความหนาไม่สม่ำเสมอ หรือมีรูเข็ม

• สาเหตุ:

◦ การลอก: การปนเปื้อนของพื้นผิว, การอุ่นล่วงหน้าไม่เพียงพอ หรือความเครียดของฟิล์มมากเกินไป

◦ ความหนาไม่สม่ำเสมอ: แหล่งกำเนิดการสะสมไม่ตรงแนว, การหมุนของเบ้าหลอมไม่เสถียร หรือการป้องกันพื้นผิว

◦ รูเข็ม: ความชื้น/ออกซิเจนที่เหลืออยู่ในห้องสูญญากาศ หรือวัสดุเคลือบที่ไม่บริสุทธิ์

• วิธีแก้ไข:

a. เสริมสร้างการทำความสะอาดพื้นผิวและทำการบำบัดล่วงหน้าด้วยการระดมยิงไอออน (แรงดันไฟฟ้าไบแอส -1500V)

b. ปรับตำแหน่งแหล่งกำเนิดการสะสมให้ตรงกับกึ่งกลางพื้นผิว และใช้ตัวยึดเพื่อยึดพื้นผิว

c. ขยายเวลาการสูบสูญญากาศล่วงหน้าเป็น ≤5×10⁻⁴Pa และหลอมวัสดุเคลือบล่วงหน้าเพื่อขจัดความชื้น

4.3 ความล้มเหลวของระบบไฟฟ้าและการควบคุม

• อาการ: แผงการทำงานไม่ตอบสนอง, ความผิดปกติในการแสดงพารามิเตอร์ หรือระบบทำความร้อนทำงานผิดปกติ

• สาเหตุ: การสะสมฝุ่นของแผงควบคุม, การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์หลวม หรือการกำหนดค่าพารามิเตอร์ PID ผิดพลาด

• วิธีแก้ไข:

a. ทำความสะอาดตู้ควบคุมด้วยลมแห้งอัด และตรวจสอบการเชื่อมต่อสายไฟอีกครั้ง

b. สอบเทียบเซ็นเซอร์อุณหภูมิใหม่ และปรับพารามิเตอร์ PID เพื่อให้ความร้อนคงที่

c. รีสตาร์ทระบบ หรือติดตั้งซอฟต์แวร์ควบคุมใหม่หากเกิดข้อขัดข้องของโปรแกรม

5. กลยุทธ์การบำรุงรักษาเชิงป้องกันและการจัดการ

5.1 สร้างบันทึกการบำรุงรักษาที่เป็นมาตรฐาน

บันทึกกิจกรรมการบำรุงรักษาทั้งหมด รวมถึงวันที่เปลี่ยนอะไหล่, การปรับพารามิเตอร์ และกระบวนการจัดการข้อผิดพลาด ติดตามตัวบ่งชี้ที่สำคัญ เช่น รอบการเคลือบ, ข้อมูลเส้นโค้งสูญญากาศ และการวัดความหนาของฟิล์ม เพื่อสร้างสุขภาพอุปกรณ์ที่สมบูรณ์档案 .

5.2 ดำเนินการตรวจสอบประสิทธิภาพเป็นประจำ

ดำเนินการประชุมวิเคราะห์กระบวนการรายเดือนเพื่อประเมินตัวบ่งชี้การเคลือบที่สำคัญ (การยึดเกาะ, ความแข็ง) โดยใช้การวิเคราะห์ CPK เริ่มต้นการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการหากค่า CPK ลดลงต่ำกว่า 1.33 ดำเนินการตรวจสอบอุปกรณ์ที่ครอบคลุมเป็นรายไตรมาส ครอบคลุมประสิทธิภาพสูญญากาศ, ความปลอดภัยทางไฟฟ้า และการสึกหรอทางกล

5.3 การจัดการสินค้าคงคลังอะไหล่

รักษาสินค้าคงคลังอะไหล่ที่สำคัญ (ซีล, น้ำมันปั๊ม, ลวดความร้อน, เซ็นเซอร์) ที่สมเหตุสมผลตามความถี่ในการใช้งานอุปกรณ์และคำแนะนำของผู้ผลิต จัดเก็บอะไหล่ในสภาพแวดล้อมที่แห้งและปราศจากฝุ่นเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน

5.4 ฝึกอบรมบุคลากรด้านการบำรุงรักษา

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้ปฏิบัติงานและเจ้าหน้าที่บำรุงรักษามีความคุ้นเคยกับหลักการทำงานของอุปกรณ์, ขั้นตอนการบำรุงรักษา และโปรโตคอลความปลอดภัย ให้การฝึกอบรมเกี่ยวกับทักษะการแก้ไขปัญหาและการใช้เครื่องมือที่เหมาะสม (เช่น เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของสเปกโตรมิเตอร์มวลสารฮีเลียม)

6. ข้อควรระวังด้านความปลอดภัย

• ก่อนทำการบำรุงรักษา ให้ปิดอุปกรณ์, ตัดกระแสไฟ และรอให้ห้องสูญญากาศเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ปล่อยแรงดันสูญญากาศออกอย่างช้าๆ โดยใช้ไนโตรเจนเพื่อหลีกเลี่ยงการกระแทกของแรงดัน

• ใช้อุปกรณ์ป้องกัน (ถุงมือ, แว่นตา) เมื่อจัดการกับสารเคมี เช่น ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์, สารละลายโซดาไฟ หรือน้ำมันปั๊ม เพื่อป้องกันการระคายเคืองผิวหนังและดวงตา

• ถอดสายแบตเตอรี่ออกก่อนให้บริการส่วนประกอบไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงไฟฟ้าลัดวงจร ปฏิบัติตามแนวทางของผู้ผลิตสำหรับการเปลี่ยนอะไหล่เพื่อให้แน่ใจว่าเข้ากันได้และปลอดภัย