光学镀膜洁净生产线设计.pdf

基片清洗基片装卡光学镀膜胶合装配图 1光学薄膜器件制造工艺流程图光学薄膜是指利用光学干涉原理在光学玻璃基底上镀制的一层或多层介质或金属薄膜，以改变光线传递特性，包括光的反射、透射、吸收、偏振等。光学薄膜器件是各种光学仪器、图像显示产品、光学存储设备的核心部件。目前，光学镀膜及胶合工序通常在千级洁净等级环境下完成。1光学薄膜器件制造工艺流程精密光学薄膜器件的面型精度通常要求 0.0010.100滋m，角精度秒级，表面粗糙度达到 0.0125滋m，甚至更高。若精密光学薄膜器件出现表面缺陷，势必会增加光学表面的散射和对入射光的吸收，继而直接影响整个光学系统的性能，而表面颗粒物是导致器件表面出现缺陷的重要原因之一1。光学薄膜器件制造工艺流程见图 1。首先利用超声波清洗机的超声波空化作用和清洗剂的清洁脱水作用，实现玻璃表面的高度洁净，然后将清洁好的基片装到镀膜卡具上，利用光的干涉原理在光学零件表面上沉积一层（或多层）金属（或介质）薄膜，最后根据光学薄膜器件结构，使用环氧树脂胶对多片光学薄膜镜片半成品黏合，并将组合的滤光片装配在金属外壳中。精密光学薄膜器件的镀膜及胶合过程对生产环境的空气洁净度要求非常高。其中，基片组装、光学镀膜、胶合装配工序均需要在洁净环境下完成，以避免光学薄膜器件出现表面缺陷，继而影响器件乃至整个光学系统的性能，同时在超声清洗工艺环节用到的洗剂及脱水剂、镀膜过程用到的硫（氟）化物等镀膜材料以及在装配胶合工序用到的酒精乙醚均会对生产环境造成污染，需要进行局部排风收集处理后排放。2光学薄膜器件生产线功能区划分根据光学薄膜器件工艺流程对新建生产线进行功能区划分，见图 2。镀膜设备放置在机组区，不会对光学薄膜器件质量产生任何影响，净化等级设定为十万级。产品流方面，基片在超声清洗区洗净后，通过传递窗传送至基片装卡区进行装片，然后运送至光学镀膜区装机并对基片实施镀膜作业，镀制后的半成品转入胶合装配区进行多片镀膜器件胶合组装作业。为降低空调能耗，节约日常运行成本，超声清洗区洁净度等级设计为万级，在清洗区终端装配风机过滤机组（Fan Filter Unit，FFU）局部净化单元，确保清洁后的基片处于千级净化等级环境下；基片装卡区及光学镀膜区洁净度等级为千级；胶合装配区洁净度等级设计为万级，并在胶合装配工序上方收稿日期：2022原12原06曰修回日期：2023原01原03作者简介：姚春龙（1978），男，内蒙古赤峰人，高级工程师，主要从事洁净厂房设计与研究，E-mail：yaochunlonghb-。光学镀膜洁净生产线设计姚春龙，佟亚涛，李壮，刘添昊，白皓宇摘要：本文基于某大型光学薄膜器件生产企业作业环境设计实践，探索出生产工艺流程，确定光学镀膜核心工序及生产线整体功能分区，结合各工序工艺要求及洁净等级对器件表面缺陷的影响程度，设计光学薄膜生产线各区域洁净度等级、温湿度、风量等需求及适宜选用的 HVAC 系统，实现减少光学薄膜器件表面缺陷目标的作业环境设计。关键词：洁净等级；HVAC 系统；光学薄膜器件；表面缺陷中图分类号：O484.41文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.08.101（沈阳仪表科学研究院有限公司，辽宁沈阳110043）文章编号：1674-9146渊圆园23冤08原101原03科 技 创 新 与 生 产 力SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITY第 44卷第 8 期2023年 8 月Vol.44No.8Aug.2023图 2光学薄膜器件生产线功能区划分图机组区光学镀膜区机组区胶合装配区超声清洗区基片装卡区超声清洗区科技创新与生产力 2023年第 44卷第 8 期序号功能区域 温度/湿度/%排气/（m3 h-1）气体类型照度/lx1超声清洗1 区20262 000IPA 排放及洗剂挥发3002超声清洗2 区20262 000IPA 排放及洗剂挥发3003机组区20352004基片装卡区23依245依104005光学镀膜区23依245依101 000部分介质膜有异味4006胶合装配区23依245依102 000树脂胶、无水酒精400表 1各功能区温湿度、排气及照度需求表装配 FFU 局部净化单元，使装配胶合作业区达到千级净化等级，以满足整个作业过程洁净度的需求。图 3、图 4 分别为超声清洗区及胶合装配区局部净化单元示意图。3各功能区环境参数设计光学薄膜器件在制造、生产过程中对室内环境空气品质的要求严格，生产线各功能区洁净度等级、风量、温度、湿度、压差、设备排风均应满足光学薄膜器件的生产工艺需求2-3。在这一生产线洁净方案设计中，主要以控制微粒和浮尘为主要对象，同时还对其环境的温湿度、新鲜空气量、噪声等作出了严格的规定。各功能区温湿度、排气及照度需求见表 1。需要说明的是，各功能区对温湿度、排气、照度、气体排放等环境需求依据 GB 50073-2013 洁净厂房设计规范 以及产品特性、生产工艺要求等因素来进行设计，同时给出了排气功能区需要局部排气的气体类型。4洁净室 HVAC 系统及其实现形式4.1洁净室 HVAC 系统流程万级、十万级净化空调采用一次、二次回风系统4（见图 5），一次回风与新风混合并经过表冷器处理后达到机器露点状态后再与室内回风混合一次，控制混合比即可达到室内送风状态，该系统可以减去一次加热，避免冷热抵消的情况发生，适合超声清洗及胶合装配作业室内环境控制。千级洁净室供热通风与空气调节（Heating,Ventilation and Air Conditioning，HVAC）采用组合式新风机组+风机过滤机组+干盘管（MAU+FFU+DC）系统方式实现5（见图 6），即新风通过新风机组集中处理送至静压箱与干盘管处理后的回风混合，再通过 FFU 送入室内。其中 MAU 承担除湿功能，FFU 的风量承担净化风量和空调（降温）风量角色，DC 主要负责温度的控制。该系统具有净化等级高、温湿度精度高、风量大、节能、FFU 过滤器更换方便等特点，更适合面积大、净化级别高、风量需求大的光学镀膜生产线。结合整个生产线的运行特点，并且充分考虑整个空调系统能耗，按照各功能区的洁净等级及温湿度需求，整个光学镀膜生产线核心功能区共设计了3 套 HVAC 系统。其中，超声清洗区和机组区共用一套系统，基片装卡区和光学镀膜区共用一套机组，胶合装配区设计一套机组。4.2换气次数及新风量洁净空调系统气流组织为乱流型，空气处理机组采用双层金属保温壁板组装式空调机组，外壁板为彩钢板。采用上送下回方式，在离地 200 mm 处设置回风口（带过滤网）。根据净化要求，各功能区换气次数确定为：十万级换气次数 15 次/h，万级图 3超声清洗区局部净化单元示意图图 4胶合装配区局部净化单元示意图图 5一次、二次回风系统示意图万级操作台操作台FFUFFU万级清洗机操作台FFU新风洁净室MAU新风DCDC图 6MAU+FFU+DC 系统示意图空气处理机组 102 姚春龙，等：光学镀膜洁净生产线设计30 次/h，千级 60 次/h。洁净房间风量根据空调热平衡计算风量和净化换气次数所需风量，两者取最大值。新风量为补偿室内排风和保持室内正压值之和，并且保证室内每人每小时的新鲜空气量不小于40 m3。恒温恒湿空调系统送风量根据人员所需新风量、补偿排风和保持室内正压所需新风量之和以及新风除湿所需新风量中的最大值确定。4.3空调通风系统测量及控制空调通风系统的风量控制：净化空调系统送风机配有变频控制器，送风总管上设有风量传感器。风量传感器的输出信号控制变频器，调节风机转数，使系统风量保持设计要求。空调系统的温湿度控制及监测：净化空调系统温湿度自控方式采用回风温度的控制方式。回风总管上设有温度传感器；表冷器、加热器的回水管上设有电动二通阀。在夏季时，回风温度控制表冷器冷量，达到控制室内温度要求；在冬季时，回风温度控制加热器的加热量，达到控制室内温度要求。5结束语本文依据 GB 50073-2013 洁净厂房设计规范，并结合光学薄膜滤光器件生产工艺需求对生产环境的洁净技术进行设计，并综合考虑了一次性投资及运行成本。在后续详细设计中，可以结合具体情况进行进一步改进，以确保洁净厂房满足光学薄膜器件生产需求。参考文献：1涂光备,涂有.洁净室的检测与运行管理M.北京:中国建筑工业出版社,2020.2中华人民共和国住房和城乡建设部.洁净厂房设计规范:GB 50073-2013S.北京:中国计划出版社,2013.3马海龙.某芯片生产厂房净化空调设计J.暖通空调,2018,48(8):86-89.4魏云娟.一次回风系统与二次回风系统的比较实例J.洁净与空调技术,2008(3):71-74.5黄贵松.净化空调 MAU+FFU+DC 系统设计探讨(一)J.洁净与空调技术,2009(4):52-55.（责任编辑王璐）Design of Clean Production Line for Optical CoatingYAO Chunlong,TONG Yatao,LI Zhuang,LIU Tianhao,BAI Haoyu(Shenyang Academy of Instrumentation Science Co.,Ltd.,Shenyang 110043,China)Abstract：Based on the design practice of a large optical thin film device production enterprises operating environment,thispaper explores the production process flow,determines the core process of optical coating and the overall functional zoningof the production line,and combines the process requirements and cleanliness level of each process to design the cleanlinesslevel,temperature and humidity,air volume,and other requirements and suitable HVAC systems for each area of the opticalthin film production line,so as to realize the design of operating environment to reduce the surface defects of optical filmdevices.Key words：cleanliness level;HVAC system;optical thin film devices;surface defectDesign and Optimization of Clean Production Line for Optical CoatingZHANG Yongxi,YANG Wenhua,HU Wenwen,LI Minghua,MU Jiali,YAO Chunlong(Shenyang Academy of Instrumentation Science Co.,Ltd.,Shenyang 110043,China)Abstract：The cleanliness of each process in the optical film production line should be determined based on the degree ofimpact of cleanliness on process quality,and similar processes should be placed in the same air conditioning system.A largeclean production line is inevitably composed of multiple air conditioning systems,and material flow has a significant impacton the cleanliness of each system.Therefore,the layout of the production line should strive to achieve one-way flow asmuch as possible.The entire clean coating production line should also consider construction and operating costs,and becomprehensively optimized while ensuring basic requirements.Key words：clean production line;optical thin film;production line layout;cleanliness（上接第 100 页）103