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PVD磁控溅射涂层的质量控制
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佳达

时间 : 2020-08-24 22:50 浏览量 : 1

 薄膜技术领域包括薄膜的制作和科研。现在在各技术领域内得到广泛应用。其应用涉及范围从相对简单的材料表面处理例如包装材料或工具的表面处理,一直到高技术领域如制作建筑元件以及数据存储器元件,大小不等的尺寸从微电子元件到面积较大的建筑玻璃涂层。相应有各种不同的涂层制作方法。薄膜的制作原理一般均为把一种材料通过一种工艺附着在基体材料上。所选用工艺的种类取决于需涂附材料的类型以及基体材料的表面状态和对涂层的要求。其中特别重要的涂层技术是真空涂层工艺,其中首先是物理汽相沉积工艺,即所说的PVD工艺(physicalvapordeposition)。它的特点是通过热能或通过粒子轰击来实现金属、合金或者化学物高真空环境下的沉积过程。国内对于PVD涂层的研究已经起步并取得了一定的科研成果,但在关键核心技术上的配套研发能力以及新工艺的开发能力以及用于批量化生产的过程还是与国际先进涂层公司如Balzers、CemeCon等有一定差距。CemeCon涂层利用其专有的专利技术(HIPMS:高能粒子脉冲磁控溅射)在工具涂层上的应用占有一定的优势并取得了不错的市场业绩。由于一般涂层基体均为高速钢或硬质合金,尤其硬质合金的涂层过程控制要求尤为严格,其涂层过程为涂层过程中的特殊过程,迄今为止没有相应合适的修复方法可以百分百的对涂层不合格的工件进行修复,所以其过程的控制提出了严格要求,并要求对修复(返修)过程要进行严格记录并重新确认验证其使用是否满足要求。本文重点介绍物理修复方法的可行性。

 一、PVD涂层简介PVD(物理汽相沉积)是薄膜技术中特别重要的真空涂层方法。其特征是:通过在真空腔室中输入热能或者粒子冲击将金属、合金或者化学合成物沉积到工件上。优点可涂工件材料较多(金属,合金,陶瓷,玻璃,塑料等);可涂覆涂层材料种类较多(金属,合金,半导体,金属氧化物,碳化物,氮化物,硫化物等);良好涂层性能的可再现性;可通过引入不同工艺程序及采用不同靶材材料来得到不同性能的涂层。2.最重要的PVD方法:(1)真空腔室热蒸发。将涂层材料在坩埚内加热到其蒸发而后沉积到工件上。(2)阴极溅射。它是现代薄膜技术的代表之一。优点是较经济和高效。CemeCon的PVD涂层设备均采用此种技术。

 二、PVD磁控溅射涂层特点阴极溅射技术分为离子束溅射和等离子溅射,针对导体和非导体材料又分为直流等离子溅射和高频(射频)等离子溅射,现在为提高涂覆效率采用磁控溅射方法。CemeConCC800系列设备经过更新换代均采用DC直流等离子溅射技术。技术特点包括:溅射时用阳离子轰击靶材,在基体连同夹具和靶材之间施加电压以使正离子加速冲向靶材。从靶材上轰击出原子或者分子后这些原子或者分子沉积到基体上成为涂层。其中上面为阴极部件,上面安装有靶材,需要安装屏蔽罩以及可靠接地,下面为阳极,中间是基体材料。基体材料一般在炉腔内以一定的速度旋转,并且要求工件自身也要随着旋转,可以设计不同功能的夹具辅助材料来实现。真空腔内工艺过程中间需要引入工艺气体,如氪气、氩气等。当电子抵达靶材表面将其一部分动传递到靶材材料的原子。导致产生级联反应,其中一部分原子在得到足够的能量后突破晶格表面结合能阙值散射到表面,而后这些原子离开晶格在条件具备的情况下冲着基体的方向运动,这些原子将足够的能量传递到基体或者涂层晶格而后作为原子形式结合在其中。而后这些原子通过界面进行扩散,一直到被吸收或者作为稳定的晶核进行持续沉积。


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