Klasifikácia a teória technológie PVD náterov
May 04, 2019| Klasifikácia a teória technológie PVD náterov
Ako druh materiálu so špeciálnym tvarom môže byť tenký film amorfný, polykryštalický a monokryštalický. Môže byť vyrobený z jednoduchých prvkov alebo zlúčenín, anorganických materiálov alebo organických materiálov.
Tenkovrstvová technológia zahŕňa fyzikálne pokovovanie zrážaním parou (odparovanie, naprašovanie, iónové pokovovanie, oblúkové pokovovanie, plazmové pokovovanie) a chemickú depozíciu pary. Technológia používaná v našej továrni je fyzikálna depozícia pár (PVD).
Jednovrstvový odparovací povlak
Odparovanie odporového ohrevu a odparovanie elektrónovým lúčom:
1. Základné zásady: \ t
Spôsob, pri ktorom sa substrát alebo obrobok, ktorý sa má natierať, umiestni do komory s vysokým podtlakom a zahreje sa na odparenie (alebo sublimáciu) materiálu tvoriaceho film a uloženie na povrch substrátu alebo obrobku na vytvorenie tenkého filmu.
2. Typ zdroja odparovania: \ t
(a B C d)
3. Faktory ovplyvňujúce kvalitu filmu:
A. Poloha substrátu
Predpokladom na získanie rovnomerného filmu je správne umiestnenie podkladu.
B. Aby sa zabezpečila hmotnosť membrány, tlak musí byť taký nízky ako Pr (Pa).
L predstavuje vzdialenosť od zdroja odparovania k substrátu ako L (cm).
C. Rýchlosť odparovania. Keď je rýchlosť odparovania malá, molekuly plynu sú okamžite adsorbované na uložené membránové atómy (alebo molekuly), čo vedie k uvoľneniu membránovej štruktúry, hrubých častíc a mnohých defektov. Naopak, membránová štruktúra je jednotná a kompaktná, mechanická pevnosť je vysoká a napätie vo vnútri membrány je veľké.
D. Za normálnych okolností, keď je teplota substrátu vysoká, kinetická energia adsorbovaných atómov sa primerane zvyšuje a vytvorená fólia sa ľahko kryštalizuje a redukuje defekty mriežky. Keď je teplota substrátu nízka, nie je dostatok energie na dodanie adsorbovaných atómov, takže je ľahké vytvoriť amorfný film.
Dva.Magnetrónové naprašovanie
Magnetronové naprašovanie je nový typ metódy nanášania rozprašovaním, ktorý bol vyvinutý na základe katódového naprašovania v 70. rokoch. Pretože účinne prekonáva smrteľnú slabosť nízkej rýchlosti katódového naprašovania a zvýšenie teploty substrátu spôsobenej elektrónmi, dosiahol rýchly rozvoj a široké uplatnenie.
1. Magnetronové naprašovanie:
Fenomén, že atómy na cieľovom povrchu sú zasiahnuté ionizujúcim bombardovaním cieľového materiálu, sa nazýva naprašovanie. Rozprašovací film sa realizuje, keď sa atómy vytvorené rozprašovaním ukladajú na povrch substrátu (obrobku).
Základné princípy magnetronového naprašovania:
Magnetrónové naprašovanie bolo v zóne rozstrekovania a magnetické pole kolmé na smer elektrického poľa, v ortogonálnej elektrickej intenzite a magnetickom poli BE elektrónovej pohybovej rovnici, elektronika vo forme cykloidného kolesa pozdĺž cieľového povrchu k kolmici na smer E a B je rovnobežná, čím sa značne rozšírila elektronická trasa, zvýšili kolízie elektrónov s molekulami plynu, zlepšila sa účinnosť ionizácie. Takže sekundárne elektrónové magnetické pole pod kontrolou dráhy, môže byť všetko použité pre ionizačnú energiu, keď je energia vyčerpaná, absorbovaná iba anódou (šasi). Nasledujúci obrázok:
Tieto elektróny sú urýchľované elektrickým poľom a získavajú energiu, a potom kolidujú s atómami alebo molekulami plynu, aj keď ionizujú, takže plazma môže byť udržiavaná.
Magnetrónovým naprašovaním sa riadi pohyb elektrónov pridávaním magnetického poľa dráhy k cieľovému povrchu, predlžuje sa ich pohyb okolo cieľového povrchu a zlepšuje sa hustota plazmy, takže rýchlosť nanášania rozprašovaním sa výrazne zlepšuje.
Sekundárny výťažok elektrónov:
Sekundárny elektrónový výťažok sa vzťahuje na počet sekundárnych elektrónov na ión bombardujúci cieľ. Teoretická analýza ukazuje, že sekundárny elektrónový výťažok kovového terča je nezávislý od iónovej energie, keď iónová energia je nižšia ako 500 eV (v skutočnosti menej ako 1000 eV).
Výťažnosť rozprašovania:
Magnetrónové naprašovanie má pracovné napätie 200 ~ 500V, čo určuje, že maximálna iónová energia cieľa je 500eV a urýchlený argónový ión je kolmý na cieľ.
Interakcia medzi incidentnými iónmi a materiálmi:
Interakcia medzi iónmi nesúcimi energiu a cieľovým povrchom má za následok:
A. Povrchové častice: rozprašovacie atómy, atómy spätného rozptylu, atómy desorpčnej nečistoty a sekundárne elektróny.
B. Povrchovo fyzikálno-chemické javy: čistenie, leptanie a chemické reakcie.
C. Bodové defekty, defekty čiar, horúce čapy, kolízne kaskády, implantácia iónov, amorfné stavy a zlúčeniny v povrchovej vrstve materiálu.
Techniky rozprašovania:
Technológia rozprašovania sa dá rozdeliť na:
A. Diodové naprašovanie jednosmerným žeravým výbojom;
B. Naprašovanie Tripole oblúkovým výbojom horúceho drôtu;
C. Rf rozprašovanie pomocou rf výboja;
D. Riadenie výboja pomocou magnetického naprašovania pomocou uzavretého magnetického poľa dráhy.
2 magnetrónová naprašovacia katódová štruktúra:
V súčasnosti magnetronové naprašovacie zariadenia na priemyselné použitie používajú hlavne obdĺžnikové planárne magnetrónové rozprašovacie katódy (obrázok a). Všeobecne platí, že použitá veľkosť cieľového materiálu má dve špecifikácie: stroj VT: hrúbka šírky (450,5 120 6) mm; ZCK stroj: 460 100 6. Vo výrobe sa postupne používa aj valcová magnetrónová naprašovacia katóda (obrázok b). V porovnaní s nimi je miera využitia rovinného cieľového materiálu iba 20-30%, to znamená, že miera využitia je nízka.
Obrázok b
Obrázok a je druh magnetického poľa vytvoreného permanentnou magnetickou magnetickou naprašovacou katódou s magnetónovým naprašovaním, pričom cieľový materiál je v kontakte s pólovou pätkou. Mimo cieľového materiálu pozdĺž pätky N-pólu, v strede pätky s pólmi S, pól pätice N a S podrobený opačnej polarite permanentných magnetov stroncia feritu alebo ndfeb. Dajte priepustnosť čistého železného chrbta pripojte druhý koniec permanentného magnetu, a to na výrobu magnetického poľa magnetického obvodu dráhy.
Obrázok b je valcová dutá magnetrónová katóda, ktorá je katódovým terčom s magnetom umiestneným vo valcovom terči, s dobre usporiadanými pólmi N a S, vodou chladeným a dynamickým tesnením.
Funkcia pätky: vytvoriť uzavretý magnetický obvod s veľmi malým magnetickým odporom.
V súčasnosti sa bežne používajú permanentné magnetické materiály: ferit barnatý (BaO · 6F1e2O3), ferit stroncia (SrO · 6F1e2O3), permanentný magnet ndfeb.
Magnetrónová naprašovacia elektróda:
Praktické magnetrónové rozprašovacie elektródy majú nasledujúce štyri základné štruktúry: \ t
a) koaxiálny valec; b) plochý typ; (c) kužeľový typ (S); d) rovinný alebo valcový dutý typ
1 - substrát; 2 - cieľový materiál; 3 - štít
3 proces naprašovania:
Výkresový systém stroja na magnetické naprašovanie:
Parametre procesu rozprašovania:
Vzťah medzi cieľovým napätím u naprašovania a cieľovou hustotou prúdu J je nasledovný: uJ = K1
Kde K1 je prípustná hodnota cieľovej hustoty výkonu, konštanta.
Cieľová hustota prúdu môže byť určená podľa zvoleného cieľového napätia a prípustnej cieľovej hustoty výkonu.
Zníženie tlaku Ar je užitočné na zlepšenie rýchlosti nanášania a na zlepšenie adhézie povlaku a hustoty filmu. Magnetrónový rozprašovací tlak Ar sa zvyčajne volí ako 0,5 Pa, zvyšuje sa impedancia výboja plynu s klesajúcim tlakom Ar. Magnetrónové naprašovanie môže vhodne nastaviť tlak Ar, aby sa cieľová hustota výkonu a napätie v rovnakom čase priblížili k cieľovej hodnote a najlepšej hodnote. Zlepšenie princípu procesu ukladania je preto: čo najbližšie k cieľovej hodnote hustoty výkonu; Cieľové napätie je čo najbližšie k optimálnej hodnote.
A. Rozprašovanie čistého kovového filmu:
Pri fyzikálnom nanášaní výparov sú pre čisté kovové fólie vhodné ako odparovanie, tak aj naprašovanie, ale rýchlosť odparovania je vyššia.
V súčasnosti sú cieľovými materiálmi: Al, Ti, Cu, Cr, atď
B. Rozprašovanie legovaného filmu:
Spomedzi fyzikálnych techník nanášania pár je rozprašovanie najvhodnejšie na ukladanie filmov zliatin. Metódy rozprašovania zahŕňajú viacúčelové naprašovanie, naprašovanie Mosaic terč a naprašovanie zliatiny.
V súčasnosti používané cieľové materiály zahŕňajú AlTi, ZrTi, CuTi a tak ďalej.
C. Rozprašovanie zloženého filmu:
Zložený film sa zvyčajne vzťahuje na filmovú vrstvu vytvorenú vzájomnou kombináciou kovových prvkov s C, N, B, S a inými nekovovými prvkami. Metódy pokovovania zahŕňajú jednosmerné naprašovanie, vysokofrekvenčné naprašovanie a reaktívne naprašovanie.
1. Musí sa použiť Dc rozprašovacia zlúčenina, napríklad vodivé zlúčeniny, ako sú SnO2, TiC, MoB a MoSi2, sa zvyčajne vyrábajú práškovou metalurgiou, čo je veľmi drahé. Pokovovanie ITO transparentného vodivého filmu je priemyselná aplikácia jednosmerného prúdu. rozprašovacia zmes filmu.
2. Rf rozprašovanie nie je obmedzené tým, či je terč vodivý alebo nie. Môže to byť kovový alebo izolovaný keramický terč.
3. Reaktívne naprašovanie je, keď sa kovový terč rozprašuje, súčasne do poťahovej komory do plynu obsahujúceho požadované nexínové prvky. TiC (čierny) POUŽITIE Ti cieľ a pracovný plyn je Ar + C2H2 alebo Ar + CH4.
Pri reaktívnom naprašovaní reaguje vstrekovaný reakčný plyn nielen s atómami filmu nanesenými na obrobku za vzniku zloženého filmu, ale tiež reaguje s cieľovým materiálom za vzniku zlúčeniny na cieľovom povrchu, čo môže spôsobiť rýchlosť stripovania cieľa. materiál a zodpovedajúcim spôsobom zníži rýchlosť nanášania dokonca o rádovú hodnotu, ktorá je ľahko spôsobujúca otravu cieľmi.
Na začiatku zlúčeniny v procese naprašovania, len do čistej Ar, potom postupne zvyšovať reakčný plyn (C2H2 alebo N2, atď), na začiatku reakčného plynu len prejsť, zmena rýchlosti rozprašovania nie je veľký Keď reakčný plyn dosiahne určitú hranicu, rýchlosť rozprašovania predstavuje zjavnú zmenu a potom pokračuje v zvyšovaní reakčného plynu, pričom rýchlosť rozprašovania opäť vykazovala stály trend. Bolo zistené, že smer inverzného procesu v určitom rozsahu medzi krivkou vychýlenia sa objaví ako "krivka hysteréznej krivky". Toto sa nazýva "cieľová krivka otravy". Pozri nižšie:
Cieľová krivka otravy
Opatrenia na zabránenie otravy cieľmi:
, Zvýšenie extrakčnej rýchlosti vákuového systému;
Znížiť reakčný plyn.
Reakčný plyn sa izoluje z terča.
Príklady filmov naprašovacích zmesí sú nasledujúce:
Membránový materiál
artefakty
funkcie
TiN,
Vysokorýchlostný oceľový vrták a fréza
Odolné voči opotrebeniu
Puzdro a remienok z ušľachtilej ocele
Zlatá výzdoba
Keramika a dlažba
Zlatá výzdoba
ITO
Priehľadné vodivé sklo
Priehľadný vodivý
SiO2
Priehľadné vodivé sklo
Zabráňte difúzii sodíkových iónov
Al2O3
Silikónový čip s integrovaným obvodom
Izolácia pasivácia
MgF2
Optická šošovka
Mínus antireflexia
TiC
Puzdro a diely z nehrdzavejúcej ocele
výzdoba
Technológia pokovovania magnetrónovým rozprašovaním:
Po 80-tych rokoch sa spojenie predpätia magnetrónovým naprašovaním nazýva magnetronové naprašovanie iónového pokovovania, ďalej označované ako naprašovanie iónového pokovovania (Sputtreing Ion Plating, skratka SIP). Naša továreň v súčasnosti patrí použitie zariadenia z pokovovania filmu, a to použitie technológie.
1. Výrobný proces dekoračného náteru (TiN alebo TiC) technológiou magnetronového naprašovania iónov: \ t
2. Proces PVD náteru:
Abstrakt: podľa požiadaviek filmu hrá úroveň kvality v kvalite filmu rozhodujúcu úlohu. Pri výrobkoch vyrobených v našej továrni sa vyžaduje, aby stupeň vákua pred tvorbou filmu dosiahol hodnotu 5,0.10-3pa (čas čerpania je približne 30-60 minút).
Čerpacie kúrenie: keď sa dosiahne stupeň vákua (napr. 2,0 10-2pa), začnite ohrievať a otvárajte otočný rám.
Cieľ: znížiť alebo odstrániť adsorbovaný plyn na povrchu výrobkov a vákuovej komory vypaľovaním tak, aby sa zlepšila kvalita a výkonnosť filmu, aby sa splnili požiadavky, ale treba poznamenať, že: \ t
A. V skutočnom rozsahu sa môže zapnúť vykurovanie, ktoré môže zabrániť oxidácii povrchu tovaru.
B. Pri zapnutom kúrení je potrebné otvoriť točňu.
Cieľové čistenie (tiež známe ako bodový cieľ): cieľ sa dá otvoriť a vyčistiť iba vtedy, keď stupeň vákua dosiahne určitý rozsah (požadovaný rozsah výrobkov vyrobených v našej továrni je 7,0 10-3 ~ 5,0 10-3pa).
Cieľ: odstrániť adsorbovaný plyn a vyčistiť povrch na povrchu terča.
Iónové čistenie: artefakty po predohreve, povrch bude stále tam je nejaká špina, môže tiež mať mierne oxidové vrstvy, iónové čistenie je odstrániť nečistoty a povrch oxidačnej vrstvy je jednou z účinných metód. Pre Ar plyn naplňujúci vysoký tlak vo vákuovej komore, artefakty a záporné vychýlenie spôsobené zábleskovým výbojom v tom istom čase, ionizáciou Ar iónov pôsobením elektrického poľa, vysokoenergetických bombardujúcich artefaktov a dosahovaním nečistôt na povrchu. povrch vystriekaného obrobku, čistý a účel aktivácie na povrchu nákladu.
Tvorba filmu: keď tlak pracovného plynu argón dosiahne určitú úroveň, cieľ sa otvorí a pridá sa vhodné množstvo reaktívneho plynu na naprašovanie a nakoniec sa získa požadovaný film. V súčasnosti sa nitridový film, oxidový film a karbidový film získavajú prostredníctvom dusíka (N2), kyslíka (O2), metánu (CH4), acetylénu (C2H2), oxidu uhoľnatého (CO) a iných plynov.
Záležitosti, ktorým je potrebné venovať pozornosť v procese tvorby filmu:
1. Je prietok Ar a tlak normálny?
2. Pred otvorením terča dajte predpäťové napätie, naštartujte otočný rám a skontrolujte, či je v náklade skrat.
3. Počas procesu tvorby filmu by sa mala venovať pozornosť cieľovému napätiu, cieľovému prúdu, tlaku a predpätiu prúdu.
Chladenie: V priebehu procesu vytvárania filmu sa vytvorí vysoká teplota, aby sa zabránilo tomu, že vrstva filmu je vystavená pôsobeniu teplotného rozdielu medzi vnútornou a vonkajšou stranou vákuovej komory. Po vytvorení filmu je pred uvoľnením filmu potrebné správne chladenie.
Vakuová komora. Nákladná jednotka a čistenie vákuovej komory.
Súvisiace parametre pokovovania magnetrónovým naprašovaním:
Magnetrónový rozprašovač má tri typy elektrického spojenia: uzemnenie, odpruženie a predpätie.
Povlakové zariadenie je obyčajne uzemnenie puzdra vákuovej komory ako anóda a ustanovenia s nulovým potenciálom.
Suspenzia je proces izolácie obrobku od anódy (puzdro) a katódy a jeho suspendovanie v plazme.
Bias má pridať desiatky voltov k stovkám voltov negatívnej zaujatosti na obrobku, keď je predpätie nulové, ktoré je uzemnené.
1. Pomer príchodu iónov:
V iontovom pokovovaní závisí vplyv dopadajúcich iónov na štruktúru a vlastnosti filmu hlavne na iónovú energiu a tok iónov.
Pri iónovom pokovovaní sa energia získaná dopadajúcim iónom na každý uložený atóm nazýva hodnota energetického zisku.
Ea = Ei (ev)
Typ Ei je energia dopadajúceho iónu (ev), I / Φ Φ pre ióny, ktoré majú dosiahnuť hodnotu a.
2. Skreslenie a aktuálnosť:
Praktické parametre procesu pokovovania sú predpojaté napätie a prúdová hustota obrobku. V súčasnosti je naša továreň v procese pokovovania TiN alebo TiC, riadenie predpätia pridané v -100 ~ -400V, predpäťový prúd v 2 ~ 6A alebo tak. ,
3. Pulzné naprašovanie:
Pulzné naprašovanie všeobecne používa obdĺžnikové vlnové napätie.
Obdobie pulzu je T, čas cieľového naprašovania v každom cykle je t-delta T, delta T je kladný čas impulzu (šírka) pridaný k cieľu.V- a V + sú napäťová amplitúda negatívnych a pozitívnych impulzov pridaných do cieľ.
4. Abnormálne prípady počas prevádzky:
V súčasnosti sú hlavnými modelmi vo výrobe: vt-1200, SVS a COM kontinuálny povlakovací stroj, zck-1500 a ďalšie rôzne typy cieľových zariadení.
Abnormálny jav
Dôsledky
a.
Štít auta nie je dobre, keď je terč umytý
Povrch tovaru bol kontaminovaný, čo malo za následok vznik filmu po nanesení náteru
B
Počas čistenia iónov dochádza k skratu
Funkčný test NG po vytvorení filmu (odmietnuté)
C
Počas procesu vytvárania filmu je prietok reakčného plynu príliš veľký (napr. C2H2), čo vedie k otrave cieľmi
Po výstupe výrobkov z pece je zrejmý filmový povlak alebo farebný nerovnomerný jav
D
Cieľová chladiaca voda nie je otvorená počas otvorenia cieľa
Poškodenie zariadenia, vážne poškodenie
IKS PVD, vákuový povlakovací stroj, kontakt: iks.pvd@foxmail.com
