PVD开发基础讲义

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1、PVD技朮簡介,蘇會軍2007.11.13,報告大綱,PVD技朮基礎理論介紹,1.,PVD工藝流程,2.,PVD技朮發展應用,3.,1.PVD介紹,何謂PVD？物理氣相沈積(Physical Vapor Deposition) PVD的用途 鍍金屬的目的:美觀、防腐蝕、耐磨、導電、反光、反射熱等。 所鍍的厚度與材料視實際的用途而不同。,PVD技朮基礎理論介紹,2.PVD原理,PVD(Physical Vapor Deposition)即物理氣相沉積技朮即在電場作用下形成的等離子體中, 塊體材料被濺射出來, 而沉積在工件表面, 形成一定厚度的薄膜.,氬氣在電場作用下被離化同時被加速, 向加有負電

2、壓的靶面飛去, 轰击靶材表面，引起靶材表面各种粒子，如原子、分子或团束逸出即產生溅射。溅出的中性原子與真空腔內同時被離化的氣體粒子反應而沉积到工件表面上，於是形成了一定厚度的膜层。,2. 1 PVD過程,第一步氣體離化,e,Ar+,Ar,能量,離子化,Argon氣體團,Ar + e Ar+ +2e,以TiN為例, 過程如下:,第二步 濺射,Ar+ + Ti Ti(Atom) +Ar+,PVD原理,第三步 反應成膜,Ar+ + N2 2N +Ar+ Ti + N TiN,3. PVD生產流程圖,4. PVD設備 4.1 清洗線,4.2 鍍膜機,單筒式鍍膜機,連續式鍍膜機,鍍膜機結構介紹,4 PV

3、D技術魚骨圖,挂具設計,設備,真空 系統,電控 系統,激發 系統,加熱 系統,气体,材料,靶材,基材,制程,偏壓電源,氣路,膜系設計,真空度,鍍膜時間,工件旋轉速度,濺射電源,旋轉方式,裝夾系統,遮蔽系統,材料 （SUS, Ti）,等離子監控儀(PEM),氣體分壓控制器( OGC),殘余氣體分析儀(RGA),氣體流量控制器(MFC),監控系統,膜厚,可靠度,耐磨耗,光澤度,色差,硬度,附著力,檢測系統,環境,濕度,潔淨度,防震動,防靜電,溫度,流量,分壓,位置,電流,電壓,功率,電流,電壓,佔空比,O2,Ar,C2H2,N2,Ti,Ni,Cr,Zr,SUS,Ti,塑膠,公轉,自轉,可操作性,形

4、狀,尺寸,彈性,導電性,5. PVD檢驗規範一覽表,6.材質要求,哪些材質可以PVD? 不銹鋼、高速鋼、鎢鋼、玻璃基板 電鍍處理後的銅合金、鋅合金 電鍍處理後的ABS、PC、ABS+PC,PVD技朮基礎理論介紹,高金屬質感和艷麗飽滿的色彩效果 優異的功能性(與基材的良好結合高的硬度和耐磨性等) 底材選擇的多樣化(如不鏽鋼鈦合金甚至鋁合金) 制程的良好的穩定性和再現性 適應現代環保潮流,PVD發展應用,7.PVD優點,8.真空技术的应用领域,平面显示器產業 電腦資訊產業 光儲存媒體 半导体产业 通訊產品 消費性電子 汽车工业 军事航空航海,PVD發展應用,9.真空镀膜技术在富士康的应用,不锈钢手

5、机殼装饰膜 手機視窗半透膜 金属化装饰性镀膜 金屬質感非導電膜NC-VM TFT-LCD 光学镀膜 EMI处理 刀模具镀膜,PVD發展應用,PVD產品展示,PVD技朮基礎理論介紹,二.PVD工藝流程,清洗,PVD核心工藝,鍍膜,為了更好的講解PVD技朮的具體工藝流程，我們以目前生產的N專案前蓋的PVD過程講解PVD工藝,PVD工藝流程,上挂,清洗,烘烤,鍍膜,下挂,入庫,全檢,來料抽檢,涂抗指紋油,UV,終檢,PVD工藝流程,PVD工藝流程,為什麼要清洗？清洗的效果有什麼影響？清洗效果的好壞,直接關系到金屬表面防護層的附著力,可保証涂層不脫落,不起泡,不產生裂紋,保証防銹封存,表面改性,轉化膜

6、質量,是后續工序順利進行不可少的工序.而清洗效果又與清洗工藝密不可分,如何有效而合理地制定清洗工藝,將是整個清洗效果的至關因素.,清洗流程介紹,清洗流程,酸洗,除蠟,上挂,慢拉 切水,烘烤,PVD工藝流程,清洗-上挂,首先將產品上挂到清洗治具要求戴專用手套并且在手套外戴指套。,上挂后的清洗挂具,PVD工藝流程,清洗-除蠟,超聲波清洗除蠟清洗后有三道軟水槽清洗具體參數如下,PVD工藝流程,超聲波清洗原理超聲波是利用超聲波空化沖擊效益.由超聲波發振箱發出高頻高壓振蕩信號,經換能器巒換為機械振動傳入到清洗介質中去.以連續不斷的方式產生幅射狀連續傳播的超聲波束,它在介質中傳播時會產生成千上萬個負壓小氣

7、泡,這些小氣泡在一定壓力下,在清洗物體表面形成一連串密集的爆炸,不斷沖擊被清洗物體的表面,包括穿透到被清洗物的另一側面,以及所有侵入介質中的內腔,盲孔,狹縫將清洗物表面附著的污垢剝落,達到完美的清洗效果。,超聲波振頻的調整 超聲波清洗主要靠空穴的作用,聲學參數和清洗液的物理化學性質.但是影響產生空穴的主要因素有哪些呢:1.超聲波聲強(聲壓).在液體中只有交奕聲壓幅值超過靜壓力時才出現負壓,而負壓要超過液體強度才產生空穴,使液體產生空穴的最低聲強為空化閥.聲強的選擇12W/Cm2,當聲強增加時,空化強度也增大,同時,空穴的數量也增加,有利于清洗.2.超聲波的頻率2050khz內,當頻率較小時,噪

8、音較大.3.液體表面張力大,則空穴崩潰時釋放的能量也大,但如何選擇超聲波強度,將是一個至關重要的問題,聲波強度太大,將腐蝕材料基體，對材料產生蝕點，超聲波強度太弱，又達不到清洗效果.以鋁材為例:鋁合金是一種有色金屬,密度是2.7g/cm3,它在頻率為28khz以上的超聲波內清洗時,材料表面將會產生蝕點(白點).但對于鈦合金來說,又不一樣,鈦合金密度為4.5g/cm3,介于鋁和鋼(7.8g/cm3)之間,它在48khz的超聲波下也很難產生蝕點.因此,對于各種不同型號的材料來說,應嚴格分析其物理化學性能,采用不同頻率的超聲波,以期達到完美的清洗效果.超聲波是由主機箱,超聲波換能器,振蕩子三部分組成

9、,振蕩子振動形式可分為底式發振,側式發振等.,清洗-脫脂,清洗時間360S 溫度605 性質鹼性,PVD工藝流程,脫脂OK,鹼液清洗原理由于在整個清洗生產中,主要是鹼液脫脂清洗,同時配合超聲波振動,使金屬表面淨化.鹼液脫脂以其價格低,化學危害性小而被廣泛采用.因此,下面著重介紹一下鹼液清洗時的一些基礎知識.鹼液清洗又稱化學除油或化學脫脂.鹼液清洗的目的是去除油污,油污的主要成份是各種動植物油脂和礦物油,它們按其性質不同可分為皂化油和非皂化油.皂化油-能與鹼反應生成肥皂的油脂,如各種動植物油脂,其成份甘油三脂肪酸酯,油脂不溶於水,生成脂皂后能溶於水且從被處理的表面上除去.非皂化油-不與鹼起化學反

10、應的礦物油，如潤滑油，凡士林等，但可加入表面活性物質如硅酸鈉等，特別是表面活性劑，如OP-10乳化劑等非皂化油轉化為乳化液而除去.,化學除油溶液成分及其工藝條件 氫氧化鈉(NaOH):氫氧化鈉在化學除油中起重要作用,且消耗量大,當含鹼量低,PH值小于10.5時,硬脂酸鈉發生水解,除油效果降低;濃度太高又會使硬脂酸鈉等表面活性劑溶解度降低,同時也使零件水洗性巒差.對于鋼鐵零件的除油液來說,氫氧化鈉的含量范圍較寬,對于有色金屬零件來講,可以不加或少加氫氧化鈉,以免造成腐蝕. 碳酸鈉(NaCO3):它是除油溶液的良好緩蝕劑,當PH值降低時發生水解,生成的氫氧化鈉可以保持鹼度.但碳酸鈉皂化與分散作用較

11、弱,但因鹼性低是有色金屬除油的主要成份. 磷酸鈉(Na3PO4):它的皂化與乳化作用較強,能將鈣皂,鎂皂溶解,以免生成不溶性物質. 硅酸鈉(Na2SiO3):它是一種良好的乳化劑.,OP-10:是一種非離子型表面活性劑,但含量不能太高,否則在溶液表面飄浮較多的泡沫,會影響清洗效果.溫度:溫度是化學除油的一個重要的工藝條件.塑材一般在40-60度,有色金屬在40-50度內進行(有超聲波可降低溶液溫度).溫度升高可以加快皂化反應的進行,增加油脂的溶解速度,也能增加硬脂酸鈉的溶解度,對除油是有利的,但溫度太高的話,就會降低乳狀液的穩定性,會使油脂提前析出,聚集,甚至重新附著在零件表面;同時,溶液的溫

12、度太高,蒸發量越大, 鹼霧增多,對人,對環境是很不利的。,表面活性劑:它的主要作用是:”潤濕”增溶”乳化”.表面活性劑能降低溶液與金屬的界面張力,促使油膜剝離巒成小滴形成乳狀液,稱為乳化作用.表面活性劑分為陰離子和非離子型表面活性劑.表面活性物質的結構具有特殊性,分子中存在極性基團和非極性基團.極性基團是親水的指向溶液,非極性基團是憎水親油的指向油膜,所以表面活性劑吸附在金屬表面並形成定向排列,使界面上不飽和力場得到一定程度的平衡，降低了溶液與金屬,溶液與油膜之間的界面張力,也就是降低了出現新界面需要的能量.由于溶液對金屬表面的潤濕能力加強了,逐漸將油膜剝落下來並形成小油滴分散在溶液中,達到除

13、油的目的., 從金屬表面剝離下來的油滴,如果沒有乳化劑存在就會互相碰撞連接在一起,並重新附著在金屬表面.乳化劑能使油滴穩定地存在于溶液中,形成穩定的乳狀液,是因為乳化劑分子中憎水基團指向油滴,親水基團指向溶液,吸附排列在油滴周圍組成單分子薄膜,構成水包油型乳狀液.其中,水為連續相,油脂為分散相,相互碰撞也不會聚集在一起,但是乳狀液也不能過于穩定,應在除油間隙利于油滴浮起,在液面聚集,然后將油脂排出,否則油脂在溶液中達到飽和將會降低除油效果.表面活性劑還有增溶作用,對于除油溶液來講,增溶作用提高了除油溶液的載油量,增加了除油效果,加溶作用也可以看作乳化作用的繼續.,溶液檢驗方法,電導率校正電導儀

14、後，將探頭用純水洗三次，將電導率插入待測液中，待電導率測試儀屏幕上數據穩定後讀取數據，即為電導率。pH值為了更准確的管控槽液的濃度每天必須對槽液進行pH值測試將探頭插入待測液中，待pH測試儀屏幕上數據穩定後讀取數據，即為pH值。,清洗-酸洗（酸中和）,王水,純水清洗時間 一般在300S,酸洗槽,純水槽1,純水槽2,HCL:HNO33 : 1,純水槽3,清洗時間60S,PVD工藝流程,烘烤,慢拉切水,烘烤,采用溢流式的超聲波純水清洗一般需要240S,烤箱中烘烤2030MIN,PVD工藝流程,PVD鍍膜,烘烤后的產品通過輸送線流道鍍膜區,PVD鍍膜機的轉盤在升降機上產品放置轉盤上進爐,PVD工藝流

15、程,將產品裝到轉盤上后用升降機將轉盤推入鍍膜機中,PVD工藝流程,產品被推入到鍍膜機后剩下的主要任務也是最核心的工作就是調機,PVD工藝流程,PVD鍍膜機,預備真空開分子泵,開空壓機循環水系統,充入Ar氣破真空,加熱烘烤,抽真空濺射鍍膜,離子轟擊清洗腔體及基材,1,2,3,4,5,6,調機流程：,PVD工藝流程,对溅射镀膜一般用氩作入射离子，原因有:1)经济; 2)可避免与靶材起化学反应。 溅射清洗的作用1）对靶的预溅射a.靶材有烧结和热压两种。热压靶材含有大量的 气体，溅射沉积中会对膜层构成污染，埋在沉积膜 中。预溅射可以使这些气体得到释放后被抽走。 b. 对一个纯金属靶来说，它的表面会有一层氧化物，要想获得纯金属膜，必须将这层氧化物去掉；c. 对合金或化合物靶，也必须作预溅射，使靶 面露出新材料。,在预溅射时，在靶面的正前方应有一个活动挡 板挡住基片使其免遭污染。2）衬底的预处理a.任何材料在装入真空室之前都要进行化学清洗 或适当的除尘处理；b.在沉积膜之前，如果将基片接负电位，利用辉 光放电，气体离子可对基片进行轰击实现溅射清洗：一可清除表面的吸附气体、各种污染物和氧化物；二可 除掉粘附力弱的淀积粒子； 三可使其表面增加活性使沉积膜与基片之间的附着力增加。,