技术与服务

Technology and Services
  • PVD离子镀膜技术
  • 磁控溅射
  • 电弧技术
  • PMAII
  • EFC
  • DLC
  • HIPIMS
  • PN+PVD
  • 刻蚀技术
  • 离子辅助蒸发技术
  • 气体离子源
  • 气体溅射技术
PVD离子镀膜技术

       PVD是物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition)的简称,是指在真空条件下,采用物理的方法将材料(俗称靶材或膜料)气化成气态分子、原子或离子,并将其沉积在工件形成具有某种特殊功能的薄膜的技术,常见的PVD沉积技术有:蒸发技术、溅射技术、电弧技术。

       离子镀膜技术是PVD技术的一种,是指在PVD沉积过程中,被镀材料形成金属或者非金属等离子体(如Ti离子,N离子),等离子体在偏压电场的作用下,沉积在工件表面上。由于离子镀过程中,离子的能量更强,离子绕射性更好,膜层的结合力更好,膜层致密性也更好,膜层性能更好。

       离子镀膜技术的应用非常广泛,常见的有:装饰性镀膜,工具模具硬质镀膜以及各种功能膜层。


磁控溅射
      磁控溅射技术可制备装饰薄膜、硬质薄膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜,以及各种具有特殊功能的薄膜,是一种十分有效的薄膜沉积方法,在各个工业领域应用非常广泛。

     “溅射”是指具有一定能量的粒子(一般为Ar+离子)轰击固体(靶材)表面,使得固体(靶材)分子或原子离开固体,从表面射出,沉积到被镀工件上。磁控溅射是在靶材表面建立与电场正交磁场,电子受电场加速作用的同时受到磁场的束缚作用,运动轨迹成摆线,增加了电子和带电粒子以及气体分子相碰撞的几率,提高了气体的离化率,提高了沉积速率。

     磁控溅射技术比蒸发技术的粒子能量更高,膜基结合力更好,“磁控溅射离子镀膜技术”就是在普通磁控溅射技术的基础上,在被镀工件表面加偏压,金属离子在偏压电场的作用力下,沉积在工件表面,膜层质量和膜基结合力又远远好于普通的磁控溅射镀膜技术。

     根据靶材的形状,磁控溅射靶可分为圆形磁控溅射靶、平面磁控溅射靶和柱状磁控溅射靶。圆形靶主要用于科研和少量的工业应用,平面靶和柱状靶在工业上广泛使用,特别是柱状靶,凭借超高的靶材利用率和稳定的工作状态,越来越多的被使用。


电弧技术

汇成第四代阴极电弧技术的简称,特点如下:

       ①采用永磁和脉冲电磁的复合磁场驱动,弧斑移动更快,弧斑更细碎,有效抑制“微液滴”;

       ②通过脉冲电磁场电压和频率的变化,能够控制弧斑的运动,使得靶材烧蚀更加均匀,靶材利用率高;

       ③复合磁场能够将等离子体推向被镀工件,增强了工件附近的等离子密度,改变了沉积反应环境;

       ④可实现对涂层微观组织结构的有效调控,大幅度提高涂层的综合性能。


PMAII

第二代增强磁控电弧涂层技术独有的磁场控制技术使电弧在靶材整个表面做快速的移动,靶材表面被均匀刻蚀,涂层表面光滑致密,优化了涂层结合力。


技术特点:

   (1)电磁和永磁复合磁场驱动。

   (2)提高靶材利用率。

   (3)增强等离子体密度。

   (4)有效抑制“大液体”。

   (5)增大有效镀区。


EFC

电磁过滤阴极技术(EFC)

脉冲电磁场与固定磁场复合在整个靶材表面扫描使靶材表面被均匀刻蚀,独有的电磁电源可以正反方向输出,控制弧斑在靶面均匀缩放,减少大颗粒的产生,涂层致密光滑。

特点:

  • 制备新金属化合物,或制备氮化物薄膜(氮气氛围)
  • 制备非晶碳,纳米钻石以及碳纳米管的纳米颗粒
  • 用热电材料靶材制备热电效应薄膜

DLC

      类金刚石涂层经常适用于汽车引擎以减少发动机的摩擦,黑色的色彩使DLC涂层在作为装饰涂层(如:手表)上受到广泛欢迎,并且由于其较低摩擦和无粘连系数,使其很好的运用在工具涂层。DLC涂层技术非常适用于机械的加工和铸造/锻造,以及铝及塑料注塑模具的涂层。

类金刚石(DLC)涂层技术:

      不同类型的类金刚石涂层,具有不同的生产技术。DLC涂层适用于极端磨损情况和高相对速度,甚至是在无润滑运转的条件下使用,具有卓越的耐磨蚀性、抗摩擦氧化性和附着性(防磨损),可承受在正常条件下会立刻导致磨损和冷焊的表面压力,将摩擦损失降至最小,良好的耐腐蚀性使基体免受破坏性攻击。

HIPIMS

       HIPIMS是高功率脉冲磁控溅射技术(High power impulse magnetron sputtering)的简称,其原理是利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术,HIPIMS的峰值功率可以达到MW级别,但由于脉冲作用时间短,其平均功率与普通磁控溅射一样,这样阴极不会因过热赠增加靶材冷却。HIPIMS综合了磁控溅射低温沉积、表面光滑、无颗粒缺陷和电弧离子镀金属离化率高、膜层结合力强、涂层致密的优点,且离子束流不含大颗粒,在控制涂层微结构的同时获得优异的膜基结合力,在降低涂层内应力及提高膜层致密性、均匀性等方面具有闲着的优势,被认为是PVD发展史上近30年来很重要的一项技术突破,特别是在硬质涂层和功能涂层的应用方面有显著优势。

图1  HIPIMS峰值电压和电流曲线图

表1  HIPIMS与直流磁控管参数比较

参数 HIPIMS 直流磁控管
工作压力 10-4~10-2 Torr 10-4~10-2 Torr
阴极电流密度 JMAX≤10A/cm2 JMAX≤0.1A/cm2
放电电压 0.5 – 1.5 kV 0.3 – 0.6 kV
血浆密度 ≤ 1013 cm-3 ≤ 1011 cm-3
阴极功率密度 1 – 3 kW/cm2 < 0.1 kW/cm2
电离分数 30% – 90% < 1%

      HIPIMS中靶材上的高峰值功率脉冲导致等离子体电子密度高达1019m-3,这比DCMS溅射法高三个数量级。这些高的等离子体密度促进溅射材料的电离,形成电离的溅射材料通量,其中电离分数可达到90%。离子通量受到电磁力的作用,因此可以控制其方向和能量。通过精确控制,目标材料离子通量可用于执行基板预处理以及增强薄膜和器件性能。增强的示例包括增加的膜密度以及膜附着力的显着改善。

PN+PVD

      对大多数中碳合金结构钢零件, 其硬度较硬质膜低的多,仅沉积几微米厚的PVD膜层,难以有效地提高其 耐磨性、疲劳强度以及抗塑性变形能力。钢铁渗氮后,在其表面形成氮的化合物和扩散层,提高了零件表层硬度。 氮化件较未渗氮件更适合作为PVD膜层的基体。

刻蚀技术


刻蚀技术是气体离子刻蚀及辅助沉积技术的简称,基本原理如下:

       ① 在涂层前,利用GIS气体离子源将氩气和氢气离化,产生的气体离子(Ar+和H+)在偏压作用下,对产品表面进行刻蚀清洗;

       ② 在涂层中,利用GIS气体离子源将氩气、氮气、氧气等反应气体离化,辅助溅射或电弧沉积;

刻蚀技术的优点如下:

      ① 气体等离子体能量范围宽,可强可弱,适用于各种类型的工件;

      ② 有效去除表面氧化层,刻蚀清洗效果更彻底,膜基结合力好;

      ③ 辅助沉积,有利于涂层致密性、改善镀膜均匀性;


离子辅助蒸发技术

      离子辅助蒸发镀膜技术,是在传统的蒸发镀膜的基础上,利用离子镀的原理,提高蒸发镀膜的离化率,进而提高蒸发镀膜层的性能。

      离子辅助蒸发技术镀铝技术广泛应用于各种军用、民用的防腐功能涂层,用于替代电镀,例如:钕铁硼表面镀铝防腐,航空紧固件镀铝防腐等。

气体离子源

       磁控溅射是一种理想的金属蒸发靶源:放电工作稳定、沉积速率易控、镀膜均匀好。但是,在进行化学反应性镀膜(TiN、TiO2)时,通入的反应性气体,会造成磁控靶面的毒化(化学反应),蒸发速率的急剧降低…等一系列雪崩式后果,造成磁控溅射反应镀膜极大的不稳定性和不可控性,为了解决这一问题,北京丹普表面技术有限公司开发出矩形气体离子源。

气体离子源的优点:

      ● 无灯丝、无空心阴极、无热阴极、无栅极,气体离子源上不产生金属溅射污染;适用于任何惰性和反应性气体,以及它们的混合气;

      ● 结构简单,绝缘性好、使用寿命长、很少维护需要;

      ● 矩形结构,与矩形磁控溅射源尺寸完全匹配,并向真空室镀膜区域均匀布气;

      ● 在磁控溅射的真空范围内,离子源能够正常稳定放电工作;离子源需要进气量符合磁控溅射源的工作条件;

      ● 端法兰结构密封,方便安装。360度任意调整布气方向。

气体离子源技术的应用:

      1、GIMS-TiN(1微米以上的厚TiN膜),再镀Au(合金)或玫瑰金等(高档IPG)。单炉一次性完成;

      2、GIMS-SS+TiN(厚膜),再镀Au(合金)或玫瑰金等(单炉一次性完成)。然后,再进行部分掩膜退去外层的TiN层和金层,实现白和金色的双色效果;

      3、通入Ar气GIS放电,实现Ar离子的轰击清洗功能---等离子体处理(清洗),代替了卫浴洁具电镀工件的水质超声清洗功能。实现了绿色环保技术要求;

      4、对半导体集成电路表面进行GIS-Ar离子轰击清洗,加强塑料封装外壳表面金属化的膜层结合力。


气体溅射技术


气体溅射技术气体离子源增强磁控溅射技术,分为两种:汇聚气离溅射和空分气离溅射。

离子源的作用:

    1、等离子体清洗

    2、离化反应气体

    3、辅助沉积

    4、抑制靶中毒

    5、后离子氧化处理

汇聚气离溅射技术:

气体离子源对反应气体进行离化和布气,在离子源电源电场的作用下,大量气体离子获得动能(温度)飞向工件表面,产生轰击作用,从而有效的增强了磁控溅射的反应离子镀膜效应。在反应镀膜过程中,气体离子轰击工件表面,表面上不稳固的离子被轰落,膜层结构被“夯实”,更加致密和平滑。

     该技术应用在类金刚石(DLC)镀膜中,取得了非常好的效果。

空分气离溅射技术:

     在同一气离溅射镀膜系统上,将气体离子源的布气方向转离开磁控溅射靶的镀膜区域。实现了磁控溅射金属镀膜过程和气体离子源离化轰击反应过程在“空间”上的分离。一个工件在通过磁控溅射对靶时涂覆金属性膜层,再移动到气体离子源面前时进行反应气体离子的轰击反应过程(如氮化),这就是所谓的空(间)分(离)气离溅射反应离子镀。

     对于控制溅射靶的毒化有非常好的效果,使反应溅射离子镀更加可控,镀膜的窗口更宽。



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