表面处理工艺PVD及其他ppt课件

1、表面处理工艺刘西净2019年12月内容物理气相沉积块状材料 (靶材)薄膜物质输运能量输运能量衬底物理气相沉积原理u高真空 (HV)u高纯材料u清洁和光滑的衬底表面u提供能量的电源PVD的四个条件真空这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E. Torricelli)做了著名的有关大气压力实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。如今，真空技术已经成为一门独立的前言学科。真空的概念真空量度单位真空量度

2、单位1 1标准大气压标准大气压=760mmHg=760(Torr)=760mmHg=760(Torr)1 1标准大气压标准大气压=1.013x105 Pa=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa1Torr=133.3Pa真空区域的划分真空区域的划分 粗真空粗真空 低真空低真空 高真空高真空 超高真空超高真空 极高真空极高真空 )10760(101035Torrpa)1010(10108361Torrpa)1010(1010128106Torrpa)10(101210Torrpa)1010(1010313Torrpa真空的基本特点真空的基本特点 在真空中，气体分子密度低，在某些情况下

3、，真空可以近似地看作没有气体“污染的空间。真空中，气体分子或带电粒子的平均自由程为： pkT22 其中为分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数。真空获得真空泵1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。 原理：当泵工作后，形成压差，p1 p2，实现了抽气。真空泵的分类气体传输泵气体传输泵: : 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。、涡轮分子泵。气体捕集泵气体捕集泵: : 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结是一种使气

4、体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、鈦升华泵在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。真空泵的主要参数 抽气速率抽气速率: : 定义为在泵的进气口任意给定压强下，定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积单位时间内流入泵内的气体体积 或表示为：或表示为： 其中，其中，Q Q为单位时间内流入泵的气体量。为单位时间内流入泵的气体量。 泵的抽气速率泵的抽气速率S S并不是常数，随并不是常数，随P P而变。而变。PQS1PPtVS 几种常用真空泵的工作压强范围 旋片机械泵 吸附泵 扩散泵

5、 涡轮分子泵 溅射离子泵 低温泵pa251010pa251010pa501010pa811010pa1111010pa1001010旋片式机械泵 几种常用真空泵的工作原理1. 旋片机械泵2. 油扩散泵水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管；4. 泵壳； 5. 加热器3.涡轮分子泵1. 动叶轮；2. 泵壳；3. 涡轮排；4. 中频电动机；5. 底座；6. 出气口法兰；7. 润滑油池；8. 静叶轮；9. 电机冷却水管. 真空的测量真空计1. 绝对真空计 直接测量真空度的量具，如U型计、压缩真空计(麦克劳真空计) 。 压缩型真空计测量范围：103 10-3 PaU型计测量范围：105 10 Pa2.

6、 相对真空计热偶真空计热偶真空计( (热传导真空计热传导真空计) ) 测量范围：测量范围：100 10-1 Pa100 10-1 Pa热阴极电离真空计热阴极电离真空计 测量范围：测量范围：1.331.3310-1 10-1 1.331.3310-5 Pa10-5 Pa超高真空熱阴极电离计超高真空熱阴极电离计 测量范围：测量范围：1.331.3310-1 10-1 1.01.010-10Pa10-10Pa 直接测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计。薄膜厚度的测量干涉显微镜法干涉显微镜法 称重法称重法石英晶体振荡器法石英晶体振荡器法Amt 真空蒸发镀 基本思想：提高温度，熔

7、解并蒸发材料 将材料置于某种容器内上） 将用高熔点金属(W, Mo, Ta, Nb)制成的加热丝或舟通上直流电，利用欧姆热加热材料 将用绝缘材料(quartz, graphite, alumina, beryllia, zirconia)制成的坩埚通上射频交流电，利用电磁感应加热材料真空蒸发真空泵加热丝、舟或坩埚衬底架玻璃钟罩厚度监控仪充气管道反应气体管道衬底Plume常用蒸发源加热丝加热舟坩埚盒状源Knudsen Cell）In-Sn丝NCVM镀膜材料锡粒NCVM工艺流程PVD蒸镀法真空蒸镀真空蒸镀溅射蒸镀溅射蒸镀粒子生成粒子生成机构机构热能热能动能动能粒子粒子原子、原子、离子离子原子、原子

8、、离子离子蒸蒸镀均匀性镀均匀性复杂形状复杂形状佳佳普通普通平面平面佳佳优优蒸蒸镀金属镀金属可可可可蒸蒸镀镀合金合金可可可可蒸蒸镀镀耐耐热热化合物化合物可可可可粒子能量粒子能量很低很低0.10.5eV0.10.5eV可提高可提高1100eV1100eV惰性气体离子冲击惰性气体离子冲击通常不可以通常不可以可，或依形狀不可可，或依形狀不可表面表面与层间与层间的混合的混合通常通常无无可可加热（加热（外加外加热热）通常通常无无可可蒸蒸镀镀速率速率1010-9-9m/secm/sec1.6712.51.6712.50.1716.70.1716.7金属在制成厚度低於100nm 的薄膜时,都会形成岛状不连续的

9、金属膜,使得其电阻率大幅增加NCVM不导电的原理性能：1、ESD , 阻值 (200M20G以上) ；2、RF的测试 ；3、常规信赖性测试。网络分析仪影响良率的因素薄膜厚度 50nm 50-100nm 100nm薄膜厚度的均匀性 钨丝篮的分布 镀膜用量的分布 空间中真空度的均匀性喷涂的品质 杂质 橘皮 积漆电子束蒸发镀原理：利用电子束加热使膜材汽化蒸发后，凝结在基片表面成膜的一种方法。电子束获得能量密度大，可加热到3000度以上，可同时满足高熔点材料蒸发，如钨、SiO2、Al2O3等。被蒸镀材料放在水冷坩埚内，可免容器材料蒸发及其与膜材的反应。电子束轰击膜材时，会激发许多有害的反射电子、背散射

10、电子及二次 电子，损伤基片。电子束蒸发镀坩埚与材料衬底真空室真空泵厚度监控仪充气管道反应气体管道Plume电子枪E-GunCrucibleSubstrate fixture常用蒸发材料形态SiO2/MgF2五氧化三钛ZnS氧化锆ZnS三氧化二钛光学增透膜用于玻璃基底的增透膜 经典的单层增透膜由一薄层MgF2构成，MgF2在510nm时的折射率为n=1.38，需要的膜厚为d=92nm。因此，在510nm波长时膜层有一个光学密度厚度n*d为1/4的波长。镀在加热到250-300C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，稳定，并且相当方便，经济，直接使用蒸发船便可。 想得到更低的反射率，最简单的方法是镀一

11、层CeF3和一层MgF2各为1/4的光学厚度），可用蒸发船。2层膜的优点是在可见光范围的中段有更低的反射率，缺点在于在红，蓝端的反射率上升过快。 由于2层膜的效果不理想，为了达到理想的效果，必须使用3层或多层膜。 6层AR膜：玻璃/TiO2/SiO2/ TiO2/SiO2 TiO2/SiO2厚度范围nm913/3040/5080/115/2240/8090AR宽度范围：92%化学稳定好耐候性易加工质量轻抗冲击性好 是无机玻璃的8-10倍易划伤耐热性差溶胶一凝胶工艺作为一种先进的工艺方法，由于具有反应条件温和、容易控制、材料性能调节余地大等特点，可以很方便地通过改变参与反应的有机、无机组分含量，

12、实现纳米涂层的性能裁剪，得到所需性能。Parameter CoatingpH4viscidity10 MPasBoiling point70CBurning temperature279CFlash point22C exploding limit66.0 g/m3Steam pressure (Reid 40C)9.7 kPadensity(22C)0.92 g/cm3 firing temperature75CThickness of coating2-3 mScratch resistance6N涂层参数基材前处理工艺流程SiOC2H54+H2O SiOH4+ 4C2H5OH 水解反应缩

13、聚反应nSiOH4 nSiO2 + 2nH2O原材料：无水乙醇、盐酸、正硅酸乙酯、流平剂、消泡剂、偶联剂反应方程：偶联剂偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX3，式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团，这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，X代表能够水解的烷氧基如甲氧基、乙氧基等）。硅烷偶联剂在国内有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171这几种型号。KH550 -氨丙基三乙氧基硅烷 KH560

14、 -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 KH570 -（甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷 CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3 涂层制备参数PH值催化剂反应温度黏度陈化时间涂布的参数干燥温度涂布方式的选择喷涂 利用喷枪等喷射工具把涂料雾化后，喷射在被涂工件上的涂装方法旋涂 电子工业中，基片垂直于自身表面的轴旋转，同时把液态涂覆材料涂覆在基片上的工艺浸涂 将工件浸没于涂料中，取出，除去过量涂料的涂装方法涂层的测试附着力铅笔硬度抗划痕测试钢丝绒测试耐溶剂测试热冲击测试Testing method: hammer scratch test LDS激光一体化成型）LDS工艺是由德国激光领域专业企

15、业LPKF激光电子股份有限公司开发的，在单组份注塑的部件上，利用激光在几秒钟之内在塑料部件表面成型电路。采用这种方法将成型的电路激活，然后再金属化。LPKF-LDS技术使用激光在复杂三维部件表面上照射成型天线电路，这些三维部件是采用LDS树脂注塑成型的。该项技术的主要优势包括，效率极高，为快速变更产品设计提供了极高的灵活性，并且提供在三维部件表面成型天线电路的方法。优点高柔性化 由于激光把计算机里的图形直接转移到注塑件上，无需额外的工具或掩膜。线路只取决于CAD数据。模具成本大幅降低 因为激光线路加工的MID可以用单组分注塑制作出来。 激光是超微细线路制作的理想工具。 高成本效益 对中小批量生

16、产和微细线路加工有很高的成本效益。 高环保性 生产中没有利用腐蚀性化学药品。 LDS注塑注塑活化活化化学镀化学镀原材料选择PA6/6T半芬芳聚酰胺），基于半芬芳聚酰胺），基于Ultramid ( BASF公司公司 ) 热变形的稳定性很强热变形的稳定性很强,适合回流焊适合回流焊 (也适合无铅焊锡也适合无铅焊锡) 具有很好的机械性能具有很好的机械性能 热塑性聚酯热塑性聚酯 (PBT,PET 及其混合物及其混合物),基于基于Pocan (Lanxess公司公司 ) 很好的机械和电气性能很好的机械和电气性能 其混合物都具有很好的热变形稳定性其混合物都具有很好的热变形稳定性 交联交联PBT (polyb

17、utylenterephathalate), 基于基于 Vestodur (Degussa公司公司 ) 抗游离防火性能抗游离防火性能 照射交联性使其具有可以抗高温性能适合所有焊接工艺）照射交联性使其具有可以抗高温性能适合所有焊接工艺） LCP(液晶聚合物液晶聚合物), 基于基于 Vectra (Ticona公司公司) 很好的流动性很好的流动性 热压下很好的尺寸稳定性热压下很好的尺寸稳定性 PC/ABS(聚碳酸酯聚碳酸酯/丙烯腈丙烯腈/丁二烯丁二烯/苯乙烯苯乙烯) 很好的表面特性很好的表面特性 很好的机械性能很好的机械性能 可以进行激光活化的热塑性塑料中含有一种特殊的有机金属复合物形态的添加物，这种添加物在聚焦激光束的照射下可以发