Arc Ion + Magnetron Sputteren Hybride PVD Coating Machine: Een Complete Koopgids

In de golf van industriële productie die opschaalt naar hoge precisie en hoge betrouwbaarheid, is oppervlaktebehandelingstechnologie een kernlink geworden bij het verbeteren van de productcompetitiviteit. De arc ion + magnetron sputtering hybride PVD coating machine integreert de voordelen van de twee belangrijkste fysische dampafzettingstechnologieën. Het bezit niet alleen de hoge-snelheidsafzettingseigenschappen van arc ion plating, maar heeft ook het filmdichtheidsvoordeel van magnetron sputtering. Het wordt veel gebruikt in meerdere gebieden zoals elektronica, machines, auto's en optiek.

• De kernfunctie is het genereren van hoog-dichtheid metaalplasma door middel van hoogspanning arc, waardoor de filmlaag een metallurgische binding kan vormen met het substraat, en de hechting ver overtreft die van gewone coatingtechnologie.
• Het richt zich op functionele coatings, vooral geschikt voor harde coatings zoals TiN, TiCN, TiAlN en CrN, die de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van producten aanzienlijk kunnen verbeteren.
• Het nadeel is dat er kleine deeltjes op het oppervlak van de filmlaag kunnen zijn, waardoor het decoratieve effect iets zwakker is en de kleuropties relatief beperkt zijn.

• Het belangrijkste voordeel is het gebruik van een magnetisch veld om elektronen te beperken, waardoor een uniforme afzetting van doelmatriaalatomen wordt bereikt en een gladde en fijne film wordt gevormd.
• Gericht op decoratieve en speciale functionele coatings, kan het nauwkeurig een verscheidenheid aan kleuren presenteren, zoals roestvrij staal, zwart, roségoud en regenboogkleuren, en kan ook speciale functionele films zoals DLC (diamant-achtige koolstof) bereiden.
• Het nadeel is dat de hechting van de pure sputtering filmlaag relatief zwak is en het moeilijk is om complexe werkomstandigheden te weerstaan ​​wanneer deze alleen wordt gebruikt.

• Het aanpakken van een enkel technisch pijnpunt: AIP compenseert de onvoldoende hechting van MS, terwijl MS de oppervlakteruwheid en ongelijke kleurdefecten van AIP verbetert.
• Prestatiesuperpositie bereiken: Na combinatie behoudt het niet alleen de sterke bindingskracht die door AIP wordt meegebracht, maar heeft het ook het gladde oppervlak en de stabiele kleur van MS, en is het compatibel met meer substraten en coatingtypen.
• Productiewaarde verhogen: De twee processen worden voltooid in dezelfde vacuümkamer zonder secundaire behandeling, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd en aan de eisen van massaproductie wordt voldaan.

Halfgeleiderchips kunnen hun prestaties en betrouwbaarheid verbeteren door metalen elektroden (zoals wolfraam en koper) en isolatielagen (zoals siliciumnitride) af te zetten via apparatuur. Functionele films zoals transparante geleidende films (ITO) en elektrontransportlagen voor OLED- en QLED-beeldschermen kunnen ook met deze apparatuur worden bereid. Na coatingbehandeling worden de vochtbestendige, anti-oxidatie- en elektromagnetische afschermingsprestaties van elektronische componenten zoals weerstanden en condensatoren en hun verpakkingsomhulsels aanzienlijk verbeterd. Daarnaast zijn speciale elektronische componenten zoals bipolaire platen voor waterstofenergie-brandstofcellen, DPC-keramische substraten en PCB flexibele printplaten ook belangrijke toepassingsdoelen geworden voor hybride PVD-machines.

De levensduur van snijgereedschappen, stempels, spuitgietmatrijzen en andere gereedschappen en matrijzen kan aanzienlijk worden verlengd door harde coatings zoals TiN en TiAlN af te zetten. Nadat de kerncomponenten van een automotor, zoals zuigerveren, kleppen en krukassen, zijn gecoat, worden hun slijtvastheid en wrijvingsverminderende prestaties verbeterd en wordt de betrouwbaarheid van de motor aanzienlijk verbeterd. De uiterlijke en functionele componenten van auto's zoals lampen, achteruitkijkspiegels en voorruiten kunnen ook anti-condens-, anti-verblindings- en warmte-isolerende effecten bereiken door middel van coating.

Optische componenten zoals cameralenzen en telescooplenzen kunnen anti-reflectie- en hoog-reflectie-films afzetten om lichtreflectie te verminderen en de lichtdoorlatendheid te verhogen. Optische apparaten zoals golflengteverdelingsmultiplexers en optische isolatoren bereiken een precieze modulatie van licht door de dikte van de filmlaag nauwkeurig te regelen. Na warmtebarrièrecoatingbehandeling zijn de thermische efficiëntie en levensduur van componenten zoals straalmotorschotten en verbrandingskamers aanzienlijk verbeterd. De structurele componenten en optische vensters van ruimtevaartuigen worden gecoat om functies te bereiken zoals stralingsbescherming en warmte-isolatie, waardoor een normale werking in de barre ruimteomgeving wordt gewaarborgd.

Medische implantaten zoals kunstgewrichten, pacemakers en vasculaire stents kunnen biocompatibele coatings zoals diamant-achtige koolstof en hydroxyapatiet afzetten om afstotingsreacties in het menselijk lichaam te verminderen. De gevoelige films en beschermende films van biosensoren zoals glucosesensoren en DNA-sensoren hebben na coatingbehandeling een aanzienlijk verbeterde gevoeligheid en stabiliteit.

Wanneer pure metalen doelmaterialen worden gebruikt voor afzetting, kunnen verschillende metaalkleuren worden verkregen. Een heldere zilveren coating kan worden verkregen door aluminiumdoelen te gebruiken, die geschikt zijn voor decoratieve componenten. Koperdoelen kunnen een warme koperkleur produceren en worden vaak gebruikt in elektronische componenten en decoratieve onderdelen. Titaniumdoelen kunnen een lichtgrijze coating vormen, die textuur en corrosiebestendigheid combineert. Gouden doelen en zilveren doelen produceren respectievelijk goudgeel en helder zilver, en worden meestal gebruikt in hoogwaardige decoratie en elektronische geleidende velden.

Door de chemische reactie tussen metalen doelmaterialen en reactieve gassen (zoals stikstof en zuurstof) kunnen rijke samengestelde kleuren worden gevormd. De TiN-coating presenteert een goudgele kleur en is een veelgebruikte kleur voor gereedschappen, mallen en decoratieve onderdelen. De CrN-coating is zilvergrijs en heeft zowel een hoge hardheid als slijtvastheid. De TiAlN-coating verschijnt paars-zwart en heeft een uitstekende hoge-temperatuurbestendigheid, waardoor het geschikt is voor gereedschappen en mallen in hoge-temperatuur werkomstandigheden. De ZrN-coating is licht goudgeel en heeft zowel een decoratief effect als slijtvastheid.

Gepersonaliseerde kleuraanpassing kan worden bereikt door middel van meerlaagse filmstructuurontwerp of doelmateriaalcombinatie. Zo kan een blauw-paarse coating worden verkregen door de gecombineerde afzetting van TiAlN en SiN. Door de doelmateriaalverhouding van Ti naar Al aan te passen, kan een kleurverloop van goudgeel naar roségoud worden bereikt. Sommige apparaten ondersteunen de precieze regulering van de filmsamenstelling en -dikte via AI-gestuurde afzettingsmodellen, waardoor een aangepaste productie van specifieke kleurwaarden mogelijk is en aan de kleurvereisten van hoogwaardige producten wordt voldaan.

Als de basisomgevingsgarantie voor coating, bestaat het voornamelijk uit een vacuümkamer, een vacuümpompset en een vacuümmeetapparaat. Vacuümkamers nemen meestal een achthoekig ontwerp aan, met ondersteuning voor voor- en achterdeuren en modulaire installatie, wat handig is voor componentenuitwisselbaarheid en onderhoud. De gemeenschappelijke grootte is φ950×1350mm, en de plasma-uniforme zone kan φ650×H750mm bereiken. Vacuümpompsets nemen doorgaans een combinatieconfiguratie van turbomoleculaire pompen, Roots-pompen en roterende schoepenpompen aan om ervoor te zorgen dat de holte snel een hoge vacuümtoestand bereikt. Onder hen is de pompsnelheid van de turbomoleculaire pompen meestal 2×2000L/S, wat voldoet aan de eisen van hoogprecisiecoating.

Het is de kerncomponent voor het bereiken van hybride coating, inclusief een arc ion-bron, een magnetron sputtering-bron en een ionenbron. Arc ion-bronnen zijn meestal uitgerust met 8 sets arc-kathoden, elk met een vermogen van 5KW, die doelmaterialen snel kunnen ioniseren om plasma te vormen. Magnetron sputtering-bronnen nemen meestal middenfrequente sputtering-kathoden aan, met een vermogen tot 36KW, die multi-target co-sputtering en samenstellingsgradiëntcontrole ondersteunen. Het vermogen van de lineaire ionenbron is ongeveer 5KW, die wordt gebruikt voor plasma-etsen en het verbeteren van de hechting van de filmlaag, waardoor de defectdichtheid effectief wordt verminderd.

Het neemt een besturingsarchitectuur met twee niveaus van computer en PLC aan om een ​​nauwkeurige regulering van procesparameters en geautomatiseerde werking te bereiken. Het kan belangrijke parameters zoals vacuümgraad, afzettingstemperatuur en gasstroomsnelheid in realtime bewaken. Onder hen is het gascontrolesysteem uitgerust met 5 MFC-kanalen (Mass Flow Controller) om de precieze toevoer van reactiegas te garanderen. Sommige high-end apparatuur integreert Industrial 4.0-interfaces, die externe parameteroptimalisatie en procesdatatraceerbaarheid ondersteunen, waardoor de productiestabiliteit wordt verbeterd.

Het werkstukrek neemt meestal een cilindrische planetaire structuur aan. Het werkstuk roteert zowel op zijn eigen as als rond het midden, waardoor de uniformiteit van de filmlaag wordt gewaarborgd. De gemeenschappelijke configuratie is zes φ300mm werkstations. Het verwarmingssysteem heeft een vermogen tot 18KW, met de maximale temperatuur geregeld op 500℃. Nauwkeurige temperatuurregeling wordt bereikt door thermokoppel PID-regeling om te voldoen aan de coatingtemperatuureisen van verschillende substraten.

Het omvat een watergekoeld leidingsysteem, een circulerende koelconstante temperatuurwatertank en een detectie- en alarmsysteem. Het waterkoelsysteem koelt de afzettingsbron en de holte om schade aan de componenten door hoge temperaturen te voorkomen. Het detectie- en alarmsysteem bewaakt de werkingstoestand van de apparatuur in realtime, waarschuwt onmiddellijk voor abnormaal vacuüm, stroomuitval en andere situaties en zorgt voor de veiligheid van de productie.

Massaproductiebedrijven moeten prioriteit geven aan het kiezen van apparatuur met een cluster-achtig structuur, met een productiecapaciteit van ≥30 stuks per uur, die multi-target confocale lay-out ondersteunt om aan de eisen van batchproductie te voldoen. Onderzoeks- en ontwikkelingsgerichte bedrijven kunnen kiezen voor apparatuur met één kamer, met de nadruk op modulair ontwerp en flexibele configuratie, wat handig is voor het vervangen van doelmaterialen en het aanpassen van processen, en geschikt is voor het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe materialen en nieuwe coatings. Tegelijkertijd moet de holtespecificatie worden geselecteerd op basis van de grootte van het basismateriaal om ervoor te zorgen dat het werkstuk volledig binnen de plasma-uniforme zone kan zijn en de uniformiteit van de filmlaag kan garanderen.

Selecteer de afzettingsbronconfiguratie op basis van het type doel filmlaag. Bij het bereiden van harde coatings is het noodzakelijk om de compatibiliteit van het arc ion-bronvermogen met het doelmateriaal te verbeteren en doelmaterialen zoals Ti, Al en Cr te ondersteunen. Om optische films of transparante geleidende films te bereiden, is het noodzakelijk om de magnetron sputtering-bron te optimaliseren en deze uit te rusten met een middenfrequentie- of radiofrequentievoeding. Als het reactieve sputtering-proces vereist is, is het noodzakelijk om het aantal gaskanalen en de MFC-nauwkeurigheid van de apparatuur te bevestigen om ervoor te zorgen dat de verhouding van reactief gas nauwkeurig kan worden geregeld. Voor gebruikers met speciale vereisten is het noodzakelijk om te letten op de vraag of de apparatuur PECVD-procesuitbreiding ondersteunt om de afzetting van koolstofgebaseerde niet-geleidende filmlagen te bereiken.

Op het gebied van coatingkwaliteit moet aandacht worden besteed aan de uniformiteit van de filmlaag (de dikteafwijking van de hele wafer is ≤±1,5%), hardheid (HV3500 en hoger hebben de voorkeur) en hechting. Op het gebied van productie-efficiëntie zijn de belangrijkste punten die moeten worden onderzocht de afzettingssnelheid (bij voorkeur apparatuur die 5 micron per minuut kan bereiken) en de vacuümpomptijd. Op het gebied van apparatuurstabiliteit moet prioriteit worden gegeven aan het kiezen van apparatuur met een hoge binnenlandse productiesnelheid van kerncomponenten (zoals meer dan 85%) en een laag energieverbruik om de kosten van later onderhoud te verlagen. Op het gebied van de mate van automatisering, selecteer het bijbehorende besturingssysteem op basis van de productieschaal. Voor batchproductie wordt aanbevolen om apparatuur te kiezen met intelligente doelmateriaalbeheer- en bewakingsfuncties op afstand.

De kosten van de aanschaf van apparatuur moeten redelijk worden gepland in combinatie met de vraag naar productiecapaciteit om te voorkomen dat overmatige configuratie tot kostenverspilling leidt. De latere onderhoudskosten moeten zich richten op de benuttingsgraad van doelmaterialen, energieniveaus en de levensduur van kwetsbare onderdelen. Tegelijkertijd is het noodzakelijk om de technische ondersteuningsmogelijkheden van de leveranciers te onderzoeken, inclusief procesfoutenopsporing, personeelstraining en de snelheid van de after-sales respons. Leveranciers die op maat gemaakte oplossingen en technische diensten op lange termijn kunnen bieden, moeten de voorkeur krijgen. Voor tweedehands apparatuur is het noodzakelijk om de levensduur van het doelmateriaal, de status van de vacuümpompset en de kalibratie van de MFC te verifiëren en de uniformiteit en hechting te verifiëren door middel van gemeten monsterstukken.

Het kiezen van de juiste arc ion + magnetron sputtering hybride PVD coating machine is een belangrijke investering om de concurrentiepositie van producten te verbeteren. Het wordt aanbevolen om de eigen productie-eisen en procesdoelen te verduidelijken voordat u een beslissing neemt en een uitgebreide beoordeling uit te voeren door middel van inspectie ter plaatse van de werkingstoestand van de apparatuur, het testen van de prestaties van monsters en andere methoden.