Machine de revêtement PVD hybride par pulvérisation cathodique magnétron + arc ionique : Guide complet de l'acheteur

Dans la vague de la modernisation de la fabrication industrielle vers une haute précision et une grande fiabilité, la technologie de traitement de surface est devenue un maillon essentiel pour améliorer la compétitivité des produits. La machine de revêtement PVD hybride par pulvérisation cathodique à arc + magnétron intègre les avantages des deux principales technologies de dépôt physique en phase vapeur. Elle possède non seulement les caractéristiques de dépôt à grande vitesse du dépôt ionique à arc, mais également l'avantage de la densité du film de la pulvérisation cathodique par magnétron. Elle est largement utilisée dans de nombreux domaines tels que l'électronique, la mécanique, l'automobile et l'optique.

• La caractéristique principale est de générer un plasma métallique à haute densité grâce à un arc haute tension, ce qui permet à la couche de film de former une liaison métallurgique avec le substrat, et l'adhérence dépasse de loin celle de la technologie de revêtement ordinaire.
• Elle se concentre sur les revêtements fonctionnels, particulièrement adaptés aux revêtements durs tels que TiN, TiCN, TiAlN et CrN, qui peuvent améliorer considérablement la résistance à l'usure et à la corrosion des produits.
• L'inconvénient est qu'il peut y avoir de minuscules particules à la surface de la couche de film, ce qui rend son effet décoratif légèrement plus faible et les options de couleur relativement limitées.

• L'avantage principal réside dans l'utilisation d'un champ magnétique pour confiner les électrons, ce qui permet un dépôt uniforme des atomes du matériau cible et la formation d'un film lisse et fin.
• Se concentrant sur les revêtements décoratifs et fonctionnels spéciaux, elle peut présenter avec précision une variété de couleurs telles que l'acier inoxydable, le noir, l'or rose et les couleurs arc-en-ciel, et peut également préparer des films fonctionnels spéciaux tels que le DLC (carbone amorphe).
• L'inconvénient est que l'adhérence de la couche de film de pulvérisation pure est relativement faible, et il est difficile de résister à des conditions de travail complexes lorsqu'elle est utilisée seule.

• Résoudre un point faible technique unique : l'AIP compense l'adhérence insuffisante de la MS, tandis que la MS améliore la rugosité de surface et les défauts de couleur inégaux de l'AIP.
• Réaliser une superposition de performances : après combinaison, elle conserve non seulement la forte force de liaison apportée par l'AIP, mais possède également la surface lisse et la couleur stable de la MS, et est compatible avec davantage de substrats et de types de revêtements.
• Améliorer la valeur de production : les deux processus sont réalisés dans la même chambre à vide sans traitement secondaire, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production et répond aux exigences de la production de masse.

Les puces à semi-conducteurs peuvent améliorer leurs performances et leur fiabilité en déposant des électrodes métalliques (telles que le tungstène et le cuivre) et des couches isolantes (telles que le nitrure de silicium) grâce à l'équipement. Des films fonctionnels tels que des films conducteurs transparents (ITO) et des couches de transport d'électrons pour les écrans OLED et QLED peuvent également être préparés par cet équipement. Après le traitement de revêtement, les performances d'étanchéité à l'humidité, d'anti-oxydation et de blindage électromagnétique des composants électroniques tels que les résistances et les condensateurs et leurs boîtiers d'emballage sont considérablement améliorées. De plus, des composants électroniques spéciaux tels que les plaques bipolaires pour les piles à combustible à hydrogène, les substrats céramiques DPC et les circuits imprimés flexibles PCB sont également devenus des cibles d'application clés pour les machines PVD hybrides.

La durée de vie des outils de coupe, des matrices d'estampage, des moules d'injection et d'autres outils et matrices peut être considérablement prolongée en déposant des revêtements durs tels que TiN et TiAlN. Après que les composants principaux d'un moteur de voiture, tels que les segments de piston, les soupapes et les vilebrequins, sont revêtus, leur résistance à l'usure et leurs performances de réduction des frottements sont améliorées, et la fiabilité du moteur est considérablement améliorée. L'apparence et les composants fonctionnels des automobiles tels que les phares, les rétroviseurs et les pare-brise peuvent également obtenir des effets anti-buée, anti-éblouissement et d'isolation thermique grâce au revêtement.

Les composants optiques tels que les lentilles d'appareil photo et les lentilles de télescope peuvent déposer des films antireflet et des films à haute réflectivité pour réduire la réflexion de la lumière et augmenter la transmission de la lumière. Les dispositifs optiques tels que les multiplexeurs à répartition en longueur d'onde et les isolateurs optiques réalisent une modulation précise de la lumière en contrôlant avec précision l'épaisseur de la couche de film. Après le traitement de revêtement de barrière thermique, l'efficacité thermique et la durée de vie des composants tels que les aubes de moteur d'avion et les chambres de combustion ont été considérablement améliorées. Les composants structurels et les fenêtres optiques des engins spatiaux sont revêtus pour obtenir des fonctions telles que la protection contre les radiations et l'isolation thermique, assurant un fonctionnement normal dans l'environnement spatial difficile.

Les implants médicaux tels que les articulations artificielles, les stimulateurs cardiaques et les endoprothèses vasculaires peuvent déposer des revêtements biocompatibles comme le carbone amorphe et l'hydroxyapatite pour réduire les réactions de rejet dans le corps humain. Les films sensibles et les films protecteurs des biocapteurs tels que les capteurs de glucose et les capteurs d'ADN ont considérablement amélioré leur sensibilité et leur stabilité après le traitement de revêtement.

Lorsque des matériaux cibles métalliques purs sont utilisés pour le dépôt, diverses couleurs métalliques peuvent être obtenues. Un revêtement argenté brillant peut être obtenu en utilisant des cibles en aluminium, qui conviennent aux composants décoratifs. Les cibles en cuivre peuvent produire une couleur cuivrée chaude et sont souvent utilisées dans les composants électroniques et les pièces décoratives. Les cibles en titane peuvent former un revêtement gris clair, qui combine texture et résistance à la corrosion. Les cibles en or et en argent produisent respectivement du jaune doré et de l'argent brillant, et sont principalement utilisées dans la décoration haut de gamme et les domaines conducteurs électroniques.

Grâce à la réaction chimique entre les matériaux cibles métalliques et les gaz réactifs (tels que l'azote et l'oxygène), des couleurs composées riches peuvent être formées. Le revêtement TiN présente une couleur jaune doré et est une couleur couramment utilisée pour les outils, les moules et les pièces décoratives. Le revêtement CrN est gris argenté et présente à la fois une dureté élevée et une résistance à l'usure. Le revêtement TiAlN apparaît violet-noir et possède une excellente résistance aux hautes températures, ce qui le rend adapté aux outils et aux moules dans des conditions de travail à haute température. Le revêtement ZrN est jaune doré clair, présentant à la fois un effet décoratif et une résistance à l'usure.

La personnalisation des couleurs personnalisées peut être obtenue grâce à la conception d'une structure de film multicouche ou à la combinaison de matériaux cibles. Par exemple, un revêtement bleu-violet peut être obtenu grâce au dépôt combiné de TiAlN et de SiN. L'ajustement du rapport de matériau cible de Ti à Al peut obtenir une couleur dégradée du jaune doré à l'or rose. Certains appareils prennent en charge la régulation précise de la composition et de l'épaisseur de la couche de film grâce à des modèles de dépôt basés sur l'IA, permettant la production personnalisée de valeurs de couleur spécifiques et répondant aux exigences de couleur des produits haut de gamme.

En tant que garantie environnementale de base pour le revêtement, il est principalement composé d'une chambre à vide, d'un ensemble de pompes à vide et d'un dispositif de mesure du vide. Les chambres à vide adoptent principalement une conception octogonale, supportant des portes avant et arrière et une installation modulaire, ce qui est pratique pour l'interchangeabilité et la maintenance des composants. La taille courante est de φ950×1350mm, et la zone uniforme du plasma peut atteindre φ650×H750mm. Les ensembles de pompes à vide adoptent généralement une configuration combinée de pompes turbomoléculaires, de pompes Roots et de pompes à palettes rotatives pour garantir que la cavité atteint rapidement un état de vide élevé. Parmi celles-ci, la vitesse de pompage des pompes turbomoléculaires est principalement de 2×2000L/S, répondant aux exigences d'un revêtement de haute précision.

C'est le composant principal pour réaliser un revêtement hybride, comprenant une source d'ions à arc, une source de pulvérisation cathodique par magnétron et une source d'ions. Les sources d'ions à arc sont généralement équipées de 8 ensembles de cathodes à arc, chacune avec une puissance de 5KW, qui peuvent ioniser rapidement les matériaux cibles pour former du plasma. Les sources de pulvérisation cathodique par magnétron adoptent principalement des cathodes de pulvérisation à moyenne fréquence, avec une puissance allant jusqu'à 36KW, supportant la co-pulvérisation multi-cibles et le contrôle du gradient de composition. La puissance de la source d'ions linéaire est d'environ 5KW, qui est utilisée pour la gravure au plasma et l'amélioration de l'adhérence de la couche de film, réduisant efficacement la densité des défauts.

Il adopte une architecture de contrôle à deux niveaux d'ordinateur et d'API pour réaliser une régulation précise des paramètres de processus et un fonctionnement automatisé. Il peut surveiller en temps réel les paramètres clés tels que le degré de vide, la température de dépôt et le débit de gaz. Parmi ceux-ci, le système de contrôle du gaz est équipé de 5 canaux MFC (Mass Flow Controller) pour assurer l'alimentation précise du gaz de réaction. Certains équipements haut de gamme intègrent des interfaces Industrie 4.0, prenant en charge l'optimisation à distance des paramètres et la traçabilité des données de processus, améliorant ainsi la stabilité de la production.

Le support de pièce adopte principalement une structure planétaire cylindrique. La pièce tourne à la fois sur son propre axe et autour du centre, assurant l'uniformité de la couche de film. La configuration courante est de six postes de travail φ300mm. Le système de chauffage a une puissance allant jusqu'à 18KW, la température maximale étant contrôlée à 500℃. Une régulation précise de la température est obtenue grâce au contrôle PID par thermocouple pour répondre aux exigences de température de revêtement des différents substrats.

Il comprend un système de canalisations refroidies à l'eau, un réservoir d'eau à température constante à réfrigération en circulation et un système de détection et d'alarme. Le système de refroidissement par eau refroidit la source de dépôt et la cavité pour éviter d'endommager les composants causés par les températures élevées. Le système de détection et d'alarme surveille en temps réel l'état de fonctionnement de l'équipement, alerte rapidement en cas de vide anormal, de panne de courant et d'autres situations, et assure la sécurité de la production.

Les entreprises de production de masse doivent donner la priorité au choix d'un équipement de structure de type cluster, avec une capacité de production par chambre de ≥30 pièces par heure, supportant une disposition confocale multi-cibles pour répondre aux exigences de la production en série. Les entreprises axées sur la recherche et le développement peuvent choisir un équipement à chambre unique, en mettant l'accent sur la conception modulaire et la configuration flexible, ce qui est pratique pour le remplacement des matériaux cibles et l'ajustement des processus, et convient à la recherche et au développement de nouveaux matériaux et de nouveaux revêtements. En même temps, la spécification de la cavité doit être sélectionnée en fonction de la taille du matériau de base pour garantir que la pièce peut être entièrement dans la zone uniforme du plasma et garantir l'uniformité de la couche de film.

Sélectionnez la configuration de la source de dépôt en fonction du type de couche de film cible. Lors de la préparation de revêtements durs, il est nécessaire d'améliorer la compatibilité de la puissance de la source d'ions à arc avec le matériau cible et de prendre en charge des matériaux cibles tels que Ti, Al et Cr. Pour préparer des films optiques ou des films conducteurs transparents, il est nécessaire d'optimiser la source de pulvérisation cathodique par magnétron et de l'équiper d'une alimentation à moyenne fréquence ou à radiofréquence. Si le processus de pulvérisation réactive est requis, il est nécessaire de confirmer le nombre de canaux de gaz et la précision MFC de l'équipement pour garantir que la proportion de gaz réactif peut être contrôlée avec précision. Pour les utilisateurs ayant des exigences particulières, il est nécessaire de faire attention à savoir si l'équipement prend en charge l'extension du processus PECVD pour réaliser le dépôt de couches de film non conductrices à base de carbone.

En termes de qualité du revêtement, il convient de prêter attention à l'uniformité de la couche de film (l'écart d'épaisseur de l'ensemble de la plaquette est ≤±1,5 %), à la dureté (HV3500 et plus sont préférés) et à l'adhérence. En termes d'efficacité de production, les points clés à examiner sont le taux de dépôt (de préférence un équipement capable d'atteindre 5 microns par minute) et le temps de pompage sous vide. En termes de stabilité de l'équipement, il convient de donner la priorité au choix d'un équipement avec un taux de production nationale élevé de composants principaux (par exemple, plus de 85 %) et une faible consommation d'énergie pour réduire le coût de la maintenance ultérieure. En termes de degré d'automatisation, sélectionnez le système de contrôle correspondant en fonction de l'échelle de production. Pour la production en série, il est recommandé de choisir un équipement avec des fonctions intelligentes de gestion des matériaux cibles et de surveillance à distance.

Le coût de l'acquisition d'équipement doit être raisonnablement planifié en combinaison avec la demande de capacité de production pour éviter une configuration excessive entraînant un gaspillage de coûts. Le coût de maintenance ultérieure doit se concentrer sur le taux d'utilisation des matériaux cibles, les niveaux de consommation d'énergie et la durée de vie des pièces vulnérables. En même temps, il est nécessaire d'examiner les capacités de support technique des fournisseurs, y compris le débogage des processus, la formation du personnel et la rapidité de la réponse après-vente. Les fournisseurs qui peuvent fournir des solutions personnalisées et des services techniques à long terme doivent être privilégiés. Pour les équipements d'occasion, il est nécessaire de vérifier la durée de vie du matériau cible, l'état de l'ensemble de pompes à vide et l'étalonnage du MFC, et de vérifier l'uniformité et l'adhérence grâce à des échantillons mesurés.

Choisir la bonne machine de revêtement PVD hybride par pulvérisation cathodique à arc + magnétron est un investissement clé pour améliorer la compétitivité des produits. Il est recommandé de clarifier ses propres exigences de production et ses objectifs de processus avant de prendre une décision, et de procéder à une évaluation complète grâce à l'inspection sur site de l'état de fonctionnement de l'équipement, aux tests des performances des échantillons et à d'autres méthodes.