Υβριδική μηχανή επίστρωσης PVD με υψίσυχνο ιονισμό + μαγνητρονική εκτόξευση: Ένας πλήρης οδηγός αγοραστή

Στο κύμα της αναβάθμισης της βιομηχανικής κατασκευής προς την υψηλή ακρίβεια και την υψηλή αξιοπιστία, η τεχνολογία επιφανειακής επεξεργασίας έχει γίνει ένας βασικός σύνδεσμος στην ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας των προϊόντων. Η μηχανή επίστρωσης PVD υβριδίου arc ion + magnetron sputtering ενσωματώνει τα πλεονεκτήματα των δύο κυρίαρχων τεχνολογιών φυσικής εναπόθεσης ατμών. Όχι μόνο διαθέτει τα χαρακτηριστικά εναπόθεσης υψηλής ταχύτητας της επίστρωσης arc ion, αλλά έχει και το πλεονέκτημα της πυκνότητας φιλμ του magnetron sputtering. Χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλαπλά πεδία όπως ηλεκτρονικά, μηχανήματα, αυτοκίνητα και οπτική.

• Το βασικό χαρακτηριστικό είναι η δημιουργία πλάσματος μετάλλου υψηλής πυκνότητας μέσω τόξου υψηλής τάσης, το οποίο επιτρέπει στο στρώμα φιλμ να σχηματίσει μεταλλουργικό δεσμό με το υπόστρωμα και η πρόσφυση υπερβαίνει κατά πολύ αυτή της συνηθισμένης τεχνολογίας επίστρωσης.
• Επικεντρώνεται σε λειτουργικές επιστρώσεις, ιδιαίτερα κατάλληλες για σκληρές επιστρώσεις όπως TiN, TiCN, TiAlN και CrN, οι οποίες μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά την αντοχή στη φθορά και την αντοχή στη διάβρωση των προϊόντων.
• Το μειονέκτημα είναι ότι μπορεί να υπάρχουν μικροσκοπικά σωματίδια στην επιφάνεια του στρώματος φιλμ, γεγονός που καθιστά το διακοσμητικό του αποτέλεσμα ελαφρώς ασθενέστερο και οι επιλογές χρωμάτων σχετικά περιορισμένες.

• Το βασικό πλεονέκτημα έγκειται στη χρήση μαγνητικού πεδίου για τον περιορισμό των ηλεκτρονίων, την επίτευξη ομοιόμορφης εναπόθεσης ατόμων υλικού στόχου και τη δημιουργία ενός λείου και λεπτού φιλμ.
• Επικεντρώνεται σε διακοσμητικές και ειδικές λειτουργικές επιστρώσεις, μπορεί να παρουσιάσει με ακρίβεια μια ποικιλία χρωμάτων όπως ανοξείδωτο ατσάλι, μαύρο, ροζ χρυσό και χρώματα ουράνιου τόξου, και μπορεί επίσης να προετοιμάσει ειδικά λειτουργικά φιλμ όπως DLC (διαμαντοειδές άνθρακα).
• Το μειονέκτημα είναι ότι η πρόσφυση του καθαρού στρώματος φιλμ sputtering είναι σχετικά ασθενής και είναι δύσκολο να αντέξει σε πολύπλοκες συνθήκες εργασίας όταν χρησιμοποιείται μόνο του.

• Αντιμετώπιση ενός μόνο τεχνικού πόνου: Το AIP αντισταθμίζει την ανεπαρκή πρόσφυση του MS, ενώ το MS βελτιώνει την τραχύτητα της επιφάνειας και τα ελαττώματα ανομοιόμορφου χρώματος του AIP.
• Επίτευξη υπέρθεσης απόδοσης: Μετά τον συνδυασμό, όχι μόνο διατηρεί την ισχυρή δύναμη συγκόλλησης που φέρνει το AIP, αλλά έχει και την λεία επιφάνεια και το σταθερό χρώμα του MS και είναι συμβατό με περισσότερα υποστρώματα και τύπους επίστρωσης.
• Ενίσχυση της αξίας παραγωγής: Οι δύο διεργασίες ολοκληρώνονται στον ίδιο θάλαμο κενού χωρίς δευτερογενή επεξεργασία, βελτιώνοντας σημαντικά την αποδοτικότητα της παραγωγής και καλύπτοντας τις απαιτήσεις της μαζικής παραγωγής.

Τα τσιπ ημιαγωγών μπορούν να ενισχύσουν την απόδοσή τους και την αξιοπιστία τους εναποθέτοντας μεταλλικά ηλεκτρόδια (όπως βολφράμιο και χαλκό) και μονωτικά στρώματα (όπως νιτρίδιο του πυριτίου) μέσω εξοπλισμού. Λειτουργικά φιλμ όπως διαφανή αγώγιμα φιλμ (ITO) και στρώματα μεταφοράς ηλεκτρονίων για πάνελ οθόνης OLED και QLED μπορούν επίσης να παρασκευαστούν με αυτόν τον εξοπλισμό. Μετά την επεξεργασία επίστρωσης, η ανθεκτικότητα στην υγρασία, η αντιοξειδωτική και η ηλεκτρομαγνητική θωράκιση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων όπως αντιστάσεις και πυκνωτές και τα περιβλήματα συσκευασίας τους ενισχύονται σημαντικά. Επιπλέον, ειδικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως διπολικές πλάκες για κυψέλες καυσίμου υδρογόνου, κεραμικά υποστρώματα DPC και εύκαμπτα κυκλώματα PCB έχουν επίσης γίνει βασικοί στόχοι εφαρμογής για υβριδικές μηχανές PVD.

Η διάρκεια ζωής των εργαλείων κοπής, των μήτρων σφράγισης, των καλουπιών έγχυσης και άλλων εργαλείων και μήτρων μπορεί να παραταθεί σημαντικά με την εναπόθεση σκληρών επιστρώσεων όπως TiN και TiAlN. Αφού τα βασικά εξαρτήματα ενός κινητήρα αυτοκινήτου, όπως ελατήρια εμβόλου, βαλβίδες και στροφαλοφόροι άξονες, επικαλυφθούν, η αντοχή τους στη φθορά και η απόδοση μείωσης της τριβής ενισχύονται και η αξιοπιστία του κινητήρα βελτιώνεται σημαντικά. Η εμφάνιση και τα λειτουργικά εξαρτήματα των αυτοκινήτων όπως φώτα, καθρέφτες και παρμπρίζ μπορούν επίσης να επιτύχουν αντιθαμβωτικά, αντιθαμβωτικά και θερμομονωτικά αποτελέσματα μέσω της επίστρωσης.

Τα οπτικά εξαρτήματα όπως οι φακοί φωτογραφικών μηχανών και οι φακοί τηλεσκοπίων μπορούν να εναποθέσουν αντι-ανακλαστικά φιλμ και φιλμ υψηλής ανακλαστικότητας για να μειώσουν την ανάκλαση του φωτός και να αυξήσουν τη διαπερατότητα του φωτός. Οπτικές συσκευές όπως πολυπλέκτες διαίρεσης μήκους κύματος και οπτικοί απομονωτές επιτυγχάνουν ακριβή διαμόρφωση του φωτός ελέγχοντας με ακρίβεια το πάχος του στρώματος φιλμ. Μετά την επεξεργασία θερμικής φραγής, η θερμική απόδοση και η διάρκεια ζωής εξαρτημάτων όπως οι λεπίδες αεροκινητήρων και οι θάλαμοι καύσης έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Τα δομικά εξαρτήματα και τα οπτικά παράθυρα διαστημικών σκαφών είναι επικαλυμμένα για την επίτευξη λειτουργιών όπως η προστασία από την ακτινοβολία και η θερμομόνωση, διασφαλίζοντας την κανονική λειτουργία στο σκληρό διαστημικό περιβάλλον.

Τα ιατρικά εμφυτεύματα όπως τεχνητές αρθρώσεις, βηματοδότες και στεντ αγγείων μπορούν να εναποθέσουν βιοσυμβατές επιστρώσεις όπως διαμαντοειδές άνθρακα και υδροξυαπατίτη για να μειώσουν τις αντιδράσεις απόρριψης στο ανθρώπινο σώμα. Τα ευαίσθητα φιλμ και τα προστατευτικά φιλμ των βιοαισθητήρων όπως οι αισθητήρες γλυκόζης και οι αισθητήρες DNA έχουν βελτιώσει σημαντικά την ευαισθησία και τη σταθερότητά τους μετά την επεξεργασία επίστρωσης.

Όταν χρησιμοποιούνται καθαρά μεταλλικά υλικά στόχου για εναπόθεση, μπορούν να ληφθούν διάφορα μεταλλικά χρώματα. Μια φωτεινή ασημί επίστρωση μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας στόχους αλουμινίου, οι οποίοι είναι κατάλληλοι για διακοσμητικά εξαρτήματα. Οι στόχοι χαλκού μπορούν να παράγουν ένα ζεστό χάλκινο χρώμα και χρησιμοποιούνται συχνά σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα και διακοσμητικά μέρη. Οι στόχοι τιτανίου μπορούν να σχηματίσουν μια ανοιχτή γκρι επίστρωση, η οποία συνδυάζει υφή και αντοχή στη διάβρωση. Οι χρυσοί και ασημένιοι στόχοι παράγουν αντίστοιχα χρυσοκίτρινο και φωτεινό ασήμι και χρησιμοποιούνται κυρίως σε διακοσμήσεις υψηλής ποιότητας και ηλεκτρονικά αγώγιμα πεδία.

Μέσω της χημικής αντίδρασης μεταξύ των μεταλλικών υλικών στόχου και των αντιδραστικών αερίων (όπως άζωτο και οξυγόνο), μπορούν να σχηματιστούν πλούσια σύνθετα χρώματα. Η επίστρωση TiN παρουσιάζει ένα χρυσοκίτρινο χρώμα και είναι ένα κοινώς χρησιμοποιούμενο χρώμα για εργαλεία, καλούπια και διακοσμητικά μέρη. Η επίστρωση CrN είναι ασημί-γκρι και διαθέτει τόσο υψηλή σκληρότητα όσο και αντοχή στη φθορά. Η επίστρωση TiAlN εμφανίζεται μωβ-μαύρη και έχει εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας την κατάλληλη για εργαλεία και καλούπια σε συνθήκες εργασίας υψηλής θερμοκρασίας. Η επίστρωση ZrN είναι ανοιχτό χρυσοκίτρινο, με διακοσμητικό αποτέλεσμα και αντοχή στη φθορά.

Η εξατομικευμένη προσαρμογή χρωμάτων μπορεί να επιτευχθεί μέσω σχεδιασμού δομής φιλμ πολλαπλών στρώσεων ή συνδυασμού υλικού στόχου. Για παράδειγμα, μια μπλε-μοβ επίστρωση μπορεί να ληφθεί μέσω της συνδυασμένης εναπόθεσης TiAlN και SiN. Η ρύθμιση της αναλογίας υλικού στόχου του Ti προς Al μπορεί να επιτύχει ένα χρώμα κλίσης από χρυσοκίτρινο σε ροζ χρυσό. Ορισμένες συσκευές υποστηρίζουν την ακριβή ρύθμιση της σύνθεσης και του πάχους του στρώματος φιλμ μέσω μοντέλων εναπόθεσης που βασίζονται σε AI, επιτρέποντας την προσαρμοσμένη παραγωγή συγκεκριμένων τιμών χρώματος και καλύπτοντας τις χρωματικές απαιτήσεις προϊόντων υψηλής ποιότητας.

Ως η βασική περιβαλλοντική εγγύηση για την επίστρωση, αποτελείται κυρίως από θάλαμο κενού, ένα σετ αντλίας κενού και μια συσκευή μέτρησης κενού. Οι θάλαμοι κενού υιοθετούν ως επί το πλείστον οκταεδρικό σχεδιασμό, υποστηρίζοντας μπροστινές και πίσω πόρτες και αρθρωτή εγκατάσταση, η οποία είναι βολική για την εναλλαξιμότητα και τη συντήρηση των εξαρτημάτων. Το κοινό μέγεθος είναι φ950×1350mm και η ομοιόμορφη ζώνη πλάσματος μπορεί να φτάσει φ650×H750mm. Τα σετ αντλιών κενού υιοθετούν τυπικά έναν συνδυασμό διαμόρφωσης αντλιών στροβιλομοριακών, αντλιών Roots και περιστροφικών πτερυγίων για να διασφαλίσουν ότι η κοιλότητα φτάνει γρήγορα σε κατάσταση υψηλού κενού. Μεταξύ αυτών, η ταχύτητα άντλησης των στροβιλομοριακών αντλιών είναι ως επί το πλείστον 2×2000L/S, καλύπτοντας τις απαιτήσεις της επίστρωσης υψηλής ακρίβειας.

Είναι το βασικό εξάρτημα για την επίτευξη υβριδικής επίστρωσης, συμπεριλαμβανομένης μιας πηγής ιόντων τόξου, μιας πηγής magnetron sputtering και μιας πηγής ιόντων. Οι πηγές ιόντων τόξου είναι συνήθως εξοπλισμένες με 8 σετ καθόδων τόξου, καθεμία με ισχύ 5KW, οι οποίες μπορούν να ιονίσουν γρήγορα τα υλικά στόχου για να σχηματίσουν πλάσμα. Οι πηγές magnetron sputtering υιοθετούν ως επί το πλείστον καθόδους sputtering μέσης συχνότητας, με ισχύ έως και 36KW, υποστηρίζοντας τη συν-sputtering πολλαπλών στόχων και τον έλεγχο κλίσης σύνθεσης. Η ισχύς της γραμμικής πηγής ιόντων είναι περίπου 5KW, η οποία χρησιμοποιείται για χάραξη πλάσματος και ενίσχυση της πρόσφυσης του στρώματος φιλμ, μειώνοντας αποτελεσματικά την πυκνότητα ελαττωμάτων.

Υιοθετεί μια αρχιτεκτονική ελέγχου δύο επιπέδων υπολογιστή και PLC για την επίτευξη ακριβούς ρύθμισης των παραμέτρων της διεργασίας και αυτοματοποιημένης λειτουργίας. Μπορεί να παρακολουθεί σε πραγματικό χρόνο βασικές παραμέτρους όπως ο βαθμός κενού, η θερμοκρασία εναπόθεσης και η ροή αερίου. Μεταξύ αυτών, το σύστημα ελέγχου αερίου είναι εξοπλισμένο με 5 κανάλια MFC (Mass Flow Controller) για να διασφαλίσει την ακριβή παροχή αερίου αντίδρασης. Ορισμένος εξοπλισμός υψηλής ποιότητας ενσωματώνει διεπαφές Industrial 4.0, υποστηρίζοντας την απομακρυσμένη βελτιστοποίηση παραμέτρων και την ιχνηλασιμότητα δεδομένων διεργασίας, ενισχύοντας έτσι τη σταθερότητα της παραγωγής.

Το ράφι τεμαχίου εργασίας υιοθετεί ως επί το πλείστον μια κυλινδρική πλανητική δομή. Το τεμάχιο εργασίας περιστρέφεται τόσο στον δικό του άξονα όσο και γύρω από το κέντρο, διασφαλίζοντας την ομοιομορφία του στρώματος φιλμ. Η κοινή διαμόρφωση είναι έξι θέσεις εργασίας φ300mm. Το σύστημα θέρμανσης έχει ισχύ έως και 18KW, με τη μέγιστη θερμοκρασία να ελέγχεται στους 500℃. Η ακριβής ρύθμιση της θερμοκρασίας επιτυγχάνεται μέσω του ελέγχου PID θερμοστοιχείου για την κάλυψη των απαιτήσεων θερμοκρασίας επίστρωσης διαφορετικών υποστρωμάτων.

Περιλαμβάνει ένα σύστημα αγωγών υδρόψυξης, μια δεξαμενή νερού σταθερής θερμοκρασίας κυκλοφορίας ψύξης και ένα σύστημα ανίχνευσης και συναγερμού. Το σύστημα υδρόψυξης ψύχει την πηγή εναπόθεσης και την κοιλότητα για να αποτρέψει ζημιές στα εξαρτήματα που προκαλούνται από υψηλές θερμοκρασίες. Το σύστημα ανίχνευσης και συναγερμού παρακολουθεί την κατάσταση λειτουργίας του εξοπλισμού σε πραγματικό χρόνο, ειδοποιεί άμεσα για μη φυσιολογικό κενό, διακοπή ρεύματος και άλλες καταστάσεις και διασφαλίζει την ασφάλεια της παραγωγής.

Οι επιχειρήσεις μαζικής παραγωγής θα πρέπει να δώσουν προτεραιότητα στην επιλογή εξοπλισμού δομής τύπου συστοιχίας, με παραγωγική ικανότητα ενός θαλάμου ≥30 τεμαχίων ανά ώρα, υποστηρίζοντας διάταξη πολλαπλών στόχων για την κάλυψη των απαιτήσεων της παραγωγής παρτίδων. Οι επιχειρήσεις που προσανατολίζονται στην έρευνα και ανάπτυξη μπορούν να επιλέξουν εξοπλισμό ενός θαλάμου, δίνοντας έμφαση στον αρθρωτό σχεδιασμό και την ευέλικτη διαμόρφωση, η οποία είναι βολική για την αντικατάσταση υλικών στόχου και την προσαρμογή των διεργασιών και είναι κατάλληλη για την έρευνα και ανάπτυξη νέων υλικών και νέων επιστρώσεων. Ταυτόχρονα, η προδιαγραφή της κοιλότητας θα πρέπει να επιλέγεται με βάση το μέγεθος του βασικού υλικού για να διασφαλιστεί ότι το τεμάχιο εργασίας μπορεί να βρίσκεται πλήρως εντός της ομοιόμορφης ζώνης πλάσματος και να εγγυηθεί η ομοιομορφία του στρώματος φιλμ.

Επιλέξτε τη διαμόρφωση της πηγής εναπόθεσης με βάση τον τύπο του στρώματος φιλμ στόχου. Κατά την προετοιμασία σκληρών επιστρώσεων, είναι απαραίτητο να ενισχυθεί η συμβατότητα της ισχύος της πηγής ιόντων τόξου με το υλικό στόχου και να υποστηριχθούν υλικά στόχου όπως Ti, Al και Cr. Για την προετοιμασία οπτικών φιλμ ή διαφανών αγώγιμων φιλμ, είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί η πηγή magnetron sputtering και να εξοπλιστεί με παροχή ρεύματος μέσης συχνότητας ή ραδιοσυχνοτήτων. Εάν απαιτείται η διεργασία αντιδραστικού sputtering, είναι απαραίτητο να επιβεβαιωθεί ο αριθμός των καναλιών αερίου και η ακρίβεια MFC του εξοπλισμού για να διασφαλιστεί ότι η αναλογία του αντιδραστικού αερίου μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια. Για χρήστες με ειδικές απαιτήσεις, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στο εάν ο εξοπλισμός υποστηρίζει την επέκταση της διεργασίας PECVD για την επίτευξη της εναπόθεσης στρωμάτων φιλμ μη αγώγιμων υλικών με βάση τον άνθρακα.

Όσον αφορά την ποιότητα της επίστρωσης, θα πρέπει να δοθεί προσοχή στην ομοιομορφία του στρώματος φιλμ (η απόκλιση πάχους ολόκληρου του δίσκου είναι ≤±1,5%), τη σκληρότητα (προτιμώνται HV3500 και άνω) και την πρόσφυση. Όσον αφορά την αποδοτικότητα της παραγωγής, τα βασικά σημεία που πρέπει να εξεταστούν είναι ο ρυθμός εναπόθεσης (κατά προτίμηση εξοπλισμός ικανός να φτάσει τα 5 μικρά ανά λεπτό) και ο χρόνος άντλησης κενού. Όσον αφορά τη σταθερότητα του εξοπλισμού, θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στην επιλογή εξοπλισμού με υψηλό εγχώριο ρυθμό παραγωγής βασικών εξαρτημάτων (όπως πάνω από 85%) και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας για τη μείωση του κόστους μεταγενέστερης συντήρησης. Όσον αφορά τον βαθμό αυτοματισμού, επιλέξτε το αντίστοιχο σύστημα ελέγχου με βάση την κλίμακα παραγωγής. Για μαζική παραγωγή, συνιστάται να επιλέξετε εξοπλισμό με έξυπνη διαχείριση υλικών στόχου και λειτουργίες απομακρυσμένης παρακολούθησης.

Το κόστος προμήθειας εξοπλισμού θα πρέπει να σχεδιαστεί λογικά σε συνδυασμό με τη ζήτηση για παραγωγική ικανότητα για την αποφυγή υπερβολικής διαμόρφωσης που οδηγεί σε σπατάλη κόστους. Το κόστος μεταγενέστερης συντήρησης θα πρέπει να επικεντρωθεί στο ποσοστό χρήσης των υλικών στόχου, τα επίπεδα κατανάλωσης ενέργειας και τη διάρκεια ζωής των ευάλωτων εξαρτημάτων. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να εξεταστούν οι δυνατότητες τεχνικής υποστήριξης των προμηθευτών, συμπεριλαμβανομένης της διόρθωσης της διεργασίας, της εκπαίδευσης του προσωπικού και της ταχύτητας απόκρισης μετά την πώληση. Θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στους προμηθευτές που μπορούν να παρέχουν προσαρμοσμένες λύσεις και μακροχρόνιες τεχνικές υπηρεσίες. Για μεταχειρισμένο εξοπλισμό, είναι απαραίτητο να επαληθευτεί η διάρκεια ζωής του υλικού στόχου, η κατάσταση του σετ αντλίας κενού και η βαθμονόμηση του MFC και να επαληθευθεί η ομοιομορφία και η πρόσφυση μέσω μετρημένων τεμαχίων δείγματος.

Η επιλογή της σωστής μηχανής επίστρωσης PVD υβριδίου arc ion + magnetron sputtering είναι μια βασική επένδυση για την ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας των προϊόντων. Συνιστάται να διευκρινίσετε τις δικές σας απαιτήσεις παραγωγής και τους στόχους της διεργασίας πριν λάβετε μια απόφαση και να πραγματοποιήσετε μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση μέσω επιτόπιας επιθεώρησης της κατάστασης λειτουργίας του εξοπλισμού, δοκιμών απόδοσης δειγμάτων και άλλων μεθόδων.