Macchina per rivestimento PVD ibrida Arc Ion + Magnetron Sputtering: Una guida completa per l'acquirente

Nell'ondata di aggiornamento della produzione industriale verso alta precisione e alta affidabilità, la tecnologia di trattamento superficiale è diventata un collegamento fondamentale per migliorare la competitività dei prodotti. La macchina per rivestimento PVD ibrida a spruzzatura a magnetron + arco ionico integra i vantaggi delle due principali tecnologie di deposizione fisica da vapore. Non solo possiede le caratteristiche di deposizione ad alta velocità della placcatura ionica ad arco, ma ha anche il vantaggio della densità del film della spruzzatura a magnetron. È ampiamente utilizzata in molteplici settori come l'elettronica, la meccanica, l'automobilistico e l'ottica.

• La caratteristica principale è generare plasma metallico ad alta densità attraverso un arco ad alta tensione, che consente allo strato di film di formare un legame metallurgico con il substrato, e l'adesione supera di gran lunga quella della tecnologia di rivestimento ordinaria.
• Si concentra sui rivestimenti funzionali, particolarmente adatti per rivestimenti duri come TiN, TiCN, TiAlN e CrN, che possono migliorare significativamente la resistenza all'usura e alla corrosione dei prodotti.
• Lo svantaggio è che potrebbero esserci minuscole particelle sulla superficie dello strato di film, il che rende il suo effetto decorativo leggermente più debole e le opzioni di colore relativamente limitate.

• Il vantaggio principale risiede nell'utilizzo di un campo magnetico per confinare gli elettroni, ottenendo una deposizione uniforme degli atomi del materiale bersaglio e formando un film liscio e sottile.
• Concentrandosi sui rivestimenti decorativi e funzionali speciali, può presentare con precisione una varietà di colori come acciaio inossidabile, nero, oro rosa e colori arcobaleno, e può anche preparare film funzionali speciali come DLC (carbonio simile al diamante).
• Lo svantaggio è che l'adesione dello strato di film di spruzzatura puro è relativamente debole ed è difficile resistere a condizioni di lavoro complesse se utilizzato da solo.

• Affrontare un singolo punto dolente tecnico: AIP compensa l'adesione insufficiente di MS, mentre MS migliora la rugosità superficiale e i difetti di colore irregolari di AIP.
• Ottenere la sovrapposizione delle prestazioni: dopo la combinazione, non solo mantiene la forte forza di legame fornita da AIP, ma ha anche la superficie liscia e il colore stabile di MS ed è compatibile con più substrati e tipi di rivestimento.
• Migliorare il valore della produzione: i due processi vengono completati nella stessa camera a vuoto senza trattamento secondario, migliorando significativamente l'efficienza della produzione e soddisfacendo le esigenze della produzione di massa.

I chip a semiconduttore possono migliorare le loro prestazioni e l'affidabilità depositando elettrodi metallici (come tungsteno e rame) e strati isolanti (come nitruro di silicio) attraverso l'apparecchiatura. Anche i film funzionali come i film conduttivi trasparenti (ITO) e gli strati di trasporto di elettroni per i pannelli display OLED e QLED possono essere preparati da questa apparecchiatura. Dopo il trattamento di rivestimento, le prestazioni di protezione dall'umidità, antiossidazione e schermatura elettromagnetica dei componenti elettronici come resistori e condensatori e i loro involucri di imballaggio sono significativamente migliorate. Inoltre, anche componenti elettronici speciali come piastre bipolari per celle a combustibile a idrogeno, substrati ceramici DPC e circuiti stampati flessibili PCB sono diventati obiettivi di applicazione chiave per le macchine PVD ibride.

La durata utile di utensili da taglio, stampi, stampi a iniezione e altri utensili e stampi può essere significativamente estesa depositando rivestimenti duri come TiN e TiAlN. Dopo che i componenti principali di un motore di un'auto, come fasce elastiche, valvole e alberi motore, sono stati rivestiti, la loro resistenza all'usura e le prestazioni di riduzione dell'attrito sono migliorate e l'affidabilità del motore è significativamente migliorata. Anche i componenti funzionali e l'aspetto delle automobili come fari, specchietti retrovisori e parabrezza possono ottenere effetti anti-appannamento, anti-abbagliamento e isolamento termico attraverso il rivestimento.

I componenti ottici come le lenti delle fotocamere e le lenti dei telescopi possono depositare film antiriflesso e film ad alta riflettività per ridurre la riflessione della luce e aumentare la trasmittanza della luce. Dispositivi ottici come multiplexer a divisione di lunghezza d'onda e isolatori ottici ottengono una modulazione precisa della luce controllando con precisione lo spessore dello strato di film. Dopo il trattamento di rivestimento a barriera termica, l'efficienza termica e la durata utile di componenti come pale di motori aeronautici e camere di combustione sono state significativamente migliorate. I componenti strutturali e le finestre ottiche delle navicelle spaziali sono rivestiti per ottenere funzioni come la protezione dalle radiazioni e l'isolamento termico, garantendo il normale funzionamento nell'ambiente spaziale ostile.

Gli impianti medici come le articolazioni artificiali, i pacemaker e gli stent vascolari possono depositare rivestimenti biocompatibili come il carbonio simile al diamante e l'idrossiapatite per ridurre le reazioni di rigetto nel corpo umano. I film sensibili e i film protettivi dei biosensori come i sensori di glucosio e i sensori di DNA hanno migliorato significativamente la sensibilità e la stabilità dopo il trattamento di rivestimento.

Quando si utilizzano materiali bersaglio metallici puri per la deposizione, è possibile ottenere vari colori metallici. Un rivestimento argento brillante può essere ottenuto utilizzando bersagli di alluminio, adatti per componenti decorativi. I bersagli di rame possono produrre un caldo colore rame e sono spesso utilizzati in componenti elettronici e parti decorative. I bersagli di titanio possono formare un rivestimento grigio chiaro, che combina consistenza e resistenza alla corrosione. I bersagli d'oro e d'argento producono rispettivamente giallo dorato e argento brillante e sono per lo più utilizzati in decorazioni di fascia alta e campi conduttivi elettronici.

Attraverso la reazione chimica tra i materiali bersaglio metallici e i gas reattivi (come azoto e ossigeno), è possibile formare ricchi colori composti. Il rivestimento TiN presenta un colore giallo dorato ed è un colore comunemente usato per utensili, stampi e parti decorative. Il rivestimento CrN è grigio argento e presenta sia elevata durezza che resistenza all'usura. Il rivestimento TiAlN appare viola-nero e ha un'eccellente resistenza alle alte temperature, rendendolo adatto per utensili e stampi in condizioni di lavoro ad alta temperatura. Il rivestimento ZrN è giallo dorato chiaro, con effetto decorativo e resistenza all'usura.

La personalizzazione del colore personalizzata può essere ottenuta attraverso la progettazione di strutture a film multistrato o la combinazione di materiali bersaglio. Ad esempio, un rivestimento blu-viola può essere ottenuto attraverso la deposizione combinata di TiAlN e SiN. La regolazione del rapporto del materiale bersaglio da Ti a Al può ottenere un colore sfumato da giallo dorato a oro rosa. Alcuni dispositivi supportano la regolazione precisa della composizione e dello spessore dello strato di film attraverso modelli di deposizione basati sull'intelligenza artificiale, consentendo la produzione personalizzata di valori di colore specifici e soddisfacendo i requisiti di colore dei prodotti di fascia alta.

Come garanzia ambientale di base per il rivestimento, è composto principalmente da una camera a vuoto, un gruppo pompa a vuoto e un dispositivo di misurazione del vuoto. Le camere a vuoto adottano per lo più un design ottaedrico, supportando porte anteriori e posteriori e installazione modulare, che è conveniente per l'intercambiabilità e la manutenzione dei componenti. La dimensione comune è φ950×1350 mm e la zona uniforme del plasma può raggiungere φ650×H750 mm. I gruppi pompa a vuoto adottano tipicamente una configurazione combinata di pompe turbomolecolari, pompe Roots e pompe rotative a palette per garantire che la cavità raggiunga rapidamente uno stato di alto vuoto. Tra questi, la velocità di pompaggio delle pompe turbomolecolari è per lo più 2×2000 l/s, soddisfacendo i requisiti di rivestimento di alta precisione.

È il componente principale per ottenere il rivestimento ibrido, tra cui una sorgente ionica ad arco, una sorgente di spruzzatura a magnetron e una sorgente ionica. Le sorgenti ioniche ad arco sono tipicamente dotate di 8 set di catodi ad arco, ciascuno con una potenza di 5 kW, che possono ionizzare rapidamente i materiali bersaglio per formare plasma. Le sorgenti di spruzzatura a magnetron adottano per lo più catodi di spruzzatura a media frequenza, con una potenza fino a 36 kW, supportando la co-spruzzatura multi-bersaglio e il controllo del gradiente di composizione. La potenza della sorgente ionica lineare è di circa 5 kW, che viene utilizzata per l'incisione al plasma e per migliorare l'adesione dello strato di film, riducendo efficacemente la densità dei difetti.

Adotta un'architettura di controllo a due livelli di computer e PLC per ottenere una regolazione precisa dei parametri di processo e il funzionamento automatizzato. Può monitorare in tempo reale parametri chiave come il grado di vuoto, la temperatura di deposizione e la portata del gas. Tra questi, il sistema di controllo del gas è dotato di 5 canali MFC (Mass Flow Controller) per garantire la fornitura precisa di gas di reazione. Alcune apparecchiature di fascia alta integrano interfacce Industrial 4.0, supportando l'ottimizzazione remota dei parametri e la tracciabilità dei dati di processo, migliorando così la stabilità della produzione.

Il supporto per il pezzo adotta per lo più una struttura planetaria cilindrica. Il pezzo ruota sia sul proprio asse che attorno al centro, garantendo l'uniformità dello strato di film. La configurazione comune è di sei postazioni di lavoro φ300 mm. Il sistema di riscaldamento ha una potenza fino a 18 kW, con la temperatura massima controllata a 500 ℃. La regolazione precisa della temperatura viene ottenuta tramite il controllo PID della termocoppia per soddisfare i requisiti di temperatura di rivestimento di diversi substrati.

Include un sistema di tubazioni raffreddate ad acqua, un serbatoio d'acqua a temperatura costante di refrigerazione a circolazione e un sistema di rilevamento e allarme. Il sistema di raffreddamento ad acqua raffredda la sorgente di deposizione e la cavità per evitare danni ai componenti causati dalle alte temperature. Il sistema di rilevamento e allarme monitora lo stato di funzionamento dell'apparecchiatura in tempo reale, avvisa tempestivamente in caso di vuoto anomalo, interruzione di corrente e altre situazioni e garantisce la sicurezza della produzione.

Le aziende di produzione di massa dovrebbero dare la priorità alla scelta di apparecchiature con struttura a cluster, con una capacità di produzione a camera singola di ≥30 pezzi all'ora, supportando il layout confocale multi-bersaglio per soddisfare le esigenze della produzione in lotti. Le aziende orientate alla ricerca e allo sviluppo possono scegliere apparecchiature a camera singola, enfatizzando il design modulare e la configurazione flessibile, che è conveniente per la sostituzione dei materiali bersaglio e la regolazione dei processi ed è adatta per la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali e nuovi rivestimenti. Allo stesso tempo, la specifica della cavità deve essere selezionata in base alle dimensioni del materiale di base per garantire che il pezzo possa essere completamente all'interno della zona uniforme del plasma e garantire l'uniformità dello strato di film.

Selezionare la configurazione della sorgente di deposizione in base al tipo di strato di film bersaglio. Quando si preparano rivestimenti duri, è necessario migliorare la compatibilità della potenza della sorgente ionica ad arco con il materiale bersaglio e supportare materiali bersaglio come Ti, Al e Cr. Per preparare film ottici o film conduttivi trasparenti, è necessario ottimizzare la sorgente di spruzzatura a magnetron e dotarla di un alimentatore a media frequenza o a radiofrequenza. Se è richiesto il processo di spruzzatura reattiva, è necessario confermare il numero di canali del gas e l'accuratezza dell'MFC dell'apparecchiatura per garantire che la proporzione di gas reattivo possa essere controllata con precisione. Per gli utenti con esigenze particolari, è necessario prestare attenzione al fatto che l'apparecchiatura supporti l'espansione del processo PECVD per ottenere la deposizione di strati di film non conduttivi a base di carbonio.

In termini di qualità del rivestimento, è necessario prestare attenzione all'uniformità dello strato di film (la deviazione dello spessore dell'intero wafer è ≤±1,5%), durezza (sono preferiti HV3500 e superiori) e adesione. In termini di efficienza produttiva, i punti chiave da esaminare sono la velocità di deposizione (preferibilmente apparecchiature in grado di raggiungere i 5 micron al minuto) e il tempo di pompaggio del vuoto. In termini di stabilità delle apparecchiature, è necessario dare la priorità alla scelta di apparecchiature con un'elevata percentuale di produzione nazionale di componenti principali (ad esempio oltre l'85%) e un basso consumo energetico per ridurre il costo della successiva manutenzione. In termini di grado di automazione, selezionare il sistema di controllo corrispondente in base alla scala di produzione. Per la produzione in lotti, si consiglia di scegliere apparecchiature con gestione intelligente dei materiali bersaglio e funzioni di monitoraggio remoto.

Il costo di approvvigionamento delle apparecchiature deve essere pianificato ragionevolmente in combinazione con la domanda di capacità produttiva per evitare una configurazione eccessiva che porta a sprechi di costi. Il costo di manutenzione successivo dovrebbe concentrarsi sul tasso di utilizzo dei materiali bersaglio, sui livelli di consumo energetico e sulla durata delle parti vulnerabili. Allo stesso tempo, è necessario esaminare le capacità di supporto tecnico dei fornitori, tra cui il debug del processo, la formazione del personale e la velocità di risposta post-vendita. Ai fornitori in grado di fornire soluzioni personalizzate e servizi tecnici a lungo termine dovrebbe essere data la priorità. Per le apparecchiature di seconda mano, è necessario verificare la durata del materiale bersaglio, lo stato del gruppo pompa a vuoto e la calibrazione dell'MFC e verificare l'uniformità e l'adesione attraverso pezzi di campioni misurati.

Scegliere la giusta macchina per rivestimento PVD ibrida a spruzzatura a magnetron + arco ionico è un investimento chiave per migliorare la competitività dei prodotti. Si consiglia di chiarire le proprie esigenze di produzione e gli obiettivi di processo prima di prendere una decisione ed effettuare una valutazione completa attraverso l'ispezione in loco dello stato di funzionamento delle apparecchiature, il test delle prestazioni dei campioni e altri metodi.