چطور؟برای انتخاب PVDتجهیزات پوشش خلاء: مواد، فرآیندهای، پوشش ها، اهداف و گاز ها

تکنولوژی پوشش خلاء در صنایع از الکترونیک و خودرو گرفته تا هوافضا و دستگاه های پزشکی ضروری شده است.که امکان رسوب فیلم های نازک با خواص تقویت شده مانند مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کندانتخاب تجهیزات پوشش خلاء مناسب یک تصمیم حیاتی است که به طور مستقیم بر کیفیت محصول، بهره وری تولید،و مقرون به صرفهاین راهنما عوامل کلیدی را بررسی می کند مواد محصول، فرآیند پوشش، نوع فیلم، مواد هدف و گاز فرآیند برای کمک به تولید کنندگان در انتخاب آگاهانه.

1مواد محصول: اساس انتخاب تجهیزات

ماده ی بستر (محصولی که باید پوشش داده شود) سازگاری را با فرآیندهای پوشش خلاء تعیین می کند، زیرا مواد مختلف به درجه حرارت، فشار،و محیط های پلاسما.

1.1 زیربناهای فلزی (فولاد، آلومینیوم، مس، تیتانیوم)

بستر های فلزی به دلیل دوام و رسانایی آنها به طور گسترده ای استفاده می شوند، که آنها را برای اکثر فرآیندهای پوشش خلاء مناسب می کند.برای تولید حجم زیادی از قطعات فلزی مانند قطعات خودرو یا سخت افزار,سیستم های اسپتر کردن مغناطیسآنها در دمای نسبتا کم (200~400°C) کار می کنند و از تغییر شکل حرارتی بستر های فلزی جلوگیری می کنند.ظروف ظروف فولاد ضد زنگ از اسپتر کردن مقناطیس از نیتریت تیتانیوم (TiN) برای مقاومت در برابر خراش استفاده می کندبرای قطعات فلزی دقیق که نیاز به فیلم های بسیار نازک دارند (به عنوان مثال، کانکتورهای الکترونیکی)سیستم های تبخیر پرتو الکترونی (E-Beam)ترجیح داده می شود، زیرا آنها خالصیت رسوب بالا و کنترل ضخامت یکنواخت را ارائه می دهند.

1.2 زیربناهای غیر فلزی (پلاستیک، شیشه، سرامیک)

بستر های غیر فلزی نسبت به دما و پلاسما حساس تر هستند و نیاز به تجهیزات تخصصی دارند.پلاستیک (ABS، PC، PP)مقاومت گرما کم دارند (معمولاًسیستم های اسپوتینگ فرکانس رادیویی (RF)یارسوب بخار شیمیایی تقویت شده توسط پلاسما (PECVD)اسپاترینگ RF در دمای اتاق کار می کند، که آن را برای پوشش لنزهای پلاستیکی با فیلم های ضد انعکاس مناسب می کند. PECVD، که از پلاسما برای فعال کردن واکنش های شیمیایی استفاده می کند،برای قرار دادن فیلم های دی الکتریک بر روی الکترونیک پلاستیکی ایده آل است.زیرپوش های شیشه ای(به عنوان مثال، لنز های نوری، پانل های نمایش) می توانند به دماهای بالاتر مقاومت کنند، بنابراینسیستم های تبخیر حرارتییاسیستم های Ion Plating (IP)تبخیر حرارتی برای قرار دادن فیلم های آلومینیومی بر روی آینه های شیشه ای مقرون به صرفه است، در حالی که سیستم های IP با بمباران بستر با یون ها چسبندگی را افزایش می دهند،که آنها را برای کاربردهای شیشه ای با فرسایش بالا مانند صفحه نمایش تلفن های هوشمند مناسب می کند..سرامیک(به عنوان مثال، ایمپلنت های دندان، قطعات صنعتی) نیاز به ثبات در دمای بالا دارند، بنابراینسپتر کردن مغناطیس از طریق تثبیت بخار فیزیکی (PVD)یارسوب بخار شیمیایی (CVD)CVD فیلم ها را از طریق واکنش های شیمیایی در دمای بالا، ایده آل برای پوشش سرامیک با فیلم های سخت و مقاوم در برابر خوردگی مانند کربید سیلیکون قرار می دهد.

2فرآیند پوشش: تطابق تکنولوژی با الزامات

فرایندهای پوشش خلاء به صورت جمع آوری بخار فیزیکی (PVD) و جمع آوری بخار شیمیایی (CVD) طبقه بندی می شوند، که هرکدام فرایندهای جداگانه ای دارند که بر اساس نیازهای خاص طراحی شده اند.

2.1 رسوب فزیکی بخار (PVD)

PVD شامل سپرده گذاری مواد بر روی یک بستر با روش های فیزیکی (ابخارات یا اسپتر کردن) در خلاء است. این روش برای فیلم های نازک و با خلوص بالا و کاربردهای دمای پایین ترجیح می شود.

•تبخیر حرارتی: از گرما برای تبخیر مواد هدف استفاده می کند، که بر روی بستر فشرده می شود. مناسب برای تولید کم هزینه و حجم بالا از فیلم های فلزی (الومینیوم، طلا) بر روی شیشه یا پلاستیک.ایده آل برای پوشش های تزئینی ((به عنوان مثال، جواهرات طلایی) یا فیلم های بازتاب دهنده.

•تبخیر پرتو برق: از یک پرتو الکترون برای ذوب و تبخیر هدف استفاده می کند، خالصیت و دقت بالاتر از تبخیر حرارتی را ارائه می دهد.تانتالوم) یا اکسید (SiO2) بر روی بلوک های نیمه هادی یا اجزای نوری.

•اسپتر کردن مغناطیس: از پلاسما استفاده می کند تا اتم ها را از یک هدف به زیربنای آن اسپوت کند. در حالت DC (برای اهداف رسانا) یا RF (برای اهداف غیر رسانا) در دسترس است.ارائه می دهد یکنواخت فیلم عالی و چسبندگی، که آن را برای پوشش های کاربردی ایده آل می کند (به عنوان مثال، TiN در ابزار برش، ITO در صفحه لمسی).

•پوشش یون (IP): ترکیب اسپتر کردن با بمب گذاری یون برای بهبود چسبندگی فیلم و تراکم مناسب برای پوشش های مقاوم به لباس (به عنوان مثال CrN در قطعات خودرو) یا پوشش های تزئینی که نیاز به دوام بالا دارند.

3نوع پوشش: انتخاب اهداف و گازها برای خواص مورد نظر

نوع فیلم که قرار است قرار گیرد (فلزی، دی الکتریک، رسانا، سخت یا تزئینی) انتخاب مواد هدف و گاز فرآیند را تعیین می کند.

3.1 فیلم های فلزی (آلومینیوم، طلا، نقره، مس)

فیلم های فلزی برای رسانایی، بازتاب یا اهداف تزئینی استفاده می شوند. برای فرآیندهای PVD،اهداف فلزی(آلومینیوم خالص، طلا، مس) استفاده می شود. در تبخیر حرارتی، هیچ گاز فرآیند مورد نیاز نیست، زیرا فلز به طور مستقیم تبخیر می شود.آرگون (Ar)گاز اصلی فرآیند است، زیرا بی اثر است و به طور موثر اهداف فلزی را اسپوت می کند. به عنوان مثال اهداف آلومینیومی با گاز Ar برای سپرده گذاری فیلم های بازتاب دهنده بر روی پنل های خورشیدی استفاده می شود.در حالی که اهداف طلا برای فیلم های رسانا در الکترونیک استفاده می شود.

3.2 فیلم های دی الکتریک (SiO2، TiO2، Al2O3)

فیلم های دی الکتریک دارای خواص عایق بندی، ضد انعکاس یا محافظ هستند.اهداف اکسید(SiO2، TiO2) با اسپتر RF استفاده می شود (از آنجا که اکسید غیر رسانا هستند).اکسیژن (O2)برای حفظ ساختار اکسید فیلم اضافه می شوند. به عنوان مثال، اهداف TiO2 با فیلم های ضد انعکاس گاز O2 در عینک قرار می گیرند. برای CVD،پیشگامان گازی مانند تتراتایل ارتوسیلیکات (TEOS) برای سپرده گذاری فیلم های SiO2 بر روی نیمه هادی ها استفاده می شود.

3.3 فیلم های اکسید رسانا (ITO، AZO)

اکسید قلعین ایندیوم (ITO) و اکسید روی آلومینیوم (AZO) فیلم های رسانا شفاف هستند که در صفحه لمسی، صفحه نمایش و سلول های خورشیدی استفاده می شوند.اهداف ITO(اکسید هیندیوم و قلع) یااهداف AZO(اکسید آلومینیوم-زنک) در اسپوتینگ RF استفاده می شود. گازهای فرعی مانند Ar (برای اسپوتینگ) و O2 (برای کنترل استیکیومتری) برای دستیابی به رسانایی و شفافیت بهینه استفاده می شود. به عنوان مثال،اهداف ITO با مخلوط گاز Ar / O2 فیلم های سپرده بر روی صفحه نمایش های لمسی گوشی های هوشمند.

3.4 پوشش های سخت (TiN، CrN، DLC)

پوشش های سخت مقاومت در برابر فرسایش و دوام را افزایش می دهند، که در ابزار برش، قطعات خودرو و قطعات صنعتی استفاده می شود. برای PVD،اهداف TiN(نیترید تیتانیوم) یااهداف CrN(نیترید کرومیوم) با اسپتر کردن ماگنترون یا پوشش یون استفاده می شود.نیتروژن (N2)فیلم های کربن مانند الماس (DLC) ، که از طریق PECVD قرار می گیرند، از پیشگامان مانند متان (CH4) یا استیلن (C2H2) با گاز آرگون برای ایجاد یک سخت،پوشش کم اصطکاک.

3.5 پوشش های تزئینی (TiN، ZrN، کروم)

پوشش های تزئینی جذابیت زیبایی را ارائه می دهند (طلای ، نقره ، سیاه) با مقاومت در برابر خوردگی ، در جواهرات ، ساعت ها و لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می شود.اهداف TiN(رنگ طلایی) یااهداف ZrN(رنگ نقره ای) با اسپتر کردن ماگنترون استفاده می شود، با گاز N2 برای تشکیل فیلم نیترید. پوشش های کرومی مانند با استفاده ازهدف های کرومیومبا گاز Ar در سیستم های اسپتر کردن DC.

4خلاصه ی معیارهای انتخاب

در نتیجه، انتخاب تجهیزات مناسب پوشش خلاء نیاز به یک رویکرد جامع دارد، با توجه به خواص حرارتی و شیمیایی مواد بستر،قابلیت های فرآیند پوشش مورد نظر، و الزامات عملکردی فیلم. مطابقت این عوامل با مواد هدف مناسب و گاز فرآیند تضمین کیفیت فیلم، چسبندگی و عملکرد مطلوب است. با استفاده از این راهنما,تولید کنندگان می توانند فرآیند انتخاب تجهیزات خود را ساده کنند و به نتایج پوشش با کیفیت بالا و مقرون به صرفه دست یابند.