Máquina de Revestimento PVD Híbrida por Pulverização Catódica por Íons de Arco + Magnetron: Um Guia Completo para o Comprador

Na onda da atualização da manufatura industrial em direção à alta precisão e alta confiabilidade, a tecnologia de tratamento de superfície tornou-se um elo central no aprimoramento da competitividade do produto. A máquina de revestimento PVD híbrida por pulverização catódica arc ion + magnetron integra as vantagens das duas principais tecnologias de deposição física de vapor. Ela não apenas possui as características de deposição em alta velocidade da deposição por arco iônico, mas também tem a vantagem de densidade do filme da pulverização catódica por magnetron. É amplamente utilizada em múltiplos campos, como eletrônica, máquinas, automóveis e ótica.

• A principal característica é gerar plasma metálico de alta densidade através de arco de alta voltagem, o que permite que a camada de filme forme uma ligação metalúrgica com o substrato, e a adesão excede em muito a da tecnologia de revestimento comum.
• Ela se concentra em revestimentos funcionais, especialmente adequados para revestimentos duros como TiN, TiCN, TiAlN e CrN, que podem melhorar significativamente a resistência ao desgaste e à corrosão dos produtos.
• A desvantagem é que pode haver pequenas partículas na superfície da camada de filme, o que torna seu efeito decorativo ligeiramente mais fraco e as opções de cores relativamente limitadas.

• A principal vantagem reside no uso de um campo magnético para confinar elétrons, alcançando a deposição uniforme de átomos do material alvo e formando um filme liso e fino.
• Focando em revestimentos decorativos e funcionais especiais, pode apresentar com precisão uma variedade de cores, como aço inoxidável, preto, ouro rosa e cores do arco-íris, e também pode preparar filmes funcionais especiais, como DLC (carbono tipo diamante).
• A desvantagem é que a adesão da camada de filme de pulverização pura é relativamente fraca, e é difícil suportar condições de trabalho complexas quando usada sozinha.

• Abordando um único ponto problemático técnico: AIP compensa a adesão insuficiente de MS, enquanto MS melhora a rugosidade da superfície e os defeitos de cor irregulares de AIP.
• Alcançar a superposição de desempenho: Após a combinação, ela não apenas retém a forte força de ligação trazida pela AIP, mas também tem a superfície lisa e a cor estável da MS, e é compatível com mais substratos e tipos de revestimento.
• Aprimorar o valor da produção: Os dois processos são concluídos na mesma câmara de vácuo sem tratamento secundário, melhorando significativamente a eficiência da produção e atendendo às demandas de produção em massa.

Chips semicondutores podem melhorar seu desempenho e confiabilidade depositando eletrodos metálicos (como tungstênio e cobre) e camadas isolantes (como nitreto de silício) através de equipamentos. Filmes funcionais como filmes condutores transparentes (ITO) e camadas de transporte de elétrons para painéis de exibição OLED e QLED também podem ser preparados por este equipamento. Após o tratamento de revestimento, o desempenho à prova de umidade, anti-oxidação e blindagem eletromagnética de componentes eletrônicos, como resistores e capacitores e suas conchas de embalagem, são significativamente aprimorados. Além disso, componentes eletrônicos especiais, como placas bipolares para células de combustível de energia de hidrogênio, substratos cerâmicos DPC e placas de circuito impresso flexíveis PCB, também se tornaram alvos de aplicação importantes para máquinas PVD híbridas.

A vida útil de ferramentas de corte, matrizes de estampagem, moldes de injeção e outras ferramentas e matrizes pode ser significativamente estendida depositando revestimentos duros como TiN e TiAlN. Após os componentes principais de um motor de carro, como anéis de pistão, válvulas e virabrequins, serem revestidos, sua resistência ao desgaste e desempenho de redução de atrito são aprimorados, e a confiabilidade do motor é significativamente melhorada. Os componentes de aparência e funcionais de automóveis, como faróis, espelhos retrovisores e para-brisas, também podem alcançar efeitos anti-embaçamento, anti-reflexo e isolamento térmico através do revestimento.

Componentes ópticos, como lentes de câmeras e lentes de telescópios, podem depositar filmes anti-reflexo e filmes de alta refletividade para reduzir a reflexão da luz e aumentar a transmitância da luz. Dispositivos ópticos, como multiplexadores de divisão de comprimento de onda e isoladores ópticos, alcançam a modulação precisa da luz controlando com precisão a espessura da camada de filme. Após o tratamento de revestimento de barreira térmica, a eficiência térmica e a vida útil de componentes como pás de motores de aeronaves e câmaras de combustão foram significativamente aprimoradas. Os componentes estruturais e janelas ópticas de espaçonaves são revestidos para alcançar funções como proteção contra radiação e isolamento térmico, garantindo a operação normal no ambiente espacial hostil.

Implantes médicos, como articulações artificiais, marca-passos e stents vasculares, podem depositar revestimentos biocompatíveis como carbono tipo diamante e hidroxiapatita para reduzir as reações de rejeição no corpo humano. Os filmes sensíveis e filmes protetores de biossensores, como sensores de glicose e sensores de DNA, tiveram sensibilidade e estabilidade significativamente aprimoradas após o tratamento de revestimento.

Quando materiais alvo de metal puro são usados para deposição, várias cores metálicas podem ser obtidas. Um revestimento prateado brilhante pode ser obtido usando alvos de alumínio, que são adequados para componentes decorativos. Alvos de cobre podem produzir uma cor de cobre quente e são frequentemente usados em componentes eletrônicos e peças decorativas. Alvos de titânio podem formar um revestimento cinza claro, que combina textura e resistência à corrosão. Alvos de ouro e prata produzem, respectivamente, amarelo dourado e prata brilhante, e são usados principalmente em decoração de alta qualidade e campos condutores eletrônicos.

Através da reação química entre materiais alvo de metal e gases reativos (como nitrogênio e oxigênio), cores compostas ricas podem ser formadas. O revestimento TiN apresenta uma cor amarelo dourado e é uma cor comumente usada para ferramentas, moldes e peças decorativas. O revestimento CrN é cinza prateado e apresenta alta dureza e resistência ao desgaste. O revestimento TiAlN aparece roxo-preto e tem excelente resistência a altas temperaturas, tornando-o adequado para ferramentas e moldes em condições de trabalho de alta temperatura. O revestimento ZrN é amarelo dourado claro, apresentando efeito decorativo e resistência ao desgaste.

A personalização de cores personalizadas pode ser alcançada através do design de estrutura de filme multicamadas ou combinação de materiais alvo. Por exemplo, um revestimento azul-roxo pode ser obtido através da deposição combinada de TiAlN e SiN. Ajustar a proporção do material alvo de Ti para Al pode alcançar uma cor gradiente de amarelo dourado a ouro rosa. Alguns dispositivos suportam a regulação precisa da composição e espessura da camada de filme através de modelos de deposição baseados em IA, permitindo a produção personalizada de valores de cores específicos e atendendo aos requisitos de cores de produtos de alta qualidade.

Como a garantia ambiental básica para o revestimento, é composta principalmente por uma câmara de vácuo, um conjunto de bombas de vácuo e um dispositivo de medição de vácuo. As câmaras de vácuo geralmente adotam um design octogonal, suportando portas dianteiras e traseiras e instalação modular, o que é conveniente para a intercambialidade e manutenção de componentes. O tamanho comum é φ950×1350mm, e a zona uniforme de plasma pode atingir φ650×H750mm. Os conjuntos de bombas de vácuo geralmente adotam uma configuração combinada de bombas turbomoleculares, bombas Roots e bombas de palhetas rotativas para garantir que a cavidade atinja rapidamente um estado de alto vácuo. Entre elas, a velocidade de bombeamento das bombas turbomoleculares é principalmente 2×2000L/S, atendendo aos requisitos de revestimento de alta precisão.

É o componente central para alcançar o revestimento híbrido, incluindo uma fonte de íons de arco, uma fonte de pulverização catódica por magnetron e uma fonte de íons. As fontes de íons de arco são tipicamente equipadas com 8 conjuntos de cátodos de arco, cada um com uma potência de 5KW, que podem ionizar rapidamente os materiais alvo para formar plasma. As fontes de pulverização catódica por magnetron geralmente adotam cátodos de pulverização de média frequência, com uma potência de até 36KW, suportando co-pulverização multi-alvo e controle de gradiente de composição. A potência da fonte de íons linear é de aproximadamente 5KW, que é usada para gravação a plasma e aprimoramento da adesão da camada de filme, reduzindo efetivamente a densidade de defeitos.

Ele adota uma arquitetura de controle de dois níveis de computador e PLC para alcançar a regulação precisa dos parâmetros do processo e a operação automatizada. Ele pode monitorar parâmetros-chave, como grau de vácuo, temperatura de deposição e taxa de fluxo de gás em tempo real. Entre eles, o sistema de controle de gás é equipado com 5 canais MFC (Controlador de Fluxo de Massa) para garantir o fornecimento preciso de gás de reação. Alguns equipamentos de alta qualidade integram interfaces Industrial 4.0, suportando a otimização remota de parâmetros e a rastreabilidade de dados do processo, aprimorando assim a estabilidade da produção.

O rack de peças geralmente adota uma estrutura planetária cilíndrica. A peça gira em seu próprio eixo e ao redor do centro, garantindo a uniformidade da camada de filme. A configuração comum é de seis estações de trabalho φ300mm. O sistema de aquecimento tem uma potência de até 18KW, com a temperatura máxima controlada em 500℃. A regulação precisa da temperatura é alcançada através do controle PID do termopar para atender aos requisitos de temperatura de revestimento de diferentes substratos.

Ele inclui um sistema de tubulação refrigerado a água, um tanque de água de temperatura constante de refrigeração circulante e um sistema de detecção e alarme. O sistema de resfriamento a água resfria a fonte de deposição e a cavidade para evitar danos aos componentes causados por altas temperaturas. O sistema de detecção e alarme monitora o status de operação do equipamento em tempo real, alerta prontamente para vácuo anormal, falha de energia e outras situações, e garante a segurança da produção.

Empresas de produção em massa devem priorizar a escolha de equipamentos com estrutura do tipo cluster, com uma capacidade de produção de câmara única de ≥30 peças por hora, suportando layout confocal multi-alvo para atender às demandas de produção em lote. Empresas orientadas para pesquisa e desenvolvimento podem escolher equipamentos de câmara única, enfatizando o design modular e a configuração flexível, o que é conveniente para substituir materiais alvo e ajustar processos, e é adequado para a pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e novos revestimentos. Ao mesmo tempo, a especificação da cavidade deve ser selecionada com base no tamanho do material de base para garantir que a peça possa estar totalmente dentro da zona uniforme de plasma e garantir a uniformidade da camada de filme.

Selecione a configuração da fonte de deposição com base no tipo de camada de filme alvo. Ao preparar revestimentos duros, é necessário aprimorar a compatibilidade da potência da fonte de íons de arco com o material alvo e suportar materiais alvo como Ti, Al e Cr. Para preparar filmes ópticos ou filmes condutores transparentes, é necessário otimizar a fonte de pulverização catódica por magnetron e equipá-la com uma fonte de alimentação de média frequência ou radiofrequência. Se o processo de pulverização reativa for necessário, é necessário confirmar o número de canais de gás e a precisão do MFC do equipamento para garantir que a proporção de gás reativo possa ser controlada com precisão. Para usuários com requisitos especiais, é necessário prestar atenção se o equipamento suporta a expansão do processo PECVD para alcançar a deposição de camadas de filme não condutoras à base de carbono.

Em termos de qualidade do revestimento, deve-se prestar atenção à uniformidade da camada de filme (o desvio de espessura de toda a pastilha é ≤±1,5%), dureza (HV3500 e acima são preferidos) e adesão. Em termos de eficiência de produção, os pontos-chave a serem examinados são a taxa de deposição (de preferência equipamentos capazes de atingir 5 mícrons por minuto) e o tempo de bombeamento a vácuo. Em termos de estabilidade do equipamento, deve-se dar prioridade à escolha de equipamentos com alta taxa de produção nacional de componentes principais (como mais de 85%) e baixo consumo de energia para reduzir o custo de manutenção posterior. Em termos de grau de automação, selecione o sistema de controle correspondente com base na escala de produção. Para produção em lote, é recomendável escolher equipamentos com gerenciamento inteligente de materiais alvo e funções de monitoramento remoto.

O custo de aquisição do equipamento deve ser planejado razoavelmente em combinação com a demanda por capacidade de produção para evitar configuração excessiva, levando ao desperdício de custos. O custo de manutenção posterior deve se concentrar na taxa de utilização de materiais alvo, níveis de consumo de energia e a vida útil das peças vulneráveis. Ao mesmo tempo, é necessário examinar as capacidades de suporte técnico dos fornecedores, incluindo depuração de processos, treinamento de pessoal e velocidade de resposta pós-venda. Os fornecedores que podem fornecer soluções personalizadas e serviços técnicos de longo prazo devem ser priorizados. Para equipamentos de segunda mão, é necessário verificar a vida útil do material alvo, o status do conjunto de bombas de vácuo e a calibração do MFC, e verificar a uniformidade e a adesão através de peças de amostra medidas.

Escolher a máquina de revestimento PVD híbrida por pulverização catódica arc ion + magnetron certa é um investimento fundamental para aprimorar a competitividade dos produtos. Recomenda-se esclarecer os próprios requisitos de produção e metas de processo antes de tomar uma decisão e realizar uma avaliação abrangente através da inspeção no local do status de operação do equipamento, teste do desempenho da amostra e outros métodos.