Гибридная установка PVD-напыления с использованием дугового ионного напыления + магнетронного распыления: Полное руководство для покупателя

В эпоху модернизации промышленного производства, направленной на высокую точность и надежность, технология обработки поверхности стала ключевым звеном в повышении конкурентоспособности продукции. Гибридная установка PVD-напыления Arc Ion + Magnetron Sputtering объединяет преимущества двух основных технологий физического осаждения из паровой фазы. Она не только обладает характеристиками высокоскоростного осаждения ионно-дугового напыления, но и имеет преимущество в плотности пленки магнетронного распыления. Широко используется в различных областях, таких как электроника, машиностроение, автомобилестроение и оптика.

• Основной особенностью является генерация плазмы металла высокой плотности с помощью высоковольтной дуги, что позволяет слою пленки образовывать металлургическую связь с подложкой, и адгезия намного превосходит адгезию обычной технологии нанесения покрытий.
• Ориентировано на функциональные покрытия, особенно подходит для твердых покрытий, таких как TiN, TiCN, TiAlN и CrN, которые могут значительно повысить износостойкость и коррозионную стойкость изделий.
• Недостатком является то, что на поверхности слоя пленки могут быть крошечные частицы, что делает его декоративный эффект немного слабее, а варианты цвета относительно ограничены.

• Основное преимущество заключается в использовании магнитного поля для удержания электронов, достижении равномерного осаждения атомов материала мишени и формировании гладкой и тонкой пленки.
• Ориентировано на декоративные и специальные функциональные покрытия, оно может точно представлять различные цвета, такие как нержавеющая сталь, черный, розовое золото и радужные цвета, а также может готовить специальные функциональные пленки, такие как DLC (алмазоподобный углерод).
• Недостатком является то, что адгезия слоя пленки чистого распыления относительно слабая, и трудно выдержать сложные условия эксплуатации при использовании только одного распыления.

• Решение единой технической проблемы: AIP компенсирует недостаточную адгезию MS, в то время как MS улучшает шероховатость поверхности и дефекты неравномерного цвета AIP.
• Достижение суперпозиции производительности: после объединения оно не только сохраняет прочную силу сцепления, обеспечиваемую AIP, но также имеет гладкую поверхность и стабильный цвет MS, а также совместимо с большим количеством подложек и типов покрытий.
• Повышение производственной ценности: два процесса завершаются в одной и той же вакуумной камере без вторичной обработки, что значительно повышает эффективность производства и отвечает требованиям массового производства.

Полупроводниковые чипы могут повысить свою производительность и надежность, осаждая металлические электроды (например, вольфрам и медь) и изоляционные слои (например, нитрид кремния) с помощью оборудования. Функциональные пленки, такие как прозрачные проводящие пленки (ITO) и слои переноса электронов для OLED и QLED дисплейных панелей, также могут быть получены с помощью этого оборудования. После обработки покрытием значительно улучшаются влагостойкость, антиокислительные и электромагнитные экранирующие характеристики электронных компонентов, таких как резисторы и конденсаторы, а также их корпусов. Кроме того, специальные электронные компоненты, такие как биполярные пластины для водородных топливных элементов, керамические подложки DPC и гибкие печатные платы PCB, также стали ключевыми целевыми областями применения гибридных установок PVD.

Срок службы режущих инструментов, штамповочных штампов, литьевых форм и других инструментов и штампов может быть значительно увеличен путем нанесения твердых покрытий, таких как TiN и TiAlN. После нанесения покрытия на основные компоненты автомобильного двигателя, такие как поршневые кольца, клапаны и коленчатые валы, повышаются их износостойкость и характеристики снижения трения, а надежность двигателя значительно улучшается. Внешний вид и функциональные компоненты автомобилей, такие как фары, зеркала заднего вида и ветровые стекла, также могут достигать эффектов защиты от запотевания, бликов и теплоизоляции с помощью покрытия.

Оптические компоненты, такие как линзы камер и линзы телескопов, могут наносить антиотражающие пленки и пленки с высокой отражающей способностью для уменьшения отражения света и увеличения светопропускания. Оптические устройства, такие как мультиплексоры разделения по длине волны и оптические изоляторы, достигают точной модуляции света путем точного контроля толщины слоя пленки. После обработки теплозащитным покрытием тепловая эффективность и срок службы компонентов, таких как лопатки авиационных двигателей и камеры сгорания, значительно улучшились. Конструктивные компоненты и оптические окна космических кораблей покрываются для достижения таких функций, как радиационная защита и теплоизоляция, обеспечивая нормальную работу в суровых космических условиях.

Медицинские имплантаты, такие как искусственные суставы, кардиостимуляторы и сосудистые стенты, могут наносить биосовместимые покрытия, такие как алмазоподобный углерод и гидроксиапатит, для уменьшения реакций отторжения в организме человека. Чувствительные пленки и защитные пленки биосенсоров, таких как датчики глюкозы и датчики ДНК, значительно улучшили чувствительность и стабильность после обработки покрытием.

При использовании чистых металлических материалов мишеней для осаждения можно получить различные металлические цвета. Яркое серебряное покрытие можно получить, используя алюминиевые мишени, которые подходят для декоративных компонентов. Медные мишени могут создавать теплый медный цвет и часто используются в электронных компонентах и декоративных деталях. Титановые мишени могут образовывать светло-серое покрытие, которое сочетает в себе текстуру и коррозионную стойкость. Золотые и серебряные мишени соответственно производят золотисто-желтый и ярко-серебряный цвета и в основном используются в высококачественной отделке и электронных проводящих областях.

Благодаря химической реакции между материалами мишеней из металла и реактивными газами (такими как азот и кислород) могут образовываться насыщенные составные цвета. Покрытие TiN представляет собой золотисто-желтый цвет и является обычно используемым цветом для инструментов, форм и декоративных деталей. Покрытие CrN серебристо-серое и отличается высокой твердостью и износостойкостью. Покрытие TiAlN выглядит пурпурно-черным и обладает отличной устойчивостью к высоким температурам, что делает его подходящим для инструментов и форм в условиях высоких температур. Покрытие ZrN светло-золотисто-желтое, сочетающее в себе декоративный эффект и износостойкость.

Персонализированная настройка цвета может быть достигнута с помощью многослойной конструкции пленки или комбинации материалов мишеней. Например, сине-фиолетовое покрытие может быть получено путем комбинированного осаждения TiAlN и SiN. Регулировка соотношения материалов мишени Ti к Al может обеспечить градиентный цвет от золотисто-желтого до розового золота. Некоторые устройства поддерживают точное регулирование состава и толщины слоя пленки с помощью моделей осаждения на основе искусственного интеллекта, что позволяет производить индивидуальную продукцию с определенными значениями цвета и удовлетворять цветовым требованиям продукции высокого класса.

Являясь основной гарантией окружающей среды для нанесения покрытий, она в основном состоит из вакуумной камеры, вакуумного насосного агрегата и устройства измерения вакуума. Вакуумные камеры в основном имеют восьмигранную конструкцию, поддерживающую передние и задние двери и модульную установку, что удобно для взаимозаменяемости компонентов и обслуживания. Общий размер составляет φ950×1350 мм, а зона равномерной плазмы может достигать φ650×H750 мм. Вакуумные насосные агрегаты обычно используют комбинированную конфигурацию турбомолекулярных насосов, насосов Рутса и пластинчато-роторных насосов, чтобы обеспечить быстрое достижение полостью состояния высокого вакуума. Среди них скорость откачки турбомолекулярных насосов в основном составляет 2×2000 л/с, что соответствует требованиям высокоточного нанесения покрытий.

Это основной компонент для достижения гибридного покрытия, включающий ионный источник дуги, источник магнетронного распыления и ионный источник. Ионные источники дуги обычно оснащены 8 комплектами катодов дуги, каждый мощностью 5 кВт, которые могут быстро ионизировать материалы мишеней для образования плазмы. Источники магнетронного распыления в основном используют среднечастотные катоды распыления мощностью до 36 кВт, поддерживающие совместное распыление нескольких мишеней и контроль градиента состава. Мощность линейного ионного источника составляет приблизительно 5 кВт, который используется для плазменного травления и повышения адгезии слоя пленки, эффективно снижая плотность дефектов.

Она использует двухуровневую архитектуру управления компьютером и ПЛК для достижения точного регулирования параметров процесса и автоматизированной работы. Она может контролировать ключевые параметры, такие как степень вакуума, температура осаждения и скорость потока газа, в режиме реального времени. Среди них система управления газом оснащена 5 каналами MFC (контроллер массового расхода) для обеспечения точной подачи реакционного газа. Некоторое высококлассное оборудование интегрирует интерфейсы Industrial 4.0, поддерживая удаленную оптимизацию параметров и отслеживаемость данных процесса, тем самым повышая стабильность производства.

Стойка для заготовок в основном имеет цилиндрическую планетарную структуру. Заготовка вращается как вокруг своей оси, так и вокруг центра, обеспечивая равномерность слоя пленки. Общая конфигурация — шесть рабочих станций φ300 мм. Система нагрева имеет мощность до 18 кВт, при максимальной температуре, контролируемой на уровне 500 ℃. Точное регулирование температуры достигается с помощью термопарного ПИД-регулирования для соответствия требованиям к температуре нанесения покрытий различных подложек.

Она включает в себя систему трубопроводов с водяным охлаждением, бак с циркуляционной холодильной водой с постоянной температурой и систему обнаружения и сигнализации. Система водяного охлаждения охлаждает источник осаждения и полость, чтобы предотвратить повреждение компонентов, вызванное высокими температурами. Система обнаружения и сигнализации контролирует рабочее состояние оборудования в режиме реального времени, оперативно предупреждает о ненормальном вакууме, сбое питания и других ситуациях и обеспечивает безопасность производства.

Предприятиям массового производства следует отдавать приоритет выбору оборудования кластерного типа со скоростью производства в одной камере ≥30 штук в час, поддерживающего многоцелевую конфокальную компоновку для удовлетворения потребностей серийного производства. Предприятия, ориентированные на исследования и разработки, могут выбирать однокамерное оборудование, делая акцент на модульной конструкции и гибкой конфигурации, что удобно для замены материалов мишеней и регулировки процессов и подходит для исследований и разработок новых материалов и новых покрытий. В то же время спецификацию полости следует выбирать в зависимости от размера основного материала, чтобы обеспечить полное нахождение заготовки в зоне равномерной плазмы и гарантировать равномерность слоя пленки.

Выберите конфигурацию источника осаждения в зависимости от типа целевого слоя пленки. При подготовке твердых покрытий необходимо повысить совместимость мощности ионного источника дуги с материалом мишени и поддерживать материалы мишеней, такие как Ti, Al и Cr. Для подготовки оптических пленок или прозрачных проводящих пленок необходимо оптимизировать источник магнетронного распыления и оснастить его среднечастотным или радиочастотным источником питания. Если требуется процесс реактивного распыления, необходимо подтвердить количество газовых каналов и точность MFC оборудования, чтобы обеспечить точный контроль пропорции реакционного газа. Пользователям со специальными требованиями необходимо обратить внимание на то, поддерживает ли оборудование расширение процесса PECVD для достижения осаждения слоев непроводящих пленок на основе углерода.

С точки зрения качества покрытия следует обратить внимание на равномерность слоя пленки (отклонение толщины всей пластины составляет ≤±1,5%), твердость (предпочтительна HV3500 и выше) и адгезию. С точки зрения эффективности производства ключевыми моментами, которые необходимо изучить, являются скорость осаждения (предпочтительно оборудование, способное достигать 5 микрон в минуту) и время вакуумной откачки. С точки зрения стабильности оборудования следует отдавать приоритет выбору оборудования с высокой долей отечественного производства основных компонентов (например, более 85%) и низким энергопотреблением для снижения затрат на последующее обслуживание. С точки зрения степени автоматизации выберите соответствующую систему управления в зависимости от масштаба производства. Для серийного производства рекомендуется выбирать оборудование с интеллектуальным управлением материалами мишеней и функциями удаленного мониторинга.

Стоимость приобретения оборудования следует разумно планировать в сочетании с потребностью в производственной мощности, чтобы избежать чрезмерной конфигурации, приводящей к пустой трате средств. Последующие затраты на техническое обслуживание должны быть сосредоточены на коэффициенте использования материалов мишеней, уровнях энергопотребления и сроке службы уязвимых деталей. В то же время необходимо изучить возможности технической поддержки поставщиков, включая отладку процессов, обучение персонала и скорость реагирования послепродажного обслуживания. Поставщикам, которые могут предоставить индивидуальные решения и долгосрочные технические услуги, следует отдавать приоритет. Для подержанного оборудования необходимо проверить срок службы материала мишени, состояние вакуумного насосного агрегата и калибровку MFC, а также проверить равномерность и адгезию с помощью измеренных образцов.

Выбор подходящей гибридной установки PVD-напыления Arc Ion + Magnetron Sputtering является ключевой инвестицией для повышения конкурентоспособности продукции. Рекомендуется уточнить собственные производственные требования и цели процесса, прежде чем принимать решение, и провести комплексную оценку путем осмотра на месте состояния работы оборудования, тестирования характеристик образцов и другими методами.