真空鍍膜技術簡介

 
    現在我們所說的真空并不是指空間內沒有任何物質，而是指在一個既定的空間內低于一個大氣壓的氣體狀態，我們把這種稀薄的狀態稱為真空。現在的真空鍍膜技術是在真空中把金屬、合金進行蒸發、濺射使其沉積在目標物體上。
 
    在當今電子行業，很多的電子元器件都要使用真空鍍膜工藝，雖然我國的真空鍍膜技術起步較晚，但發展的十分迅速。真空鍍膜已經成為電子元器件制造的一項不可或缺的技術。目前的真空鍍膜技術主要分為真空蒸鍍、磁控濺射鍍膜、離子鍍。
 
真空蒸鍍的歷史
    1857年Michael Faraday最早提出基本原理，而后、1930年代由于油擴散式真空泵實用化、蒸鍍主要用于制作鏡片防反射膜。第二次世界大戰時，其他的光學機器對材料的需求提高，真空蒸鍍也因此快速發展。
 
真空蒸鍍的原理
    在真空狀態下，加熱蒸發容器中的靶材，使其原子或分子逸出，沉積在目標物體表面，形成固態薄膜。依蒸鍍材料、基板的種類可分為:抵抗加熱、電子束、高周波誘導、雷射等加熱方式。蒸鍍材料有鋁、亞鉛、金、銀、白金、鎳等金屬材料與可產生光學特性薄膜的材料，主要有使用SiO2、TiO2、ZrO2、MgF2等氧化物與氟化物。蒸鍍除金屬外，樹脂與玻璃也可以使用、近年來連紙也變成可蒸鍍。如圖1。
蒸鍍材料
    主要的金屬蒸鍍材料如下表。
蒸發鍍膜的優缺點
    優點：設備簡單、容易操作；成膜的速率快，效率高。
    缺點：薄膜的厚度均勻性不易控制，蒸發容器有污染的隱患，工藝重復性不好，附著力不高。
 
磁控濺射鍍膜的歷史
    磁控濺射技術作為一種十分有效的薄膜沉積方法,被普遍和成功地應用于許多方面，特別是在微電子、光學薄膜和材料表面處理領域中,用于薄膜沉積和表面覆蓋層制備。1852年Grove首次描述濺射這種物理現象,20世紀40年代濺射技術作為一種沉積鍍膜方法開始得到應用和發展。60年代后隨著半導體工業的迅速崛起,這種技術在集成電路生產工藝中,用于沉積集成電路中晶體管的金屬電極層,才真正得以普及和廣泛的應用。磁控濺射技術出現和發展,以及80年代用于制作CD的反射層之后,磁控濺射技術應用的領域得到極大地擴展,逐步成為制造許多產品的一種常用手段,并在最近十幾年,發展出一系列新的濺射技術。
 
磁控濺射鍍膜的原理
    電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發生碰撞，電離出大量的氬離子和電子。氬離子在電場作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶原子，靶原子沉積在基片表面形成膜。二次電子受到磁場影響，被束縛在靶面的等離子體區域，二次電子在磁場作用下繞靶面做圓周運動，在運動過程中不斷和氬原子發生撞擊，電離出大量氬離子轟擊靶材。如圖2 磁控濺射的靶材
    靶材的材質主要有金屬靶材，金屬氧化物靶材等。依據目標靶座的形狀和大小進行加工。如圖3。 磁控濺射優缺點
    優點：工藝重復性好，薄膜純度高，膜厚均勻，附著力好。
    缺點：設備結構復雜，濺射靶材一旦穿透就會導致整塊靶材的報廢，所以靶材的利用率低。
 
離子鍍的歷史
    真空離子鍍膜技術是近幾十年才發展起來的一種新的鍍膜技術。在離子鍍技術興起的40多年來取得了巨大的進步，我國也有將近30多年的離子鍍研究進程。
 
離子鍍的原理
    蒸發物質的分子被電子撞擊后沉積在固體表面稱為離子鍍。蒸發源接陽極，工件接陰極，當通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發源與工件之間產生輝光放電。由于真空罩內充有惰性氬氣，在放電電場作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區。帶正電荷的氬離子受陰極負高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發源交流電源，蒸發料粒子熔化蒸發，進入輝光放電區并被電離。帶正電荷的蒸發料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當拋鍍于工件表面上的蒸發料離子超過濺失離子的數量時，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。如圖4 離子鍍的優缺點
    優點：膜層附著力好，膜層致密，具有繞度性能，能在形狀復雜的零件表面鍍膜。
    缺點：離子鍍的應用范圍不廣；膜與基體間存在較寬的過渡界面。會有氣體分子吸附。