表面处理工艺刘西净 2010年12月内容物理气相沉积块状材料 (靶材)薄膜物质输运 能量输运能量衬底物理气相沉积原理u高真空 (HV) u高纯材料 u清洁和光滑的衬底表面 u提供能量的电源PVD的四个条件真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实 真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低 于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气 体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E. Torricelli)做了著名的有关大气压力实验，发现了真空 现象以后，真空技术迅速发展。现在，真空技术已经成 为一门独立的前言学科。真空的概念真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760(Torr)1标准大气压=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa 真空区域的划分粗真空 低真空高真空超高真空极高真空 真空的基本特点 在真空中，气体分子密度低，在某些情况 下，真空可以近似地看作没有气体“污染” 的空间。真空中，气体分子或带电粒子的平 均自由程为：其中为分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常 数。真空获得真空泵1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德 堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，p1 p2，实现了抽气。真空泵的分类气体传输泵: 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以 达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵 、涡轮分子泵。气体捕集泵: 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结 在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、鈦升华泵 、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。真空泵的主要参数 抽气速率: 定义为在泵的进气口任意给定压强下， 单位时间内流入泵内的气体体积或表示为：其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。 几种常用真空泵的工作压强范围旋片机械泵吸附泵扩散泵涡轮分子泵 溅射离子泵低温泵旋片式机械泵几种常用真空泵的工作原理1. 旋片机械泵2. 油扩散泵1.水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管； 4. 泵壳； 5. 加热器3.涡轮分子泵1. 动叶轮；2. 泵壳；3. 涡轮排； 4. 中频电动机；5. 底座；6. 出气口法兰；7. 润滑油池；8. 静叶轮；9. 电机冷却水管. 真空的测量真空计1. 绝对真空计直接测量真空度的量具，如U型计、压缩真空计(麦克劳真空计) 。 压缩型真空计 测量范围：103 10-3 PaU型计 测量范围：105 10 Pa2. 相对真空计热偶真空计(热传导真空计)测量范围：100 10-1 Pa热阴极电离真空计测量范围：1.3310-1 1.3310-5 Pa超高真空熱阴极电离计测量范围：1.3310-1 1.010-10Pa直接测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计。薄膜厚度的测量干涉显微镜法称重法石英晶体振荡器法真空蒸发镀 基本思想：提高温度，熔解并蒸发材料 将材料置于某种容器内（上） 将用高熔点金属(W, Mo, Ta, Nb)制成的加热丝 或舟通上直流电，利用欧姆热加热材料 将用绝缘材料(quartz, graphite, alumina, beryllia, zirconia)制成的坩埚通上射频交流 电，利用电磁感应加热材料真空蒸发真空泵加热丝、舟或坩埚衬底架玻璃钟罩厚度监控仪充气管道反应气体管道衬底Plume常用蒸发源加热丝加热舟坩埚盒状源（Knudsen Cell）In-Sn丝NCVM镀膜材料锡粒NCVM工艺流程PVD蒸镀法真空蒸镀溅射蒸镀粒子生成机构热能动能粒子原子、离子原子、离子蒸镀均匀性复杂形状佳普通平面佳优 蒸镀金属可可 蒸镀合金可可 蒸镀耐热化合物可可 粒子能量很低0.10.5eV可提高1100eV惰性气体离子冲击通常不可以可，或依形狀不可表面与层间的混合通常无可 加热（外加热）通常无可蒸镀速率10-9m/sec1.6712.50.1716.7金属在制成厚度低於100nm 的薄膜时,都会形成岛状不 连续的金属膜,使得其电阻率大幅增加NCVM不导电的原理性能： 1、ESD , 阻值 (200M20G以上) ； 2、RF的测试 ； 3、常规信赖性测试。网络分析仪影响良率的因素 薄膜厚度50nm50-100nm100nm 薄膜厚度的均匀性钨丝篮的分布镀膜用量的分布空间中真空度的均匀性 喷涂的品质杂质橘皮积漆电子束蒸发镀原理：利用电子束加热使膜材汽化蒸发后，凝结在基片 表面成膜的一种方法。电子束获得能量密度大，可加热 到3000度以上，可同时满足高熔点材料蒸发，如钨、 SiO2、Al2O3等。 被蒸镀材料放在水冷坩埚内，可免容器材料蒸发及其与 膜材的反应。 电子束轰击膜材时，会激发许多有害的反射电子、背散 射电子及二次 电子，损伤基片。电子束蒸发镀坩埚与材料衬底真空室真空泵厚度监控仪充气管道反应气体管道 Plume电子枪E-Gun CrucibleSubstrate fixture常用蒸发材料形态SiO2/MgF2五氧化三钛ZnS氧化锆ZnS三氧化二钛光学增透膜用于玻璃基底的增透膜 经典的单层增透膜由一薄层MgF2构成，MgF2在510nm时的 折射率为n=1.38，需要的膜厚为d=92nm。因此，在510nm波 长时膜层有一个光学密度（厚度）n*d为1/4的波长。镀在加热 到250-300C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，稳定，并且相 当方便，经济，直接使用蒸发船便可。 想得到更低的反射率，最简单的方法是镀一层CeF3和一层 MgF2（各为1/4的光学厚度），可用蒸发船。2层膜的优点是在 可见光范围的中段有更低的反射率，缺点在于在红，蓝端的反 射率上升过快。 由于2层膜的效果不理想，为了达到理想的效果，必须使用3层 或多层膜。 6层AR膜：玻璃/TiO2/SiO2/ TiO2/SiO2 TiO2/SiO2厚度范围（nm）913/3040/5080/115/2240/8090AR宽度范围：92% 化学稳定好 耐候性 易加工 质量轻 抗冲击性好 是无 机玻璃的8-10倍易划伤 耐热性差溶胶一凝胶工艺作为一种先进的工艺方法，由于 具有反应条件温和、容易控制、材料性能调节余 地大等特点，可以很方便地通过改变参与反应的 有机、无机组分含量，实现纳米涂层的性能裁剪 ，得到所需性能。Parameter CoatingpH4 viscidity10 MPas Boiling point70C Burning temperature279C Flash point22Cexploding limit66.0 g/m3Steam pressure (Reid 40C)9.7 kPa density(22C)0.92 g/cm3firing temperature75C Thickness of coating2-3 m Scratch resistance6N涂层参数基材前处理工艺流程Si（OC2H5）4+H2O Si（OH）4+ 4C2H5OH 水解反应缩聚反应nSi（OH）4 nSiO2 + 2nH2O原材料：无水乙醇、盐酸、正硅酸乙酯、流平剂、消 泡剂、偶联剂反应方程：偶联剂偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中 的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与 无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX3，式中R代表氨基、 巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团， 这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，X代 表能够水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。硅烷偶联 剂在国内有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171 这几种型号。KH550 -氨丙基三乙氧基硅烷KH560 -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH570 -（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷 CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3 涂层制备参数PH值催化剂反应温度黏度陈化时间涂布的参数干燥温度涂布方式的选择喷涂 利用喷枪等喷射工具把涂料雾化后 ，喷射在被涂工件上的涂装方法旋涂 电子工业中，基片垂直于自身表面 的轴旋转，同时把液态涂覆材料涂覆在 基片上的工艺浸涂 将工件浸没于涂料中，取出，除去 过量涂料的涂装方法涂层的测试附着力 铅笔硬度 抗划痕测试 钢丝绒测试 耐溶剂测试 热冲击测试Testing method: hammer scratch test LDS（激光一体化成型）LDS工艺是由德国激光领域 专业企业LPKF激光电子股份 有限公司开发的，在单组份 注塑的部件上，利用激光在 几秒钟之内在塑料部件表面 成型电路。采用这种方法将 成型的电路激活，然后再金 属化。LPKF-LDS技术使用激光在复杂三维部件表面上照射成型天 线电路，这些三维部件是采用LDS树脂注塑成型的。该项 技术的主要优势包括，效率极高，为快速变更产品设计提 供了极高的灵活性，并且提供在三维部件表面成型天线电 路的方法。优点高柔性化 由于激光把计算机里的图形直接转移到注塑 件上，无需额外的工具或掩膜。线路只取决于CAD数据。模具成本大幅降低 因为激光线路加工的MID可以用单组 分注塑制作出来。 激光是超微细线路制作的理想工具。 高成本效益 对中小批量生产和微细线路加工有很高的 成本效益。 高环保性 生产中没有利用腐蚀性化学药品。 LDS注塑活化化学镀原材料选择PA6/6T（半芬芳聚酰胺），基于Ultramid ( BASF公司 ) 热变形的稳定性很强,适合回流焊 (也适合无铅焊锡) 具有很好的机械性能 热塑性聚酯 (PBT,PET 及其混合物),基于Pocan (Lanxess公司 ) 很好的机械和电气性能 其混合物都具有很好的热变形稳定性 交联PBT (polybutylenterephathalate), 基于 Vestodur (Degussa公司 ) 抗游离防火性能 照射交联性使其具有可以抗高温性能（适合所有焊接工艺） LCP(液晶聚合物), 基于 Vectra (Ticona公司) 很好的流动性热压下很好的尺寸稳定性 PC/ABS(聚碳酸酯/丙烯腈/丁二烯/苯乙烯) 很好的表面特性 很好的机械性能 可以进行激光活化的热塑性塑料中含有一种特殊的有机金 属复合物形态的添加物，这种添加物在聚焦激光束的照射下 可以发生物理化学反应而被活化。在此掺有杂质的塑料中加 工出的裂痕里，复合物被打开并从有机配价体中释放出金属 原子。这些金属粒子作为还原铜的核子。LPKF-LDS 工艺的金属化部分第一步是清洁以除去激光加工的碎 屑，然后是进行有机镀铜浸泡以形成导电线路。 此工艺的一个优势是无需普通镀铜工艺中的初期活化工序。它的 沉淀速度为 3 - 5 微米/小时，若需要更厚的铜层，可以接着进 行普通电镀镀铜。还可以进行镀镍、金、锡、锡/铅、银、银/钯 等等，以满足特殊的应用要求。 性能检测RF性能检测尺寸检测表面平整度耐候性测试拉拔力测试questions