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真空镀膜技术的优点是什么?真空镀膜技术分类有哪些?
发表时间:2018-12-2 16:49:50


真空镀膜技术我们都不陌生,真空镀膜就是置待镀材料和被镀基板于真空室内,采用一定方法加热待镀材料,使之蒸发或升华,并飞行溅射到被镀基板表面凝聚成膜的工艺。它在塑料制品上的应用最广泛,不少真空镀膜机厂表示,塑料具有易成型,成本低,质量轻,不腐蚀等特点,塑料制品应用广泛,但因其缺点制约了扩大应用。通过真空镀膜技术的应用,使塑料表面金属化,将有机材料和无机材料结合起来,大大提高了它的物理、化学性能。从半导体集成电路、LED、显示器、触摸屏、太阳能光伏、化工、制药等行业的发展来看,对真空镀膜设备、技术、材料需求都在不断增加,包括——制造大规模集成电路的电学膜;数字式纵向与横向均可磁化的数据纪录储存膜;计算机显示用的感光膜;建筑、汽车行业上应用的玻璃镀膜和装饰膜;装饰材料上具有各种功能装饰效果的功能膜;纳米材料研究方面的各种功能性薄膜等。虽然真空镀膜技术工业化的时间并不长,只有短短的十余年时间,但其发展相当迅速。作为一种环保无公害的技术,特别是在节约能源、降低成本、扩大塑胶附加功能等方面日益显示出它的众多优越性。在日常生活和科学技术上起到的作用也日益显著,越来越受到广大科技研发人员的重视和欢迎。

真空镀膜技术的优点
1、使塑胶表面具有金属质感;因为相对于铝、铜、铁、不锈钢等金属部件来讲,塑胶部件的制造工艺具有得天独厚的大批量低成本易加工等优势,经过表面真空镀膜加工的塑胶部件在工业品的外观方面已经或正在越来越广泛的取代金属部件,从面大大降低工业及消费电子类产品的制造成本,提升和巩固了产品在同行业竞争中的价格优势。
2、赋予塑胶产品导电性能;相对于单纯的塑胶部件,真空镀膜加工后的塑胶产品可以根据使用场合的需要赋予产品良好的导电性能,比如大多数电子消费品加工制造过程强调的电磁屏蔽性能(EMI)即可通过在塑胶件内壁进行导电性真空镀膜加工的方式而获得,在相同地功效下,相对于原来采用铜箔或铝箔的制造工艺,真空镀膜EMI工艺具有无可比拟的成本优势。
3、可以进行不导电真空电镀(NCVM);对于工作过程中需要对外发射无线信号的电子消费品外观装饰件而言,需要塑胶件具有金属光泽的同时,还要保证塑胶表面的金属电镀层不会屏蔽或者衰减设备的无线电信号(比如蓝牙信号、射频信号等),不导电真空镀膜(NCVM)技术就应运而生了,这种真空镀膜技术既保证了塑胶表面的金属质感,又不会影响到设备对外的信号发射;相对于水电镀的镀层导电影响电子信号,不导电真空电镀(NCVM)工艺为广大的设计研发工程师提供了一种鱼和熊掌兼得的完美选择。
4、可以进行单层电镀;通俗的讲,可以单独对塑胶产品的外表面、或者单独对塑胶产品的内表面进行真空电镀加工,而另一表面可以保留塑胶原有的外观和功能,这一点相对于浸泡式作业的水电镀工艺而言又是一道无法跨越的坎。
5、电镀颜色多样化,真空电镀因其工艺的便利性,可以在红、黄、蓝三基色的基础上调整配方和比例从而形成千变万化的电镀颜色效果(比如粉色、红色、绿色等),而水电镀则只能制作光铬、哑铬、黑铬、白铬等寥寥可数的少数几种颜色效果,与真空电镀的颜色丰富程度不可同日而语。
6、材料适应范围广;水电镀通常只能对ABS塑胶和少量的ABS+PC塑胶材料上进行电镀加工,具有一定的局限性,而真空电镀工艺可以适用的塑胶材料范围相当广,除了ABS、ABS+PC塑胶之外,真空电镀还可以在PC、PP、PMMA、PA、PS、PET等常见工程塑胶表面加工出金属镀膜效果,随着技术的发展成熟,目前甚至可以在软性塑胶表面进行真空镀膜加工了,比如TPU、TPE、PVC软胶、硅胶、橡胶制品等。
7、可以进行半透明真空电镀;针对现代消费电子类产品越来越新潮的外形设计,现在前端的电子产品的隐藏式显示屏,即采用了半透明真空电镀技术,其原理是,在LED显示屏的外面配置一层经过半透明真空镀加工的透明塑胶视窗,在设备未开启的状态下,其LED显示面板是隐藏看不见的,当设备通电开启后,显示面板上的LED发光字体可以透过电镀塑胶视窗被消费者或者用户看到,从而大大提高产品的科技感和时尚感。
8、环保无毒;真空电镀技术是一种通过物理的方式将融化的金属离子附着于塑胶产品的表面形成镀膜层的工艺,整个加工过程无需添加任何化学品或化学制剂,是一种纯天然无毒环保的加工工艺,随着全球对绿色环保的重视力度加大,通过化学方式进行水电镀加工工艺由于存在三价铬、六价铬等非环保的原因已渐渐淡出高端电子消费品、食物相关用品、玩具品及相关行业了。
9、增加塑胶表面的硬度;塑胶材料易成型的特性决定了其表面不具备良好的耐刮伤性能,UV真空电镀在镀膜完成后,还在镀膜层表面加罩了一层光固化UV涂料,大大提升了产品表面的硬度,提升了产品的耐刮花、耐划伤、耐磨性能,最大可以达到4H级别的硬度,远远超出水电镀工艺的抗刮伤耐磨级别。
10、优良的环境耐候性能;真空电镀工艺可以赋予产品更加优良的耐极端使用环境的性能,比如耐高温高湿、耐低温、耐热烫、高盐份(耐盐雾)、耐紫外线照射老化、耐化妆品、耐汗液、耐酸碱等性能;一般的喷油工艺或水电镀工艺是无法满足这些性能要求的。


真空镀膜技术的分类
真空镀膜主要分类有两个大种类: 蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。
一、蒸发镀膜
通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面,称为蒸发镀膜。这种方法最早由M、法拉第于1857年提出,现代已成为常用镀膜技术之一。蒸发镀膜设备结构如图1。

蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源,待镀工件,如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后,加热坩埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间(或决定于装料量),并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜,常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程,以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为0、1~0、2电子伏。蒸发源有三种类型。
①电阻加热源:用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质(图1[蒸发镀膜设备示意图])电阻加热源主要用于蒸发CD、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料;
②高频感应加热源:用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质;
③电子束加热源:适用于蒸发温度较高(不低于2000[618-1])的材料,即用电子束轰击材料使其蒸发。
蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比,具有较高的沉积速率,可镀制单质和不易热分解的化合物膜。

为沉积高纯单晶膜层,可采用分子束外延方法。生长掺杂的GaAlAs单晶层的分子束外延装置如图2[ 分子束外延装置示意图]。喷射炉中装有分子束源,在超高真空下当它被加热到一定温度时,炉中元素以束状分子流射向基片。基片被加热到一定温度,沉积在基片上的分子可以徙动,按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计量比的高纯化合物单晶膜,薄膜最慢生长速度可控制在1单层/秒。通过控制挡板,可精确地做出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。
2、溅射镀膜
用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面,沉积在基片上。溅射现象于1870年开始用于镀膜技术,1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用的二极溅射设备如图3[ 二极溅射示意图]。

通常将欲沉积的材料制成板材──靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入 10~1帕的气体(通常为氩气),在阴极和阳极间加几千伏电压,两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极,与靶表面原子碰撞,受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜。与蒸发镀膜不同,溅射镀膜不受膜材熔点的限制,可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。溅射化合物膜可用反应溅射法,即将反应气体 (O、N、HS、CH等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物(如氧化物、氮化物等)而沉积在基片上。沉积绝缘膜可采用高频溅射法。基片装在接地的电极上,绝缘靶装在对面的电极上。高频电源一端接地,一端通过匹配网络和隔直流电容接到装有绝缘靶的电极上。接通高频电源后,高频电压不断改变极性。等离子体中的电子和正离子在电压的正半周和负半周分别打到绝缘靶上。由于电子迁移率高于正离子,绝缘靶表面带负电,在达到动态平衡时,靶处于负的偏置电位,从而使正离子对靶的溅射持续进行。采用磁控溅射可使沉积速率比非磁控溅射提高近一个数量级。
3、离子镀
蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面,称为离子镀。这种技术是D、麦托克斯于1963年提出的。离子镀是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。一种离子镀系统如图4[离子镀系统示意图],将基片台作为阴极,外壳作阳极,充入惰性气体(如氩)以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子通过等离子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打到基片表面。未电离的中性原子(约占蒸发料的95%)也沉积在基片或真空室壁表面。电场对离化的蒸气分子的加速作用(离子能量约几百~几千电子伏)和氩离子对基片的溅射清洗作用,使膜层附着强度大大提高。离子镀工艺综合了蒸发(高沉积速率)与溅射(良好的膜层附着力)工艺的特点,并有很好的绕射性,可为形状复杂的工件镀膜。

 真空镀膜技术对设备有哪些基本技术要求
1、设备中的真空管道、静态密封零部件(法兰、密封圈等)的结构形式,应符合GB/T6070的规定。
2、在低真空和高真空管道上及真空镀膜室上应安装真空测量规管,分别测量各部位的真空度。当发现电场对测量造成干扰时,应在测量口处安装电场屏蔽装置。
3、如果设备使用的主泵为扩散泵时,应在泵的进气口一侧装设有油蒸捕集阱
4、设备的镀膜室应设有观察窗,应设有挡板装置。观察窗应能观察到沉积源的工作情况以及其他关键部位。
5、离子镀沉积源的设计应尽可能提高镀膜过程中的离化率,提高镀膜材料的利用率,合理匹配沉积源的功率,合理布置沉积源在真空室体的位置。
6、合理布置加热装置,一般加热器结构布局应使被镀工件温升均匀一致。
7、工件架应与真空室体绝缘,工件架的设计应使工件膜层均匀。
8、离子镀膜设备一般应具有工件负偏压和离子轰击电源,离子轰击电源应具有抑制非正常放电装置,维持工作稳定。
9、真空室接不同电位的各部分间的绝缘电阻值的大小,均按GB/T11164-1999中的4、4、6
10、其他注意事项
(1)环境温度:10-30oC
(2)相对湿度:不大于75%
(3)冷却水进水温度:不高于25oC
(4)冷却水质:城市自来水或相当质量的水。
(5)供电电源:380V三相50Hz或220V单相50Hz(由所用电器需要而定);电压波动范围:342-399V或198-231V;频率波动范围:49-51Hz。
(6)设备所需的压缩空气,液氮,冷水、热水等的压力、温度,消耗量等,均应在产品使用说明书中写明。
(7)设备周围环境整洁,空气清洁,不应有引起电器及其他金属件表面腐蚀或引起金属间导电的尘埃或气体存在。


真空镀膜技术通常应用在哪些领域?
1、在装饰品方面
随着经济的发展和生活水平的提高,人们喜欢将手表壳、表带、服饰、灯饰、眼镜架、室内外装饰件、五金箱包、手机壳、手机视屏、卫生洁具、食品包装等装饰品精饰得五彩缤纷。
2、在刀具、模具等金属切削加工工具方面
在生活中,我们会看到金黄色的、钴铜色的、黑色的等七杂八色的钻头、铣刀、模具等,这些就是经过镀膜技术加工后的涂层工具。
(1)金黄色的,是在刀具上涂镀了TiN、ZrN涂层,TiN是第一代应用广泛的硬质层材料。
(2)黑色的,是在切削工具上涂了TiC、CrN涂层。
(3)钴铜色的,是在刀具上镀涂了TiALN涂层。
3、在建筑玻璃和汽车玻璃上
建筑玻璃有透光和隔热两个基本功能。普通玻璃能透过绝大部分太阳光辐射能量,这对采光和吸收太阳光线的能量十分有利。而对于空间红外辐射,普通玻璃虽能阻止室内的热量直接透过室外,但热量被玻璃吸收后的二次散热也会造成很大的损失。随着经济的发展,普通玻璃已越来越不能满足人们的要求,而阳光控制膜和低辐射膜正好能弥补了普通玻璃在这一方面的不足。阳光控制膜可以满足低纬度地区降低室内温度的要求;而低辐射膜则能满足高纬度地区充分接受太阳辐射能量和最大限度阻止室内热量外流的要求。在玻璃上,镀涂一层TiO2就能使其变成防雾、防露和自清洁玻璃,这种工艺在汽车玻璃上有很好的应用。
4、在平板显示器中
所有各类平板显示器都要用到各种类型的薄膜,而且,几乎所有类型的平板显示器件都需要使用ITO膜,以满足透明电器的要求。可以毫不夸张的说,没有薄膜技术,就没有平板显示器件。
5、在太阳能利用方面
当需要有效地利用太阳热能时,就要考虑采用对太阳光线吸收较多、而对热辐射等所引起的损耗较小的吸收面。太阳光谱的峰值大约在波长为2-20μm之间的红外波段。由于太阳辐射与热辐射光谱在波段上有差异,因此,为了有效地利用太阳热能,就必须考虑采用具有波长选择特性的吸收面。理想的选择吸收面,是太阳辐射光谱的波段(可见光波段)吸收率(α)为1,在热辐射波段(红外波段)辐射率(ε)为0。
6、在防伪技术中
防伪膜种类很多,从使用方法可分为反射式和透射式;从膜系附着方式可以分为直接镀膜式、间接镀膜式或间接镀膜剪贴式。
7、在飞机防护涂层方面
飞机的钛合金紧固件,原来采用电镀方法镀镉。但在镀镉中含有氢,所以在飞行过程中,受到大气、海水的腐蚀,镀层上容易产生“镉脆”,甚至引起“空难”。1964年,采用离子镀方法在钛合金紧固件上镀铝,解决了飞机零件的“镉脆”问题。在离子镀技术中,由于给工件施加负偏压,可以形成“伪扩散层”、细化膜层组织,因此,可以显著提高膜层的耐腐蚀性能。
8、在光学仪器中
人们熟悉的光学仪器有望远镜、显微镜、照相机、测距仪,以及日常生活用品中的镜子、眼镜、放大镜等,它们都离不开镀膜技术,镀制的薄膜有反射膜、增透膜和吸收膜等几种。
9、在信息存储领域中
薄膜材料作为信息记录于存储介质,有其得天独厚的优势:由于薄膜很薄,可以忽略涡流损耗;磁化反转极为迅速;与膜面平行的双稳态状态容易保持等。为了更精密地记录与存储信息,必然要采用镀膜技术。
10、在传感器方面
在传感器中,多采用那些电气性质相对于物理量、化学量及其变化来说,极为敏感的半导体材料。此外,其中,大多数利用的是半导体的表面、界面的性质,需要尽量增大其面积,且能工业化、低价格制作,因此,采用薄膜的情况很多。
11、在集成电路制造中
晶体管路中的保护层(SiO2、Si3N4)、电极管线(多晶硅、铝、铜及其合金)等,多是采用CVD技术、PVCD技术、真空蒸发金属技术、磁控溅射技术和射频溅射技术。可见,气相沉积是制备集成电路的核心技术之一。


上述是贤集网小编为大家介绍的真空镀膜技术的优点、真空镀膜技术的分类、真空镀膜技术对设备有哪些基本技术要求?真空镀膜技术通常应用在哪些领域?这些知识大家现在大家都有所了解了吧?其实,目前实体经济走势整体疲弱,复苏充满不确定性,经济处于继续探底过程,真空镀膜设备制造企业应着力进行产业结构优化升级,重质量、重服务明确市场定位,大力研发拥有自主知识产权的新产品新工艺,提高产品质量和服务水平。依托信息化发展趋势,坚持“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。依托政府支持,大力加强与拥有行业先进技术和工艺水平的科研院所、大型企业、高校合作,使得新品能迅速推向市场。真空镀膜技术及设备拥有十分广阔的应用领域和发展前景。未来真空镀膜设备行业等制造业将以信息化融合为重心,依靠技术进步,更加注重技术能力积累,制造偏向服务型,向世界真空镀膜设备行业等制造业价值链高端挺进,真空镀膜技术也将会应用于更多的领域。

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