表面處理工藝及其他第一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五內容第二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五物理氣相沉積第三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五塊狀材料(靶材)薄膜物質輸運能量輸運能量襯底物理氣相沉積原理第四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五高真空(HV)高純材料清潔和光滑的襯底表面提供能量的電源PVD的四個條件第五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空”這一術語譯自拉丁文Vacuo，其意義是虛無。其實真空應理解為氣體較稀薄的空間。在指定的空間內，低于一個大氣壓力的氣體狀態統稱為真空。真空狀態下氣體稀薄程度稱為真空度，通常用壓力值表示。真空技術是基本實驗技術之一。自從1643年托里拆利(E.Torricelli)做了著名的有關大氣壓力實驗，發現了真空現象以后，真空技術迅速發展?，F在，真空技術已經成為一門獨立的前言學科。真空的概念第六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空量度單位1標準大氣壓=760mmHg=760(Torr)1標準大氣壓=1.013x105Pa1Torr=133.3Pa真空區域的劃分

粗真空低真空高真空超高真空極高真空

第七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空的基本特點

在真空中，氣體分子密度低，在某些情況下，真空可以近似地看作沒有氣體“污染”的空間。真空中，氣體分子或帶電粒子的平均自由程為：

其中為分子直徑，p為壓強，T為氣體溫度，k為玻耳茲曼常數。第八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空獲得—真空泵1654年，德國物理學家葛利克發明了抽氣泵，做了著名的馬德堡半球試驗。

原理：當泵工作后，形成壓差，p1>p2，實現了抽氣。第九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空泵的分類氣體傳輸泵:

是一種能將氣體不斷地吸入并排出泵外以達到抽氣目的的真空泵，例如旋片機械泵、油擴散泵、渦輪分子泵。氣體捕集泵:

是一種使氣體分子短期或永久吸附、凝結在泵內表面的真空泵，例如分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵、低溫泵和吸氣劑泵。第十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空泵的主要參數抽氣速率:定義為在泵的進氣口任意給定壓強下，單位時間內流入泵內的氣體體積

或表示為：其中，Q為單位時間內流入泵的氣體量。泵的抽氣速率S并不是常數，隨P而變。第十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五幾種常用真空泵的工作壓強范圍旋片機械泵吸附泵擴散泵渦輪分子泵濺射離子泵低溫泵第十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五旋片式機械泵

幾種常用真空泵的工作原理

1.旋片機械泵第十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五2.油擴散泵水冷套；2.噴油嘴；3.導流管；4.泵殼；5.加熱器第十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五3.渦輪分子泵1.動葉輪；2.泵殼；3.渦輪排；4.中頻電動機；5.底座；6.出氣口法蘭；7.潤滑油池；8.靜葉輪；9.電機冷卻水管.

第十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空的測量—真空計

1.絕對真空計

直接測量真空度的量具，如U型計、壓縮真空計(麥克勞真空計)。

壓縮型真空計測量范圍：103

～10-3PaU型計測量范圍：105

～10Pa第十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五2.相對真空計熱偶真空計(熱傳導真空計)

測量范圍：100—10-1Pa熱陰極電離真空計測量范圍：1.33×10-1～1.33×10-5Pa超高真空熱陰極電離計測量范圍：1.33×10-1～1.0×10-10Pa

直接測量與壓強有關的物理量，再與絕對真空計相比較進行標定的真空計。第十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五薄膜厚度的測量干涉顯微鏡法

稱重法石英晶體振蕩器法第十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空蒸發鍍基本思想：提高溫度，熔解并蒸發材料將材料置于某種容器內（上）將用高熔點金屬(W,Mo,Ta,Nb)制成的加熱絲或舟通上直流電，利用歐姆熱加熱材料將用絕緣材料(quartz,graphite,alumina,beryllia,zirconia)制成的坩堝通上射頻交流電，利用電磁感應加熱材料第十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空蒸發真空泵加熱絲、舟或坩堝襯底架玻璃鐘罩厚度監控儀充氣管道反應氣體管道襯底Plume第二十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五常用蒸發源加熱絲加熱舟坩堝盒狀源（KnudsenCell）第二十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五In-Sn絲NCVM鍍膜材料錫粒第二十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五NCVM工藝流程第二十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五PVD蒸鍍法真空蒸鍍濺射蒸鍍粒子生成機構熱能動能粒子原子、離子原子、離子蒸鍍均勻性復雜形狀佳普通平面佳優蒸鍍金屬可可蒸鍍合金可可蒸鍍耐熱化合物可可粒子能量很低0.1~0.5eV可提高1~100eV惰性氣體離子沖擊通常不可以可，或依形狀不可表面與層間的混合通常無可加熱（外加熱）通常無可蒸鍍速率10-9m/sec1.67~12.50.17~16.7第二十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五金屬在制成厚度低於100nm的薄膜時,都會形成島狀不連續的金屬膜,使得其電阻率大幅增加NCVM不導電的原理性能：1、ESD,阻值(200M~20G以上)；2、RF的測試；3、常規信賴性測試。第二十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五網絡分析儀第二十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五影響良率的因素薄膜厚度50nm50-100nm>100nm薄膜厚度的均勻性

鎢絲籃的分布

鍍膜用量的分布

空間中真空度的均勻性噴涂的品質

雜質

橘皮

積漆第二十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五電子束蒸發鍍原理：利用電子束加熱使膜材汽化蒸發后，凝結在基片表面成膜的一種方法。電子束獲得能量密度大，可加熱到3000度以上，可同時滿足高熔點材料蒸發，如鎢、SiO2、Al2O3等。被蒸鍍材料放在水冷坩堝內，可免容器材料蒸發及其與膜材的反應。電子束轟擊膜材時，會激發許多有害的反射電子、背散射電子及二次電子，損傷基片。 第三十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五電子束蒸發鍍坩堝與材料襯底真空室真空泵厚度監控儀充氣管道反應氣體管道Plume電子槍第三十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五E-GunCrucibleSubstratefixture第三十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五常用蒸發材料形態SiO2/MgF2五氧化三鈦ZnS氧化鋯ZnS三氧化二鈦第三十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五光學增透膜用于玻璃基底的增透膜

經典的單層增透膜由一薄層MgF2構成，MgF2在510nm時的折射率為n=1.38，需要的膜厚為d=92nm。因此，在510nm波長時膜層有一個光學密度（厚度）n*d為1/4的波長。鍍在加熱到250-300°C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，穩定，并且相當方便，經濟，直接使用蒸發船便可。

想得到更低的反射率，最簡單的方法是鍍一層CeF3和一層MgF2（各為1/4的光學厚度），可用蒸發船。2層膜的優點是在可見光范圍的中段有更低的反射率，缺點在于在紅，藍端的反射率上升過快。

由于2層膜的效果不理想，為了達到理想的效果，必須使用3層或多層膜。

第三十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五6層AR膜：玻璃/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2TiO2/SiO2厚度范圍（nm）9~13/30~40/50~80/1~15/22~40/80~90AR寬度范圍：<0.6%,430~680nm第三十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空濺射鍍濺射鍍膜是利用氣體放電產生的正離子在電場作用下轟擊作為陰極的靶材，使靶材中的原子（或分子）逸出并沉積到基板表材上形成所需要的膜。在陰極靶材上造一個正交的磁場，是的電離的幾率增加，就成為了廣泛應用的磁控濺射鍍。分類：非反應濺射反應濺射直流磁控濺射中頻磁控濺射射頻磁控濺射成膜條件：靶材Ar周圍的真空環境第三十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五磁控濺射原理1.氬氣電離ArAr++e2.在電場作用下電子會加速飛向陽極3.在電場作用下，Ar+會加速飛向陰極的靶材，靶材離子及二次電子被擊出，前者到達基材表面形成薄膜，后者會被加速至陰極途中促成更多的電離4.垂直分布的磁力線將電子約束在靶材表面附近，延長其在等離子中的運動軌跡，提高它參與氣體分子碰撞和電離過程中的幾率的作用。第三十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五DC(導電材料)RF(絕緣介質材料)反應(氧化物、氮化物)或不反應(金屬)第三十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五+真空固體濺射粒子（離子或中性粒子）注入離子滲透深度入射離子濺射過程的物理模型第三十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五磁控濺射原理為了提高離化率,增加濺射沉積的速率,在靶背面增加磁場是個有效的方法----電場與磁場的交互作用,使得二次電子在靶面做螺旋式運動,大大延長了二次電子的運動行程，從而大大增加了它同氣體分子碰撞的機會，從而大大地提高了離化率，增加了濺射速率。第四十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五磁控濺射的特點1.離化率高，等離子密度大，從而提高了濺射速率；2.減少了電子對基材的轟擊，從而有效地降低了基材的溫升；3.平面靶材利用率低，只有20-30%左右，不過目前可以使用旋轉圓柱靶材，可以獲得70%以上的利用率。第四十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五濺射電流(生長速率)壓強(濺射粒子的最高能量)壓強與靶材-襯底之間的距離(多孔性、質地、晶體性）反應氣體混合比(化學配比)襯底溫度(晶體性、密度和均勻性)襯底偏壓(薄膜結構和化學配比)磁控濺射中的重要參數第四十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五濺射靶材第四十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五水平濺射鍍SputteringchamberBufferchamberUnloadingchamberPlasmatreatmentLoadingchamberrobotInSputteringChamberBufferChamberUnloadingChamberBufferChamberLoadingChamberOut第四十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五價格低。金屬薄膜厚度只有0.5～2μm，不影響裝配。環保制程，無污染。欲濺射材料無限制被濺射基材幾無限制膜質致密均勻、膜厚容易控制。附著力強EMI的優點第四十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五工藝：

超聲波清洗---烘干---輝光清洗---鍍銅-（AlAgNi)—鍍不銹鋼性能：

電阻

耐蝕性

附著力

環境測試第四十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五真空離子鍍真空離子鍍膜技術是將真空蒸發及濺射相結合的一種新鍍膜技術。離子鍍與蒸發鍍、濺射鍍的本質區別：前者在基片上施加了負偏壓，后者在基片上未加負偏壓。在之前講過的各種蒸發鍍、濺射鍍技術中，若能在基片（導電基材）上施加一定幅值的直流或脈沖負偏壓，便可使其變成蒸發離子鍍、濺射離子鍍，統稱離子鍍第四十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五在鍍膜的同時，采用帶能離子轟擊基材表面和鍍膜層的鍍膜技術稱為離子鍍。離子轟擊的目的在于改善膜層的性能。

它借助于一種惰性氣體的輝光放電，使金屬或合金蒸氣離子化。離子經電場加速而沉積在帶負電荷的工件上。第四十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五離子鍍應用1、工藝性鍍膜：提高工件表面理化特性的鍍膜可使其使用壽命及生產效率成倍提高。如在切削刀具上鍍制2~5μm的TiN膜層，可使刀具壽命提高2~10倍，提高切削速度30%,提高進給量20~100%，且使加工工件的光滑度提高一個等級。第四十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五2、裝飾性鍍膜：離子鍍膜設備可制備多種色澤的膜層，由淺到深的金黃色，黑色，藍色以及彩色和復合色等等，在鐘表首飾，燈具廚具及各種裝飾性材料的加工過程中已被廣泛運用。第五十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五高速切削工具(鉆頭，銑刀等)：鍍---AlTiN，TiAlN等機加工工具(車刀，銑刀，滾刀等)：鍍---TiN，TiNC，TiAlN等模具(塑料擠壓模具，金屬成型模具等)：鍍---TiN，TiNC，TiAlN，CrC鋸片(金屬鋸片，石料鋸片，木工鋸片等)：鍍---TiN，CrC，TiCN，AlTiN第五十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五產品名稱鍍膜材料微硬度(HV)摩擦系數內應力耐氧化溫度鍍膜顏色鍍膜結構TiAlN氮化鈦鋁30000.4-1.5800暗紫色多層膜TiAlN氮化鋁鈦33000.3~0.35-1.5900黑紫色納米結構DLC類金剛石25000.1~0.2N/A350灰黑色單層膜WC/C碳化鎢10000.1-1.0300灰黑色薄

膜TiN氮化鈦20000.4-2.5550金

色單層膜TiCN碳氮化鈦30000.4-4.0400灰

色多層膜CrN氮化鉻18000.5-1.5700銀白色單層膜第五十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五

TiAlN-氮化鈦鋁多層膜結構，適用于眾多種類工具，例如碳化鎢，陶瓷，高速鋼，具有良好的熱傳導率和優秀的化學穩定性，適用于高硬度模具之高速干式切削等各類切削刀具，及需耐溫，耐腐蝕性場合之模具，工具零配件。TiAlN-氮化鋁鈦(高鋁)納米結構，更強化了附著力，硬度及減低內應力，適用于高硬度模具鋼材之高速，干式切削等各類切削刀具，及需耐溫、耐腐蝕性場合之模具、工具零配件。

第五十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五離子鍍的種類（a）高頻放電離子鍍（b）空心陰極放電離子鍍(c)感應加熱離子鍍

第五十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五離子鍍時離子沉積的能量達到30～l000eV，故結合力極好，再復雜形狀的工件也能鍍覆，沉積速率也較快，一般在1～50μm／min。膜層致密無孔。

鍍膜：DLC氮化鈦、氮化鉭、氮化鋯及碳化鈦第五十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五PMMA表面陶瓷涂層研究涂層特點：

有機無機雜化涂層

交聯式網狀結構透明

PMMA特點：

透明度>92%化學穩定好耐候性易加工質量輕抗沖擊性好是無機玻璃的8-10倍易劃傷耐熱性差第五十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五溶膠一凝膠工藝作為一種先進的工藝方法，由于具有反應條件溫和、容易控制、材料性能調節余地大等特點，可以很方便地通過改變參與反應的有機、無機組分含量，實現納米涂層的性能裁剪，得到所需性能。第五十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五ParameterCoatingpH4viscidity10MPasBoilingpoint>70°CBurningtemperature279°CFlashpoint22°C

explodinglimit66.0g/m3Steampressure(Reid40°C)9.7kPadensity(22°C)0.92g/cm3

firingtemperature75°CThicknessofcoating2-3μmScratchresistance6N涂層參數第五十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五基材前處理工藝流程Si（OC2H5）4+H2OSi（OH）4+4C2H5OH

水解反應縮聚反應nSi（OH）4nSiO2+2nH2O第五十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五原材料：無水乙醇、鹽酸、正硅酸乙酯、流平劑、消泡劑、偶聯劑反應方程：第六十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五第六十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五偶聯劑偶聯劑是一類具有兩不同性質官能團的物質，它們分子中的一部分官能團可與有機分子反應，另一部分官能團可與無機物表面的吸附水反應，形成牢固的粘合。硅烷偶聯劑硅烷偶聯劑的通式為RSiX3，式中R代表氨基、巰基、乙烯基、環氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團，這些基團和不同的基體樹脂均具有較強的反應能力，X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。硅烷偶聯劑在國內有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171這幾種型號。第六十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷

KH560γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷

KH570γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3第六十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五涂層制備參數PH值催化劑反應溫度黏度陳化時間涂布的參數干燥溫度第六十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五涂布方式的選擇噴涂

利用噴槍等噴射工具把涂料霧化后，噴射在被涂工件上的涂裝方法旋涂電子工業中，基片垂直于自身表面的軸旋轉，同時把液態涂覆材料涂覆在基片上的工藝浸涂將工件浸沒于涂料中，取出，除去過量涂料的涂裝方法第六十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五涂層的測試附著力鉛筆硬度抗劃痕測試鋼絲絨測試耐溶劑測試熱沖擊測試第六十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五Testingmethod:hammerscratchtest第六十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五LDS（激光一體化成型）LDS工藝是由德國激光領域專業企業LPKF激光電子股份有限公司開發的，在單組份注塑的部件上，利用激光在幾秒鐘之內在塑料部件表面成型電路。采用這種方法將成型的電路激活，然后再金屬化。LPKF-LDS技術使用激光在復雜三維部件表面上照射成型天線電路，這些三維部件是采用LDS樹脂注塑成型的。該項技術的主要優勢包括，效率極高，為快速變更產品設計提供了極高的靈活性，并且提供在三維部件表面成型天線電路的方法。第六十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期五優點

高柔性化－由于激光把計算機里的圖形直接轉移到注塑件上，無需額外的工具或掩膜。線路只取決于CAD數據。

模具成本大幅降低－因為激光線路加工的MID可以