真空技术基础及蒸发镀膜介绍

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,真空技术根底及蒸发镀膜介绍,目录,一、真空技术概述,二、真空技术根底,三、真空系统的组成,四、蒸发镀膜原理,五、蒸发镀膜的分类及其特点,六、蒸发镀膜在集团的应用,真空曾经是一门很神秘的学科，因为它一直是兴旺国家在军事、原子能和空间技术等关系国家科学技术竞争力的高技术领域剧烈竞争的秘密武器。但随着技术的迅速开展和应用的日益广泛，其神秘面纱才逐渐被揭开。,真空薄膜对我们十分有用，现举三个例子；,a.信息存贮薄膜；,b.玻璃上镀二氧化钒薄膜那么具有智能化功能；,c.高耐磨、低摩擦系数、高化学稳定性的薄膜。,现在连金属的冶炼、衣服的储存、食品的包装都已用到真空技术。,一、真空技术概述,一真空技术的应用领域：,1.航空航天； 2.电子技术；,3.汽车工业； 4.家电；,5.水利工程； 6.海洋；,7.城市建设。,二真空薄膜的作用：,1.耐磨、 2.润滑；,3.耐热； 4.装饰与金属化；,5.电子元件的电学性能；6；耐腐蚀；,7.光学性能。,由于真空制程无污染，易操作和控制，可靠性和稳定性好，自动化程度高等许多优点，我相信，真空技术的使用将会越来越普遍和广泛。,三真空镀膜方法分类,真空镀膜分为物理气相沉积，即PVD (physical vapor deposition)和化学气相沉积CVD (chemical vapor deposition),前者又分为： 后者分为：,CVD，,CVD，,CVD,CVD。,按功能要求也可区分为：,1.装饰性镀膜； 2.功能性镀膜。,二、真空技术根底,1相关概念,1真空的定义：真空并不是真正的没有空气，它是指低于一个大气压的气体空间。,2真空度的单位：分子数/cm,即分子密度的单位(标准状态3x1019个/cm3)，但分子密度这个物理量不好度量，一般用压强作真空度的单位。,密度越低那么真空度越高。压强的单位为Pa或Torr。真空度和压强是两个不同的概念。,3气体与蒸气,临界温度：气体无论如何压缩都不会液化的特定温度。,高于临界温度的气态物质为气体；低于临界温度的气态物质为蒸气。,2 .稀薄气体的根本性质：,1气体分子的速度分,布：温度越高，高速度分,子数越多。,2 平均自由程:：每,个分子在连续两次碰撞,之间的距离。,3碰撞次数：單位時間内在單位面積的器壁上發生踫撞的氣體分子數。,4余弦散射定理：踫撞于固體外表的分子，它們飛離外表的方向與入射方向無關，並按與外表法線方向所成角度的餘弦進行分佈。,3.理想气态方程：即P,V,T,m之间的关系:,1波义尔定律：m和T一定：,PV=C, P1V1=P2V2,2) 盖.吕沙定律：m 和P一定：,V/T=C, V1/T1=V2/T2,3) 查理定律：m和P一定：,P/T=C, P1/T1=P2/T2,4、真空区域的划分及其应用：,1粗真空105102 Pa) ：,a.气体分子数多；b.以热运动为主；c.分子间碰撞频繁；d.平均自由程短。,2低真空10210-1：,a.会产生气体导电现象； b.气体的流动逐渐由粘稠状态过渡到分子状态；c.液体沸点大为降低引起剧烈蒸发；b.自由程可与容器尺寸相比较；e.分子间碰撞减少。10161013/cm3。,3高真空10-1 10-6Pa)：,a.分子按直线飞行；b.分子间碰撞大为减少，主要与容器壁碰撞; c.气体的热传导与内摩擦已变得与压强无关。,4超高真空(10-6Pa 10-12Pa )：,分子间极少碰撞，主要与容器壁碰撞。,其用途主要是得到纯洁气体和纯洁的固体外表。1010个/cm3以下。,5极高真空( 10-12Pa )：有统计涨落现象。是真空技術有待進一步發展的範圍。,三、,真空系统的组成：,1,系统介绍,真空系统的组成：,真空室、真空泵、真空规。,真空室：,抽真空系统分为,前,级泵，次级泵。,至今还没有一种泵能从一个大气压一直工作到超高真空。因此通常是将几种真空泵组合使用。,真空泵是用来获得真空的手段，,2真空泵的分类及其应用,几种常用的真空泵：,a.,机械泵:,其转子不,停地旋转，不断进行吸,气、压缩和排气，于是,与机械泵连接的真空室,便获得了真空。,b.,扩散泵：,氣體分,子扩散，与超音速蒸气,流碰撞，驱使其运动并,被带往出口。扩散泵不,能单独使用。,c.,分子泵：动量传输原理。特点是：启动快，噪声小，运行平稳；抽速大；不需工作液体。,d. 罗茨泵：动量传输、变容原理。,1转子与泵体、转子与转子之间保持一不大的间隙约0.1 mm， 缝隙不需要油润滑和密封，故很少有油蒸气污染；,2运转无摩擦，转速高达3000转/分；,3启动快，振动小，抽速大。,它必须与前级泵串联使用。,3 、真空度的测量,a热偶真空计：低压时热传导与压强有关,b电离真空计：电离电流与压强成正比,4、真空度的计算及影响真空度的因素,P = Pui+ Qi/Si-V/ Si dPi/dt,1真空泵对某气体的极限压强Pui(Pa)；,2泵对某气体的抽速Si(m3/s)；,3真空室内的各种气源Qi(Pa m3/s)；,4真空室的容积V(m3)；,5真空系统的结构材料管道、阀门和其它附属设备、加工工艺、操作程序。,四、真空蒸发镀膜原理,1、真空蒸发镀膜定义：在真空室中蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从外表气化逸出，形成蒸气流，入射到固体衬底或基片外表，凝结形成固态薄膜的方法。,2主要组成局部：,a.真空室：,b.蒸发源或蒸发加,热器：,c.基板：,d.基板加热器及,测温器。,3相关概念, 饱和蒸汽压：在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸汽与固体或液体平衡过程中所表现出来的压力。,蒸发速率：单位时间内蒸发物质形成薄膜的,厚度。,蒸发速率与以下因素有关： 蒸发物质的分子量；温度；,饱和蒸气压；,外表清洗状况。,蒸发速率的控制：温度，尽量防止过大的蒸发梯度。,蒸发热量：蒸发材料蒸发时所需热量。,Q=Q1+Q2+Q3,Q1:蒸发材料蒸发时所需热量；,Q2：蒸发源因热辐射所损失的热量；,Q3:蒸发源因热传导所损失的热量。,蒸发粒子的能量：一般在1-13(kJ/g)。,Al:12.98 Ag:2.85 Au:2.01,4、真空蒸发镀膜的优缺点：,优点,1) 设备比较简单，操作容易；,2) 制成的薄膜纯度高，质量好，厚度可较准确确控制；,3) 成膜速率快，效率高，用掩膜可以获得清晰图形；,4) 薄膜的生长机理比较简单。,缺点：,1) 不容易获得结晶结构的薄膜；,2) 附着力较小；,3) 工艺重复性不好。,5、膜厚的测试方法,形状膜厚：机械方法；光学方法；电子显微镜法,质量膜厚：质量测定法；原子数测定法,物理膜厚：电学法；光学法,6、 蒸发源与膜厚分,布：,1点蒸发源；,2小平面蒸发源；,3细长平面蒸发源；,4环状蒸发源；,5蒸发源与基板的,相对位置；,6蒸发源的蒸发量。,富士康柱套膜厚,：,底漆24,mm、,铝层1,mm、,面漆8,mm,7、蒸发的三个根本过程：,固相或液相气相,气化原子或分子在蒸发源与基片之间的运输,蒸发原子或分子在基片外表上的沉积过程,蒸发源的开展过程：,1为了抑制或防止薄膜原材料与蒸发加热器发,生化学反响，改用耐热陶瓷坩埚；,2为了蒸发低蒸汽压物质，采用电子束蒸发或,激光加热。,3为了制造成分复杂或多层复合膜，开展了多,源共蒸发或顺序蒸发法；,4为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材,料的偏离，出现了反响蒸发法。,五、蒸发源的分类及其特点,1. 蒸发源的类型,电阻蒸发源： 电阻蒸发源的形式,蒸发源材料要求：,1熔点要高；,2饱和蒸汽压底；,3化学性能稳定；,4良好的耐热性；,5原料丰富。,常用W、Mo、Ta 或耐高温的金属氧化,物、陶瓷或石磨坩埚。 W的熔点：3380oC,相对密度：19.3；,Mo的熔点：2630oC,相对密度：10.2；,Ta的熔点：2980oC,相对密度：16.6。,B电子束蒸发源,优点：1.束流密度高，蒸发速度快；2.可防止容器材料的蒸发有利于提高纯度；3.热效率高。,缺点：设备结构复杂，价格昂贵。会产生软X射线对人体有害。,直枪蒸发源,e,型电子枪蒸发源,高频感应蒸发源 1) 蒸发速率大；,2) 温度均匀稳定，无飞,溅现象；,3) 一次装料，温度易控,制，操作简单。,2.合金及化合物的蒸发,1合金的蒸发,1瞬时蒸发法,2双源或多源蒸发法,各蒸发源的速率可独立,控制以保证合金成分。,2化合物的蒸发,1反响蒸发法,Al+O2 Al2O3,2三温度蒸发法,3.,分子束外延镀膜法,4.特殊蒸发源： 1 电弧蒸发的特点：,a.可蒸发包括高熔点金属在内的所有导电材料。,b.可简单快速制作无污染薄膜；,c.无基板温度升高问题。,缺点：,a.难控制蒸发速率；,b.放电飞溅会损伤膜层。,2热壁蒸发；,为了获得良好的外延生长,薄膜，利用加热的石英管等,把蒸发分子或原子从蒸发源,导向基板可生成这种薄膜。,a.系统处于高真空中；,b.在热平衡状态下成膜。,c.可形成超晶格结构。,d.方法简单、价格廉价、,缺点：可控性和重复性差。,与分子束外延相比,3 激光蒸发,激光蒸发法作为热源来蒸镀薄膜是一种新技术。,优点：,a.可蒸发任何高熔点材料，获得很高的蒸发速率104-105nm/s)；,b.适合在超高真空下,制备高纯度薄膜；,c.易实现闪蒸和保证,膜成分的化学比。,缺点：,a.系统价格较贵；,b.温度高，蒸发粒,子易离化。,4连续蒸发镀膜：,用途：主要用来生产那些以柔性材料为基体的薄膜。如电容气，磁带，包装材料；隔热窗帘,单面镀膜结构 双面镀膜结构,六、真空蒸發鍍膜在集团的应用,应用：,1计算机按键按钮的金属化鍍膜；,计算机零件的装饰性镀膜；, 按钮的装饰性镀膜；,真空蒸发镀膜的常用流程：,IQC检 静电除尘 风枪吹 干刷 抽风 上线 干刷 风枪吹 UV底漆 真空蒸镀 UV面漆,2) 上线 静电除尘 UV底漆 真空蒸镀 静电除尘 UV面漆 其底漆和面漆均为同一条产线但流向相反,3 天蜡水浸泡 晾干 50度烤炉 酒精擦拭 上挂 UV喷漆 真空蒸镀 UV面漆,、蒸发镀膜案例分析,1品质异常问题1月15日：导套良率不到20%： 外表麻点，油点严重。,原因：稀释剂对清洗剂有排斥作用导致清洗不,干净。,解决方法：用757代替3453换材料。,2良率问题：,柱套凹点问题； 2月9日，作料 6500ps,不良品率高达64%，全部为凹点。,在进行了一些调查后，我们用另一批新料作了一批试验，结果如下：,原因：这批材料储存太久外表灰尘脏污严重,解决方法：作特殊清洗处理,3按钮卡滯问题2月21日：,mmmmmm,