Uniforme controle van Magnetron-sputtercoating op complexe werkstukoppervlakken

Uniforme regeling van magnetronsputteren coating op complexe werkstuk oppervlak

Dit artikel introduceert het filmcoatingsmechanisme en de technische kenmerken van het werkstukoppervlak met complexe holtes. Met het oog op de problemen zoals ongelijke consumptie van doelmateriaal, concave erosiering en ongelijke en dichte filmdikte in het coatingproces van een complex werkstuk, werd een roterend kolomvormig magnetron sputterdoel in het experiment gebruikt. Meerdere doelen en materialen werden in verschillende posities van de coatingmachine geïnstalleerd. Het doel kan vrij roteren om de behoefte aan gerichte coating te realiseren; Het gebruik van meerdere magnetronsputterdoelwitten en het instellen van het hulpmagneetveld van de ongebalanceerde magnetronsputterkathodendoelstructuurverbetering, om de plasmadichtheid van de vacuümcoatingskamer te verbeteren, aldus de sputteringarti-punten biasstroomdepositiebekleding, enz. Te verbeteren. Serie van innovatief onderzoek, bedoeld om te bereiken in hetzelfde vlak, met complexe vorm en de structuur van de binnenste holte op de dikte van het bekledingsmateriaal van het werkstukoppervlak, dichte en continue functionele composietfilm.

Op randen en veel complexer dan de oppervlaktecoating in de holte, is de chemische beplatingstechnologie op dit moment in binnen- en buitenland meer, zoals ook werd uitgevoerd op de oppervlaktebehandelingsbehandeling van vacuümgolfsputterfilmtechnologie, momenteel voornamelijk in de regel en het vlakke oppervlak van de voorbereiding voor een enkele of samengestelde membraan, en wordt veel gebruikt in machines, elektronica, energie, materialen, informatie, ruimtevaart en andere gebieden, het beton zoals snijgereedschappen, hardware-instrumenten, mobiele telefoons, notebooks verschillende soorten sensoren en onderdelen hebben speciale vereisten, enz. Vanwege de kenmerken van de vacuümfilmvormende technologie, is het moeilijk en gecompliceerd om de filmdikte, uniformiteit en bindingskracht van het sputterfilmvormingsproces op het oppervlak van een complex werkstuk te regelen. Met de snelle ontwikkeling van de machinebouwindustrie wordt het toepassingsgebied van de oppervlaktecoatingtechnologie van het werkstuk uitgebreid van snijgereedschappen tot precisiestempelmatrijzen, ruimtevaartonderdelen en plug-ins voor elektronische accessoires. Nieuwe hoogwaardige folielagen blijven opduiken, zoals TiAlCN, AlCrN, TiSiN, diamantachtige laag, enz., Die de levensduur en de efficiëntie van het bewerken van de matrijs verbeteren. Het is erg belangrijk om de uniforme regeling van magnetron sputtertechnologie op het oppervlak van een complex werkstuk te bestuderen.

1. Mechanisme en technische kenmerken van magnetronsputtercoating

1.1 magnetron sputtering coating mechanisme

Het werkingsmechanisme van magnetronsputteren is dat onder de werking van elektrisch veld E, elektronen botsen met argonatomen tijdens het vliegen naar het substraat en ionen positief ion Ar en nieuwe elektronen ioniseren. Nieuwe elektronen vliegen naar het substraat, Ar-ionen versnellen naar het kathodedoel onder de werking van een elektrisch veld en bombarderen het doeloppervlak met hoge energie, zodat de putters van het doelwit . In de sputterdeeltjes worden de neutrale doelatomen of -moleculen op het substraat afgezet om een dunne film te vormen, en de gegenereerde secundaire elektronen zullen worden beïnvloed door het elektrische veld en het magnetische veld om EB drift te produceren, waarvan het bewegingspad vergelijkbaar is met cycloïde. Elektronen bewegen in een cirkelvormige beweging op het doeloppervlak en zijn gebonden aan het plasmagebied op het doeloppervlak. In dit gebied wordt een groot aantal Ar-ionen geïoniseerd om het doel te bombarderen, waardoor een hoge depositiesnelheid wordt bereikt. Met de toename van het aantal botsingen, is de energie van de secundaire elektronen uitgeput, en ze gaan geleidelijk weg van het doeloppervlak, en uiteindelijk storten op het substraat onder de actie van het elektrisch veld E. Magnetron sputteren is het botsingsproces tussen de incidentdeeltjes en het doelwit. Het passeert enige impuls aan het doelatoom door het complexe verstrooiingsproces en de botsing van het doelatoom. Het doelatoom botst met andere doelatomen om een cascadeproces te vormen.

1.2 kenmerken van technische toepassing

Magnetronsputteren is een zeer snel sputterproces onder lage druk. De ionisatiesnelheid van het gas moet effectief worden verhoogd. De plasmadichtheid kan worden verhoogd door een magnetisch veld op het oppervlak van de doelkathode in te brengen en de beperking van het magnetische veld op geladen deeltjes te gebruiken om de sputtersnelheid te verhogen.

Bij magnetronsputteren, de beweging van elektronen in magnetisch veld door lorentz-kracht, wordt hun traject gebogen en produceert zelfs een spiraalbeweging, het bewegingspad, vergroot dus het aantal botsingen met werkgas, de plasmadichtheid neemt toe, dus magnetronsputtersnelheid is sterk verbeterd, en kan werken onder lage sputteren spanning en luchtdruk, verminderen de neiging van membraan vervuiling; Tegelijkertijd wordt de op het substraatoppervlak invallende atoomenergie verhoogd, zodat de filmkwaliteit in hoge mate kan worden verbeterd. Elektronen die energie hebben verloren door herhaalde botsingen bereiken de anode en worden elektronen met lage energie, zodat het substraat niet oververhit raakt. Daarom heeft magnetronsputteren de voordelen van "hoge snelheid" en "lage temperatuur". Het nadeel van magnetronsputterbekleding is dat het geen isolatiefilm kan maken en dat het ongelijke magnetische veld dat wordt gebruikt in de magnetronelektrode aanzienlijke ongelijkmatige etsing van het doel veroorzaakt materiaal, resulterend in een lage bezettingsgraad van het doelmateriaal, dat is over het algemeen slechts 20% ~ 30%. De bezettingsgraad van magnetron sputterdoel is een belangrijke parameter voor het ontwerp van het ontwerp en de kostenberekening van het productieproces van magnetron sputterbron. om de bezettingsgraad van doelmaterialen te verbeteren, werden verschillende vormen van dynamische doelen bestudeerd, waaronder het roterende magnetische veld cilindrische doelwit het belangrijkste doelwit was en op grote schaal werd gebruikt in de industrie, en de benuttingsgraad van dergelijke doelmaterialen was zo hoog als 70% .Gemeenschappelijke magnetronsputterdoelen kunnen worden opgedeeld in drie typen van de geometrische vorm: rechthoekig vlakdoel, cirkelvormig vlak ta doel en cilindrisch doelwit.

2. Uniforme regeling van sputterbekleding op het oppervlak van werkstukken met complexe holtes

2.1 bestaande technische problemen

(1) het kathodetarget is vlak sputteren, dat wordt veroorzaakt door lokaal sterk sputteren veroorzaakt door ongelijkmatige magnetische veldcomponenten, resulterend in ongelijke consumptie van de doel- en concave erosiering. (2) het oppervlak van het werkstuk wordt afgezet en bekleed met meerdere lagen folie, en de bindingssterkte tussen de onderlaag en de filmlaag is niet uniform en stevig. Tegelijkertijd zijn er sputterverschijnselen van verschillende componenten en anti-sputtereffect van de filmlaag, wat resulteert in grote verschillen in de samenstelling van de filmlaag en het doelwit.

2.2 technische analyse en wetenschappelijke conceptie

(1) het werkstukoppervlak met meerdere randen en hoeken en meerdere holten wordt afgezet en bekleed met meerdere lagen folie. Het is de bedoeling om een roterend kolomvormig magnetronsputterdoel te gebruiken en meerdere doelen en materialen worden op verschillende posities van de coatingmachine geïnstalleerd. Het doel kan vrij ronddraaien om de behoefte aan gerichte coating te bereiken. (2) meerdere magnetronsputtertrefplaten en hulpmagnetische velden werden ingesteld om de structuur van ongebalanceerde magnetronsputterkathodetrefplaten te verbeteren, de plasmadichtheid in de vacuümcoatingskamer te verbeteren, en de voorspanningsstroom van het sputterwerkstuk verder te verbeteren om depositie en coating te bereiken. (3) de ongelijkmatige magnetische veldcomponent van het planaire sputterkathodedoel produceert een concave erosiering in het doelwit. Het is de bedoeling de magnetische veldverdeling te veranderen om isotrope interne spanning van het complexe werkstuk bij sputteren op het substraat te bereiken en om de dichte, continue en uniforme film te combineren.

2.3 experimentele methoden en technische route

2.3.1 experimentele materialen

De zes-stations magnetron sputterapparatuur werd gebruikt in het experiment, dat voornamelijk bestond uit een vacuüm-acquisitiesysteem, vacuümdetectie, vacuümoven, kathodematron, gasinvoersysteem en voeding. Afzetting met fysische dampafzetting PVD magnetronsputterwerkwijze werd gebruikt. Kathodematerialen: Ti, TiN, TiAIN, gecoate Ti, TiN, TiN, TiAIN multilement meerlagige film.

2.3.2 kwaliteitsdetectie van filmlaag (tabel 1)

2.3.3 experimentele methoden

De complexe oppervlakte-sputterfilm van het werkstuk werd vervaardigd door sputtering-ionenplattering. Om de technische problemen van complexe coating van het werkstuk op te lossen, werd het volgende experimentele onderzoek uitgevoerd.

(1) het kathodedoel is vlak sputteren en het lokale sterke sputteren veroorzaakt door ongelijkmatige magnetische veldcomponenten leidt tot een ongelijk doelmateriaalverbruik. Door de vorm en verdeling van het magnetisch veld te verbeteren, de magneet binnen de kathode te laten bewegen, de afscherming en andere maatregelen in te stellen, wordt gerealiseerd dat de filmbekleding van het werkstuk met meerdere randen en hoeken en meerdere holtes die op het substraat sputteren, kan genereren isotrope interne stress, en de film is compact, continu en uniform. De structuur van het uitgebalanceerde sputterdoel is hoofdzakelijk samengesteld uit magnetisch buitenmagneet, centraal magnetisch staal en magnetische poolschoenen.

(2) volgens de eis van sputteren op de oppervlaktebekleding van een complex werkstuk met meerdere randen en hoeken en meerdere holten om de structurele vereisten van doelmateriaal en doelwit te bereiken, werd roterend kolomvormig magnetron sputterdoelwit geadopteerd. Volgens verschillende werkstukomstandigheden werden gesputterde doelen met magnetische structuur of sputterstructuur gebruikt. Gyromagnetische cilindrische magnetron doelwit is het gebruik van het magnetisch veld rond de doelbuis parallel en verticaal doelwit elektrisch veld component, op het oppervlak van de buis in de doelbuis oppervlak orthogonale elektromagnetische veld, de installatie van doel in het midden van de depositiekamer, tot ongeveer 360 ° richting spincoating; Het cilindrische magnetron sputterdoel wordt op de zijkant van de coatingkamer gemonteerd. De doelbuis roteert continu tijdens het coatingproces om te voldoen aan de behoefte aan gerichte coating.

(3) het selectieve sputterfenomeen van verschillende componenten, de anti-sputtersnelheid en hechting van de film zijn verschillend, hetgeen zal leiden tot een groot verschil tussen de film en de doelcomponenten. De selectie van geschikte procesomstandigheden zal het anti-sputtereffect op de film minimaliseren.

(4) het gebruik van meerdere magnetronsputterdoel en het instellen van het hulpmagneetveld in de coatingruimte vormen een gesloten magnetisch veld, tenzij er een magnetische veldverdeling voor het doel is, het doelwit tussen het doelwit en door het instellen van het hulpmagneetveldeffect, vormen elkaar crosslinking effect, maken de plasmadichtheid toenemen, de artefacten drift, zodat meer randen en holte van het werkstuk om het doel van de afgezette coating te bereiken. Fig. 1 toont een schematisch diagram van gesloten magnetisch veld gevormd door vier niet-evenwichtige magnetronsputtertrefplaten en hulpmagneetveld.

2.4 experimentele resultaten en discussie

Van december 2012 tot februari 2013 werden sputterdecoatingproeven uitgevoerd op het oppervlak van respectievelijk een klein stempelmatrijswerkstuk en een communicatie-inrichting. TiN-monsters van kleine stempelmatrijswerkstuktestresultaten: het filmuiterlijk is goed, geen scheuren; filmdikte tussen 1 m ~ 5 m; filmuniformiteit was minder dan 5%; klein gat snelheid; filmhardheid tot 2000 HV; hoge hechtsterkte; sterke hechting, geen afpellen van injectielaag; uitstekende corrosieweerstand, hittebestendigheid en slijtvastheid; isotrope goede; ionisatiegraad van het materiaaldeeltje is 75% ~ 95%. Filmdepositiesnelheid is regelbaar (2.0 ~ 2000) nm / s; Filmvormingssnelheid (2 ~ 13) m / uur. Alle indexen in de proef bereikten de ontwerpvereisten en de de resultaten van de composietfilm op het oppervlak van communicatieapparaten bereikten ook het verwachte effect. Het is haalbaar om de uniforme controlemaatregelen van magnetronsputterbekleding op het werkstukoppervlak te bestuderen met meerdere randen en hoeken en meerdere holtes.

IKS PVD, Tools, model, decoratieve, optische coatingtechnologie, neem nu contact met ons op, iks.pvd@foxmail.com