PVD工艺特点.ppt

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1、PVD工艺特点-制程查核重点管制程查核重点管控及重点镀槽的维护周期、控及重点镀槽的维护周期、注意事项注意事项 2006.9.12vPVD的发展前景的发展前景v2005年全球物理气相沈积法（PVD）的市场规模达到52亿美元，未来则将以10.1的年成长率持续扩展至2010年的84亿美元左右。v擅长多领域市调分析，著重成长市场的BusinessCommunicationsCompany,Inc.（总公司：康州），调查分析了物理气相沉积法的全球市场后，出版了一本综合报告书PhysicalVaporDeposition(PVD)。报告书内容包括：沉积技术与未来趋势概要、PVD的应用与特性、需求趋势评估与

2、对PVD的影响、各行业的市场牵引力、沉积材料、至2010年的各市场预测、全球产业结构调查分析等等。全书含138幅图表共215页。v建霖建霖PVD工艺流程工艺流程:v2.1上挂上挂v2.2清洗清洗v2.3镀膜镀膜v2.4下挂、细检下挂、细检v2.5包装、装箱包装、装箱v2.3.1镀膜原理及设备介绍镀膜原理及设备介绍v离子镀膜技术是一种的在真空中进行的物理气相沉积（PVD），包括电弧镀膜、空心阴极镀膜、磁控溅射、离子束镀膜等许多方法，其中电弧镀膜被认为最具市场价值。它的基本原理是：在真。它的基本原理是：在真空室中利用弧光放电将镀料（钛等金属或合金）空室中利用弧光放电将镀料（钛等金属或合金）熔化并蒸

3、发离化生成等离子体，通过电场进行加熔化并蒸发离化生成等离子体，通过电场进行加速并与反应气体生成金属化合物（如速并与反应气体生成金属化合物（如TiN），最后），最后沉积在工件表面。沉积在工件表面。与其它真空镀膜方法相比,电弧镀膜具有离化率高，可镀多种膜层，膜层质量好，成膜效率高，靶可以任意方向放置，可制造大型设备，可在较大范围内控制温度等优点，使其成为工业化生产的首选镀膜方法。其典型涂层有TiN,TiC,ZrN,TiCN,TiAlN,CrN,Ti,Cr,Ni等，主要用于各种材料的装饰镀膜和工膜具功能镀膜。vPVD镀种及应用镀种及应用v3.1锆化合物锆化合物v锆的氮化物除了稳定的锆的氮化物除了稳定

4、的ZrN外，还有外，还有Zr3N2，Zr3N4，Zr2N2和和Zr3N8，氧化物有，氧化物有Zr2O3（绿色）（绿色）和和ZrO（紫色）（紫色）v3.2PVD技术应用技术应用v真空阴极弧物理蒸发过程包括将高电流，低电压的真空阴极弧物理蒸发过程包括将高电流，低电压的电弧激发于靶材之上，并产生持续的金属离化。被电弧激发于靶材之上，并产生持续的金属离化。被离化的金属离子以离化的金属离子以60至至100eV平均能量蒸发出来形平均能量蒸发出来形成高度激发的离子束，在含有惰性气体或反应气体成高度激发的离子束，在含有惰性气体或反应气体的真空环境下沉积在被镀工件表面。真空阴极弧物的真空环境下沉积在被镀工件表面

5、。真空阴极弧物理蒸发靶材的离化率在理蒸发靶材的离化率在90%左右，所以与磁控离子左右，所以与磁控离子溅射相比，沉积薄膜具有更高的硬度和更好的结合溅射相比，沉积薄膜具有更高的硬度和更好的结合力。然而，由于阴极弧蒸发力。然而，由于阴极弧蒸发过程非常激烈，与蒸发过程非常激烈，与蒸发过程较为平和的磁控离子溅射相比，阴极弧蒸发过过程较为平和的磁控离子溅射相比，阴极弧蒸发过程中会产生较多的有害杂质颗粒，这限制了真空阴程中会产生较多的有害杂质颗粒，这限制了真空阴极弧物理蒸发在要优质表面质量场合的应用。极弧物理蒸发在要优质表面质量场合的应用。vPVD技术目前在装饰镀膜与工具镀膜两方面得到技术目前在装饰镀膜与工

6、具镀膜两方面得到广泛应用广泛应用：一、超硬薄膜应用于工业的超硬薄膜，要求硬度而且耐磨的产品，例如:冲、压、挤等之模具及精密模具。所有表面需耐磨、抗腐蚀、需要润滑之机械等零件。提高了产品寿命（210倍），提高了切削速度和工件表面的光洁度。v二、裝飾薄膜v应用于生活用品的装饰薄膜，要求表面装饰美观产品，例如：钟表、首饰、灯饰各种门把、锁、餐具类、bodypiercing卫浴设备、五金.、镜架、眼镜配配件等装饰物。颜色有枪色、蓝枪色、钛枪色、蓝枪色、钛金色、红钛金色、锆金色金色、红钛金色、锆金色.香槟色香槟色、钛灰色钛灰色等不同的颜色，还有根据客户需要设计推荐极具市场争力的色种。v3.3镀种镀种v已

7、稳定在装饰镀膜与工具镀膜两方面上被覆处理多种超硬薄膜包括氮化钛（TiN）、碳化钛（TiC）、氮碳化钛（TiCN）、氮化锆（ZrN）、氮化铬（CrN）、氮化铝钛（TiAlN），MoS2等。vvPVD氮化鉻超硬陶瓷薄膜具高硬度(Hv2100-2400),抗蝕性強,耐高溫氧化(800),超高附著力及可在中、低溫範圍(200-400)加工處理之特性,非常適合作模具表面加工。类金刚石涂层类金刚石涂层(DLC)-Ti+DLC涂层具有良好硬度及低摩擦系数，适用于耐磨性表面、铸模、冲模、冲头及电机原件；Cr+DLC涂层为不含氢的固体润滑溅射涂层，适用于汽车部件、纺织工业、讯息储存及潮湿环境。含含MoS2的金属

8、复合固体润滑涂层的金属复合固体润滑涂层适用于铣适用于铣刀、钻头、轴承、及极低磨擦需求的环境、如航刀、钻头、轴承、及极低磨擦需求的环境、如航空及航天科技的应用空及航天科技的应用v涂膜的类型及应用氮化钛（涂膜的类型及应用氮化钛（TiN）v氮化钛（TiN）v涂膜呈金黄色，表面硬度接近81洛氏硬度，摩擦系数约为4。氮化钛（TiN）涂层是现金最常见的气相沉积（PVD）硬质涂层。它既有艳丽的外表又有不错的性能品质，而且十分安全（达到了美国食品及药物管理局有关植入人体器件以及食品接触用具的安全标准）。氮化钛涂层具有良好的防腐蚀、热转移、防磨损等功用，能应用在很多种类的材料上，包括铁、硬化钢、不锈钢等。在成型

9、操作中，对要处理的工件进行氮化钛（TiN）涂膜可改善其表面性能，从而减少工件材料发生卡滞和咬焊现象。对刀具进行氮化钛（TiN）涂膜，可使其寿命延长3至8倍，同时提高了进给速度和进给量。当然了，延长刀具寿命和提高进给速度、进给量也和其它一些因素有关，比如具体的操作类型、冷却剂类型等。v硬度：硬度：2800HV涂膜厚度：涂膜厚度：2-4微米v热稳定性：热稳定性：550oC或1000oFv氮化碳钛（氮化碳钛（TiCN）v氮化碳钛（TiCN）涂膜呈中灰色或古铜色，表面硬度接近90洛氏硬度，摩擦系数约为3。氮化碳钛（TiCN）涂层的热稳定性可达750oF。涂布氮化碳钛涂层的刀具，其防止研磨料、易胶粘料以

10、及难加工材料（如：铸铁、铝合金、工具钢、铜、钛合金等）的磨损作用加强了。对刀具进行氮化碳钛（TiCN）涂膜，可使其寿命延长8倍之多，同时提高了进给速度和进给量。当然了，延长刀具寿命和提高进给速度、进给量也和其它一些因素有关，比如具体的操作类型、冷却剂类型等。v硬度：硬度：3000HVv涂膜厚度：涂膜厚度：2-4微米v热稳定性：热稳定性：400oC或750oFv氮化铝钛（氮化铝钛（TiAlN）v氮化铝钛（TiAlN）涂膜呈紫黑色，表面硬度高于80洛氏硬度，摩擦系数比氮化钛（TiN）涂膜要小。涂布氮化铝钛涂膜的刀具，在加工研磨料、易胶粘料以及难加工材料（如：铸铁、铝合金、工具钢、镍合金等）的性能明

11、显加强了。氮化铝钛（TiAlN）涂膜改善了刀具的展延性，使其特别适合断续切削操作。同时该涂膜具有极佳的抗氧化作用，亦特别适合用于高温操作。氮化铝钛涂膜不会使刀刃变脆，用在断续切削时不会产生碎片。氮化铝钛涂膜最适用于刀刃在操作中产生最高热量的刀具。v硬度：硬度：2800HVv涂膜厚度：涂膜厚度：2-4微米v热稳定性：热稳定性：750oC或1350oFv氮化钛铝（氮化钛铝（AlTiN）v具有氮化钛铝（AlTiN）涂膜的刀具切削速度有了提高，可切削任何的材料（包括：镍、钛、高温合金等）。特别适合用于干加工、高速加工以及一些高温加工和难加工材料的加工。刀具的进给速度和进给量有了显著的提高，生产效率随之

12、提高。在许多情况下，可使直接利用刀具进行操作，省去了润滑冷却剂的费用，以及切屑清除、废料处理、部件清洗等操作成本。氮化钛铝涂膜的端铣刀需要飞快的运行，以产生足够的热量从而能在切削刃上形成一层坚硬的氧化铝膜层。经验法：如果条件允许，至少要比氮化钛涂膜的端铣刀快30%。氮化钛铝属于一种新型的涂膜，其摩擦系数约为4。v硬度：硬度：3500至4500HVv涂膜厚度：涂膜厚度：3-6微米v热稳定性：热稳定性：800oC或1450oFv鍍膜種類氮化鉻(CrN)硬鉻(Cr)氮化鈦(TIN)v應用厚度(um)2-1020-502-10硬度(Hv)2100-2400750-10002100-2500氧化溫度80

13、0-500耐酸性腐蝕極佳差差脫模能力極佳普通普通壽命350,000次100,000次180,000次v(以成型模具沖撞為例)PVD各工序及设备维护各工序及设备维护v一、前处理：v1、除油槽（1300L）v镀液组成v主要成份水氢氧化钠磷酸钠除油剂SF-201备注化学式H2ONaOHNa3PO4-温度：45-55浓度-10-20g/L10-20g/L30-50g/L时间：3-10minsv维护要点：v一般情况下每班生产前补加NaOH0.5KG、Na3PO40.6KG、SF-2011L，具体添加量依化验室浓度测量报告。把测得的浓度值记录在【自动清洗线运行记录表】上，添加量记录在【镀液维护记录表】上。

14、v生产前镀液维护操作：v检查液位并补充液位至规定刻度线处，打开超声波主机，调整至规定频率，开启加热管、过滤机过滤。v清洗过滤机/周，更换槽液/月，并记录在【镀液维护记录表】上。v调配溶液：首先，排掉旧药液,捞起所有掉槽工件，交上挂检查、确认、分类处理。其次，用水冲洗槽内臂，并用纱布擦干净，清洗底部排水口的过滤网。加入槽体积60-70的水，开启加热至50度左右。加入开缸量的NaOH（25KG）和Na3PO4（25KG）搅拌溶解。加入开缸量的SF-201（50KG）,再补水至标准液位，开启加热至50度左右；并记录在【镀液维护记录表】上。最后，检查液位，打开过滤机及超音波让设备运行2H后关闭电源。在

15、确定药充分溶解后，请化验室测量其浓度值是否在规定的范围内。v注意事项：v吊臂出/入槽时注意挂具与槽臂之间距离，防碰撞槽，运行时严禁在吊臂下作业或攀爬。生产中水洗槽进水阀旋至规定刻度,使水溢流进行水洗，不生产时关闭水阀。掉槽工件及时捞起，每班下班前打捞掉槽工件，捞工件时不得用硬物碰撞超音波主板。v2、活化（1200L）v镀液组成v镀液组成规格化学式含量范围开缸量备注硫酸化学纯H2SO410-20mL/L25Lv维护要点：v一般情况下每班生产前补加硫酸0.5L，具体添加量依化验室浓度测量报告。把测得的浓度值记录在【自动清洗线运行记录表】上，添加量记录在【镀液维护记录表】上。v生产前镀液维护操作：v

16、检查液位并补充液位至规定刻度线处，打开过滤机过滤。v清洗过滤机/周，更换槽液/月，并记录在【镀液维护记录表】上。v调配溶液：首先，排掉旧药液,捞起所有掉槽工件，交上挂检查、确认、分类处理。其次，用水冲洗槽内臂，并用纱布擦干净，加入槽体积60-70的水，缓慢加入开缸量的浓硫酸（25L），加完后充分搅拌再补水至标准液位，并记录在【镀液维护记录表】上。最后，检查液位，打开过滤机让设备运行2H后关闭电源。在确定药充分溶解后，请化验室测量其浓度值是否在规定的范围内。v二、镀膜设备维护：v1、维护前准备工作：维护前准备工作：v无论处于任何目的进入真空室，必须要做到：v穿全套的防尘服及手套v在口鼻处佩带防尘

17、口罩v确认真空室内没有工件和转架v确认电加热器处于室温状态。v2、每日日常维护：、每日日常维护：v日常维护步骤：操作者应该在每个工作日对设备进行日常维护。v每三至四个镀膜周期清洗一次炉子，用高压气枪和吸尘器来清洁真空室壁、转架罩、半月板、弧源及电加热管等。用纱布或擦洗纸沾上无水酒精清洁炉壁、转架罩、半月板、前门法兰和密封胶条。然后用工业吸尘器清除掉落的粉屑。v每次清洁炉体后应检查阴极与CAE法兰间的电阻是否大约在28欧，如果电阻大大低于此数值，要用高压气枪再一次对CAE进行清洁，以解决短路问题，如果此现象仍然存在，需卸下CAE。v检查CAE靶材是否牢固的安装在水冷座上，以及引弧针与靶材燃烧面是

18、否保持合适距离（大约8mm）。v检查低温捕集器制冷温度和回温温度，制冷最低温度应该低于零下120摄氏度，回温最高温度应该在50摄氏度左右。v日常维护记录：v日常维护及点检应严格按照设备点检表执行，日常维护由设备开机人员执行，设备人员及班组长负责督导。v日常维护项目应记录在日常点检表中，以打“”形式体现。v3、每周例行维护：每周例行维护：v每周维护是设备例行维护，每周应在设备人员的指导和监督下对设备进行一次例行维护。步骤如下：v除了功率输出控制柜，关闭所有电源前后面板上的空开。v检查所有冷却水循环管路并确认它们的流量正常，如果任何一个管路的流量异常处于低水平。可能是因为在管路内，特别是水表处有异

19、物部分堵塞。v检查旋片泵内的泵油：A.在工作状态下，从其窗口上可看到泵油水平线B.按要求定期更换机械泵油C.发现泵油变成淡黄色，应注意及时更换泵油。v检查罗茨泵上的润滑油杯是否满着，并确认每次加满油杯后可持续一周以上时间。v更换所有真空室内衬，用高压气枪，吸尘器，丙酮，酒精清洁所有安装在真空室上的部件。衬板用褪镀液体褪镀后用清水冲洗，然后用丙酮擦拭，再安装回去。v检查CAEs上的绝缘情况。每周保证至少对一个弧源进行一次拆下并全面维护，彻底清洁聚四氟乙烯套的被镀上部分。烘烤（60-70度）尼龙垫2小时，安装完后未通水其电阻值应为10兆欧。v检查工件转架系统：A.检查转架转动是否灵活B.用高压气枪

20、进行清洁C.检查工件转架的绝缘情况（注意：断开轰偏源输出电缆，测量夹具和炉体的电阻应该为10兆欧姆。）v检查所有供气系统的管路是否泄露和控制异常。v每周维护时应用干纱布擦拭设备，包括弧电源（柜），分子泵电源（柜子），所有真空泵，炉体。保持设备清洁。v每周维护时间及人员：v每周周日为每周例行维护时间，每周维护时应停止生产至少12小时。v每周例行维护每台炉子至少有3人参加，一人主要负责更换衬板，一人负责水路和弧源维护，一人负责清洁各设备并协助更换衬板。参加维护的人员必须经过培训。每周维护时设备人员负责对复杂设备的维护及维修，并对现场维护人员之工作进行核查。v每周维护应严格按照每周例行维护计划表来执

21、行，并记录在每周例行维护计划表中，已执行项目打“”，未执行项目打“”。每周例行维护计划表每季度更新一次。v设备维修：需要停机的设备维修每周末由设备人员或者在设备人员指导下进行。每一次设备维修和全面维护后应该将进行的项目填写在设备履历表中，以供后续参考。v4、每月总体维护：、每月总体维护：v每月维护时间及人员：v每月最后一个周日为每月例行维护时间，每月维护时应停止生产至少12小时。v每月例行维护至少有3人参加，参加维护人员需按各自职责完成每周维护项目外需要进行月维护项目。v每月维护是设备总体维护，每月应在设备人员的指导和监督下对设备进行一次总体维护。步骤如下：v每月总体维护时必须完成所有每周例行

22、维护项目。v每月维护需确认真空室是否处于正常工作状态：va、子泵系统抽真空至1.010-3Pa；vb、关闭V3，并等待30分钟来检查真空度是否为1Pa或更高；vc、如果不是上述数据，应查找原因并立即排除漏气问题。v在4路质量流量控制面板调整控制板上，检查4路质量流量控制器的工作“0”点。va、手动控制粗抽泵和罗茨泵进行抽真空，真空度将达到1Pa或更高；vb、当所有3位开关都设置为“关”，手动开启四路气体质量流量控制单元至少5分钟；vc、调整每一个精确校准电位计至0或1的位置。v通过按每一个紧急按钮来检查所有紧急开关工作是否正常，然后关闭总配电柜内的总空开。v检查所有供气系统及气体恒压分配板到真

23、空室的手动控制阀上的管路，具体步骤如下：v手动关闭所有阀。并当所有的气体质量流量率设置为0的时候，开启所有4路质量流量控制器。v用粗抽泵和罗茨泵从真空室中抽真空到大约1Pa。v在“RUN”位置，平稳的增加气体流量直到最大值，然后拨至“VENT”位置。v确认气体质量流量降低至接近0。v对气路2，3和4重复步骤53。v将所有设置返回到0，并关闭它们；v根据下一次的应用要求打开6个手动阀中的4个。v每两月更换SV300机械泵油，每三月更换罗茨泵油和维持泵油。v每月维护应严格按照每月全面维护计划表来执行，并记录在每月全面维护计划表中，已执行项目打“”，未执行项目打“”。每月全面维护计划表表每年更新一次

24、。如有维修则应将维修项目写入“设备履历表“中。v5、年度全面维护：、年度全面维护：v维护人员和操作者应在售后服务部门有经验的工程师的知道和监督下一年进行一次全面维护。v维护步骤：v关闭所有电源，排掉系统中的所有冷却水，用专用洗液清洁整个冷却系统，排出所有的脏物和铁锈，然后重新在系统中加满干净冷却水。v关闭服务柜中的手动阀。如果需要，打开电源柜或电源罩，对里面积累灰尘，用高压气枪清除。检查线和电缆的连接情况。v清洁或更换所有电源前门和真空室放气阀上的过滤器。v检查急停系统是否正常。v检查所有与大部件连接的PE线：粗抽泵支架，罗茨泵支架，真空室底架，真空泵护网以及服务柜等。v检查罗茨泵油杯是否充足，并确认油杯加油周期大于一周。v确认分子泵是否需要回厂进行整体维护。对真空阀（V1,V2）进行维护。更换SV300机械泵油。v检查所有机械泵排气管路，如果有管路内有太多灰尘，则需清除。v将顶盖与转架一起卸下，更换转架上所有轴，检查其转动是否灵活，检查所有电机和减速齿轮见的橡胶皮带以及碳刷是否处于良好工作状态。v用检漏仪来确认设备是否有漏气问题。v11校准热偶和电离规管v12通过调整GMF控制器中的电位计来校准“0”点。v13检查系统所有部件上标牌的完整性，它们是否仍在，并能辨认出上面的文字，否则将其更换。v14检查所有真空室法兰、底架、阀和泵上的螺栓是否固定牢固。v 谢谢大家！