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等离子体喷涂 | TRUMPF
建筑玻璃
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等离子体喷涂

生产超薄涂层

釉面喷涂技术是非常古老的文明成果之一。如今,装饰性防护层或硬材料层在日常生活中不可或缺。薄型涂层的采用和烧蚀在微电子元件的生产中也起着重要作用。 现代化喷涂主要应用于真空工艺,既可以采用物理气相沉积(也称 Physical Vapor Deposition(PVD)),也可以采用化学气相沉积(也称 Chemical Vapor Deposition(CVD))。应激发合适原材料以进行喷涂。例如 在蒸发 时,可以通过加热进行热处理。然而对于大量应用而言,应采用电气放电或等离子体进行激发。其生产需要合适电源。 对于等离子体喷涂来说至关重要的工艺是等离子体化学喷涂(也称等离子体化学气相沉积(PECVD))和磁控溅射。后者具有挑战性的一种变体是用于制备介电绝缘防护层的反应溅射。此外, 高功率脉冲溅射(HiPIMS)尤能开辟新颖应用类型。

等离子体喷涂

溅射

溅射 (尤其是磁控溅射) 是工业等离子体喷涂领域以量制胜的方法。溅射技术基于阴极溅射现象,这是电气激发等离子体中的一种基本现象:等离子体中的正离子电流击中阴极并在此脱离材料。 通常将磁控用作阴极,其将等离子体集中于阴极前,从而在基底上实现超高溅射率或喷涂率。 由于基底也受到离子一定程度的能量影响,因此不同于热蒸发,磁控溅射可以实现非常紧密的纹理细密型涂层。 导电靶(阴极上的原料)通常用于溅射。这使得金属和导电陶瓷特别适合。可 在惰性气体中对其进行溅射,从而使涂层组成与靶相对应。在反应溅射中,还通过添加氧气或氮气作为反应气体来喷涂绝缘氧化物或氮化物。它们作为介电透明防护层具有许多用途。 直流电源用于溅射单个靶,也根据工艺对其进行脉冲操作。双磁控溅射通常用于溅射绝缘层,其中两个磁控借助交流电源彼此交替运行,从而不会在阳极上沉积绝缘层。为此采用的特殊电源是中频电源或双极电源。 在等离子体溅射中,局部电弧(也称电弧)经常会在辉光放电时燃烧。 用于溅射工艺的电源应配备合适的电弧管理装置。

高功率脉冲溅射(HiPIMS)

高功率脉冲溅射称为 HiPIMS(高脉冲磁控溅射),由于对涂层质量的超高要求,其在生产硬质材料防护层和磨损防护层方面愈加受到关注。为此需采用特殊的脉冲电源,其以非常短的高能脉冲供电,典型持续时间低于 100µs,重复率在 100 Hz 范围内。 除脉冲操作外,HiPIMS 电源还应满足对所有等离子体电源的要求:适应过程的精确输出控制以及快速的电弧管理。

等离子体增强化学气相沉积

化学气相沉积(也称 CVD 技术)在不同质量的材料上涂覆薄型涂层。通过热处理,以气体物质制成固体涂料,其以结晶或无定形层沉积在基底上。 在传统热喷涂中,工艺气体仅在加热基底表面上分裂成其反应产品。在等离子体辅助气相沉积(PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)中,这种反应已通过气相电离发生。 PECVD 的主要优势在于其明显更低的温度,因为只有这样才能使用温度敏感型基底材料,比如塑料。 因此,PECVD 是微电子元件、平面屏幕、太阳能组件和光学元件制造方面的通用工艺。它可以涂覆金属涂层、半导体涂层或绝缘涂层。也能够制备复杂的涂层系统。