蒸鍍(Evaporation) & 濺鍍(Sputter)

Presentation on theme: "蒸鍍(Evaporation) & 濺鍍(Sputter)"— Presentation transcript:

1 蒸鍍(Evaporation) & 濺鍍(Sputter)
真空鍍膜技術 塑膠外觀金屬化製程簡介 蒸鍍(Evaporation) & 濺鍍(Sputter)

2 Film Deposition 1 3 4 2 Spraying Evaporation Sputtering Electroplating
Substrate Material 3 Evaporation Material Substrate Heater Vacuum chamber Cloud 4 Sputtering Material Substrate Plasma 2 Electroplating Substrate Material Anode Cathode

3 薄膜沈積(Thin Film Deposition)
在機械工業、電子工業或半導體工業領域，為了對所使用的材料賦與某種特性在材料表面上以各種方法形成被膜（一層薄膜），而加以使用，假如此被膜經由原子層的過程所形成時，一般將此等薄膜沈積稱為蒸鍍（蒸著）處理。採用蒸鍍處理時，以原子或分子的層次控制蒸鍍粒子使其形成被膜，因此可以得到以熱平衡狀態無法得到的具有特殊構造及功能的被膜。

4 薄膜沈積的兩種常見的製程 物理氣相沈積--PVD （Physical Vapor Deposition） 化學氣相沈積CVD
（Chemical Vapor Deposition） 薄膜沈積依據沈積過程中，是否含有化學反應的機制，可以區分為物理氣相沈積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD）通常稱為物理蒸鍍及化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）通常稱為化學蒸鍍

5 薄膜沈積機制的說明圖 薄膜的成長是一連串複雜的過程所構成的。圖為薄膜成長機制的說明圖。圖中首先到達基板的原子必須將縱向動量發散，原子才能『吸附』(adsorption)在基板上。這些原子會在基板表面發生形成薄膜所須要的化學反應。所形成的薄膜構成原子會在基板表面作擴散運動，這個現象稱為吸附原子的『表面遷徙』(surface migration)。當原子彼此相互碰撞時會結合而形成原子團過程，稱為『成核』(nucleation)。 原子團必須達到一定的大小之後，才能持續不斷穩定成長。因此小原子團會傾向彼此聚合以形成一較大的原子團，以調降整體能量。原子團的不斷成長會形成『核島』(island)。核島之間的縫隙須要填補原子才能使核島彼此接合而形成整個連續的薄膜。而無法與基板鍵結的原子則會由基板表面脫離而成為自由原子，這個步驟稱為原子的『吸解』(desorption)。PVD與CVD的差別在於：PVD的吸附與吸解是物理性的吸附與吸解作用，而CVD的吸附與吸解則是化學性的吸附與吸解反應。

6 物理氣相沈積--PVD （Physical Vapor Deposition）
蒸鍍(Evaporation) 濺鍍(Sputtering) PVD顧名思義是以物理機制來進行薄膜堆積而不涉及化學反應的製程技術，所謂物理機制是物質的相變化現象 PVD製程皆在真空下進行,

7 真空電鍍簡介 被鍍物與塑膠不產生化學反應 環保製程；無化學物污染 可鍍多重金屬 生產速度快 可對各種素材加工 屬低溫製程
塑膠材料表面真空鍍膜具環保無污染且為附著力強的鍍膜，可以達到保護基材、裝飾、抗電磁波、導電或是抗反射等目的；為因應3C產業對於塑膠表面真空鍍膜技術的需求，提升產品品質與質感，將其塑膠表面金屬化。

8 最常見的PVD製程 2 1 Sputtering Evaporation Substrate Cloud Material Material
Plasma 1 Evaporation Material Substrate Heater Vacuum chamber Cloud

9 蒸鍍與濺鍍常見類型

10 蒸鍍(Evaporation) Material Substrate Heater Vacuum chamber Cloud

11 蒸鍍(Evaporation)原理 一般而言，鍍膜在真空鍍膜機內以真空度 1~5 x 10 -4 Torr程度
進行 (1 Torr = 1 公厘水銀柱高的壓力，大氣壓為 760 Torr)。其鍍膜 膜厚約為 0.1 ~ 0.2 微米。 　　如果鍍膜在特定厚度以下時（即太薄），面漆對底漆將會產生 侵蝕、引起化學變化（如表面霧化等）。如鍍膜過厚時，會產生白 化的狀態。 　　關於鍍膜的形成，首先利用強大電流將鍍膜源 (鎢絲) 加熱， 然後把掛在鎢絲上的鋁片或鋁線熔解。鋁材從而蒸發、飛散到各方 面並附著於被鍍件上。熔解的鋁為鋁原子，以不定形或液體狀態存在並附著於被鍍件上，經冷卻結晶後從而變為鋁薄膜。 　　因此設定鎢絲為定數時，由真空度至蒸發鋁的飛散方向、鎢絲的溫度，鎢絲到被鍍件的距離等；依其鍍膜條件，鍍膜的性能也除著改變而發生變化。 　　一如前述，鍍膜在10 –4 Torr左右下進行，如真空度過低時，其蒸發中的鋁遇到殘留的氣體或者碰著鎢絲被加熱時產生的氣體，發生衝突而冷卻，形成的鋁粒 (非常小的鋁粒子集合體) 會附著于被鍍膜件上。此時所形成的鍍膜因微細鋁粒中可能仍含有殘留氣體而令其失去光澤，也會大大降低鍍膜與底油的密著性。 　　如真空度高，而且鎢絲的溫度亦高時，蒸發鋁的運動能量也因此會提高，被鍍膜件表面所附著的會是純鋁 (並沒有殘留氣體)，而且密度非常高，鍍膜性能因此而得到提升 (包括密著性等)。

12 蒸鍍(Evaporation)原理

13 蒸鍍(Evaporation)原理

14 蒸鍍(Evaporation)原理

15 蒸鍍(Evaporation)原理 鎢絲 鎢舟 鉬舟

16 蒸鍍(Evaporation)原理

17 濺鍍(Sputter) Material Substrate Plasma

18 PLASMA 電漿(Plasma)是一種遭受部份離子化的氣體(Partially lonized Gases)。藉著在兩個相對應的金屬電極板(Electrodes)上施以電壓，假如電極板間的氣體分子濃度在某一特定的區間，電極板表面因離子轟擊(Ion Bombardment)所產生的二次電子(Secondary Electrons)，在電極板所提供的電場下，將獲得足夠的能量，而與電極板間的氣體分子因撞擊而進行所謂的”解離(Dissociation)”，”離子化(Ionization)”，及”激發(Excitation)”等反應，而產生離子、原子、原子團(Radicals)，及更多的電子，以維持電漿內各粒子間的濃度平衡。 物質的第四態

19 什麼是電漿 藉由外加的電場能量來促使氣體內的電子獲得能量並加速撞擊不帶電中性粒子，由於不帶電中性粒子受加速電子的撞擊後會產生離子與另一帶能量的加速電子，這些被釋出的電子，在經由電場加速與其他中性粒子碰撞。如此反覆不斷，進而使氣體產生崩潰效應(gas breakdown)，形成電漿狀態。 氣體分子因光、放射線、電子等具有能量的粒子衝撞而激發、離子化(電子衝撞所致氣體激發及離子化的現象稱為放電)，因放電而激發及離子化的氣體(ionized gas)中，有中性分子、原子、各種離子、電子，此為「電漿狀態」。像這樣「氣體被離子化後所產生的物質狀態」與傳統的物質三態（即固、液、氣態）明顯不同，被科學家稱為物質的第四態，科學家估計宇宙中百分之九十九的物質是以電漿狀態存在。

20 電漿性質 1.整體來說，電漿的內部是呈電中性的狀態，也就是帶負電粒子的密度與帶正電粒子的密度是相同的。
2.因為電漿中正、負離子的個數幾乎是一比一，因此電漿呈現電中性。 3.電漿是由一群帶電粒子所組成，所以當有一部分受到外力作用時，遠處部份的電漿，乃至整群的電漿粒子都會受到影響，這叫做「電漿的群體效應」。 4.具有良好的導電性和導熱性。 日常生活中的電漿 1.日常生活中最常見的日光燈，就是電漿的應用！當我們開燈時，點燈器會產生極高的電壓，並產生電漿粒子，這些電漿粒子會轟擊燈管中的水銀蒸氣、螢光物質，而使其發光。五顏六色的霓虹燈也是相同原理。 2.富士通（Fujitsu）於1993年發表的電漿顯示器（Plasma Display Pannel），其基本顯像原理：由前、後二塊玻璃基板夾成，玻璃上附有透明電極、誘電層、保護層、紅綠藍三色螢光體等結構。這二塊玻璃基板中間的間隙只有0.1mm，而在這0.1mm空間中填充了一種氣體。當施加電壓於電極上時，電極會放電而產生紫外線光。而當紫外線光打擊到玻璃基板上的紅、綠、藍螢光物質時，這些螢光物質就會產生紅、綠、藍三原色，這些紅綠藍三原色最後就合成各種彩色影像。

21 濺鍍(Sputter)原理 1. Ar 氣體原子的解離 Ar  Ar+ ＋ e－ 2. 電子被加速至陽極，途中產生新的解離。
2. 電子被加速至陽極，途中產生新的解離。 3. Ar 離子被加速至陰極撞擊靶材，靶材粒子及二次電子被擊出，前者到達基板表面進行薄膜成長，而後者被加速至陽極途中促成更多的解離。

22 濺鍍(Sputter)原理 Takes place in a vacuum chamber
Energy Gas is injected in chamber Vacuum pump Electrical charge is formed between the substrate and cathode Target Material (Cathode) Gas Plasma Substrate Gas ionizes - forms a plasma Ions move in plasma Ions hit the target and knock off atoms Target atoms land (condense) on substrate to form a thin film

23 In-line Sputtering System
chamber Buffer Unloading Plasma treatment Loading robot In robot Out

24 Sputtering Process Loading Chamber Buffer Chamber Sputtering Chamber
Unloading Chamber Out

25 Target

26 Magnetic Field Lines

27 Target Erosion

28 濺鍍製程技術的特點 成長速度快 大面積且均勻度高 附著性佳可改變薄膜應力 金屬或絕緣材料均可鍍製 適合鍍製合金材料

29 各種PVD法的比較 PVD蒸鍍法 真空蒸鍍 濺射蒸鍍 離子蒸鍍 粒子生成機構 熱能 動能 膜生成速率 可提高 快 粒子 原子、離子
蒸鍍均勻性 複雜形狀 佳 良好 良好，但膜厚分佈不均 平面 優 蒸鍍金屬 可 蒸鍍合金 蒸鍍耐熱化合物 粒子能量 很低0.1~0.5eV 可提高1~100eV 可提高1~100Ev 惰性氣體離子衝擊 通常不可以 可，或依形狀不可 表面與層間的混合 通常無 加熱（外加熱） 可，或無 蒸鍍速率10-9m/sec 1.67~1250 0.17~16.7 0.50~833 原子到達的能量 Thermal Energy ＝ 3kT/2 e.g eV at 500oC 0.2 eV at 1265oC

30 各種物理氣相沈積法之比較 性質 沈積速率 大尺寸厚度控制 精確成份控制 可沈積材料之選用 整體製造成本 方法 蒸鍍
(Evaporation) 慢 可 佳 多 濺鍍 (Sputter)

31 蒸鍍與濺鍍製程上運用之差異 素材形狀 鍍膜材質之要求 不透光及半透光 鍍膜方向

32 蒸鍍與濺鍍製程 產能與成本比較 (以惠明為例)
濺鍍有效面積:450mmX350mm 蒸鍍治具面積:120mmX100mm 一般濺鍍產能:一分鐘一盤 一般蒸鍍產能:30分鐘一爐,每爐可放768個治具 蒸鍍須外加治具成本及上下治具人工成本

33 常見的外觀裝飾性PVD之製程 素材直接鍍膜 配合噴塗之鍍膜 其他

34 素材直接鍍膜 A „thin“ coating of a substance onto a substrate

35 素材直接鍍膜 運用於平面的素材:如FILM鍍膜 素材材質:PC,PMMA,PET..等等 運用:1.Lens(平板切割,IMD,IMR)
2.銘版 3.按鍵(IMD,IMR) 4.背光板

36 配合噴塗之鍍膜 Hard coated Metal Primer Substrate

37 配合噴塗之鍍膜 運用於立體的素材:如按鍵及機殼鍍膜 素材材質:大部分塑膠皆可 運用:1.機殼及按鍵 2.銘版 3.數位相機自拍鏡
4.半透光燈罩

38 配合其他製程之運用 搭配印刷 搭配雷雕 EMI Dipping 化學蝕刻（退鍍） 其他

39 配合其他製程之運用 Example:手機按鍵 印刷 噴塗 雷雕 Primer Printing Hard coated PVD Metal
Laser Etching Primer Printing Substrate

40 配合其他製程之運用 Example:LCD Lens Dipping 印刷 退鍍 Metal Printing Printing
Substrate Metal Laser Etching Printing Printing

41 Any Questions