PVD表面镀覆技术原理.ppt

PVD表面镀覆技术原理 主要内容 一 制程概述二 真空涂料介绍三 镀膜介绍四 产品设计要求五 材料的选择六 透光效果七 新工艺开发及展示 制程概述 Primer提高特殊材料素材 如PA PA GF PC GF 与涂层间的附着力 ABS PCorPC素材不需要Primer 底涂为镀膜层提供平整 良好的表面 提高镀膜层与素材间的附着力 镀膜层使产品产生金属质感 镀膜方式主要有蒸发镀膜和溅射镀膜 VM VacuumMetalization primaryforkeypad NCVM Non conductingVacuumMetalization primaryforhousing 中涂提供颜色涂层载体 提高镀膜层及涂层间的附着力 色浆一般添加在中涂中 面涂保护作用 提高产品漆膜的硬度 耐磨性等 涂料体系固化及成膜原理 涂料体系 PU 聚氨酯涂料体系UV 紫外光辐射固化涂料体系固化机理 首先光引发剂受波長为200 400nm的紫外线辐射而被激活并破裂形成自由基 自由基与树脂中的双键作用 形成长链自由基 增长着的长链进一步反应形成聚合物 成膜机理PU NCO和 OH反应 发生逐步加成聚合反应R NCO HO R R NHCO OR R NCO UV 光引发剂受紫外光辐射后裂解成自由基 再与单体 树脂中的双键聚合 发生裂解聚合反应 AB A BB M BM M BM2 涂料 喷涂 涂料 喷涂 UV涂料与PU涂料相比 具有以下特点 1 适合于不耐热材料 如木材 纸张 塑料 织物 玻璃等 及热容量大的厚板金属件的涂漆固化 2 固化速度快 只需几十秒就固化 有时更短 3 不存在活化期問題 使用方便 4 固含量高 固化时活性稀释剂的挥发较少 5 能耗仅为热固化的1 10 能量利用率高 而热固化时热量多用于工件加热和热量散发损失 6 很适合于高速流水线生产 生产效率高 7 复杂形狀表面不适宜用光固化涂料 死角部位不能固化 UV与PU的工艺区别 涂料 喷涂 涂料与素材的匹配 涂料 喷涂 镀膜 表面处理类型 真空电镀优点 1 被镀物与塑料不产生化学反应 2 环保制程 无化学物污染 3 可镀多重金属 4 生产速度快 5 可对各种素材加工 6 属低温制程 薄膜沉积的两种常见制程真空镀膜分为1 物理气相沉积 即PVD Physicalvapordeposition 2 化学气相沉积 即CVD Chemicalvapordeposition 前者又分为 后者分为 a 蒸发镀膜 a 常压CVD b 离子镀膜 b 低压CVD c 溅射镀膜 c 等离子体CVD d 其它CVD 按功能要求也可区分为 a 装饰性镀膜 b 功能性镀膜 真空环境的必要性降低氧分压 避免材料氧化 2 在高温下防止空气分子和蒸发源发生反应 生成化合物而使蒸发源劣化 3 某些镀膜工艺需要特定的压力环境 如溅射镀膜时 需满足一定的气体压力 4 防止因蒸发物质的分子在真空室内与气体分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面 和在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片之前就凝聚等 5 防止在基片上形成薄膜的过程中 气体分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物 真空系统的组成真空系统的组成 真空室 真空泵 真空规 真空室 进行镀膜的空间 真空泵 对真空室进行抽气的装置 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 真空规 对真空系统进行气体压力探测的仪器 镀膜 蒸发镀膜 Evaporation 钨丝钨舟钼舟 蒸发源的类型a 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 饱和蒸汽压低 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 可避免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 镀膜 溅镀 Sputtering 原理 1 Ar气体原子的解离Ar Ar e 2 电子被加速至阳极 途中产生新的解离 3 Ar离子被加速至阴极撞击靶材 靶材粒子及二次电子被击出 前者到达基板表面进行薄膜成长 而后者被加速至阳极途中促成更多的解离 In lineSputteringSystem SputteringProcess SputteringChamber BufferChamber UnloadingChamber BufferChamber LoadingChamber 磁控溅射源主要有三种 1 柱状磁控溅射源 适于制作大面积溅射膜 在工业上应用较广泛 2 平面磁控溅射源 圆形的可以制成小靶 矩形的可以制成大靶 其结构简单 造价低 通用性强 应用最广 3 溅射枪 其结构较复杂 一般配行星式夹具使用 特点 靶材利用率高 膜厚分部均匀 靶功率密度大 易于更换靶材 PrincipleofSupttering TargetMaterial Cathode Substrate Energy PLASMA 物质的第四态 借由外加的电场能量来促使气体内的电子获得能量并加速撞击不带电中性粒子 由于不带电中性粒子受加速电子的撞击后会产生离子与另一带能量的加速电子 这些被释放出的电子 在经由电场加速与其他中性粒子碰撞 如此反复不断 进而使气体产生崩溃效应 gasbreakdown 形成电浆状态 什么是电浆 电浆性质 1 整体来说 电浆的内部是呈电中性的状态 也就是带负电粒子的密度与带正电粒子的密度是相同的 2 因为电浆中正 负离子的个数几乎是一比一 因此电浆呈现电中性 3 电浆是由一群带电粒子所组成 所以当有一部分受到外力作用时 远处的部分电浆 乃至整群的电浆粒子都会受到影响 这叫做 电浆的群体效应 4 具有良好的导电性和导热性 溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应 而整个溅射过程都是建立在气体放电的基础之上 即溅射离子都来源于气体放电 常见放电类型 1 直流气体放电2 低频交流辉光放电3 中频交流辉光放电4 射频辉光放电5 微波等离子体辉光放电 电浆的本质 气体放电 1 无光放电 宇宙射线在电场下加速形成极小的电流 中性分子开始电离 不发光 2 汤森放电 电压增加后 更多气体分子被电离 电流可在电压不变下增加 3 正常辉光放电 当电压继续增大后 电压突然降低 电流突然增大 气体被击穿 出现带有颜色的辉光 1 直流气体放电 4 异常辉光放电 电流增大 电压升高 5 弧光放电 极间电压陡降 电流突然增大 相当于极间短路 由于正常辉光放电的电流密度仍比较小 所以溅射均在异常辉光放电的区域进行 阴极与阳极间的距离至少必须比阴极与负辉光区之间的距离要长 2 低频交流辉光放电 很少采用 因其频率低于50Hz 离子有足够的活动性和充分的时间在每个半周期内建立直流辉光放电 只是两个电极交替成为阴极和阳极 3 中频交流辉光放电40kHz 4 射频辉光放电5 30MHz 一般用13 56MHz 在一定的气压下 当阴阳极间所加交流电压的频率增高到射频频率时 即可产生稳定的射频辉光放电 两个重要特征 1 在辉光放电空间产生的电子获得了足够的能量 足以产生碰撞电离 2 电极并不需要是导体 因而可以溅射包括介质材料在内的任何材料 5 微波等离子体辉光放电微波 MVV 是一种无极放电 在真空室中导入 45GHz的微波能与磁场中回旋的电子发生共振促进放电 镀膜 镀膜方式比较 镀膜 各种物理气相沉积法之比较 若产品为高光面 则推荐使用SPIA1或SPIA2 当VDI大于9时喷涂后开始出现橘皮现象 当VDI大于18时橘皮现象将非常严重 如产品为亚光面 VDI小于27可以接受 否则会产生橘皮现象 以上为高光产品VDI为18和21时的橘皮现象 产品设计要求 素材表面粗糙度要求 底漆须膜厚很薄 大约5um 由于大量的灰尘藏在纹理中以及太薄的膜厚会导致喷涂良率太低 注塑的缺陷也会更明显 耐磨性能会很差 刷子纹状素材 CD纹状素材 十字交叉纹状素材 产品设计要求 避免使用有纹理的素材 圆弧状轮廓产品的肥边现象会比直角状轮廓产品轻微 倒角的半径至少为0 5mm 尖锐的表面影响产品的耐磨性能 产品设计要求 产品轮廓的设计要求 为达到振动摩擦测试要求 结构设计和涂料选择上建议满足以下要求 1 MechanicalDesign1 边内侧设计R0 3mm以上 如果后处理为PVD 必须为R0 5以上 2 HighGloss和PVD 边外侧设计R1 3mm以上 PU UV无光 R0 7 1 0mm 3 Window设计必须高出Front面 需要Designer重新ReviewWindow高出后 Window表面磨损效果 2 涂料选择1 外侧边R1 3mm UV PU并行适用 2 外侧边R1 3mm以下 只能选用PU漆 3 镀膜用涂料选用PU及中硬质UV涂料 避免产品卷边 不平整等不良 避免窄边设计 边框的宽度至少需要4mm 否则产品性能接受标准需大幅降低并且素材硬度需要提高 Shelby项目上的卷边 锯齿不良现象 避免窄边设计 否则产品耐磨性能会降低 产品设计要求 产品轮廓的设计要求 边框宽度大于4mm 高光产品上避免复杂的纹理设计 如深的凹槽及密集的孔 若此设计必须出现在此产品上 此产品的性能接受标准需要降低 复杂的纹理设计容易产生橘皮和肥边不良 多孔设计容易产生明显的肥边不良 产品设计要求 产品结构的设计要求 尽量避免如下图设计 需要镀膜的面超过180度时有少镀的风险存在 如SpyderC cover 少镀现象 少镀区域 PVD和喷涂区域 245 产品设计要求 产品结构的设计要求 避免在外观要求高的面出现注塑不良 如熔接线 印痕等 PVD后熔接线不良 PVD后印痕不良 产品设计要求 产品结构的设计要求 治具设计要求 USW线不允许出现在喷涂区域 产品设计要求 产品结构的设计要求 推荐使用PC PC ABS等材料 如CycloyC1200HF和LexanEXL1414 能达到比较好的外观效果能通过相关性能测试不推荐使用PA GF PC GF等材料 不能通过相关性能测试 若依然需要使用此类材料的话则需要降低产品性能接受标准震动耐磨性能不如PC或PC ABS素材产品若素材中确实需要使用玻纤 则推荐使用GrivoryGV 5HorGrivoryGVX 5HPA材料作为素材使用的工艺正在开发中 材料 素材材料 推荐使用In Sn合金 相关测试显示 使用In Sn合金较Sn表现更好 材料 镀材 膜厚对产品性能影响较大 下表中为不同油漆的推荐膜厚 推荐膜厚范围尽量大 材料 膜厚设计 高光产品上使用此素材的PVD工艺还在开发中 目前不推荐使用 使用primer能有效缩短制程以及降低橘皮效果 但会影响附着力 PA 50 GF如果确实需要此种素材 使用primerCashewPAG100gray 采用曲面设计不推荐此素材上采用高光设计 否则橘皮程度会很严重PA 30 GF橘皮比PA 50 GF轻微 但任然存在 PA 50 GF 橘皮严重 PA 50 GF 使用primer后 材料 PA素材上的PVD工艺 Logoonhighglosssurface CashewUV7302 Afterwearingtest0 5h Logoonsatinsurface Akzo822 CTJ 1027 Afterwearingtest0 5h 材料 Logo印刷工艺 若产品需要透光效果 通产会采用设计一个视窗 透光率影响因素金属层的膜厚是影响透光效果的最主要因素 中涂也是影响透光率的一个因素 但为了保证颜色的一致性 以中涂来调整透光率的范围变得相对窄小 底涂和面涂是透明的 对产品透光率影响不大 推荐使用PC材料素材 PC材料本身透光率为88 90 透光率范围设计推荐使用低透光率设计 越低良率越高 因为此时透光率差异较小 透光效果 概述 两种视窗效果隐藏效果 如ShelbyA cover4 8 SpyderA coverassembly5 7 只有有背光的时候视窗才能看见 单向透视此效果透光率较隐藏效果高 产生视窗的四种方法 素材背面喷涂 视窗位置保护 使用双射注塑工艺 素材背面使用纹理设计 视窗位置外 镭雕 透光效果 概述 隐藏效果 透明素材背面喷涂一层不透光的油漆 视窗位置外 推荐使用此方法制作视窗 喷涂时视窗位置需要粘贴保护膜以保证喷涂后视窗位置依然透光 但此工序会降低产品良率 避免不透光油漆喷涂区域有螺丝等其它复杂的3D设计 不透光漆 透光效果 反面喷涂 素材上使用双射注塑同样推荐使用此方法制作视窗此工艺对PVD要求低 但对注塑要求高风险 边缘透光 ExamplefromFlamingoprogramRedpartaresemi transparent 素材背面纹理设计素材不同的纹理会反应处不同的透光率 透光效果 双射注塑 纹理设计 镭雕工艺当透光区域比较小时推荐使用此种工艺 如按键 依据项目要求 在不同层雷雕 Saphhire镭雕透光效果 透光效果 镭雕 PVDEquipmentIntroduction 喷涂线状况 往复机喷涂线 自