NCVM彩色非导电性镀膜工艺解读.ppt

NCVM學習簡報 NCVM Painting 目錄 技朮背景工作原理工藝流程設備保養新機調試RF測試 技朮背景 VM 是VacuumMetallization的缩写 即真空镀膜 按照成膜机理不同 VM分为PVD与CVD PVD又有溅镀 蒸镀 離子鍍之分 按照镀膜功能不同 VM又有CVM与NCVM之分 即导电性镀膜与非导电性镀膜 Non conductivevacuummetallizationTNCVM即为彩色非导电性镀膜工艺 PVD 是PhysicalVaporDeposition的缩写 即物理氣相沉積 它是在真空條件下 利用各種物理方法 將鍍料氣化成原子 分子 離子 直接沉積到工件表面的方法 蒸鍍 是在真空條件下 運用電阻加熱方式加熱蒸發物質 使之蒸發成氣態 氣態粒子流直接射向工件 并在工件表面沉積成固態薄膜的物理過程 技朮背景 技朮背景 PVD優點 高金屬質感 艷麗飽滿的色彩效果優異的功能性 高硬度 高耐磨性 底材選擇多樣化 金屬 玻璃 塑膠制程良好的穩定性及再現性解決高光塗裝諸多外觀問題環保 技朮背景 降低物質的沸點和氣化點減少氣體分子之間的碰撞次數提高金屬蒸氣分子的平均自由程減少氣體 雜質 提供清潔工作條件減少空氣對金屬氧化等不良影響相對濺鍍附著力差 成本低 對工件形狀不敏感 蒸鍍工藝特點 技朮背景 中漆或面漆透過稀鬆VM金屬層與底漆直接接觸附著 真空定義 1大氣壓下 1mol氣體 6 05 1023molecule 佔有22 4L空間 相當於1cm3空間內有1019氣體分子 氣體對氣壁碰撞產生壓力 大小為760mm汞柱或稱760Torr 注意 真空技術中 一密閉容器內保持真空 並不是指真正的空 也就是內部並非全無氣體 在所謂的高真空狀態下 仍有為數可觀的氣體 技朮背景 技朮背景 1atm 大氣壓 760mmHg 760Torr 1 013 105Pa 1013mbar 14 7psi 1 03327kg cm2 真空單位 氣體分子密度 表示單位體積氣體分子數目 與氣體壓力 溫度有關 一般在760Torr下 0 時 氣體分子密度為 2 7 1019molecule cm3由此推算 0 時 760Torr 2 7 1019molecule cm31Torr 3 55 1016molecule cm35 10 2Torr 1 78 1015molecule cm36 10 5Torr 2 13 1012molecule cm3 技朮背景 氣體分子自由程 一個氣體分子相鄰前后兩次碰撞所經歷的路程 氣體分子平均自由程 一個系統內所有氣體分子彼此碰撞所經經歷的平均距離 或者同一分子在規定時間內連續碰撞所經歷的平均值 自然環境中 氣體分子一直在高速直線運動 常溫下速度為470m s 約為音速 因氣體分子密度高 分子一直在彼此碰撞 人感覺不到氣體分子在運動 真空環境下 氣體分子碰撞幾率降低 自由路徑加長 技朮背景 常溫下氣體分子平均自由程 760Torr 3 72 10 8cm1 10 3Torr 5cm2 10 4Torr 25cm1 10 4Torr 50cm5 10 5Torr 100cm5 10 2Torr 0 1cm6 10 5Torr 83cm 技朮背景 蒸氣壓 水蒸氣壓與溫度關系表 技朮背景 氣體負荷 真空系統的目的 是要制造一個壓力低 氣體分子數目少的空間 真空室內氣體來源如下圖示 不同真空度 氣體負荷來源不同 10 1Torr以上 主要氣體負荷 原有體積氣體 10 1Torr 10 3Torr 水蒸氣 來自真空桶壁與被鍍物 10 4Torr 10 6Torr 水蒸氣 CO H2 因此 真空度抽到10 4Torr時 真空腔若無漏氣 主要氣體來源是真空腔壁與真空腔內零組件表面釋放出的氣體 以及被鍍物本身的釋氣 技朮背景 技朮背景 真空區域劃分 真空指壓強小于101 325Pa低真空 1 013 105Pa 1 33 103Pa 760 10Torr 中真空 1 33 103Pa 1 33 10 1Pa 10 10 3Torr 高真空 1 33 10 1Pa 1 33 10 6Pa 10 3 10 8Torr 超高真空 1 33 10 6Pa 1 33 10 12Pa 10 8 10 14Torr 技朮背景 低真空 氣體分子數多 以熱運動為主 分子間碰撞頻繁 平均自由程短 中真空 產生氣體導電現象 氣體流動由黏稠狀轉換為分子狀 液體沸點降低引起劇烈蒸發 分子間碰撞減少 平均自由程增加 高真空 分子按直線飛行 分子間碰撞大為減少 氣體熱傳導與內摩擦已變得與壓強無關 超高真空 分子間極少碰撞 可歸為高真空范圍 DYC設備鍍膜原理 1 將真空腔內空氣排出 一般真空度要求須達到2 10 4Torr以上 此真空度氣體的平均自由程 25cm 2 利用鎢絲把靶材 如Sn 加熱至氣化溫度 3 氣化的Sn分子以相當於音速撞擊到被鍍物而附著 若真空度太差 平均自由程不夠 則Sn原子氣化後有可能會碰撞到其它殘留氣體 而無法往被鍍物撞擊 會導致膜厚不足 技朮背景 技朮背景 電阻加熱方式 用絲狀或片狀的高熔點金屬做成蒸發源 將蒸發物質放在其中 接通電源利用電阻加熱蒸發物質使其蒸發的方法 蒸發源的選用 高熔點 低蒸氣壓 在蒸發溫度下不會與蒸發物質發生化學反應或互溶但與蒸發物質潤濕效果好 且具用一定的機械強度 同時 根據蒸發要求和蒸發源的特性 蒸發源應保持一定的形狀 常用材料有 鎢 現用 鉬 鉭 石墨 氮化硼常用形狀有 多股螺旋形 現用 U形 正弦波形 圓錐管形 薄板形 舟形 常用蒸發單質 技朮背景 技朮背景 常用蒸發化合物 Sn 第五周期 A族熔點 231 89 沸點 2260 密度 白Sn 7 28g cm3灰Sn 5 75g cm3脆Sn 6 54g cm3特性 延展性好 空氣中表面生成SnO2而穩定 緩慢溶於稀酸 能溶於強鹼 技朮背景 In 第五周期 A族熔點 156 61 沸點 2080 密度 7 30g cm3特性 稀散元素之一 有延展性 空氣中很穩定 易溶於酸 鹼 不能分解水 50Sn5s25p2118 7 49In5s25p1114 8 工作原理 DYC蒸鍍設備示意 技朮背景 DYC 1318BSD設備示意 1 真空門示意圖 2 真空門示意圖 工作原理 真空桶示意 適量的擴散油在擴散泵底部加熱器加熱后成為油蒸氣 當油蒸氣充滿噴射筒后從細縫噴射而出 噴射出的高速油蒸氣分子向下撞擊空氣分子使之集中于擴散泵下半部並從下部的擴散出口管路被機械泵抽走 撞擊后的油蒸氣接觸泵壁后冷凝并流入底部的加熱器 循環此過程 可以達到持續不斷的排氣效果 油擴散泵工作原理 工作原理 在泵腔內有兩個 8 字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上 由傳動比為1的一對齒輪帶動做彼此反向的同步旋轉運動 在轉子之間 轉子和泵殼內壁之間 保持有一定的間隙 0 2 0 3mm 以保証轉子高速運行 一般對工作氣體中的灰塵和水蒸氣不敏感 終極真空度達5 10 3Torr 魯式泵工作原理 工作原理 是一種變容式壓縮機 抽真空能力一般從760Torr 1 10 2Torr泵腔內有轉子 通過轉子來壓縮空氣 通常需要使用油冷 冷卻介質是空氣和水 同時達到密封的作用 油回轉泵工作原理 工作原理 當真空度抽到10 1Torr時 真空桶內大部份都是水蒸氣 由水蒸氣壓與溫度關系知若桶內有一溫度很低的表面足以凝固水蒸氣分子 則可提高真空度 Polycold實質是一台 高性能的冷水機 也有冷凝器和蒸發器 利用高性能的冷凝劑可以達到 120 以使真空桶中的水蒸氣快速高效冷凝成液態 并由收集器收集 真空度與最低冷凍表面溫度對照表 POLYCOLD工作原理 工作原理 工作原理 POLYCOLD工作原理 TC1 壓縮機溫度 TC2 冷卻水溫度 TC3 進DP溫度 TC4 出DP溫度 TC7 出Polycold溫度 TC8 進Polycold溫度 正常情況下 TC3應 TC7TC4應 TC8 熱偶真空計 THERMOGAUGE利用真空中發熱體之熱傳遞與氣體數目多少成正比的關系 依據熱漏失量的多少 來反求真空度的高低 一般熱偶真空計中熱偶溫度變化與真空度高低並不是呈等比變化 變化較靈敏的取區域在20Torr 5 10 3Torr 一般熱偶真空計利用這段顯示溫度 注意 a 避免碎片進入感測頭b 若有鍍膜附在加熱燈絲上 將會造成真空讀數不準 c 探測頭受污染 可用酒精 丙酮或超音波稍加清洗 避免劇烈振動 d 探頭內部加熱燈絲與TC線焊接相當脆弱 嚴禁使用它物進入攪拌清洗 工作原理 真空計原理 冷陰極真空計 PENNINGGAUGE此真空計是在探測頭內 陰陽極間加以高電壓 導致輝光放電的維持 再依放電電流大小量測來作為真空度的指示 而外面加上磁場 造成電子成螺旋狀運動 增長電子運動路徑以增加電子與氣體分子碰撞機會 促使產生更多離子以增大電流信號 冷陰極真空放電電流與真空度高低並不成等比變化 在大氣壓時不放電 一般量測范圍在10 2 10 8Torr 超過10 8Torr後 放電電流太小 無法精確量測 工作原理 真空計原理 冷陰極真空計使用注意 a 較高真空時不易開機 需等候數秒至數分才可精確量測b 真空度顯示值劇烈晃動時 表示探測頭內部嚴重污染 必須清洗 c 若真空度顯示值總是在10 2Torr 放電電流大 且確定真空系統已到高真空 表示陰陽極有短路現象 造成持續放電 可檢查連接線是否短路 d 若真空度顯示值總是在10 8Torr 不放電 有可能是電線未接好或探頭污染造成 應檢查高壓連接線或清潔探頭 e 探測頭污染時可用菜瓜布或細砂紙擦亮 再以丙酮等清洗烘幹即可 工作原理 真空計原理 CH2全領域探測頭之校正 CH2由1支低真空計與1支高真空計組合 低真空計從750Torr開始量測 當真空度高於7 10 3Torr時啟動高真空計 當真空度高於7 10 4Torr時真空度讀值轉成高真空計讀值 1 低真空計在使用一段時間後 因污染等因素常會造成量測誤差大增 有時甚至導致實際真空度已優於1 10 4Torr 但因低真空計的讀值錯誤而無法顯示至高真空計讀值 造成真空設備無法正常運作 此時應校正低真空計 a 將真空度抽至1 10 4Torr以上 並持續再抽10min以上 此時CH2真空度讀值應是高真空計顯示值 工作原理 真空計校正 b 將全領域探測頭銘牌逆時針轉30o c 用直徑約3mm塑膠棒輕壓 此時CENTERTWO的CH2顯示值將轉為低真空計讀值 d 若此時CH2真空度顯示值不是3 5 10 4Torr 用1 5mm一字螺絲刀 左右旋轉至顯示值3 5 10 4Torr 2 低真空計在大氣壓環境下 讀值應為750Torr 誤差較大時也需校正 a 將真空腔破真空 並等待10min b 將全領域探測頭銘牌順時針轉30o c 用螺絲刀 左右旋轉至顯示值750Torr 工作原理 真空計校正 CH1低真空計探測頭之校正 a 在大氣環境下 若真空計讀值與750Torr誤差很多時需校正 以校正觸棒輕壓校正孔內按鍵5S即可 b CH1在高真空校正點需在高真空環境下進行 需將CH1低真空探測頭從管路位置移到高真空閥上方預留接口 c 當真空腔真空度達1 10 4Torr時 此時CH1顯示約為3 5 10 4Torr 若差距很多需校正 參照CH2低真空計校正方法進行調整 工作原理 真空計校正 工作原理 真空設定點設定 PARA CH PARA PARA 連續按此鍵直到顯示PArASP 連續按此鍵直到顯示CH2 按此鍵設定為5 10 2Torr 按此鍵設定為8 10 2Torr 第一設定點設定 粗抽轉細抽 CH PARA PARA 連續按此鍵直到顯示CH2 按此鍵設定為10Torr 按此鍵設定為15Torr 第二設定點設定 MP待速轉全速 工作原理 真空設定點設定 CH PARA PARA 連續按此鍵直到顯示CH2 按此鍵設定為1 10 4Torr 按此鍵設定為8 10 4Torr 第三設定點設定 開始蒸鍍 PARA PARA 無設定 無設定 PARA 工作原理 真空探測頭設定 PARA CH PARA PARA 連續按此鍵直到顯示PArASen 連續按此鍵直到顯示CH1 FiLtSLo Gasn2 PARA 按設定為FiLtSLo 真空度反應緩慢 按設定為Gasn2 量測氣體為N2 CH1探測頭設定 PARA CH PARA PARA 連續按此鍵直到顯示PArASen 連續按此鍵直到顯示CH2 FiLtSLo Gasn2 PARA 按設定為FiLtSLo 真空度反應緩慢 按設定為Gasn2 量測氣體為N2 CH2探測頭設定 工作原理 一般性參數設定 PARA PARA PARA 連續按此鍵直到顯示PArAGEn RS232傳輸速率設定 unitTorr diGit3 PARA 按設定為Torr 真空度顯示單位為Torr 按設定為3 真空度顯示值為三位數 PARA bAud9600 dEF 所有設定值回復至原廠設定 PARA AoLin 7 按設定為Lin 7 類比輸出訊號設定 PARA Err r 錯誤訊息回報 PARA 離開蒸發材料表面 具有相當運動速度 相當於音速 的氣態粒子以基本上無碰撞的直線飛行到工件表面 到達工件表面的氣態粒子凝聚成核并生長成固相薄膜 組成薄膜的原子重組排列或發生化學鍵合作用 利用大電流將電能轉化成蒸發材料的內能 使靶材先熔化再蒸發 或直接升華 使之成為具有一定能量 0 1 0 3eV 的氣態粒子 原子 分子或分子團 工作原理 蒸鍍原理 工藝流程 工件清潔 底涂 NCVM 中涂著色 選用 面涂生產環境 優於10萬級無塵環境 現為1萬級 底 面塗一般使用UV漆 中塗有UV也有PU 打開總電源 開啟冰水機 打開Polycold電源 打開VM設備電源 進入操作界面 選擇國語 選擇目錄 選擇排氣系統 選擇開機 預熱50min 開始蒸鍍 選擇排氣系統 選擇關機 冷卻50min VM自動停機 斷開VM設備電源 斷開PolyCold電源 斷開冰水機 斷開總電源 工藝流程 開機順序 關機順序 Polycold停機 DP待機 打開油回轉泵氣鎮閥 30min后打開Polycold Polycold除霜順序 將已鍍挂具取下 掛於掛具周轉車中 将靶材固定于钨丝中部 打開已鍍倉門 關好待鍍倉門并按下啟動開關 固定時以轻按方式检查钨丝是否脆裂 脱落 如有及時更換 吸塵器 無塵紙清洁炉体 将掛好產品的待鍍挂具上挂到蒸鍍機圓盤上 圓盤自轉2 3周 觀察有無靶材和產品掉落 打開已鍍倉門 關好待鍍倉門并按下啟動開關 工藝流程 上下掛作業流程 将Sn絲拉直平放在治具上 對齊定位后依照標尺切斷Sn丝 根据长度要求制作好切割治具 用钳子弯折切好Sn丝两头并壓扁 逐一将切壓好的Sn丝称重 将称重OK的Sn丝真空包装 包装上標明型號 日期 長度等 待用品必須於7日內使用 工藝流程 Sn絲加工作業流程 1 Sn絲應密封保存 切割時戴口罩 手套 防止Sn氧化 2 鎢絲安裝時應無間隙 便于安裝靶材 相鄰鎢絲結合處要前后對稱 保持蒸發量均勻 3 安裝Sn絲時要戴口罩 手套 防止氧化 Sn絲安裝必須到位 防止掉落 4 上下挂時要從下取從上放 防止掉落時損壞產品 絕對避免碰撞產品 5 每爐生產完必須清潔真空倉內部 6 已鍍产品进入下一制程前的等待時間应控制在8h内 防止产品镀膜被氧化 7 空鍍可以穩定制程 早晚班交接后 換靶材品種后 更換新電極后 8 溫度 濕度 18 28 30 70 RH 濕度超過70 后 抽真空較慢 9 靶材重量是影響鍍膜品質的關鍵因素 建議開發專用切割治具用於靶材加工 工藝流程 作業注意事項 小件產能可達2800pcs 爐 與大件70 280pcs 爐相比 蒸鍍工藝有如下差異 a 小件生產時通入Ar 目的是讓蒸鍍時 爐腔內靶材原子分布得更加均勻 以確保產品鍍膜均勻 而大件生產時 一般不通入Ar b Ar自蒸鍍開始即通入 流量約為150cm3 min 故小件蒸鍍時真空度低於大件c 小件生產時 產品隻進行順時針或逆時針的單向旋轉 d 相比大件 小件蒸鍍的預熱 熔化兩段時間長 電壓高 而蒸發 冷卻兩段時間較短 工藝流程 大 小件蒸鍍對比 DYC 1318BSD1 9cmSn絲B機台設定參數 機台不同參數不同 注 把C段時間調成零后可以觀察到經過AB段處理的靶材情況 如收縮成球狀則表面溶解效果差 如過早蒸發或滴落則是電壓時間過大 工藝流程 蒸鍍流程說明 工藝流程 常見不良 蒸鍍鍍膜設備DYC 1318BSD 2C主體構成 真空系統 真空泵 真空計 真空管路 真空閥門等動力系統 控制柜 變壓器等加熱系統 DP加熱 Polycold等 Sn絲稱重儀器 電子秤 SHINKOMAX 620gD 0 001g 真空包裝儀 SinBo Vacuumsealer 設備保養 設備構成 設備保養 DP規格 設備保養 日保養項目 設備保養 周保養項目 設備保養 月保養項目 季保養項目 設備保養 年保養項目 三年保養項目 設備保養 故障可能原因與排除 設備保養 設備保養 錯誤代碼及意義 1 氣密性測試必須達標 可在空載抽真空達到6 10 7Torr時 停止抽真空作業 參考設備出廠檢驗數據觀察真空泄漏速度是否達標 不達標時要調整到達標 氣密性是整個真空作業的基礎 必須達標 常壓時看真空計顯示是否為750Torr來檢驗真空計是否工作正常 2 圓盤轉速調整是為了達到14列產品列間鍍膜膜厚均勻 一般要保証靶材蒸發時間是圓盤自轉一周時間的整數倍 可適當延長1 3s 當出現連續几列產品品質異常時應考慮自轉速度設定是否有問題 3 調整電極位置以達到5層產品鍍膜的均勻 正面電極影響大 頂部和底部需要增加補償電極 一般電極 10組 現在采用18個半組 調試時用小量靶材 1 0cm 挂具整體挂一層PE膜 可以突出對比效果 4 靶材用量選擇是可以調整產品局部區域膜厚達到均勻 頂部和底部電極可以適當加大靶材用量以達到補償作用 新機調試 鍍膜均勻性調試 1 靶材的品質 要求純度99 99 以上 Sn 真空包裝 2 靶材的重量 直徑一定的Sn絲管控長度即可達到管控重量的效果 現在管控范圍為 3 內 切割精度分析 正態分布統計 加強加工人員訓練 電子稱的靈敏度要達到0 001g GR R分析切割方法 一致性需 90 3 殘留的靶材 a 鎢絲間隙如有殘留時須檢查 鎢絲有無變形 固定鎢絲的螺絲有無鬆動 外部電壓有無變化 電極參數有無變化 b 滴落爐底的靶材殘留及時清理 4 爐體清潔 清潔真空膠圈 及時清理殘留物 每班開機後生產前必須空鍍一爐 5 設備運轉 保証日 周 月 季 年保養正常進行及確認保養效果 新機調試 鍍膜穩定性調試 新產品靶材用量選擇時應注意 Ar會引起真空倉氣流紊亂 盡量少用通過DOE試驗尋找靶材用量的示意圖如下 高溫高濕測試失效區間 RF測試失效區間 OK區間 新機調試 新產品靶材用量調試 靶材重量 低 高 RF測試 a 與客戶確認測試區域 此區域一般在天線附近 b 開發測試定