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孪生负载中频交流PECVD沉积DLC涂层的方法


技术摘要:
本发明公开了一种孪生负载中频交流PECVD沉积DLC涂层的方法,包括真空腔内布置第一组工件和第二组工件,第一组工件中所有工件电连接,第二组工件中所有工件电连接;所述第一组工件和所述第二组工件的相对位置关系应满足条件:通过对第一组工件进行旋转或平移,可使第一  全部
背景技术:
当前,等离子沉积技术已经在金属表面改性工艺中被广泛地应用,主要包括以固 体靶材作为源物质的物理气相沉积法(PVD,Physical  Vapour  Deposition)和以气体前驱 作为源物质的等离子辅助化学气相沉积法(PECVD,Plasma  enhanced  Chemical  Vapour  Depostion)。 PECVD是沉积DLC(类金刚石,Diamond  Like  Carbon)涂层的主要方法之一,传统的 PECVD沉积DLC工艺以真空腔体为阳极,以工件为阴极,点燃辉光放电等离子体裂解碳氢气 体,工件上的负偏压吸引等离子体中带正电的碳氢离子团,在工件上沉积形成DLC涂层,同 时反应的附产物(一些碳氢的碎片)会沉积在腔体的内壁。工件上的DLC涂层以及腔体内壁 的附产物都是绝缘的,这些绝缘的物质倾向阻隔等离子体的放电通道。 当采用直流作为等离子体激发源时,在阴极,暴露于等离子体DLC涂层表面电荷积 累到一定程度,会发生电容击穿形成“电弧放电”;在阳极,绝缘层的促步堆积导致放电系统 的阻抗随时间不断增大,最终导致“阳极消失”。为了克服普通直流PECVD技术电弧放电和阳 极消失的不利影响,工业上发展了直流脉冲技术,利用脉冲的间隙释放电荷。原则上,射频 能够穿透绝缘层,然而存在射频泄漏带来人身伤害的风险。同时,不同生产批次之间负载 (即工件)的阻抗是不同的,射频放电需要复杂的阻抗匹配网络。图1所示为传统的射频 PECVD沉积DLC涂层的原理示意图,沉积过程中,以真空腔体1为阳极,以工件为阴极,工件置 于工件架2上,采用射频电源3作为等离子体激发源。
技术实现要素:
为了解决PECVD沉积DLC工艺中存在的电弧放电和阳极消失现象,本发明提供了一 种孪生负载中频交流PECVD沉积DLC涂层的方法。 本发明通过在真空腔内对称地布置两组电极,电极上安装工件,形成对称的孪生 负载;所述对称的孪生负载指通过旋转或平移操作可使两组负载有规律地重合,这两组负 责即对称的孪生负载。 本发明孪生负载中频交流PECVD沉积DLC涂层的方法,包括: 真空腔内布置第一组工件和第二组工件,第一组工件中所有工件电连接,第二组 工件中所有工件电连接;所述第一组工件和所述第二组工件中的工件数量均为n,且所述第 一组工件和所述第二组工件的相对位置关系应满足条件:通过对第一组工件进行旋转或平 移,可使第一组工件和第二组工件有规律地重合; 以中频交流电源为等离子体激发源,所述中频交流电源的两极分别连接第一组工 件和第二组工件; 3 CN 111593321 A 说 明 书 2/4 页 对真空腔抽真空并通入源气体,开启中频交流电源,采用PECVD在工件上沉积DLC 涂层; 通过对第一组工件进行旋转,可使第一组工件和第二组工件有规律地重合,具体 为: 将2n个工件等间距地布置成以真空腔中心轴为中心的圆形,选定任一工件为起 点,按同一方向对2n个工件顺次编号,奇数编号的工件电相连作为第一组工件,偶数编号的 工件电相连作为第二组工件; 通过对第一组工件进行平移,可使第一组工件和第二组工件有规律地重合,具体 为: 将2n个工件平行且等间距地布置于真空腔内,并顺序编号;奇数编号的工件电相 连作为第一组工件,偶数编号的工件电相连作为第二组工件。 进一步的,工件为手机盖板。 进一步的,工件为手表壳。 和现有技术相比,本发明具有如下特点和有益效果: 所谓孪生负载是指在空间上对称地两组负载,即通过旋转或平移操作,可使两组 负载有规律地重合。这样辉光放电时,两组负载在整体和局部都具有相同的等离子密度。如 果不能形成对称平衡的孪生负载,则会导致两负载上产品涂层性能的差别。典型地,如果采 用一大一小两个工件,分别作为两个负载,采用中频交流PECVD方法沉积DLC,则小的工件上 必然具有更高的等离子体密度,相应地,具有更快的沉积速度,这样会带来两个工件上DLC 涂层的性能的偏差,例如膜厚、涂层硬度、附着性、颜色等的差异。在单一类型工件的批量生 产中,形成孪生负载相对容易。 本发明采用交流放电的等离子体激发方式,使一组负载处于正电位时,另一组负 载将处于负电位。由于交流放电等离子系统中电位在时间和空间上不停变换,前一秒处于 正电位的负载下一秒将处于负电位,因此,交流放电等离子系统中电位在时间和空间上不 停地变换。某一时刻,处于负电位的负载将吸引等离子体中碳氢正离子沉积DLC涂层,而处 于正电位的负载则吸引电子中和表面的正电荷,通过增加交流电的频率,减小放电周期,将 电荷积累控制在电容击穿的阈值之内,就可消除因电容击穿而引起的电弧放电。 当工件表面形成DLC,在放电回路中,相当于在金属工件与等离子体之间串联一个 电容。交流电路中,电容具有通高频、阻低频的特性,即电容可以通过不断地充电放电使高 频电流导通,从而来导通整个放电回路,频率超过40kHz的中频交流电,可以穿透10um以上 的DLC膜层。因此,采用中频交流PECVD沉积DLC工艺不会出现直流放电中因绝缘层阻隔而引 起的放电终止和阳极消失现象,从而可进一步消除由放电终止和阳极消失导致的工艺波动 和产品品质不良。 在单一类型工件的批量生产中,形成孪生负载相对容易,因此,本发明方法尤其适 合钟表、手机壳以及汽车和纺织零部件等工件表面的批量涂层处理。 附图说明 图1是传统的射频PECVD沉积DLC涂层的原理示意图; 图2是本发明方法中孪生负载的一种具体实现方式; 4 CN 111593321 A 说 明 书 3/4 页 图3是本发明方法中孪生负载的另一种
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