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关于pvd电镀和真空电镀

2016-05-26 作者: 来自:

真空镀膜行业兴起背景;随着欧盟RoHS指令的实施及各国针对环保问题纷纷立法。

传统高污染之电镀行业已不符合环保要求,必将被新兴环保工艺取代。而真空镀膜没有废水、废

气等污染,在环保上拥有绝对优势,必将兴起并普及。

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1. 制膜(或镀膜)方法可以分为气相生成法、氧化法、离子注入法、扩散法、电镀法、

涂布法、液相生成法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法(简称PVD法)化学气

相沉积法和放电聚合法等。我们今天主要介绍的是物理气相沉积法。由于这种方法基本都是处于真空环境

下进行的,因此称它们为真空镀膜技术。

而真空镀膜设备主要指一类需要在较高真空度下进行的镀膜,具体包括很多种类,包括真空离子蒸发,磁控溅射,MBE分子束外延,PLD激光溅射沉积等很多种。主要思路是分成蒸发和溅射两种。

需要镀膜的被成为基片,镀的材料被成为靶材。 基片与靶材同在真空腔中。

蒸发镀膜一般是加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来,并且沉降在基片表面,通过成膜过程(散点-岛状结构-迷走结构-层状生长)形成薄膜。 对于溅射类镀膜,可以简单理解为利用电子或高能激光轰击靶材,并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来,并且最终沉积在基片表面,经历成膜过程,最终形成薄膜。

 

2.物理气相沉积法依据制作过程工艺不同又分为真空蒸发镀膜、磁控溅

射镀膜和离子镀膜。

a.真空蒸发镀膜法:在真空室(镀炉)中加热蒸发容器中待形成薄膜的

原材料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到固体

(待镀产品)表面,凝结形成固态薄膜的方法。

 

b.离子镀膜法:蒸发源的加热和真空镀膜法相同。由于系统为等

离子状态,使金属离子在样品表面吸附?成膜。金属离子为高能

量状态,成膜时具有离子结晶性佳、膜的密着性提高的优点。

 

c.溅射镀膜法:给靶材施加高电压(形成等离子状态),使正荷

电气体离子撞击靶材、金属原子飞弹,而在样品表面形成金属皮

膜的方法。

 

PVD工艺流程:

 

素材全检→组装治具→擦拭产品→底涂上下料→ 喷底涂、IR→ 镀膜上下料→镀膜(PVD)→ 喷面漆、IR(颜色)→ 下治具→检验→包装

 

产品镀膜过程为真空环境,真空度极高。镀膜机内气

压极低, 产品中的添加剂、油脂、水分均会溢出,

所以产品注塑时不可打脱模剂, 不可添加增塑剂,不可直接加色粉成型。

 

3真空镀膜的工艺特性

 

1 .纳米级厚度、膜厚均匀。真空镀膜膜层厚度仅数十至数百纳米(一般≤0.2um),膜层各部位厚度极为均匀。

例:镀铝层厚度达0.9nm时就可导电,达到30nm时性能就和固态铝材相同,银镀层小于5nm时不能导电。各塑胶产品本

身具有约0.5um的粗糙度,结合第1条因素故塑胶表面均在镀膜前喷涂UV进行封闭流平,以达到理想的镜面效果。因镀膜

层太薄,故对底涂UV材料外观要求近乎苛刻,这就要求涂装室洁净度极高。同时产品外观面积越大,不良率就可能就越

高(目前奥科生产车间洁净度为10000级,喷涂室、烤箱、镀膜车间洁净度3000级)。

镀膜厚度目前主要通过光透过率及反射率来控制,镀层越厚,透光率越差,反射率越高。

 

 

2. 镀膜产品放置具有方向性:在立式、卧式镀炉中,产品均须于镀炉工装平行平面放置。因为金属材料随蒸气流作直

线或弧线运动,而镀膜材料一般均与工装平行放置。镀膜室空间一定, 产品平面面积越大, 曲面越深, 产能就

越低, 相应生产成本就越高。

 

3.底涂UV后及镀膜后产品表面极其脆弱敏感,需特殊保护。因镀膜层仅几十纳米, 对底涂UV层表面不良不具备遮蔽能力

, 另镀层因太薄,镀膜层金属极其柔弱,极易刮伤、碰伤。产品底涂UV, 镀膜后不能进行人工全检,(用小批量试产的

办法确定良品率)作业过程中, 通过治具专用手柄、戴指套、口罩及车用无尘罩等办法预防产品表面被污染、破坏。

 

4.镀膜材料或蒸气流入射速度极高,一般磁控溅射及蒸发镀金属原子入射速度均在2000/秒左右。每炉镀膜时间(金

属原子累积入射沉淀时间)一般在15-20分钟左右,磁控溅射视工艺不同有所区别。每炉产能以普通翻盖手机外壳为例

450-800PCS/炉不等,产品大小不同,每炉产能不同。

 

5.颜色制作途径多样化,目前有三种颜色制作途径:一、是在中涂UV或面涂UV中添加色精。因色精会与UV

外光起作用,故添加量一般5%左右;二、是在镀膜过程中充入气体,使气体与金属材料反应

获得颜色(如Ar2+O2+铝金属可获得黑色,O2+Al获得黄色);三、是前述两者相结合进行生产。一般来说颜色越深、

越浓、越艳;附着力会越差(加色精工艺)。

 

6.镀膜用金属材料范围极广,除铁金属外,各种金属及金属

合金,理论上都可用作镀材。常用的有铝、铜、锡、镍、铬

等。另因镀膜是物理过程,对产品材料本身性能几乎没有影响。

 

7.镀膜产品能达到的品质水准:

附着力:无脱落-RCA耐磨:200-300次。

硬度:1H-3H ABS+PC素材一般在500g1H

PMMA素材则可达3H,甚至4H

其它诸如高低温、冷热冲击、盐雾测试、紫外线测试、

化妆品测试、抗人造汗测试等均可达到常规要求。

 

8、生产过程时间局限性:因金属镀层长时间露置在空气中会氧化

发黑,不同材料氧化速度不同,其中锡镀层氧化速度最快,8H

会明显发黑,另底漆UV静置时间如过长,漆膜太厚也会影响镀膜

层附着力。故底漆UV、镀膜及面涂UV几个工序之间作业时间间隔

依据实际作业经验一般限定在8-12H范围内。

 

9UV涂料及涂料施工特性:镀膜用的底涂UV及面涂UV涂料相比普

通塑胶喷涂UV涂料有两个明显不同之特性:1)涂料材料组成之固

含量高,底漆UV最高;2)不含且不能添加普通喷涂用的惰性溶

剂,须特殊调配专用溶剂。故产品单位涂料用量及成本明显比普

通塑胶喷涂高出很多,另底漆UV、面涂UV及色精对UV能量范围的

要求也较普通UV苛刻,一般底漆UV要求800-1000mj/cm2 面涂UV

900-1100 mj/cm2不同颜色之色精根据实际情况调整UV灯能量。

UV生产时过滤要求也比普通塑胶UV严格,一般要求用600目左右过

滤网进行过滤。UV膜厚要求为底涂18-25um,面涂UV18-22um

 

4:真空镀膜工艺对素材的适镀性及要求

 

作为真空镀膜的塑胶素材,其最基本的性能应包括附着性能、真空放气量和

耐热性外观设计等几方面的指标。

1.附着力:被镀素材应与真空镀膜材料有良好的附着结合强度,一般认

为聚脂类材料和镀铝膜层的结合力最强(如PET.衡量附着性能良好的标准

是塑胶件表面自由能(表面活性指数)一般表面自由能<33-35×10-5 N/CM

的为弱极性塑胶(如PP)常用塑胶材质中附着力高低依次为ABS ABS+PC

PC PVC。真空镀层与素材之间的附着力可以通过实施底涂来加以提高,还

可以通过化学材料清洗、浸泡,等离子体预处理等来提高。

 

2.真空放气量:某些素材中可能含易挥发小分子(包括水分、增塑剂、

残留溶剂、未反应单体、增加剂等)在真空状态下将以气体形式溢出,破坏

镀膜层的附着力:平整性和外观.素材在常温下放气并不明显,但在真空状态

下,随温度上升,放气量增大。不同材质素材,其放气量差异较大,如一般

ABSABS+PC含水量多在0.5--0.2%之间,真空状态下ABS放气主要含水

,CO和氢气,尼龙、尼龙+纤,聚乙烯醇材料等较易吸潮,水分含量更高严

重干扰镀膜,目前处理此类问题的办法有二种:一种是预热烘烤处理,将水分

含量控制在0.1%以下;另一种方法用底涂UV封闭。但含量太高则不行,如增塑

剂含量10%以上的增塑剂就会溢出。

 

3、耐热性:真空镀膜无论采用何种工艺,素材都必须面临升温

考验,蒸发源的辐射热,镀膜材料的高能粒子、气化原子、分子

等离子体等,在素材上的冷凝热和动能都将使素材(浅表层)迅

速升温,如果素材的耐热性差,真空镀膜时将出现皱纹,甚至整

体收缩,过度受热还可以导致塑料分解,镀膜起泡、剥落。不同

塑料的耐热性千差万别。一般来说PVC材料的热稳定性较差,热

变形温度较低,通常最高只能在60-70℃下使用,一般工程塑料

可以在200℃以下使用,电子塑胶件不是特薄,特细件一般做真

空镀膜均不会产生变形状况。

 

4、新项目设计开发时素材边缘处尽量设计带R角和有弧度的面,

这样可以使喷涂的膜厚均匀测试性能稳定。

 

5:真空镀膜工艺关键技术与先进性

 

1:真空获得设备配置了先进的空气冷凝捕集装置,产品在镀膜过程中,从常规大气压抽

到高真空(1.0*10-2PA以上)只需6.0-7.0分钟,且不受产品装入数量,结构的影响,在同行

业中处于领先,成本低,效率高,极具市场竞争力。

 

2:真空获得设备配置了先进的石英晶体膜厚探测仪,精确控制镀层膜厚,确保不导电性能。

 

3:特殊的颜色获得技术,仅用二涂UV的实现工艺,目前同行工

艺实现(如:NOKIA、索爱的产品NCVM表面处理)基本采用UV

涂工艺实现(即底涂UV、镀膜、中涂加颜色、面涂UV)。而我司

只用二涂工艺(具体见前面技术流程图)就可实现,同时采用面

涂加颜色的颜色获得技术。制成品品质确保达到行业标准(如,三星的测试标准)。工艺实现过

程较同行简单、效率高、成本低、品质保证,从而具备极强的市场竞争力。

 

 

4:特殊的两种金属材料作为蒸发源,锡和铟依据不同制

品的品质要求进行不同质量配比,确保不导电性能和制品高金属质感。

 

5:针对不导电性能先进的测试方法,设备。对完成品采用射频网络分析仪测试(RF

射频测试)确保完成品的质量与追溯,满足终端通讯产品的电子性能要求,使产品

更具市场生命力,同行业基本没有此项测试方法。

 

5.1:真空镀膜工艺关键技术与先进性

1:真空镀膜制程无废水,废渣、废气排放,极其环保健

康,完全杜绝了传统工业水电镀的六价铬、镍镉对环境的污

染、对劳动者身体健康的威胁。

2:使塑料制品具备高质感,多颜色的金属效果,同时又杜

绝了金属制品对通讯产品的电磁屏蔽影响,具备良好的产业

发展前景。

3:通过强大的技术研发实力,使整个产品实现过程工艺简

单、品质确保、效率高、成本低,具备良好的市场竞争力。

4:真空镀膜设备配置,检测设备配置处于行业领先水平。

 

6:真空镀膜PVD新工艺

1:新工艺-PVD颜色渐变效果

颜色渐变效果清新自然,金属质感强。信赖性测试稳定,

盐雾测试、恒温恒湿、化妆品、紫外线、耐水煮等测试均OK.

 

2:新工艺-PVD珠光效果

喷涂珠光效果产品耐化学性好,具有独特的光

泽效果及金属效果,属于不导电特性;半透明体,

反射光极强,颜色种类齐全可随意选择。

信赖性测试稳定,盐雾测试、恒温恒湿、化妆

品、紫外线、耐水煮等测试均OK.

 

3:新工艺-PVD拉丝效果

PVD拉丝效果清晰,金属质感强,可以做哑光、亮光不同颜色的效果。信赖性测试稳定,

盐雾测试、恒温恒湿、化妆品、紫外线、耐水煮等测试均OK

 

4:新工艺-PVD喷墨效果

 

PVD喷墨效果清晰,图像质量高,色彩逼真;

信赖性测试稳定,盐雾测试、恒温恒湿、

化妆品、紫外线、耐水煮等测试均OK

 

 

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