Caso di studio sull’applicazione della tecnologia di rivestimento sottovuoto VPI

Le soluzioni personalizzate di rivestimento sottovuoto superano con successo problematiche di adesione, la decolorazione per ossidazione del film e la non-uniformità dello spessore nella preparazione di film spessi

Vision Precision Instruments (VPI), un’impresa high-tech specializzata nella preparazione di campioni e nei sistemi di rivestimento sottovuoto, fornisce soluzioni di rivestimento sottovuoto di alta qualità a oltre 3.000 università, istituti di ricerca e imprese a livello globale fin dalla sua fondazione nel 2004.

I film sottili di metalli nobili con eccellente conduttività e riflettività hanno attirato una significativa attenzione. Tuttavia, la preparazione di film spessi con forte adesione su scale micrometriche affronta numerose sfide tecniche.

Brand e Sistemi di Prodotti VPI

VPI (Vision Precision Instruments), pioniere nell’industria cinese del rivestimento sottovuoto, offre prodotti che includono sistemi di magnetron sputtering per alto vuoto, sputter coater ionico DC e evaporatori, rispondendo a diverse esigenze di materiali da impiegare e applicazioni. Il sistema di sputtering DC SD-900 e il sistema di magnetron sputtering SD-900M sono due prodotti che impiegano rispettivamente la tecnologia di sputtering a corrente continua e magnetron. Le apparecchiature VPI, note per il funzionamento intuitivo e le prestazioni stabili, supportano sia sorgenti di alimentazione di sputtering DC che RF, migliorando la capacità di deposizione tramite tecnica PVD.

Confronto Magnetron (VPI SD-900M) vs. Sputtering DC (VPI SD-900)

Principi dello Sputtering DC e Magnetron: il rivestimento per sputtering utilizza il bombardamento di ioni energetici per depositare atomi bersaglio sui substrati. Lo sputtering DC è il più diffuso, ma presenta sfide in termini di efficienza e impatto termico. Il magnetron sputtering integra campi magnetici per aumentare la densità del plasma, raggiungendo tassi di sputtering più elevati a pressioni e temperature inferiori, ideale per substrati sensibili al calore. Ogni tecnologia ha però pro e contro.

Requisiti applicativi: un team di ricerca universitario aveva la necessità di preparare film di metalli nobili micrometrici su substrati speciali per la ricerca ottica e conduttiva, richiedendo film uniformi di colore brillante con forte adesione. Le sfide includevano bersagli soggetti a ossidazione e alte sollecitazioni interne nei film spessi, inizialmente affrontate senza successo con il sistema VPI SD-900M esistente. I problemi inizialmente incontrati includevano adesione insufficiente a causa della bassa densità del film, ossidazione che causava la decolorazione del film e distribuzione dello spessore non uniforme risultante da un disallineamento geometrico tra target e substrati.

Gli ingegneri VPI hanno collaborato strettamente con il cliente, implementando soluzioni personalizzate:

• Dimensioni del target e densità di potenza aggiornate: l’aumento del diametro del target da 50 mm a 60 mm ha migliorato la copertura e il tasso di deposizione.

• Porta-substrato rotante: la sostituzione del porta-substrato fisso con un meccanismo rotante personalizzato ha assicurato una deposizione uniforme su tutto il substrato.

• Parametri di processo ottimizzati: le prestazioni migliorate della pompa da vuoto hanno ridotto i livelli di ossigeno residuo, e la migliore gestione del vuoto e del gas ha minimizzato il rischio di ossidazione.

• Modellazione teorica e validazione sperimentale: una modellazione dettagliata ha previsto una deposizione uniforme, successivamente verificata attraverso la sperimentazione pratica.

Analisi Tecnica

1. Energia di sputtering e densità del film: lo sputtering DC ha fornito energia aggiuntiva di bombardamento ionico, garantendo una formazione densa del film e una forte adesione.

2. Tasso di deposizione e gestione dell’ossidazione: l’aumento del tasso di sputtering ha prevenuto l’ossidazione coprendo rapidamente gli strati depositati e minimizzando il tempo di esposizione.

3. Impatto delle dimensioni del bersaglio sull’uniformità: un bersaglio più grande da 60 mm ha migliorato significativamente la copertura spaziale, garantendo una distribuzione uniforme dello spessore attraverso substrati tridimensionali.

4. Deposizione rotazionale: i porta-substrati rotanti hanno efficacemente trasformato la disomogeneità spaziale in uniformità temporale, migliorando significativamente l’uniformità del film.

L’implementazione di queste soluzioni ha portato a:

• Qualità del film significativamente migliorata: film metallici uniformi e brillanti con una deviazione minima dello spessore (entro ±5%).

• Forte adesione e stabilità: risultati eccellenti nei test di taglio a croce, con nastro adesivo e stabilità ambientale.

• Soddisfacimento delle applicazioni: sono state raggiunte le proprietà ottiche ed elettriche ottimali, soddisfacendo i requisiti di ricerca.

• Soddisfazione del cliente e cooperazione rafforzata: grande apprezzamento da parte dei clienti per le soluzioni tecniche complete e il servizio proattivo.

La soluzione VPI personalizzata ha affrontato efficacemente complesse sfide tecniche nella deposizione di film spessi, riflettendo la profonda esperienza di VPI, l’approccio ingegneristico sistematico e la filosofia orientata al cliente. VPI continua a stabilire parametri di riferimento nel settore, fornendo soluzioni di rivestimento affidabili e personalizzate per varie applicazioni di materiali avanzati a livello globale.