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1、日期:08年03月20日,编写人：张玉立核准人：张经理,真空镀膜(NCVM)项目工程师培训教材,前 言：,1.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。,一真空镀膜技术及设备两百年发展史(1805-2007),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（physical Vapor Deposition简称PVD法）化学气相沉积法和放电聚合法
2、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。,一真空镀膜技术及设备两百年发展史(1805-2007),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。.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（加热源又分为电阻加热源、电子束（枪）蒸发源、激光束蒸发源等）。.磁控溅射镀膜法：在与靶材(待镀金属原材料，一般制作成圆筒形，靶束状故称靶材)平行的方向上施加磁场，利用电场与磁场正交的磁控原
3、理使高速粒子(电子)在低温状态下轰击靶材表面，使靶材金属原子从表面射出沉积在固体（待镀产品）表面形成金属膜层。.离子镀膜法：是1963年美国Sandia公司首先提出来的，是在真空蒸发和真空溅射技术基础上发展起来的一种镀膜技术。它是在真空条件下应用气体放电实现镀膜的。即在真空室（镀炉）中使气体或蒸发物质电离，在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，同时将蒸发物或其反应物蒸镀在产品上。膜材气化方法有：电阻加热、电子束加热、阴极孤光放电加热。气体分子或原子的离化和激活方式有：辉光放电型、电子束型、热电子型等离子电子束型及高真空电弧放电型。奥科使用的方法是：利用电阻加热使膜材气化，被镀产品做为阴极，利用高
4、电压电流辉光光放电将充入的气体（氩气Ar）离化。离子镀膜附着力最高。,3.真空镀膜技术1805年开始探索研究,19世纪一直处于探索,预研阶段。20世纪后50年(1950年后)获得腾飞,其发展历程摘要如下:,1805年开始研究接触角与表面能的关系。1817年 透镜上形成减反射膜。1904年 圆筒上溅射镀银获得专利。1946年 用X射线吸收法测量薄膜的厚度,英国Good Fellow公司成立,紧接着1947年200英寸望远镜镜面镀铝成功。1947年 美国国家光学实验室（DCLI）建立，用光透过率来控制薄膜的厚度。1950年溅射理论开始建立,半导体工业开始起步,各种微电子工业开始起步,塑料装饰膜开始
5、出现。1953年美国真空学会成立，以卷绕镀膜的方法制成抗反射的薄膜材料(3M公司)。1954年开始研制新型真空蒸发式卷绕镀膜机（德国Leybold莱宝公司）。1956年 美国第一台表面镀有金属膜的汽车问世（Ford 汽车公司）。1957年 美国真空镀膜学会成立，真空镀镉方法被航空工业所接受。1959年 磁带镀膜设备研制成功（Temescal公司）。1963年 开始研制部分暴露大气的连续镀膜设备，离子镀膜工艺研制成功，20世纪70年代(1970年后）各种真空镀膜技术的应用全面实现产业化，薄膜技术的发展进入黄金期。1995年 用于汽车车灯的在线团束溅射镀膜技术研制成功(Leybold公司)。,4、
6、不导电工艺前景,利用金属氧化物与金属化合物之表面加工技术,外部表面呈现金属色泽且不导电(阻抗值无限大),此项有利于人体健康和提高产品性能的新型工艺势将成为表面处理技术之主流,二真空镀膜的工艺特性:生产工序：素材前处理-底涂UV-镀膜-中涂UV-面涂UV1.产品镀膜过程为真空环境,真空度极高。镀膜机内真空度1-5X10-4T0RR（1TORR=1毫米水银柱高的压力,大气压为760TORR。我司镀膜机内真空度1.3X10-3Pa）。*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。,二真空镀膜的工艺特性:2.纳米级厚度、膜厚均匀
7、。真空镀膜膜层厚度仅数SHI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。,二真空镀膜的工艺特
8、性:,3.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。4.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后,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,通过治具加专用手柄、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。,二真空镀膜的工艺特性:5.镀膜材料或蒸气流
9、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米/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约1000PCS/炉，产品大小不同，每炉产能不同。6.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紫外光起作用，故添加量一般2%；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）。,二真空镀膜的工艺特性:
10、,7.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、镍、镍银合金、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。8.镀膜产品能达到的品质水准:附着力：无脱落-5%脱落。RCA耐磨：200-350次。硬度：1H-3H ABS+PC素材一般在500g擦1H；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、耐醇测试、化妆品测试、抗人造汗测试等均可达到常规要求。要求特别高之产品，一般通过涂三层UV来实现,但因增加一道工序,不良率、产能会相应降低。,二真空镀膜的工艺特性:9、生产过程时间局限性：因金属镀层长时间露置在空气中会
11、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，4H就会明显发黑，另底漆UV静置时间如过长，漆膜太干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。10、UV涂料及涂料施工特性：镀膜用底涂UV及面涂UV涂料相比普通塑胶喷涂UV涂料，其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600-1000mj/cm2 面涂
12、UV要求800-1200 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UV湿膜20-25um、干膜12-20um、面涂UV8-15um。,三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）.衡量附着性能良否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33-3510-5 N/CM的为弱极性塑胶（如PP）
13、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ABS、ABS+PC含水量多在0.5-0.2之间，真空状态下ABS放气主要含水分,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
14、前处理此类问题的办法有二种：一种是预烧烘处理,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。,三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等几方面的指标。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。一般说来PVC
15、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。,四：生产工艺流程及行业难题起因处理方法：例如生产过程中,常发生不良情形有:油点、水点、雾白、咬底等,其它同普通塑胶喷涂。,真空不导电镀膜工艺流程,成型,前置处理,底涂,直空镀膜（不导电）,面涂,检验包装,不导电产品剖示图,基材表面,底涂,真空电镀（不导电）,表面,电磁波信号,真空电镀对塑胶治具使用与设计的要求：,1、NCVM治具中间部位要掏空,如不掏空,就会在镀膜时有背面薄镀,发黄的现象.并且产能也提不起来，也就是每炉数量低。2、产品（素材）与治具之间的间隙要适当，否则会影响治具使用 寿命。3、针对NCVM所使用治具都要加专用手柄和喷涂正反两面都要加四个高1.5-2CM的支柱。具体对治具来料要求见附档工作表：,THE END!,祝各位工作愉快!,回首页,
