CN108118298A - 一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法 - Google Patents

一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁控溅射成膜技术，具体涉及一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，包括在待镀基材表面溅镀形成一层或多层金属膜层，然后在最外层的金属膜层表面加镀一层或多层反应膜层，或，先在待镀基材表面溅镀形成一层或多层反应膜层，然后在最外层的反应膜层表面加镀一层或多层金属膜层；所述的反应膜层由真空腔体内溅射的金属靶材与反应性气体反应并沉积而成；其中，金属膜层的厚度为5～35nm，可见光平均反射率为20～75％，所述反应性气体的通入量为30～80ml/min；本发明提供的颜色膜的成型方法，通过金属膜层与反应膜层的相互配合，实现了多种颜色膜的制备，镀膜工艺稳定、简单，无需过多的提高反应膜层的厚度即可获得较高亮度的镀膜。

Description

一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法
技术领域
本发明涉及磁控溅射成膜技术，具体涉及一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法。
背景技术
溅射沉积是在真空环境下，利用等离子体中的荷能离子轰击靶材表面，使靶材上的原子或离子被轰击出来，被轰击出的粒子沉积在基体表面生长成薄膜。磁控溅射因其沉积速度快、溅射所获得的薄膜纯度高、致密性好，成膜均匀性好的优点，自问世后就获得了迅速的发展和广泛的应用，有力地冲击了其他镀膜方法的地位；
一般来说，金属靶材是什么颜色，成膜后就是什么颜色。常见的如溅镀铝得到镀铝亮白色，溅镀黄铜形成亮黄色标志；或者在金属溅射过程中通入反应气体(如氧气、氮气)，沉积为反应膜，并且，反应膜的厚度不同时所呈现出的颜色也是不同的，因此可以通过改变反应膜的厚度加工得到不同颜色的颜色膜。也可以直接溅镀氧化物靶材(如二氧化硅靶材、二氧化钛靶材)来生成不同颜色的颜色膜，但是，对于反应膜来说，只有达到一定厚度时的膜层才能得到足够的颜色深度及亮度，而磁控溅射多层反应膜时对设备的真空度和溅射沉积膜层速率的要求都比较高，低配置的镀膜设备很难镀制氧化物靶材或比较厚的气体反应膜层，因此，溅射多层气体反应膜的成本投入比较高，针对规模较小的公司，难以大批量的投入生产。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明目的在于提供一种颜色膜的成型方法，制备工艺简单，成本投入较低，且成型的颜色膜具有较高的反射率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，包括在待镀基材表面溅镀形成一层或多层金属膜层，然后在最外层的金属膜层表面加镀一层或多层反应膜层，
或，先在待镀基材表面溅镀形成一层或多层反应膜层，然后在最外层的反应膜层表面加镀一层或多层金属膜层；
所述的反应膜层由真空腔体内溅射的金属靶材与反应性气体反应并沉积而成；其中，金属膜层的厚度为5～35nm，可见光平均反射率为20～75％，所述反应性气体的通入量为30～80ml/min。
现有技术中，在待镀基材表面溅射沉积反应膜时，需要使反应膜层达到一定厚度才能呈现出较深的反光颜色和反射亮度。而溅射较厚反应膜层对设备的要求较高，导致溅射沉积膜层的成本上升。
本发明通过在待镀基材表面溅镀形成一层或多层金属膜层，然后在最外层的金属膜层表面加镀一层或多层反应膜层，或，先在待镀基材表面溅镀形成一层或多层反应膜层，然后在最外层的反应膜层表面加镀一层或多层金属膜层，利用金属膜层对光线的反射效果，及金属膜层与反应膜层厚度改变时对光线的影响，呈现出合乎要求的镀膜颜色及亮度。从而避免了传统的通过增加反应膜层厚度的方式带来的成本上升。
金属膜层的作用在于实现光线的反射，所述金属膜层的厚度为5～35nm，其可见光平均反射率为20～75％，通过金属膜层的设置，仅需要设置薄薄的一层反应膜层即可得到较高的颜色亮度。
所述的反应膜层由真空腔体内溅射的金属靶材与反应性气体反应并沉积而成，本发明对所述的反应性气体不做特殊的要求，将其引入真空腔体内并与溅射的金属靶材反应从而获得不同于靶材的新物质并沉积在待镀基材表面。所述的反应性气体的流量直接影响反应膜层的厚度，气体量越多，沉积得到的反应膜层越厚，反射的亮度越高，但是这对溅射沉积设备的薄膜沉积速率要求较高，同时也会直接导致成本的上升。本发明所述的反应性气体的通入量控制为30～80ml/min。
本发明提供的颜色膜成型方法中，通过改变金属膜层与反应膜层的厚度即调整镀膜时的溅射功率与反应性气体的流量，来调整镀膜所呈现出的颜色，或根据产品需求对金属膜层及反应膜层的材质进行更改，解决了原有的单一金属膜层颜色过于单一、单一反应膜层颜色亮度不足或层厚过大引起的镀膜成本上升的问题。
优选的，本发明所述的溅镀形成金属膜层的金属靶材包括金属铬、不锈钢、铝、钛、铜、镍，通过溅射上述材质可以在待镀基材表面获得较高反射率的金属膜层。
优选的，所述的反应膜层为金属氧化物、氮化物、碳化物中的一种；所述的溅镀靶材为单位靶材或多元素靶。本发明提供的颜色膜的颜色主要源自于反应膜层，通过调整反应膜层的材质、膜厚从而获得多种颜色膜。
优选的，所述的反应性气体选自氧气、氮气或碳氢化合物气体。
优选的，本发明中用于溅镀的溅射气体为氩气。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明提供的颜色膜的成型方法，通过金属膜层与反应膜层的相互配合，实现了多种颜色膜的制备，镀膜工艺稳定、简单，无需过多的提高反应膜层的厚度即可获得较高亮度的镀膜；
2、相比于传统的提高反应膜层厚度的镀膜工艺，本发明对设备配置要求较低，从而减少了设备投入，节省了镀膜成本，该工艺可导入大多数连续式磁控溅射镀膜设备，制备加工快速方便。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
取一片尺寸为10cm×5cm的氧化铝陶瓷基片，以友威IN-LINE连续式溅镀机为溅镀设备，制程腔体起始镀膜真空度为5.0E-3pa，连续线行程马达频率20Hz；
一号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流3.5A)溅射铬靶；
二号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(55ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流4.0A)溅镀金属铌，与氧气反应形成氧化铌薄膜。
实施例2
取一片尺寸为10cm×5cm的氧化铝陶瓷基片，以友威IN-LINE连续式溅镀机为溅镀设备，制程腔体起始镀膜真空度为5.0E-3pa，连续线行程马达频率20Hz；
一号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压395V/电流4A)溅射铬靶；
二号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(75ml/min)，溅镀电源功率(电压420v、电流6A)溅镀金属铌，与氧气反应形成氧化铌薄膜。
实施例3
取一片尺寸为10cm×5cm的氧化铝陶瓷基片，以友威IN-LINE连续式溅镀机为溅镀设备，制程腔体起始镀膜真空度为5.0E-3pa，连续线行程马达频率20Hz；
一号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(65ml/min)，溅镀电源功率(电压400V、电流5A)溅镀金属铌，与氧气反应形成氧化铌薄膜；
二号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流3.5A)溅射铬靶。
实施例4
本实施例与实施例1的颜色膜的成型方法相同，不同的是，所述的反应性气体氧气的通入量为30ml/min。
实施例5
本实施例与实施例2的颜色膜的成型方法相同，不同的是，所述的反应性气体氧气的通入量为80ml/min。
实施例6
本实施例与实施例1的颜色膜的成型方法一致，不同的是，一号制程腔内溅射条件为电压335V，电流2.0A。
实施例7
本实施例与实施例2颜色膜的成型方法一致，不同的是，一号制程腔内溅射条件为电压415V、电流5.0A。
实施例8
本实施例与实施例1的颜色膜的成型方法相同，不同的是，所述的金属膜层与反应膜层各形成2层，即：
一号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流3.5A)溅射铬靶；
二号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流3.5A)溅射铝靶；
三号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(55ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流4.0A)溅镀金属锡，与氧气反应形成氧化锡薄膜；
四号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(55ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流4.0A)溅镀金属铌，与氧气反应形成氧化铌薄膜。
实施例9
本实施例与实施例3的颜色膜的成型方法相同，不同的是，所述的金属膜层与反应膜层各形成2层，即：
取一片尺寸为10cm×5cm的氧化铝陶瓷基片，以友威IN-LINE连续式溅镀机为溅镀设备，制程腔体起始镀膜真空度为5.0E-3pa，连续线行程马达频率20Hz；
一号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(65ml/min)，溅镀电源功率(电压400V、电流5A)溅镀金属锡，与氧气反应形成氧化锡薄膜；
二号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(65ml/min)，溅镀电源功率(电压400V、电流5A)溅镀金属铌，与氧气反应形成氧化铌薄膜；
三号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流3.5A)溅射铝靶；
四号制程腔工艺气体氩气(120ml/min)，溅镀电源功率(电压385V、电流3.5A)溅射铬靶。
对比例1
本实施例与实施例1的颜色膜的成型方法相同，不同的是，仅在氧化铝陶瓷基片表面沉积反应膜层，具体的方法为：
取一片尺寸为10cm×5cm的氧化铝陶瓷基片，以友威IN-LINE连续式溅镀机为溅镀设备，制程腔体起始镀膜真空度为5.0E-3pa，连续线行程马达频率20Hz；
一号制程腔工艺气体氩气(150ml/min)，反应性气体氧气(70ml/min)，溅镀电源功率(电压400V、电流5A)溅射金属铌，与氧气反应形成氧化铌薄膜。
本发明通过以下测试方法对得到镀膜进行测试：
1、膜层厚度
在镀膜时，使用小块盖玻片盖住待镀基材的一角供镀膜时留下台阶，然后使用台阶仪(Alpha-Step D-500，KLA-Tencor制)测试得到膜层厚度，并将测试结果记录到表1中。
2、镀膜颜色
使用UltraScan PRO超高精度专业分光测色仪(美国Hunterlab公司生产)对镀膜反射率及颜色进行测试，并将测试结果记录到表1中。
表1：
由上述试验数据可以看出，本发明提供的颜色膜成型方法，通过金属膜层与反应膜层的相互配合，以较低的反应膜层厚度获得高亮的镀膜。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，其特征在于：包括在待镀基材表面溅镀形成一层或多层金属膜层，然后在最外层的金属膜层表面加镀一层或多层反应膜层，
或，先在待镀基材表面溅镀形成一层或多层反应膜层，然后在最外层的反应膜层表面加镀一层或多层金属膜层；
所述的反应膜层由真空腔体内溅射的金属靶材与反应性气体反应并沉积而成；其中，金属膜层的厚度为5～35nm，可见光平均反射率为20～75％，所述反应性气体的通入量为30～80ml/min。
2.根据权利要求1所述的基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，其特征在于：溅镀形成金属膜层的金属靶材包括金属铬、不锈钢、铝、钛、铜、镍。
3.根据权利要求1所述的基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，其特征在于：所述的反应膜层为金属氧化物、氮化物、碳化物中的一种；所述的溅镀靶材为单位靶材或多元素靶。
4.根据权利要求1所述的基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，其特征在于：所述的反应性气体选自氧气、氮气或碳氢化合物气体。
5.根据权利要求1所述的基于连续磁控溅射的颜色膜成型方法，其特征在于：用于溅镀的溅射气体为氩气。
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