CN1737189A - 一种磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法 - Google Patents

Abstract

一种磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，是使用磁控及非平衡式磁控物理溅镀方式，针对炉内温度、偏压、表面清洁、以及所导入气体的流量做良好的控制，将超硬膜溅镀在微小钻头上，以增加钻头本身的强度、耐磨耗度，以及表面光滑度，如此可延长钻头的使用寿命，并且增加排屑能力，以改善钻孔的品质。

Description

一种磁控及非平衡式磁控 物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法

技术领域

本发明涉及一种磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，尤其是涉及到一种应用于直径在0.25mm以下的细微钻头，能增加钻头本身的硬度、耐磨耗度，表面的光滑度、以及排屑能力，使其能够延长钻头使用的寿命的一种磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法。

背景技术

现今为对应印刷电路板基板(Printed CircuitBoard，PCB)材料的多样化、高多层化、高密度化的市场环境变化，在新开发的电路板上的微小细孔，其直径通常在0.05mm到0.25mm之间，而此种微小细孔乃需仰仗高精密的微型钻头予以钻设成形。

在目前这环境下PCB对微型钻头的要求也就越来越高，因此利用镀膜技术的超硬膜可让微型钻头达到最佳的工作效果。而目前的超硬膜都是使用电弧式物理沉积溅镀来镀上去的，但是此种的溅镀方式因能量高、沉积颗粒大、表面粗糙度大，故只适合使用于较不注重表面光滑度的大型工件，如直径0.5mm以上的钻头或铣刀，因此对于表面粗糙度有严格需求的工件而言，电弧式物理沉积溅镀并无法达到其所需的要求。

因此如何让微型钻头的表面硬度提升，增加磨耗性、让表面更加平滑以及增长微型钻头的使用寿命，是目前业界最为迫切的需求。但目前并未有一套镀膜制作工艺能成功的在微型钻头上镀上附着力佳的超硬膜。

由此可见，上述现有技术仍有诸多缺失和不足，提供一种可在小型钻头上有效地镀上超硬膜的镀膜方法实为必要。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN(氮碳化锆)在微型钻头上的方法，其主要目的是利用磁弧的方式来将超硬膜溅镀到微型钻头上，以达到增加钻头本身的硬度、耐磨耗度，表面的光滑度、以及排屑能力，使其能够延长钻头使用的寿命。本发明的溅镀方法如下所示：

第一阶段：将微型钻头戴入治具中。

第二阶段：将治具置于溅镀炉内，并进行抽真空到6×10-3Pa范围之间，然后再利用电热器将溅镀炉内的工作温度加热至90℃～300℃中。(本制作方法温度相较传统的方法温度要低，使其能大大缩短加热时间，本制作方法的加热时间只需要传统方法的二分之一即可加热完成。)

第三阶段：激活高电压电源供应器(High VoltagePower Supply，HVPS)施予300～1400伏特的负电压。

第四阶段：即是进行离子轰击，施予离子1500～2500伏特的正电压，并且利用离子与HVPS的负偏压(300～1400伏特)的交集，使其能形成一3000伏特以上的高电压，以分阶段的方式来进行离子轰击，以去除微型钻头表面的氧化层。(利用本发明的分阶段离子轰击，可去除微型钻头表面的杂质和毛边，使微型钻头的表面更加平整、并增加微型钻头表面的附着力。

第五阶段：然后再利用磁弧(Magnetron SputteringSources)来溅射镀膜在微型钻头表面上。本发明是利用磁弧溅射镀膜，使其成为多层膜层，而其中该多层膜层的沉积顺序(由下往上)为Ti(钛)→Ti(钛)+Zr(锆)→Zr(锆)→ZrN(氮化锆)→ZrCN(氮碳化锆)依该沉积顺序来将靶材镀膜到微型钻头上。以Ti作为介层，来连结底材和硬膜膜层，可增加ZrCN的附着力。在镀Ti和Ti+Zr时，参考电压会加大，以达到增加膜层的附着力。并且在使用靶材Ti与Zr时，并不须通过其它贵重金属来做为介质，可直接将靶材镀膜到微型钻头上。再使用磁弧枪及非平衡式磁弧枪，两者利用阴阳磁场交互磁撞，使其产生大量粒子浓度，来加速薄膜的沉积。

第六阶段：再来是将微型钻头冷却。由于工作温度(90℃～300℃)不是很高，所以可以采用自然冷却法，无须使用其它物质来做辅助。

第七阶段：最后将微型钻头从治具中卸载下来，即完成整个镀膜的流程。

利用本发明的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN(氮碳化锆)到微型钻头的方法是利用磁弧来镀膜，故微型钻头的摩擦系数会很小、表面粗糙度也会大大的降低，且磁弧镀膜的成长粒子十分微小，所以可形成较致密的沉积堆栈，因此微型钻头表面硬度会提高，且内应力会增强。

附图说明

图1是本发明的溅镀方法流程图。

图2是本发明的磁弧溅射镀膜的流程示意图。

图2A是本发明的多层膜层示意图。

具体实施方法

请参阅图1所示，是本发明的溅镀方法流程图。该溅镀方法包括以下步骤：

a.将微型钻头戴入治具中1。

b.将治具置于溅镀炉内，并进行抽真空2至6×10-3Pa范围之间，然后再用电热器将溅镀炉内的工作温度加热21至90℃～300℃之间。

c.激活高电压电源供应器(High Voltage PowerSupply，HVPS)3施予300～1400伏特的负偏压。

d.进行离子轰击4，施予离子1500～2500伏特的正电压，并且利用离子的正电压与HVPS的负偏压做一交集，使其能形成一3000伏特以上的高电压，并以分阶段的方式来进行离子轰击4，以去除微型钻头表面的氧化层。

e.之后再利用磁弧溅射镀膜5在微型钻头表面上，使其成为多层膜层，其中该多层膜层的沉积顺序(由下往上)为Ti(钛)→Ti(钛)+Zr(锆)→Zr(锆)→ZrN(氮化锆)→ZrCN(氮碳化锆)依照该沉积顺序来将靶材镀膜到微型钻头上。

f.再来是将微型钻头冷却6。

g.最后将微型钻头从治具中卸载下来7。

本发明是利用磁弧来镀膜，故微型钻头的摩擦系数会很小、表面的粗糙度也会大大的降低，且磁弧镀膜的成长粒子十分微小，所以可形成较致密的沉积堆栈，因此微型钻头的表面硬度会提高，且内应力会增强。

请参阅图2、图2A所示，在磁弧溅射镀膜5的阶段时，其镀膜是从底材56慢慢的由下往上溅射上去，第一层先激活平衡式磁弧枪(Balanced Magnetron，BM)来镀Ti(钛)51，因Ti的厚度不需太厚，所以使用BM即可。第二层即是镀Ti(钛)+Zr(锆)52，因Zr的需有一定的厚度，所以必需要激活非平衡式磁弧枪(Unbalanced Magnetron，UBM)来镀Zr(锆)，也必需激活BM来镀Ti(钛)，两种磁弧枪需同时激活。第三层是镀Zr(锆)53，所以关闭BM，激活UBM来做镀膜的动作。第四层是镀ZrN(氮化锆)54，激活UBM来做镀膜。最后第五层是镀ZrCN(氮碳化锆)55，也是激活UBM来做镀膜。所以由下往上的沉积顺序如下所示：

Ti(钛)51→Ti(钛)+Zr(锆)52→Zr(锆)53→ZrN(氮化锆)54→ZrCN(氮碳化锆)55，依序形成一个附着力良好的多层膜层。

上述说明仅仅是本发明具体实施例的具体说明，然本领域一般技术人员可理解，任何非实质性更改或变换皆包含在本发明范围内，该实施例并非用以限制本发明的专利范围。

Claims (7)

1.一种磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

a.将微型钻头戴入治具中；

b.将治具置于溅镀炉内，并进行抽真空，然后再利用电热器将溅镀炉内的工作温度加热；

c.激活高电压电源供应器并施予一负偏压。

d.进行离子轰击，施予离子一正电压，并利用离子的正电压与高电压电源供应器的负偏压做一交集，使其能形成一高电压，以分阶段的方式来进行离子轰击，以去除微型钻头表面的氧化层；

e.之后再利用磁弧溅射镀膜在微型钻头表面上，使其成为多层膜层，其中该多层膜层的沉积顺序由下往上是：Ti→Ti+Zr→Zr→ZrN→ZrCN，依该沉积顺序来将靶材镀膜到微型钻头上；

f.再来是将微型钻头冷却；

g.最后将微型钻头从治具中卸载下来。

2.如权利要求1所述的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，该溅镀炉内抽真空范围在6×10-3Pa之间。

3.如权利要求1所述的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，该溅镀炉内的工作温度在90℃～300℃之间。

4.如权利要求1所述的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，该高电压电源供应器的负电压在300V～1400V之间。

5.如权利要求1所述的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，该施予离子的正电压在1500V～2500V之间。

6.如权利要求1所述的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，该离子的正电压与高电压电源供应器的负偏压做一交集时能形成一高电压差，而该高电压至少在3000V以上。

7.如权利要求1至6中任一项所述的磁控及非平衡式磁控物理溅镀ZrCN于微型钻头的方法，其特征在于，所述微型钻头直径为0.25mm以下。

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