JP3871491B2 - Method for producing multi-element coated thin film - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温PVD(Physical Vapor Deposition)、イオン洗浄、イオン被覆の原理を利用し、多元素の超微細イオン顆粒を微小ルーター(Router)表面に被覆して薄膜を形成する方法に関するもので、特にジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、炭素(C)、窒素(N)の多元素を微小ルーターに被覆する多元素被覆薄膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
微小ルーターは通常、旋盤に設置され、プリント基板(PCB)材料のカッティングに使用され、オートメーション化されたカッティング作業が行われる。近代化された旋盤を操作する工場では、生産力を増加することが要求されている。さらに、これらの工場は、コストが高くなるため機械設備を増やすことなく、生産力を向上することを望んでいる。PCB用微小ルーター業界では、カッティングの性能、硬度、耐摩耗性が高く、寿命が長い微小ルーターが強く求められているため、微小ルーターに付着力が高い薄膜を形成することで、硬度を高め、高速回転に耐えさせ、カッティング速度を高めて生産効率を向上しようとしている。
【0003】
しかしながら、微小ルーターに付着力が高い薄膜を形成する方法は、これまでのところ開発されていない。本発明者らは、微小ルーターに超微細イオン顆粒の多元素薄膜を被覆する方法を検討した。
【0004】
PVD法を利用して、炭化タングステンのような大型ルーターなどの被覆物上にTiN、TiCNなどの薄膜を形成する方法がよく知られている。このように工具の硬度とカッティング性能を高め、使用寿命を延ばすことができるが、微小ルーターに付着力が高い薄膜を形成する方法は開発されていない。従来の薄膜形成処理は先ず大気中で被覆物の洗浄を行い、次に被覆物に真空の環境で膜を形成する。しかし、薄膜形成においては、ターゲットから打ち出されるイオンに対して、イオン補助装置を用いて微細化したり、イオンを微細化するその他処理を行ったりしていない。薄膜形成の後工程においては、被覆物を室温で自然冷却している。
【0005】
被覆物、は大気中で冷却するため、被覆物表面は酸化物による汚染が容易に発生する。そのため、従来のPVD法で薄膜を形成すると、付着物質の顆粒が大きくなり、付着力が低い。また、被覆物に薄膜を形成した後も、表面の硬度が十分に高くなく、内部の剛性も低い。さらに、耐摩耗性の向上も少なく、被覆物の使用寿命も大幅に延長することができない。さらにまた、重要なことは、微小ルーター上に付着力が高い薄膜を形成できないことである。
【0006】
従来のCVP(Chemical Vapor Deposition)法は、ほとんどが950度の高温で処理されるため、被覆物の剛性や硬度が低下してしまい、微小ルーター上の薄膜形成には適さない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこれらの事情に鑑みてなされたもので、微小ルーター表面にZrxHfxCxNxという多元素薄膜を形成する方法を提供するを目的としている。また、本発明は、付着物質の顆粒が小さく、付着力が高く、このため、ルーターが壊れるまで薄膜が脱落せず、さらに製造時間が短く、薄膜を形成したルーターは表面が固く、内部の剛性が高く、耐摩耗性が大幅に向上でき、熱発散に優れ、外観のサイズが変わらず、使用寿命が延長された多元素被覆薄膜の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は低温PVD法により、微小ルーターを大気中において電子ビームで洗浄した後、真空下において加温し、イオンで微小ルーター表面を洗浄する。さらに低温で薄膜を形成する。アークソース(ARC Source) 装置で陽イオンを打ち出し、フィルターを通して顆粒(クラスター)が比較的小さいイオンだけを選び、さらにイオン補助装置で陽イオンの微細化を行う。微小ルーターを被覆する元素物質は顆粒(クラスター)が小さく、付着力が高い。このため、薄膜作成後のルーターは表面が硬く、内部の剛性が高いという長所を持ち、カッティング速度、耐摩耗性、そしてカッティングの精度や耐変形率が向上でき、使用寿命を延長することができる。同時に製造期間が短縮され、従来のPVD法、CVP法では微小ルーター上に付着力が高い薄膜を形成できなルーター問題を克服できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、低温PVD、イオン洗浄、イオン被覆の原理を利用し、微小ルーター上にZrxHfxCxNxの多元素膜を形成する方法を示す。微小ルーターの直径は0.2〜3.175mmで、素材は炭化タングステン合金またはサーメット(Cermet)である。本発明によると、ZrHfCN多元素を微小ルーターに被覆する際、3〜4μmの薄膜が形成され、薄膜を形成されたルーターは表面の硬度と内部の剛性が高いという長所を持つ。
【0010】
本発明の実施の形態において、薄膜形成の方法(図1を参照)は以下の通りに行う。
【0011】
a. 被覆物を取り付け具に装着し、常態において電子ビームで洗浄、乾燥する。
【0012】
b. 前記取り付け具を真空炉内に装着し、真空状態にして、120〜380度に加熱する。
【0013】
c. イオン装置を利用して、イオンを打ち出し、前記被覆物の表面を洗浄する。このイオン装置をイオン・ソースとすることができる。
【0014】
d. 薄膜作成:
(i)アーク・ソースを利用して、ターゲットから微小イオンを打ち出す。さらにイオン・ソースでもう一度微細化を行う。
【0015】
(ii)ターゲットと被覆物の間で、金属フィルターを用いて濾過を行い、小さいイオンだけを通過させ、大きいイオンは除去する。本フィルターは絶縁セラミックで隔絶し、電極の形成を防ぎ、微小イオンの通過を有利にする。前記微小イオンは再びイオン・ソースでさらに微小化され、被覆物に被覆される。
【0016】
e.C2H2気体の通過
f.窒素中で被覆物を冷却
薄膜形成前に、被覆物(微小ルーター)を円錐形取り付け具7(図1を参照)に取り付ける。本発明の実施の形態は円錐形取り付け具7を用いて、真空炉内の引力が物質にに及ぼす影響を克服している。薄膜形成前に、室温常圧において、電子ビームを用いて微小ルーターの表面、さらにはルーター内部の汚物まで洗浄し、微小ルーターを徹底的に洗浄する。洗浄と乾燥を行った後、工具を取り付け具と一緒に真空炉に置く。真空炉を真空にし、加温を始める。一定の温度に達した後、イオン清浄装置を用い、イオンを被覆物表面に打ち出し、被覆物表面の汚れと酸化物を除去する。この酸化物は被覆物の洗浄後に、大気と接触して発生したものである。被覆物表面は徹底的にクリーンな状態となり、汚染物がなく、良好な付着条件を提供できる。
【0017】
イオン洗浄を行った後、薄膜作成作業に入る。この作業は真空、低温下で行われる。アーク・イオン設備(図1)で金属イオンをターゲットから打ち出す。アーク・ソースが打ち出したイオンには比較的大きな分子顆粒が含まれるため、本発明ではイオン補助装置で金属イオンを微細化し、顆粒をさらに小さくする。アーク・ソースで打ち出された微小金属イオンはイオン補助装置で補助され、イオン・ソースでさらに小さくされる。この時金属イオンはアーク・ソースで打ち出されたイオンの1/20となる。イオンがさらに小さく、さらに容易に付着することで、その他の必要な元素イオンと一緒に壊れにくい多元素薄膜を形成することが容易となる。膜層の表面は平滑で、硬度が高く、付着性が良好で、密度も高い。このため、イオン補助は不可欠だといえる。
【0018】
このほか、図2に示す通り、ターゲット(陽イオン出口)と被覆物の間に被覆物のサイズによって異なる空隙サイズのフィルター13を設置し、イオンを濾過して、金属イオン(陽イオン)11の速度を低下し、イオン補助装置が金属イオン11を分離するに十分な時間を提供する。小さいイオンを通過させ、大きなイオンはフィルター13で除去し、微小ルーターに付着するのは同じような超微小顆粒となり、このため、緊密に被覆物に付着することができる。このように、被覆物表面の平滑度を維持し、カッティング性能を高めることができる。フィルターは通常金属材料とし、金属のフィルターの周囲はセラミックのような絶縁体で絶縁するため、フィルターが電極を形成することがなく、微小イオンが容易にフィルターを通過し、被覆物上に被覆される。薄膜作成温度は120〜380℃で、これは比較的低温での処理に属する。本発明にはイオン洗浄、イオン補助などの処理工程があるため、低温で行うことができる。ゆえに、ルーターの剛性が低下することなく、被覆後は2倍以上の硬度を得ることができる。薄膜は密着性と耐摩耗性に優れている。
【0019】
円錐形取り付け具7は被覆物を公転方向9に回転させるほか、被覆物を自転方向8にも回転する必要がある。さらに重要なことは、設計時において公転および自転方向は、いずれも時計方向とするか、いずれも反時計方向としなければならない。このようにして、ルーターの刃と背のコーディングの厚さを自由に制御できる。
【0020】
薄膜の後工程において、窒素下において急速冷却するため、被覆物の付着に対する影響がなく、表面の硬度と内部の剛性が高いという目的を達成できるほか、工程時間を短縮できる。本発明の製造工程によると、薄膜作成作業は2〜2.5時間で完了でき、従来の方法より短い。このほか、ルーター表面に付着した物質の顆粒が小さく、表面が平滑で、付着力が高く、これらは本発明の長所となっている。通常、薄膜の厚みは3〜4μmで、ルーターの外観サイズに影響を及ぼさない。
【0021】
現在、最も普及している微小電子ルーター材料はWC(炭化タングステン)、Co(コバルト)、TaC(炭化タンタル)、TiC(炭化チタン)などの非常に硬い金属合金である。TiCを主成分とし、WC、TiN(窒化チタン)、TaC、Coを添加したサーメットは、耐熱性、耐破損性がその他合金より優れている。本発明において利用した微小ルーターは炭化タングステン合金とサーメットを素材としている。被覆層がわずか3〜4μmのため、すべてのカッティング特性は被覆層だけに依存することができず、これらサーメットの素材特性もルーターの性能に大きな影響を与える。すべての被覆物の特性を理解した後、特性によって被覆のターゲット元素を選択してこそ、最良の微小ルーターを得ることができる。本発明では、ルーター(微小ルーター)の素材を炭化タングステン合金およびサーメットとしているため、ターゲットにはチタンと同族のZrとHfの合金材料を用いた。
【0022】
本発明の実施の形態が提供する薄膜作成方法は、多種の材料で塗布を行うことができる。以下の実施例で、本発明をさらに説明するが、本発明の精神と権利の範囲を制限するものではない。
【0023】
実施例1
被覆物を微小ルーターとし、その素材をサーメットとする。直径1.5mm、有効刃長は8mm。ここではコスモス(Cosmos)微小ルーターと呼ぶ。本発明の製造方法において、ターゲットをZr/Hf合金とし、薄膜作成温度を120〜380℃とする。
【0024】
薄膜完成後の元素分析結果は、ジルコニウム Zr65wt%、ハフニウム15wt%、炭素8wt%、窒素12wt%。この被覆されたルーターを被覆コスモス微小ルーターと呼ぶ。薄膜の厚みは3〜4μm。被覆コスモス微小ルーターの硬度は素材の2倍以上で、耐摩耗性も大幅に向上した。熱発散性と外観サイズは変化していない。使用寿命も延長している。これにより旋盤の生産能力を向上し、ルーターの生産コストを削減できた。
【0025】
[微小ルーター測定報告]
通常、微小ルーターは旋盤上に用いられ、3つの重要なパラメーターがある。
【0026】
1. 回転速度:ルーター回転速度で、カッティング速度を示すもの。
【0027】
2. 前進速度:ルーターの前進速度で、カッティング量を示すもの。
【0028】
3. 使用寿命:ルーターの最高使用量で、通常は刃が折れるまでにカッティングした量で示される。
【0029】
市場で売られているUブランドの微小ルーターを本発明の方法で被覆した物、被覆しない物およびコスモス微小ルーターを本発明の方法で被覆した物、しない物を試験サンプルとした。前記微小ルーターの直径は1.5mm、有効刃長は8mm。前記微小ルーターは「立嵩(日立の軸)」LS-3BとLS-4Bを試験機器とし、FR(Glass Fiber Rubber)-4カッティング板(厚み1.6mm、サイズ16×18、南亜塑膠社製)で各微小ルーターの最良条件を測定し、その他の作業効率および寿命と比較した。結果は以下の通りである。
【0030】
1. 被覆していないUブランド微小ルーター:
回転速度28〜30krpm、前進速度14〜16mm/sの条件において、使用寿命は20〜40m。
【0031】
2. 被覆しているUブランド微小ルーター:
回転速度28〜32krpm、前進速度18〜22mm/sの条件において、使用寿命は60〜80m。
【0032】
3. 被覆していないコスモス微小ルーター:
回転速度28〜30krpm、前進速度16〜20mm/sの条件において、使用寿命は40〜60m。
【0033】
4. 被覆しているUブランド微小ルーター:
回転速度30〜34krpm、前進速度24〜32mm/sの条件において、使用寿命は80〜100m。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明が提供した低温PVD法による薄膜形成方法には以下の長所がある。
【0035】
1. 低温での被覆:本発明のPVD法薄膜形成方法は、比較的低温(120〜380℃)で処理されるため、高温による付着物剛性の低下を避け、さらに被覆後のルーターの硬度は2倍以上に向上し、密着性と耐摩耗性も増加することができる。このような状況において、その他各種元素にさらに被覆された場合、その付着力はさらに向上し、常態下においても、大気の影響を受けて脱落する現象がみられない。
【0036】
2. イオン補助の利用:アーク・ソースが打ち出す微小イオンは、イオン・ソースの補助で、さらに微細なイオン化処理を行うことができる。得られたイオンはアーク・ソースから得られたイオンの1/20となっている。イオンがさらに微細化されることで、容易に付着すると同時に、その他被覆に必要な元素イオンとも容易に共存でき、硬い多元素薄膜を形成し、その表面は平滑で、硬度が高く、付着性に優れ、密度も高い。
【0037】
3. 熱発散:本発明は熱を被覆物の下端に導いて発散させる(つまりカッティング機能を持つ部分で熱を発散しない)ため、ルーターの先端が熱の発散点となり、被覆物素材に熱応力の集中がみられ、被覆物の先端部分で付着不良による薄膜の脱落現象が発生することを避けることができる。
【0038】
4. 電子ビーム洗浄の利用:薄膜作成の前、常態下で物理電子ビームを利用してルーター表面、さらにはルーター内部の汚れを洗浄し、ルーターを徹底的に洗浄することができる。
【0039】
5. 適用範囲が広い:付着物の材料やルーターの形状が異なる場合、特別な条件が必要となるため、薄膜作成時に注意しなければならない。付着物の材料が異なる場合は、温度を調整しなければならない。さらにカッティングする物質が異なる場合も、さらに多くの調整が必要となる。本発明ではさまざまな材質特性に関する資料収集と実験を行っており、多くのルーターの素材や付着物に対して広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の低温PVD法システム図
【図2】本発明の実施の形態の作業原理図
【符号の説明】
(1) アーク・パワー・サプライ
(2) バイアス・パワー・サプライ
(3) トリジスター(Trigistor)
(4) ターゲット
(5) 反応気体
(6) ポンプ(拡散ポンプと機械ポンプ)
(7) 円錐形取り付け具
(8) 取り付け具の自転方向
(9) 工作フレームの公転方向
(10) 陽極
(11) 金属イオン
(12) 蒸発金属原子
(13) フィルター
(14) プラズマ区
(15) イオン・ソース
(16) 微小液滴
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a thin film by coating a multi-element ultrafine ion granule on the surface of a micro router (Router) using the principles of low temperature PVD (Physical Vapor Deposition), ion cleaning, and ion coating, In particular, the present invention relates to a method for producing a multi-element-coated thin film in which a multi-element of zirconium (Zr), hafnium (Hf), carbon (C), and nitrogen (N) is coated on a micro router.
[0002]
[Prior art]
Micro routers are usually installed on lathes and used for cutting printed circuit board (PCB) materials to perform automated cutting operations. Factories that operate modernized lathes are required to increase production capacity. Furthermore, these factories want to improve their production capacity without increasing the mechanical equipment because of the high cost. In the micro router industry for PCBs, there is a strong demand for micro routers that have high cutting performance, hardness, and wear resistance, and that have a long lifetime. Therefore, by forming a thin film with high adhesion on the micro router, the hardness is increased. It is trying to withstand high-speed rotation and increase the cutting speed to improve production efficiency.
[0003]
However, a method for forming a thin film with high adhesion on a micro router has not been developed so far. The present inventors examined a method of coating a microrouter with a multielement thin film of ultrafine ion granules.
[0004]
A method of forming a thin film such as TiN or TiCN on a covering such as a large router such as tungsten carbide by using the PVD method is well known. Thus, although the hardness and cutting performance of the tool can be improved and the service life can be extended, a method for forming a thin film having high adhesion on a micro router has not been developed. In the conventional thin film forming process, the coating is first cleaned in the atmosphere, and then a film is formed on the coating in a vacuum environment. However, in forming a thin film, the ions ejected from the target are not miniaturized using an ion assisting device, or any other treatment for miniaturizing the ions is not performed. In the subsequent step of thin film formation, the coating is naturally cooled at room temperature.
[0005]
Since the coating is cooled in the atmosphere, the surface of the coating is easily contaminated with oxides. For this reason, when a thin film is formed by the conventional PVD method, the granules of the adhering substance become large and the adhesive force is low. Further, even after a thin film is formed on the coating, the surface hardness is not sufficiently high and the internal rigidity is also low. Furthermore, there is little improvement in wear resistance, and the service life of the coating cannot be extended significantly. Furthermore, what is important is that a thin film having high adhesion cannot be formed on a micro router.
[0006]
Since the conventional CVP (Chemical Vapor Deposition) method is mostly processed at a high temperature of 950 degrees, the rigidity and hardness of the coating is lowered, and is not suitable for forming a thin film on a micro router.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to provide a method of forming a multi-element thin film called ZrxHfxCxNx on the surface of a micro router. In addition, the present invention has a small adhesion substance granule and high adhesion force, so that the thin film does not fall off until the router breaks, the manufacturing time is short, and the router formed with the thin film has a hard surface and internal rigidity. It is an object of the present invention to provide a method for producing a multi-element coated thin film that is high in wear resistance, greatly improved in heat dissipation, excellent in heat dissipation, unchanged in appearance size, and extended in service life.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the micro router is cleaned with an electron beam in the atmosphere by the low temperature PVD method, and then heated under vacuum to clean the surface of the micro router with ions. Further, a thin film is formed at a low temperature. Cations are launched with an arc source (ARC Source) device, and only ions with relatively small granules (clusters) are selected through a filter. Further, cations are refined with an ion assist device. Element material covering the micro-router granule (clusters) is small, adhesion is high. For this reason, the router after thin film formation has the advantages of a hard surface and high internal rigidity, cutting speed, wear resistance, cutting accuracy and deformation rate can be improved, and the service life can be extended. . At the same time, the manufacturing period is shortened, and the conventional PVD method and CVP method can overcome the router problem in which a thin film with high adhesion can not be formed on a micro router.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention shows a method of forming a multi-element film of ZrxHfxCxNx on a micro router using the principles of low temperature PVD, ion cleaning, and ion coating. The diameter of the micro router is 0.2-3.175mm, and the material is tungsten carbide alloy or Cermet. According to the present invention, when a ZrHfCN multi-element is coated on a micro router, a thin film of 3 to 4 μm is formed, and the router formed with the thin film has an advantage of high surface hardness and high internal rigidity.
[0010]
In the embodiment of the present invention, the thin film formation method (see FIG. 1) is performed as follows.
[0011]
a. Put the covering on the fixture and, under normal conditions, clean and dry with an electron beam.
[0012]
b. The fixture is mounted in a vacuum furnace and is heated to 120 to 380 degrees in a vacuum state.
[0013]
c. Ion is ejected using an ion device to clean the surface of the coating. This ion device can be an ion source.
[0014]
d. Thin film creation:
(i) A small ion is launched from a target using an arc source. Further miniaturization is performed with an ion source.
[0015]
(ii) Filtration between the target and the coating using a metal filter, allowing only small ions to pass and removing large ions. The filter is isolated by insulating ceramic, prevents the formation of electrodes and favors the passage of minute ions. The micro ions are again further miniaturized with an ion source and coated on the coating.
[0016]
e.C2H2 gas passage
f. Attach the coating (microrouter) to the conical fixture 7 (see FIG. 1) before forming the cooling film in nitrogen. Embodiments of the present invention use a conical fixture 7 to overcome the effect of attractive forces in the vacuum furnace on the material. Before the thin film is formed, the surface of the micro router and even the filth inside the router are cleaned with an electron beam at room temperature and normal pressure, and the micro router is thoroughly cleaned. After cleaning and drying, the tool is placed in a vacuum furnace along with the fixture. Vacuum the vacuum furnace and start heating. After reaching a certain temperature, ions are ejected onto the surface of the coating using an ion cleaning device to remove dirt and oxide on the surface of the coating. This oxide is generated in contact with the atmosphere after washing the coating. The coating surface is thoroughly clean, free of contaminants and can provide good adhesion conditions.
[0017]
After ion cleaning, the thin film preparation work begins. This operation is performed under vacuum and low temperature. Metal ions are ejected from the target with an arc ion facility (Fig. 1). Since ions emitted by the arc source contain relatively large molecular granules, the present invention further refines the metal ions with an ion assisting device to further reduce the granules. The minute metal ions launched by the arc source are assisted by the ion assist device and further reduced by the ion source. At this time, the metal ions become 1/20 of the ions launched by the arc source. By making the ions smaller and more easily attached, it becomes easy to form a multi-element thin film that is hard to break together with other necessary element ions. The film layer has a smooth surface, high hardness, good adhesion, and high density. For this reason, ion assistance is indispensable.
[0018]
In addition, as shown in FIG. 2, a filter 13 having a void size that differs depending on the size of the coating is installed between the target (cation outlet) and the coating, and the ions are filtered to form metal ions (cations) 11. It reduces the speed and provides sufficient time for the ion assist device to separate the metal ions 11. Small ions are allowed to pass through, and large ions are removed by the filter 13 and adhere to the microrouter, resulting in similar ultra-fine granules, and thus can adhere to the coating tightly. Thus, the smoothness of the coating surface can be maintained and the cutting performance can be enhanced. The filter is usually made of a metal material, and the metal filter is insulated by an insulator such as ceramic, so that the filter does not form electrodes and micro ions can easily pass through the filter and be coated on the coating. The The film forming temperature is 120 to 380 ° C., which belongs to the treatment at a relatively low temperature. Since the present invention includes processing steps such as ion cleaning and ion assist, it can be performed at a low temperature. Therefore, it is possible to obtain twice or more hardness after coating without reducing the rigidity of the router. The thin film has excellent adhesion and wear resistance.
[0019]
In addition to rotating the covering in the revolving direction 9, the conical fixture 7 needs to rotate the covering also in the rotation direction 8. More importantly, at the time of design, the revolution and rotation direction must be either clockwise or counterclockwise. In this way, the thickness of the router blade and spine coding can be freely controlled.
[0020]
In the subsequent process of the thin film, rapid cooling is performed under nitrogen, so that there is no influence on the adhesion of the coating, the purpose of high surface hardness and internal rigidity can be achieved, and the process time can be shortened. According to the manufacturing process of the present invention, the thin film preparation operation can be completed in 2 to 2.5 hours, which is shorter than the conventional method. In addition, the granules of the substance adhering to the router surface are small, the surface is smooth, and the adhesion is high. These are the advantages of the present invention. Usually, the thickness of the thin film is 3-4 μm, and does not affect the external size of the router.
[0021]
Currently, the most popular microelectronic router materials are very hard metal alloys such as WC (tungsten carbide), Co (cobalt), TaC (tantalum carbide), TiC (titanium carbide). Cermets containing TiC as the main component and WC, TiN (titanium nitride), TaC, and Co added have better heat resistance and breakage resistance than other alloys. The micro router used in the present invention is made of tungsten carbide alloy and cermet. Since the coating layer is only 3-4 μm, all cutting properties cannot depend on the coating layer alone, and the material properties of these cermets also have a great influence on the performance of the router. After understanding the characteristics of all the coatings, the best microrouter can be obtained only by selecting the target element of the coating according to the characteristics. In the present invention, since the material of the router (micro router) is a tungsten carbide alloy and cermet, an alloy material of Zr and Hf of the same family as titanium is used for the target.
[0022]
The thin film forming method provided by the embodiment of the present invention can be applied with various materials. The following examples further illustrate the invention but do not limit the spirit and scope of the invention.
[0023]
Example 1
The covering is a micro router and the material is cermet. Diameter 1.5mm, effective blade length 8mm. This is called a Cosmos micro router. In the production method of the present invention, the target is a Zr / Hf alloy, and the thin film formation temperature is 120 to 380 ° C.
[0024]
The elemental analysis results after the thin film were: Zirconium Zr 65wt%, Hafnium 15wt%, Carbon 8wt%, Nitrogen 12wt%. This coated router is called a coated cosmos micro router. The thickness of the thin film is 3-4 μm. The hardness of the coated cosmos micro router is more than twice that of the material, and the wear resistance has been greatly improved. Heat dissipation and appearance size have not changed. The service life is extended. This improved the production capacity of the lathe and reduced the production cost of the router.
[0025]
[Micro router measurement report]
Usually, a microrouter is used on a lathe and there are three important parameters.
[0026]
1. Rotation speed: Router rotation speed that indicates cutting speed.
[0027]
2. Forward speed: The forward speed of the router that indicates the amount of cutting.
[0028]
3. Service life: The maximum usage of the router, usually indicated by the amount cut before the blade breaks.
[0029]
Test samples were prepared by coating a U-brand microrouter sold in the market with the method of the present invention, an uncoated product, and a cosmos microrouter coated with the method of the present invention and an uncoated product. The micro router has a diameter of 1.5mm and an effective blade length of 8mm. The micro-router uses “Tachidake (Hitachi shaft)” LS-3B and LS-4B as test equipment, FR (Glass Fiber Rubber) -4 cutting plate (thickness 1.6mm, size 16 × 18, manufactured by Nanya Plastic Co., Ltd.) ) Measured the best conditions of each micro router and compared with other work efficiency and life. The results are as follows.
[0030]
1. Unbranded U brand micro router:
The service life is 20 to 40m under the conditions of rotational speed 28-30krpm and forward speed 14-16mm / s.
[0031]
2. U brand micro router covering:
The service life is 60 to 80m under the conditions of rotational speed of 28 to 32krpm and forward speed of 18 to 22mm / s.
[0032]
3. Uncoated cosmos micro router:
The service life is 40-60m under conditions of rotation speed 28-30krpm and forward speed 16-20mm / s.
[0033]
4. U brand micro router covering:
The service life is 80 to 100 m under the conditions of a rotation speed of 30 to 34 krpm and a forward speed of 24 to 32 mm / s.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the method for forming a thin film by the low temperature PVD method provided by the present invention has the following advantages.
[0035]
1. Coating at low temperature: The PVD thin film forming method of the present invention is processed at a relatively low temperature (120 to 380 ° C), so it avoids the decrease in deposit rigidity due to high temperature, and the hardness of the router after coating is It can be improved more than twice, and the adhesion and wear resistance can also be increased. In such a situation, when it is further coated with other various elements, its adhesion is further improved, and even under normal conditions, the phenomenon of falling off due to the influence of the atmosphere is not observed.
[0036]
2. Use of ion assistance: The minute ions launched by the arc source can be further processed with the aid of the ion source. The obtained ions are 1/20 of those obtained from the arc source. By further miniaturizing the ions, they can be easily attached, and at the same time, can easily coexist with other element ions necessary for coating, forming a hard multi-element thin film, the surface is smooth, high hardness, and adherence. Excellent and high density.
[0037]
3. Heat dissipation: Since the present invention directs heat to the lower end of the coating to dissipate it (that is, it does not dissipate heat at the cutting function), the tip of the router becomes the heat dissipation point, and thermal stress is applied to the coating material. Thus, it is possible to avoid the occurrence of a dropout phenomenon of the thin film due to poor adhesion at the tip of the coating.
[0038]
4. Use of electron beam cleaning: Before forming a thin film, it is possible to clean the router thoroughly by using a physical electron beam under normal conditions to clean the router surface and also the dirt inside the router.
[0039]
5. Wide range of application: When the material of the deposit or the shape of the router is different, special conditions are required, so care must be taken when creating the thin film. If the material of the deposit is different, the temperature must be adjusted. Furthermore, even if the materials to be cut are different, more adjustments are required. In the present invention, data collection and experiments on various material properties are performed, and the present invention can be widely applied to many router materials and deposits.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a low-temperature PVD method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a working principle according to an embodiment of the present invention.
(1) ARK power supply
(2) Bias power supply
(3) Trigistor
(4) Target
(5) Reaction gas
(6) Pump (diffusion pump and mechanical pump)
(7) Conical fitting
(8) Direction of rotation of the fixture
(9) Revolution direction of work frame
(10) Anode
(11) Metal ion
(12) Evaporated metal atom
(13) Filter
(14) Plasma Zone
(15) Ion source
(16) Micro droplet

Claims (3)

微小ルーターを取り付け具に載せ、常態下において電子ビームによる洗浄と乾燥を行う工程と、前記微小ルーターを載せた取り付け具を真空炉内に入れて、真空状態にし、120〜380℃まで加熱する工程と、前記微小ルーター表面をイオンで洗浄する工程と、低温PVD法で前記微小ルーター表面を被覆し、イオン補助装置とフィルターを利用してZr Hf 合金ターゲットから打ち出されたイオンを微細化して、微小ルーターに薄膜を形成する工程と、C 2 H 2 気体を通す工程と、窒素雰囲気中で前記微小ルーターを冷却する工程と、を含むことを特徴とするZr x Hf x C x N x 複合薄膜の製造方法。 A step of placing a micro router on a fixture and performing cleaning and drying with an electron beam under normal conditions, a step of placing the fixture on which the micro router is placed in a vacuum furnace, making it in a vacuum state, and heating to 120 to 380 ° C. And washing the surface of the micro router with ions, coating the surface of the micro router with a low-temperature PVD method, and minimizing ions ejected from the Zr / Hf alloy target using an ion assist device and a filter, A Zr x Hf x C x N x composite thin film comprising a step of forming a thin film on a micro router , a step of passing a C 2 H 2 gas, and a step of cooling the micro router in a nitrogen atmosphere. Manufacturing method. 前記微小ルーターの素材をサーメット(cermet)、前記ターゲットをZr/Hf合金とすることを特徴とする請求項1に記載のZr Hf x C x N x 複合薄膜の製造方法。The method of manufacturing a Zr x Hf x C x N x composite thin film according to claim 1, wherein the material of the micro router is cermet and the target is a Zr / Hf alloy. 前記微小ルーターの素材を炭化タングステン合金、前記ターゲットをZr/Hf合金とすることを特徴とする請求項1に記載のZr Hf x C x N x 複合薄膜の製造方法。The method for producing a Zr x Hf x C x N x composite thin film according to claim 1, wherein the material of the micro router is a tungsten carbide alloy and the target is a Zr / Hf alloy.
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