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鍍膜工藝簡介:物理氣相沉積法(PVD)真空離子鍍膜與傳統電鍍之差異4
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超鋒科技股份有限公司 238 新北市新北市樹林區東豐街49巷45號
一、什麼是紫外線飛秒雷射切割技術(一)飛秒雷射的獨特魅力飛秒雷射,作為雷射領域的「爆超高速先鋒」,脈衝寬度在飛秒量級(1 飛秒= 10^-15 秒)。這意味著它能在極短的時間內釋放出巨大的能量,產生極高的峰值功率。想像一下,一道閃電在瞬間釋放出比太陽表面還要高的能量密度,飛秒雷射就有這樣的「爆發力」。如此強大的能量,使得它在與材料相互作用時,能夠展現出與傳統雷射截然不同的效果。(二)紫外線波段的獨特優勢紫外線雷射,波長處於100 - 400 奈米之間,相較於其他波段的雷射,它具有更高的光子能量。這就好比一個小個子卻擁有大力士的力量,雖然身材小,但能量十足。在切割過程中,短波長讓它能夠更精準地聚焦到材料表面,如同用最細的針去繡花,實現高精度的加工,為製造精密零件提供了可能。(三)切割原理大揭秘當紫外線飛秒雷射照射到材料表面時,極短的脈衝持續時間讓能量迅速集中在極小的區域。材料表面的原子或分子瞬間吸收大量能量,發生電離,形成等離子體。等離子體就像一個能量「海綿」,迅速吸收後續的雷射能量,溫度急劇升高,導致材料迅速蒸發和氣化,從而完成切割。這種基於多光子電離和雪崩電離的切割方式,避免了傳統熱加工中熱擴散對材料週邊區域的影響,大大提高了切割精度,就像用一把無形的「超精細剪刀」,精確地裁剪材料。   紫外雷射超快雷射切割多層硬脆+薄膜材料 二、紫外線飛秒雷射切割技術的顯著優勢(一)高精度,微米世界的「精準舞者」憑藉短脈衝和短波長的特性,紫外線飛秒雷射切割能夠實現極小的光斑尺寸,達到微米甚至亞微米等級的切割精度。在微電子裝置加工領域,此優勢尤為突出。例如,晶片的製造對精度要求極高,紫外線飛秒雷射切割可以像雕刻藝術品一樣,在微小的晶片上進行精細加工,確保晶片的性能穩定,滿足現代電子裝置日益小型化和精細化的需求。(二)低熱影響區,熱敏感材料的「貼心保護者」對於一些對熱敏感的材料,如生物材料、半導體材料等,傳統加工方法可能會因為熱擴散而導致材料性能劣化。而紫外線飛秒雷射切割的短脈衝能量沉積方式,使得熱擴散時間極短,熱影響區極小。就像給材料穿上了一件「隔熱防護服」,在加工過程中有效避免了材料因受熱而產生的性能變化,為生物醫學和半導體等領域的材料加工提供了可靠的技術保障。(三)高加工效率,工業化生產的「得力助手」雖然飛秒雷射的單脈衝能量較低,但它的高重複頻率特性讓它在單位時間內能夠輸出大量的脈衝。透過合理設定參數和最佳化光束整形技術,紫外線飛秒雷射切割能夠實現較高的加工效率。在工業化生產中,這意味著能夠在更短的時間內完成更多的加工任務,提高生產效率,降低生產成本,為企業帶來更大的經濟效益。(四)廣泛的材料適應性,材料加工的「萬能鑰匙」無論是金屬材料、非金屬材料,還是有機材料、無機材料,紫外線飛秒雷射都能與之「友好互動」,實現有效的切割加工。這種廣泛的材料適應性,使得它在許多領域都能大顯身手。從航空航太領域的高性能材料切割,到光學領域的玻璃、晶體加工,紫外線飛秒雷射切割技術都能發揮重要作用,成為材料加工領域的「萬能鑰匙」。三、紫外線飛秒雷射切割技術的多元應用領域(一)微電子領域:晶片製造的「幕後英雄」在積體電路製造過程中,紫外線飛秒雷射切割技術可用於晶片的劃片、封裝接腳的切割等關鍵工序。它的高精度和低熱影響區特點,能夠有效提升晶片的製造良率和性能穩定性。在微機電系統(MEMS)加工中,也能實現複雜微結構的精確切割和加工,為微電子技術的發展提供了強有力的支持,是晶片製造背後的「幕後英雄」。(二)生物醫學領域:醫療創新的「神奇手術刀」在生物醫學材料加工方面,如生物可降解材料的切割、微流控晶片的製造等,紫外線飛秒雷射切割技術能夠滿足對材料精度和生物相容性的嚴格要求。在眼科手術中,利用飛秒雷射進行角膜切割,就像使用一把極其精準的“隱形手術刀”,能夠實現更精確的手術操作,降低手術風險,提高手術效果,為患者帶來光明和希望。(三)航空航太領域:高性能材料加工的「秘密武器」航空航太領域所使用的許多高性能材料,如鈦合金、碳纖維複合材料等,具有高強度、高硬度和耐高溫等特性,傳統加工方法難以滿足其加工要求。紫外線飛秒雷射切割技術能夠對這些材料進行高精度切割,並且在切割過程中不會引入額外的應力和損傷,保證了材料的性能和結構完整性。在航空發動機葉片的加工中,能夠實現複雜型面的精確切割和修整,成為航空航天領域高性能材料加工的「秘密武器」。(四)光學領域:光學元件製造的「精細工匠」在光學元件製造中,如玻璃、晶體等材料的切割和加工,對精度和表面品質要求極高。紫外飛秒雷射切割技術能夠實現高精度的切割和表面品質控制,透過精確控制雷射參數,還可以實現對光學元件的微納結構加工,為新型光學元件的研發和製造提供了有力的技術支持,如同一位技藝精湛的“精細工匠”,打造出高品質的光學元件。四、紫外線飛秒雷射切割技術面臨的挑戰與未來展望(一)設備成本高昂,限制應用的「攔路虎」目前,紫外線飛秒雷射切割設備涉及複雜的雷射產生技術、光束整形技術和高精度的運動控制技術等,設備研發和製造成本較高,這在一定程度上限制了其在一些對成本敏感的領域的廣泛應用。降低設備成本,成為了推動該技術更廣泛應用的關鍵議題之一。(二)加工效率有待提高,發展路上的「小阻礙」雖然紫外線飛秒雷射切割技術在加工精度和品質方面具有顯著優勢,但在某些大規模生產場景下,與傳統切割技術相比,其加工效率仍有待進一步提高。透過優化雷射參數、改進加工製程和開發更有效率的光束傳輸系統等方式,有望提升加工效率,克服此發展過程中的「小阻礙」。(三)加工過程監測與控制難度大,技術提升的「硬骨」由於紫外線飛秒雷射切割過程是一個極其快速且複雜的物理過程,涉及光與物質的相互作用、等離子體的產生和演化等多個物理現象,對加工過程的即時監測和精確控制難度較高。目前,缺乏有效的線上監控和回饋控製手段,難以實現對加工品質的全面、精確控制。攻克這項技術難題,將有助於進一步提升紫外線飛秒雷射切割技術的應用水準。 https://www.steo.com.tw/hot_531536.html 紫外線飛秒雷射切割技術:精密材料微加工 2026-03-19 2027-03-19
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物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition),簡稱 PVD。

PVD 一般區分為三種,分別是真空蒸著(Vacuum Evaporation)、濺鍍(Sputtering)、離子鍍著(Ion Plating)。

1. 真空蒸著(Vacuum Evaporation) 

金屬在真空中加熱時會變成氣體而蒸發,真空蒸著就是利用此原理。處理時多在 10-5Torr 以下的真空中進行,金屬及各種化合物都可當作被覆物質,其應用例有鏡片、反射鏡、塑膠零件等,但是以金屬表面硬化為目的的用途則很少,主要多用於裝飾性物件。

2. 濺鍍(Sputtering) 

高能量的粒子撞擊靶材時靶中的分子或原子被撞擊出來的現象,此原理是以靶為陰極,以基板為陽極,在 10-2Torr 左右的 Ar 氣氛中加以高電壓時陰極附近的 Ar 氣離子化後變成 Ar+,與陰極相撞擊,被 Ar+離子所撞擊飛出的分子或原子撞上基板而堆積形成薄膜。濺射應用範圍極廣,利用其薄膜的機能則是以耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性抗靜電或裝飾性為目的,但是因附著力的問題少見於刀具的應用。適用於大宗連續性鍍膜,例如手機零件等。

3. 離子鍍著(Ion Plating)

PVD 中密著性最佳者為離子鍍著方式;此方法是利用電弧撞擊靶材,使靶材原子被激發出來,與反應性氣體反應,形成化合物沉積於工件表面的一種技術。爐內運行至高真空後,通入惰性氣體,加偏壓造成氬離子(Ar+),及帶負電的電子(e-),帶正電的氬離子會撞向通入偏壓為負極的基板底材,來清潔工件表面;之後再通入反應氣體,在靶材和基板底材間產生電漿,進行鍍膜作業。此一方式成膜速度快、密著性較佳,多用於切削刀具被覆處理。

本公司採用最先進之 本公司採用最先進之陰極電弧法(cathode arc)進行鍍膜作業。與其他方式相比,此種方式擁有 進行鍍膜作業較多的離化率、均勻的披覆性以及最佳的密著性,大多被應用在金屬的硬質鍍膜上,特別是要求耐磨耗之物件。

 

PVD 真空離子鍍膜與傳統電鍍之不同

真空鍍膜厚度屬於微米級,1μm 相當於傳統電鍍一條的十分之一,因此經過鍍膜作業以後,並不會影響工件的精度;傳統電鍍的批覆方式是以一種包覆的方式在外形成一層電鍍層,並無高度密著性可言。

項目 傳統電鍍 真空離子鍍膜技術
方式 大氣中,以電解液為媒介,屬高污染製程 真空環境下,以電漿為媒介,屬於環保製程
特性 均勻性佳,薄膜表面有光澤。但僅以包覆方式 覆蓋表面無密著力可言 膜質緊密,均勻度視旋轉夾具之結構而定
硬度 硬度約 Hv900 左右 硬度可達 Hv1800 以上
厚度 厚度約為鍍膜的 10 倍以上 厚度為微米級(μm)有絕佳的被覆性
密著 熱脹冷縮容易脫落

面寬 0.2mm2的鑽石壓子尖端可承受 10kg 以上垂直重量,膜層無剝落,N>98 < TBODY>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PVD 真空離子鍍膜與電鍍方式之膜形差異

PVD 鍍膜製作之示意圖

PVD 鍍層會依底材形狀平均在上方形成一個鍍膜層,依底材高低形狀有所不同,經鍍膜後的高低形狀也是依照原先底材之態樣。

傳統電鍍製作之示意圖

一般濕式鍍層所製作之鍍膜會在表面覆蓋成一個薄膜層 ,不論底材之原先形狀為何,表面所呈現出來的薄膜層都會趨於平坦。

 

採用 CSR-101 刮痕試驗機之附著力測試結果

TiN 氮化鈦 → 90N

CrN 氮化鉻 → 92N

TiAIN 氮化鋁鈦→ 88N

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