咨询热线

400-007-6266

010-86223221

我国PVD镀膜行业两大主流镀膜技术及发展现状分析(图)

         PVD (Physical Vapor Deposition)技术是制备薄膜材料的主要技术之一,在真空条件下采用物理方法,将某种材料气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基板材料表面沉积具有增透、反射、保护导电、导磁、绝缘、讨腐蚀、抗氧化、防辐射、装饰等特殊功能的薄膜材料的技术。用于制备薄膜材料的物质被称为PVD镀膜材料。经过多年发展,PVD镀膜技术被广泛用于应用于电子、光学、机械、建筑、材料等领域,溅射镀膜和真空蒸发镀膜是最主流的两种PVD镀膜方式。

         溅射镀膜和溅射靶材

         溅射(Sputtering)镀膜技术利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集,而形成高速度能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面而形成薄膜材料。被轰击的固体原料是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。

         溅射靶材具有高纯度、高密度、多组元、晶粒均匀等特点,一般由靶坯和背板组成。靶坯属于溅射靶材的核心部分,是高速离子束流轰击的目标材料。靶坯被离子撞击后,其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜。由于高纯度金属强度较低,因此溅射靶材需要在高电压、高真空的机台环境内完成溅射过程。超高纯金属的溅射靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺进行接合,背板起到主要起到固定溅射靶材的作用,且需要具备良好的导电、导热性能。

 
图:溅射镀膜工作原理示意图

         按使用的原材料材质不同,溅射靶材可分为金属/非金属单质靶材、合金靶材、化合物靶材等。溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制,可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜,所制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点,已成为制备薄膜材料的主要技术之一,各种类型的溅射薄膜材料已得到广泛的应用,因此,对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料需求逐年增加,溅射靶材亦已成为目前市场应用量最大的PVD镀膜材料。


图:溅射靶材分类
 

图:溅射靶材

         溅射技术起源于1842年格罗夫在实验室发现了阴极溅射现象。他在研究电子管阴极腐蚀的时候,发现阴极材料迁移到真空管壁上来了。但是由于当时的实验设备比较落后,对于溅射的物理机理一直不是很清楚。到20世纪初期,只对化学活动性很强的材料采用溅射技术,20世纪70年代后真正出现了磁控溅射技术,出现了商品化的溅射装备并应用于小型生产。20世纪80年代,溅射技术真正进入工业化大生产的时代。随后到了21世纪,各种新型溅射技术的出现让溅射技术走向辉煌。现在的溅射技术已经成为一个相当成熟的工艺,并且广泛应用于半导体、光伏、显示屏等各个产业。


图:溅射靶材发展历程 
 
         超高纯金属及溅射靶材是电子材料的重要组成部分,溅射靶材产业链主要包括金属提纯、纪材制造、溅射镀膜和终端应用等环节,其中,靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材业链中的关键环节。


图:溅射靶材产业链
 
         上游的金属提纯主要从自然界重点金属矿石进行提纯,一般的金属能达到99.8%的纯度,溅射靶材需要达到99.999%的纯度。靶材制造环节首先需要根据下游应用领域的性能需求进行工艺设计,然后进行反复的塑性变形、热处理来控制晶粒、晶向等关键指标,再经过水切割、机械加工、金属化、超生侧试、超声清洗等工序。溅射靶材制造所涉及的工序精细且繁多,工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率。此环节是在溅射靶材产业链条中对生产设备及技术工艺要求最高的环节,溅射薄膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。在溅射镀膜过程中,溅射靶材需要安装在机台中完成溅射反应,溅射机台专用性强、精密度高,市场长期被美国、日本跨国集团垄断,主要设备提供商包括AMAT(美国), U LVAC(日本)、AN ELVA(日本)、Varian(美国), U LVAC(日本)等行业内知名企业。

         参考观研天下发布《2016-2022年中国PVD产业竞争现状调研及十三五发展趋势前瞻报告》


图:溅射靶材工艺流程

         终端应用是针对各类市场需求利用封装好的元器件制成面向最终用户的产品,包括太阳能电池、智能手机、平板电脑、家用电器等终端消费电子产品,此环节技术面较宽,呈现多样化特征。在溅射靶材应用领域中,半导体芯片对溅射靶材的金属材料纯度、内部微观结构等方面都设定了极其苛刻的标准,因此半导体芯片对溅射靶材的要求是最高的,通常要求达到99.9995% (5N5)以上,价格也最为昂贵。相较于半导体芯片,平面显示器、太阳能电池对于溅射靶材的纯度和技术要求略低一筹,分别要求达到99.999%(5N),99.995%(4N5)以上。但随着靶材尺寸的增大,对溅射靶材的焊接结合率、平整度等指标提出了更高的要求。

         真空蒸发镀膜和蒸镀材料

         真空蒸发镀膜是指在真空条件下,通过蒸发源加热蒸发某种物质使其沉积在基板材料表面来获得薄膜的一种技术。被蒸发的物质被称为蒸镀材料。蒸发镀膜最早由M.法拉第在1857年提出,经过一百多年的发展,现已成为主流镀膜技术之一。

         真空蒸发镀膜系统一般由三个部分组成:真空室、蒸发源或蒸发加热装置、放置基板及给基板加热装置。在真空中为了蒸发待沉积的材料,需要容器来支撑或盛装蒸发物,同时需要提供蒸发热使蒸发物达到足够高的温度以产生所需的蒸汽压。


图:真空蒸发镀膜工作原理示意图
 
         真空蒸发镀膜技术具有简单便利、操作方便、成膜速度快等特点,是应用广泛的镀膜技术,主要应用于光学元器件、LED、平板显示和半导体分立器的镀膜。真空镀膜材料按照化学成分主要可以分为金属/非金属颗粒蒸发料,氧化物蒸发料,氛化物蒸发料


图:蒸镀材料种类
 
 
图:真空镀膜材料 

         蒸镀材料主要工艺流程包括混料,原料预处理,成型,烧结和检侧等。将配制好的原料经过机械混合达到均匀分散(混料),然后进行常温或高温处理(原料预处理)来提高材料的纯度,细化颗粒的粒度,激发材料的反应活性,降低材料烧结温度。接下来经过机械方式将材料加工至达到所需规格(成型)。成型后将材料在高温下烧结,使陶瓷生坯固体颗粒的相互键联,最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体的过程(烧结)。待蒸镀材料生产完后,采用蒸发镀膜设备对材料的性能进行检侧,检查产品性能指标是否合格。


图:真空镀膜材料加工工艺流程

         溅射镀膜和蒸发镀膜的对比:溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制,可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜,所制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点,已成为制备薄膜材料的主要技术之一,各种类型的溅射薄膜材料已得到广泛的应用,因此,对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料需求逐年增加,溅射靶材亦已成为目前市场应用量最大的PVD镀膜材料。蒸发镀膜简单便利、操作方便、成膜速度快。从工艺制造角度上来看,蒸镀材料的制造复杂度要远远低于溅射靶材,蒸发镀膜常用于小尺寸基板材料的镀膜。


图:溅射镀膜和蒸发镀膜对比
 
资料来源:观研天下整理,转载请注明出处(ztt)

更多好文每日分享,欢迎关注公众号

【版权提示】观研报告网倡导尊重与保护知识产权。未经许可,任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题,烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至kf@chinabaogao.com,我们将及时沟通与处理。

内外态势多维拆解:我国稀土行业步入稳定快速增长发展阶段

内外态势多维拆解:我国稀土行业步入稳定快速增长发展阶段

中国是全球稀土资源最为丰富的国家之一,根据相关数据,截至2023年全球稀土资源储量约为1.1亿吨,其中储量最高为中国,储量约为4400万吨,占比约40%。中国的稀土资源广泛分布于全国 22 个省区,矿种多样,有包头混合型稀土矿、离子吸附型稀土矿、氟碳铈矿等。

2026年09月09日
吸波材料为未来解决电磁兼容问题重要手段 市场需求持续增长

吸波材料为未来解决电磁兼容问题重要手段 市场需求持续增长

吸波材料行业经过多年发展,目前已经形成较为稳定的市场竞争格局。国外大型吸波材料企业经过数十年的发展,产品范围较广,吸波材料通常仅为其主营业务的一部分。国内企业起步较晚,在产品种类、应用领域范围、终端客户群体上与国外企业存在一定差异。

2026年09月08日
需求上行,全球消费级储能市场规模正持续增长

需求上行,全球消费级储能市场规模正持续增长

新型储能首次被列入国家六大新兴支柱产业,从电力系统的“配角”跃升为核心支撑,是构建适配高比例新能源的新型电力系统的关键环节,可有效提升电力系统互补互济和安全韧性水平,支撑2030年非化石能源发电量占比达到50%的目标落地‌。

2026年08月26日
原生开采受限催生再生红利 稀土回收成为我国稀土供给的第二增长曲线

原生开采受限催生再生红利 稀土回收成为我国稀土供给的第二增长曲线

随着新能源汽车、风力发电、智能制造等新兴产业的快速发展,稀土元素的市场需求持续增长。特别是稀土永磁材料、稀土发光材料等高性能稀土产品,在新能源汽车电机、风力发电机、节能灯具等领域的应用日益广泛,这进一步推动了稀土回收利用产业的发展。

2026年08月24日
供需共振助推海水淡化高质量扩张,赛道盈利分化凸显强者恒强特征

供需共振助推海水淡化高质量扩张,赛道盈利分化凸显强者恒强特征

海水淡化需求呈现“工业主导、市政民生加速渗透”的格局,形成多元化应用场景。工业领域是核心需求方,电力、石化、钢铁等高耗水行业通过自建淡化装置实现水资源闭环管理,工业用水占比超60%,且沿海园区淡化水使用率突破30%,成为保障产业稳定运行的关键基础设施。市政供水领域需求爆发,青岛、天津等城市将淡化水纳入城市管网,缓解淡水

2026年08月19日
SOFC发电快速部署优势凸显,全球数据中心SOFC市场有望高速增长

SOFC发电快速部署优势凸显,全球数据中心SOFC市场有望高速增长

当前SOFC在数据中心发电应用占比有较大提升空间。目前,燃气轮机、燃气发电机、SOFC 均能满足数据中心主电源需求,其中燃气轮机单机功率及效率高、占地面积小、长期成本较低,是海外数据中心的主流选择,但从最新的边际变化来看,燃气轮机的紧缺情况还在加强。西门子近期在其电话会中,将未来几年燃机行业的年均需求上修至约110-1

2026年08月12日
第三代光伏技术钙钛矿电池持续成熟,行业产业化有望加速

第三代光伏技术钙钛矿电池持续成熟,行业产业化有望加速

国内厂商逐步聚焦柔性组件等差异化市场,晶硅电池巨头持续关注进展,围绕优势领域布局叠层电池技术,领先者百兆瓦级中试线已投产。产能扩张进展不断。据不完全统计,明确规模的产能规划超33GW,其中仁烁光能等头部厂商量产展望乐观,技术的进一步成熟或将加速规划产能落地。

2026年08月06日
超级电容产业持续扩大,AI数据中心成为最快驱动力

超级电容产业持续扩大,AI数据中心成为最快驱动力

美国Maxwell是EDLC 技术的核心代表厂商,其率先设计、开发和部署了超级电容器储能技术,以解决快速响应、高功率输出解决方案的能源缺口。Maxwell 的领先地位体现在其与全球合作伙伴建立的宝贵合作关系,以及全球超过 6500 万个 Maxwell 超级电容器单元在移动和固定应用中的部署。其产品长期应用于风电变桨、

2026年08月04日
微信客服
微信客服二维码
微信扫码咨询客服
QQ客服
电话客服

咨询热线

400-007-6266
010-86223221
返回顶部