真空镀膜工艺：从原理到应用的全面解析

一、真空镀膜工艺的定义与核心原理

定义：真空镀膜是在真空环境下，通过物理或化学方法将材料沉积在基片表面形成薄膜的技术。其核心优势在于薄膜均匀性、致密性和附着力远高于传统镀膜方法。

核心原理：
在真空环境中（通常气压低于 10⁻³ Pa），材料原子 / 分子的平均自由程增大，可避免与气体分子碰撞导致的散射，从而精准沉积到基片表面。根据沉积机制，主要分为两大类：

物理气相沉积：通过物理手段（如加热、溅射）使材料气化，再冷凝沉积。

化学气相沉积：通过气态反应物在基片表面发生化学反应，生成固态产物沉积。

二、真空镀膜的典型应用领域

光学领域

增透膜（减少镜片反光）、高反膜（激光腔镜）、滤光膜（相机滤镜）。

例：相机镜头表面的多层镀膜可提高透光率，减少眩光。

电子与半导体

芯片电极（溅射沉积铝 / 铜膜）、绝缘层（PECVD 沉积 SiO₂）、太阳能电池电极（蒸镀银浆）。

例：硅片上沉积纳米级的栅极氧化层（厚度仅几纳米）。

机械与功能涂层

刀具涂层（TiN、TiAlN，提高硬度和耐磨性）、汽车发动机耐磨涂层。

例：数控刀具表面的金色 TiN 涂层可使寿命延长 3-5 倍。

装饰与环保

手表、首饰的仿金镀层（溅射沉积氮化钛）、建筑玻璃的低辐射（Low-E）膜。

例：建筑玻璃镀上多层金属氧化物膜，可反射红外光，降低空调能耗。

新能源领域

锂离子电池电极薄膜（磁控溅射沉积锂钴氧化物）、氢燃料电池催化层。

三、真空镀膜工艺的优势与流程

优势

环保性：无需溶剂，减少化学污染（对比电镀工艺）。

高精度：膜厚可控制在纳米级（如 10nm 以下），适合微电子器件。

材料兼容性广：可在金属、陶瓷、塑料、玻璃等基片上镀膜。

基本流程

基片预处理：清洗（去除油污、氧化物）、抛光，确保表面洁净。

真空镀膜：根据工艺类型，将材料气化或通过化学反应沉积。

后处理：退火（改善膜层应力）、检测（膜厚、附着力、成分分析）。