专利名称：热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用，尤指可在较佳效率利用下提高薄 膜沉积质量及降低成本的热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用。
技术背景在机械工业、电子工业或半导体工业领域，为了使所使用的材料赋与某种特性，经常会 在材料表面上以各种方法形成被膜(一层薄膜)而加以使用，假如此被膜经由原子层的过程形 成时， 一般将此等薄膜沉积称为蒸镀处理，采用蒸镀处理时，以原子或分子的层次控制蒸镀 粒子使其形成"被膜"，因此可以得到以热平衡状态无法得到的具有特殊构造及功能的"被 膜"，薄膜沉积是目前最流行的表面处理法之一，可应用于装饰、餐具、刀具、工具、模具 、半导体及电子元器件等表面处理，泛指在各种金属材料、超硬合金、陶瓷材料及晶圆基板 的表面上成长一层同质或异质材料薄膜的制程，以期获得美观、耐磨、耐热、耐蚀、耐焊等 特性。为达到在波峰焊、回流焊及高温浸锡制程(200TT48(TC)的可焊性、耐焊性，需要在软 磁心氧化铁焊接端表面形成高覆着力的金属被膜，该金属被膜一般由三层金属层构成，由内至 外分别为用Ag-〉Ni-〉Sn或Ti-〉Ni-〉Ag，而目前在软磁心表面形成镀膜一般可分别通过以下 二种方式达到第一种方式银浆涂布后，再进行化学镀其系先利用遮挡治具将软磁心焊接端不需要喷银浆的表面挡住后，用喷嘴等设备将银均 匀涂到软磁心焊接端表面，经过高温烘烤后银浆形成物理性固化，再将磁心放入电镀槽中， 先在银层表面镀上Ni层，然后再在Ni层表面完成Sn层的化学镀工艺，此方式具有制程投资小 的优点，但银浆的损耗高，同时膜层均匀度差，且化学污染度严重。第二种方式电子束溅镀系用遮挡治具将软磁心包围，只露出焊接端需要镀膜的位置，再将软磁心及治具放到真 空溅镀基板位置处，用电子束对原材料进行轰炸，将原材料在真空状态内形成多方位分子运 动，以在遮挡治具表面及软磁心焊接端形成各种原材料的金属层，此一电子束溅镀可获的膜 层均匀度高且符合环保的要求，要形成三种被膜须分别进行抽真空过程，亦即系依其被膜层 数目来决定加工过程的次数，并无法一次加工完成，以致加工时间延长并造成制造成本的增加，同时整体设备投资高、原料利用率低、产出的效率低、治具投资高。软磁心所使用的主原料是由氧化铁粉末经过冲压成型烧结而成，随着近年来电子物品的 小型化要求，软磁心的小型化是必需的，所以PCB基板上的附着性就显得非常重要， 一般常 见的软磁心氧化铁是以湿式电镀及薄膜沉积方式将银(Ag)、镍(Ni)元素镀在软磁心表面上 ，其常见的问题有镀膜层的剥离、Pad接着不良、镀膜成本等问题，对此有人使用溅镀 装置来改善，但由于镀膜时间长及材料成本等问题，所以溅镀也有许多问题是无法被接受的由于蒸镀生产成本小于溅镀，所以是今后开发的重点与方向，但一般的蒸镀附着力比溅 镀要来的弱，所以如果没有对蒸镀特性与制程参数熟悉的情况下，是很难去实现制造成本的 降低。发明内容本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种膜层均匀度高，且成本 更低的热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为 一种热蒸镀薄膜沉积制程于氧 化铁的应用，包括下列步骤A、 对蒸镀炉腔体内进行l 0分钟粗抽，当真空度达到O. 2Torr时，对蒸镀炉腔体细 抽l 0分钟，当真空度达到2*10—5 Torr时，对蒸镀炉腔体内加氩气同时并加偏压约1 0 KV，使氩气形成氩离子并对被镀物表面形成放电效应，清除被镀物表面；B、 对基板加热2 0分钟至4 0 (TC 8 0 (TC时，保持此温度1 0分钟后停止加热， 而在基板温度降至3 8 (TC 5 2 (TC时，将电流调至2 7 0安培 3 5 0安培，通过大电 流方式加热将原材料钛气化，并均速转动基板让被镀物正面焊锡端及侧面焊锡端都可以接触 到原材料分子，约5分钟左右，使钛分子运动至被镀物正面焊锡端表面及侧面焊锡端形成第 一层薄膜沉积；C、 在侦测到所镀的钛金属薄膜达到1 um时，令可移动式蒸发源移动至对应于镍原材料 处，在基板温度降至3 2 (TC 4 6 (TC，同样用大电流2 4 0安培 3 3 0安培对镍原材 料加热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下镍分子运动至第一层钛金属薄膜上 沉积，形成第二层镍金属薄膜；D、 当测得镍金属薄膜的膜厚达到1 um时，关闭加热器2 0分钟，可移动式蒸发源自动 移至对应锡原材料，当基板温度降至l 0 0°C 1 8 (TC时，启动蒸发源电流至l 0 0安培 1 8 0安培，对锡原材料加热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下锡分子运动至第二层镍金属薄膜上沉积，形成第三层锡金属薄膜。一种热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用，包括下列步骤A、 对蒸镀炉腔体内进行l 0分钟粗抽，当真空度达到O. 2Torr时，对蒸镀炉腔体细 抽l 0分钟，当真空度达到2*10—5 Torr时，对蒸镀炉腔体内加氩气同时并加偏压约1 0 KV ，使氩气形成氩离子并对被镀物表面形成放电效应，清除被镀物表面；B、 对基板加热2 0分钟至4 0 (TC 8 0 (TC时，保持此温度1 0分钟后停止加热， 在基板温度降至3 2 (TC 4 6 (TC，同样用大电流2 4 0安培 3 3 0安培对镍原材料加 热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下镍分子运动至被镀物正面焊锡端表面及 侧面焊锡端形成第一层薄膜沉积；C、 当测得镍金属薄膜的膜厚达到1 um时，关闭加热器2 0分钟，可移动式蒸发源自动 移至对应锡原材料，当基板温度降至l 0 0°C 1 8 (TC时，启动蒸发源电流至l 0 0安培 1 8 0安培，对锡原材料加热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下锡分子运 动至第一层镍金属薄膜上沉积，形成第二层锡金属薄膜。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为本发明通过提高蒸镀温度到40(TC以上 ，从而使金属薄膜附着强度得到提高；同时本发明采用钛(Ti)、锆(Zr)及其合金作为最下层 膜，也使金属薄膜附着强度进一步提高；本发明采用蒸镀装置，不采用溅镀，在整体作业时 间、成膜速率方面也得到很大改善。
图l为本发明热蒸镀系统流程图。图2为本发明热蒸镀系统示意图。图3为本发明可移动式蒸发源的示意图。图4为本发明基板回转式机构示意图。标号说明1蒸镀炉腔体2加热器3基板回转机构4屏蔽板5可移动式蒸发源6偏压器7氮气阀门8机械增压泵阀门 9机械增压泵 10冷冻泵阀门 1 l主阀门 1 2冷冻泵 13膜厚侦测仪 1 4被镀物
具体实施例方式
请配合参阅图l、图2、图3及图4，本发明的制程每循环一次约120分钟，首先打开机械 增压泵9，对蒸镀炉腔体l内进行粗抽约1 O分钟左右，当真空度达到O. 2Torr (Torr压 力单位1 Torr = 1 mm Hg = 133.3 N/m2)时，关闭机械增压泵9的阀门8 ，同时打开主阀 门1 1 ，并打开冷冻泵阀门1 0 ，启动冷冻泵1 2 ，对蒸镀炉腔体l细抽约1 0分钟，当真 空度达到2*10—5 Torr时，对蒸镀炉腔体l内加氩气同时并以偏压器6对基板及被镀物加偏压 约l 0KV，使氩气形成氩离子并对被镀物14表面形成放电效应，表面杂质将被冷冻泵l 2中 的活性碳吸收，以达到被镀物14表面清洁的效果，接着启动加热器2，对基板加热约2 0分 钟，当基板温度加热到4 0 (TC至8 0 (TC之间时，保持此温度约l O分钟左右后停止加热 ，当基板温度降至3 8 (TC至5 2 (TC之间时，将可移动式蒸发源5的电流调到2 7 0安培 至3 5 0安培间，透过大电流方式加热将原材料Ti气化，并均速转动基板回转机构3 ，让被 镀物14正面焊锡端及侧面焊锡端都可以接触到原材料分子，并由屏蔽板4遮住被镀物不欲镀 膜区域，约5分钟左右，在真空状态下Ti分子运动至被镀物14正面焊锡端表面及侧面焊锡端 形成第一层薄膜沉积。
当膜厚侦测仪l 3，测试到所镀的金属膜(Ti)达到lum时(可依须求来选择不同的厚度 )，蒸镀炉腔体l内的基板回转机构3可自动程序移动，令可移动式蒸发源5移动至对应于 Ni原材料处，基板温度降到3 2 (TC至4 6 (TC之间，以大电流约2 4 0安培至3 3 0安培 间对Ni原材料加热气化成分子并旋转基板回转机构3，且如图3所示，该基板回转机构3的 滚筒共切割成l 2个面，每个面处均可置放被镀物l 4，约5分钟左右，在真空状态下Ni分 子运动至第一层Ti薄膜上沉积，形成第二层Ni金属薄膜。
当膜厚侦测仪l 3测试到所镀的金属膜(Ni)达到lum时(可依须求选择不同的厚度)，关 闭加热器2约2 0分钟，如图2所示，蒸镀炉自动程序移动，可移动式蒸发源5移动至对应 Sn原材料，当基板温度降到l 0 0'C至1 8 (TC之间时，启动可移动式蒸发源5的电流到10 0安培至1 8 0安培之间，对Sn进行气化，透过以上方式，在真空状态下Sn分子运动至第 二层Ni薄膜上沉积，形成第三层Sn金属薄膜。
开启氮气阀门7灌入氮气，以进行对蒸镀炉腔体l的降温动作，当蒸镀炉腔体l的温度低 至l 2 (TC左右，打开蒸镀炉腔体l取出被镀物1 4，即软磁心(Fe02)，金属薄膜沉积制程 完成。
本发明制程各种原材料所需要的蒸镀参数如下:
蒸镀 材料密度 g/ml溶点。c度蒸镀速率A/S蒸被电流A真空度Torrl蒸镀温度
Ti4. 517271. 5X10—5
Nfi8. 9145015333 10240 330320 柳
Sii7. 2923213532—34擺 1B01. 5X10—5
本发明制程要解决前述现有技术中存在的问题取决于下列条件的配合 1、加热条件
软磁心电感氧化铁由原来的粉末到烧结成型，其氧化铁表面并不是呈现镜面的状态，所 以薄膜的附着强度就会随之减弱，软磁心电感氧化铁的表面在常温下以溅镀方式做薄膜沉积
，其镀膜表面附着力强，本发明蒸镀的操作温度达4 0 (TC以上，所以我们是透过提高加热 温度来取得薄膜附着强度改善的条件。 2 、最下层膜
电感氧化铁表面上的第一层膜开始由银(Ag)、镍(Ni)材料间表面的状态会影响表面附着 的差异性，如果银(Ag)、镍(Ni)没有依照上述的加热条件升温，镀膜层的附着力就会很脆弱 ，所以为了使附着度强，最下膜层就显得非常重要，钛(Ti)、锆(Zr)及其合金是最下膜层最 适当的材料。
3、蒸镀装置
溅镀和蒸镀成膜的速度差异很大，溅镀的速率约为1 1 0 nm/分；而蒸镀的速率约 为l 5Qnm/秒，以上两种方法皆需真空设备，所以在考虑真空排气，复压作业所附带的 时间后，整体的成膜速率也可相差数倍到数十倍，蒸镀与溅镀的设备成本若相差不大时，蒸 镀的整体效益就相当优秀。
为达到同样的焊接效果及高覆着力，可以在被镀物l 4软磁心(Fe02)表面直接蒸镀两层 金属薄膜，由内至外分别为Ni-〉Sn，真空蒸镀设备操作顺序及参数设置与上述相同。
本发明的蒸发源材料是使用氮化硼(BN)及鸭舟(Tungsten Boat)，其中，氮化硼(BN)的
8优点可承受大电流的负载，而钨舟(Tungsten Boat)的优点则是在较低温蒸镀环境下材料的 稳定性很高，我们可依据各元素不同的操作温度来选择所需的蒸发源材料，目前业界所使用 的真空排气系统是以扩散泵(Diffusion Pump)为主要组件，而本发明的真空排气系统则是 以冷冻泵(CRYO Pump)为主，其优点是真空效率高，可大幅提升蒸镀的质量与效率，此外 ，目前业界在基板端的机构设计是采用平面旋转式的设计，这样的设计虽然已可提供良好的 蒸镀均匀度，但由于蒸镀方向是垂直于基板平面，以致被镀物侧向的区域并无法进行蒸镀， 导致平面旋转式的设计大大的降低蒸镀的涵盖面积，本发明在基板端采用可回转机构，可解 决传统蒸镀的死角区域，而在蒸发源的部分采用"蒸发源移动式"设计，最主要的目的使多 种金属薄膜可以在一个批次内完成，而能有效的提升蒸镀的效率与产出量。
采用"真空蒸镀技术"在被镀物软磁心(Fe02)焊锡端表面形成金属薄膜沉积，可以在软 磁心表面由内至外形成Ti-〉Ni-〉Sn薄膜沉积，或直接在软磁心表面产生Ni-〉Sn薄膜沉积，该 薄膜沉积可以通过真空蒸镀机内"蒸发源移动式"及"旋转式基板"设计，使多种金属薄膜 可以在一个批次(Batch)内完成，且可以在被镀物表面多角度(面)形成薄膜沉积，降低了为 达到多角度、多金属表面沉积而更换批次(Batch)所需要的抽真空及预热、加热的循环时间 ，从而达到提升产出的效用，而使本发明具有蒸镀速率快、膜层均匀度高、原材料价格便宜 、使用率高及产出率高的优点。
权利要求
1.一种热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用，其特征在于包括下列步骤A、对蒸镀炉腔体内进行10分钟粗抽，当真空度达到0.2Torr时，对蒸镀炉腔体细抽10分钟，当真空度达到2*10-5Torr时，对蒸镀炉腔体内加氩气同时并加偏压约10KV，使氩气形成氩离子并对被镀物表面形成放电效应，清除被镀物表面；B、对基板加热20分钟至400℃～800℃时，保持此温度10分钟后停止加热，而在基板温度降至380℃～520℃时，将电流调至270安培～350安培，通过大电流方式加热将原材料钛气化，并均速转动基板让被镀物正面焊锡端及侧面焊锡端都可以接触到原材料分子，约5分钟左右，使钛分子运动至被镀物正面焊锡端表面及侧面焊锡端形成第一层薄膜沉积；C、在侦测到所镀的钛金属薄膜达到1um时，令可移动式蒸发源移动至对应于镍原材料处，在基板温度降至320℃～460℃，同样用大电流240安培～330安培对镍原材料加热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下镍分子运动至第一层钛金属薄膜上沉积，形成第二层镍金属薄膜；D、当测得镍金属薄膜的膜厚达到1um时，关闭加热器20分钟，可移动式蒸发源自动移至对应锡原材料，当基板温度降至100℃～180℃时，启动蒸发源电流至100安培～180安培，对锡原材料加热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下锡分子运动至第二层镍金属薄膜上沉积，形成第三层锡金属薄膜。
2. 一种热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用，其特征在于包括下列步骤A、 对蒸镀炉腔体内进行l 0分钟粗抽，当真空度达到O. 2Torr时，对蒸镀炉腔体细 抽l 0分钟，当真空度达到2*10-5 Torr时，对蒸镀炉腔体内加氩气同时并加偏压约1 0 KV，使氩气形成氩离子并对被镀物表面形成放电效应，清除被镀物表面；B、 对基板加热2 0分钟至4 0 (TC 8 0 (TC时，保持此温度1 0分钟后停止加热，在基板温度降至3 2 0 °C 4 6 0 °C，同样用大电流2 4 0安培 3 3 0安培对镍原材料加 热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下镍分子运动至被镀物正面焊锡端表面及 侧面焊锡端形成第一层薄膜沉积；C、当测得镍金属薄膜的膜厚达到1 um时，关闭加热器2 0分钟，可移动式蒸发源自动 移至对应锡原材料，当基板温度降至l 0 0°C 1 8 (TC时，启动蒸发源电流至l 0 O安培 1 8 O安培，对锡原材料加热气化成分子并旋转基板，5分钟后，在真空状态下锡分子运 动至第一层镍金属薄膜上沉积，形成第二层锡金属薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种热蒸镀薄膜沉积制程于氧化铁的应用，主要系利用热蒸镀原理与设备将各种元素(钛、镍、银、锡、铜、铁…等)以薄膜沉积方式镀在氧化铁(FeO<sub>2</sub>)的表面，制程中依各元素的物理特性来定义各项热蒸镀参数(蒸度速率、真空度、加热电流、加热时间/温度、预热时间/温度…等)，最后求得最佳的热蒸镀参数并满足薄膜的表面特征、厚度、组织、附着性、耐焊性与均匀度等各项要求，达到提高镀膜质量及降低成本的效果。
文档编号C23C14/24GK101619438SQ200810302508
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者赖盈方 申请人:赖盈方