光學(xué)薄膜常見(jiàn)的不良及解決方案

2022/07/08

膜強(qiáng)度不良的產(chǎn)生原因：

① 基片與膜層的結(jié)合。一般情況，在減反膜中，這是膜弱的主要原因。由于基片表面在光學(xué)冷加工及清洗過(guò)程中不可避免地會(huì)有一些有害雜質(zhì)附著在表面上，而基片的表面由于光學(xué)冷加工的作用，總有一些破壞層，深入在破壞層的雜質(zhì)(如水汽、油汽、清洗液、擦拭液、拋光粉等，其中水汽為主要)，很難以用一般的方法去除干凈，特別對(duì)于親水性好，吸附力強(qiáng)的基片尤其如此。當(dāng)膜料分子堆積在這些雜質(zhì)上時(shí)，就影響了膜層的附著，也就影響了膜強(qiáng)度。此外，如果基片的親水性差、吸附力差，對(duì)膜層的吸附也差，同樣會(huì)影響膜強(qiáng)度。硝材化學(xué)穩(wěn)定性差，基片在前加工過(guò)程中流轉(zhuǎn)過(guò)程中，表面已經(jīng)受到腐蝕，形成了腐蝕層或水解層(也許是局部的、極薄的)。膜層鍍?cè)诟g層或水解層上其吸附就差，膜牢固度不良。基片表面有臟污、油斑、灰點(diǎn)、口水點(diǎn)等，局部膜層附著不良，造成局部膜牢固度不良。改善對(duì)策：㈠ 加強(qiáng)去油去污處理，如果是超聲波清洗，應(yīng)重點(diǎn)考慮去油功能，并保證去油溶液的有效性;如若是手擦，可考慮先用碳酸鈣粉擦拭后再清擦。㈡ 加強(qiáng)鍍前烘烤，條件許可，基片溫度能達(dá)到300℃以上更好，恒溫20分鐘以上，盡可能使基片表面的水汽、油汽揮發(fā)。*注意：溫度較高，基片吸附能力加大，也容易吸附灰塵。所以，真空室的潔凈度要提高。否則基片在鍍前就有灰塵附著，除產(chǎn)生其它不良外，對(duì)膜強(qiáng)度也有影響。(真空中基片上水汽的化學(xué)解吸溫度在260℃以上)。但不是所有的零件都需要高溫烘烤，有的硝材溫度高了反而膜強(qiáng)度不高還會(huì)有色斑產(chǎn)生。這與應(yīng)力以及材料熱匹配有較大的關(guān)系。㈢ 有條件時(shí)，機(jī)組安裝冷凝機(jī)(PLOYCOLD)，除提高機(jī)組真空抽速外，還可以幫助基片水汽、油氣去除。㈣ 提高蒸鍍真空度，對(duì)于1米以上的鍍膜機(jī)，蒸鍍啟動(dòng)真空應(yīng)高于3*10-3Pa，鍍膜機(jī)越大，蒸鍍啟動(dòng)真空更高。㈤ 有條件時(shí)，機(jī)組安裝離子源，鍍前轟擊，清潔基片表面，鍍膜過(guò)程輔助，有利于膜層的密實(shí)牢固。㈥ 膜料的去潮，將待用膜料用培養(yǎng)皿盛放在真空室干燥。㈦ 保持工作環(huán)境的干燥(包括鏡片擦拭、上傘工作區(qū))，清潔工作環(huán)境時(shí)不能帶入過(guò)多的水汽。

㈧ 對(duì)于多層膜，在膜系設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮第一層膜與基片的匹配，盡可能考慮用Al2O3膜料，該膜料對(duì)大部分基片有較好的吸附力。對(duì)于金屬膜，也可考慮第一層鍍Cr或Cr合金。Cr或Cr合金對(duì)基片也有較好的吸附力。㈨ 采取研磨液(拋光液)復(fù)新去除鏡片表面的腐蝕層(水解層)㈩ 有時(shí)候適當(dāng)降低蒸發(fā)速率對(duì)膜強(qiáng)度的提高有幫助，對(duì)提高膜表面的光滑度有積極意義。② 膜層應(yīng)力：薄膜的成膜過(guò)程，是一個(gè)物質(zhì)形態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，不可避免地在成膜后的膜層中會(huì)有應(yīng)力存在，對(duì)于多層膜來(lái)說(shuō)有不同膜料的組合，各膜層體現(xiàn)出的應(yīng)力是有所不同的，有的是張應(yīng)力、有的是壓應(yīng)力，還有膜層及基片的熱應(yīng)力。應(yīng)力的存在對(duì)膜強(qiáng)度是有害的，輕者是膜層耐不住摩擦，重者，造成膜層的龜裂或網(wǎng)狀細(xì)道子。對(duì)于減反膜，由于層數(shù)不多，應(yīng)力一般體現(xiàn)不明顯，(但有些硝材的鏡片即便是減反膜也有應(yīng)力問(wèn)題存在。)而層數(shù)較多的高反膜、濾光膜，應(yīng)力是一個(gè)常見(jiàn)的不良因素，應(yīng)特別注意。改善對(duì)策：㈠ 鍍后烘烤，最后一層膜鍍完后，烘烤不要馬上停止，延續(xù) 10分鐘“回火”。讓膜層結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。㈠ 降溫時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，退火時(shí)效。減少由于真空室內(nèi)外溫差過(guò)大帶來(lái)的熱應(yīng)力。㈡ 對(duì)高反膜、濾光膜等在蒸鍍過(guò)程中，基片溫度不宜過(guò)高，高溫易產(chǎn)生熱應(yīng)力。并且對(duì)氧化鈦、氧化鉭等膜料的光學(xué)穩(wěn)定性有負(fù)面作用。㈢ 鍍膜過(guò)程離子輔助，減少應(yīng)力。㈣ 選擇合適的膜系匹配，第一層膜料與基片的匹配。(如五層減反膜采用Al2O3-ZrO2-Al2O3-Al2O3-ZrO2-MgF2;ZrO2也可以采用SV-5(一種ZrO2 TiO2混和膜料)或其他混合高折射率膜料。㈤適當(dāng)減小蒸發(fā)速率(Al2O3-2.5A/S;ZrO2-3A/S;MgF2-6A/S參考速率)㈥ 對(duì)氧化物膜料全部充氧反應(yīng)鍍，根據(jù)不同膜料控制氧進(jìn)氣量。③ 外層膜表面硬度：減反膜一般外層選用MgF2，該膜層剖面是較松散的柱狀結(jié)構(gòu)，表面硬度不高，容易擦拭出道子。改善對(duì)策：㈠ 膜系設(shè)計(jì)允許時(shí)，外層加10nm左右的SiO2層，二氧化硅的表面光滑度優(yōu)于氟化鎂(但二氧化硅表面耐磨度、硬度不如氟化鎂)。鍍后離子轟擊幾分鐘，牢固度效果會(huì)更好。(但表面會(huì)變粗)㈡ 鏡片出真空室后，放置在較干燥潔凈的地方，防治快速吸潮， 表面硬度降低。④ 其它造成膜強(qiáng)度不良的原因還有，真空度過(guò)低(在手動(dòng)控制的機(jī)臺(tái)容易發(fā)生)、真空室臟、基片加熱不到位。輔助氣體充入時(shí)，膜料也在放氣致使真空度降低，使分子自由程減少，膜層不牢。所以輔助氣體的充入要考慮膜料的放氣，鍍前對(duì)膜料充分預(yù)熔充分放氣，也可以避免由于蒸鍍中膜料放氣造成真空度過(guò)度下降，從而影響膜強(qiáng)度。⑤ 脫膜這里的脫膜雖然也是膜弱的一種，但與前述的脫膜有一些區(qū)別，主要特征為：點(diǎn)狀脫膜、邊緣脫膜、局部脫膜。主要原因是膜內(nèi)有臟或污染物所造成的。改善方法：提高基片的潔凈度。

二、膜料點(diǎn)

膜料點(diǎn)不良也是鍍膜產(chǎn)品的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，在日企、臺(tái)企把膜料點(diǎn)稱為“斑孔”顧名思義，膜料點(diǎn)就是蒸鍍中，大顆粒膜料點(diǎn)隨著膜料蒸汽分子一起蒸鍍到了基片的表面，在基片表面形成點(diǎn)狀的突起，有時(shí)是個(gè)別點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)是成片的細(xì)點(diǎn)，大顆粒點(diǎn)甚至可以打傷基片表面。各種膜料的蒸發(fā)特性是不一樣的，特別是熔點(diǎn)溫度和蒸發(fā)溫度有很大差異。熔點(diǎn)溫度大于蒸發(fā)溫度的材料，由固態(tài)直接氣化蒸發(fā)，是升華材料;熔點(diǎn)溫度小于蒸發(fā)溫度的材料，由固態(tài)先化成液態(tài)爾后在轉(zhuǎn)換成氣態(tài)蒸發(fā)，是非升華材料;熔點(diǎn)溫度與蒸發(fā)溫度相當(dāng)?shù)牟牧希晒虘B(tài)到氣態(tài)蒸發(fā)，邊融化邊蒸發(fā)。是半升華材料。其中非升華材料最容易產(chǎn)生膜料點(diǎn)，因?yàn)橐簯B(tài)的膜料繼續(xù)加熱會(huì)沸騰，沸騰中膜料中的氣泡溢出，飛濺膜料點(diǎn)的可能性加大。有時(shí)在材料預(yù)熔時(shí)就有很大的飛濺。膜料受潮，預(yù)熔或蒸鍍時(shí)水汽逸出，也會(huì)造成飛濺產(chǎn)生。改善對(duì)策：㈠ 選擇雜質(zhì)少的膜料㈡ 對(duì)易飛濺的膜料選擇顆粒合適的膜料㈢ 膜料在鍍前用網(wǎng)篩篩一下㈣ 精心預(yù)熔，MgF2務(wù)必熔透一次蒸鍍所需膜料，而Ta2O5 和TiO2必須徹底熔透。㈤ 用一把電子槍鍍制幾種膜料時(shí)，防治坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)中膜料參雜及擋板掉下 膜料渣造成膜料污染。一旦發(fā)現(xiàn)坩堝膜料有污染，應(yīng)立即更換。㈥ 盡最大可能使蒸發(fā)舟、坩堝干凈。(勤打掃)。㈦ 選擇合適的蒸發(fā)速率及速率曲線的平滑。特別是非升華材料，蒸發(fā)速率不宜高。㈧ 膜料去潮，將待用膜料用培養(yǎng)皿盛放在真空室干燥注意：有時(shí)膜層內(nèi)有一些細(xì)小的點(diǎn)子，有可能不是膜料點(diǎn)，而是灰塵點(diǎn)，處理的方法與膜料點(diǎn)不良是不同的，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分，分別處理。三、膜色差異膜色差異有二種(不包含色斑)，一種是整罩上、中、下膜色不一致，即分光測(cè)試曲線有差異;二是單片膜色不一致。1.上中下膜色不一致稱為整傘(罩)均勻性不好，也稱有傘差。主要產(chǎn)生原因是均勻性修正板(補(bǔ)正板)有問(wèn)題。2.傘片變形。也是膜色不勻的原因之一，特別是使用了較久的傘片，以往是均勻的，慢慢變得不均勻了，傘片變形就可能是主要原因了。3.膜料狀況的不一致，特別是升華和半升華膜料被打偏，挖坑等也會(huì)嚴(yán)重影響整罩和單片的均勻性。特別是有大量手工預(yù)熔時(shí)，各人的操作手法不一，得到的料況也會(huì)不一。改善思路：充分采用修正板的功能。改善對(duì)策：㈠ 調(diào)整修正板，盡量考慮高低折射率膜料的平衡兼容，如果有二個(gè)蒸發(fā)源，可能的條件下，獨(dú)立使用各自的修正板，避免干擾。㈡ 條件許可，采用行星夾具。㈢ 傘片整形，對(duì)傘片整形可以先加工一個(gè)R基模(選擇強(qiáng)度較高的原材料)，在基模上對(duì)傘片整形。為防止減少傘片變形，在傘片訂購(gòu)時(shí)對(duì)傘片的厚度、原材料選擇要合適。㈣ 加強(qiáng)傘片管理，特別是擺放時(shí)的管理，防止因擺放不當(dāng)而變形。㈤ 改善膜料狀況，特別是電子槍蒸鍍升華、半升華材料時(shí)，不能把膜料打塌，挖坑。㈥ 能夠自動(dòng)預(yù)熔的膜料，盡量自動(dòng)預(yù)熔，減少人為因素影響?！?修正板對(duì)物理膜厚的修正很有效，但對(duì)折射率的修正是力不從心的，所以完全靠修正板解決分光均勻性，是很困難的?！?如果一個(gè)修正板要對(duì)應(yīng)二把電子槍(蒸發(fā)源)、以及多種膜料，就會(huì)有較大的困難。對(duì)于單片膜色不均勻產(chǎn)生的原因：主要是由于基片凹凸嚴(yán)重，與傘片曲率差異較大，基片上部、或下部法線與蒸發(fā)源構(gòu)成的蒸發(fā)角差異較大。造成一片鏡片上各部位接受膜料的條件差異大，形成的膜厚差異大。另外鏡片被鏡圈(碟片)邊緣部遮擋、鏡圈(碟片)臟在蒸鍍時(shí)污染鏡片等等也會(huì)造成膜色差異問(wèn)題。改善思路：改善鏡片邊緣的蒸發(fā)角。改善對(duì)策：㈠ 條件許可，用行星夾具;㈡ 選用傘片平坦(R大)的機(jī)臺(tái);㈢ 根據(jù)傘片孔位分布，基片形狀，制作專門的鋸齒形修正板。㈣ 如果有可能，把蒸發(fā)源往真空室中間移動(dòng)，也可改善單片的膜色均勻性。㈤ 改善鏡圈(碟片)，防止遮擋。㈥ 注意旋轉(zhuǎn)傘架的相應(yīng)部位對(duì)邊緣鏡片的部分遮擋㈦ 清潔鏡圈(碟片)㈧ 改善膜料蒸發(fā)狀況。四、膜臟(也稱白壓克)顧名思義，膜層有臟。一般的膜臟發(fā)生在膜內(nèi)或膜外。臟可以包括：灰塵點(diǎn)、白霧、油斑、指紋印、口水點(diǎn)等。(灰塵點(diǎn)和白霧單列)改善思路：檢討過(guò)程，杜絕臟污染。