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  • Desarrollo De Magnetron Sputtering Titanium Target Material
    Nov 07, 2018

    Desarrollo de material de titanio de pulverización magnetrón


    IKS PVD Personalizó la máquina de revestimiento al vacío de PVD suitalbe para usted, póngase en contacto con nosotros ahora, iks.pvd@foxmail.com


    Como un importante material de película funcional en el campo de la información electrónica, el titanio de alta pureza ha aumentado rápidamente en los últimos años con el rápido desarrollo de los circuitos integrados, pantallas planas e industrias de energía solar de China. La tecnología de pulverización magnetrónica (PVD) es una de las tecnologías clave para la preparación de materiales de película delgada. Los objetivos de pulverización de titanio de alta pureza son los consumibles clave en el proceso de pulverización de magnetrón y tienen amplias perspectivas de aplicación en el mercado. Como un material de recubrimiento de alto valor agregado, el objetivo de titanio tiene requisitos estrictos en términos de pureza química y microestructura. Tiene alto contenido técnico y difícil procesamiento. Las empresas de fabricación objetivo de China comenzaron relativamente tarde en el campo de la fabricación de objetivo de gama alta. La pureza de las materias primas es relativamente atrasada, y existen ciertas brechas en las tecnologías de procesos centrales, como el control de tejidos y el moldeo de procesos. Para las aplicaciones de gama alta de flujo descendente, el desarrollo de objetivos de pulverización catódica de alto rendimiento es una medida importante para realizar la investigación independiente y el desarrollo de materiales clave en la industria de fabricación de información electrónica y para promover la transformación y mejora de la industria de titanio a gama alta.

     

    Aplicación de objetivos de titanio y requisitos de rendimiento

    Los objetivos de Magnetron Sputtering Ti se utilizan principalmente en las industrias de electrónica e información, como recubrimientos decorativos para circuitos integrados, pantallas planas e industrias automotrices de mejoras para el hogar, como recubrimientos decorativos de vidrio y recubrimientos decorativos de ruedas. Diferentes industrias tienen diferentes requisitos para los objetivos de Ti, que incluyen: pureza, microestructura, rendimiento de soldadura y precisión dimensional. Los requisitos específicos son los siguientes:

    1) Pureza: Circuito no integrado: 99.9%; Para circuitos integrados: 99,995%, 99,99%.

    2) Microestructura: para circuitos no integrados: el tamaño de grano promedio es inferior a 100 μm; para circuitos integrados: el tamaño de grano promedio es inferior a 30 μm, y el tamaño de grano promedio de grano ultrafino es inferior a 10 μm.

    3) Rendimiento de soldadura: Para circuitos no integrados: soldadura fuerte, monómero; Para circuitos integrados: monómero, soldadura fuerte, soldadura por difusión.

    4) Precisión dimensional: Circuito no integrado: 0.1mm; Integrar circuito: 0.01mm.

    1.1 Ti objetivo para circuitos integrados.

    La pureza de los objetivos del circuito integrado de Ti es principalmente mayor que 99.995%, y actualmente depende principalmente de las importaciones. En 2013, la industria de circuitos integrados de China logró ingresos por ventas de 250.800 millones de yuanes y las importaciones ascendieron a 231.300 millones de dólares, convirtiéndose por primera vez en el principal producto importado de China. En 2014, los ingresos por ventas de la industria de circuitos integrados fueron de 267,2 mil millones de yuanes, y el volumen de importación todavía alcanzó los 217,6 mil millones de dólares. Los objetivos para circuitos integrados representan una gran parte del mercado objetivo global.

    Materias primas objetivo de Ti: la producción de Ti de alta pureza se concentra principalmente en los Estados Unidos, Japón y otros países, como Honeywell de Estados Unidos, Toho de Japón, la industria de titanio de Osaka en Japón; luego de 2010, el Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing, Zunyi Titanium, Ningbo Chuangrun ha lanzado sucesivamente productos de Ti de alta pureza producidos en el país, pero la estabilidad de los productos aún no se ha mejorado.

    Desarrollo de la estructura del objetivo Ti: la fundición de chips temprana tiene un gran margen de beneficio, principalmente utilizando una máquina de pulverización magnetrón de 100-150 mm, y la potencia es pequeña, la película de pulverización catódica es gruesa, el tamaño de la viruta es grande y el rendimiento del único objetivo es grande Puede cumplir los requisitos de uso de la máquina en ese momento. En ese momento, el objetivo de Ti para circuitos integrados era principalmente un monómero de 100-150 mm y un objetivo combinado, como el tipo típico 3180 y el objetivo tipo 3290. En la segunda etapa, de acuerdo con la Ley de Moore, el ancho de la línea de viruta se reduce. La fundición de chips utiliza principalmente una máquina de pulverización catódica de 150-200 mm. Para aumentar el margen de beneficio, se aumenta el poder de pulverización de la máquina, lo que requiere que aumente el tamaño del objetivo. Al mismo tiempo, mantiene una alta conductividad térmica, bajo precio y cierta resistencia. En este período, el objetivo de Ti se compone principalmente de soldadura por difusión de aleación de aluminio y soldadura y soldadura de placa posterior de aleación de cobre, como las típicas TN, tipo TTN, tipo Endura 5500 y otros objetivos. . En la tercera etapa, con el desarrollo de circuitos integrados, el ancho de línea de chip se reduce aún más. En este momento, la fundición de chips utiliza principalmente una máquina de pulverización catódica de 200-300 mm. Con el fin de aumentar aún más el margen de beneficio, aumenta el poder de pulverización de la máquina, lo que requiere el objetivo. El tamaño aumenta mientras se mantiene una alta conductividad térmica y suficiente resistencia. En este período, el objetivo de Ti se compone principalmente de soldadura por difusión de placa posterior de aleación de cobre, como el objetivo de tipo SIP convencional.

    Procesamiento y fabricación de blancos Ti: los primeros mercados nacionales e internacionales fueron básicamente monopolizados por grandes fabricantes de blancos, como Estados Unidos y Japón. Después de 2000, la industria manufacturera nacional ingresó gradualmente en el mercado objetivo y comenzó a importar materias primas de Ti de alta pureza para procesar objetivos de gama baja. En los últimos años, las empresas nacionales de fabricación de objetivos de Ti se han desarrollado rápidamente, y su participación en el mercado se ha expandido gradualmente a Taiwán, Europa y los Estados Unidos, etc. Si hay dos empresas, Yanyijin y Jiangfeng Electronics, se centran en la fabricación de objetivos durante muchos años. Las empresas nacionales de fabricación de objetivos también están trabajando con fabricantes nacionales de máquinas de pulverización de magnetrón para desarrollar objetivos que promuevan el desarrollo de la industria nacional de pulverización de magnetrón de circuito integrado.

    1.2 objetivo Ti para pantalla plana

    La pantalla plana incluye una pantalla de cristal líquido (LCD), una pantalla de plasma (PDP), una pantalla electroluminiscente (EL) y una pantalla de emisión de campo (FED).

    En la actualidad, el mercado de pantallas LCD de cristal líquido es el más grande en el mercado de pantallas planas, con una participación de más del 90%. Se considera que la pantalla LCD es el dispositivo de pantalla plana más prometedor, y su apariencia ha ampliado enormemente el rango de aplicaciones de las pantallas. Desde monitores de computadoras portátiles, monitores de escritorio, televisores LCD de alta definición y comunicaciones móviles, varios nuevos productos LCD están impactando. Los hábitos de vida de las personas y promover el rápido desarrollo de la industria de la información del mundo. La tecnología TFT-LCD es una tecnología que combina tecnología microelectrónica y tecnología de cristal líquido. Se ha convertido en la principal tecnología de visualización plana, y se divide en AL-Mo, AL-Ti, Cu-Mo y otros procesos.

    La película de la pantalla plana está formada principalmente por sputtering. Los objetivos como Al, Cu, Ti y Mo son los principales objetivos de metal para pantallas planas, y la pureza de los objetivos Ti para pantallas planas es superior al 99.9%. Esta materia prima se puede hacer en China. El tamaño del objetivo de Ti planar para la línea de generación TFT-LCD6 es relativamente grande, y la estructura utiliza un objetivo de placa de respaldo refrigerado por agua de aleación de cobre, y se utiliza un panda CLP.

    En la actualidad, la línea de generación más alta del mundo de fabricación propia: la línea Hefei de generación 10.5 produce principalmente pantallas de cristal líquido de gran tamaño y con definición ultraalta, con una capacidad de diseño de 90,000 sustratos de vidrio por mes, tamaño de sustrato de vidrio de 3370 × 2940mm, total inversión de 40 mil millones de yuanes, 2018 El segundo trimestre del año, el uso de máquinas de pulverización catódica y la tecnología y objetivos correspondientes aún es incierto.

    2 Tecnología de preparación de blancos de pulverización magnetrón Ti

    De acuerdo con el proceso de producción, la tecnología de preparación de la materia prima del objetivo de Ti se puede dividir en dos categorías: fusión por fusión de haz de electrones (abreviatura EB en blanco) y fusión en blanco de horno eléctrico de arco consumible al vacío (abreviatura (VAR) en blanco). En el proceso de preparación del objetivo, además del control estricto de la pureza del material, la densidad, el tamaño del grano y la orientación del cristal, las condiciones del proceso de tratamiento térmico y los procesos de moldeado posteriores deben controlarse estrictamente para garantizar la calidad del objetivo.

    Para las materias primas de Ti de alta pureza, los elementos de impureza de alto punto de fusión en la matriz de Ti generalmente se eliminan mediante electrólisis en estado fundido, y se purifican aún más mediante fusión con haz de electrones al vacío. La fusión del haz de electrones al vacío es bombardear la superficie del metal con un haz de electrones de alta energía, y luego la temperatura aumenta gradualmente hasta que el metal se derrite. El elemento con una gran presión de vapor se volatilizará preferentemente, y el elemento con una pequeña presión de vapor permanece en la masa fundida, y el elemento de impureza y la matriz Cuanto mayor sea la diferencia en la presión de vapor, mejor será el efecto de purificación. El refinado al vacío después de la fusión tiene la ventaja de eliminar elementos de impureza en la matriz de Ti sin introducir otras impurezas. Por lo tanto, cuando el 99,99% de Ti electrolítico se funde por haz de electrones en un entorno de alto vacío (10-4 o más), el elemento de impureza (Fe, Co, Cu) cuya presión de vapor saturada en la materia prima es mayor que el vapor saturado La presión del elemento Ti en sí se volatilizará preferentemente. El contenido de impurezas en la matriz se reduce para lograr el propósito de la purificación. Una combinación de los dos métodos puede proporcionar un metal de alta pureza Ti con una pureza de 99.995 o más.

    Para la pureza del 99,9% de las materias primas de Ti, la esponja Ti de 0 etapas se funde en un horno de arco eléctrico consumible al vacío, y luego se utilizan blancos forjados en caliente para formar un blanco de pequeño tamaño. Las materias primas metálicas de Ti preparadas por los dos métodos se controlan mediante deformación termomecánica para controlar la microestructura de toda la superficie de pulverización catódica y luego se procesan en un blanco de pulverización magnetrón para procesar circuitos integrados a través de procesos de mecanizado, encuadernación, limpieza y empaque. Para un objetivo de Ti con un requisito particularmente alto para una máquina de 300 mm, la superficie de pulverización del blanco antes del preembalaje también se pulveriza previamente para reducir el tiempo objetivo (Tiempo de combustión) del blanco montado en la máquina de pulverización.

    El objetivo preparado por el método de preparación del objetivo del circuito integrado Ti tiene un proceso complicado y un costo relativamente alto.

    3. Requisitos técnicos para los objetivos de Ti

    Para garantizar la calidad de la película depositada, la calidad del objetivo debe controlarse estrictamente. Después de un gran número de prácticas, los principales factores que afectan la calidad del objetivo de Ti incluyen la pureza, el tamaño de grano promedio, la orientación del cristal y la uniformidad estructural, la geometría y el tamaño.

     

    3.1 pureza

    La pureza del objetivo de Ti tiene una gran influencia en las propiedades de la película pulverizada.

    Cuanto mayor sea la pureza del objetivo de Ti, menores serán las partículas del elemento de impureza en la película de Ti pulverizada, lo que dará como resultado mejores propiedades de la película, incluida la resistencia a la corrosión y las propiedades eléctricas y ópticas. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, los diferentes usos de los objetivos de Ti tienen diferentes requisitos de pureza. Por ejemplo, los objetivos de Ti para recubrimientos decorativos generales no son críticos en términos de pureza, y los objetivos de Ti tienen un requisito de pureza mucho mayor en campos tales como circuitos integrados y cuerpos de visualización. El objetivo sirve como fuente de cátodo en la pulverización, y los elementos de impureza y las inclusiones de los poros en el material son las principales fuentes de contaminación de la película depositada. Las inclusiones estomáticas se eliminan básicamente durante las pruebas no destructivas del lingote. Los poros que no se eliminan causarán el fenómeno de descarga de la punta (Arcing) durante el proceso de pulverización, lo que afectará la calidad de la película. El contenido del elemento de impureza solo se puede analizar en el elemento completo. Los resultados de las pruebas muestran que cuanto más bajo es el contenido total de impurezas, mayor es la pureza del objetivo de Ti. En los primeros días, no había un estándar para los objetivos de pulverización catódica de titanio de alta pureza en China, que se basaba en los requisitos de los fabricantes de objetivos de Ti en el país y en el extranjero. Después de 2013, se emitió el estándar "Objetivos de pulverización catódica de titanio de alta pureza YS / T893-2013 para películas electrónicas". Se especifican los requisitos para el contenido de impureza diferente y el contenido de impureza total de tres objetivos de pureza Ti. Esta norma está estandarizando gradualmente los requisitos de pureza del caótico mercado objetivo de Ti.

    3.2 Tamaño medio de grano

    Generalmente, el objetivo de Ti tiene una estructura policristalina, y el tamaño del grano puede ser del orden de micrómetros a milímetros. La velocidad de pulverización del objetivo de cristal de tamaño fino es más rápida que la del objetivo de grano grueso, y se salpica el objetivo que tiene una pequeña diferencia en el tamaño de grano en la superficie de pulverización. La distribución del espesor de la película depositada también es relativamente uniforme. Se ha encontrado que si el tamaño de grano del objetivo de titanio se controla a menos de 100 μm y el cambio en el tamaño de grano se mantiene dentro del 20%, la calidad de la película obtenida por pulverización puede mejorarse considerablemente. Generalmente, se requiere que el tamaño de grano promedio del objetivo de Ti para circuitos integrados esté dentro de 30 μm, y el tamaño de grano promedio del objetivo de grano ultrafino Ti es de 10 μm o menos.

     

    3.3 Orientación cristalina

    El metal Ti es una estructura hexagonal muy compacta, y como los átomos objetivo de Ti se pulverizan preferentemente en la dirección en la que los átomos están más estrechamente dispuestos en la pulverización, el método de cambiar la estructura cristalina del objetivo puede lograrse en orden para lograr la mayor tasa de pulverización. Aumentar la tasa de pulverización. En la actualidad, la mayor parte de la familia de caras de cristal de la superficie de pulverización {1013} del objetivo del circuito integrado Ti es superior al 60%, la orientación de grano del objetivo producido por diferentes fabricantes es ligeramente diferente, y la orientación del objetivo Ti del cristal es uniforme al Espesor de la capa de película pulverizada. El impacto también es mayor. El tamaño de la película de la pantalla plana y el recubrimiento decorativo es relativamente grueso, por lo que los requisitos de orientación del grano del objetivo de Ti correspondiente son relativamente bajos.

     

    3.4 Uniformidad estructural

    La uniformidad estructural es también uno de los indicadores importantes para examinar la calidad de los objetivos. Para el objetivo de Ti, no solo se requiere el plano de pulverización del objetivo, sino también el componente de dirección normal, la orientación del grano y la uniformidad de tamaño de grano promedio de la superficie de pulverización. Solo de esta manera, el objetivo de Ti puede obtener una película de Ti que tenga un espesor uniforme y una calidad confiable y un tamaño de grano uniforme en el mismo período de tiempo.

     

    3.5 Geometría y dimensiones.

    Se refleja principalmente en la precisión y la calidad del procesamiento, como el tamaño del procesamiento, la planitud de la superficie, la rugosidad, etc. Si la desviación del ángulo del orificio de montaje es demasiado grande, no se puede instalar correctamente; el pequeño espesor afectará la vida útil del objetivo; la superficie de sellado y el tamaño de la ranura de sellado serán demasiado ásperos, lo que causará problemas en el vacío después de que se instale el objetivo, causando una fuga de agua grave; El tratamiento de rugosidad de la superficie puede hacer que la superficie del objetivo esté llena de puntas convexas. Bajo la acción del efecto de la punta, el potencial de estas puntas elevadas se incrementará considerablemente, rompiendo así la descarga dieléctrica, pero la protuberancia excesiva es por chisporroteo. La calidad y estabilidad son desfavorables.

     

    3.6 junta de soldadura

    En la actualidad, hay muchos artículos sobre la investigación de la soldadura por difusión de metales disímiles Ti / Al. En general, la soldadura por difusión de titanio de alto punto de fusión y aluminio de bajo punto de fusión se basa principalmente en la tecnología de unión por difusión al vacío de presión unidireccional o bidireccional o isostática térmica. La tecnología de presión realiza la conexión de difusión directa de alta presión de temperatura media-baja de titanio y aluminio, materiales metálicos. Hay muchos fabricantes nacionales de soldadura de aleación de Ti / Cu y Cu, pero hay pocos trabajos de investigación.

    4, perspectivas de objetivo Ti

    Las bases de fabricación objetivo global se están reuniendo rápidamente en Asia. Con el rápido desarrollo de las industrias de alta tecnología, como los circuitos integrados de semiconductores domésticos, las pantallas planas y los recubrimientos decorativos, el mercado objetivo de China se está expandiendo y se ha convertido gradualmente en una de las áreas de mayor demanda del mundo para objetivos de película delgada. El desarrollo ofrece oportunidades y desafíos.

    En los últimos años, bajo el liderazgo del fondo de la industria de circuitos integrados, los grandes proyectos nacionales de ciencia y tecnología (01, 02, 03) y los fondos locales, la inversión en la industria de circuitos integrados se puede calificar de caliente. De acuerdo con las estadísticas, solo en los dos años de 2015 a 2016, nacional. Anunció que hay hasta 44 líneas de producción de obleas en construcción o planeadas para comenzar, incluidas 300 mm, 18 mm, 200 mm20 y 150 mm. Impulsada por esta enorme demanda del mercado, la industria objetivo seguramente atraerá la atención de los institutos de investigación y empresas relevantes en China e invertirá en mano de obra, recursos materiales y recursos financieros para desarrollar y producir objetivos de salpicadura controlados magnéticamente.

    Como una rama única del campo objetivo, los objetivos Ti se utilizan tanto en los procesos semiconductores Al como en los procesos Cu, y se usan ampliamente en la industria de pantallas de cristal líquido y en la industria de recubrimientos decorativos. En la actualidad, las bases para I + D y producción de objetivos de Ti se concentran principalmente en Beijing, Guangdong, Jiangsu, Zhejiang y Gansu. Debido a las limitaciones de la pureza de la materia prima, el equipo de producción y la tecnología de investigación y desarrollo de procesos, la industria manufacturera de Ti de China aún está en su infancia. Las empresas nacionales de producción objetivo de Ti son básicamente bajas en calidad y tecnología, utilizan métodos de procesamiento tradicionales y dependen del precio para ganar. Productoras de pulverización catódica de bajo grado, o plantas de procesamiento de fundición de costo limitado. La escala de producción es pequeña, la variedad es única y la tecnología aún es inestable. Hasta ahora, China (incluyendo Taiwán, China) tiene solo unas pocas empresas profesionales que producen objetivos, como Yanyijin, Jiangfeng Electronics, etc., que producen objetivos de Ti en gran medida. Lejos de satisfacer las necesidades del desarrollo del mercado, todavía es necesario importar un gran número de objetivos de Ti desde el extranjero. Las materias primas de los objetivos de Ti de metal de alta pureza ya han logrado avances, pero la mayoría de ellos tienen que depender de las importaciones.

    Como material de propósito especial, el objetivo de Ti tiene un propósito de aplicación fuerte y un fondo de aplicación claro. Tecnología de purificación metalúrgica para desprendimiento de metales Ti, EB, tecnología de fusión al vacío, tecnología de prueba no destructiva para lingotes de Ti, tecnología de análisis de impurezas para Ti de alta pureza, tecnología de preparación para el objetivo de Ti, tecnología de preparación para máquina de pulverización catódica, proceso de pulverización y pruebas de rendimiento de película Tecnología El estudio del objetivo de Ti en sí mismo no tiene ningún sentido. El desarrollo y la producción de objetivos de Ti y las mejoras subsiguientes de la aplicación involucran a toda una cadena de la industria, desde las materias primas ascendentes hasta los fabricantes de equipos industriales intermedios y los fabricantes de objetivos para desarrollar y los chips de revestimiento de objetivos de Ti descendentes. La relación entre el rendimiento del objetivo de Ti y las propiedades de la película pulverizada es beneficiosa para obtener las propiedades de la película que cumplen con los requisitos de la aplicación, y también es beneficiosa para un mejor uso del objetivo, ejerciendo plenamente sus efectos y promoviendo el desarrollo de La industria de destino.

    En la actualidad, la industria de circuitos integrados está en auge en China. Oportunidades y desafíos conviven. Si no podemos aprovechar la oportunidad para localizar el objetivo de fabricación, fabricación de película y equipos de prueba, la brecha entre China y el nivel internacional seguramente será mayor. No solo no es capaz de recuperar el mercado interno ocupado por los inversores extranjeros, sino también de competir en el mercado internacional.