真空镀膜产品常见不良分析、改善对策

改善对策：

㈠改进膜系，第一层不用氧化锆。

㈡尽量减少真空室开门时间，罩与罩之间在最短的时间内做好真空室的清洁、镀膜准备工作。 ㈢真空室在更换护板、清洁后，最好能空罩抽真空烘烤一下，更换的护板等真空室部件必须干燥、干净。

㈣改善环境

㈤妥善保护进罩前在伞片上的镜片，免受污染。 ㈥改善洗净、擦拭效果。

㈦改善膜匹配（考虑第一层用Al2O3） ㈧改善膜充氧和蒸发速率（降低）

㈨加快前工程的流程。前工程对已加工光面的保护加强。

㈩抛光加工完成的光面，必须立即清洁干净，不能有抛光粉或其他杂质附着干结。

五、色斑

色斑（也称膜色压克、烧蚀）是指镜片上的膜色局部变异（一般不规则）。有膜内色斑（含膜层色斑）和膜外色斑二种。

有时会出现规则的局部区域（如凹镜片的中心或环状区域等）膜色变异。 色斑产生的原因：

局部折射率变异：所谓膜色是薄膜光谱特性的反映，薄膜光谱分光特性的设计和达成是建立在一定折射率基片的基础上，如果基片局部折射率改变，那么所镀的膜层在局部的光谱分光特性也有变化。局部点的膜色就会有变异，形成膜内色斑的。

镀膜中和镀膜后由于种种原因，使得膜层的局部折射率变异，形成膜层或膜外色斑。

膜外色斑一般较浅，可以用抛光粉或碳酸钙分擦掉，如果是中间层或底层膜层局部折射率变异的膜层色斑，就不能用抛光粉或碳酸钙粉擦拭去掉了。

分辨膜内膜层和膜外色斑的一个有效手段是用抛光粉或碳酸钙粉擦拭。 膜内、膜层、膜外色斑的处理对策是不同的。 膜内色斑产生来源：

基片上局部折射率改变大都是由于基片局部被腐蚀造成的。腐蚀层一般形成一层极薄的低折射率层。

1． 前道加工过程中工装夹具、加工方法带来的。

这个局部可能大，也可能小，还可能大部，由此可能会有大小不等的色斑。这种色斑有一个特征，色斑的形状规则、部位一致、界线分明。

2． 周转、运输、库存产生。

有些基底本身的化学特性较差，如H-ZK9，耐潮、耐酸性能很弱，在前加工过程中不可避免的会与水接触，会与潮湿空气接触，形成腐蚀，如果前加工与镀膜的周期长（超过5小时）就容易产生膜内色斑，如果是反射膜、红外截至膜，这种色斑就会非常明显，还有可能刚镀完是良品，若干天后还会有色斑显出而成为不良品。

3． 研磨抛光工程在镜片表面完工后没有及时将表面处理干净，残留的抛光粉、液等干结在镜片表面，对镜片产生腐蚀或污染。这种腐蚀或污染不能用洗净或擦拭的方法祛除，镀膜后显现的就是色斑。

4． 研磨抛光所用抛光液的PH值匹配没有受控，影响镜片在研磨加工到镀膜加工之间的化学稳定。

膜层和膜外色斑产生来源

1．镀膜后，膜层的空隙中渗透了难以消除的杂质，改变了局部膜层的折射率，从而膜外形成色斑。

2．镀膜过程中，有些高折射率基片的温度过高，造成局部膜层（也有可能是膜层和基片的结合部）折射率变异。也会造成膜层色斑产生。

3．膜系匹配中，有的膜层太薄，结晶处于不稳定状态，也可能产生膜层色斑。

4．膜系的膜料选择与基片材料的匹配不好，也是膜层色般的产生原因之一。

5．机组的微量返油，在镜片或膜层中形成局部的极薄的油斑，也是膜层色斑的产生原因，此类色斑处的膜强度一般较差些。

膜内色斑改善对策：

一、 加快研磨（抛光）到镀膜的周期，减少镜片被污染腐蚀的几率，注意：是镜片的全部抛光面。

二、 抛光加工中，注意对另一已抛好光的面保护

三、 注意抛光加工中的工装、夹具、加工方法，以免造成对镜片表面局部腐蚀伤害。 四、 抛光加工完成的光面，必须立即清洁干净，不能有抛光粉或其他杂质附着干结。 五、 控制研磨抛光液的PH值。

六、 镀膜前，用抛光粉（氧化铈、氧化铁）或碳酸钙粉（用甘油或水调和）对镜片抛光面复新。并尽快清洁干净。

七、 加强镀前的离子轰击

八、 对于可见光区减反膜，在满足技术要求的前提下设计制作成单峰形，反射色呈淡绿色，掩盖色斑

九、 对于化学性能较好的镜片，在清洗前先用退膜液或稀酸液浸泡去除腐蚀斑。 十、 选择合适的膜层匹配对色斑改善也有帮助。

十一、 提高基片镀制时的温度，加快水汽的彻底挥发。（但可能会有 膜层色斑产生，要根据具体情况分析对策。）

十二、 第一层镀上Al2O3膜层一般会有好的改善效果。 膜层、膜外色斑改善对策： 一、 对减反膜，设计条件许可时，外层加以SiO2层，10nm左右即可（一般的外层膜是MgF2）。使外层趋于光滑、致密，减少有害物质的侵蚀。（如果镀后离子轰击SiO2层会粗糙。）

二、 适当降低蒸镀速率（在一定范围内）提高膜层光滑度，减少吸附。 三、 镜片在出罩后，待冷却后再下伞和擦拭。

四、 镜片在出罩后，放置在洁净干燥的场合待冷却。减少污染可能。 五、 用碳酸钙粉，轻擦去除外层附着物。 六、 改善工作环境的湿度、温差。

七、 改善充气口附近的环境，使充入的大气干燥、洁净。

八、 工作人员的个人卫生（口罩、服装、手套、指套等）改善。 九、 检讨真空室返油状况，防止返油。

十、 适当降低基片温度；（不能影响膜强度）

十一、 改善膜系，取消太薄的膜层，根据硝材特性，选择合适的膜层材料。

六、光谱特性

光学薄膜产品中，光谱特性不良（分光不良）是一个常见问题，光谱特性不良是指分光反射（透射）曲线不满足零件产品技术要求，是功能性的不良，生产制造中必须严格监控。

造成光谱特性不良产生的原因有很多，主要的有：

1. 膜系设计：设计时的膜厚、折射率允差太小，试制时的分光曲线在技 术要求的边缘，制造中稍有偏差就导致分光不良。

2. 设计的膜料折射率与实际的折射率有差异，或发生了变异。 3. 实镀的中心波长（膜厚）与希望达到的中心波长（膜厚）有差异，或发生了变异。（tooling值（也有叫F值）有偏差）

4. 制造中出了差错：如膜料用错、程序用错、预熔时没关挡板等

5. 工艺条件改变：真空度、充氧量、加热温度、蒸发速率、基片旋转速度、离子辅助条件等。 6. 材料变更，如不同厂家生产的同种光学材料（基片材料和膜料）在光学性能化学性能有所不同（有时同厂家不同生产批次也有不同），生产过程中（特别是大批量生产）材料突然变更（未作论证），就可能造成分光不良。

7. 用于测试分光的比较片表面特性变异，造成分光测试不良（也许镜片的分光是OK的，可以比较二者的反射膜色）。这也许是容易忽视的一个问题，又是一个常见的问题，特别是高折射率的测试比较片表面形成一层腐蚀层，相当于有了一层减反膜（很薄），膜层不是堆积在基片上，而是堆积在腐蚀层上，于是比较片上的分光就会不准确、不稳定。往往比较片加工存放的时间远大于基片，存放的环境不如镜片，问题就会更严重。

8. 机组工艺稳定性差。（抽速不温、机组震动大、测试片或晶片抖动、旋转不温、伞片变形、温度测量误差大、加热功率不稳等等）

9. 如果使用晶振控制膜厚的，晶振片的品质、晶振片的使用寿命、活性值的变化。同一片晶振片，开始使用的敏感度与使用了一段时间（如6层减反膜镀了3罩）敏感度有一些差异，也会带来整体曲线的偏移。

10. 晶控探头的水冷差，造成晶控不稳定、不可靠，膜厚控制不准确。 11. 刚镀制完成的测试与放置一段时间后的测试，分光特性会有差异。

12. 有些膜料的折射率在成膜后还会有变化（与成膜条件、膜层匹配有关），会造成光谱特性的变化。

13. 镜片折射率变异，有些基片材料，在经过超声波清洗后表面形成一极薄的低折射率层，对分光特性、膜色也有影响

14. 采用光控时（非自动控制），光量值设置的不合适，或因为膜料折射率变化使得设置的光量值有了偏差，带来分光特性的偏差或不稳定。

15. 光控中的监控片本身有了腐蚀层，影响了光控的走值。

16. 光控中的光信号不稳定（电压波动、接触不良、电子元器件问题等）影响精度和稳定性。 17. 光控中，有的膜层比较薄（特别是第一层比较薄时）不到一个峰值，带来光控的不准确性。 18. 非自动控制的光控，人为判断时误差。 改善对策：

一、 设计膜系：

●膜系设计中选用膜料的折射率应与使用膜料使用机台吻合；

●膜系设计尽量考虑厚度与折射率允差（各层的厚度及折射率允许偏差1%-2%），特别是敏感层，要有一定的允差（1%）

●控制厚度与实际测试厚度的“tooling”值，要准确，并经常确认调整。 ●设计的技术要求必须高于图纸提出的技术要求。 ●设计时考虑基片变异层折射率变化带来的影响。

●设计时考虑膜料的折射率变化及膜料之间、膜料与基片之间的匹配。

二、 工作现场所用膜料、芯片、硝材生产厂家、型号一旦确认不要经常变更，必须变更的应该多次确认。

三、 杜绝、避免作业过失的发生，

四、 加强每罩镜片的分光测试监控，设置警戒分光曲线，及时调整膜系。

五、 测试比较片管理加强，确保进罩镀膜的测试比较片表面无污染、新鲜、外观达到规定要求。在使用前，对比较片作一次测试，测定其反射率（仅测一个波长点就可以）测定值与理论之比较，一般测定值小于理论值（腐蚀层影响），如果二值之间差异较大（比如大于1%）就应该考虑对比较片再复新、或更换。

六、 镜片的分光测试要在基片完全冷却后进行。

七、 掌握晶控片敏感度变化规律，及时修正控制数据。晶控片在新的时候与使用了若干罩后的敏感度是不完全一样的，芯片的声阻抗值会有微小变化。有些晶控仪（如IC5）可以设置自动修正，而大部分晶控仪没有自动修正声阻抗值的功能。掌握了晶片敏感度的规律，可以在膜厚设置上矫正。

八、 改善晶控探头的冷却效果，晶片在温度大于50℃时，测量误差较大。 九、 采用离子辅助镀膜的工艺，可以提高成膜分光特性的稳定性。 十、 检讨该膜系在该机台的光控适用性。 十一、 检讨光控中的人为影响

十二、 经常检查光控的光路、信号、测试片等。 十三、 设计适用于光控的膜系。

七、光谱分光不良的补救（补色）

分光不良分为二种情况：一是全部膜系镀制完成后，经测试分光不良，此类不良主要按六节所述方法处理，一般减反膜难以补救。但对于高反膜、带通滤光膜等可以通过加层的方法补救。二是镀制中途中断（包括发现错误中断）造成的分光不良，一般都可以通过后续努力补救。后续方法正确，补救的成功率比较高。

中断的原因形式不一： ① 停电， ② 机器故障

③ 人为中断（发现错误、疑问后中断） 中段后信息：

㈠ 知道镀到第几层，已镀各层的膜厚；

㈡ 知道镀到第几层，最后一层膜的膜厚不确定； ㈢ 不知道镀了多少。 补救处理：

1． 对于第㈠种情况，比较好处理，只要确认前面镀的没错，程序没有用错，就可以继续原来的程序，要注意的是：如果某一层镀了一部分继续镀下去时，交接处要减少一些膜厚（根据膜料、蒸发速率决定减少多少，一般是0.2-1nm左右），如果该层剩下的膜厚已不足15-20秒蒸镀时，要考虑降低蒸发速率或干脆不镀，通过后续层调整膜厚解决。

2． 对于第㈡㈢种情况的处理比较复杂一些，

模拟：根据已经实镀的镜片（测试比较片）实测分光数据输入计算机膜系设计程序的优化目标值，再根据已经掌握的膜系信息输入，采用倒推法逐层优化，模拟出实际镀制的膜系数据。

*测试比较片片是指随镜片一起镀制（在伞片上、与镜片同折射率），用于测试镀后分光曲线的平片。

优化：再锁定通过模拟得到的膜系数据，通过后续层膜厚优化找到实现目标的最佳方案。 试镀：根据新优化的后续膜层数据，试镀若干镜片（1-2片）或测试片，确认补色膜系的可行性。

补色镀：对试镀情况确认后实施补色镀。补色镀前，确认基片是否洁净，防止产生其它不良。 3、其它情况处理：

对于用错程序，错误操作（预熔未关闭挡板等）人为中断需要补救的；以及反光膜、滤光膜镀后需要补救的情况处理方案：

● 模拟：将实测分光数据输入计算机膜系设计程序的优化目标值。通过计算机模拟（一般是最后一层的膜厚确认），找到与实现测试值结果相应的膜系数据。

● 优化：根据模拟得到的膜系数据，输入产品要求的优化目标值，通过加层、优化后续膜层的方法，重新优化设计一个补救膜系。

● 试镀：确认、完善补救膜系效果。 ● 补救镀：完成补救工作。

八、破边、炸裂不良

一般的镀膜会对基片加热，由于基片是装架在金属（铝、铜、不锈钢）圈、碟内，由于镜圈或碟片与镜片（基片）的热膨胀系数不一致，冷却过程中会造成镜片的破边或炸裂。

有些大镜片，由于出罩时的温度较高，与室温的温差较大，镜片的热应力作用造成镜片炸裂或破边。

有些零件边缘倒边的形状容易造成卡圈而破边。 改善对策：

① 夹具（镜圈、碟片）的设计，在尺寸配合上要合理，充分考虑制造误差带来的影响。

② 注意镜圈、碟片的变形，已经变形的夹具不能使用

③ 选用合适的夹具材料（非导磁材料、不生锈、耐高温不变形），不锈钢较为理想（热变形系数小），就是加工难度大，价格贵。

④ 对于大镜片应降低出罩时的温度，减少温差，防止炸裂。

⑤ 如果是镜圈，可以考虑在镜圈上开槽，作为缓冲。（镜圈的使用寿命会减少很多）

九、划痕（膜伤）

划痕是指膜面内外有道子，膜内的称划痕，膜外的称膜伤。这也是镀膜品质改善中的一个顽症，虽然很清楚产生的原因和改善方法，但难以根治。

产生原因： 膜内的划痕：

① 前工程外观不良残留，有些划痕在镀膜前不容易发现，前工程检验和镀前上伞检查都不容易发现，而在镀膜后会将划痕显现。

② 各操作过程中的作业过失造成镜片划痕

③ 镜片摆放太密，搬运过程中造成互相磕碰形成划痕 ④ 镜片的摆放器具、包装材料造成镜片表面擦伤 ⑤ 超声波清洗造成的伤痕 膜外伤痕（膜伤）

① 镜片的摆放器具、包装材料造成的膜伤。 ② 镀后超声波清洗造成的膜伤。 ③ 各作业过程作业过失造成的膜伤。

改善思路：检讨个作业过程和相关器具材料，消除划痕和膜伤。 改善对策：

㈠强化作业员作业规范。

㈡订立作业过失清单，监督作业员避免作业过失。 ㈢改善镜片摆放间隔 ㈣改善镜片搬运方法

㈤改善摆放器具、包装材料。 ㈥改善超声波清洗工艺参数 ㈦加强前工程检验和镀前检查。