PVD鍍膜的基本方式、材料種類及其競(jìng)爭(zhēng)格局

PVD（Physical Vapor Deposition）技術(shù)是制備薄膜材料的主要技術(shù)之一，在真空條件下采用物理方法，將某種材料氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基板材料表面沉積具有增透、反射、保護(hù)導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、裝飾等特殊功能的薄膜材料的技術(shù)。用于制備薄膜材料的物質(zhì)被稱為 PVD鍍膜材料。濺射鍍膜和真空蒸發(fā)鍍膜是比較主流的兩種 PVD 鍍膜方式。

濺射鍍膜

濺射靶材具有高純度、高密度、多組元、晶粒均勻等特點(diǎn)，一般由靶坯和背板組成。靶坯屬于濺射靶材的主要部分，是高速離子束流轟擊的目標(biāo)材料。靶坯被離子撞擊后，其表面原子被濺射飛散出來并沉積于基板上制成電子薄膜。由于高純度金屬強(qiáng)度較低，因此濺射靶材需要在高電壓、高真空的機(jī)臺(tái)環(huán)境內(nèi)完成濺射過程。超高純金屬的濺射靶坯需要與背板通過不同的焊接工藝進(jìn)行接合，背板起到主要起到固定濺射靶材的作用，且需要具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。

按使用的原材料材質(zhì)不同，濺射靶材可分為金屬/非金屬單質(zhì)靶材、合金靶材、化合物靶材等。濺射鍍膜工藝可重復(fù)性好、膜厚可控制，可在大面積基板材料上獲得厚度均勻的薄膜，所制備的薄膜具有純度高、致密性好、與基板材料的結(jié)合力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為制備薄膜材料的主要技術(shù)之一，各種類型的濺射薄膜材料已得到很廣的應(yīng)用，因此，對(duì)濺射靶材這一具有高附加值的功能材料需求逐年增加，濺射靶材亦已成為目前市場(chǎng)應(yīng)用量很大的 PVD 鍍膜材料。

超高純金屬及濺射靶材是電子材料的重要組成部分，濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈主要包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)，其中，靶材制造和濺射鍍膜環(huán)節(jié)是整個(gè)濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

上游的金屬提純主要從自然界重點(diǎn)金屬礦石進(jìn)行提純，一般的金屬能達(dá)到 99.8%的純度，濺射靶材需要達(dá)到 99.999%的純度。

靶材制造環(huán)節(jié)首先需要根據(jù)下游應(yīng)用領(lǐng)域的性能需求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行反復(fù)的塑性變形、熱處理來控制晶粒、晶向等關(guān)鍵指標(biāo)，再經(jīng)過水切割、機(jī)械加工、金屬化、超生測(cè)試、超聲清洗等工序。

濺射靶材制造所涉及的工序精細(xì)且繁多，工序流程管理及制造工藝水平將直接影響到濺射靶材的質(zhì)量和良品率。

此環(huán)節(jié)是在濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈條中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)工藝要求比較高的環(huán)節(jié)，濺射薄膜的品質(zhì)對(duì)下游產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要影響。

在濺射鍍膜過程中，濺射靶材需要安裝在機(jī)臺(tái)中完成濺射反應(yīng)，濺射機(jī)臺(tái)專業(yè)性強(qiáng)、精密度高，市場(chǎng)長(zhǎng)期被美國、日本跨國集團(tuán)壟斷，主要設(shè)備提供商包括 AMAT（美國）、ULVAC（日本）、ANELVA（日本）、Varian（美國）、ULVAC（日本）等行業(yè)內(nèi)企業(yè)。

真空蒸發(fā)鍍膜
真空蒸發(fā)鍍膜是指在真空條件下，通過蒸發(fā)源加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在基板材料表面來獲得薄膜的一種技術(shù)。被蒸發(fā)的物質(zhì)被稱為蒸鍍材料。蒸發(fā)鍍膜比較早由 M.法拉第在 1857年提出，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為主流鍍膜技術(shù)之一。

真空蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)一般由三個(gè)部分組成：真空室、蒸發(fā)源或蒸發(fā)加熱裝置、放置基板及給基板加熱裝置。在真空中為了蒸發(fā)待沉積的材料，需要容器來支撐或盛裝蒸發(fā)物，同時(shí)需要提供蒸發(fā)熱使蒸發(fā)物達(dá)到足夠高的溫度以產(chǎn)生所需的蒸汽壓。

真空蒸發(fā)鍍膜工作原理示意圖

真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)具有簡(jiǎn)單便利、操作方便、成膜速度快等特點(diǎn)，是應(yīng)用比較廣的鍍膜技術(shù)，主要應(yīng)用于光學(xué)元器件、LED、平板顯示和半導(dǎo)體分立器的鍍膜。真空鍍膜材料按照化學(xué)成分主要可以分為金屬/非金屬顆粒蒸發(fā)料，氧化物蒸發(fā)料，氟化物蒸發(fā)料等。

蒸鍍材料種類
金屬及非金屬顆粒

鋁蒸發(fā)料、鎳蒸發(fā)料、銅蒸發(fā)料、銀蒸發(fā)料、鈦蒸發(fā)料、硅蒸發(fā)料、釩蒸發(fā)料、鎂蒸發(fā)料、錫蒸發(fā)料、鉻蒸發(fā)料、銦蒸發(fā)料、銀銅蒸發(fā)料、金蒸發(fā)料、微晶銀粉等。

氧化物

鈦鉭合金、鋯鈦合金、硅鋁合金、三氧化二鋁、二氧化鋯、五氧化三鈦、石英環(huán)、石英片、氧化鉺、鈦酸鑭等

氟化物

氟化鎂、氟化鏑、氟化鑭等

蒸鍍材料主要工藝流程包括混料，原料預(yù)處理，成型，燒結(jié)和檢測(cè)等。將配制好的原料經(jīng)過機(jī)械混合達(dá)到均勻分散（混料），然后進(jìn)行常溫或高溫處理（原料預(yù)處理）來提高材料的純度，細(xì)化顆粒的粒度，激發(fā)材料的反應(yīng)活性，降低材料燒結(jié)溫度。接下來經(jīng)過機(jī)械方式將材料加工至達(dá)到所需規(guī)格（成型）。成型后將材料在高溫下燒結(jié)，使陶瓷生坯固體顆粒的相互鍵聯(lián)，然后成為具有某種顯微結(jié)構(gòu)的致密多晶燒結(jié)體的過程（燒結(jié)）。待蒸鍍材料生產(chǎn)完后，采用蒸發(fā)鍍膜設(shè)備對(duì)材料的性能進(jìn)行檢測(cè)，檢查產(chǎn)品性能指標(biāo)是否合格。

真空鍍膜材料工藝流程
原料粉末——配料——混料——原料預(yù)處理——成型——預(yù)燒——真空燒結(jié)——分揀——真空包裝

濺射鍍膜和蒸發(fā)鍍膜的對(duì)比：

濺射鍍膜工藝可重復(fù)性好、膜厚可控制，可在大面積基板材料上獲得厚度均勻的薄膜，所制備的薄膜具有純度高、致密性好、與基板材料的結(jié)合力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為制備薄膜材料的主要技術(shù)之一，各種類型的濺射薄膜材料已得到比較廣的應(yīng)用，因此，對(duì)濺射靶材這一具有高附加值的功能材料需求逐年增加，濺射靶材亦已成為目前市場(chǎng)應(yīng)用量比較大的 PVD 鍍膜材料。

蒸發(fā)鍍膜簡(jiǎn)單便利、操作方便、成膜速度快。從工藝制造角度上來看，蒸鍍材料的制造復(fù)雜度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于濺射靶材，蒸發(fā)鍍膜常用于小尺寸基板材料的鍍膜。



競(jìng)爭(zhēng)格局
平板顯示器主要包括液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）、場(chǎng)致發(fā)光顯示器（EL）、場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）、有機(jī)發(fā)光二極管顯示器（OLED）以及在 LCD 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的觸控（TP）顯示產(chǎn)品。

其中，市場(chǎng)應(yīng)用以液晶顯示器為主。鍍膜是現(xiàn)代平板顯示產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，為保證大面積膜層的均勻性，提高生產(chǎn)率和降低成本，幾乎全部類型的平板顯示器件都會(huì)使用大量的鍍膜材料來形成各類功能薄膜，其所使用的 PVD 鍍膜材料主要為濺射靶材，平板顯示器的很多性能如分辨率、透光率等都與濺射薄膜的性能密切相關(guān)。

平板顯示行業(yè)主要在顯示面板和觸控屏面板兩個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用 PVD 鍍膜材料。其中，平板顯示面板的生產(chǎn)工藝中，玻璃基板要經(jīng)過多次濺射鍍膜形成 ITO 玻璃，然后再經(jīng)過鍍膜，加工組裝用于生產(chǎn) LCD 面板、PDP 面板及 OLED 面板等。觸控屏的生產(chǎn)，則還需將 ITO 玻璃進(jìn)行加工處理、經(jīng)過鍍膜形成電極，再與防護(hù)屏等部件組裝加工而成。

此外，為了實(shí)現(xiàn)平板顯示產(chǎn)品的抗反射、消影等功能，還可以在鍍膜環(huán)節(jié)中增加相應(yīng)膜層的鍍膜。

在OLED 工藝中，TFT 陣列和 Cell 成盒兩個(gè)階段包含眾多復(fù)雜工藝，關(guān)鍵設(shè)備（TFT 設(shè)備、蒸鍍?cè)O(shè)備和封裝設(shè)備）幾乎被日本、韓國和美國所壟斷，且設(shè)備價(jià)格昂貴，其中蒸鍍?cè)O(shè)備是整個(gè)面板生產(chǎn)過程中比較中心的環(huán)節(jié)，直接影響到制成品的良率和質(zhì)量，目前市場(chǎng)上的蒸鍍?cè)O(shè)備由日、韓兩國壟斷。

PVD 鍍膜工藝起源于國外，在行業(yè)發(fā)展初期，鍍膜設(shè)備和鍍膜材料的配套以國外廠商為主。國外 PVD 鍍膜材料廠商的鍍膜材料經(jīng)過與下游客戶的鍍膜設(shè)備、鍍膜工藝的長(zhǎng)期磨合，各項(xiàng)性能指標(biāo)與客戶的匹配性已較好，具有較強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，因此，長(zhǎng)期以來全球 PVD 鍍膜材料研制和生產(chǎn)主要集中于美國、日本和德國少數(shù)公司，產(chǎn)業(yè)集中度較高。

高純?yōu)R射靶材屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，研發(fā)生產(chǎn)設(shè)備專業(yè)性強(qiáng)。在一定程度上，全球半導(dǎo)體工業(yè)的區(qū)域集聚性造就了高純?yōu)R

射靶材生產(chǎn)企業(yè)的高度聚集。自誕生之日起，以美國、日本的高純?yōu)R射靶材生產(chǎn)企業(yè)便對(duì)主要技術(shù)執(zhí)行嚴(yán)格的保密措施，導(dǎo)致濺射靶材行業(yè)在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)明顯的區(qū)域集聚特征，生產(chǎn)企業(yè)主要集中在美國和日本。

全球范圍內(nèi)，日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯、住友化學(xué)等資金實(shí)力雄厚、技術(shù)水平較好、產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的跨國公司居于全球高純?yōu)R射靶材行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位，屬于濺射靶材的傳統(tǒng)強(qiáng)勢(shì)企業(yè)，占據(jù)全球?yàn)R射靶材市場(chǎng)的絕大部分市場(chǎng)份額，主導(dǎo)著全球?yàn)R射靶材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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