真空鍍膜不光滑的原因

夜班開機後，真空腔體裡的藍白光漸漸亮起。幾個小時後，技術員打開艙門，卻發現原本應該如鏡面的零件，表面卻略帶霧感——摸起來細微粗糙，反光也不再均勻。

這樣的情況，在 PVD 製程裡並不罕見。「鍍膜不光滑」並不是單一錯誤，而是許多細節失衡的結果。在日勝，我們稱這類現象為「表面失控」，意思是——鍍層看似完成，但表面結構已經偏離理想狀態。
那麼，為什麼會出現這樣的問題？又該從哪個環節開始檢查？

鍍膜不光滑，是鍍層在抗議

要理解鍍膜為何不光滑，必須先理解「光滑」的定義。在製程中，表面粗糙度（Ra）通常以微米為單位。當 Ra 值低於 0.02 μm，光線能完整反射，看起來就是「鏡面」；但若粗糙度超過 0.05 μm，人眼便會察覺霧面或暗影。

根據《Surface Engineering》的研究，成膜過程中如果出現粒化現象、電漿能量不均或污染顆粒，都會導致鍍層表面粗糙化^[1]。而這些問題往往源自鍍膜前後的細節忽略。

真空鍍膜不光滑的四大主因

素材表面處理不當

很多時候，問題並不是鍍膜錯，而是「鍍膜前」沒準備好。素材表面若殘留油脂、灰塵、甚至肉眼看不見的氧化層，在真空環境中會形成氣化或揮發物，干擾電漿沉積。就像真空鍍膜前的準備工作中提到，前處理階段的清洗與除污，是整個製程穩定的基礎。

在日勝的流程裡，每件素材都需經過超音波清洗、手工擦拭與 PQC 目檢，這樣的程序不是多餘，而是為了確保「起點」乾淨。若素材表面有刮痕、缺角、凹陷，這些微小的結構會放大成鍍層波紋。表面粗糙度最終會隨著鍍層厚度一同「被保存下來」，使成品看似霧面、反光模糊。

控制要點：

保持清洗槽液濃度穩定，每 3 批更換。
使用氬氣離子清洗（Ion cleaning）以去除氧化層。
PQC 檢查時以 45° 光線檢視表面缺陷。

真空腔體污染

真空機台就像一座微型宇宙，任何殘留顆粒都會在電漿中被「放大」。若腔體內壁上殘留上次鍍膜的金屬微粒，在下一次開機時這些顆粒可能被電離，再度沉積到基材上，形成看不見的粗糙點。

研究指出，即使是亞微米等級的污染物，也足以改變沉積速率^[1]。因此，日勝在每次批次後都會執行「高壓氬氣吹掃」與「離子去污」程序，確保內壁潔淨度維持在 Class 100 等級。若忽略這步，成品表面往往會出現「針孔狀不均光澤」或「局部亮斑」——這些都是顆粒干擾鍍層成長的警訊。

控制要點：

每 2–3 爐進行一次全腔體清潔。
清潔後以 He-leak 檢測真空完整性。
避免不同金屬靶材在同艙交替鍍製。

機台參數設定不當

「光滑」不只是清潔的結果，更是參數的平衡。若濺射功率過高，粒子動能太強，鍍層會出現「粗顆粒結晶」；若氣體流量不穩，沉積速率變化太大，也會形成厚薄不均。

例如在 TiN 鍍層中，氮氣流量偏高會導致反應過度、形成多孔結構；在 CrN 鍍層中，電壓波動會產生「條紋狀不均」。這些問題，在PVD 電鍍同樣的製程會有色差嗎？同樣的製程，不同環境條件下，結果仍可能差異極大。

控制要點：

濺射功率控制於靶材容許範圍的 85%。
使用 SPC 監控氣體流量變動。
比對前後批次膜厚與亮度變化。

靶材清潔度不足

靶材是鍍層的來源，若它本身被污染，鍍層自然無法完美。根據《Reviews on Advanced Materials Science》的研究，靶材表面氧化層、油脂或金屬夾雜物都會在電漿中形成「異常濺射點」^[2]，造成表面顆粒與局部突起。

日勝會在每次換靶前進行「Pre-sputtering 預濺射」，藉由短時間電漿轟擊將表面污染層去除。同時記錄靶材使用時間與電能累積量，建立「靶材履歷表」，避免過度消耗導致電弧不穩。

控制要點：

每批次前預濺射 5–10 分鐘。
以 SEM 檢查靶面顆粒分布。
若電弧頻率上升超過 20%，立即更換靶材。

從原因到控制：如何避免表面粗糙化

為了更清楚地對照問題與解決方向，下表整理了四大主因的技術說明與改善方式：

原因	技術機理	改善方式
素材表面處理不當	污染物或氧化層干擾附著力，導致鍍層粗糙	超音波清洗＋氬離子除污
真空腔體污染	殘留顆粒在電漿中再沉積	每爐清艙＋He-leak 測試
機台參數設定錯誤	濺射能量與氣體比例失衡	SPC 監控與溫度記錄
靶材污染或老化	表面氧化導致異常濺射	預濺射與靶材履歷管控

這些控制項並非獨立存在。在日勝的製程中，我們把它們統一納入「鍍膜品質矩陣」，每一次批次都會交叉比對參數、色差、Ra 值與膜厚均勻度。

光滑的定義：從數據到感覺

「光滑」這件事，在數據上可以被測量，但在實務上更是一種經驗。當表面 Ra 值低於 0.02 μm 時，反光會呈現鏡面；而當 Ra 超過 0.05 μm，人眼會明顯感到霧化。日勝的檢測流程中，除了使用 AFM 與白光干涉儀外，也會加入「人工觸感檢測」，由熟練技術員直接感受表面滑度。

這樣的檢驗方式雖然傳統，卻往往最準。在某些情況下，即使數據合格，表面仍可能出現「光澤不均」。因此我們會同步比對「反射角」與「亮度 ΔE」值，確保光滑一致。

以下為日勝的常用測試標準表：

檢測項目	方法	合格標準
表面粗糙度	AFM / 白光干涉儀	Ra ≤ 0.02 μm
顆粒觀察	SEM 5000×	無異常顆粒
亮度差（ΔE）	光譜反射測試	ΔE ≤ 2
附著力	Cross-cut 百格法	0 級（無脫落）

更多關於鍍層品質檢測的實際方法，可見電鍍膜層會做什麼測試。

從表面瑕疵，看見製程的態度

在鍍膜產線上，我們最怕的不是報廢，而是「差一點就好」。因為表面光滑度的穩定，代表整條製程的健康程度。每一層光澤背後，都是技術員反覆清洗、上掛、觀察的結果。

我們常說，鍍膜不是加工，而是一種對金屬表面的「重構」。它需要精密的控制、乾淨的環境，還有一份習慣性的嚴謹。在日勝，「光滑」不是形容詞，而是品質的證據。

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FAQ

Q1：鍍膜不光滑時，能再處理嗎？

A：若粗糙度超標但鍍層完整，可進行拋光或再鍍一次；但若顆粒嵌入膜層，需退鍍重製。

Q2：鍍膜表面為什麼會有顆粒？

A：主要來自真空腔體污染或靶材殘留物，每次製程前需進行吹掃與預濺射。

Q3：參數設定會影響光澤嗎？

A：會。功率、氣體比例與基板溫度都會改變粒子動能與表面緻密度。

Q4：怎麼檢測鍍膜表面是否光滑？

A：可透過 AFM、白光干涉儀或反射率 ΔE 測試，也可由熟練人員觸感比對。

Q5：要讓鍍膜長期維持光滑，有什麼關鍵？

A：穩定的前處理、乾淨的真空系統與規律的靶材維護，是保持表面品質的核心。

引用資料

[1] Surface Engineering (2012). 膜層缺陷與沉積均勻性研究。

[2] Reviews on Advanced Materials Science (2019). 成膜粗糙度控制。

[3] Ryh Shaung Internal Quality Control SOP (2025). Coating Surface Defect Inspection Guidelines。