真空電鍍的電漿是什麼顏色?
真空電鍍的電漿是什麼顏色?
夜裡的鍍膜廠房，一道藍紫色的光在真空腔體中閃爍。那並不是裝飾燈，而是電漿放電正在進行。對熟悉製程的工程師而言，那光不只是「漂亮」，而是一種訊號。只要顏色有一點變化，就代表氣體比例、功率輸出，甚至膜層的生成狀態都在改變。
在真空電鍍（PVD 製程）中，電漿是整個過程的核心驅動力，而光色的微妙變化，正是工程師判斷「製程是否穩定」的第一線指標。
為什麼真空電鍍的電漿會發光？
當氣體被加熱、電離，電子在能階間跳躍，釋放出的能量就以「光」的形式呈現。不同氣體分子的能階差異，會對應到不同波長，也就形成了各種色光。
在真空電鍍製程中，這光稱為「輝光放電（Glow Discharge）」，它不僅是製程中可見的現象，更是能量分佈的即時訊號。電漿發光的顏色、亮度與穩定度，能反映：
- 放電能量是否穩定；
- 氣體比例是否平衡；
- 靶材消耗是否均勻；
- 真空壓力是否異常。
對操作人員來說，光的變化幾乎等同於「機器在說話」。只要看光的閃爍頻率或色調，就能預判鍍層品質是否會出現偏差[1]。
電漿技術展示不同氣體的顏色效果
電漿顏色代表什麼現象？
每種顏色，都是物理條件的「即時翻譯」。
| 顏色觀察 | 代表意義 | 製程特性 |
|---|---|---|
| 淡藍／紫藍 | 氬氣主導，穩定放電階段 | 常用於濺鍍起始，能量穩定 |
| 深藍 | 氮氣比例上升，形成氮化膜 | TiN、CrN、ZrN 製程中常見 |
| 綠色或青色 | 氧氣比例偏高，氧化反應強 | 適合光學膜或抗氧化層 |
| 粉紅或白亮光 | 金屬離子濃度高、能量密度強 | 常出現在沉積後期、膜層厚度上升時 |
| 閃爍或不穩定光 | 壓力異常或靶面不均 | 須檢查氣體流量與真空度 |
一位日勝的鍍膜工程師說過：「只要光色變得太白，就知道靶材快見底了。」這不是迷信，而是數百次觀測累積的經驗。
不同氣體下的電漿顏色與應用
| 氣體 | 顏色表現 | 對應應用 | 特性說明 |
|---|---|---|---|
| 氬氣 (Ar) | 淡紫、藍 | 穩定放電，主要維持弧光與導電性 | 常用於起弧與維持濺鍍穩定 |
| 氮氣 (N₂) | 深藍 | TiN、CrN、ZrN 氮化物膜 | 增加硬度與附著性 |
| 氧氣 (O₂) | 綠、青藍 | TiO₂、ZrO₂ 光學膜 | 提升抗氧化性與光澤 |
| 乙炔 (C₂H₂) | 藍紫、粉紅 | CrCN、TiCN、DLC | 提升碳含量與潤滑特性 |
| 混合氣 (Ar+N₂+O₂) | 白光、彩光 | 多層膜或彩膜應用 | 控制精密度高，適合飾品與工具 |
這些顏色的變化不是隨機，而是每一種氣體「在說它自己的語言」。經驗豐富的製程工程師甚至能從顏色判斷反應速率，提早預防偏鍍或色差[2]。
顏色變化背後的製程意義
當光色穩定、連續且均勻，意味著：
- 電離過程平衡；
- 靶材消耗均勻；
- 成膜速率穩定。
若顏色忽明忽暗或從藍轉白，往往意味反應氣體飽和、功率過高或靶面局部放電。
這時鍍層可能出現局部變厚或偏色。
在日勝的量測記錄中，藍紫色放電的製程穩定度最高，膜厚均勻度可維持在 ±3% 以內，附著力通過百格測試無剝落。
反之，光色過白的批次中，膜層表面易出現局部應力裂紋。
電漿顏色與鍍層顏色的差別
這是常被誤會的地方。
「電漿的光」代表氣體在放電時的能量狀態；
「鍍層的顏色」則是材料沉積後，因光學干涉所產生的色澤。
兩者並不一致。舉例來說：
- TiN 鍍膜時電漿呈深藍色，但成品是金色。
- CrCN 鍍膜時電漿偏藍紫，成品卻是黑灰色。
- TiO₂ 鍍膜時電漿帶綠，最終呈現彩膜光澤。
因此，電漿顏色能作為即時監測，但不能直接預測最終膜色。要確認膜層特性，仍需搭配 X-ray、光譜儀與 ΔE 色差檢測[3]。
如何藉由電漿光色維持品質穩定
日勝的鍍膜線採用雙重監測系統：
一是工程師肉眼觀測光色與放電狀態；
二是自動光譜儀（OES）分析波長分佈。
透過長期比對數據，建立顏色與製程參數的對應表。
| 光譜波長（nm） | 顏色對應 | 代表氣體 | 製程狀態 |
|---|---|---|---|
| 420–450 | 深藍 | N₂ | 氮化物膜成長中 |
| 460–500 | 淡藍 | Ar | 穩定濺鍍階段 |
| 520–560 | 綠 | O₂ | 氧化反應開始 |
| 580–600 | 橙白 | 混合氣 | 多層膜階段 |
這些資料會被回饋到 PLC 系統中，即時微調氣體流量與功率，確保每批鍍層的厚度與色澤穩定。
痛點 vs 解決方案
| 製程痛點 | 帶來的問題 | 電漿解決方案 |
|---|---|---|
| 氣體比例偏差 | 膜層色差、附著力不均 | 透過光色監控即時修正比例 |
| 真空壓力不穩 | 電弧跳動、沉積速率變化 | 光譜監測壓力異常波動 |
| 靶材老化 | 放電閃爍、能量下降 | 觀測光色變白提前換靶 |
| 色差大 | 不同批次產品顏色不一致 | 建立顏色參數紀錄表比對 |
| 環境變化 | 濕度或溫度導致放電異常 | 自動調節氣體與功率穩定放電 |
光的語言，品質的證明
電漿顏色的穩定，對整個鍍膜品質的影響遠超想像。在鐘錶飾品產業，穩定的光色意味色澤不偏、表面不花；在半導體產線，它代表成膜速率穩定，不會讓批次良率掉下來。
對日勝而言，這些光的變化不只是技術現象，而是工藝語言的一部分。我們相信「每一抹光都有溫度」，那是製程在對工程師說話。而穩定、準確的電漿控制，正是日勝多年經驗的累積與價值所在。
FAQ
Q1：電漿的顏色可以直接代表鍍層顏色嗎？
A1：不能。電漿顏色代表氣體能量狀態，鍍層顏色是沉積後材料的光學結果。兩者相關但不等同。
Q2：為什麼同樣的製程顏色會有細微差異？
A2：因為氣體比例、壓力、靶材耗損狀況都會影響放電能量。即使條件相同，不同批次仍會有 ±3% 的自然色差。
Q3：電漿顏色變白會怎樣？
A3：通常意味反應氣體過飽和或靶材已過度耗損，若持續操作，膜層會出現局部過厚或粗糙。
Q4：可以用攝影機紀錄電漿顏色來控製製程嗎？
A4：可以，但需要搭配光譜波長分析。單純影像監控無法精確反映氣體能量分佈。
Q5：日勝如何確保顏色穩定？
A5：日勝採用雙通道監測系統（人眼觀測＋光譜紀錄），搭配 AI 參數學習模型，能即時修正氣體流量與電壓，讓每次放電的光都「說同樣的話」。
引用資料
[1] Surface & Coatings Technology (2020). Plasma-enhanced PVD overview。
[2] Surface Engineering (2003). 電漿放電狀態與觀察。
[3] Reviews on Advanced Materials Science (2019). 電漿應用於塗層研究。