造成光学薄膜产品光谱特性不佳产生的原因
造成光谱特性不佳产生的原因
光学薄膜产品中，光谱特性不佳（分光不佳）是一个常见问题，光谱特性不佳是指分光反射（透射）曲线不满足零件产品技术要求，是功能性的不佳，生产制造中必须严格监控。
造成光谱特性不佳产生的原因有很多，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佳。
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），就可能造成分光不佳。
7. 用于测试分光的比较片表面特性变异，造成分光测试不佳（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、接触不佳、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**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、光谱分光不佳的补救（补色）
分光不佳分为二种情况：一是全部膜系镀制完成后，经测试分光不佳，此类不佳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）造成的分光不佳，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，*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*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，防止产生其它不佳。
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*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、炸裂不佳
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 前工程外观不佳残留，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。
