PVD在車載光學(xué)器件中的關(guān)鍵應(yīng)用

       車載光學(xué)器件的PVD工藝(物理氣相沉積)是制造高性能、高可靠性光學(xué)薄膜的關(guān)鍵技術(shù)。在汽車應(yīng)用中,光學(xué)器件面臨著嚴(yán)苛的環(huán)境要求(溫度、濕度、振動(dòng)、化學(xué)腐蝕等),因此對(duì)鍍膜的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高。PVD工藝因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),成為車載光學(xué)器件鍍膜的首選方法之一。

一、 PVD工藝基本原理
PVD是一種在真空環(huán)境下,利用物理方法(如蒸發(fā)、濺射、離子鍍等)將固態(tài)材料(靶材)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子、分子或等離子體,然后沉積在基片(如光學(xué)玻璃、塑料鏡片)表面,形成具有特定功能的固態(tài)薄膜的技術(shù)。
1.  濺射鍍膜:
原理:利用高能粒子(通常是氬離子)轟擊固體靶材表面,使靶材原子或分子被濺射出來(lái),飛向基片并在其表面沉積成膜。
特點(diǎn):

  • 膜層致密、附著力強(qiáng):濺射粒子能量高,有利于形成結(jié)合力好、致密的膜層,這對(duì)車載器件的抗振動(dòng)和耐久性至關(guān)重要。
  • 膜層成分可控性好:易于實(shí)現(xiàn)合金、化合物薄膜的沉積,成分接近靶材。
  • 均勻性好: 適合大面積、復(fù)雜形狀基片的均勻鍍膜(如曲面反光鏡)。
  • 可沉積材料廣泛:金屬、合金、半導(dǎo)體、氧化物、氮化物、碳化物等。
  • 類型:直流磁控濺射、射頻磁控濺射、反應(yīng)磁控濺射(用于沉積氧化物、氮化物等化合物膜)是車載光學(xué)最常用的。
2.  蒸發(fā)鍍膜:
原理:在真空下加熱蒸發(fā)源(電阻加熱、電子束轟擊、激光等),使鍍膜材料熔化、蒸發(fā)或升華,形成蒸氣流,沉積到基片表面。
特點(diǎn):
  • 沉積速率高:尤其適用于純金屬膜(如鋁反射層)。
  • 膜層純度高:真空環(huán)境好,污染少。
  • 光學(xué)特性好:易于獲得高反射率或特定透射率的單層膜。
  • 局限性:膜層附著力相對(duì)濺射較弱(但可通過(guò)離子輔助沉積增強(qiáng))。
  • 在車載應(yīng)用:常用于需要極高反射率的單層膜(如某些HUD反射鏡的鋁層),或結(jié)合離子源輔助沉積以提高膜層質(zhì)量和附著力。
二、 PVD在車載光學(xué)器件中的關(guān)鍵應(yīng)用
1.  抬頭顯示系統(tǒng):
  • 冷光鏡:在組合器或擋風(fēng)玻璃上鍍制特殊的介電膜反射鏡。這種膜系需要高反射率讓駕駛員能同時(shí)看清道路和投影信息。PVD(主要是濺射)是實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜、精確、高要求的多層光學(xué)干涉膜系的核心技術(shù)。
  • 反射鏡:HUD內(nèi)部的反射鏡需要超高反射率以減少光損失。常用PVD鍍制金屬膜(如鋁、銀)+保護(hù)層,或高反射介質(zhì)膜。
2.  車載攝像頭鏡頭:
  • 減反射膜:每個(gè)鏡頭表面都需要鍍制寬帶減反射膜,以最大限度地減少光線在多個(gè)空氣-玻璃界面上的反射損失,提高成像清晰度、對(duì)比度,并抑制鬼影和眩光。PVD濺射是實(shí)現(xiàn)高性能、耐久性好的多層減反膜的主要方法。
  • 紅外截止濾光片:許多攝像頭需要IR-Cut濾光片,這通常通過(guò)PVD沉積特定的介質(zhì)膜系(如TiO2/SiO2, Ta2O5/SiO2)來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)截止陡度、透過(guò)率、環(huán)境穩(wěn)定性要求極高。
  • 窄帶濾光片:用于特定感光(如夜視)或傳感的攝像頭。
3. 激光雷達(dá)光學(xué)窗口與透鏡:
  • 增透膜:對(duì)于激光雷達(dá)發(fā)射和接收窗口、透鏡,需要在激光波長(zhǎng)具有極低的反射損耗(高增透),以提高激光功率利用率和接收靈敏度。PVD是制備此類精確波長(zhǎng)增透膜的關(guān)鍵。
  • 特定功能膜:如防水膜、防塵膜、抗電磁干擾膜(可能需要透明導(dǎo)電膜ITO,也常用濺射PVD制備),這些膜層也可能通過(guò)PVD或與其他技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。
4.  車燈反光碗/配光鏡:
  • 金屬反射層:傳統(tǒng)鹵素?zé)舴垂馔氤S谜婵照舭l(fā)鍍鋁來(lái)實(shí)現(xiàn)高反射率。LED車燈的反光結(jié)構(gòu)也可能用到。
  • 裝飾性/功能性涂層:某些外部車燈罩可能鍍制裝飾性顏色膜或具有特殊光學(xué)功能的膜層。

       PVD工藝,尤其是磁控濺射技術(shù),是現(xiàn)代車載光學(xué)器件制造不可或缺的核心工藝。它為實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性的光學(xué)薄膜(如HUD冷光鏡、攝像頭減反膜與濾光片、激光雷達(dá)增透膜)提供了技術(shù)保障,直接關(guān)系到車載光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量、信號(hào)精度和使用壽命。隨著汽車智能化、電動(dòng)化的發(fā)展,對(duì)光學(xué)器件的需求激增且要求日益嚴(yán)苛,PVD工藝也在持續(xù)優(yōu)化和發(fā)展,以滿足車規(guī)級(jí)的極端環(huán)境要求和更復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)需求。