热点推荐
北方华创真空布局 PVD 行业，驱动国内光学产业升级
发布时间：
2025-11-27
作者：
来源：
真空聚焦
随着工业检测镜头、车载雷达组件、消费电子显示屏等领域对光学器件性能要求的不断提升，光学产业正经历着从“基础应用”向“高精尖定制”的战略转型。当前，这些领域对光学器件的透过率、耐候性、抗反射性要求持续升级，正深刻改变着光学产业的发展轨迹。
在这一进程中，物理气相沉积（PVD）技术凭借其卓越的膜层控制能力和稳定的工艺表现，成为推动光学产业升级的核心力量。光学镀膜技术作为实现这些核心性能的关键抓手，其成熟度与创新速度不仅直接决定精密光学产品的市场竞争力，更深刻影响下游智能装备、新能源、半导体等产业的发展节奏。
▲ 图片来源于网络
1 PVD 技术体系：精密光学镀膜的工艺基础
要将光学镀膜技术的潜力转化为实际产品竞争力，离不开高精度镀膜工艺与核心设备的协同支撑，PVD 技术通过不同的物理原理实现材料的气相沉积。
1.1 核心工艺技术
❶ 阴极电弧镀膜技术：利用弧光放电原理将靶材蒸发并沉积到产品表面。其特点是高离化率、大离子流密度、高效能和高膜基结合力。该技术广泛应用于沉积金属膜、合金膜以及合成氮化物、碳化物、氧化物等多种化合物膜。
❷ 磁控溅射镀膜技术：利用辉光放电原理，通过高能粒子（氩离子）轰击靶材并沉积到产品表面。其特点是膜层组织细腻，没有热聚集，可实现低温沉积。该技术广泛应用于沉积金属膜、绝缘材料膜。
▲ 磁控溅射工作原理图 图片来源于网络
❸ 电子束蒸发技术：通过阴极发射电子，经聚焦加速后形成高能电子束轰击靶材，使靶材快速熔化蒸发并沉积成膜。具备能量集中、蒸发速率可控、膜厚精度高的特点，尤其适合高熔点、高纯度材料的镀膜，广泛应用于光学镜片增透膜、滤光片等精密光学元件的制备。
▲ 普通电阻式蒸发与电子束蒸发对比 图片来源于网络
❹ 射频离子源技术：作为镀膜过程的关键辅助技术，通过射频放电产生高密度等离子体，为镀膜粒子提供能量与活性。核心优势是离子束流稳定、密度高，能有效提升膜层致密度、附着力及光学均匀性，常与磁控溅射、电子束镀膜等工艺配合，适配精密光学器件、半导体等高端镀膜需求。
▲ 射频放电离子镀原理图：1-熔化坩埚；2-热电偶；3-基片支持架（阴极）；4-真空室；5-基板；6-RF线圈；7-匹配箱；8-同轴电缆；9-射频电源；10-加速用直流电源；11-蒸发电源；12-真空系统；13-真空计；14-调节阀；15-反应气体人口 图片来源于《真空工程设计》
1.2 真空系统
1.2.1 真空系统的关键作用
光学薄膜的核心性能（厚度均匀性、致密度、成分纯度等）几乎都与真空系统的表现直接相关：
❶ 保障厚度均匀性：在高真空环境下，靶材粒子的平均自由程（即不与其他分子发生碰撞的距离）会显著增加，为薄膜均匀沉积提供基础。若真空度出现不稳定，粒子运动轨迹将变得杂乱无章，最终导致薄膜厚度偏差超过 ±5%；而精密光学镀膜对厚度精度要求极高，通常需要偏差控制在＜±1% 的范围内。
❷ 控制薄膜致密度：当真空度处于较低水平时，环境中残留的气体分子容易被包裹在正在形成的薄膜内部，进而形成气孔结构，直接导致薄膜致密度下降。这种问题在实际应用中会直观体现，例如光学镜片的增透膜表面会出现明显 “朦胧感”，影响光学性能。
❸ 维持成分稳定性：对于合金材质的镀膜需求，真空度的波动可能破坏镀膜过程中的平衡状态，造成不同成分的蒸发比例失调或蒸发速率失衡，使最终膜层成分偏离设计标准。以氧化硅镀膜为例，若膜层中氧含量偏差仅1%，就可能导致膜层致密度下降、孔隙率增加，进而引发耐磨损性和抗腐蚀性能显著衰减，无法满足电子元件或光学器件的防护与性能要求。
❹ 保证工艺重复性：真空系统的核心性能指标，包括抽气速率和极限真空度的稳定性，对批量生产至关重要。这两项指标直接决定了每一批次、每一片工件在镀膜过程中所面临的环境一致性，进而影响所有工件镀膜质量的统一度，是保障规模化生产品质的关键。
1.2.2 系统构成与性能要求
一套高性能的PVD真空系统由多个协同工作的模块构成，每个部分都承担着关键功能：
❶ 真空腔体：作为镀膜反应的“容器”，需具备极高的密封性（漏率通常要求＜1×10⁻⁹Pa・m³/s），同时材质需耐高温、抗腐蚀（常用304不锈钢），避免自身释放气体污染真空环境。
▲ 图片来源于网络
❷ 真空泵组：实现真空环境的“动力源”，采用多级泵组合（前级泵为机械泵+罗茨泵；高真空泵为扩散泵、分子泵及低温泵）。前级泵负责将腔体从常压抽到低真空（10⁻¹Pa 级别），高真空泵则进一步将真空度提升至高真空（10⁻⁴~10⁻⁸Pa），同时搭载水汽捕集器，将腔室内的残余水汽吸附在冷凝盘管，以获得稳定的高真空镀膜环境。
❸ 真空测量与控制装置：包括真空计（如电阻规、电离规）和阀门系统。真空计实时监测腔体压力，精度需达±1%以内；阀门则通过调节抽气速率，稳定控制真空度在工艺要求的范围内（如溅射镀通常需要10⁻³~10⁻¹Pa，蒸发镀则需10⁻⁴~10⁻⁶Pa）。
2 应用拓展：PVD 技术驱动光学产业升级
2.1 高端光学器件制造
基于对真空系统的精准把控，PVD 技术凭借纳米级膜层控制精度、高纯度、优异的光学性能与环境稳定性，已深度渗透光学领域的全产业链，尤其是高科技产品，如光学镜片、手机面板、车载中控屏、激光雷达、HUD 抬头显示器和 AR/VR 眼镜等。
下面本文以北方华创真空生产的镀膜设备为例，阐释在不同光学系统及元件制备中镀膜设备的重要性能。
▲ 图片由 AI 生成
2.1.1 移动终端光学系统
工艺核心：在手机摄像头镜片镀膜中，通过磁控溅射工艺制备的多层介质膜可将可见光反射率降至 0.5% 以下，显著提升成像清晰度。
北方华创真空 eArctic-MS 系列磁控溅射镀膜设备具备高速且稳定的沉积速率，既能提升量产效率，又能避免因速率波动影响膜层质量；极高的工艺稳定性，可确保批量生产中工件镀膜效果一致，降低不良率。
另外，设备工件架采用多片挂架式/行星结构设计，适配不同尺寸、类型的工件，满足客户多样化的生产需求；搭载先进人机界面与全自动镀膜控制系统，简化操作流程，减少人为干预，可提升生产可靠性。
▲ 北方华创真空 eArctic-MS 系列磁控溅射镀膜设备
2.1.2 智能驾驶光学组件
工艺核心：针对车载激光雷达的窗口镜片，采用电子束蒸发及磁控溅射技术沉积的增透膜在 940 nm 红外波段透光率突破95%，保障激光信号的高效传输。
北方华创真空 eArctic-EP 系列电子束镀膜设备搭载高精度直接/间接光学膜厚监控系统，实时把控膜层厚度，保障镀膜精度。且配置高离子流密度射频离子源，提升膜层致密度与附着力，优化光学性能。
此系列镀膜设备性价比高，技术升级空间充足，适配未来工艺需求；先进的人机界面，搭配全自动镀膜控制系统，简化操作流程，保障批量生产稳定性。
▲ 北方华创真空 eArctic-EP 系列电子束镀膜设备
2.1.3 虚拟现实光学元件
工艺核心：AR/VR 设备的波导镜片可通过 PVD 技术实现的纳米级光栅结构，精准控制光线耦合效率，提升虚拟画面的真实感。
北方华创真空 eArctic-ALD 系列原子层沉积镀膜机薄膜厚度均匀性极佳，可实现高度一致的膜层覆盖，避免局部厚度偏差影响光学性能；针对微观或纳米级别的表面，可精准贴合结构轮廓镀膜，保障复杂工件的膜层完整性。设备提供多种设备结构形式，可根据不同产品类型的尺寸与形态需求，灵活匹配生产场景。
▲ 北方华创真空 eArctic-ALD 系列电子束镀膜设备
以上设备通过精准的真空控制与镀膜工艺协同，在光学元件表面沉积薄膜，可以改变光线的传播、光学特性和物理性能，为手机面板、车载中控屏等产品提供可靠的镀膜解决方案。
2.2 产业格局与发展趋势
2.2.1 市场需求持续增长
从国内市场格局来看，PVD 设备行业正迎来快速发展与国产化加速的双重机遇：2024年国内半导体设备市场规模已增至466亿美元（数据来源：SEMI），其中 PVD 设备需求随薄膜沉积技术应用扩大持续攀升，且进口替代趋势显著——2025年 Q3 PVD 设备进口数量同比减少21.56%（数据来源：海关总署）。
▲ 半导体 PVD 设备及结构 图片来源于网络
2.2.2 技术发展多维推进
从今年9月第26届中国国际光电博览会呈现的趋势来看，真空设备行业正朝着国产化、智能化方向加速发展，且产业链协同创新成为新方向。而光电产业对高质量真空镀膜技术的旺盛需求，将持续推动真空设备行业持续突破技术瓶颈。
▲ 北方华创参展2025 CIOE
3 产业引领：北方华创真空的技术实践
3.1 全场景解决方案能力
在 PVD 技术发展进程中，国内企业逐步打破海外头部企业的垄断，布局 PVD 既是企业机遇，更是承接国产替代的产业责任。
北方华创集团旗下子公司北京北方华创真空技术有限公司（简称：北方华创真空）作为国内高端装备制造主力军、真空 PVD 技术趋势的重要推动者，依托多年真空镀膜技术积淀，打造了覆盖多场景的设备矩阵，为各领域光学应用提供“场景需求-工艺方案-设备支撑”的全链条服务，已成为本土 PVD 设备销量领先的代表企业。
▲ 图片来源于北方华创官网
3.2 技术创新与产业推动
北方华创真空通过构建自主可控的 PVD 产业链，在技术上攻坚膜厚控制与真空系统稳定性，在应用上从消费电子、车载延伸至航空航天、医疗等高端领域，并以多元化设备矩阵为客户提供全场景解决方案；同时依托技术底蕴推动 PVD 光学向更高效、更精密、更绿色的方向发展，促进产业链协同创新和优质资源集中，助力行业迈向高质量发展。
未来，随着光学产业对性能要求的持续升级，北方华创真空将继续以技术为根基，以创新为动力，助力更多企业打造具有全球竞争力的光学产品，共同推动中国 PVD 光学产业迈向新高度。