鍍鉻：在玻璃上鍍一層百奈米級的金屬膜

玻璃碼盤上的黑色刻線，是一層約 0.1 μm 厚的鉻膜。它是怎樣在真空裡鍍上去的？膜厚和遮光能力是什麼關係？膜為什麼會掉、會有針孔？本文用一張動圖把鍍鉻講清楚。

玻璃碼盤上那一圈黑線，其實是一層鉻膜，厚度一般只有 0.1 μm 左右，大約是頭髮絲直徑的幾百分之一。這麼薄的一層金屬，卻要把光擋得嚴嚴實實，還要牢牢“長”在玻璃上，經得起後面的顯影、蝕刻和清洗。它是怎麼鍍上去的？

為什麼一定要在真空裡鍍

在普通空氣裡，一個鉻原子飛不了多遠就會撞上空氣分子，方向被打亂，還可能先和氧氣反應。把腔體抽成真空後，氣體分子少了，鉻原子可以幾乎沿直線飛到玻璃上，膜層純淨、緻密。真空同時也減少了水汽和雜質混進膜裡的機會。

兩種鍍法：濺射和蒸鍍

濺射：腔體裡通入少量氬氣，加上電壓後形成等離子體。帶正電的氬離子被吸向接負電的鉻靶，把鉻原子一個個“撞”出來，這些原子再落到玻璃上（見圖1）。靶背後的磁鐵把電子約束在靶面附近，能提高電離效率和鍍膜速度，這叫磁控濺射。濺射出來的原子能量較高，膜一般比較緻密、附著好，大面積均勻性也容易做。

蒸鍍：把鉻加熱到大量蒸發，原子從源頭直線飛到基板上。裝置相對簡單，但原子能量低，膜的緻密度和附著力更依賴基板溫度和表面狀態。

膜厚和光學密度：遮光能力怎麼算

衡量遮光能力用光學密度：OD = −lg T，T 是穿透率。

光在金屬裡按指數規律衰減：膜每增厚相同的一段，穿透率就再乘上同一個小於 1 的係數。所以膜連續以後，OD 大致隨膜厚線性增加，圖1 右側的讀數就是這個關係。

遮光不夠會直接降低訊號對比度。只看碼盤本身，透光縫穿透率記為 1，調製度 M = (1 − T) ÷ (1 + T)：OD 1 時約 0.82，OD 2 時約 0.98，OD 3 時約 0.998。膜也不是越厚越好，膜越厚，蝕刻時間越長，側向腐蝕越多，線寬越難控制。所以膜厚要定在“夠用且穩定”的範圍裡，並且整片均勻。有的碼盤還會在鉻膜表面加一層氧化鉻，用來降低反光、減少雜散光。

附著力：膜要“長”在玻璃上

鉻和玻璃的結合本來就比較好，所以它也常被用作其他金屬膜的打底層。但前提是表面乾淨：玻璃上殘留一層看不見的油膜，鉻就只是“蓋”在油膜上，後面顯影、蝕刻時會起皮、脫落。常見的做法是鍍前徹底清洗，進腔後再用離子轟擊做最後一道清潔，必要時加熱基板。附著力可以用膠帶剝離來檢查：貼上膠帶再撕下，看膜有沒有被帶走。

針孔從哪裡來

針孔是鍍膜最常見的缺陷，來源主要有三類：

• 基板上的顆粒：顆粒擋住鉻原子，腳下沒鍍上；顆粒後來脫落，就留下一個小孔（見圖2）。
• 腔體裡掉落的碎屑：腔壁和擋板上積的舊膜剝落，落到基板上。
• 區域性汙染：油點、水漬處膜附著差，後道溼法工序中被掀掉。

控制的辦法也對應三條：清洗和裝片在潔淨環境裡做，定期清理腔體，鍍後在背光下檢查。針孔在背光下是一個亮點，落在刻線上就是漏光點。

小結

鍍鉻是在真空裡讓鉻原子一層層落到玻璃上。OD 大致隨膜厚線性增加，穿透率則按十倍一級下降。膜要厚度合適、均勻、附著牢、沒有針孔，而這些都離不開乾淨的表面和乾淨的腔體。

延伸閱讀：ENC7 編碼器碼盤生產廠家（中文首頁） · 碼盤技術文庫

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