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Die Erfindung betrifft eine Verdampfungseinrichtung für den Einsatz in der
PVD-Beschichtungstechnik, bestehend aus einem widerstandsbeheizten Verdampferschiffchen mit seitlichen Einspannenden und einem zentralen wannenförmigen Abschnitt.
Die PVD-Technik (Physical Vapour Deposition) ist ein übliches Verfahren für das Beschichten unterschiedlicher Substrate aus Metall, Glas und Kunststoff mit den unterschiedlichsten Metallen wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
Eine vielfach angewandte Variante der PVD-Abscheidung liegt darin, dass eine Verdampfungseinrichtung, in Form eines verdrillten und/oder gewendelten Drahtes oder in Form eines wannenförmigen Verdampferschiffchens, aus einem hochwarmfesten Material mit seitlichen Einspannenden in geeignete Klemmeinrichtungen einer elektrischen Stromquelle eingespannt und dann durch direkten Stromdurchgang erhitzt wird. Das Metall mit dem das gewünschte Substrat beschichtet werden soll wird der, durch den direkten Stromdurchgang erhitzten Verdampfungseinrichtung kontinuierlich zugeführt und durch diese erschmolzen und schliesslich verdampft.
Als Materialien für derartige Verdampfungseinrichtungen werden hochwarmfeste Werkstoffe wie beispielsweise die Metalle, Wolfram, Molybdän oder Tantal oder auch keramische Materialien auf Bornitridbasis sowie Graphit verwendet.
Wichtig bei derartigen Verdampfungseinrichtungen ist es, dass sie in der Lage sind, eine möglichst grosse Menge des zu verdampfenden Materials aufzunehmen, ohne dass es zu grösseren Abtropfverlusten, unkontrollierten Spritzen sowie Abfliessverlusten des erschmolzenen Materials in unerwünschte Bereiche der Verdampfungseinrichtung kommt.
Um bei drahtförmigen Verdampfungseinrichtungen eine mengenmässig möglichst grosse Aufnahme des zu verdampfenden Materials zu erreichen, werden die verdrillten und/oder gewendelten Drähte vielfach speziell gewickelt, so dass es zu einer Art gitterförmigem Metallkorb kommt, der in der Lage ist das erschmolzene
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Beschichtungsmetall besser zu halten. Eine derartige Verdampfungseinrichtung ist beispielsweise in der DE PS 28 27 647 beschrieben.
Nachteilig bei einer derartigen Verdampfungseinrichtung ist es, dass es immer noch zu einem Abtropfen des zu verdampfenden Metalles kommen kann. Darüberhinaus kann es durch angesammeltes zu verdampfendes Metall im Boden des Metallkorbes zu einem Kurzschluss der Verdampfungseinrichtung kommen, so dass sie nur mehr unzureichend erwärmt und damit die zufriedenstellende Verdampfung des Metalles behindert wird.
Bei bekannten Verdampfungseinrichtungen in Form eines Verdampferschiffchens, bei denen die Schmelze des zu verdampfenden Metalles in einem wannenförmig abgesenkten Abschnitt aufgenommen wird, wie sie beispielsweise in der DE 195 16 233 beschrieben sind, besteht die Gefahr, dass es zu einem unkontrollierten Spritzen des verflüssigten Metalles kommt und darüberhinaus Abfliessverluste des Metalles auf die Unterseite des Verdampferschiffchens oder über die Einspannenden in die Klemmbacken der Stromquelle auftreten können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aufgezeigten Nachteile zu verhindern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in den wannenförmigen Abschnitt des Verdampferschiffchens ein oder mehrere Drahtabschnitte lose eingelegt sind.
Durch eine derartige Ausgestaltung einer Verdampfungseinrichtung wird erreicht, dass die Oberflächenspannung der entstehenden Schmelzperle des zu verdampfenden Metalles rasch gebrochen wird, was insbesondere bei schlechter Benetzung zwischen dem zu verdampfenden Metall und dem Material des Grundkörpers von Bedeutung ist. Dadurch wird einerseits ein gleichmässiges Verrinnen der Schmelze in der Wanne des Verdampferschiffchens bewirkt und andererseits eine gleichmässige Benetzung der Wannenoberfläche erreicht, wobei die spezifische Verdampfungsoberfläche durch die Oberflächen der eingelegten Drähte nochmals vergrössert wird.
Darüberhinaus bewirken die eingelegten Drähte eine Beruhigung der Schmetzbewegung während des Verdampfungsvorganges, wodurch die Gefahr einer unkontrollierten Spritzerbildung verringert wird und das Ausrinnen der Schmelze aus
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der Wanne und damit Verluste von Beschichtungsmaterial durch Abrinnen in die
Einspannklemmen sowie ein unerwünschtes Verdampfen von der Wannenunterseite, verhindert wird.
Am effektivsten ist es, wenn die eingelegten Drahtabschnitte den Boden des Verdampferschiffchens vollständig bedecken, aber auch eine teilweise Bedeckung kann für spezielle Einsatzfälle denkbar sein.
Das Aufheizen der Drähte erfolgt durch den Wärmeübergang vom widerstandsbeheizten, wannenförmigen Verdampferschiffchen in die Drähte.
Die Drähte werden auf die Art und die Menge des abzudampfenden Metalles abgestimmt. Sie können entweder gerade oder spiralförmig gewendelt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drahtabschnitte jeweils aus mehreren feinen Einzeldrähten miteinander verdrillt sind, wobei diese verdrillten Drähte dann wiederum auch noch spiralförmig gewendelt sind. Bei dieser Ausgestaltung wird eine besonders gute Benetzung durch die Schmelze und eine nochmals vergrösserte Aufnahmekapazität für das abzudampfende Metall erreicht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemässen Verdampfungseinrichtung liegt darin, dass an den Übergangsbereichen der Einspannenden zum wannenförmigen Abschnitt des Verdampferschiffchens, zu den Einspannenden hin abgewinkelte Blenden angeordnet sind. Diese minimieren die Gefahr des Abfliessens der Metallschmelze in die Einspannvorrichtungen nochmals.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Verdampfungseinrichtung weist der wannenförmige Abschnitt eine die Wanne vollständig umschliessende Blende auf.
Eine derartige "Deckelblende" kann beispielsweise dieselbe Geometrie wie das Verdampferschiffchen aufweisen, wobei lediglich der Wannenboden entfernt ist und das derart als Blende umfunktionierte Verdampferschiffchen verkehrt auf das eigentliche Verdampferschiffchen aufgesetzt wird.
Durch eine derartige Blende wird ebenfalls die Gefahr des Abfliessen der Metallschmelze verringert, wobei darüberhinaus durch die Variation der Grösse der Deckelöffnung die Ausbreitung des Metaiidampfes gezielt beeinflusst werden kann.
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Eine besonders einfache Konstruktion ist es, wenn die Blenden lose auf das Verdampferschiffchen aufgesetzt sind und seitliche Einspannenden aufweisen, die parallel zu den Einspannenden des Verdampferschiffchens verlaufen und damit gleichzeitig mit den Einspannenden des Verdampferschiffchens in den
Klemmvorrichtungen festgeklemmt werden.
Um insbesondere beim Vorhandensein starrer, unbeweglich gelagerter Klemmeinrichtungen für die seitlichen Einspannenden eine unzulässig grosse Spaltbildung zwischen Blenden und Verdampferschiffchen zu verhindern, kann es sinnvoll sein, die Blenden mit dem Schiffchen durch geeignete Massnahmen wie z. B.
Schweissen zu fixieren.
Insbesondere, wenn Kupfer als zu verdampfendes Metall verwendet wird ist es von Vorteil, wenn das Verdampferschiffchen die Drahtabschnitte und ggf. auch die Blenden aus Wolfram gefertigt sind.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen : Figur 1 die Draufsicht einer erfindungsgemässen Verdampfungseinrichtung mit seitlichen Blenden als Prinzipskizze Figur 2 die Seitenansicht der erfindungsgemässen Verdampfungseinrichtung nach Figur 1 im Schnitt A-A Figur 3 die Draufsicht einer Blendenvariante für die erfindungsgemässe
Verdampfungseinrichtung nach Figur 1 Die erfindungsgemässe Verdampfungseinrichtung nach den Figuren 1 und 2 besteht aus einem Verdampferschiffchen -1- mit einem zentralen wannenförmigen Abschnitt-3- und seitlichen Einspannenden-2-.
In den wannenförmigen Abschnitt -3- sind mehrere verdrillte und spiralförmig gewendelte Drahtabschnitte 4- lose eingelegt, die den Boden vollständig bedecken.
An den Übergangsbereichen der beiden seitlichen Einspannenden -2- zum wannenförmigen Abschnitt-3- sind zu den Einspannenden -2- hin abgewinkelte Blenden -5- vorgesehen. Die Blenden -5- weisen seitliche Einspannenden -7- auf,
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die parallel zu den Einspannenden -2- verlaufen und gleichzeitig mit diesen in die Klemmbacken einer elektrischen Stromquelle eingespannt werden.
In einer Variante gemäss Figur 3 ist die Blende -6- so ausgeführt, dass sie praktisch dieselbe Geometrie wie das Verdampferschiffchen -1- aufweist nur mit dem Unterschied, dass der Boden des wannenförmigen Abschnittes entfernt ist. Die Blende -6- wird dann in umgekehrter Anordnung auf das Verdampferschiffchen-1aufgesetzt und die seitlichen Einspannenden -8- gleichzeitig mit den Einspannenden - 2- in die Klemmbacken der elektrischen Stromquelle eingespannt.
Das Verdampferschiffchen -1- und die Blenden -5- bzw. -6- sind vorzugsweise aus dem Blech eines geeigneten hochschmeizenden Metalles wie z. B. Wolfram gefertigt.
Die Blechstärke wird dabei je nach Anforderung und verwendetem Metall zwischen etwa 0, 1 und 0, 8 mm variieren. Die Geometrie des wannenförmigen Abschnittes -3ist so ausgelegt, dass ein bestimmtes Maximalvolumen an Metallschmelze aufgenommen, gehalten und verdampft werden kann.
Als Richtwert ist für die Aufnahme und Verdampfung einer Kupfermenge von etwa 5 Gramm ein Wannenvolumen von etwa 3 cm3 notwendig. Die Neigung der Wannenseitenflächen und die Wannentiefe sind so ausgelegt, dass einerseits ein Ausfliessen der Schmelze weitestgehend verhindert und andererseits dennoch ein mög) ichst grosser Abdampfwinkei erreicht werden kann.