Verfahren zum Metallisieren von Gegenständen mittels Kathodenzerstäubung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, zum Metallisieren von Gegenständen mittels Ka.thodenzerstäubung, welches sich da.dureh auszeichnet, dass die gesamte Entladungs,- leistung, die an :
die zu zerstäubende Kathode gelegt wird, mindestens,5 Kilowatt bei einem Mindeststrom von 5 Amp. beträgt. Die Vor richtung ,gemäss der Erfindung zur Durch führung :des Verfahrens zeichnet sich ihrer seits dadurch aus, :
daB die Kathode, um die hohe Leistung aufzunehmen, kühlbar ausge bildet ist. Vorteilhaft bildet die Kathode die Gefässwand der Zerstäubungskammer, die von einem kühlbaren Mantel umgeben ist. durch den ein Kühlmittel wie Wasser, Öl oder Luft geleitet werden kann.
Die Zerstäubung er folgt dabei zum Beispiel bei einem Druck von 40 bis 0,01 mm, vorzugsweise 5 bis 0,1 mm IHg.
Bei :der Zerstäubung von kleinen Elek troden kann :die Zerstäubungsintensität in der Hauptsache nur durch Spannungssteige- rung gesteigert werden.
Dabei sind bisher Entladungsstromstärken über 2 bis :3 Amp, nicht :erzielt worden, :da infolge :des: grossen Kathodenfalles und des dadurch grossen Zwanges an der Kathode eine Lichtbogenbil- dung, also ein Überschlag in .den sogenann- t:
en Glimmbogen erfolgte. Versuche haben nun gezeigt, dass auch an grossflächigen Ka- thod-en dieselbe Menge pro: em4 abgestäubt wird, wenn die angelegte Intensität pro Flächeneinheit entsprechend hoch gewählt wird. Um grossflächige Kathoden verwenden zu können bei einer entsprechenden Ent ladungsintensität,
wie sie bei .drinnen Dräh ten angewendet wird, werden insgesamt grosse Stromstärken erforderlich. Bei entsprechen der Ausbildung,der Stromzuführung (Anode) lassen, sich Stromstärken bis zu 50 und l:00 Amp. auf einer grossflächigen Kathode unterbringen, wobei sogar die Entladungs intensität pro cm2 Oberfläche :der Kathode bis zu 20 Watt betragen kann.
Wenn durch Kühlung .der Kathode sich,die Verlustwärme nicht als schädliche Temperaturerhöhung an derselben äussern kann, kann die Entladungs- intensität pro cm' Oberfläche beliebig hoch gesteigert werden.
Die gesamte Stromstärke kann also Werte annehmen, die auch über 100 Amp. liegen können, ohne dass die Be triebssicherheit der Entladung beeinträchtigt würde. Die dabei abgestäubten Mengen sind proportional denjenigen Mengen, die dünne Drähte bei der Zerstäubung als günstigste Werte erreicht haben.
Die Stromzuführung der Anode, die bei Wechselstrombetrieb kurzzeitig Kathode sein kann, wird zweck mässig durch Einschaltung eines Vakuum spaltes zwischen der Gefässwand und ihr ge schützt.
Hinter diesem Vakuumspalt, der einen Abstand von 5 bis 0,1 mm haben kann, befindet sich das eigentliche elektrische Isola tionsmaterial. Der dem Isolationsmaterial vorgeschaltete Vakuumspalt verhindert die Metallisierung desselben und somit die ge- fürchtete Lichtbogenbildung bei hohen ge samten Entladungsströmen.
Bei der Ausbil dung der zu zerstäubenden Kathode als Ge fäss, ergaben sich bei hohen Stromdichten an der Kathode verhältnismässig kleine Span nungen. .So konnte man bereits mit einer an gelegten Spannung von 1000 Volt eine spez. Belastung von 3.0 Watt pro cm' auf der ge kühlten Kathode erreichen. Die gesamte Stromstärke an der Entladung betrug dabei 50 Amp. Die Oberfläche der zu zerstäuben den Kathode betrug 1700 em2.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel schematisch näher erläutert, und zwar zeigt,die Abbildung einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Metalli- sierung von Gegenständen mittels Kathoden zerstäubung.
Die Vorrichtung besteht aus einem Unter teil 1 und einem abnehmbaren Oberteil 2, die mittels der Dichtungen 3 und 4 vakuumdicht verbunden sind. und die einzeln oder gemein sam die Kathode bilden.
Die gesamte Ent ladungsleistung an der Kathodenzerstäu- bungskammer beträgt mindestens 5 Kilowatt und d ie Stromstärke mindestens 5 Amp. Die Belastung pro cm' der Kathodenoberfläche beträgt mindestens 1 Watt, vorzugsweise 3 bis 60 Watt pro cm'. Der zum Beispiel Haubenförmig ausgebildete Oberteil 2 ist mit einem Kühlmantel 5 versehen, dem durch die Leitung 6 ein Kühlmittel zugeführt und durch den Stutzen 7 abgeleitet erden kann.
In dem Oberteil ist ferner eine üffnung vor gesehen, die durch ein Schauglas 6 verschlos sen ist. An dem Stutzen 9, der in dem Unter teil isoliert angeordnet ist, ist eine nicht dar gestellte Vakuumpumpe angeschlossen, mit der vorzugsweise ein Druck von<B>10,0</B> bis 0,05 mm Hg. eingestellt werden kann. Der Unterteil 1 besitzt ferner einen ,gleichfalls gegen die Kathode isolierten Stutzen 10.
Die Teile 11 und 12 sind Isolierringe und die 'feile 1;3 und 14 sind Isolier- und Anpress- ringe. An dem Stutzen 10 kann ein Druck anzeigegerät angeschlossen werden und durch den Stutzen 10 kann ferner auch über ein nichtdargestellte, Ziegelventil ein Füllgas in geregelter Menge zugeführt werden.
Als Füll gas kann ;je nach dem zu zerstäubenden Gut ein inertes Gas wie Argon, Krypton, Yenon, Helium oder' ein reduzierendes- Gas wie Wasserstoff, Kohlenwasserstoff oder dergl. stationär oder strömend verwendet werden. Auch Stickstoff, Ammoniak oder ähnliche Gase können zur Anwendung kommen, wenn eine Einwirkung auf das zum Beispiel metal lische Glühgut vor, während oder nach der Kathodenzerstäubung beabsichtigt ist.
Es können überhaupt Gase oder Dämpfe zuge leitet werden, die chemische Einwirkungen auf dem Gut hervorrufen. In dem Unterteil 1 ist ferner die Anode 15 isoliert und abIr e- schirmt angeordnet, desgleichen die Durch führung<B>116,</B> die hohl ausgebildet ist und der durch -die Leitung 17 ein Kühlmittel zuge führt und durch den Stutzen 18 abgeleitet werden kann.
Zwischen der Anode 15 und dem Gefässunterteil 1 befindet sich ein enger labyrinthförmiger Spalt, der so eng ist, dass keine Glimmentladung in dem Spalt möglich ist. Auch zwischen der Anode 15 und der Durchführung<B>16</B> befindet sich ein ähnlicher enger labyrinthförmiger Spalt.
Die Durch führung 16 trägt mittels eines isolierenden Absohirmstiftes 19 zum Beispiel einen Quarz- teuer 20, auf dem das Gut 2-1 isoliert ge lagert ist. Die Teile 22 und 2,
3 sind Isolier- ringe und .24 ist ein Isolier- und Anpressring. der mittels einer nicht dargestellten Ver- sehraubung angepresst wird. Der Teil 25 istj ein Kühlkanal, dem ein Kühlmittel zuge führt werden kann.
Process for metallizing objects by means of cathode sputtering. The invention relates to a method for metallizing objects by means of cathode sputtering, which is characterized by the fact that the entire discharge power, which is:
the cathode to be sputtered is placed, at least 5 kilowatts with a minimum current of 5 amps. Before the device according to the invention to carry out: the method is characterized in turn by:
that the cathode, in order to absorb the high power, can be cooled. The cathode advantageously forms the vessel wall of the atomization chamber, which is surrounded by a jacket that can be cooled. through which a coolant such as water, oil or air can be passed.
The atomization he follows, for example, at a pressure of 40 to 0.01 mm, preferably 5 to 0.1 mm IHg.
With: the atomization of small electrodes: the atomization intensity can mainly only be increased by increasing the voltage.
Up to now, discharge currents above 2 to: 3 Amp, have not: been achieved,: because as a result of: the: the large cathode drop and the resulting great pressure on the cathode, an arc is formed, i.e. a flashover in the so-called
en glow arc took place. Experiments have now shown that the same amount per: em4 is dusted on large cathodes too, if the applied intensity per unit area is selected accordingly high. In order to be able to use large-area cathodes with a corresponding discharge intensity,
As is used for indoor wires, large currents are required overall. With the appropriate design, the power supply (anode) can accommodate currents of up to 50 and 1:00 amps on a large-area cathode, whereby the discharge intensity per cm2 of surface area of the cathode can even be up to 20 watts.
If, by cooling the cathode, the heat loss cannot express itself as a harmful increase in temperature at the same, the discharge intensity per cm 'of surface can be increased as desired.
The total amperage can therefore assume values that can be above 100 amps without the operational reliability of the discharge being impaired. The quantities sputtered are proportional to those quantities which thin wires have achieved as the most favorable values during the sputtering.
The power supply to the anode, which can be a cathode for a short time in AC operation, is expediently protected by switching on a vacuum gap between the vessel wall and it.
The actual electrical insulation material is located behind this vacuum gap, which can be between 5 and 0.1 mm apart. The vacuum gap upstream of the insulation material prevents the same metalization and thus the dreaded arcing with high total discharge currents.
When the cathode to be sputtered was designed as a vessel, relatively low voltages resulted at high current densities at the cathode. So you could already with an applied voltage of 1000 volts a spec. Achieve load of 3.0 watts per cm 'on the cooled cathode. The total amperage at the discharge was 50 amps. The surface of the cathode to be sputtered was 1700 em2.
In the drawing, the invention is schematically explained in more detail using an exemplary embodiment, namely, the figure shows a section through a device for metallizing objects by means of cathode sputtering.
The device consists of a lower part 1 and a removable upper part 2, which are connected by means of the seals 3 and 4 in a vacuum-tight manner. and which individually or collectively form the cathode.
The total discharge power at the cathode sputtering chamber is at least 5 kilowatts and the current strength is at least 5 amps. The load per cm 'of the cathode surface is at least 1 watt, preferably 3 to 60 watts per cm'. The hood-shaped upper part 2, for example, is provided with a cooling jacket 5, to which a coolant can be fed through the line 6 and can be discharged through the connector 7.
In the upper part, an opening is also seen, which is closed through a sight glass 6 sen. A vacuum pump, not shown, is connected to the connection piece 9, which is arranged in an insulated manner in the lower part, with which a pressure of 10.0 to 0.05 mm Hg can preferably be set. The lower part 1 also has a connector 10, which is also insulated from the cathode.
Parts 11 and 12 are insulating rings and files 1; 3 and 14 are insulating and compression rings. A pressure display device can be connected to the connection piece 10 and a controlled quantity of filling gas can also be supplied through the connection piece 10 via a brick valve, not shown.
Depending on the material to be atomized, an inert gas such as argon, krypton, yenon, helium or a reducing gas such as hydrogen, hydrocarbon or the like can be used as a filling gas, stationary or flowing. Nitrogen, ammonia or similar gases can also be used if an effect on the material to be annealed, for example, before, during or after cathode sputtering is intended.
Gases or vapors that cause chemical effects on the goods can be fed in at all. In the lower part 1, the anode 15 is furthermore insulated and arranged in a shielded manner, as is the passage 116, which is hollow and to which a coolant is supplied through the line 17 and through the connector 18 can be derived.
Between the anode 15 and the lower part of the vessel 1 there is a narrow, labyrinthine gap which is so narrow that no glow discharge is possible in the gap. A similar narrow, labyrinthine gap is also located between the anode 15 and the leadthrough <B> 16 </B>.
The implementation 16 carries by means of an insulating Absohirmstiftes 19, for example, a quartz expensive 20 on which the item 2-1 is stored isolated ge. Parts 22 and 2,
3 are insulating rings and .24 is an insulating and compression ring. which is pressed on by means of a screwing (not shown). The part 25 is a cooling channel to which a coolant can be supplied.