CN101067195A - 在等离子体支持下沉积的薄晶种层上进行金属化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造金属化网(3)的方法和设备，具体为箔式电容器的金属化塑料网，所述方法中，金属层(17)以蒸气相或气相进行沉积，其中，在沉积所述金属层以前，进行经等离子体支持的金属晶种层的蒸气相或气相沉积过程，所述金属晶种层的厚度在至多几个原子层的范围内。而且，本发明还涉及了由上述方法制造的塑料箔，其中，金属层和塑料箔之间的晶种层的厚度为至多几个原子层。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造金属化网的方法和设备，具体为箔式电容器的金属化塑料网，在所述方法中，金属层以蒸气相或气相进行沉积，并且本发明还涉及了一个金属化的塑料箔。
背景技术
金属化的塑料箔可用在各种技术应用领域中，例如，作为电容用箔。上述电容用箔由例如聚酯或聚丙烯的非导电塑料箔构成，在上述非导电塑料箔上，沉积锌金属层，从而形成电极。上述工艺通常例如在网沉积机上进行，其中，塑料材料(在所述塑料材料上进行沉积)从一个辊上松开，穿过沉积台，并再卷到第二个辊上。
沉淀台通常由热蒸发单元构成，其中，将待沉积到塑料箔上的材料通过加热装置进行蒸发，结果当塑料箔移动穿过金属蒸气云时，金属沉积下来。
典型地，锌用作电极材料。
为了得到均匀并且充分粘附的金属层或锌层，在沉积目标金属层以前，将优选由铝制成的晶种层或成核层以已知方式沉积在塑料箔上。晶种层或成核层也可以通过热蒸发进行沉积。通常，全部层中或层厚度中的晶种层或成核层的百分率为5到10％。
然而，对于箔式电容器中的锌层的自愈性，上述方法是不利的，这是因为这种厚晶种层或成核层对这种自愈性会造成负面影响。自愈性是由于锌层的蒸发能较低造成的，在使用由具有较高凝聚能的金属(例如，铝)制成的晶种层或成核层的情况下，上述较低蒸发能导致蒸发变差或当出现空隙时金属熔化(这意味着短路)。因此，对于自愈性自身而言，不提供晶种层或成核层则是有利的。
在沉积金属以前，例如将塑料箔采用等离子体进行预处理，其可以实现，这是因为其也可以确保金属层的粘附性。
DE 199 43 379 A1中提出了另一种在没有晶种层的情况下实现粘附的方法，其在蒸发金属的过程中点燃稠密等离子体。从而，可以实现较好的粘附性，并且改善了自愈性，减小了表面电阻。
KR 01 415 09描述了一种制造薄膜电容器用的锌金属层的方法，在该方法中，将传统的铝晶种层或成核层通过溅射工艺沉积在塑料箔上，从而进一步改善抗氧化性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制造金属化的塑料箔的方法和由所述方法制造的金属化的塑料箔，该方法以有效、快速的制造过程制造了具有良好自愈性和表面电阻的充分粘结的金属层，其中，所提供的上述金属层是平坦且均匀的。
通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求16特征的塑料箔可以实现上述目的。从属权利要求是优选的实施方式。
尽管采用上述已知工艺已经实现了良好的结果，但是本发明人发现，在沉积目标金属膜以前，当将等离子体预处理和沉积薄(具体为非常薄)晶种层或成核层进行组合时，可以将部分竞争的优点和性质进一步最优化成相互平衡的优点和性质。
特别重要的是，沉积的是并非具有通常厚度尺寸的晶种层，而沉积的是几个原子层的厚度仅在nm范围内的超薄晶种层。
因此，晶种层占全部各层的百分比为小于5％，具体为小于3％，优选小于等于1％。
优选地，晶种层通过阴极蒸发(溅射)进行沉积，因为该工艺非常适于将超薄层的等离子体处理和沉积过程进行组合。
为了沉积这些超薄层，有利的是，以较低的沉积速率来沉积晶种层，因为其后与网(在所述网上进行沉积)运输速率相结合，，所以可以以适当方式沉积超薄晶种层(下至非连续层)，该非连续层仅仅有多个岛状部分组成。
相应地，有利地将溅射工艺中阴极电压选择在数个100V的范围内，具体低于1000V，优选低于500V，最优选在约400V的范围内。
相应地，也可以将等离子体的功率选择在＜15kW或≤10kW的范围内。
在晶种层的沉积过程中，压力优选小于10-1hPa，具体小于5×10-2hPa，优选在10-2hPa的范围内。由此也可以实现低沉积速率或溅射速率。
尽管在晶种层的沉积过程中，气氛优选由惰性气体(具体由氩气氛)构成，但是将一定百分比的氧气加入气氛中是有利的，结果可能通过等离子体处理产生表面清洁效应，这由于等离子体中存在的氧离子与衬底表面上的杂质发生反应造成的。然后，可以通过产生不同压力条件的真空泵，将各种反应产物从反应室中除去。
根据本发明的方法，使用具有低溅射速率的材料，即钢或不锈钢。以这种方式，确保了溅射靶具有长使用寿命，并且以较低材料用量使金属层(具体为锌层)在塑料表面上粘结和均匀形成。
在根据本发明的方法中，待涂敷的网材料在蒸气相或气相沉积晶种层的过程中以高达20米/秒(优选多达25米/秒)的速率穿过等离子体源或溅射靶，这是因为仅沉积超薄晶种层。这样提高了工艺效率。
随后进行的目标金属层(具体为锌层)的沉积可以通过已知的适当工艺来进行，具体由锌熔融物进行锌的热蒸发来进行。
采用根据本发明的方法制造的金属化的塑料箔(该金属化的塑料箔也根据另一方面要求独立的专利保护)的特征在于，所提供的在塑料箔和金属层之间的晶种层具有在几个原子层范围内的超薄厚度，该晶种层由钢或不锈钢制成。
塑料箔可以具体由聚酯或聚丙烯制成。
附图说明
在随后基于附图对实施方式进行的详细描述中，本发明的其它优点、性质和特征很明显。
图1以纯示意性的方式表示了用于金属化塑料箔(具体为制造电容用箔)的沉积机的示意性说明。
具体实施方式
图1表示纯示意性说明，其中，为了强调基本原理仅选择了排列的组件，但这些排列的组件在实际条件下可以明显偏离。
沉积机具有两个辊1和2。塑料材料(在所述塑料材料上进行沉积)被设定为箔3，并且该塑料箔根据邻近辊1所示的箭头从第一辊1上松开，并向辊2运动，在辊2中，箔3再次相应地卷起。
在两个辊1和2之间，设置两个沉积台或处理台，上述两个沉积台或处理台优选通过室壁4彼此隔离，其中，在室壁4设置上槽5或门组件，箔网3可以穿过上述槽或门组件。
第一沉积台或处理台具有阴极7、阳极8和DC电源或电压源6，电源的负极连接到阴极上，正极连接到阳极8上。在如下条件下点燃等离子体9：连接在阳极8和阴极7之间的DC电压在数个100V的范围内，(具体为400V)，校正的氩气氛的设定压力为10-2hPa，以及采用电磁场支撑。
本领域技术人员将理解到，相应壳体或真空室(未示出)被设置在如图所示的组件周围。
由此具有辊1、阳极8和阴极7的卷绕组件被放置第一真空室中，其中，在具有由阴极7和阳极8组成的电极组件的第一沉积台的区域内，压力被设定为在10-2hPa的范围内。作为处理气体，将氩气引入第一真空室中，结果当点燃等离子体9时，产生了正电荷氩离子11，该正电荷氩离子向阴极7的方向加速运动。
阴极7具有溅射材料或由溅射材料制成，该溅射材料具体为不锈钢。溅射材料(溅射靶)被冲击氩离子进行溅射，结果，溅射材料10可以到达箔3上，从而沉积到其上。
负电荷电子12同时向阳极8的方向移动，结果它们部分沉积在箔3上。从而，由非导电塑料网制成的箔3在某种程度上带电，结果来自等离子体9的离子也冲击在箔表面3上，通过这种离子轰击有助于塑料箔表面的清洁和活化。将一定百分率的氧气加入气氛中，甚至可以增强清洁效应。
以上述方式，也被称为成核层的晶种层16在第一沉积台内沉积在箔3上，该晶种层由溅射靶或阴极7的材料制成，优选是不锈钢。
然而，因为不锈钢是一种具有极低溅射速率的材料并且塑料箔网3穿过卷绕组件1、2、穿过等离子体9或穿过溅射靶的速度较高，所以仅沉积了在几个原子层到至多几nm范围内的超薄晶种层16。这甚至通过如下因素来加强：选择电源6的电压相对低，为几个100V。
然而，尽管晶种层非常薄，但它的沉积对以下在第二沉积台或反应室中可以沉积具有良好粘附性的金属化过程具有影响，上述超薄晶种层在等离子体的同时冲击下难以在经涂敷的箔上被探测到。具体地，进行等离子体冲击的同时进行阴极溅射(其中，以简单的方式，在衬底(在所述衬底上进行沉积)上进行材料沉积)，可以明显减少单独进行等离子体预处理和随后进行晶种层或成核层沉积、以及晶种层或成核层本身的沉积所花费的力气。
在穿过将超薄晶种层或成核层16溅射在待涂敷的塑料箔网3上的第一沉积台后，塑料箔网穿过第二沉积台，在该第二沉积台中，优选由锌制成的待沉积的材料层通过热蒸发进行沉积。为了上述热蒸发沉积，设置了一个蒸发坩锅13，该蒸发坩锅，例如通过加热电阻器以适当的方式被加热，以蒸发锌材料。从而产生锌云15，使塑料箔网3穿过该锌云，这使得在塑料箔3的晶种层或成核层16上方形成所希望的金属层17。
由于等离子处理和薄晶种层或成核层的沉积两个因素，尽管晶种层或成核层仅具有非常薄的厚度，但是锌材料在塑料箔上的粘附性非常好。上述方法的优点在于，晶种层或成核层16并未使锌的自愈性变差，或至少与现有技术相比变差较少。同时，可以采用简单的方式使金属层(例如锌层)的沉积最优化，即沉积过程在高沉积速度下(例如，塑料箔网3的运输速率在几米/秒的范围内，例如，6米/秒，高至20或25米/秒)下获得非常均匀的沉积。
尽管本发明是基于优选的实施方式进行描述，但是本领域技术人员认识到，在限定本发明范围的所附权利要求书的范围内，可以进行各种变更或变化，而并未脱离本发明的范围。具体地，可以忽略某些特征，或将某些特征以不同的方式进行组合。
Claims (16)
1.一种用于制造金属化网的方法，该金属化网具体为箔式电容器的金属化塑料网，在所述方法中，金属层(17)以蒸气相或气相沉积在网(3)上，其中，在沉积所述金属层以前，通过等离子体支持的蒸气相或气相沉积，将金属晶种层(16)沉积在所述网(3)上，其特征在于，所述晶种层包括钢或不锈钢。
2.如权利要求1所述或根据权利要求1的共有部分所述的方法，其特征在于，所述晶种层(16)占全部层的百分比小于5％，具体小于3％，优选小于或等于1％。
3.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，通过阴极溅射进行等离子体支持的所述金属晶种层的蒸气相或气相沉积。
4.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，以较低沉积速率沉积所述晶种层。
5.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述晶种层的沉积过程中，所述等离子体运行于较低阴极电压下，具体低于1000V，优选低于500V，最优选为约400V。
6.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述等离子体在低于15kW，具体低于或等于10kW的功率下产生。
7.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述晶种层的沉积过程中，所述压力小于10-1hPa，具体小于5×10-2hPa，优选在10-2hPa的范围内。
8.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述晶种层的沉积主要在Ar气氛下进行。
9.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述晶种层的沉积在将氧气添加到所述气氛中的情况下进行。
10.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述金属层包括锌。
11.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述晶种层和所述金属层具有不同的成分。
12.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，待涂敷的带材料以高达20m/s，优选高达25m/s的速度穿过等离子体支持的所述晶种层的蒸气相或气相沉积过程中的等离子体源或溅射靶。
13.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，通过热蒸发进行所述金属层的沉积。
14.一种优选由前述权利要求所述方法制造的金属化的塑料箔，具体为箔式电容器，所述金属化的塑料箔包括至少一个塑料箔，在所述塑料箔上，金属层和塑料箔之间具有至少一层金属层和晶种层，其特征在于，所述晶种层包括钢或不锈钢。
15.如权利要求14所述的塑料箔，其特征在于，所述塑料箔由聚酯或聚丙烯制成。
16.如权利要求14或15所述的塑料箔，其特征在于，所述金属层包括锌。
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