CN108603292B - 用于在真空下对构件进行表面施设层的方法 - Google Patents

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Abstract

用于利用真空施设层装置(100)在真空下对构件(1)进行表面施设层的方法，该方法包括下列工艺步骤中的至少两个工艺步骤：a)在抽成真空的等离子活化腔(10)中对构件(1)的需施设层的表面进行等离子活化，和/或b)在抽成真空的施设层腔(11)中施设层，和/或c)为了在所施设的层上产生保护层在抽成真空的等离子体聚合腔(12)中进行等离子体聚合。根据本发明，在所述工艺步骤中的至少两个工艺步骤之间将等离子活化腔(10)和/或施设层腔(11)和/或等离子体聚合腔(12)通风和打开，并且将构件(1)输送给后续的工艺步骤。

Description

用于在真空下对构件进行表面施设层的方法
技术领域
本发明涉及一种利用真空施设层装置在真空下对构件进行表面施设层的方法，该方法包括下列工艺步骤中的至少两个工艺步骤：a)在抽成真空的等离子活化腔中对构件的需施设层的表面进行等离子活化，和/或b)在抽成真空的施设层腔中施设层，和/或c)为了在施设的层上产生保护层而在抽成真空的等离子体聚合腔中进行等离子体聚合。
背景技术
用于利用真空施设层装置对构件进行表面施设层的方法主要为了对3D构件的表面进行金属化。例如为前照灯的反射器或装饰构件如挡板和类似物覆盖金属层。根据需施设层的材料例如铝或优质钢，选择性地在为了实施所述方法而被抽成真空的第一腔中进行之前实施的等离子活化、例如利用化学气相沉积法(CVD)。接着进行原本的施设层，该施设层与需施设层的材料无关地构成必要的工艺步骤、例如金属反射层的汽化渗镀或溅射、特别是在真空下借助物理气相沉积法(PVD)。接着为了产生保护层可以在真空下进行等离子体聚合，所述保护层又以化学气相沉积法为基础。等离子体聚合工序的必要性在此又重新取决于需施设层的材料。
现今常用实施方式的真空施设层装置要么包括一个唯一的设计得相应大的工艺腔构成，在该工艺腔中依次实现不同的工艺步骤，要么设置有多个工艺腔，在这些工艺腔中尽可能并行实施多个工艺步骤并且经处理的部件被从腔运送到腔。在两种情况中都是在不中断真空的情况下进行处理流程。在使用多个工艺腔的情况中，如果相关腔中的真空应该至少大多数保持不变，那么必须在各个腔之间设置闸门系统(Schleusensystem)。真空在此理解为低于大气压力的压力，该压力足够实施相应的工艺步骤。因此抽真空在此表示压力降低到工艺腔之外存在的压力以下的所有程度。
例如DE 103 52 144 B4示出一种真空施设层装置的多腔原理，其中在各个腔之间设置高成本的闸门装置。同样由DE 198 08 163 C1公知了在各个腔容积之间的闸。
由DE 196 24 609 B4或者由US 65 54 980 B1公知了利用多腔原理的另外的施设层装置。
为所有相继的工艺步骤保持真空导致如下情况：在多腔装置的情况中必须同样在真空下进行构件从工艺腔到工艺腔的运送。这能够通过技术上成本高的结构如用于构件机械运动的相应的真空通道(Vakuumdurchführung)实现，然而这种解决方案成本高并且伴随着高的维护费用。
在具有仅仅一个工艺腔(在该工艺腔中各工艺依次进行)的解决方案中，小型化受到特别是由不同过程控制技术要求产生的限制，这是因为不是每个工艺都需要相同的空间、特别是不能利用相同的机组(例如电极)运行。因此根据流水作业、即所谓的“One-Piece-Flow”(单件流生产)的单件施设的现代化生产理念未获得充分的支持。在一个腔内连续实施不同的工艺步骤此外可能导致工艺相互间的影响和污染，使得工艺结果可能完全变糟。
在多腔装置的情况中和在特别是自动化的真空施设层装置中以极短的节拍时间、即例如以短于一分钟并行实施不同工艺步骤的情况中，可以实现高的产量，然而构件从腔到腔的相应通过闸门的设备技术费用却是很高的。
DE 197 04 947A1为此示出一个实例。由此公知了用于利用多个两件式构造的工艺腔为镜面化层施设保护层的方法和设备。工艺腔的内部部件设置在回转节拍工作台上并且构造为用于接纳构件。因此通过使回转节拍工作台旋转可以使这些内部的工艺腔部件与相继的工位重合，使得需施设层的构件从工位到工位运动。在此，在工位替换时真空保持不变，为此在回转节拍工作台上设置有内壁缸(Innenwandzylinder)，工艺腔的内部部件置入该内壁缸中。内壁缸与回转节拍工作台可相对转动地连接并且在圆柱设计的容积腔壁(Volumenkammerwand)中滑动，工艺腔的外部部件以工位的方式设置在该容积腔壁中。因此例如全部围绕回转节拍轴90°使工艺腔的内部部件与外部部件重合，其中例如设置有三个工艺工位(Prozessstation)并且在一个工位中可以规定取出可能性。在保持腔部分中的负压的情况下内部腔部分和外部腔部分按照节拍地相互替换，这需要可观的设备技术费用，这是因为特别是在内部腔部分和外部腔部分替换时为了维持真空必须克服很大的密封难题。
发明内容
本发明的目的是：改进一种用于在真空下对构件进行表面施设层的方法以及提供一种这样的真空施设层装置，其中，应该将设备技术费用尽可能降低到最小程度，并且应该能够在多个构件上并行实施各个工序。特别是应该以真空施设层装置的多腔原理为基础进一步改进所述方法。
这个目的通过根据本发明的用于对构件进行表面施设层的方法和根据本发明的真空施设层装置得以实现。
根据本发明的方法规定：在所述工艺步骤中的至少两个工艺步骤之间给等离子活化腔和/或施设层腔和/或等离子体聚合腔通风并将其打开，并且将构件输送给后续的工艺步骤。在不计较设备产量降低的情况下可以在特殊的处理过程的情况中摒弃各单独的工艺步骤。
本发明以下述思想为出发点：通过如下方式避免在各工艺腔之间的费用高的闸门技术(Schleusentechnik)，即，在每次实施工艺步骤之后将相应的工艺腔通风并将其打开。优选将三个工艺腔同时通风和打开，从而在真空施设层装置中始终对至少两个或者三个构件同时进行加工。在等离子活化腔中利用等离子使第一构件活化，在施设层腔中对第二构件施设层并且在等离子体聚合腔中例如使第三构件承受等离子体聚合，以产生相应的保护层。在此也可以只使用三个腔中的两个腔并且由此用于构成装置，其中，施设层腔构成对所有工艺过程类型必要的腔。
根据本发明的方法的特别优点在于产量高，这是因为同时将所有三个腔关闭、抽真空、通风和重新打开，因而可以将构件分别继续输送给一个腔。在各个工艺步骤之后将相应的腔通风和打开，这省去了在各腔之间构造闸门系统，这是因为可以同时将各个腔抽真空，而不会由于总是重新需要的抽真空产生时间上的不利。例如在等离子活化之后规定：将等离子活化腔通风并打开，并且可以将构件从等离子活化腔转送到施设层腔中和/或规定：在施设层之后将施设层腔通风并打开，并且将构件从施设层腔转送到等离子体聚合腔中。
通过如下方式实现另外的方法优点：在真空施设层装置中以节拍顺序(in einerTaktfolge)相继对多个构件进行施设层，其中，分别同时对等离子活化腔、施设层腔和等离子体聚合腔进行抽真空、通风和打开。当将构件提供给真空施设层装置时，首先将这些构件放入等离子活化腔中，而将之前的构件已经转送到施设层腔中并且将在这个构件之前的构件转送到等离子体聚合腔中。这个节拍顺序逐件地继续，使得节拍频率取决于构件的相应转送的节拍顺序。用于实施方法步骤的各机构的尺寸，即用于等离子活化、用于施设层的机构和用于等离子体聚合的机构的尺寸相对彼此如下地确定并且以工艺参数运行，即，相应的工艺步骤基本上需要相同的过程持续时间。
如果利用一个共同的真空泵同时在等离子活化腔中、在施设层腔中和在等离子体聚合腔中产生真空，那么实现另外的优点。真空泵可以设计为尺寸相应大的前级真空泵站(Vorvakuumpumpstand)并且安装在腔附近，以便在泵站与腔之间产生尽可能短的管路。在此，所有三个腔经由一个相应的管路系统与真空泵连接。
进一步地，为了通过前级真空泵站抽真空，可以规定：为了将施设层腔更强地抽真空，设置有辅助真空泵，为了在通过前级真空泵对腔进行共同抽真空之后进一步对施设层腔进行抽真空而将该辅助真空泵激活、特别是利用打开阀门。为了施设层真空是必要的，该真空具有比用于等离子活化的腔中的真空和用于等离子体聚合的腔中的真空更低的大气压力。在前级真空泵的管路系统与施设层腔之间在此设置有相应的滑阀或其它类型的适当的阀，使得辅助真空泵仅仅仍与施设层腔流体流动地连接。
另外有益的是：同时进行工艺步骤：构件的装入、三个腔的抽真空、相应的工艺流程、通风和打开，真空施设层装置为此相应地配置。例如设置有打开和关闭机构，该打开和关闭机构同时且机械联动地导致所有三个腔的至少一些部分的运动。
此外，本发明涉及用于在真空下对构件进行表面施设层的真空施设层装置，所述真空施设层装置构成用于实施根据本发明的方法，所述真空施设层装置具有：等离子活化腔，其用于对构件的需施设层的表面进行等离子活化；施设层腔，其用于施设层；和等离子体聚合腔，其用于利用等离子体聚合在所施设的层上产生保护层。等离子活化腔、施设层腔和/或等离子体聚合腔在此分别具有一个第一腔部分和和第二腔部分，在所述第一腔部分中构造有用于等离子活化的机构、用于施设层的机构和/或用于等离子体聚合的机构，所述第二腔部分构造为用于接纳构件。根据本发明，第二腔部分设置为相对第一腔部分可运动并且因此在至少两个工艺步骤之间替换构件时所述第二腔部分能够按照节拍地替换，并且因此各腔能够通风、重新关闭和抽真空。
真空施设层装置的根据本发明的构造通过如下方式进一步得到改进，即，只设置有一个真空泵、特别是一个真空泵站，利用该真空泵或者该真空泵站能够在等离子活化腔中、在施设层腔中和/或在等离子体聚合腔中借助所述一个真空泵共同且同时产生真空。真空泵可以用作前级真空泵和/或高真空泵并且可以设置有辅助真空泵，该辅助真空泵将施设层腔进一步抽真空。特别是真空泵可以结构上一致地构造为真空泵站。
在此，真空泵与第一腔部分连接，这些第一腔部分可以特别是静止地设置在真空施设层装置中。第二腔部分在此可运动地设置在真空施设层装置上并且构造成，它们与第一腔部分中的每一个第一腔部分都是兼容的。因此实现了：第二腔部分能够连同接纳的构件从腔到腔运动，即从第一腔部分到下一个第一腔部分，并且能够分别密封地安装到第一腔部分上。正是因此产生重要的优点：真空施设层装置可以构造有回转节拍工作台，并且第二腔部分接纳在该回转节拍工作台上。第二腔部分因此能够借助该回转节拍工作台相对第一腔部分运动。
也可以与等离子活化、施设层和等离子体聚合的工艺流程顺序不同，代替等离子活化腔中的等离子活化、在那里实施等离子体聚合。在技术上这是非常相似的工艺。此外，可以具有特殊工艺，在这些特殊工艺中摒弃三个工艺步骤中的一项或者两项工艺步骤。
附图说明
下文利用对本发明的一个优选实施例的说明借助附图共同进一步描述其它改进本发明的措施。其中：
图1A至图1E示出等离子活化腔、施设层腔和等离子体聚合腔的相应视图，其中一个构件范例性地运动穿过各个腔；
图2示出具有本发明特征的真空施设层装置的透视性示意图。
具体实施方式
图1A示出的是等离子活化腔10、施设层腔11和等离子体聚合腔12，因而在所示出的实施例中具有三个腔，其中，构件1被接纳在等离子活化腔10中。在等离子活化腔10中具有一个用于等离子活化的机构15，以此对构件1的需施设层的表面进行等离子活化处理。
图1B示出的是等离子活化腔10、施设层腔11和等离子体聚合腔12，其中，等离子活化腔10和施设层腔11分别是打开的。在等离子活化腔10的第一腔部分10a与第二腔部分10b之间和施设层腔11的第一腔部分11a与第二腔部分11b之间进行打开动作。通过打开可以将构件1在大气环境下从等离子活化腔10转送到施设层腔11中。
图1C示出的是在相应关闭状态中的等离子活化腔10、施设层腔11和等离子体聚合腔12，并且施设层腔11具有用于将层施设到构件1上的机构16，该机构16是被激活的。
图1D示出的是等离子活化腔10、施设层腔11和等离子体聚合腔12，其中，施设层腔11和等离子体聚合腔12分别通过如下方式打开，即，施设层腔11的第二腔部分11b从第一腔部分11a上分开，并且等离子体聚合腔12的第二腔部分12b从第一腔部分12a上分开。因此同样可以在大气环境下将构件1从施设层腔11转送到等离子体聚合腔12中。
图1E最后示出的是在相应关闭状态中的等离子活化腔10、施设层腔11和等离子体聚合腔12，并且等离子体聚合腔12具有用于等离子体聚合的机构17，该机构是被激活的，以便为构件1在所施设的施上设置保护层。
示出了第二腔部分10b、11b和12b彼此分开的关闭和打开的状态。真空施设层装置100在此具有第二腔部分10b、11b和12b，这些第二腔部分相互机械地连接，因而与仅仅示意性的视图不同的是原则上所有第二腔部分10b、11b和12b是打开或关闭的。
图2示出的是用于在真空下对构件进行表面施设层的真空施设层装置100的示意性透视图，并且设置有用于将构件的需施设层的表面等离子活化的等离子活化腔10，此外设置有用于施设层的施设层腔11，并且设置有用于借助等离子体聚合在所施设的层上产生保护层的等离子体聚合腔12，其中也可以只具有三个腔中的两个腔。
所有三个腔10、11和12按照配置都位于一个共同结构上，并且全部腔10、11和12都分成两个腔部分。等离子活化腔10具有第一腔部分10a和第二腔部分10b，施设层腔11具有第一腔部分11a和第二腔部分11b并且等离子体聚合腔12具有第一腔部分12a和第二腔部分12b。第一腔部分10a、11a和12a不可运动地设置在真空施设层装置的结构上并且与真空泵13连接。设置在下侧的第二腔部分10b、11b和12b与回转节拍工作台18连接并且可以与升降缸19共同在高度上移动，使得第二腔部分10b、11b和12b能够密封地贴靠到第一腔部分10a、11a和12a上并且与这些第一腔部分重新分开。如果升降缸19向上移动，那么第二腔部分10b、11b和12b密封地贴靠到第一腔部分10a、11a和12a上。如果构件放入相应的第二腔部分10b、11b和12b中，那么这些构件能够与第二腔部分10b、11b和12b共同移动。
所述结构具有三个第一腔部分10a、11a和12a和四个第二腔部分10b、11b、12b和20。盈余的第二腔部分20用作自由的腔部分20，以便从这个自由的腔部分中将经表面金属化的构件1取出并将另外一个需施设层的构件1放入。第二腔部分10b、11b、12b和20构造为彼此相同的，因而可以相对第一腔部分10a、11a和12a交换第二腔部分10b、11b、12b和20。在此可以自动化进行构件的取出和放入。
除了真空泵13之外，还设置有辅助真空泵14，该辅助真空泵只与施设层腔11a连接并且构造为在施设层腔11a中产生更高的真空。真空泵13和辅助真空泵14分别与第一腔部分10a、11a和12a连接，并且辅助真空泵14只与施设层腔11的第一腔部分11a连接。
本发明在其设计上并不局限在前述优选的实施例上。更确切地说，可以考虑多种变型，这些变型由所示出的解决方案同样应用在原则上不同的设计中。所有产生于权利要求、说明或者附图的特征和/或优点包括结构上的细部、空间配置和方法步骤无论是单独存在还是各种组合都可以是本发明的重要之处。
附图标记列表
100 真空施设层装置
1 构件
10 等离子活化腔
10a 第一腔部分
10b 第二腔部分
11 施设层腔
11a 第一腔部分
11b 第二腔部分
12 等离子体聚合腔
12a 第一腔部分
12b 第二腔部分
13 真空泵
14 辅助真空泵
15 用于等离子活化的机构
16 用于施设层的机构
17 用于等离子体聚合的机构
18 回转节拍工作台
19 升降缸
20 第二腔部分

Claims (12)

1.用于利用真空施设层装置(100)在真空下对构件(1)进行表面施设层的方法，该方法包括下述工艺步骤中的至少两个工艺步骤：
a)在抽成真空的等离子活化腔(10)中对构件(1)的需施设层的表面进行等离子活化，和/或
b)在抽成真空的施设层腔(11)中施设层，和/或
c)为了在所施设的层上产生保护层在抽成真空的等离子体聚合腔(12)中进行等离子体聚合，
其特征在于：在所述工艺步骤中的至少两个工艺步骤之间将等离子活化腔(10)和/或施设层腔(11)和/或等离子体聚合腔(12)通风和打开，并且将构件(1)输送给后续的工艺步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在等离子活化之后将等离子活化腔(10)通风和打开，并且将构件(1)从等离子活化腔(10)转送到施设层腔(11)中，和/或
在施设层之后将施设层腔(11)通风并打开，并且将构件(1)从施设层腔(11)转送到等离子体聚合腔(12)中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：以节拍顺序在真空施设层装置(100)中相继对多个构件(1)施设层，其中，分别同时对等离子活化腔(10)、施设层腔(11)和等离子体聚合腔(12)进行抽真空、通风和打开。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：以节拍顺序在真空施设层装置(100)中相继对多个构件(1)施设层，其中，分别同时对等离子活化腔(10)、施设层腔(11)和等离子体聚合腔(12)进行抽真空、通风和打开。
5.如权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征在于：利用一个共同的真空泵(13)同时在等离子活化腔(10)中、在施设层腔(11)中和在等离子体聚合腔(12)中产生真空。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：为了将施设层腔(11)更强地抽真空，设置有辅助真空泵(14)，在通过真空泵(13)对等离子活化腔(10)、施设层腔(11)和等离子体聚合腔(12)共同抽真空之后为了更进一步对施设层腔(11)进行抽真空将该辅助真空泵激活。
7.如权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征在于：同时进行工艺步骤：构件(1)的装入；等离子活化腔(10)、施设层腔(11)和等离子体聚合腔(12)的抽真空；相应的流程；通风和打开。
8.用于在真空下对构件(1)进行表面施设层的真空施设层装置(100)，所述真空施设层装置构成用于实施如权利要求1至7之任一项所述的方法，所述真空施设层装置具有：
等离子活化腔(10)，其用于对构件(1)的需施设层的表面进行等离子活化，和/或
施设层腔(11)，其用于施设层，和/或
等离子体聚合腔(12)，其用于利用等离子体聚合在已施设的层上产生保护层，其中，等离子活化腔(10)、施设层腔(11)和/或等离子体聚合腔(12)分别具有第一腔部分(10a，11a，12a)，在这些第一腔部分中构造有用于等离子活化的机构(15)、用于施设层的机构(16)和/或用于等离子体聚合的机构(17)，并且等离子活化腔(10)、施设层腔(11)和/或等离子体聚合腔(12)分别具有第二腔部分(10b，11b，12b)，这些第二腔部分构造为用于接纳构件(1)，
其特征在于：第二腔部分(10b，11b，12b)设置为能够相对第一腔部分(10a，11a，12a)运动并且因此当在至少两个工艺步骤之间替换构件(1)时能够按照节拍地替换，并且因此各腔(10，11，12)能够通风、重新关闭和抽真空。
9.如权利要求8所述的真空施设层装置(100)，其特征在于：设置有真空泵(13)，利用该真空泵能够在等离子活化腔(10)中、在施设层腔(11)中和/或在等离子体聚合腔(12)中借助一个共同的真空泵(13)同时产生真空。
10.如权利要求9所述的真空施设层装置(100)，其特征在于：真空泵(13)与第一腔部分(10a，11a，12a)连接。
11.如权利要求8至10之任一项所述的真空施设层装置(100)，其特征在于：全部腔(10，11，12)的第二腔部分(10b，11b，12b)构造为与全部腔(10，11，12)的第一腔部分(10a，11a，12a)兼容的。
12.如权利要求8至10之任一项所述的真空施设层装置(100)，其特征在于：第二腔部分(10b，11b，12b)接纳在回转节拍工作台(18)上并且能够借助该回转节拍工作台(18)相对第一腔部分(10a，11a，12a)运动。
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