DE2359893A1

DE2359893A1 - Verfahren und vorrichtung zum niederschlagen einer durchsichtigen elektrisch leitenden metalloxidschicht

Info

Publication number: DE2359893A1
Application number: DE2359893A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. R Antrag
Original assignee: Triplex Safety Glass Co
Current assignee: Pilkington Automotive Ltd
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1973-11-28
Publication date: 1974-07-04
Also published as: IT1010536B; SE7606228L; FR2208005A1; DE2359893C2; JPS5413596B2; ES420944A1; AT337389B; GB1446848A; CA1006845A; JPS4995196A; SE391328B; FR2208005B1; FR2293405A1; FR2293405B1; BE807989A; ATA999073A

Description

^■¹'^:1V,^rf^l.o^e _Q? ^/ W/Vh-3OO5

Triplex Safety Glass Company Limited, 1 Albemarle Street,

London ¥ 1 /England

Verfahren und Vorrichtung zum Niederschlagen
einer durchsichtigen elektrisch leitenden
Metalloxidschicht

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Niederschlagen einer durchsichtigen elektrisch leitenden
Metalloxidschicht auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat durch Kathodenzerstäubung von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Metallstreifen, die senkrecht zu ihrer Länge und im wesentlichen parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Substrats hin- und herbewegt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise zur Behandlung einer Fahrzeugwindschutzscheibe verwendet werden, um auf dieser eine Schicht als elektrischen Heizwider-

./.
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stand zu bilden, der ein Entfeuchten oder Enteisen gestattet.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt, wobei das

Substrat auf einer gesteuerten erhciten Temperatur in einer
Vakuumkammer gehalten wird, die eine Atmosphäre aus Sauerstoff
und einem oder mehreren anderen Gasen bei einem gesteuerten
Unterdruck enthält, wobei eine hohe negative Spannung einer
\ Kathode aus Metall zugeleitet wird, die in der Nähe des Substrats

■ angeordnet ist und eine zu deren Oberfläche sich im wesentlichen parallel erstreckende Fläche aufweist, um auf dieser eine

Metalloxidschicht zu bilden.

Wird eine derartige Metalloxidschicht grösserer
Flächenausdehnung,beispielsweise 300 mm oder mehr, gebildet,
so ist zum Vermeiden unerwünschter Änderungen der Eigenschaften
der aufgebrachten Schicht notwendig, Massnahmen vorzusehen,
damit die AufstäubungsatmoSphäre den ganzen Bereich des Arbeitsraumes zwischen der Kathode und dem Substrat erreichen kann,
also eine im wesentlichen gleichförmige Sauerstoffkonzentration

in diesem Raum gewährleistet ist. Zu diesem Zwecke ist die i

Kathode in mehrere zueinander parallele Streifen unterteilt,
j um zwischen diesen Streifen Wege für den Zutritt der Aufstau- ' j bungsatmosphäre zu bilden und eine hin- und hergehende Relativ- :

ι bewegung zwischen den Streifen der Elektrode und dem Substrat ; quer zur Längsrichtung der Streifen und parallel zur zu be- > j schichtenden Oberfläche des Substrats vorzunehmen, wobei der ι

-3- i

■ 409827/Ö9S4 i

-3-
: Hub der Hin- und Herbewegung wesentlich kleiner als die gesamte 'Länge der Kathode ist, jedoch genügend gross, dass alle Teile der Oberfläche des Substrats durch Aufstäuben beschichtet werden können, wobei jede von mindestens einem.der zueinander parallelen [Streifen überlaufenen Flächen eine gleiche Aufstäubungszeit 'aufweist. Beispielsweise kann der Hfe-ub dem Abstand der Mittellinien benachbarter Streifen der Elektrode gleich sein. West ! !das Substrat eine Wölbung in seiner Längsrichtung auf, so können die Streifen auf ähnlich gewölbten Kurven hin- und herbewegt werden. Auf diese Weise gelingt es,. Metalloxidschichten !im wesentlichen gleichförmiger Dicke mit einemgleichmässigen spezifischen Widerstandswert auf verhältnismässig grosse Substrate aufzubringen.

In gewissen Fällen indessen ist es erwünscht, eine gesteuerte Änderung des Widerstandes der niedergeschlagenen iVIetalloxidschicht in verschiedenen Bereichen des Substrats zu

ermöglichen, um beispielsweise eine gleichmässige Wirkung der Widerstandsheizung auf Substraten nicht rechteckiger zu beschichtender Oberfläche zu erhalten. Bei diesen ist eine Stromzufuhr über zueinander parallele Anschlussleisten gleicher Länge nicht möglich. In anderen Fällen, bei denen das Substrat eine Wölbung in zwei Richtungen aufweist, ist es ebenfalls

-4-

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schwierig, eine gleichmässige Dicke der Metalloxidschicht über die ganze Breite des Substrats zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren derart weiter auszugestalten, dass die Dicke der aufgebrachten Metalloxidschicht gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Dicke der niedergeschlagenen Schicht über die Oberfläche des Substrats durch eine Anordnung der Kathode in der Weise gesteuert wird, dass die wirksame Breite der Metallstreifen auf die gewünschte Dicke der Schicht an dem von dem Streifen bei der Hin- und Herbewegun, überstrichenen Bereich abgestimmt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wirksame Breiterer Metallstreifen durGh Anordnung von Masken an im gleichen Abstand zueinander liegenden Metallstreifen einander gleicher Abmessungen bewirkt wird. Auf diese Weise überstreicht die wirksame Breite jedes Metallstreifens eine vorgegebene Fläche des Substrats und bewirkt eine veränderliche Dicke der in diesem Bereich niedergeschlagenen Metalloxidschicht. Hierbei ist es zweckmässig, wenn die wirksame Breite der Metallstreifen in deren Längsrichtung veränderlich eingestellt wird oder die wirksame Breite an aufeinander folgenden Metallstreifen unterschiedlich eingestellt wird.

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Eine abgewandelte Verfahrensführung kennzeichnet sich dadurch, dass die Steuerung der wirksamen Breite der Metallstreifen durch Verwendung von Streifen unterschiedlicher Breite bewirkt wird oder dass zur Steuerung der wirksamen Breite der Metallstreifen Metallstreifen mit sich über ihre Länge veränderlicher Breite verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich auch, auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer Abstützung für das Substrat und einer aus im wesentlichen parallel zueinander liegenden Metallstreifen bestehenden Kathodeneinheit, die durch einen Antrieb senkrecht zur Länge der Streifen und im wesentlichen parallel zur Grossfläche des Substrats hin- und herbewegbar ist. Diese zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass die Metallstreifen so angeordnet sind, dass sie mit unterschiedlichen wirksamen Flächen verschiedenen zu beschichtenden Teilen der Fläche des Substrats gegenüberliegen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist

vorgesehen, dass den Metallstreifen Einrichtungen zur Änderung der wirksamen Breite des Teils zugeordnet sind, der über eine vorgegebene Fläche des Substrats hin- und herbewegt wird. Hierzu ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass den einzelnen im gleichen Abstand parallel zueinander angeordneten Metallstreifen einander gleicher Abmessungen

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I zwecks Änderungen der wirksamen Breite sie überdeckende Masken
zugeordnet sind. Hierbei ist es zweckmässig, wenn die Masken

• für jeden Metallstreifen aus Paaren von Platten beiderseits
j der Längsseiten des Metallstreifens bestehen, die mit Abstand
i parallel zur wirksamen Fläche der Metallstreifen liegen und

j durch ihren Abstand voneinander die wirksame Breite bestimmen.

j Um eine gewünschte Einstellung der wirksamen Breite zu erleich-

! tern, ist ferner vorgesehen, dass jede Maske aus mehreren
J für sich senkrecht zur Länge der Metallstreifen einstellbaren i j Elementen besteht. . i

j Ferner kann die von den Masken freigegebene wirksame .

! i

: Fläche der Metallstreifen in ihrer Längsrichtung veränderlich : j sein wie auch die Masken an aufeinanderfolgenden Metallstreifen ■

I !

¹ unterschiedliche wirksame Breite freilassen könnai. i

I Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist vorge- I

ι sehen, dass die Kathodeneinheit aus Metallstreifen unterschiedi licher Breite besteht, deren Mittellängsachsen gleichen Abstand
j voneinander haben. Ferner ist es möglich, dass die Metall-
! streifen eine ^n ihrer Längsrichtung sich.verringernde Breite

aufweisen. J

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Vor- j

richtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens

dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

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Pig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Metallstreifen der Kathodeneinheit der Vorrichtungen

i gemäss den Fig. 1 und 2 in grösserem Mass4

stäbe,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zu Fig. 3»

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Metallstreifens der Kathodeneinheit,

Fig. ■ 6 eine s.chematische Draufsicht auf eine .Kathodeneinheit mit fünf Metallstreifen und zugeordneten Masken zur Bildung unterschiedlicher Breiten an aufeinander folget den Streifen zur Behandlung einer trapezförmigen Luftfahrzeug-Windschutzscheibe,

Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch die behandelte Windschutzscheibe, gemäss Fig. 6 mit wesentlich vergrösserten Dickendimensiohen, :. . . .

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Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf ein Luftfahrzeugfenster mit stärker verjüngten Kanten mit einer Kathodenanordnung, die die erforderliche Änderung des spezifischen Widerstandes der Metalloxidschicht ermöglicht,

Fig. 9 einen der Fig. 7 entsprechenden Schnitt durch das behandelte Fenster,

Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf eine ande re Bauform eines Luftfahrzeugfensters,

Fig. 11 eine schematische Darstellung über die notwendigen Änderungen des elektrischen Widerstandes, die die Form und Bewegung der Kathodeneinheit erläutert,

Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Luftfahrzeugfensters mit eingetragenen Linien gleichen spezifischen Widerstandes,

Fig. 13 eine schematische Darstellung zu Fig.12 mit eingetragenen Mittellinien der Metallstreifen der verwendeten Elektrode, in die die Werte für die aufzustäubende Metalloxidschicht eingesetzt sind,

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• -9-

Fig. 14 eine Draufsicht auf einen der Metallstreifen der Elektrode, die die Abhängigkeit der wirksamen Breite von dem spezifischen Widerstand der aufgestäubten Metalloxidschicht erläutert,

Fig. 15 eine ähnliche Draufsicht auf einen der Metallstreifen der Kathodeneinheit, wobei zur Einstellung der wirksamen Breite Masken gemass Fig. 5 verwendet sind,

Fig. 16 eine Draufsicht auf das Fenster nach dem Aufbringen der Metalloxidschicht mit eingetragenen Werten der gewünschten und der tatsächlich erreichten spezifischen Widerstände ,

Fig. 17 .eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Kathodeneinheit mit drei sich unterschiedlich verjüngenden Metallstreifen,

Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf eine abgewandelte Ausbildung der Kathodeneinheit zur Behandlung einer gewölbten Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe in einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 und

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y- 10 -

Fig. 19 eine schematische Seitenansicht auf die Kathodeneinheit und das Substrat gemäss Fig. 18.

Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 enthält einen zylindrischen Vakuumkessel 40 mit nicht dargestellten gasdicht jverschliessbaren Deckeln. Eine in dem Vakuumkessel 40 angeordjnete Kathodeneinheit 27 besteht aus mehreren mit Abstand parallel

ι I

jzuein-ander angeordneten Streifen 271, deren obere Flächen aus ;

I i

einer Indium-Zinn-Legierung aus 75 - 95 Gevi% Indium und 5 bis ' 25 Gev$ Zinn bestehen. Jedem Streifen 271' ist ein an Masse lie- I gender elektrostatischer Schild 28 zugeordnet. In Fig. 1 sind jder Deutlichkeit halber nur drei Streifen 271 eingezeichnet.

!In der Praxis hängt die Zahl der vorzusehenden Streifen von der iLänge des mit dem Überzug zu versehenen Substrats ab, wobei j eine Hin- und Herbewegung der Kathodeneinheit mit einem Hub

jvorgesehen ist, der dem Abstand der Mittellinien der Streifen voneinander entspricht, so dass alle Teile der Oberfläche des Substrats überstrichen werden. Die Streifen 271 sind so ausgebildet, dass sie unterschiedliche wirksame Flächen gegenüber verschiedenen Teilen der Oberfläche des Substrats aufweisen. Sie können hierzu mit Einrichtungen versehen sein, um die wirksame Breite jedes einzelnen Streifens 271 gegenüber den anderen einstellen zu können oder auch die wirksame Breite über die Länge !des Streifens zu ändern.

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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und dienen hierzu Masken, die aus zwei Platten 26 bestehen, die durch Schrauben 24 mit nach aussen abgewinkelten Flanschen von senkrechten Schenkeln des elektrostatischen Schilds 28 j

i verschraubt sind, so dass die Platten 26 in einer parallelen Ebene in Abstand von der oberen wirksamen Fläche der Streifen > 271 liegen. Die wirksame Breite der Streifen 271 wird durch j den Abstand der einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 bestimmt.

Infolge des Kanteneffekts ist jedoch die wirksame

j Breite des Streifens 271 geringer als der Abstand zwischen den

einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26, und zwar hängt die wirksame Breite der Streifen 271 von dem senkrechten Abstand der Ebene der Platten 26 von der oberen Fläche der Streifen 271 ab. Je grosser dieser Abstand ist, desto geringer ist die wirksame Breite des Metallstreifens im Verhältnis zu dem Abstand der Kanten 23 der Platten 26 voneinander.

Die einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 können parallel zueinander verlaufen oder, wie in Fig; 4 dargestellt, von der einen Seite zur anderen divergieren, so dass sich eine unterschiedliche wirksame Breite der Streifen 271 über ihre Länge ergibt. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 besteht jede Maske aus einer Mehrzahl von kleinen einstellbaren plattenähnlichen Elementen 261, wobei jedes

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Element 261 durch eine eigene Schraube 241 befestigt werden kann, die durch einen Schlitz 262 in dem Element 261 tritt. Hierdurch ist eine wahlweise Einstellung jedes Elements 261 in Querrichtung möglich, um an dieser Stelle eine gewünschte wirksame Breite einzustellen.

Die Kathodenstreifen 271 sind durch an ihren Enden. ; angeordnete Paare von Rädern 41 auf horizontal verlaufenden Führungsschienen 42 abgestützt, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Vakuumkessels 40 befestigt sind. Die einzel- ; nen Streifen 271 sind miteinander durch einstellbare Lenker ; verbunden, die die Streifen 271 in einem vorgegebenen Abstand : parallel zueinander halten und die gewährleisten, dass alle [ Streifen 271 längs der Führungsschienen senkrecht zu ihrer

Länge hin- und herbewegt werden können. Ein biegsames HochspannAngskabel 44 verbindet die Streifen 271 mit dem negativen Pol einer Hochspannungsquelle 45.

; Auf je einer querliegenden Welle 47 an den Stirn-

! selten des Vakuumkessels 40 sitzen Seilscheiben 46, über die [■ zwei Zugseile 48 laufen, die mit den in der Reihe aussen liegenden elektrostatischen Schilden 28 der zugecr dneten Streifen verbunden sind. Die Seilscheiben 46 sind mit einem Antrieb verbunden, wozu die eine der Wellen 47 durch die Wand des Vakuumkessels 40 nach aussen geführt und über einen oszillierenden Antrieb 49 mit einstellbarem Hub, mit einem elektrischen

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Motor 50 verbunden .ist-.

Jeder Streifen 271 ist hohl (Fig. 3 bis 5) und sein Hohlraum wird von Kühlwasser durchströmt, das über ein biegsames Rohr 52 am einen End-e des Streifens zugeleitet und über ein biegsames Rohr 51 nahe dem anderen Ende des Streifens 271 abgeleitet wird. Die Rohre 51 und 52 verbinden die einzelnen Streifen 271 der Kathodeneinheit hintereinander geschaltet, jedoch sind die die eineeinen miteinander verbindenden Rohre der Deutlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestelLt. Das Hochspannungskabel 44 ist ein koaxial ausgebildetes Kabel, dessen aussen liegender Leiter mit dem elektrostatischen Schild 28 verbunden an Masse liegt^ ähnliche Hochspannungskabel 44 verbinden die einzelnen Streifen 271 miteinander.

Oberhalb der horizontal verlaufenden Führungsschiene 42 sind zwei horizontale Schienen 53 aneinander gegenüberliegenden Seiten des Vakuumkessels 40 befestigt und dienen der Abstützung eines Substrats 31, das mit einer durchsichtigen elektrisch leitenden Schicht aus Indium/Zinnoxid versehen werden soll. Der Abstand Zwischen dem Substrat 31 und den oberen Flächen der Streifen 271 beträgt zwischen 20 und 100 mm, vorzugsweise zwischen 30 und 45 mm.

Oberhalb des abgestützten Substrats 31 ist an den Vakuumkessel 40 ein Strahlungsheizer 54 befestigt, der über ein Niederspannungskabel 55 und Anschlußschienen 56 von einer Nieder-

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Spannungsquelle 57 gespeist wird. Der Strahlungsheizer 54 j erstreckt sich über die gesamte Grossfläche des Substrats 31.

In der oberen Fläche des Substrats 31 ist ein

j Thermoelement 58 angeordnet und über Leiter 59 mit einem geeichten 'Anzeigeinstrument 60 für die Temperatur des Substrats

verbunden.

Eine nicht dargestellte Vakuumpumpe ist mit dem

Inneren des Vakkumkessels 40 durch einen Auslaßstutzen 61 verbunden, während eine Gasquelle 62 mit einer ausgewählten Atmosphäre über einen Strömungsmesser 63 und ein nadelventil 64

ι
mit einer Einlassöffnung 65 des Vakuumkessels 40 verbunden ist.

j Die Einlassöffnung 65 befindet sich an dem dem Auslaßstutzen 6l entgegengesetzten Ende des Vakuumkessels 40, so dass ein Gasstrom von der Einlaßöffnung zum Auslaßstutzen durch den Arbeitsraum zwischen der Kathodeneinheit 27 und dem Substrat 31 strömt, so dass das Aufrechterhalten einer Atmosphäre gleicher Sauerstoffkonzentration im Arbeitsbereich unterstützt wird.

Ist das Substrat 31 auf den Schienen 53 abgestützt und sind die Deckel des Vakuumkessels 40 geschlossen und abgedichtet, so wird der Vakuumkessel 40 über den Ausläßstutzen 61

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auf einen Druck von etwa 10 mm QS evakuiert und die Aufsprühatmosphäre über die Einlassöffnung zugeleitet, um den Druck

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im Vakuumkessel 40 auf einen Wert von 10 mm QS zu erhöhen, während das Substrat 31 auf eine vorgegebene Temperatur zwischen 240 und 400°C, vorzugsweise 270 bis 35O°C, durch den Strahlungsheizer 54 erhitzt wird» Die Zerstäubungsatmosphäre kann zwischen 1 bis 10% Sauerstoff, vorzugsweise 2 bis 6% Sauerstoff, enthalten, während derRest aus einem inerten Gas, beispielsweise Argon, besteht. Die Kathodeneinheit 27 aus den Streifen 271 wird längs der Führungsschienen 42 durch den

Elektromotor 50 hin- und herbewegt. Die hohe negative Spannung ! zwischen .1 bis 5 KV, vorzugsweise zwischen 2 und 3 KV, wird | den Streifen 271 zugeleitet. Der Vakuumkessel 40, die Führungs-j schienen 42, die Schienen 53 und die elektrostatischen Schilde 28 liegen an Masse. Es wird dann eine Schicht aus Indium/Zinnoxid auf die untere Grossfläche des Substrats 31 aufgestäubt. Die heizende" Wirkung des Plasmas im Arbeitsbereich auf das Substrat 31 ist so, dass der Heizstrom von der Niederspannungsquelle 57 verringert werden muss, um die Temperatur des Substrats 31 konstant zu halten. Es wurde als zweckmässig festgestellt, diese Temperatur mit einer Genauigkeit von --MQ?JC einzuhalten. Ein automatischer, nicht dargestellter Stfcuerkreis kann für diese Zwecke vorgesehen sein.

h-:.'ij^ra Der Hub der hin- und hergehenden Bewegung der Streifen 271 wird üblicherweise entsprechend dem Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen 271 gewählt.

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Dieser Abstand kam durch die einstellbaren Lenker 43 veränderlich eingestellt werden. Die Räume zwischen den Streifen 271 gestatten eine freie Zirkulation der Aufstäubatmosphäre, so i dass im wesentlichen kein Gefälle der Sauerstoffkonzentration

, im Arbeitsbereich zwischen dem Substrat 31 und der Kathodenein-

heit 27 eintritt.

j Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Bauform nach

!Fig. 1 abgewandelte Bauform zur Behandlung eines Substrats 311» 'das in einer Richtung gewölbt ist. Beispielsweise handelt es 'sich um eine Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug. Die :Schienen 531 zur Abstützung des Substrats 311 und die Führungs-'schiene 421 für die Kathodeneinheit sind mit gleicher Krümmung

¹ ausgebildet und sind an den Seiten des Vakuumkessels 40 durch

j nicht dargestellte einzelne Stützen festgelegt. Die Krümmung

'der Führungsschienen 421 ist so gewählt, dass die Streifen 271 Ider Kathodeneinheit, im Ausführungsbeispiel sind fünf Streifen !vorgesehen, stets parallel zur Tangente des benachbarten Teils der Oberfläche des Substrats liegen,und damit in dem erforderlichen im wesentlichen konstanten Abstand von diesen Flächenteilen, während die Hin- und Herbewegung erfolgt. Der Strahlungsheizer 54 besteht aus mehreren Teilen, die in Tangenten an einem Bogen entsprechend der Krümmung des Substrats 311 liegen. Die übrigen Teile der Vorrichtung nach Fig. 2 entsprechen denen der Vorrichtung nach Fig. 1 und haben die gleichen Bezugs zeichen erhalten.

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Fig. 6 veranschaulicht das Aufbringen ei$er durchsihhtigen elektrisch leitenden Oxidschicht auf eine trapez förmige Luftfahrzeugwindschutzscheibe 10, die zueinander parallele obere und untere Kanten unterschiedlicher Länge hat. Unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1 wird ein elektrischer Heizwiderstand durch eine aufgebrachte Metalloxidschicht auf den Bereich 11 der Windschutzscheibe zwischen Anschlussleisten 12 und 13 am oberen und unteren Rand der Windschutzscheibe gebildet. Da die Anschlussleisten 12 und 13 unterschiedliche Länge aufweisen, ist es notwendig„ den spezifischen Widerstand der Schicht vom oberen Ende zum unteren Ende zu stufen, um eine gleichmässige Heizwirkung über die gesamte mit der Schicht versehene Fläche zu erhalten. Im Ausführungsbeispiel ist diese Änderung zwischen 13,2 Ohm/Square am unteren Ende und 1515 Ohm/Square am oberen Ende erforderlich» Fig. veranschaulicht auch die Kathodeneinheit _$ durch die die Dicke der aufzubringenden Metalloxidschicht bestimmt wird, um diese Stufung des spezifischen Widerstandwertes zu erzielen«, Die Kathodeneinheit besteht aus fünf zueinander parallelen rechteckigen Streifen 271_P die mit Masken versehen sind, um bei aufeinander folgenden Streifen unterschiedliche wirksame Breitei. zu erzielenο Die wirksamen Breiten der fünf Streifen 271 errechnen sich bei der gewünschten Stufung des spezifischen zu 76p2 miSj 71_S88 mm„ 68_f07 mm₉ 64,52 mm und 6l_f47mBi

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Infolge des oben erwähnten Kanteneffekts ist der tatsächliche Abstand der einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 etwas grosser als diese errechneten Werte. Bei einem Abstand von 5 mm zwischen der Oberfläche der Streifen 271 und den Platen 26 ergeben sich für die fünf Streifen folgende Abstände der Kanten 23: 81,28 mm, 7874 mm, 76,20 mm, 73,66 mm und 71,12 mm. Der Abstand d zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen 271 beträgt 203,2 mm. Der Antrieb 49 gemäss Fig. ist so eingestellt, dass die gesamte Kathodeneinheit p.arallel zur Windschutzscheibe 10 senkrecht zur Länge der Streifen mit einem Hub von 203,2 mm hin- und herbewegt wird. Die Hin- und Herbewegung erfolgt somit parallel zu der gewünschten S-fcufung des spezifischen Widerstands der aufgestäubten Schicht, Weitere Betriebsdaten sind folgendes

Zusammensetzung der Kathode 12,5 Gew% Zinn,

87,5 Gew?o Indium

Abstand zwischen der Kathodeneinheit und dem Substrat 38 mm

Unterdruck im Vakuumkessel 1,5 χ 10 torr

Zerstäulbfungsdruck 6,5 x 10 iorr

Gaszusammensetzung 2,27$ Sauerstoff,

97,3 ⁰A Argon

Kathodenspannung 2,65 E¥

Kathodenstrom 600 mA

Temperatur des Substrats 355°C.

-1940S 8T

! rl9-

Vorwärmzeit 20 Minuten

Aufstäubungszeit 21 Minuten.

Infolge der unterschiedlichen wirksamen Breiten der Streifen ergibt sich eine veränderliche Dicke der niedergeschlagenen Metalloxidschicht in gestufter Weise, wobei die grösste Dicke in dem von dem Streifen 271 grösster wirksamer Breite überstrichenen Bereich liegt, da dort eine grössere wirksame Fläche der Kathode diesem Teil der Windschutzscheibe 10 gegenüber wirksam ist. Fig. 7 zeigt schematisch die Dicke der niedergeschlagenen Schicht 11. Der gemessene spezifische Widerstand der Schicht und dessen Stufung über die Fläche des Substrats ergaben eine enge Übereinstimmung mit den errechneten Werten.

Diese stufenweise Änderung der Dicke der Schicht und damit des spezifischen Widerstandes ist annehmbar, wenn die erforderlichen Änderungen des spezifischen Widerstandes nicht zu gross sind. Weicht das Substrat in seiner Fläche wesentlich von der rechteckigen Form ab, so ist eine kräftige nicht lineare Änderung des spezifischen Widerstandes erforderlich, -wie dies am Beispiel nach Fig. 8 deutlich wird. Hier kann es zweckmässig sein, Streifen der Kathodeneinheit zu verwenden, deren wirksame Breite über ihre Länge unterschiedlich ist und die senkrecht zur Achse der erforderlichen Stufung

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. des spezifischen Widerstands hin- und herbewegt wird» um eine

gleichförmige Änderung zu erhalten. In dem Beispiel der Fig.8

handelt es sich um ein Luftfahrzeugfenster 14 stark trapez- j förmiger Gestalt mit Anschlussleisten 15 und 16 neben den kon- j I vergierenden Kanten. Der spezifische Widerstand muss sich in

j diesem Falle zwischen etwa 120 Ohm/Square am oberen Ende auf 21 Ohm/Square am unteren Ende des Fensters 14 andern, um eine gleichmässige Wirkung des über die Anschlussleisten 15 und 16 zugeleiteten Heizstromes zu erzielen. In diesem Falle werden nur zwei Streifen 271 in der Kathodeneinheit verwendet, die mit Platten 26 gemäss Fig. 4 versehen sind. Die wirksame Breite

zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 ändert sich zwischen 35*56 mm am oberen Ende des Fensters auf 76,20 mm am unteren Ende. Das Fenster 14 wird in der Vorrichtung gemäss Fig. 1 behandelt, wobei die Linie 17 die Achse der erforderlichen Stufung der Widerstandswerte der aufgebrachten Schicht ist und 90° zur Hin- und Herbewegung der Kathodeneinheit verläuft. Der Abstand zwischen den Streifen 271 und den Hub der Hin- und Herbewegung betragen wiederum 203,2 mm. Die weiteren Betriebsdaten sind folgende;

Zusammensetzung der Kathode 12,5 Gew$ Zinn,

87,5 Gew# Indium

Abstand der Kathodeneinheit

vom Substrat 38 mm

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8 2 7TÜT5T

Druck im Vakuumkessel Zerstäubungsdruck Zusammensetzung des Gases

4 χ ΙΟ"·⁵ torr 6,5 x 10~² torr

2,34% Sauerstoff, 97,66% Argon

Kathodenspannung	3,2 KV
Kathodenstrom	300 mA
Temperatur des Substrats	335°C '■■ ■
Vorwärmzeit	20 Minuten
Zerstäubungszeit.	. ' 20 Minuten '

Die gemessenen spezifische nWiderstände der Schicht und deren Stufung liegen sehr dicht neben den errechneten
Werten zwischen 23 Ohm/Square und 120 /hm/Square, während die Dicke der Metalloxidschicht zwischen 500 2. bi# 1600 2 beträgt. Die Änderung des spezifischen WiderStandes und der Dicke der Metalloxidschicht verläuft stufenlos glatt, wie dies schematisch in Fig. 9 dargestellt ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung können so angewendet werden, dassiehr
komplexe Änderungen der Stufung des spezifischen Widerstandes bewirkt werden können.

Fig. 10 erläutert dies an einem anderen Luftfahrzeugfenster 18, das eine sehr längliche trapezförmige Gestalt hat und zwischen Anschlussleisten 19 und 20 eine durchsichtige
elektrisch leitende Oxidschicht erhalten soll. Infolge der

bemerkenswert unterschiedlichen Abstände zwischen dem Anschluss-: leisten 19 und 20 in Längsrichtung des Fensters 18 ist eine Änderung des spezifischen Widerstandes von etwa 47 Ohm/Squaa?e am einen Ende auf etwa 13 Ohm/Square in der Mitte im Bereich : einer Trennlinie 21 erforderlich, worauf ein Anstieg des spezifischen Widerstandes auf 18,5 Ohm/SquaRe erforderlich ist, der anschliessend wieder auf 17 Ohm/Square fällt und schliess-

■ lieh am unteren Ende bis auf etwa 66 Ohm/Square ansteigt. Die gestrichelte Kurve in Fig. 11 stellt die erforderliche Stufung des spezifischen Widerstandes graphisch dar.

■ ι

■ Die erforderliche Stufung des spezifischen Wider- j stands könnte in gleicher Weise,wie dies anhand der Fig. 8

■ erläutert wurde, bewerkstelligt v/erden, indem die Kathoden- j einheit rechtwinklig zur Achse der erforderlichen Stufung | hin- und herbewegt wird und in zwei Richtungen sich verjüngende!

ι Masken den Streifen der Kathodeneinheit zugeordnet werden.

Es ergibt sich hierbei jedoch eine Schwierigkeit, dass das

J Fenster 18 quer in den Vakuumkessel 40 anzuordnen wäre, um die Streifen 271 hin- und herzubewegen. Der Vakuumkessel kann unter Umständen die hierzu erforderliche Breite nicht aufweisen.

j Um eine enge Annäherung an die gewünschte Stufung

; zu erhalten, wird eine Kathodeneinheit aus fünf Streifen _f verwendet, die parallel zur Länge des Fensters 18, d.h.parallel

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: . -23-

: zur Achse der gewünschten Stufung hin- und herbewegt wird. ! Um keine grobe Stufung in der Dicke und dem spezifischen VJlder- ; stand der aufgestäubten Schicht zu erhalten, ist jedoch der ~_t ■■ Hub der Hin- und Hörbewegung dem doppelten Abstand zwischen

den Mittellinien benachbarter Streifen 271 entsprechend eingestellt, wie dies Fig. 11 schematisch zeigt. Jeder Streifen der Kathodeneinheit beeinflusst damit Flächen des Substrats, die auch von den benachbarten Kathodenstreifen beeinflusst werden, wodurch die Grosse der einzelnen Stufen verringert wird. Die wirksamen Breiten der Streifen 271 werden auf ä±m den gewählten Hub der Hin- und Herbewegung abgestimmt ermittelt, um die gewünschte' Änderung des spezifischen Y/iderstandes zu erzielen. Im Ausführungsbeispiel ergeben sich für die fünf Streifen der Kathodeneinhei.t folgende wirksamen Breiten: 50,8 mm, 38,10 mm, 76,20 mm, 76,20 mm und 38,10 mm. Die übrigen Betriebsdaten sind folgende:

Zusammensetzung der Kathode 12,5 Gew% Zinn,

87,5 Gev% Indium

Abstand der Kathode vom Substrat 38 mm

-4 Unterdruck im Vakuumkessel - 2 χ 10 torr

—2 Zerstaubungsdruck 7 x 10 torr

Zusammensetzung des Gases 3»56$ Sauerstoff,

96,44$ Argon

Kathodenspannung 2,85 KV

-24-

40 9 8 27/095

Kathodenstrom	IbOO mA
Temperatur des Substras	335°C
Vorwärmzeit	25 Minuten
Zerstäubungszeit	14 Minuten

Die ausgezogene Kurve in Fig. 11 zeigt die gemessenen Werte des spezifischen Widerstandes und die gute Annäherung ah die errechneten Werte gemäss der gestrichelten ;

Kurve. j

ι Bei einem Luftfahrzeugfenster der Form gemäss Fig.12 j

' ergibt sich eine weitere Schwierigkeit, da der scharfe Knick

an der unteren Kante 81 in Verbindung mit der Krümmung 82 an der gegenüberliegenden Kante eine Änderung des spezifischen

j Widerstandes nach den scharf abgewinkelten Linien 83 gleichen

j spezifischen Widerstandes erfordert, um eine gleichmässige Heizwirkung über die Fläche des Fensters zu erzielen. Um dies zu ermöglichen, wird gemäss Fig. 13 eine Kathodeneinheit 27

aus fünf Streifen 271 verwendet, deren jeder eine Breite von 76,20 mm hat, wobei der Abstand der Mittellinien benachbarter Streifen 271 voneinander und der Hub der Hin- und Herbewegung 228,6 mm beträgt. Die Hin- und Herbewegung erfolgt in Richtung der Länge des Fensters (Fig. 13). ~

Zum Errechnen des spezifischen Widerstandes der von jedem Streifen der Kathodeneinheit aufzubringenden Schicht werden die mittle., - Lagen der Mittellinien der Streifen

-25-4 0 9 8 27/0954 ^r

gemäss Fig. 13 zu dem Umriss des Fensters 18 eingezeichnet. Der zweite Streifen von links wird damit den Bereich zwischen Linien A-A¹ und B-B^f bestreichen. In einem Abstand von jeweils 25,4 mm längs der Mittellinie wird der mittlere erforderliche spezifische Widerstand in Ohm/Square zwischen A-A' und B-B' aus Fig. 12 errechnet und dieser Vorgang -für jeden der Streifen 271 wiederholt, woraus sich die Werte der Fig. 13 ergeben. Die wirksame Breite der Streifen wird dann errechnet, um eine Schicht des gewünschten spezifischen Widerstandes zu erhalten, wobei die Zerstäubungsa-eit und die anderen Parameter der Verfahrensführung so gewählt werden,dass die volle Breite von 76,20 mm der Streifen einen spezifischen Widerstand von 6 Ohm/Square ergeben, der dem kleinsten eingetragenen Zahlenwert entspricht. Eine wirksame Breite von 38,10 mm ergäbe einen spezifischen Widerstand von 12 Ohm/Square und eine wirksame Breite von 19.05 mm einen spezifischen Widerstand von 24 Ohm/ lare usw. Die Platten 26 der Masken werden dann entsprechend Fig. 14 ausgebildet, um die veränderliche wirksame Breite der Streifen 271 über ihre Länge zu bestimmen. In Fig. 14 sind auch die erforderlichen Werte des spezifischen Widerstandes, die notwendigen wirksamen Breiten der Streifen und der entsprechende tatsächliche Abstand A zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 für den dritten Streifen

-26-

j -26-

; von links in Fig. 13 angegeben. Fig. 15 veranschauchlicirt^wie ! die Platten der Masken nach Fig. 5 eingestellt v/erden können, j uift die gleichen Änderungen der wirksamen Breite zu bewirken. ; Weitere Betriebsdaten sind folgende:

!Zusammensetzung der Kathode . 12,5 Gew% Zinn, ! 87,5 Gew% Indium

j Abstand der Kathode vom Substrat 38 mm

i _4

Druck im Vakuumkessel 2 χ 10 torr

Zerstäubungsdruck 6,5 x 10 torr

;Zusammensetzung des Gases 3,3% Sauerstoff,

j 96,7% Argon

Katho densp annung Katyhodenstrom Temperatur des Substrats Zerstäubungszeit

Fig. 16 zeigt zum Vergleich die erwünschten und die tatsächlichen spezifischen Widerstände an verschiedenen Stellen des Fensters, wobei sich eine Genauigkeit von etwa i 10% ergibt.

pie Übereinstimmung zwischen den erforderlichen und den tatsäch-

liehen Werten hält sich in annehmbaren »Grenzen. Wenn nach einer künstlichen Vereisung des Fensters bei -20⁰C ein Enteisen äurch elektrischen Strom durch die aufgebrachte Metalloxidschicht srfolgt, zeigte sich ein gleichmässiges Auftauen, wodurch die gleichmässige Verteilung der Heizwirkung nachgewiesen ist_c

-27-4Ό 9 8 27709 5 4

2,8	KV
1500	ElA
340	°C
28	Minuten

Anstelle der Verwendung von Masken gemäss den Fig. 3 bis 6, 8, 14 und 15 kann die wirksame Breite der Streifen auch dadurch "bewirkt v/erden, dass die Breite der einzelnen Streifen unterschiedlich gewählt wird oder dass sich die Breite der Streifen in ihrer Längsrichtung verjüngt. So können beispielsweise Sätze von Streifen mit zueinander parallelen Längsseiten, aber unterschiedlicher Breite verwendet werden wie auch mit verschiedenem Neigungswinkel der Seitenkanten versehene verjüngte Streifen. In allen Fällen werden diese Streifen aber auch hier vorzugsweise mit ihren Mittelachsen im gleichen Abstand voneinander angeordnet.

Fig. 17 zeigt eine derartig ausgebildete Katii^oden einheit aus Streifen 278, 279 und 280, bei denen sich sowohl .die Breite in ihrer Längsrichtung verringert und zugleich die Breite der aufeinanderfolgenden Streifen fortlaufend kleiner wird. Der "Abstand d zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen ist jedoch konstant. Mit einer derartigen Kathodeneinheit wird die Dicke und der spezifische Widerstand der gebildeten Schicht in Richtung des Pfeiles A durch die Verringerung der Breite zwischen aufeinander folgenden Streifen gestuft und in Richtung des Pfeiles B durch die Verjüngung in Längsrichtung der einzelnen Streifen, so dass die Gesamtstufung in Richtung des Pfeiles C verläuft, der zu den Richtungen A und B geneigt verläuft.

-28-

Die Fig. 18 und 19 veranschaulichen die Anwendung der Erfindung zur Steuerung der Dicke auf einen gleichmässigen Wert anstelle der Stufung. Es soll hier eine Schicht gleichmassiger Dicke auf eine gewölbte Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs aufgebracht werden, wozu die Vorrichtung gemäss Fig.2 verwendet wird. Die Kathodeneinheit besteht aus rechteckigen Streifen 271 einander gleicher Abmessungen, die im ;gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. In diesem Falle ist angenommen, dass die Windschutzscheibe nach Längs und Breite !gewölbt ist. Es ist bekannt, dass bei gleichen Bedingungen aller anderen Parameter die Dicke der niedergeschlagenen Schicht sich umgekehrt mit dem Abstand der Kathode vom Substrat ändert. Die Krümmung der Führungsschienen 42 (Fig. 2) gestattet den |Streifen 271 der Kathodeneinheit der Längskrümmung der Wind-

j schutzscheibe 311 zu folgen, jedoch können die Streifen nicht

mit der Querkrümmung der Windschutzscheibe in Übereinstimmung gebracht werden. Um die Bildung einer übermässig dicken Schicht an den Längskanten der Windschutzscheibe zu verhindern, die den Streifen 271 am nächsten liegen, sind Masken 70 vorgesehen, die eine entsprechende Änderung der wirksamen Breite der Streifen bewirken, um eine gleichmässige Dicke der Schicht zu erzielen.

409827/0954

Claims

-29-'
Patentansprüche

'Verfahren zum Niederschlagen einer durchsichtigen elektrisch leitenden Metalloxidschicht auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat durch Kathodenzerstäbung von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Metallstreifen, die senkrecht zu ihrer Länge ränd im wesentlichen parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Substrats hin- und herbewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der niedergeschlagenen Schicht über die Fläche des Substrats durch eine Anordnung der Kathode in der Weise gesteuert wird, dass die wirksame Breite der Metallstreifen auf die gewünschte Dicke der Schicht an dem von dem Streifen bei der Hin- und Herbewegung überstrichenen Bereich abgestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die wirksame Breite der Metallstreifen durch Anordnung von Masken an im gleichen Abstand zueinander liegenden Metallstreifen einander gleicher Abmessungen bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die wirksame Breite der Metallstreifen in deren Längsrichtung veränderlich eingestellt wird.

-30-4 0 9 8 2 7/0954
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch

gekennzeichnet, dass die v/irksame Breite an aufeinander folgenden Metallstreifen unterschiedlich eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^:

!zeichnet, dass die Steuerung der wirksamen Breite der Metall- i ; j

streifen durch Verwendung von Streifen unterschiedlicher Breite

i ¹ bewirkt wird.

!
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch !

gekennzeichnet, dass zur Steuerung der wirksamen Breite der _: ι Metallstreifen Metallstreifen mit sich über ihre Länge veränder- ι Ilicher Breite verwendet werden.

:
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Abstützung für das Substrat und einer : aus im wesentlichen parallel zueinader liegenden Metallstreifen

I bestehenden Kathodeneinheit, die durch einen Antrieb senkrecht zur Länge der Streifen und im wesentlichen parallel zur Gross- : fläche des Substrats hin- und herbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen so angeordnet sind, dass sie ! mit unterschiedlichen wirksamen Flächen verschiedenen zu be- ! schichtenden Teilen der Fläche des Substrats gegenüberliegen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Metallstreifen Einrichtungen zur änderung j der wirksamen Breite des Teils zugeordnet sind, der über eine 1 vorgegebene Fläche des Substrats hin- und herbewegt wird.

409827/0984 ~⁵¹""

' ■ .

ι -31-
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

j zeichnet, dass den einzelnen im gleichen Abstand parallel ; zueinander angeordneten Metallstreifen einander gleicher Ab-.

! messungen zur Änderung der wirksamen Breite sie überdeckende

Masken zugeordnet sind.

j
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekenn-

! zeichnet, dass die Masken für jeden Metallstreifen aus Paaren von Platten beiderseits der Längsseiten des Metallstreifens bestehen, die mit Abstand parallel zur wirksamen Fläche der Metallstreifen liegen und durch ihren Abstand voneinander die wirksame Breite bestimmen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch kennzeichnet, dass jede Maske aus mehreren für sich senkrecht ι zur Länge der Metallstreifen einstellbaren Elementen besteht. j
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

""■"-■■■ '

11, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Masken freigegebene wirksame Fläche der Metallstreifen in ihrer Längsrichtung veränderlich ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,· dadurch gekennzeichnet, dass die Masken an aufeinanderfolgenden Metallstreifen unterschiedliche wirksame Breite freilegen.

-32-4Q9827/Ö954

j -32- :
14. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ! zeichnet, dass die Kathodeneinheit aus Metallstreifen unterschiedlicher Breite besteht, deren Mittellängsachsen gleichen

; Abstand voneinander haben.
15. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 14, dadurch

J gekennzeichnet, dass die Metallstreifen eine in ihrer Längsi richtung sich verringernde Breite aufweisen.

409827/09S4

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