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Mittel zur Bildung einer Dichtung und Vorrichtung zur Ablagerung eines
Metalls auf einem leitenden Substrat Die erfindung betrifft Mittel zur Bildung einer
Dichtung und eine Vorrichtung zur Ablagerung eines Metalls auf einem leitenden Substrat.
Die Dichtung soll zwischen einer Wand eines Gehäuses und einem langogestreckten
Glied vorgesehen sein, das sich durch ein Loch in der ligand erstreckt.
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Die Mittel gemäß der erfindung sind gekennzeichnet durch einen ersten
ringförmigen Körper, der sich um das Glied so herum erstreckt, daß mit diesem ein
Ringraum gebildet wird, wobei der erste Körper so an der Wand befestigt ist, daß
ein Dichtring zwischen dem Körper und einer Region der Wand eingeschlossen wird,
die das Loch umschließt, ein erstes Widerlager, das das Ende des Raums an der Wand
schließt, eine elastische Ringbuchse, die in dem Raum aufgenommen ist, einen zweiten
ringförmigen Körper, der sich um das Glied erstreckt und zum Anlegen an den ersten
Körper vorgesehen ist, derart, daß ein zweites Wçiderlager, das sich am gegenüberliegenden
ttde des Raums befindet, zum ersten Widerlager hin gedrückt wird, derart, daß die
Buchse zwischen den Widerlagern zusammengedrückt und in eine dichtende Anlage an
das Glied und an den ersten Körper gedrückt wird.
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Vorzugsweise ist das erste 'kiderlager durch eine erste Hülse gebildet,
die sich durch das Loch um das Glied herum erstreckt und eine Partie hat, die an
der Wand durch den ersten Körper festgehalten wird.
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Vorzugsweise sitzt die Partie der ersten Hülse zwischen dem Dichtring
nnd dem ersten Körper, derart, daß der Dichtring in dichtender Anlage an der Wand
und an der Partie der ersten Hülse liegt.
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Vorzugsweise sind die beiden Körper in einem Gewindeeingriff miteinander.
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Vorzugsweise ist das zweite Widerlager durch eine zweite Rülse gebildet,
die gleitend auf dem Glied sitzt und zur ersten Hülse hin bewegbar ist, wenn der
zweite Körper in einen Gewindeeingrif mit dem anderen Körper bewegt wird.
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Vorzugsweise ist das Glied elektrisch leitend und bildet eine elektrische
Verbindung durch die Wand hindurch.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur
Ablagerung eines Metalls auf einem leitenden Substrat, und die Vorrichtung ist gekennzeichnet
durch eine Kammer, Mittel zur Verringerung des Drucks in der Kammer, Mittel zur
Ermöglichung der inleitung eines ionisierbares Gases in die Kammer, einen leitenden
Support zum Tragen des Substrats in der Kammer, ein langgestrecktes leitendes Glied,
das sich durch eine Loch in einer Wand der Kammer erstreckt und zur Verbindung des
Supports mit einem außen liegenden Stromanschluß dient, derart, daß im Betrieb das
Substrat eine Kathode eines Hochspannungs-Stromkreises bildet, wobei die Anode des
Stromkreises im Abstand von der Kathode liegt und eine rXr regung des Xtroskreises
im Betrieb zur Ionisierung des Gases zum Bewirken einer Reinigung des Substrats
dient, Mittel, wie vorstehend beschrieben, zur Bildung einer Dichtung zwischen der
Wand und dem Glied, einen Träger für das in der Kammer aufgenommene Metall
und
eine Elektronenstrahl-3eschießungsvorrichtirng zum Verdampfen des von dem Träger
aufgenommenen Mctalis, derart, daß eine hblagerung des Metalldampfs im Betrieb auf
dem gereinigten Substrat ermöglicht wird, wobei die Beschießungsvorrichtung so dem
Träger gegenüber angeordnet ist, daß der von der Beschießungsvorrichtung im Betrieb
kommende Elektronenstrahl längs einer allgemein geraden Linie dem Träger gegenüber
zum Verdampfen des Metalls wandert.
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Vorzugsweise befindet sich der Support in der Kammer an einer Stelle,
die zwischen dem Träger und der Beschießungsvorrichtung liegt.
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Vorsugssweise sitzt die Beschießungsvorrichtung allgemein vertikal
über dem Träger.
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Vorzugsweise ist die Beschießungsvorrichtung eine Glühentladungsbe
schießungsvorrichtung.
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Zweckmäßigerweise ist die Kammer elektrisch leitend und bildet die
Anode des Hochspannumgs-Stromkreises.
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Vorzugsweise hat das leitende Glied die Form eines Rohrs, das ein
Wärmeaus tauschmedium zum Kühlen des Substrats enthält.
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Vorzugsweise ist das Rohr an mehreren weiteren leitenden Rohren befestigt,
die ebenfalls ein Xårmeaustauschmedium zum Kühlen des Substrats enthalten, derart,
daß in der Kammer ein Rahmenwerk gebildet wird, das den Substratsupport bildet.
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Die Erfindung ist nachstehend an Rand der Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen sind: Fig. 1 eine schematische Wiedergabe der Vorrichtung zur
Ablagerung eines Metalls auf einem leitenden Substrat, Fig. 2 ein Schnitt durch
die Elektronenstrahl-Beschießungsvorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung
Fig.
3 eine Seitenansicht des Substratsupports der Vorrichtung, Fig. 4 und 5 Finzelheiten
des Supports aus Fig. 3, Fig. 6 eine Schnittdarstellung der Anordnung zur Bewirkung
einer Kühlung und zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit dem Substrat und
Fig. 7 ein Schnitt durch eine Einrichtung zur Abdichtung jedes der Löcher in der
Kammer, durch die die in Fig. 6 gezeigten Rohre führen, die leitend sind.
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Die Vorrichtung weist eine Kammer 11 aus nichtrostendem Stahl auf,
die allgemein die Form eines WErfels hat, wobei die Länge jeder Seitenwand des Würfels
20 Zoll (508 mm) beträgt. In die Seitenwände sind jeweils austauschbare Abdeckungen
12 eingeformt, durch die die Verbindungen zu den verschiedenen Teilen in der Kammer
geführt werden. In der Kammer 11 durch einen Sockel 13 ist ein wassergekühlter Tiegel
14 abgestützt, der im Betrieb ein abzulagerndes Metall aufnimmt und der mit einer
Leitung 15 verbunden ist, durch die im Betrieb Kühlwasser zugeleitet wird. Der Tiegel
14 sitzt an der Seitenwand der Kammer, die am untersten liegt, wenn die Vorichtung
in Betrieb ist, während eine BlektronensQrahl-Beschießungsveinrichtung 16 an der
Abdeckung 12 sitzt, die die gegenüberliegende Seitenwand der Kammer verschleßt.
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Wie am besten aus Fig. 2 erssichtlich ist, weist die Einrichtung 16
einen allgemein zylindrischen Stahlmantel 17 auf, der so angeordnet st, daß seine
Achse sich sm wesentlichen vertikal erstreckt, und der so abgestuft ist, daß eine
enge Partie z und eine weite Partie 17b gebildet werden. Die weite Partie 17b ist
einstückig mit einen nach innen vorstehenden zylindrischen Zapfen 18 ausgebildet,
der die Anode der BeschieBungseinrichtung bildet und der die Aluminiumkathode 19
der Einrichtung trägt, jedoch gegen diese isoliert ist. Der Zapfen 18 liegt koaxial
zur engen Partie 17a, und im Betrieb geht der von der Kathode 19 kommende Elektronenstrahl
durch ein Loch 22, das in die Basis der Kappe eingeformt ist und deas in der Avehse
der engen Partie liegt. Die Partie 17a, die eine Länge von etwa 10
Zoll
hat (254 mm), bildet einen iasserkühlungsmantel 23 und trägt die Bündelungs- und
Ablenkungsspulen 24 bzw. 25 der Beschießungseinrichtung. Darüber hinaus steht die
enpe Partie 17a mit einem Loch 12a in Verbindung, das in die zugehörige Abdeckung
12 eingeformt ist, um vertikal über dem Tiegel 14 zu liegen. Im Betrieb richtet
die Sinrichtung 16 also einen Llektronenstrahl längs einer allgemein vertikalen
geraden Linie zum Tiegel 14 hin.
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Die in den rZeichnunoen dargestellte Beschießungsvorrichtung ist eine
Glühentladungseinrihtung, und folglich enthält im Betrieb die weite Partie 17b ein
Inertgas, zweckmäßigerweise Helium, unter reduziertem Druck, typischerweise 400
Itikron Vuecksilber. Die weite partie 17b ist deshalb mit einer Leitung 26 zur Verbindung
mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) und mit einem einlaß 27 für das Inertgas
versehen. Tatsächlich enthält die Kammer 11 im Betrieb ein anderes Inertgas, zweckmäßigerweise
regen unter reduziertem Druck, und folglich ist sie ebenfalls mit einem Inertgaseinlaß
(bei 28 gezeigt) und mit Mtteln (nicht dargestellt) zur Verbindung mit einer Vakuumpumpe
versehen. Typischerweise muß der Druck in der Kammer 11 zwischen 10 und 50 Mikron
Quecksilber betragen, und folglich ist er niedriger als in der Glühentladung innerhalb
der Partie 1R7b der Sinrichtung Is.
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Das Vorsehen der langgestreckten Engen Partie 17a zwischen der Partie
17b und der Kammer 11 ermöglicht jedoch, uaB diese Druckdifferenz ohne weiteres
aufrechterhalten werden kann.
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In der Kammer 11 allgemein in der Mitte zwischen dem Tiegel 14 und
dem Loch 12a befindet sich ein thermisch und elektrisch leitendes Rahmenwerk 29
zum Abstützen des zu metallisierenden Substrats. Das Rahmenwerk 29 ist in seinen
Einzelheiten in Fig. 3 gezeigt und besteht aus vier parallelen, im Abstand angeordneten
Kupferrohren 31 (von denen nur zwei gezeigt sind), und diese sind durch sechs weitere
Kupferrohre 32 (von denen nur vier gezeigt sind) miteinander verbunden, so daß bei
Blick in Richtung des Pfeile A in Fig. 3 die Rohre 31 in den Ecken eines Trapezes
liegen.
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Die Rohre haben eine Länge von 30 Zoll (762 mm) und einen Durchmesser
0,
375 Zoll (9,525 mm) und erstrecken sich durch jeweilige Löcher (nicht dargestellt)
in einer der hbdeckungen 12, wobei die Löcher durch die in Fig. 7 gezeigte Uinrichtung
abgedichtet sind. Die Rohre 32 sind sechs Zoll (152 mm) lang und haben einen Durchmesser
von Q,5 Zoll (12,7 rE) und sind mechanisch und thermisch in Kontakt mit den Rohren
31 durch die in Fig. 5 gezeigten Spanneinrichtungen gehalten. Jede Spanneinrichtung
weist einen Körper 33 auf, der aus einer Eupfer/Aluminiumlegierung besteht und der
eine erste und eine zweite Bohrung 34 bzw. 35 aufweist die zueinander rechtwinklig
angeordnet sind. Die Bohrungen 34, 35 jedes Körpers 3 haben ausreichend große Durchmesser,
um gleitend die Rohre 31, 32 aufzunehmen, die Durchmesser-der Bohrungen können jedoch
verinert werden, so daß der Körper die Rohre ergreift und zwar durch Schrauben (nicht
dargestellt), die in weiteren Bohrungen 36 aufgenommen sind. Darüber hinaus weist
das Rahmenwerk 29 mehrere Substratsupportglieder 37 auf, die in ihren Einzelheiten
in Fig. 4 gezeigt sind und die ebenfalls aus einer Kupfer/Aluminiumlegierung gebildet
sind. Jedes S'ipportglied 37 ist so angeordnet, daß es gleitend auf einem der Rohre
72 angeordnet werden kann und dann durch eine Schraube (nicht dargestellt) in der
vorgesehenen Lage festgeklemmt werden kann, und das dient auch dazu, daß das Supportglied
veranlaßt wird, ein zu metallisierendes Substrat zu ergreifen. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel müssen mehrere Turbinenläuferschaufeln 38 metallisiert werden,
und jedes Supportglied 37 ist durch Funkenspangebung so ausgebildet, daß es die
Wtirzelpartie einer betreffenden Läuferschaufel aufnimmt.
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Die Rohre 31, 32 sind marktgängige Artikel, die von der Firma Solek
Limited als "k;tårmerohre" geliefert werden und die die in Fig. 6 gezeigte Form
haben. Jedes Rohr ist also an seinen gegenüberliegenden Enden versiegelt und ist
an der Innenseite mit einer Faserschicht 39 ausgekleidet. Darüber hinaus enthält
jedes Rohr ein Wämrmeaustauschmedium, beispielsweise Wasser oder einen Alkohol.
Es versteht sich also, daß die Rohre 31 eingesetzt werden können, um Warme aus dem
Inneren der Kammer 11 nach außen austauschen können und damit für eine Kühlung des
Substrats 38 sorgen. Weil außerdem die Rohre 31, 32 aus Kupfer gebildet sind, können
sie eingesetzt werden, um elektrische Verbindungen zu schaffen, die im Betrieb zu
dem Substrat 38 hergestellt werden müssen.
Die Art und Weise, wie
dieser Doppeltzweck erreicht wird, ist in Fig. 6 gezeigt. Das Ende jedes Rohrs 31,
das aus der Kammer 11 vorsteht, ist also im strammen Sitz in einem Ende eines betreffenden
Kupferrohrs 41 aufgenommen, das von einem Kühlmantel 42 umschlossen ist, durch den
im Betrieb kaltes Wasser umgewälzt wird. An dem gegenüberliegenden Ende nimmt jedes
Rohr 41 ein Hochspannungskabel 43 auf, dessen eines Ende des Kupferkerns 44 freigelegt
ist und durch eine Schraube 45 in mechanische und elektrische Verbindung mit einem
inneren Ringflansch 46 gebracht ist, der einstückig mit dem Rohr 41 ausgebildet
ist. Das Kabel 43 ist deshalb elektrisch mit dem betreffenden Rohr 31 und folglich
durch die Rohre 31, die Spanneixnichtungen 33 und die Supportglieder 37 mit den
Substraten 38 verbunden.
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Darüber hinaus wird während der Metallablagerung erzeugte Wärme durch
das Austauschmedium längs der Rohre 31 gefördert, um durch das Wasser abgekühlt
zu werden, das durch die Mäntel 42 fließt, wobei die gekühlte wlüssigkeit dann durch
die Faserschichten 39 zuruckiSkehrt.
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GemäS Fig. 7 weist die Einrichtung zur fierstellung einer Dichtung
zwischen jedem Rohr 31 und der zugehörigen Abdeckung 12 eine erste Hülse 44 aus
Polytetrafluoräthylen auf, die von dem Rohr getragen ist und sich durch das betreffende
Loch in der Abdeckung 12 erstreckt, um einen einstückigen Ringflansch 44a zu bilden,
der an der Außenwand der Abdeckung liegt. Um dieses Rohr 31 zur Bildung eines ringförmigen
Raums 46 damit erstreckt sich terner ein ringförmiger Körper 46 aus nichtrostendem
Stahl, der durch drei im gleichen Winkelabstand angeordnete Schrauben 47 (von denen
nur eine gezeigt ist) an der Abdeckung befestigt ist, um den Flansch 44a gegen die
Außenseite der Abdeckung zu klemmen, während zur gleichen Zeit ein Dichtring 48
zwischen dem Flansch 44a und der Region der Außenseite der Abdeckung 12 zusammengedrückt
wird, die das betreffende Loch umschließt. Der Dichtring 48 bildet damit eine mediumdichte
Abdichtung zwischen der Abdekkung 12 und dem Flansch 44a und dem Körper 45.
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In dem Raum 46 ist eine ringförmige, aus Kunstgummi hergestellte Buchse
49 aufgenommen, die sich an einem Ende gegen die Hülse 44 legt, während sie sich
an ihrem anderen Ende gegen eine zweite Hülse 51 aus
Polytetrafluoräthylen
legt, die gleitend auf dem Rohr 31 sitzt. Die Außenseite der Hülse 51 ist abgestuft,
um eine ringförmige Schulter 52 zu bilden, gegen die sich eine ringförmige Messingsmutter
52x legt, die eine mit Innengewinde versehene Manschette 54 hat, welche kompelementär
zu einer mit Außengewinde versehenen Partie 55 des Körpers 45 ist. Um eine Herstellung
der Dichtung zwischen der Abdeckung 12 und dem Rohr 71 zu fervollständigen, wird
die Manschette 54 der Mutter 53 also auf die Partie 55 geschraubt, so daß die Hülse
51 in den Raum 46 zur Rülse 44 hin bewegt wird, um die Buchse 49 zusammenzudrükken.
Die Buchse wird damit in eine Anlage an das Rohr 31 und an die Innenseite des Körpers
45 gedrückt, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen ihnen zu schaffen. Weil
die Hülsen 13, 14 außerdem aus Polytetrafluoräthylen gebildet sind, stellt auch
die beschriebene Einrichtung sicher, daß das Rohr 31 gegen die Wand 11 isoliert
ist.
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Wenn im Betrieb eine Metallisierung vorgenommen werden soll, werden
die Substrate 38 durch die betreffenden Supportglieder 37 in die vorgesehene Lage
in der Kammer gebracht und in einen Hochspannungsstromkreis durch die Rohre 31,
32 und das Kabel 43 eingeschaltet. Die Substrate bilden die Kathode des tromkreises,
und sie befinden sich typischerweise unter einer negativen Spannung von 2.500 Volt
in bezug auf die Kammer 11, die die geerdete Anode des Stromkreises bildet. Die
Kammer 11 und der Mantel 17 werden dann unter Vakuum gesetzt und anschließend mit
reinem Argon auf die vorstehend angegebenen Drücke aufgefüllt, und danach wird die
Stromquelle des Hochspannungsstromkreises eingeschaltet, um um die Kathode herum
eine Glühentladung zu bewirken. Die Oberfläche jedes Substrats 38 wird dadurch durch
positiv ionisierte Partiekel des Argons beschossen, die dazu dienen, eventuelle
Oberflächenverunreinigungen vom Substrat zu entfernen. Wenn die Oberflächenreinigung
abgeschlossen ist, wird die Beschießungseinrichtung 16 eingeschaltet, um einen Elektronenstrahl
auf das Metall zu richten, das im 'pegel 14 enthalten ist. Das Metall wird dadurch
in die Glühentladung verdampft, und dort ionisiert ein Teil des Metalls und wird
dann zusammen mit nicht ionisiertem Metalldampf auf die gereeinigten Flächen der
Substrate abgelagert.
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