DE4207525A1

DE4207525A1 - Hochvakuum-beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE4207525A1
Application number: DE4207525A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinrich Dipl Ing Wenk
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: ITMI930025A1; DE4207525C2; GB2264955B; GB2264955A; GB9225407D0; US5254169A; ITMI930025A0; IT1271921B

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvakuum-Beschichtungsan lage zum Beschichten einer Folie, welche in einem durch mechanische Pumpen und zumindest einer Diffusionspumpe evakuierbaren Vakuumkessel von einer Vorratsrolle abge wickelt und über eine Beschichtungswalze zu einer Aufwickel rolle geführt wird, wobei unterhalb der Beschichtungs walze zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials eine Ver dampferbank angeordnet ist.

Beschichtungsanlagen der vorstehenden Art werden zum Be schichten von Folien mit einer Metallauflage eingesetzt und sind allgemein bekannt. Sie weisen eine auf Schienen verfahrbare Grundfahreinheit auf, welche mit einer Rezi pientenplatte dichtend gegen eine offene Stirnfläche des Vakuumkessels fahrbar ist. Auf der dann den Vakuumkessel begrenzenden Seite der Rezipientenplatte sind ein Auf wickler, ein Abwickler und oberhalb einer im Vakuumkessel ortsfest angeordneten Verdampferbank eine Beschichtungs walze für die Folie, ein Beschichtungsfenster und weitere Bauteile angeordnet. Zur Entnahme einer fertig beschich teten Folienrolle aus der Anlage und zum Einbringen einer Rolle mit der zu beschichtenden Folie fährt die Grund fahreinheit mit den von ihrer Rezipientenplatte getra genen Bauteilen aus dem Vakuumkessel heraus, so daß Auf wickler und Abwickler zugänglich werden.

Da während des Beschichtungsvorganges im Vakuumkessel Hochvakuum herrschen muß und das Volumen des Vakuumkes sels wegen der Abmessungen der zu beschichtenden Folie und der in ihm unterzubringenden verfahrenstechnischen Einrichtungen groß ist, dauert es nach dem Einfahren der Wickeleinheit und dem dichtenden Aufsetzen der Rezipien tenplatte auf die Stirnseite des Vakuumkessels relativ lange, bis in ihm das erforderliche Hochvakuum erzeugt ist. Abgesehen davon, daß eine solche Zeit nicht für die Produktion zur Verfügung steht, wird während der Abpump zeit durch die mechanischen Pumpen und die Diffusionspum pen relativ viel elektrische Energie verbraucht.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Hochva kuum-Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß nach dem Schließen ihres Vakuumkessels das für den Beschichtungsvorgang erforderliche Vakuum möglichst rasch und energiesparend erzeugt werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vakuumkessel durch eine Trennwand in eine die Vor ratsrolle und Aufwickelrolle aufweisende Wickelkammer und eine Beschichtungskammer aufgeteilt ist, welche die Ver dampferbank enthält und in die zumindest ein der Verdamp ferbank gegenüberliegender Bereich der Beschichtungswalze ragt, in welchem die Beschichtung der Folie erfolgt, daß die mechanischen Pumpen zum Evakuieren der Wickelkammer und der Beschichtungskammer angeordnet und die Diffusi onspumpe ausschließlich an der Beschichtungskammer ange schlossen ist.

Durch diese erfindungsgemäße Aufteilung des Vakuumkessels in eine Wickelkammer und eine Beschichtungskammer braucht die Diffusionspumpe nur noch das gegenüber dem Gesamtvo lumen des Vakuumkessels relativ geringe Volumen der Be schichtungskammer über das durch die mechanischen Vakuum pumpen erreichbare Maß zu evakuieren und nur dort ein Hochvakuum zu erzeugen. Deshalb kann nach dem Schließen des Vakuumkessels der Beschichtungsvorgang früher be ginnen als bei den bisher bekannten Anlagen, wodurch die Produktivität der erfindungsgemäßen Anlage höher wird und sie weniger elektrische Energie benötigt als bisherige Anlagen.

Die Beschichtungskammer kann besonders klein ausgebildet werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Vakuumkessel rechteckigen Querschnitt hat und die Verdampferbank außermittig nahe der Vorderwand des Vakuumkessels angeordnet ist.

Die Trennwand behindert nicht den Blick von der Vorder wand des Vakuumkessels durch ein Schauglas auf die Ver dampferbank, wenn sie im Vakuumkessel vom Kesselboden hinter der Verdampferbank hochgeführt und oberhalb der Verdampferbank über diese hinweg zur Kesselvorderwand verläuft.

Die Beschichtungswalze könnte vollständig in der Be schichtungskammer angeordnet sein. Besonders gering ist das Volumen der Beschichtungskammer, wenn gemäß einer an deren Weiterbildung der Erfindung die Trennwand oberhalb der Verdampferbank eine Durchbrechung aufweist, durch welches hindurch die Beschichtungswalze ragt. Bei einer solchen Ausführungsform bereitet es keine Schwierigkei ten, die Beschichtungskammer gegenüber der Wickelkammer ausreichend abdichten.

Reibungen zwischen der Folie und der Trennwand der Be schichtungskammer können vermieden werden, wenn die Be schichtungswalze mit ihrer Folie gegen den Rand der Durchbrechung durch eine Spaltdichtung berührungslos ab gedichtet ist.

Üblicherweise sind in Beschichtungsanlagen für Folien der Aufwickler und Abwickler nebeneinander und die Beschich tungswalze darunter zwischen dem Aufwickler und Abwickler angeordnet. Der Platz in einem durch eine Trennwand in Aufwickelkammer und Beschichtungskammer aufgeteilten Va kuumkessel wird besonders gut genutzt, so daß sein Ge samtvolumen klein sein kann, wenn der Aufwickler und Ab wickler übereinander und die Beschichtungswalze die Vor ratsrolle seitlich hierzu nahe der Vorderseite des Vaku umkessels angeordnet sind.

Die Trennwand erschwert das Herausfahren der Grund fahreinheit mit ihrem Aufwickler und Abwickler aus dem Vakuumkessel nicht, wenn sie als Teil der Grundfahrein heit ausgebildet und zwischen ihrer Lagerplatte und der Rezipientenplatte befestigt ist.

Beim Verfahren der Grundfahreinheit relativ zum Vakuum kessel kommt es zu einer Relativbewegung zwischen der Trennwand und der Wandung des Vakuumkessels. Um dabei eine Beschädigung der erforderlichen Dichtung zwischen der Trennwand und der Wandung des Vakuumkessels zu ver hindern, ist es vorteilhaft, wenn zur Abdichtung der Trennwand zur Wandung des Vakuumkessels hin eine aufblas bare und dadurch im Querschnitt veränderliche Schlauch dichtung vorgesehen ist. Eine solche Schlauchdichtung kann im nicht aufgeblasenen und dadurch nicht dichtenden Zustand eine wesentlich geringere Ausdehnung aufweisen, so daß viel Spiel zwischen der Dichtung und der Wandung ist und es deshalb beim Herausfahren der Grundfahreinheit auch bei groberen Toleranzen nicht zu einer Berührung zwischen diesen Teilen kommen kann.

Die Dichtung bläst sich beim Erzeugen des Vakuums von selbst auf und dichtet deshalb automatisch die Beschich tungskammer gegenüber der Wickelkammer ab, wenn gemäß ei ner anderen Weiterbildung der Erfindung der Innenraum der Schlauchdichtung eine Atmosphärenverbindung aufweist.

Der Abstand zwischen Schlauchdichtung und der ihr gegen überliegenden Wandung ist im nicht aufgeblasenen Zustand der Dichtung besonders groß, wenn die Schlauchdichtung einen Einbeulbereich hat, welcher bei gleichem Druck im Inneren der Schlauchdichtung und außerhalb von ihr auf grund der Elastizität der Schlauchdichtung eine in die Schlauchdichtung hineingebogene Stellung einnimmt.

Besonders vorteilhaft ist die Schlauchdichtung geformt, wenn sie die Form eines rechteckigen U-Profils hat und der eingebeulte Bereich sich zwischen den Schenkeln des U′s auf der Kesselwandung zugewandten Seite befindet.

Die Trennwand braucht nicht so stabil zu sein, daß sie der bei Ausfall von Vakuumpumpen oder Ventilen maximal möglichen Druckdifferenz zwischen der Wickelkammer und der Beschichtungskammer widerstehen kann, wenn in der Trennwand ein bei einer unzulässigen Druckdifferenz zwi schen der Wickelkammer und der Beschichtungskammer zu je weils niedrigeren Druckseite hin öffnendes Sicherheits ventil angeordnet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be schrieben. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Hochvakuum- Beschichtungsanlage nach der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Vakuumkessel der Beschichtungsanlage,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Dichtungs bereich innerhalb des Vakuumkessels.

Die Fig. 1 zeigt einen Vakuumkessel 1 rechteckigen Quer schnitts, in welchem das Beschichtungsverfahren abläuft. Rechts neben dem Vakuumkessel 1 ist eine Grundfahreinheit 2 angeordnet, welche auf Schienen 3 verfahrbar ist. Die Grundfahreinheit 2 hat eine Rezipientenplatte 4, welche sich durch Verfahren der Grundfahreinheit 2 nach links dichtend auf die rechte Stirnfläche des Vakuumkessels 1 aufsetzen läßt. Aus der Rezipientenplatte 4 ragen zum Va kuumkessel 1 hin ein Aufwickler 5 und ein Abwickler 6. Weiterhin ist in etwa auf halber Höhe zwischen dem Auf wickler 5 und Abwickler 6 eine Beschichtungswalze 7 und darunter ein Beschichtungsfenster 8 dargestellt. Wickel motoren 9, 10 auf der dem Vakuumkessel 1 abgewandten Seite der Rezipientenplatte 4 dienen dem Antrieb des Auf wicklers 5 und Abwicklers 6. Eine Lagerplatte 11 an der dem Vakuumkessel 1 zugewandten Seite der Grundfahreinheit 2 lagert die der Rezipientenplatte 4 abgewandten Enden des Aufwicklers 5 und Abwicklers 6. Um ein Kippen der Grundfahreinheit 2 aufgrund der in Fig. 1 vor seiner Re zipientenplatte 4 angeordneten Massen zu vermeiden, ist die Grundfahreinheit 2 an ihrer vordersten, dem Vakuum kessel 1 zugewandten obersten Stelle mit Rollen 12 in ei ner Schiene 13 abgestützt, welche oben aus dem Vakuumkes sel 1 herausführt.

Zur Evakuierung des Vakuumkessels 1 sind unterhalb des Vakuumkessels 1 zwei Diffusionspumpen 14, 15 angeordnet. Weiterhin befindet sich ein Satz mechanischer Pumpen 16, 16a, 17, 18 hinter dem Vakuumkessel 1. Zu Beginn eines Beschichtungsvorganges wird eine Rolle der zu beschich tenden Folie auf den Aufwickler 5 geschoben und die Folie dann über nicht gezeigte Umlenkwalzen und der Beschich tungswalze 6 zum Aufwickler 5 geführt. Dann fährt man die Grundfahreinheit 2 in den Vakuumkessel 1 hinein, bis ihre Rezipientenplatte 4 den Vakuumkessel 1 verschließt. An schließend evakuiert man den Vakuumkessel 1 mit den me chanischen Pumpen 16-18 und einen Teilbereich mit den Diffusionspumpen 14, 15.

Die Fig. 2 zeigt schematisch im Vakuumkessel 1 den Ab wickler 6 und darüber den Aufwickler 5. Weiterhin ist zu sehen, daß sich die Beschichtungswalze 7 vor dem Aufwick ler 5 und dem Abwickler 6 in etwa in halber Höhe zwischen diesen befindet. Zu beschichtende Folie 20 läuft von ei ner auf dem Abwickler 6 angeordneten Vorratsrolle 21 über die Beschichtungswalze 7 zu einer Aufwickelrolle 22 auf dem Aufwickler 5.

Ortsfest im Vakuumkessel 1 ist an ihrer Vorderwand 23 an grenzend eine Verdampferbank 24 angeordnet. Aus ihm dampft das Beschichtungsmaterial durch das Beschichtungs fenster 8 gegen einen Beschichtungsbereich 25 der Folie 20 auf der Beschichtungswalze 7.

Wichtig für die Erfindung ist eine von der Grundfahrein heit 2 gehaltene Trennwand 26, welche bei in den Vakuum kessel 1 eingefahrener Grundfahreinheit 2 den Vakuumkes sel 1 in eine relativ große Wickelkammer 27 und eine we sentlich kleinere Beschichtungskammer 28 unterteilt. In dieser Beschichtungskammer 28 sind die Verdampferbank 24 und das mit der Grundfahreinheit 2 verfahrbare Beschich tungsfenster 8 angeordnet. Weiterhin ragt von oben her durch eine Durchbrechung 29 der Trennwand 26 ein den Beschichtungsbereich 25 bildender unterer Teil der Be schichtungswalze 7 in die Beschichtungskammer 28, wobei eine Spaltdichtung 30 und das Beschichtungsfenster 8 für eine ausreichende Abdichtung gegenüber der Wickelkammer 7 sorgen.

Die in Fig. 2 schematisch angedeuteten Diffusionspumpen 14, 15 sind ausschließlich mit der Beschichtungskammer 28 verbunden, während die mechanischen Pumpen 16, 17, 18 und 16a, 17a und 18a zum Evakuieren der Wickelkammer 27 und der Beschichtungskammer 28 dienen. Um bei einem Ausfall von Pumpen 14-18 oder einer anderen Störung zu verhin dern, daß die Trennwand 26 mit einer hohen Druckdifferenz beaufschlagt wird, ist in ihr ein Sicherheitsventil 31 angeordnet, welches bei einer zu hohen Druckdifferenz zur jeweiligen Seite des geringeren Druckes zu Öffnen vermag.

Zur Abdichtung der Trennwand 26 zur Vorderwand 23 und der übrigen Wandung des Vakuumkessels 1 dient eine in Fig. 3 im Querschnitt dargestellte Schlauchdichtung 32. Diese hat zwischen zwei parallelen, seitlichen Schenkeln 33, 34 einen Einbeulbereich 36. Bei gleichem Druck im Inneren der Schlauchdichtung 32 und außerhalb von ihr nimmt der Einbeulbereich 36 die dargestellte, eingebeulte Stellung ein, so daß die Schlauchdichtung 32 guten Abstand von ei ner Wandfläche 37 hat, zu der hin sie bei Vakuum im Vaku umkessel 1 abdichten soll.

Die Schlauchdichtung 32 hat eine in sie hineinführende Atmosphärenverbindung 35, so daß in ihr stets der Atmo sphärendruck herrscht. Wenn in dem Vakuumkessel 1 Unter druck erzeugt wird, dann drückt der Atmosphärendruck den Einbeulbereich 36 nach außen gegen die Wandfläche 37, was strichpunktiert dargestellt wurde. Auf diese Weise ent steht nur bei Unterdruck im Vakuumkessel 1 eine Dichtwir kung.

Bezugszeichenliste

1 Vakuumkessel
2 Grundfahreinheit
3 Schiene
4 Rezipientenplatte
5 Aufwickler
6 Abwickler
7 Beschichtungswalze
8 Beschichtungsfenster
9 Wickelmotor
10 Wickelmotor
11 Lagerplatte
12 Rolle
13 Schiene
14 Diffusionspumpe
15 Diffusionspumpe
16 mechanische Pumpe
17 mechanische Pumpe
18 mechanische Pumpe
19 mechanische Pumpe
20 Folie
21 Vorratsrolle
22 Aufwickelrolle
23 Vorderwand
24 Verdampferbank
25 Beschichtungsbereich
26 Trennwand
27 Wickelkammer
28 Beschichtungskammer
29 Durchbrechung
30 Spaltdichtung
31 Sicherheitsventil
32 Schlauchdichtung
33 Schenkel
34 Schenkel
35 Atmosphärenverbindung

36 Einbeulbereich
37 Wandfläche

Claims

1. Hochvakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Folien, welche in einem durch mechanische Pumpen und zu mindest einer Diffusionspumpe evakuierbaren Vakuumkessel von einer Vorratsrolle abgewickelt und über eine Be schichtungswalze zu einer Aufwickelrolle geführt wird, wobei unterhalb der Beschichtungswalze zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials eine Verdampferbank angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumkessel (1) durch eine Trennwand (26) in eine die Vorratsrolle (21) und Aufwickelrolle (22) aufweisende Wickelkammer (27) und eine Beschichtungskammer (28) aufgeteilt ist, welche die Verdampferbank (24) enthält und in die zumindest ein der Verdampferbank (24) gegenüberliegender Bereich der Be schichtungswalze (7) ragt, in welchem die Beschichtung der Folie (20) erfolgt, daß die mechanischen Pumpen (16-18) zum Evakuieren der Wickelkammer (27) und der Be schichtungskammer (28) angeordnet und die Diffusionspumpe (14, 15) ausschließlich an der Beschichtungskammer (28) angeschlossen ist.

2. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Vakuumkessel (1) rechtecki gen Querschnitt hat und die Verdampferbank (24) außermit tig nahe der Vorderwand (23) des Vakuumkessels (1) ange ordnet ist.

3. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (26) im Vakuumkessel (1) vom Kesselboden hinter der Verdampfer bank (24) hochgeführt und oberhalb der Verdampferbank (24) über diese hinweg zur Vorderwand (23) des Vakuumkes sels (1) verläuft.

4. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß die Trennwand (26) oberhalb der Verdampferbank (24) eine Durchbrechung (29) aufweist, durch welche hindurch die Beschichtungswalze (7) ragt.

5. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß die Beschichtungswalze (7) mit ihrer Folie (20) gegenüber dem Rand der Durchbrechung (29) durch eine Spaltdichtung (30) berührungslos abge dichtet ist.

6. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwickler (5) und Abwickler (6) übereinander und die Beschichtungswalze (7) seitlich hierzu nahe der Vorder wand (23) des Vakuumkessels (1) angeordnet sind.

7. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (26) als Teil der Grundfahreinheit (2) aus gebildet und zwischen ihrer Lagerplatte (11) und der Re zipientenplatte (4) befestigt ist.

8. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Trennwand (26) zur Wandung des Vakuum kessels (1) hin eine aufblasbare und dadurch im Quer schnitt veränderliche Schlauchdichtung (32) vorgesehen ist.

9. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Schlauchdich tung (32) eine Atmosphärenverbindung (35) aufweist.

10. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß die Schlauchdichtung (32) einen Einbeulbereich (36) hat, welcher bei gleichem Druck im Inneren der Schlauchdichtung (32) und außerhalb von ihr aufgrund der Elastizität der Schlauchdichtung (32) eine in die Schlauchdichtung (32) hineingebogene Stellung ein nimmt.

11. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß die Schlauchdichtung (32) die Form eines rechteckigen U-Profils hat und der Einbeulbe reich (36) sich zwischen den Schenkeln (33, 34) des U′s auf der Kesselwandung zugewandten Seite befindet.

12. Hochvakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (26) ein bei einer unzulässigen Druck differenz zwischen der Wickelkammer (27) und der Be schichtungskammer (28) zur jeweils niedrigeren Druckseite hin öffnendes Sicherheitsventil (31) angeordnet ist.