DE4309717C2

DE4309717C2 - Verfahren zum Aufdampfen einer Schicht

Info

Publication number: DE4309717C2
Application number: DE19934309717
Authority: DE
Inventors: Reinhard Fischer; Siegfried Kleyer
Original assignee: Unaxis Deutschland Holding GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2013-03-26
Also published as: DE4309717A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufdampfen einer Schicht mit zumindest zwei Bereichen unterschiedlicher Schichtdicke auf einem Substrat, insbesondere zur Her stellung eines Wickelkondensators.

Bei der Herstellung metallfreier Streifen auf einer Foli enbahn ist es bekannt, mittels eines Ölverdampfers einen Ölstreifen auf der Folienbahn aufzudampfen, was bei spielsweise die DE-C-41 00 643 zeigt. Bei der nachfol genden Metallisierung im Beschichtungsfenster beginnt diese Ölschicht zu verdampfen und verhindert auf diese Weise die Kondensation von Metalldampf, also die Metall beschichtung, in diesem Bereich.

Zur Herstellung von Wickelkondensatoren verwendet man zu mindest zwei aufeinanderliegende, auf einer Seite mit ei ner Schicht aus Metall überzogene Streifen eines Dielek trikums (Kunststoff-Folie oder Papier), welche mit ihrer Metallschicht in gleiche Richtung weisend aufeinanderge legt und auf einen gemeinsamen Kern gewickelt werden. Die beiden aufeinanderliegenden Streifen sind derart metalli siert, daß der eine auf der rechten Längsseite und der andere auf der linken Längsseite einen unmetallisierten Rand aufweist. Der äußere Kontakt zu den Metallschichten, welche die Kondensator-Elektrodenflächen darstellen, wird derart hergestellt, daß auf beiden Stirnflächen der ge wickelten Streifen ein Metall aufgesprüht wird (sogenann ter Schoopkontakt) Wegen der abwechselnden, unmetallisierten Ränder der metallisierten Streifen ist jeweils nur einer der beiden gewickelten Streifen mit einem der beiden Schoopkontakte verbunden.

Die im Vakuum aufgedampften Metallschichten müssen einer seits hinreichend dick sein, um eine gute Verbindung zu den Schoopkontakten zu gewährleisten, andererseits aber hinreichend dünn sein, um eine gute Ausheilfähigkeit des Kondensators zu ermöglichen. Unter Ausheilfähigkeit ver steht man die Eigenschaft, daß ein innerer, elektrischer Kurzschluß zwischen den Elektroden einen Lichtbogen er zeugt, der die Metallschicht in der Umgebung der Kurz schlußstelle verdampft und dadurch die Kurzschlußstelle isoliert. Eine gute Ausheilfähigkeit erfordert es, daß zumindest eine der Metallschichten dünn ist, so daß das Metall im Bereich des Kurzschlusses rasch und vollständig verdampfen kann. Bei dünnen Metallschichten ist es jedoch schwierig, diese von den Stirnseiten des Wickelkondensa tors her mit den Schoopkontakten elektrisch zu kontaktie ren. Deshalb versieht man die aufgedampften Schichten je weils dort, wo sie bis an den Rand des Streifens reichen, mit einer Randverstärkung, was jedoch insbesondere bei der Metallisierung mit Aluminium erhebliche fertigungs technische Schwierigkeiten mit sich bringt.

Derzeit werden solche Randverstärkungen in Vakuumbe schichtungsanlagen dadurch erzeugt, daß man nach dem Auf dampfen einer Schicht mit geringer Schichtdicke diese mit einer Maske abdeckt, welche nur in dem Bereich ein Be schichtungsfenster hat, in dem die Schichtdicke noch wachsen soll. Solche Maskierungen sind sehr teuer, weil sie wegen der verminderten Wärmeleitfähigkeit an dem Fen ster direkt wassergekühlt sein müssen und zur Vermeidung von Schatteneffekten die Beschichtungsfenster angefast sein müssen. Hinzu kommt, daß die Fenster durch konden sierenden Metalldampf allmählich zuwachsen. Insbesondere bei schmalen Randbereichen mit größerer Schichtdicke und damit schmalen Beschichtungsfenstern kommt es in der Pra xis sehr rasch zu einem solchen Zuwachsen. Deshalb müssen die Beschichtungsanlagen in sehr kurzen Zeitabständen stillgesetzt und gereinigt werden, was bei schmalen Be schichtungsfenstern die wirtschaftliche Anwendung der Maskierungstechnologie ausschließt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Aufdampfen einer Schicht unterschiedlicher Schicht stärke zu entwickeln, welches kontinuierlich über längere Zeit ausgeführt werden kann, ohne daß die Produktionsan lage für Reinigungszwecke stillgesetzt werden muß.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung eines Bereiches verminderter Schichtdicke dieser vor dem Aufdampfen mit einer beim Aufdampfen der Schicht verdampfenden Ölschicht einer solchen Stärke überzogen wird, daß der Beschichtungsvorgang in Abhängig keit von der gewünschten Schichtdicke mehr oder weniger verzögert nach dem Verdampfen der Ölschicht eintritt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das ansich be kannte Aufbringen von Öl zu einem neuen Zweck benutzt. Bislang wurde Öl dazu eingesetzt, durch Aufdampfen einer Ölschicht in festgelegten Bereichen dort das Auftragen von Metall zu verhindern. Gemäß dem Verfahren wird eine solche Menge Öl aufgebracht, daß diese im Beschichtungs fenster innerhalb einer festgelegten Zeit verdampft und danach in dem ursprünglich mit Öl beschichteten Bereich ebenfalls eine Beschichtung mit dem Beschichtungsmaterial stattfindet. Da diese Beschichtung gegenüber den übrigen Bereichen erst mit Verspätung einsetzt, entstehen gerin gere Schichtdicken als in den Bereichen, die vorher nicht mit Öl bedampft waren oder eine Ölspur geringerer Schichtdicke aufwiesen. Dank dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man somit problemlos durch Aufbringen einer mehr oder minder großen Schichtdicke von Öl in gewünsch ten Bereichen unterschiedlich dicke Schichten mit Be schichtungsmaterial erzeugen. Da im Gegensatz zu der Mas kierungstechnik hierbei keine Gefahr eines Zuwachsen von bestimmten Bereichen besteht, eignet sich das erfindungs gemäße Verfahren insbesondere für die Beschichtung langer Folienbahnen.

Anzumerken ist, daß die Begriffe "Öl" oder "Ölverdampfer" nicht wörtlich zu verstehen sind. Für das erfindungsge mäße Verfahren kommt es darauf an, daß auf bestimmte Be reiche des Substrates ein Material aufgebracht wird, wel ches bei der anschließenden Beschichtung im Beschich tungsfenster mit dem Beschichtungsmaterial verdampft und dadurch für eine Zeit lang den Materialauftrag aus schließt.

Bei der Herstellung von mit Metall beschichteten Folien bahnen für Wickelkondensatoren kann man für das erfin dungsgemäße Verfahren gebräuchliche Vakuum-Beschichtungs anlagen verwenden, wenn das Substrat eine über ein Be schichtungsfenster eines Verdampfers geführte Folienbahn ist und die Ölschicht durch einen Ölverdampfer aufge bracht wird.

Die Schichtstärke der Ölschicht und damit die Schicht stärke der nach ihrer Verdampfung aufgedampften Schicht kann auf einfache Weise durch Steuerung der Heizleistung des Ölverdampfers eingestellt werden.

Unterschiedliche Schichtdicken über die Breite einer Fo lienbahn können gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens dadurch erzeugt werden, daß über die Breite der Folien bahn mehrere, in ihrer Heizleistung unabhängig voneinan der steuerbare Ölverdampfer eingesetzt werden.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß zur Verände rung der Schichtstärke der aufgebrachten Ölschicht die Austrittsöffnungen des Ölverdampfers verändert werden.

Unterschiedliche Austrittsöffnungen können mit geringem Aufwand ohne Austausch des gesamten Ölverdampfers einge setzt werden, wenn ein Ölverdampfer mit einer austausch baren, die Austrittsöffnungen aufweisenden Leiste verwen det wird.

Wenn die Austrittsöffnungen des Ölverdampfers mit Abstand zur Folienbahn angeordnet werden, ergeben sich gerundete Übergänge von Bereichen geringerer Schichtdicke zu Berei chen größerer Schichtdicke.

Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Wickelkondensator in einem erst teil weise gewickelten Fertigungszustand,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer beschichteten Folienbahn zur Her stellung von Streifen für den Wickelkon densator,

Fig. 3 einen Querschnitt durch zwei aufeinanderlie gende Streifen entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Vakuum-Beschichtungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Ölverdampfer,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine andere Ausfüh rungsform eines Ölverdampfers,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Ölverdampfer nach Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt zwei aufeinanderliegende Streifen 1, 2, welche beide auf ihrer in Fig. 1 nach oben weisenden Seite mit einer Schicht 3, 4 aus Metall beschichtet sind. Die Schicht 3 des unteren Streifens 1 erstreckt sich nicht ganz bis zum linken Längsrand des Streifens 1, vielmehr verbleibt dort ein Randstreifen 5 unbeschichtet. Beim oberen Streifen 2 ist an der gegenüberliegenden Längsseite, also der rechten Längsseite, ein Randstreifen 6 unbeschichtet.

Zur Erzeugung des Wickelkondensators werden die aufeinan derliegenden Streifen 1, 2 um einen Kern 7 gewickelt. An schließend werden die Stirnseiten 8, 9 des Wickelkonden sators mit einem Metall überzogen (Schoopkontakt). Durch die nicht metallisierten Randstreifen 5, 6 steht der Schoopkontakt der Stirnseite 8 ausschließlich mit der Schicht 3 in Verbindung, während der Schoopkontakt der gegenüberliegenden Stirnseite 9 ausschließlich mit der anderen Schicht 4 elektrisch verbunden ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teilbe reich einer mit Metall beschichteten Folienbahn 10, wel che an den gepunkteten Linien in Längsrichtung durch schnitten wird, um Streifen, wie beispielsweise die Streifen 1 und 2, für die Herstellung eines Wickelkonden sators zu erzeugen. Die Folienbahn 10 besteht aus einer elektrisch nicht leitenden Kunststoff-Folie 11, auf der die Schichten 3, 4 aus Metall aufgebracht sind. Zu erkennen ist in Fig. 2, daß diese Schichten 3, 4 im Be reich jeder zweiten gepunkteten Trennlinie jeweils eine wulstartige Verdickung 12 aufweisen.

Die Fig. 3 zeigt, daß diese Verdickungen 12 bei den auf einanderliegenden Streifen 1, 2 jeweils an gegenüberlie genden Längsseiten als Verdickungshälften 12a, 12b ver laufen. Das Ausmaß der Verdickungshälften 12a, 12b und die Dicke der Schichten 3, 4 wurde in Fig. 2 und 3 stark übertrieben dargestellt. In der Praxis verformen sich die Streifen 1, 2 derart, daß zwischen ihnen keine Luft ver bleibt.

Die Fig. 4 zeigt einen Vakuumbehälter 13, der durch eine Trennwand 14 in eine Beschichtungskammer 15 und eine Wic kelkammer 16 aufgeteilt ist. In die Beschichtungskammer 15 ragt eine Beschichtungswalze 17, über die die Folien bahn 10 geführt ist, so daß sie in einem Beschichtungs fenster 18 von einem Verdampfer 19 zur Bildung der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Schichten 3, 4 bedampft wer den kann. Für das erfindungsgemäße Verfahren wichtig ist ein elektrisch beheizter Ölverdampfer 20, mit dem auf in den Fig. 2 und 3 beispielsweise mit 21 bezeichnete Be reiche eine dünne Ölspur aufgedampft werden kann. Das hat zur Folge, daß in diesem Bereich 21 im Beschichtungsfen ster 18 die Beschichtung erst beginnen kann, wenn das Öl verdampft ist, während sie im ölfreien Bereich 22 sofort beginnt, so daß in dem Bereich 21 die Verdickungen 12, bzw. Verdickungshälften 12a, 12b entstehen.

Um zu zeigen, daß der Ölverdampfer 20 auch an einer ande ren Stelle im Vakuumbehälter 13 angeordnet werden kann, ist in Fig. 4 ein Ölverdampfer 23 innerhalb der Be schichtungskammer 15 angeordnet.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die beiden Ölverdampfer 20 und 23. Beiden gemeinsam ist jeweils ein zylindrisches Ge häuse 24, in welches ein Ölbad 25 eingeschlossen ist, das von einer elektrischen Heizung 26 beheizt wird. Je nach Stärke der Beheizung tritt mehr oder weniger Öl pro Zeiteinheit aus Düsen 27, 28 des Gehäuses 24 oberhalb des Ölbades 25 aus. Während gemäß Fig. 5 die Düsen 27 sich unmittelbar im Gehäuse 24 an der höchsten Stelle befin den, sind sie in Fig. 6 in einer auswechselbaren Düsen leiste 29 vorgesehen, die in etwa 45° schräg verläuft. Da der Ölverdampfer 23 gegen die in seinem Bereich schräg verlaufende Folienbahn 10 Öldampf blasen muß, verlaufen seine Düsen 28 deshalb entsprechend nicht entlang der Oberseite des Gehäuses 24, sondern im rechten oberen Qua dranten auf der schräg angeordneten Düsenleiste 29.

Bei dem Ölverdampfer 20 handelt es sich um einen "Kon taktölverdampfer", der im Düsenbereich die Folienbahn 10 berührt und deshalb scharfe Randverstärkungsübergänge erzeugt. Der Ölverdampfer 23 ist ein "Abstandsölver dampfer", dessen Düsen 28 Abstand von der Folienbahn 10 haben und der deshalb gerundete Übergänge erzeugt.

Die Fig. 7 zeigt, daß über die Länge des Ölverdampfers 20 in einer Reihe hintereinander die Düsen 27 angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1

Streifen

2

Streifen

3

Schicht

4

Schicht

5

Randstreifen

6

Randstreifen

7

Kern

8

Stirnseite

9

Stirnseite

10

Folienbahn

11

Kunststoff-Folie

12

Verdickung

12

a Verdickungshälfte

12

b Verdickungshälfte

13

Vakuumbehälter

14

Trennwand

15

Beschichtungskammer

16

Wickelkammer

17

Beschichtungswalze

18

Beschichtungsfenster

19

Verdampfer

20

Ölverdampfer

21

Bereich

22

Bereich

23

Ölverdampfer

24

Gehäuse

25

Ölbad

26

Heizung

27

Düse

28

Düse

29

Düsenleiste

Claims

1. Verfahren zum Aufdampfen einer Schicht mit zumindest zwei Bereichen unterschiedlicher Schichtdicke auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung eines Wickelkon densators, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Bereiches verminderter Schichtdicke dieser vor dem Aufdampfen mit einer beim Aufdampfen der Schicht verdampfenden Ölschicht einer solchen Stärke überzogen wird, daß der Beschichtungsvorgang in Abhängigkeit von der gewünschten Schichtdicke mehr oder weniger verzögert nach dem Verdampfen der Ölschicht eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine über ein Beschichtungsfenster eines Verdampfers geführte Folienbahn ist und die Ölschicht durch einen Ölverdampfer aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke der Ölschicht und damit die Schicht stärke der nach ihrer Verdampfung aufgedampften Schicht durch Steuerung der Heizleistung des Ölverdampfers einge stellt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Breite der Folienbahn mehrere, in ihrer Heizleistung unabhängig von einander steuerbare Ölverdampfer eingesetzt werden.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Schichtstärke der aufgebrachten Ölschicht die Austritts öffnungen des Ölverdampfers verändert werden.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ölverdampfer mit einer austauschbaren, die Austrittsöffnungen aufweisenden Leiste verwendet wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnun gen des Ölverdampfers mit Abstand zur Folienbahn angeord net werden.