DE7637276U1 - Durch stromdurchfluss beheizter thermischer verdampfer fuer vakuumaufdampfanlagen - Google Patents

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. HANS.ZAPFE

PATENTANWALT

D-605 OFFENBACH (MAIN) KAISERSTRASSI! 9 BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

TELEfON (06 11) 8827 21

22. November 1976 Zap/Han

Akte: 76516

LEYBOLD-HERAEUS GmbH & Co. KG
Bonner Sträöe 504

Köln - 51

" Durch Stromdurchfluß beheizter thermischer
Verdampfer für Vakuumaufdampfanlagen "

Die Neuerung bezieht sich auf einen durch Stromdurchfluß beheizten thermischen Verdampfer für Vakuumaufdampfanlagen, welcher ein Gehäuse mit Bodenteil, Seitenwandteilen, Stirnwänden und Deckel zur Aufnahme des Verdampfungsmaterials bildet und mit rasterförmig angeordneten Austrittsöffnungen für den Dampf versehen ist.

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Thermische Verdampfer mit rasterförmig angeordneten Austrittsöffnungen in Form von Bohrungen, die in einem Blechteil angeordnet sind, gehören zum Stande der Technik. Das Gehäuseunterteil bildet hierbei ein Schiffchen, welches aus einem Bodenteil, zwei Seitenwandteilen und zwei Stirnwänden besteht, wobei die Stirnwände um eine waagrechte Biegekante abgewinkelt sind und Anschlußfahnen für die Verbindung mit entsprechenden Stromklemmen bilden. Auf das Schiffchen ist ein Deckel in Form einer Lochplatte auf setzbar, die die einzigen Austrittsöffnungen für den Dampf enthält. Derartige Verdampfer haben zwar gute und reproduzierbare Eigenschaften, allein, sie können lediglich zur Bedampfung von Substraten eingesetzt werden, die waagrecht über dem Verdampfer angeordnet sind. Eine solche Anordnung verbietet sich beispielsweise beim Bedampfen von großflächigen Glasscheiben, die eine Fläche von mehreren Quadratmetern einnehmen können. Die Halterung derartig großer Substrate in waagrechter Lage bereit erhebliche Schwierigkeiten, dartiberninaus ware aer uexrieb unwirischafi lieh, da in der Regel gleichzeitig nur eine einzige Glas scheibe bedampft werden kann.

Bei der Bedampfung großflächiger Glasscheiben hat es sich daher durchgesetzt, eine Vielzahl von Verdampfern in Form eines Verdampferfeldes in einer vertikalen Ebene anzu ordnen und zu beiden Seiten des Verdampferfeldes die zu be dampfenden Substrate in senkrechter Lage aufzustellen. Durch die DT-AS 25 21 536 ist es bekannt, für derartige Verdampferfelder schraubenlinienförmig gewendelte Widerstandsdrähte zu verwenden, die mit dem zu verdampfenden Material beschickt werden. Derartige Verdampfer sind entweder an ihrem unteren Ende konisch ausgebildet oder mit einem Stütznetz versehen. Sie sind jedoch in ihrem Aufbau nur schwer

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symmetrisch herzustellen, deformieren sich im Betrieb und müssen nach jedem Verdampfungsvorgang wieder gerichtet werden. Dennoch ist die Abdampfcharakteristik von Fall zu Fall verschieden. Die Abdampfcharakteristik ist darüberhinaus von der Füllhöhe des Verdampfers abhängig, ein Einfluß der mit vertretbarem Aufwand bisher nicht beseitigt werden konnte. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die unterschiedlichen Charakteristika der einzelnen Verdampfer in einem Verdampferfeld zu örtlich unterschiedlichen Schichteigenschaften führt, die beispielsweise in Form von Farbverschiebungen und eines wolkigen Aussehens optisch wahrnehmbar sind. Dies ist insbesondere bei großflächigen Fensterscheiben störend, die durch die Bedampfung mit Gold, Silber oder Kupfer in Verbindung mit Haftvermittlern und dielektrischen Schutzschichten soge nannte Infrarot-Filter bilden.

Durch die DT-AS 23 64 379 ist ferner eine widerstandsbeheizte Verdampfervorrichtung bekannt, die aus einem durchgehenden Blechstreifen besteht, an den seitlich mindestens eine flache Tasche aus einem Metallnetzmaterial elektrisch leitend befestigt ist. Die Netztasche soll dabei iuch durch ein durchlöchertes Blech ersetzbar sein. Die Notwendigkeit, das Netztaschenmaterial auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen, um unerwünschte Dampfkondensationen zu verhindern, erzwingt eine exakte elektrische Abstimmung der Leitfähig keiten von Blechstreifen und Metallnetzmaterial. Soll ein derartiger Verdampfer in einem Verdampferfeld verwendet werden, welches sich mittig zwischen zwei gleichzeitig zu bedampfenden Glasscheiben befindet, so ist es unerläßlich, daß Metallnetzmaterial beidseitig des Blechstreifens anzuordnen, so daß der Blechstreifen mittig durch das Verdampfung'smaterial hindurchgeführt ist. Als Folge stellt sich ein Temperaturgradient von innen nach außen ein, der insbesondere bei subli-

mierbarem Verdampfungsmateriäl zu einem Wegblasen vo-n pulver-. förmigen Teilchen führt, ein Vorgang, der äußerst schädlich für die Qualität der niedergeschlagenen Schicht ist. Darüberhinaus kann der vorbekannte Verdampfer nur bis zu einer bestimmten Höhe mit Verdampfungsmaterial gefüllt werden, da sonst unvermeidbar ein beträchtlicher Anteil des Verdampfungsmaterials aus den oben offenen Netztaschen austritt. Fs wurde festgestellt, daß auch bei geringer Füllung die Verdampfung nach oben beträchtlich ist, so daß ein ständiger Verlust von Verdampfungsmaterial in Verbindung mit der Notwendigkeit einer häufigen Reinigung der Aufdampfanlage die . Folge sind. Durch die Abhängigkeit der Abdampfcharakteristik von der Füllhöhe sind die Verhältnisse nicht in ausreichendem Maße reproduzierbar; insbesondere wird ein hohes Maß von Sorg falt beim Nachfüllen der Verdampfer verlangt. Die weiterhin angegebene Maßnahme, die Verhältnisse unter Umständen durch Kippen der Netztaschen in die waagrechte Lage zu verbessern, ist aus auf der Hand liegenden Gründen wenig praktikabel.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verdampferquelle der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die in einem Verdampferfeld zwischen senkrecht angeordneten Substraten untergebracht werden kann und eine in hohem Maße reproduzierbare Abdampfcharakteristik besitzt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen thermischen Verdampfer ne.uerunas^mäipj? dadurch, daß die Austrittsöffnungen in den beiden Seitenwandteilen des Gehäuses angeordnet sind und daß der Deckel geschlossen ist.

Durch die angegebenen Maßnahmen bildet das Gehäuse selbst und ausschließlich den elektrischen Widerstand für die Erzeugung der Verdampfungswärme· Der Heizwiderstand mit maximaler

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Temperatur umgibt somit das Verdampfungsmaterial, so daß d stoßweises Verdampfen mit einem Zerstäuben von Pulver etc. ausgeschlossen sind. Durch den geschlossenen Deckel erfolgt der Dampfaustritt - abgesehen von unbeachtlichen Verlusten durch "Undichtigkeiten¹¹ - ausschließlich durch die Austrittsöffnungen in den beiden Seitenwandteilen, d.h. in Richtung ^vf auf die Substratflächen, so daß Verluste an Verdampfungsmaterial praktisch nicht auftreten. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn kostspielige Metalle, wie beispielsweise Gold verdampft werden sollen. Vor allem aber \ ist die Abdampfcharakteristik praktisch unabhängig von

der Fiil !menge bzw. Füllhöhe des Verdampfungsmaterials, jedenfalls so lange nicht, wie die Austrittsöffnungen nicht von festem Verdampfungsmate*ial verdeckt werdeaDas mit dem erfindungsgemäßen Verdampfer durchgeführt Aufdampfverfahren hat sich als außerordentlich gut reproduzier- , bar erwiesen. Darüberhinaus ist es bei exakter Füllung des j . Verdampfers auch möglich, quantitative Verdampfungsvorgänge ^l durchzuführen, die zu stets gleichbleibenden Schichteigenschäften führen. Die Gleichförmigkeit der Abdampfcharakteristik ist ein wesentlicher Vorteil für die Anordnung des Verdampfers in einem Verdampferfeld, d.h. für die Verdampfung von großflächigen Substraten.

Ein derartiger thermischer Verdampfer, dessen Gehäuse aus zwei Blechzuschnitten besteht, von denen der eine zu einem Schiffchen und der andere zu einem Deckel geformt ist, kann in besonders einfacher Weise gemäß der weiteren Neuerung dadurch hergestellt werden, daß der Blechzuschnitt für das Schiffchen aus einem Bodenteil und zwei Seitenwandteilen besteht, die an Biegekanten aneinander stossen, daß der Boden- ; teil parallel zu den Biegekanten auf beiden Seiten durch

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=- Zungen verlängert ist, deren Brette etwa der Breite des ■ *'

Bodenteils und deren Länge etwa der Höhe des durch Auf- .,]

biegen: zu formenden Schiffchens entspricht, und daß die "4 beiden Seitenwandteile parallel zu den Biegekanten beiseitig durch Zungen verlängert sind, deren Länge L, so bemessen ist, daß die Zungen nach Z-förmiger Abwinke!ung und Aufbiegen der Seitenwandteile unter Umgreifen der aufgebogenen Zungen des Bodenteils sowohl je die Hä!fte von Stirnwänden des Schiffchens als auch die Anschlußfahnen für den elektrischen Anschluß bilden, wobei jeweils zwei Anschlußfahnen sich in der Symmetrieebene des Schiffchens berühren und daß die Austrittsöffnungen für den Dampf in den Seitenwandteilen angeordnet sind.

Ein solches Schiffchen läßt sich durch Stanzen und Biegen bzw.

Abkanten im Folgeschrittverfahren leicht in großen Stückzahlen herstellen. Dennoch wird durch die sich aus dem Blechzuschnitt ergebende endgültige Form des Schiffchens eine völlig ausreichende Dichtigkeit gegenüber schmelzenden und sublimierbaren Verdampfungsmaterialien erreicht, ohne daß ein Schweissen an Nahtstellen erforderlich wäre.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Gesamtfläche aller Austrittsöffnungen weniger als. 30%, vorzugsweise weniger als 15% der Fläche der Seitenwandteile beträgt. Die optimale Gesamtfläche aller Austrittsöffnungen läßt sich durch einfaches Ausprobieren leicht bestimmen. Bei der Dimensionierung muß lediglich sichergestellt sein, daß die Fläche aller Austrittsöffnungen zusammengenommen wesentlich größer ist, als die Fläche aller "Undichtigkeiten" des fertig montierten Verdampfers.

Der neuerüngsgemäßeii thermische Verdampfer kann dadurch weiter JfJBa222e.fl.3Mt».

ausgestaltet werden, daß der Bleehzuschnitt für den Deckel aus einem Deckel tei.1 und zwei Zargenteilen besteht, die an Biegekanten aneinander stossen, und daß der Deckelteil parallel zu den Biegekanten auf beiden Seiten durch paarweise angeordnete Zungen verlängert ist, deren Breitenab stand S so gewählt ist, daß die Zungen nach Abwinkelung die Anschlußfahnen des Schiffchens beidseitig umgreifen, und.deren Längenabstand L₂ so gewählt ist, daß die Zungen elastisch auf den Stirnwänden des Schiffchens aufliegen.

Die hierdurch geschaffenen elektrischen Verhältnisse sind .ausreichend definiert, um einen entsprechenden Stromfluß auch über den Deckel sicherzustellen. Zum Füllen des Verdampfers kann der Deckel leicht abgehoben werden. Die Zungen erzeugen aufgrund ihrer Elastizität eine ausreichende Klemmwirkung, so daß der Deckel auch bei hohen Dampfdrücken nicht abheben kann. Die Materialstärken von Deckel und Schiffchen können unterschiedlich sein, wobei darauf zu achten ist, daß die Deckel temperatur so hoch liegt, daß das verdampfte Material dort nicht kondensiert.

Ein AusfUhrungsbeispiel des NeuerungsÄgegenstandes sei nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher'e^läutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Bleehzuschnitt für ein Schiffchen in

flachem, d.h. noch nicht aufgebogenem Zustand,

Figur 2 eine Draufsicht von oben auf das Schiffchen,

welches aus dem Blechzuschnitt gemäß Figur durch Biegen hergestellt worden ist,

...Figur 3 eine Draufsicht auf einen Bleehzuschnitt für

.,J₅.,

Figur 4

einen Deckel und

eine perspektivische Darstellung des vollständig aus den Gegenständen gemäß den Figuren 1 bis hergestellten Verdampfers.

In Figur 1 ist mit 10 ein Blechzuschnitt mit im wesentlichen rechteckigem Umriß bezeichnet, der aus einem Bodenteil 11 und zwei Seitenwandteilen 12 besteht, die an zunächst ideellen Biegekanten 13 aneinander stossen, welche sich in Längsrichtung des später gebildeten Schiffchens 14 (F>*gur 2) erstrecken.

Der Bodenteil 11 ist parallel zu den Biegekanten 13 auf beiden Seiten durch Zungen 15 verlängert, deren Breite etwa der Breite des Bodenteils 11 und deren Länge etwa der Höhe des fertigen Schiffchens entspricht. Die beiden SeitenwandteiIe 12 sind gleichfalls durch parallel zu den Biegekanten 13 verlaufende Zungen 16 verlängert. Zwischen den Zungen 15 und dem Bodenteil 11 sowie zwischen den Zungen 16 und den Seitenwandteilen 12 befinden sich die Biegekanten 17, die zu den Biegekanten 13 rechtwinklig verlaufen. Die Biegekante 17 ist für die Zungen 15 bzw. 16 als durchgehend dargestellt, was bei der geringen Blechstärke von 0,2 mm (Molybdä.n) vertretbar ist. In der Regel wird jedoch die Biegekante 17 im Bereich der Zungen 15 etwas weiter innen verlaufen, um das Aufbiegen des Blechzuschnitts 10 zu ermöglichen, der zum Schiffchen 14 gemäß Figur 2 führt. Parallel zu den Biegekanten 17 ver läuft durch die Zungen 16 noch je eine weitere Biegekante 18. Der Abstand der Biegekanten 17 und 18 voneinander und die Länge L, der Zungen 16 ist so bemessen, daß die Zungen nach einer Z-förmigen Abwicklung gemäß Figur 2 .je die Hälfte von Stirnwänden 19 und gleichzeitig AnscSil ußfahnen 2o für den elektrischen Anschluß bilden.

Zwischen den Zungen 15 und 16 befinden sich trennende Ein-

schnitte 21, die ein Hochstellen der Zungen 15 unabhängig von den Zungen 16 erlauben. Nachdem die Zungen 15 hochgestellt bzw. aufgebogen worden sind, und nachdem die Zungen 16 um die Biegekanten 18 nach außen abgebogen worden sind, lassen sie sich durch Biegen entlang der Biegekanten 17 (bei gleichfalls hochgestellten Seitenwandteilen 12) um die Zungen 15 herumbiegen, wobei jeweils zwei benachbarte Anschlußfahnen 20 sich in der Symmetrieebene des Schiffchens 14 berühren, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Aus Figur 2 ist auch ersichtlich, daß die hochgestellten Zungen 15 innerhalb der Z-förmigen Abwinkelung der Zungen 16 liegen, wodurch eine ausreichende Dichtigkeit des Schiffchens gewähileistet ist. In den Seitenwandteilen 12 sind - etwa gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilt-Austrittsöffnungen 22 für den Dampf angeordnet. Bei einer Länge des Schiffchen -Innenraums von etwa 30 mm hat sich die Anbringung von 30 Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm in jedem der Sei tenwandtei Ie 12 als \ besitzt, brauchbar erwiesen, wobei die untere Lochreihe etwas Abstand vom Bodentei.l II

In Figur 3 ist ein Blechzuschnitt 23 für einen Deckel 24 dargestellt, der aus einem Deckelteil 25 und zwei angrenzenden Zargenteilen 26 besteht, die an Biegekanten 27 aneinander stossen. Parallel zu diesen Biegekanten 27 ist der Deckelteil 25 auf beiden Seiten durch paarweise angeordnete Zungen 28 verlängert, die einen solchen Breitenabstand S voneinander haben, daß die Zungen 28 nach ihrer Abwinkelung die Anschlußfahnen 20 des Schiffchens 14 beidseitig umgreifen. Zwischen den Zungen 28 und dem Deckelteil 25 sind Biegekanten 29 vorgesehen, deren Abstand L₂ die Länge des Deckelteils 25 und damit den Abstand der (abgewinkelten) Zungen 28 bestimmt. Dieser Abstand I₉ ist so

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gewählt, daß die Zungen 28 elastisch auf den Stirnwänden. des Schiffchens 14 aufliegen und den Deckel 24 durch Klemmung züverläassig in der in Figur 4 gezeigten Lage festhalten. Wie aus Figur 4 weiterhin hervorgeht, sind die Zungen 28 schwach S-förmig ausgebildet, um beim Aufsetzen des Deckels 24 ein Aufgleiten der Zungen auf den Stirnwänden des Schiffchens zu ermöglichen bzw. zu erleichtern.

Wie aus Figur 4 hervorgeht, bildet das Schiffchen 14 zusammen mit dem aufgesetzten Deckel 24 im mittleren Bereich.

ein Gehäuse 30, welches zur Aufnahme des Verdampfungsmaterials dient und mit Ausnahme der Austrittsöffnungen 22, die auf beiden Seiten angeordnet sind, und etwaiger, unschädlicher Undichtigkeiten allseitig, insbesondere aber nach oben hin geschlossen ist. Der Deckel hat eine Blechstärke von 0,3 mm (Molybdän) und wird in Betrieb aufgrund der sich einstellenden elektrischen Verhältnisse auf eine Temperatur aufgeheizt, durch die eine Kondensation des Verdampfungsmaterials am verhindert v;ird. Hierdurch e**^*»* «irh pin konstanter.

verhindert

stabiler und reproduzierbarer Dampfstrom, der von dem Gehäuse 30 in horizontaler Richtung nach beiden Seiten hin ausgeht. Durch Mehrfachanordnung derartiger Verdampfer in einem Rastersystem läßt sich eine gesamte Dampfströmung von ausreichender Homogenität erreichen.

Der vorstehend beschriebene Verdampfer aus Molybdänblech hat sich für die Verdampfung von ZnS und Silber bestens bewährt, jedoch ist er für andere Aufdampfmaterialien auch aus anderen bekannten Werkstoffen herstellbar, z.B. aus Tantal-, Wolfram- und Eisenblech, letzteres insbesondere für leicht verdampfbare Stoffe.

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Claims (3)

1. . 1. Durch Stromfluß beheizter thermischer Verdampfer für Vakuumaufdampfen!agen, welcher ein Gehäuse mit Bodenteil» Seitenwandteilen, Stirnwänden und Deckel zur Aufnahme des Verdampfungsmaterials bildet und mit rasterförmig angeordneten Austrittsöffnungen für den Dampf ver sehen ist, dadurch" gekenrizeich'riet, daß die Austrittsöffnungen (22) in den beiden Seitenwandteilen (12) des Gehäuses (30) angeordnet sind, und daß der Deckel (24) geschlossen ist.
2. 2. Thermischer Verdampfer nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse aus zwei Blechzuschnitten besteht, von denen der eine zu einem Schiffchen und der andere zu einem Deckel geformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechzuschnitt (10) für das Schiffchen (14) aus einem Bodenteil

   (11) und zwei Seitenwandteilen (12) besteht, die an Biegekanten (13) aneinanderstoßen, daß der Bodenteil parallel zu den Biegekanten auf beiden Seiten durch Zungen (15) verlängert ist, deren Breite etwa der Breite des Bodenteils und deren Länge etwa der Höhe des durch

   Aufbiegen zu formenden Schiffchens (14) entspricht,

   und daß die beiden Seitenwandteile parallel zu den Biegekanten beidseitig durch Zungen (16) verlängert sind, der Länge "L₁" so bemessen ist, daß die Zungen nach Z-förmiger . Abwinkelung und Aufbiegen der Seitenwandteile unter Um greifen der aufgebogenen Zungen (15) des Bodenteils so wohl je die Hälfte von Stirnwänden (19) des Schiffchens als auch Anschlußfahnen (20) für den elektrischen Anschluß bilden, wobei jeweils zwei Anschlußfahnen sich in der Symmetrieebene des Schiffchens berühren, und daß die Aus-

   Austrittsöffnungen (22) für den Dampf in den Seitenwand-

   teilen angeordnet sind.

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3. 3. Thermischer Verdampfer nach Anspruch 2; dadurch ge kennzeichnet, daß die Gesamtfläche, aller Austrit'tsöffnungen (22) wenige.· als 30%, vorzugsweise weniger als 15%, der Fläche der Seitenwandteile (12) beträgt.

   .4. Thermischer Verdampfer nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, daß der Blechzuschnitt (23) für den Deckel (24) aus einem Deckelteil (25) und zwei Zargenteilen (26) besteht, die an Biegekanten (27) aneinander stcssen, und daß der Deckelteil parallel zu den Biegekt^ten auf beiden Seiten durch paarweise angeordneten Zungen (28) verlängert ist, deren Breitenabstand "S" so gewählt ist, daß die Zungen nach Abwinkelung die Anschlußfahnen (20) des Schiffchens (14) beidseitig umgreifen, und deren Längenabstand (L₂) so gewählt ist, daß die Zungen elastisch auf den Stirnwänden (19) des Schiffchens aufliegen.

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