ES2324428T3 - Aparato para la deposicion pecdv de una capa de barrera interna en un recipiente. - Google Patents
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Abstract
Máquina (1) para la deposición en fase vapor activada por plasma (PECVD) de una capa delgada de un material con efecto barrera en una pared interna de un recipiente (2), comprendiendo esta máquina (1): - una unidad (4) de tratamiento que aloja el recipiente (2) y equipada con un generador (11) de ondas electromagnéticas para la activación del plasma a partir de un gas precursor; - una entrada (17) de gas precursor; - un inyector (13) para la introducción de dicho gas precursor en el recipiente (2), presentando este inyector (13) un extremo (14) inferior que desemboca en el recipiente (2) y un extremo (15) superior opuesto; - un conducto (20) de alimentación de gas precursor, que pone en conexión de fluidos la entrada (17) de gas precursor con el extremo (15) superior del inyector (13); - una electroválvula (25) interpuesta en el conducto (20) de alimentación entre la entrada (17) de gas precursor y el inyector (13), inmediatamente aguas arriba del extremo (15) superior del inyector (13), teniendo esta electroválvula (25) una configuración abierta en la que deja pasar el gas precursor desde el conducto (20) de alimentación hacia el inyector (13), y una configuración cerrada en la que bloquea el paso del gas precursor; estando dicha máquina (1) caracterizada porque comprende: - un caudalímetro (22) regulador de presión, interpuesto entre el conducto (20) de alimentación y la entrada (17) de gas precursor, teniendo el caudalímetro (22) regulador de presión una función de cierre al igual que la electroválvula (25) y estando dispuesto para funcionar en sincronismo con la electroválvula (25), de manera que, en su configuración abierta, la electroválvula (25) deja pasar el gas precursor desde el conducto (20) de alimentación a través del caudalímetro (22) regulador en configuración abierta hacia el inyector (13) y, en su configuración cerrada, bloquea el paso del gas precursor, estando el caudalímetro regulador a su vez en configuración cerrada.
Description
Aparato para la deposición PECDV de una capa de
barrera interna en un recipiente.
La invención se refiere a la fabricación de
recipientes, especialmente recipientes de polímero (por ejemplo de
PET), recubiertos, en una pared interna, por una capa que comprende
un material con efecto barrera.
Una capa de este tipo, por ejemplo, de carbono
amorfo hidrogenado, de tipo duro (DLC: Diamond like carbon)
o blando (PLC: polymer like carbon) se forma clásicamente
por deposición en fase vapor activado por plasma (PECVD: Plasma
Enhanced Chemical Vapor Deposition). Esta tecnología se define
claramente en la patente europea
N.º EP 1 068 032 a nombre del solicitante.
N.º EP 1 068 032 a nombre del solicitante.
En el caso por ejemplo de un carbono blando
(PLC), se utiliza preferentemente como gas precursor acetileno
(C_{2}H_{2}) que se introduce en un recipiente, en el que se ha
creado previamente un vació parcial (0,1 mbar aproximadamente), a
continuación se activa el plasma, es decir, se hace pasar el
acetileno al estado de plasma frío, por medio de una excitación
electromagnética por microondas UHF (2,45 GHz) de baja potencia.
Entre las clases generadas se encuentra el carbono hidrogenado (con
enlaces CH, CH_{2} y CH_{3}) que se deposita en una capa
delgada (de un espesor de 1600 Angstrom aproximadamente) en el
substrato de polímero formado por la pared interna del
recipiente.
Este procedimiento se lleva a cabo clásicamente
dentro de una máquina que comprende las características del
preámbulo de la reivindicación 1 y dada a conocer por el documento
US 2004/170783.
Según este procedimiento, ilustrado en la figura
1, que es un diagrama que muestra la evolución de la presión en el
recipiente a lo largo del tiempo:
- -
- se monta el recipiente, previamente formado por soplado o soplado y estirado, en una parte superior móvil de la unidad de tratamiento, después se cierra la unidad, descansando la parte superior de manera estanca sobre una parte inferior que incluye un recinto que aloja el recipiente;
- -
- gracias a una bomba a vacío, se crea un vacío parcial en el recipiente, durante un tiempo t_{0} de una duración de varios segundos (de 1 a 2 segundos aproximadamente).
- -
- a continuación se realiza un barrido del interior del recipiente por medio del gas precursor durante un tiempo t_{1} de una duración del orden de 1 segundo, teniendo este barrido como efecto llenar el recipiente de gas precursor al tiempo que se expurga el aire aún presente (en la figura 1, O significa abierto y F cerrado);
- -
- a continuación se activa el plasma por bombardeo de microondas, durante una duración t_{2} que varía de 1 segundo a 2 e incluso 3 segundos según los casos, dependiendo del espesor de la capa de barrera interna que se desee obtener (en el caso de un recipiente destinado a alojar una bebida carbonatada tal como cerveza, el tiempo t_{2} es de 2 a 3 segundos; para las bebidas naturales como el té, este tiempo es del orden de 1 a 1,5 segundos);
- -
- a continuación se evacuan por bombeo los gases residuales resultantes del plasma, durante un tiempo t_{3} de aproximadamente 0,1 segundos;
- -
- finalmente, se evacua el recipiente de la unidad de tratamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El tratamiento del recipiente, que comprende el
conjunto de etapas que acaban de describirse, dura varios segundos
(esta duración es en teoría la suma de los tiempos t_{0} a
t_{3} y de los tiempos de carga y descarga del recipiente), en la
práctica entre 5 y 7 segundas.
Existe permanentemente la necesidad de aumentar
el ritmo de trabajo. Ahora bien, parece difícil en la actualidad
reducir los tiempos t_{0} a t_{3} así como los tiempos de carga
y de descarga.
No obstante, los inventores tienen una solución
para reducir al menos el tiempo t_{1}.
Ha de indicarse, en este punto, que la
introducción de gas en el recipiente se controla clásicamente por
medio de un regulador de presión (que tiene igualmente una función
de caudalímetro) colocado entre la entrada de gas precursor y el
conducto de alimentación.
Según la invención, se propone una máquina tal
como se define a la reivindicación 1.
Según la invención, se propone igualmente un
procedimiento de deposición en fase vapor activado por plasma
(PECVD) de una capa delgada de un material con efecto barrera en
una pared interna de un recipiente, que pone en práctica una
máquina tal como se ha propuesto anteriormente, definiéndose este
procedimiento en la reivindicación 4.
Los inventores han constado el fenómeno
siguiente en las máquinas y procedimientos del tipo conocido.
Después de la evacuación de gases residuales resultantes del
plasma, cuando el recipiente se separa de la unidad de tratamiento,
el conducto de alimentación se pone en comunicación con el aire
libre, entonces el recipiente se purga de su gas precursor a
presión y se invade con aire a presión atmosférica. Teniendo en
cuenta la longitud del conducto de alimentación (entre 1 y 2 metros
aproximadamente), éste almacena un volumen de aire que se debe
bombear durante el vaciado del recipiente además del aire presente
en este último, lo que tiene un impacto negativo en el tiempo to y
también en la calidad de la deposición. Además, durante la
inyección del gas precursor en el recipiente, éste debe recorrer
todo el conducto de alimentación antes de alcanzar el recipiente y
permitir el barrido de este último, lo que tiene un impacto
negativo en el tiempo t_{1}.
Según la invención, gracias a la presencia de
una electroválvula inmediatamente aguas arriba del inyector, se
reduce considerablemente el volumen de aire que debe purgarse en el
momento de la inyección del gas precursor. En efecto, la
electroválvula, en posición cerrada durante la evacuación del
recipiente, limita la subida de aire hacia el inyector aislando el
conducto de alimentación, siempre lleno de gas precursor a presión.
Así, puede reducirse el tiempo t_{1} a algunas décimas de segundo
(en la práctica entre 0,2 y 0,3 segundas), además de reducir
ligeramente el tiempo t_{0}.
Otros objetos y ventajas de la invención
resultarán evidentes a la luz de la descripción realizada a
continuación en referencia a los dibujos adjuntos en los que:
- la figura 1 es un diagrama que muestra e
ilustra la evolución de la presión a lo largo del tiempo en una
máquina de PECVD clásica;
- la figura 2 es un diagrama similar a la figura
1 en una máquina según la invención;
- la figura 3 es una vista en perspectiva que
muestra parcialmente la estructura general de una máquina de
PECVD;
- la figura 4 es una vista en alzado en corte
que muestra una máquina según la invención, en una primera
posición denominada abierta, en la que un recipiente está
suspendido en una parte superior de una unidad de tratamiento
separada de su parte inferior;
- la figura 5 es una vista similar a la figura
4, que muestra la máquina en una segunda posición denominada
cerrada, en la que el recipiente está alojado en una cavidad
formada en una parte inferior de la unidad de tratamiento.
En las figuras 3 a 5 se representa una máquina
(1) para la deposición en fase vapor activada por plasma (PECVD)
de una capa delgada de un material con efecto barrera en una pared
interna de recipientes (2), tales como botellas, de las que se
representa una en las figuras 4 y 5.
Esta máquina (1) comprende un carrusel (3) en el
que están montadas, en círculo, varias unidades (4) de
tratamiento, dentro de cada una de las cuales se realiza la
deposición PECVD en un recipiente (2).
Como se ilustra en las figuras 4 y 5, cada
unidad (4) de tratamiento, destinada a alojar un único recipiente
(2), comprende una parte (5) superior móvil en traslación vertical,
dotada de un bloque (6) de soporte al que se fija el recipiente (2)
por su cuello, así como una parte (7) inferior fija que incluye una
cavidad (8) metálica que encierra un recinto (9) cilíndrico
realizado en un material transparente por microondas
electromagnéticas UHF, por ejemplo cuarzo. La parte (7) inferior
está fijada al carrusel (3), montado a su vez en rotación alrededor
de un eje central.
La parte (5) superior está fijada en una ménsula
(10) montada en traslación vertical en el carrusel (3), entre una
posición abierta, ilustrada en la figura (4), en la que la parte
superior (5) está distanciada de la parte (7) inferior para
permitir la fijación de un recipiente (2) en el bloque (6) de
soporte, y una posición cerrada, ilustrada en la figura 5, en la
que la parte superior (5) descansa de manera estanca sobre la
parte (7) inferior, estando alojado el recipiente (2) en el recinto
(9) para su tratamiento.
La unidad (4) de tratamiento está equipada
además con un generador (11) de ondas electromagnéticas, conectado
a la cavidad (8) por una guía (12) de ondas, para la activación del
plasma a partir de un gas precursor tal como el acetileno, cuya
descomposición conduce a la deposición de una capa delgada de
carbono con efecto barrera en la pared del recipiente (2).
Cada unidad (4) de tratamiento comprende además
un inyector (13) tubular que se extiende siguiendo un eje
vertical, para la introducción del gas precursor en el recipiente
(2), presentando este inyector (13) un extremo (14) inferior que
desemboca en el recipiente (2) y un extremo (15) superior opuesto.
El inyector (13) está montado, por su extremo (15) superior, en un
soporte (16) móvil en traslación vertical con respecto a la parte
(5) superior, entre una posición alta (figura 4) en la que el
extremo (14) inferior del inyector (13) está retraído en el bloque
(6) de soporte, y una posición baja (figura 5) en la que el
inyector (13) sobrepasa del bloque (6) de soporte extendiéndose
parcialmente en el recipiente (2), por la mayor parte de la altura
de éste.
Como puede verse bien en la figura 3, la máquina
(1) comprende igualmente una entrada (17) de gas precursor,
formada por una canalización tórica empalmada mediante tuberías
(18) a un distribuidor (19) montado en rotación sobre el eje del
carrusel (3), conectándose a su vez el distribuidor (19) a un
depósito (no representado) de gas precursor.
Cada unidad (4) de tratamiento comprende un
conducto (20) de alimentación de gas precursor, que pone en
conexión de fluidos la entrada (17) de gas precursor con el extremo
(15) superior del inyector (13). Este conducto (20) de alimentación
comprende una parte (21) rígida aguas arriba, que sobresale
verticalmente desde la entrada (17) de gas precursor con la
interposición de un caudalímetro (22) regulador, y una parte (23)
rígida aguas abajo, que se extiende verticalmente a plomo sobre el
inyector (13), y está conectada a la parte (21) rígida aguas arriba
por una parte (24) flexible, por ejemplo sostenida por una cadena
portacable no representada en las figuras.
Como puede verse en las figuras 4 y 5, el
conducto (20) de alimentación está conectado al extremo (15)
superior del inyector (13) con la interposición de una
electroválvula (25) de la que se hablará más en detalle a
continuación.
El conducto (20) de alimentación está dotado de
resortes (26) de protección de la parte (24) flexible, con el fin
de garantizar el seguimiento de la parte (5) superior de la unidad
(4) de tratamiento.
La electroválvula (25) puede adoptar dos
configuraciones, que son:
- -
- una configuración abierta en la que deja pasar el gas precursor desde el conducto (20) de alimentación hacia el inyector (13), y
- -
- una configuración cerrada en la que bloquea el paso del gas precursor e impide la subida de aire por el conducto.
La longitud del conducto (20) de alimentación
entre el caudalímetro (22) regulador y la electroválvula (25) está
comprendida entre 1 metro y 2 metros. La electroválvula (25) está
fijada al soporte (16) del inyector (13), y es por ello móvil en
traslación con el mismo, con respecto a la parte (5) superior de la
unidad (4) de tratamiento.
La puesta en práctica de la máquina lleva al
procedimiento que se describirá a continuación, en referencia
especialmente a la figura 2.
En la posición abierta de la parte (5) superior
de la unidad (4) de tratamiento, con la electroválvula (25) y el
caudalímetro (22) regulador cerrados, se fija al bloque (6) de
soporte, por su cuello, un recipiente (2) previamente formado por
soplado (o por soplado y estirado) en el caso de recipientes de
material de plástico.
El recipiente (2) y el inyector (13) están
llenos entonces de aire, mientras que, con la electroválvula (25)
cerrada, el conducto (20) de alimentación se llena de gas precursor
a presión (a una presión relativa comprendida entre 1 y
1,5 bar).
1,5 bar).
Después se desciende la parte (5) superior de la
unidad (4) de tratamiento a la posición cerrada, quedando entonces
el recipiente (2) alojado en el recinto (9).
A continuación se pone el recipiente (2) bajo un
vacío parcial (a una presión de 0,1 mbar aproximadamente) por
medio de una bomba de vacío (no representada). Esta etapa dura un
tiempo (indicado como (t_{0}) en la figura 2) de algunos segundos
(del orden de 1 a 2 segundos).
A continuación se realiza un barrido del
recipiente (2) por medio del gas precursor. Para ello se abre
simultáneamente el caudalímetro (22) regulador y la electroválvula
(25), al mismo tiempo que se prosigue la aspiración, para evacuar
suficientemente el aire presente en el recipiente (2) e introducir
el gas precursor a presión en éste. Esta etapa dura un tiempo
indicado como (t'_{1}) en la figura 2, de algunas décimas de
segundo, en la práctica entre 0,2 y 0,3 segundos.
Al final de esta etapa, se bombardea el gas
precursor por medio de microondas UHF (2,45 GHz) de baja potencia
(algunos cientos de vatios) para generar un plasma frío con el fin
de obtener en la pared del recipiente (2) una capa de barrera
interna que comprende un carbono amorfo hidrogenado de tipo PLC
(Polymer Like Carbon).
Se continúa la alimentación de gas precursor
durante un tiempo, indicado como (t_{2}) en la figura 2,
comprendido entre 1 y 3 segundos según el espesor de la capa de
barrera que se desee obtener.
A continuación se cierra simultáneamente el
caudalímetro (22) regulador y la electroválvula (25) para detener
la inyección de gas precursor en el recipiente (2). El bombardeo de
microondas se mantiene durante un tiempo (t_{3}) del orden de 0,1
segundos, durante el que se aspiran los gases residuales
resultantes del plasma.
La unidad (4) de tratamiento se abre a
continuación, evacuándose el recipiente (2) con vistas a su llenado
inmediato y su taponado, o su almacenaje a la espera de estas
operaciones.
Como acaba de verse, en la puesta en práctica
preferente, el caudalímetro (22) regulador tiene, al igual que la
electroválvula, una función de cierre. Podría eliminarse una
función de este tipo, garantizada por la electroválvula (25). No
obstante, utilizando la función de cierre del caudalímetro (22)
regulador, se suprime la introducción de aire en la totalidad del
conducto aguas abajo del caudalímetro regulador y se conserva en el
conducto aislado el precursor a una presión residual constante, y
se preserva de toda contaminación.
Más precisamente, la posición cerrada de la
válvula sincronizada con el caudalímetro regulador permite
conservar en el conducto (20) una presión residual constante que
permite, con la apertura de la electroválvula {25) y del
caudalímetro regulador (22), una puesta en marcha rápida del gas
precursor. La posición cerrada de la electroválvula impide
igualmente la entrada de aire en el conducto (20) que podría ser
perjudicial para la buena deposición de material de barrera.
Además, teniendo en cuenta la naturaleza
elástica del conducto (20) de alimentación, debido a la presencia
de partes flexibles, la puesta en práctica preferente permite
aislar éste no sólo frente al inyector (13) (con el fin de, tal
como se expone anteriormente, limitar la cantidad de aire residual
que debe purgarse durante el barrido por el gas precursor), sino
también frente a la entrada (17) de gas precursor, con el fin de
evitar que el conducto (20) de alimentación se deforme bajo la
presión del gas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
- \bullet EP 1068032 A (0002)
- \bullet US 2004170783 A (0004)
Claims (5)
1. Máquina (1) para la deposición en fase vapor
activada por plasma (PECVD) de una capa delgada de un material con
efecto barrera en una pared interna de un recipiente (2),
comprendiendo esta máquina (1):
- -
- una unidad (4) de tratamiento que aloja el recipiente (2) y equipada con un generador (11) de ondas electromagnéticas para la activación del plasma a partir de un gas precursor;
- -
- una entrada (17) de gas precursor;
- -
- un inyector (13) para la introducción de dicho gas precursor en el recipiente (2), presentando este inyector (13) un extremo (14) inferior que desemboca en el recipiente (2) y un extremo (15) superior opuesto;
- -
- un conducto (20) de alimentación de gas precursor, que pone en conexión de fluidos la entrada (17) de gas precursor con el extremo (15) superior del inyector (13);
- -
- una electroválvula (25) interpuesta en el conducto (20) de alimentación entre la entrada (17) de gas precursor y el inyector (13), inmediatamente aguas arriba del extremo (15) superior del inyector (13), teniendo esta electroválvula (25) una configuración abierta en la que deja pasar el gas precursor desde el conducto (20) de alimentación hacia el inyector (13), y una configuración cerrada en la que bloquea el paso del gas precursor;
estando dicha máquina (1)
caracterizada porque
comprende:
- -
- un caudalímetro (22) regulador de presión, interpuesto entre el conducto (20) de alimentación y la entrada (17) de gas precursor, teniendo el caudalímetro (22) regulador de presión una función de cierre al igual que la electroválvula (25) y estando dispuesto para funcionar en sincronismo con la electroválvula (25), de manera que, en su configuración abierta, la electroválvula (25) deja pasar el gas precursor desde el conducto (20) de alimentación a través del caudalímetro (22) regulador en configuración abierta hacia el inyector (13) y, en su configuración cerrada, bloquea el paso del gas precursor, estando el caudalímetro regulador a su vez en configuración cerrada.
2. Máquina (1) según la reivindicación 1,
caracterizada porque el inyector (13) está montado, en su
extremo (15) superior, sobre un soporte (16) móvil al que está
fijada dicha electroválvula (25).
3. Máquina (1) según la reivindicación 2,
caracterizada porque dicho soporte {16) móvil está montado
en una parte (5) superior de la unidad (4) de tratamiento, móvil en
traslación entre una posición abierta, en la que está distanciada
de una parte (7) inferior que incluye un recinto (9) adecuado para
alojar el recipiente (2), y una posición cerrada en la que descansa
de manera estanca sobre dicha parte (7) inferior.
4. Procedimiento de deposición en fase vapor
activada por plasma (PECVD) de una capa delgada de un material con
efecto barrera en una pared interna de un recipiente, que pone en
práctica una máquina (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3,
que comprende las etapas siguientes:
- -
- introducción del recipiente (2), previamente formado, en la unidad (4) de tratamiento, estando la electroválvula (25) en configuración cerrada;
- -
- puesta del recipiente (2) bajo vacío parcial por aspiración;
- -
- apertura simultáneamente de un caudalímetro (22) regulador y de la electroválvula (25), al tiempo que prosigue la aspiración, con el fin de evacuar suficientemente el aire presente en el recipiente (2) e introducir el gas precursor a presión en éste,
- -
- barrido del recipiente (2) por medio del gas precursor;
- -
- bombardeo del gas precursor por medio de microondas electromagnéticas para la activación del plasma;
- -
- después de formación de la capa de barrera, cierre simultáneamente del caudalímetro (22) regulador y de la electroválvula (25) para detener la inyección de gas precursor en el recipiente (2).
- -
- cese del bombardeo;
- -
- aspiración de gases residuales resultantes del plasma.
5. Procedimiento de deposición por plasma según
la reivindicación 4, caracterizado porque, después del
cierre del caudalímetro (22) regulador y de la electroválvula (25),
el bombardeo de microondas se mantiene durante la etapa de
aspiración de gases residuales resultantes del plasma.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0507966A FR2889204B1 (fr) | 2005-07-26 | 2005-07-26 | Appareil pour le depot pecvd d'une couche barriere interne sur un recipient, comprenant une ligne de gaz isolee par electrovanne |
| FR0507966 | 2005-07-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2324428T3 true ES2324428T3 (es) | 2009-08-06 |
Family
ID=36128580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES06794203T Active ES2324428T3 (es) | 2005-07-26 | 2006-07-24 | Aparato para la deposicion pecdv de una capa de barrera interna en un recipiente. |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7887891B2 (es) |
| EP (1) | EP1907601B1 (es) |
| JP (1) | JP2009503252A (es) |
| CN (1) | CN101248211B (es) |
| AT (1) | ATE426692T1 (es) |
| DE (1) | DE602006005933D1 (es) |
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