ES2937385T3 - Máquina de PEPVD - Google Patents

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ES2937385T3 ES18020270T ES18020270T ES2937385T3 ES 2937385 T3 ES2937385 T3 ES 2937385T3 ES 18020270 T ES18020270 T ES 18020270T ES 18020270 T ES18020270 T ES 18020270T ES 2937385 T3 ES2937385 T3 ES 2937385T3
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Abstract

La invención se refiere a una máquina (10) para aplicar un recubrimiento sobre un sustrato (20) con un proceso PEPVD, la máquina (10) comprende: una zona de evaporación (24) conectada a una fuente de vacío (32) para mantener un vacío dentro de la zona de evaporación (24), y que comprende una fuente de recubrimiento de metal u óxido de metal (38) y uno o más contraelectrodos (34), un electrodo de tambor de proceso giratorio (18) que comprende imanes (60) dispuestos dentro de su circunferencia exterior, el tambor electrodo (18) que forma parte de una ruta de sustrato y está dispuesto para guiar el sustrato (20) a través de la zona de evaporación, en el que el electrodo del tambor de proceso comprende una carcasa exterior y una carcasa interior y en el que los conductos de refrigerante están incrustados entre la carcasa exterior y la carcasa interior. caparazón,y una fuente de alimentación de corriente alterna (36) para generar una diferencia de potencial eléctrico entre los contraelectrodos (34) y el electrodo de tambor (18), estando dispuesta la máquina en funcionamiento para generar un plasma, estando adaptados los imanes (60) para dirigir y contener el plasma junto al sustrato en la zona de evaporación, estando dispuesta además la máquina de modo que la corriente de la fuente de alimentación (36) se acople entre los contraelectrodos (34) y el electrodo de tambor (18), a través del sustrato (20).estando dispuesta además la máquina de manera que la corriente procedente de la fuente de alimentación (36) se acopla entre los contraelectrodos (34) y el electrodo de tambor (18), a través del sustrato (20).estando dispuesta además la máquina de manera que la corriente procedente de la fuente de alimentación (36) se acopla entre los contraelectrodos (34) y el electrodo de tambor (18), a través del sustrato (20). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Máquina de PEPVD
La invención se refiere a una máquina para aplicar un recubrimiento sobre un sustrato mediante un procedimiento de PEPVD.
Un procedimiento de PEPVD (procedimiento de deposición física en fase vapor potenciada por plasma) es una realización particular de un procedimiento de PVD, en el que se usa un plasma.
Un grupo de procedimientos diferentes de los procedimientos de PVD son los procedimientos de CVD donde un material que va a depositarse sobre un sustrato es el resultado de una reacción química de al menos un precursor suministrado con un gas de procedimiento. Los procedimientos de cVd son con frecuencia desventajosos ya que el gas de procedimiento es tóxico o al menos peligroso para el medioambiente. Ejemplos de aparatos y métodos de PEPVD y PECVD pueden encontrarse en los documentos WO 2014/156129 A1, US 2009/159429 A1, US 3829373 A, WO 2014/088302 A1, EP 0818801 A2, EP 3067437 A1 y JP 2011 208191 A.
La invención se refiere a proporcionar una capa que consiste en un metal y/o un óxido de metal, tal como óxido de aluminio, sobre una película delgada. Por ejemplo sobre una lámina de plástico, que puede usarse como material de envasado. Un material de envasado de este tipo puede usarse para envasar alimentos. La capa puede usarse para proporcionar una barrera contra la entrada de gas y/o agua y/o luz. La capa proporcionada sobre la lámina puede ser transparente y/o mecánicamente densa y/o mecánicamente estable.
La invención proporciona una máquina para aplicar un recubrimiento sobre un sustrato con un procedimiento de PEPVD según la reivindicación 1.
Esta máquina permite que una capa se deposite sobre un sustrato, que puede ser mecánicamente estable, con gran uniformidad por la anchura del sustrato. Además, la capa puede depositarse a altas velocidades de alimentación de sustrato y requiriendo una baja cantidad de energía eléctrica. Preferiblemente, la capa es generalmente resistente al desgaste causado por el manejo, que puede producirse, por ejemplo, mediante etapas de conversión posteriores para formar el envasado.
Según una realización preferida de la invención, los conductos de refrigerante se forman por medio de una pluralidad de rebordes, que incluso más preferiblemente se extienden de manera helicoidal entre la envoltura exterior y la envoltura interior.
Preferiblemente, la capa depositada es una capa de barrera. Ventajosamente, las realizaciones de la invención proporcionan una capa de barrera, compuesta de óxido inorgánico tal como óxido de silicio u óxido de aluminio con propiedades de barrera altas que no disminuyen significativamente cuando se usan en campos que requieren alta humedad y/o temperatura y/o presión tal como en tratamientos de autoclave, tratamientos de esterilización o tratamientos de pasteurización usados para alimentos, fármacos y similares.
Ventajosamente, las realizaciones de la invención proporcionan una capa de barrera transparente, tal como óxido de aluminio. Preferiblemente, la capa de barrera es ópticamente clara con características de baja densidad óptica y alta transmisión de luz. El envasado transparente es deseable, por ejemplo, si los consumidores desean ver un producto a través de su envasado. Esto es con frecuencia el caso para el envasado de alimentos, tal como carne o queso.
Ventajosamente, las realizaciones de la invención proporcionan una capa de barrera, cuya densidad óptica puede controlarse, y que pueden proporcionar una capa de barrera de alta densidad mecánica.
Un elemento clave de la máquina es que en funcionamiento se genera un plasma entre uno o más contra­ electrodos y el electrodo (de tambor de procedimiento). De esta manera, una diferencia de potencial eléctrico se extiende entre el uno más contra-electrodos y el electrodo de tambor, que hace que la corriente se acople eléctricamente "a través" del sustrato soportado por el electrodo de tambor mediante la frecuencia de funcionamiento del sistema. Se ha encontrado que mediante el uso de un sistema acoplado de manera activa, la corriente se conduce a través del sustrato que va a recubrirse que da como resultado beneficios del procedimiento. Esto incluye altos niveles de densificación de recubrimiento a través del bombardeo mediante iones de plasma, entre otros.
Preferiblemente, la fuente de vacío está dispuesta para mantener en funcionamiento un vacío dentro de la zona de evaporación en el orden de 10-3 mbar a 10-4 mbar. Este nivel de vacío garantiza que el material evaporado, tal como aluminio no se ha retrasado significativamente en su camino desde la fuente de evaporador hacia el sustrato; mejorando de ese modo la productividad.
Preferiblemente, la zona de evaporación comprende una o más entradas de gas dispuestas para introducir cantidades controladas de gas o gases, a continuación en el presente documento "gases de plasma", en la proximidad del sitio de la formación de plasma. Preferiblemente, un gas de este tipo comprende argón, nitrógeno, oxígeno o helio o una combinación o dos cualquiera, tres cualquiera o todos estos gases. Ventajosamente, esto reduce localmente el nivel de vacío hasta un grado controlado, es decir dentro de la nube de plasma. Esto aumenta a su vez la conductividad eléctrica de la nube del material evaporado. Por tanto, de manera contradictoria, el plasma puede mantenerse más fácilmente incluso a niveles de vacío globales relativamente altos, tal como 10-4 mbar. Los átomos del gas de entrada contribuyen a un recubrimiento de alta calidad sobre el sustrato mediante bombardeo y compactación de la capa de material depositado. Preferiblemente, los iones de gas pesados tal como argón se usan para este fin. La estabilidad del plasma puede potenciarse a través de la inclusión de helio.
En ciertas realizaciones preferidas, la zona de evaporación comprende además una o más entradas de gas adicionales dispuestas para introducir cantidades controladas de uno o más gases reactivos, tal como oxígeno o nitrógeno u otro gas reactivo, a continuación en el presente documento "gases reactivos". El gas o los gases reactivos se introducen preferiblemente en la proximidad del sustrato y el electrodo de tambor. Mediante introducción de tales gases cerca del sustrato y el electrodo de tambor, y por tanto distante del punto en el que el material evaporado se evapora, la oxigenación del material evaporado en gran parte de la nube de plasma se reduce o se elimina. Ventajosamente, esto tiene el efecto de mantener la conductividad eléctrica de la nube de plasma.
En una realización, el gas reactivo es oxígeno de modo que haciendo que el oxígeno reaccione con el material de fuente de recubrimiento, tal como aluminio, puede obtenerse un recubrimiento con un óxido de metal, tal como óxido de aluminio.
Ventajosamente, en tal modo de operación reactivo, el uso de un plasma energético permite un grado de mezclado más alto entre un gas de procedimiento, tal como oxígeno, y el material evaporado, tal como aluminio. En el caso de aluminio y oxígeno de procedimiento, por ejemplo, esto significa que el oxígeno está más unido químicamente al aluminio.
Mientras que AhO3 es transparente, AlOx parece cada vez más gris ya que el valor de oxígeno químicamente unido, x, se reduce por debajo de 3/2. Por tanto, aumentando el grado en el que el oxígeno presente en la capa de barrera está unido al aluminio, la transparencia de la capa puede aumentar para un contenido en oxígeno dado total. Expresado de manera diferente, el oxígeno usado en el proceso reactivo se usa de manera más eficaz debido a la presencia del plasma. En realizaciones de la invención esto puede dar lugar normalmente a una reducción del 15-25 % de la cantidad de oxígeno requerida. Por tanto, pueden producirse recubrimientos más transparentes mientras se mantienen todavía propiedades de barrera satisfactorias. Una capa de barrera transparente sobre el sustrato es ventajosa en particular en el campo de la industria de envasado.
En términos generales, son posibles tres categorías diferentes de realizaciones de la invención, dependiendo de las diferentes combinaciones de: (i) los materiales evaporados usados, (ii) los gases de plasma usados y (iii) si se usa o no un gas reactivo. Las siguientes combinaciones son particularmente ventajosas:
Cuando se usa un metal tal como aluminio como el material de recubrimiento y no se introduce gas de procedimiento, entonces el resultado es un procedimiento que no es reactivo. En un procedimiento de este tipo puede emplearse un gas de purga opcionalmente en la región de los contra-electrodos. Los gases pueden incluir oxígeno o argón, por ejemplo.
En una alternativa en la que de nuevo está usándose metal, tal como aluminio, como material de recubrimiento y se usa oxígeno o argón como gas de purga, un gas de procedimiento reactivo tal como oxígeno se introduce en la zona de evaporación, haciéndolo un procedimiento reactivo. El recubrimiento puede ser en particular un recubrimiento de óxido de aluminio.
En una tercera variante, un óxido de metal tal como monóxido de silicio (SiO) se pone a disposición en la zona de evaporación. Los electrodos se purgan con oxígeno o argón mientras se usa algo o no se usa gas de procedimiento dependiendo de los requerimientos estequiométricos.
En todas las variantes, el material de recubrimiento de metal puede evaporarse calentándolo de manera resistiva.
Diferentes realizaciones de la invención pueden usar diferentes materiales de fuente de recubrimiento de metal o de óxido de metal incluyendo, por ejemplo: aluminio, óxido de aluminio, cobre, monóxido de silicio, titanio o sulfuro de cinc. Por tanto, puede obtenerse una amplia variedad de recubrimientos.
Las realizaciones de la invención incluyen uno o más contra-electrodos, que están dispuestos en funcionamiento para mantener un plasma en contacto con la superficie del sustrato que pasa a través de la zona de evaporación.
Ventajosamente, el número y la ubicación de los contra-electrodos puede seleccionarse de manera flexible para proporcionar las propiedades de recubrimiento requeridas para una geometría de máquina dada y el procedimiento empleado.
En algunas realizaciones, los contra-electrodos están dispuestos para mantener un plasma en contacto con la superficie del sustrato en una primera zona en la que el plasma trata el sustrato. En otras realizaciones, los contra-electrodos están dispuestos para mantener un plasma en contacto con la superficie del sustrato en una segunda zona en la que hay ya una capa depositada sobre el sustrato. En aún otras realizaciones, los contra­ electrodos están dispuestos para mantener un plasma en contacto con la superficie del sustrato tanto en la primera como en la segunda zona.
La colocación de los contra-electrodos aguas arriba o en el lado de entrada de la zona de evaporación causará que el plasma trate al sustrato a medida que este entra en la zona de evaporación o bien antes de que se produzca la deposición o antes de que la capa depositada se haya acumulado hasta obtener un grosor significativo, proporcionando una capa de siembra. De esta manera, las cargas funcionales de la superficie del sustrato pueden alterarse y el área de superficie del sustrato puede aumentar a través del micro-decapado. Esto proporciona una superficie de sustrato más uniforme que promueve la uniformidad de la capa depositada. También promueve una adhesión mejorada de la capa depositada al sustrato. Esto promueve a su vez características de película mejoradas en etapas de conversión posteriores o con respecto a la exposición y al uso de la película por ejemplo en etapas de procesamiento posteriores tal como tratamientos de autoclave, tratamientos de esterilización o tratamientos de pasteurización.
La colocación de contra-electrodos aguas abajo o en el lado de salida de la zona de evaporación causará que el plasma trate la capa depositada a medida que esta abandona la zona de evaporación. De esta manera, la densificación de la capa puede aumentar a través del bombardeo de iones pesados tal como argón. A su vez esto da como resultado menos sitios de fractura y por consiguiente un aumento de la resistencia al manejo de la película.
En todas las realizaciones, la función de los contra-electrodos se proporciona mediante electrodos de purga con gas o GPE. Los GPE proporcionan la funcionalidad de los contra-electrodos y al mismo tiempo permiten que cantidades controladas de gas seleccionado se introduzcan en la zona de evaporación. Ventajosamente, los GPE pueden emplearse tanto en el lado de entrada y como el lado de salida de la zona de evaporación de manera simultánea.
Se proporcionan imanes dentro del electrodo de tambor. Los imanes permiten que la distribución del plasma formado entre los contra-electrodos y el electrodo de tambor se vea influenciada conteniéndolo y focalizándolo adyacente al sustrato. Esta disposición reduce la impedancia eléctrica del sistema. A su vez, esto hace que la corriente eléctrica aumente y por consiguiente la densidad mecánica de la película depositada aumente. Dirigiendo y conteniendo de manera apropiada el plasma, el nivel de uniformidad del óxido de aluminio depositado aumenta y/o la eficacia del tratamiento con plasma del sustrato puede optimizarse.
Preferiblemente, los imanes están dispuestos de manera desplazable dentro del tambor. La posición del campo magnético fuera del tambor puede influenciarse de manera conveniente mediante la distancia a la que los imanes se disponen desde la envoltura exterior del tambor.
Según las realizaciones, el tambor de procedimiento está enfriado. Esto evita temperaturas excesivas en la superficie del tambor de procedimiento, que podrían afectar negativamente al sustrato.
Un fluido refrigerador/líquido refrigerador se guía entre una envoltura exterior y una envoltura interior del tambor de procedimiento. Confinando la trayectoria del fluido refrigerador a un espacio angular que tiene un radio interno casi tan grande como el radio externo del tambor de procedimiento garantiza que esté disponible un gran espacio interior dentro del tambor para posicionar los imanes. En particular, los imanes pueden posicionarse cerca de la superficie exterior del tambor de procedimiento.
Según una realización de la invención, el fluido refrigerador se suministra y se descarga en uno y el mismo extremo del tambor de procedimiento. Como consecuencia, el extremo opuesto del tambor de procedimiento está disponible para alojar el mecanismo para desplazar los imanes dentro del tambor.
Preferiblemente, el sustrato se alimenta a la zona de evaporación desde una unidad de desbobinado y se alimenta desde la zona de evaporación a una unidad de rebobinado. Preferiblemente, la unidad de desbobinado y la unidad de rebobinado se disponen en una zona de bobinado, estando la zona de bobinado conectada a una fuente de vacío. La fuente de vacío se adapta preferiblemente para crear dentro de la zona de bobinado una presión en el orden de 10'2 mbar. Por tanto, no es necesario establecer el alto nivel de vacío en toda la máquina. Más bien, el alto nivel de vacío se confina a la zona de evaporación donde se deposita el metal u óxido sobre el sustrato, mientras que un bajo nivel de vacío se establece en otras partes de la máquina.
Preferiblemente, una disposición de sellado se proporciona para sellar en las áreas donde el sustrato se guía desde la zona de bobinado hacia la zona de evaporación y de vuelta a la zona de bobinado. La disposición de sellado puede ser, por ejemplo, un hueco muy estrecho, alargado en la dirección del flujo de fluido conocido como un hueco o junta de "conductancia", a través del cual se guía el sustrato, evitando de ese modo que la atmósfera de la zona de bobinado se transfiera rápidamente en la zona de evaporación.
La fuente de alimentación suministra un voltaje AC con una frecuencia media en el orden de 5-200 kHz para crear el plasma deseado dentro de la zona de evaporación.
La potencia de la fuente de alimentación puede estar en el orden de 1-10 kW, siendo de ese modo significativamente inferior (en un factor de aproximadamente 10 a 30) que la potencia necesaria para procedimientos de la técnica anterior.
Como sustrato, se usan preferiblemente los siguientes materiales: PET, OPP, BOPP, CPP, PE, BOPA o PVC. La máquina según la invención puede hacerse funcionar preferiblemente de modo que el sustrato se haga avanzar a una velocidad de más de 300 m/min, preferiblemente a una velocidad de más de 400 m/min y los más preferiblemente a una velocidad de más de 1,000 m/min. Por tanto, se logra un rendimiento muy alto.
La invención se describirá ahora con referencia a una realización que se muestra en los dibujos adjuntos. En los dibujos,
- la figura 1 muestra esquemáticamente una máquina según una primera realización de la invención,
- la figura 2 muestra en una vista en corte, en perspectiva el tambor de procedimiento usado en la máquina de la figura 1,
- la figura 3 muestra en una vista en perspectiva el tambor de procedimiento de la figura 2 con una envoltura exterior eliminada,
- la figura 4 muestra el tambor de procedimiento de la figura 3, estando mostrada la envoltura exterior y la envoltura interior de manera transparente,
- la figura 5 muestra una sección transversal por el tambor de la figura 2
- la figura 6 muestra en una vista en corte y en perspectiva agrandada de uno de los extremos axiales del tambor de la figura 2,
- la figura 7 muestra en una vista en corte y en perspectiva agrandada el otro extremo del drum de la figura 2, - la figura 8 muestra esquemáticamente una máquina según una segunda realización de la invención, y - la figura 9 muestra esquemáticamente una máquina según una tercera realización de la invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente los principales componentes de una máquina 10 para aplicar un recubrimiento a un sustrato mediante un método de PEPVD.
La máquina 10 tiene una zona de bobinado 12 en la que se disponen una unidad de desbobinado de sustrato 14 y una unidad de rebobinado de sustrato 16.
La unidad de desbobinado de sustrato 14 puede considerarse muy generalmente como una bobina que comprende un suministro de un sustrato que va a recubrirse. El sustrato es en particular una lámina de plástico de uno de los siguientes materiales: PET, OPP, BOPP, CPP, PE, BOPA o PVC. La unidad de rebobinado de sustrato 16 puede considerarse generalmente como una bobina para enrollar el sustrato después de que se haya aplicado el recubrimiento deseado a este.
Además, se proporciona un electrodo de tambor de procedimiento 18 que se monta de manera giratoria en la máquina 10. El tambor de procedimiento 18 es no ferroso (por ejemplo acero inoxidable) y eléctricamente conductor al menos en su circunferencia exterior.
La anchura del tambor de procedimiento 18 es al menos igual a la anchura de un sustrato 20 proporcionado por la unidad de desbobinado de sustrato 14 y enrollado sobre una unidad de rebobinado de sustrato 16.
En esta realización de la invención, se proporciona un sistema de transporte de tejidos que incluye una unidad de desbobinado de sustrato 14 junto con rodillos guía 22, tambor de procedimiento 18 y unidad de rebobinado de sustrato 16, que define una trayectoria del sustrato, o una trayectoria de transporte de tejidos, a lo largo de la cual el sustrato 20 puede desbobinarse desde la unidad de desbobinado de sustrato 14, puede guiarse de modo que haga un bucle alrededor de una parte significativa de la circunferencia exterior del tambor de procedimiento 18 y finalmente puede enrollarse sobre la unidad de rebobinado de sustrato 16. En la realización mostrada, el sustrato 20 se enrolla alrededor del tambor de procedimiento 18 por ligeramente más de 180 °. Durante el funcionamiento, la velocidad superficial del tambor de procedimiento 18 es la misma que la velocidad a la que se hace avanzar el sustrato 20.
La unidad de desbobinado de sustrato 14, los rodillos guía 22 y la unidad de rebobinado de sustrato 16 se disponen en la zona de bobinado 12 mientras que el sustrato se guía por medio del tambor de procedimiento 18 a través de la zona de evaporación 24. La separación entre la zona de bobinado 12 y la zona de evaporación 24 está representada en este caso de manera esquemática con el número de referencia 26.
En la realización mostrada, el sustrato 20 se expone a la zona de evaporación 24 sobre un ángulo de ligeramente menos de 180 ° a lo largo del perímetro del tambor de procedimiento 18; conociéndose esta región como la "abertura".
Una disposición de sellado 28 mostrada de manera esquemática se proporciona cerca del tambor de procedimiento 18 en la separación 26 para sellar entre la zona de bobinado 12 y la zona de evaporación 24. La disposición de sellado 28 puede implementarse en forma de un hueco muy estrecho, o de conductancia, a través del cual pasa el sustrato 20 cuando se hace avanzar desde la zona de bobinado 12 hacia la zona de evaporación 24 y de vuelta hacia la zona de bobinado 12.
Una fuente de vacío 30 se conecta con la zona de bobinado 12 para establecer un vacío en la misma. La presión en la zona de bobinado está en el orden de 10-2 mbar.
Una fuente de vacío 32 se conecta con la zona de evaporación 24. La fuente de vacío 32 se adapta para establecer una presión de procedimiento en el orden de 10-4 mbar en la zona de evaporación 24.
Dentro de la zona de evaporación 24 se dispone una pluralidad de contra-electrodos 34. Los contra-electrodos 34 están conectados con una fuente de alimentación 36. La fuente de alimentación 36 también está conectada eléctricamente con el electrodo de tambor de procedimiento 18.
En esta realización, los contra-electrodos 34 están dispuestos de manera opuesta entre sí en diferentes lados de un plano mediano que se extiende a través del tambor de procedimiento 18. Aunque solo un electrodo 34 es visible en la figura 1 a cada lado del plano mediano, en la práctica puede estar dispuesta una pluralidad de electrodos 34 a distancias adecuadas entre sí a lo largo de las líneas que se extienden en paralelo con el eje de rotación del tambor de procedimiento 18.
Mediante acoplamiento capacitivo de la energía eléctrica con una frecuencia de por ejemplo 40 kHz entre el electrodo de tambor de procedimiento 18 y los contra-electrodos 34, puede generarse un plasma de procedimiento entre los contra-electrodos y el electrodo de tambor de procedimiento (más precisamente entre los contra-electrodos 34 y el sustrato 20 guiado a lo largo del electrodo de tambor de procedimiento 18).
La energía eléctrica de la fuente de alimentación 36 puede estar en el orden de 2 kW. Los contra-electrodos 34 se purgan con gas, se adaptan para inyectar cantidades controladas de gas o gases seleccionados en la zona de evaporación 24; en esta realización, argón. Una fuente de argón 37 representada de manera esquemática proporciona un flujo de argón en la zona de evaporación 24.
Ya que una capa de barrera de óxido de aluminio va a depositarse sobre el sustrato 20, se dispone una fuente de aluminio PVD 38 dentro de la zona de evaporación 24. La fuente de aluminio 38 está preferiblemente en forma de un recipiente evaporador calentado de manera resistiva, aunque podría usarse en cambio el calentamiento inductivo.
Dentro de la zona de evaporación 24, se dispone un suministro de oxígeno 40 que proporciona un flujo de oxígeno en la proximidad del sustrato 20 y el electrodo de tambor 18. En particular, el suministro de oxígeno 40 se dispone de manera que el oxígeno se pone a disposición en la zona de evaporación 24 de manera adyacente o de manera aproximada a una ubicación aguas arriba del sustrato 20. Mientras esta configuración funciona bien para óxido de aluminio, podrían elegirse diferentes ubicaciones para el suministro de oxígeno 40 dentro de la zona de evaporación.
El electrodo de tambor de procedimiento 18 comprende una envoltura exterior 50 (véase las figuras 2 a 7) y una envoltura interior 52. Entre las envolturas 50, 52, un refrigerante se guía para controlar la temperatura de la superficie exterior del tambor de procedimiento 18. En particular, un flujo de refrigerante se guía a través de los conductos de refrigerante 53 integrados entre las envolturas exterior e interior 50, 52.
Tal como puede observarse en la figura 2, el refrigerante C se suministra al tambor de procedimiento 18 y se descarga desde allí a uno y el mismo lado (el lado izquierdo con respecto a la figura 2). Por tanto, las trayectorias de "salida" y "retorno" de los conductos de refrigerante entre las envolturas exterior e interior 50, 52 se extienden de manera alterna por toda la anchura del tambor de procedimiento 18.
Los conductos de refrigerante 53 se forman por medio de una pluralidad de rebordes 54 que se extienden de manera helicoidal entre la envoltura exterior y la envoltura interior 50, 52 (por favor, véase en particular las figuras 3 y 4).
Los rebordes 54 delimitan los canales de flujo (indicados por flechas F) que se extienden desde el flanco izquierdo 55 (denominado flanco de suministro) en el que se suministra el refrigerante C, de manera helicoidal hacia el extremo axial opuesto del tambor y entonces de vuelta al flanco de suministro 55. Este es el resultado de que cada otro reborde 54 termina a corta distancia del flanco que está opuesto al flanco de suministro 55 de modo que se forman canales de flujo adyacentes a través de los que fluye el refrigerante en direcciones opuestas.
Tal como puede observarse además de las figuras 2 a 8, se dispone una pluralidad de imanes 60 en el interior del electrodo de tambor de procedimiento 18. Los imanes 60 están dispuestos con polaridad alterna tal como se muestra en la figura 5).
Los imanes 60 se extienden por (casi) toda la anchura del electrodo de tambor de procedimiento 18 y están colocados de modo que sean estacionarios dentro del electrodo de tambor de procedimiento 18 a medida que el electrodo de tambor de procedimiento 18 gira. Tal como puede observarse en la figura 1, los imanes 60 están dispuestos de manera que se posicionan en el lado del electrodo de tambor de procedimiento 18 adyacente al evaporador de aluminio 38.
La distancia entre imanes 60 y la superficie interior de la envoltura interior 52 puede ajustarse por medio de un dispositivo de ajuste 62 representado esquemáticamente. El dispositivo de ajuste 62 se acciona mediante una transmisión 64, que puede accionarse o puede ser manual, dispuesta en el extremo axial del tambor de procedimiento 18 opuesto al extremo donde se suministra y se descarga el refrigerante.
Mediante el ajuste de la distancia entre la superficie interior de la envoltura interior 52 y los imanes 60, puede ajustarse el campo magnético (representado esquemáticamente con el número de referencia 66 en la figura 5) con respecto a la superficie exterior del tambor. El plasma es más intenso en los límites del campo magnético. El campo magnético focaliza o contiene y dirige de ese modo el plasma en la posición óptima con respecto a la superficie del sustrato. La posición óptima es aquella en la que el rendimiento funcional de la película se optimiza por el plasma. Esto puede determinarse con experiencia, o ensayo y error.
En términos generales, es deseable que los imanes estén dispuestos para focalizar el plasma por una abertura lo más grande posible. De esta manera el "intervalo" durante el cual puede producirse la deposición se maximiza y el rendimiento de la máquina aumenta de ese modo. Se entenderá por tanto que el diámetro del electrodo de tambor de procedimiento 18 y la abertura van en paralelo. Debido a que el electrodo de tambor de procedimiento 18 tiene un diámetro que es grande en comparación con las máquinas de la técnica anterior, esto logra que pueda producirse un rendimiento significativamente más alto.
El dispositivo de ajuste 62 comprende un eje giratorio 70 con el que se acciona desde fuera el tambor de procedimiento 18. La rotación del eje 70 puede transformarse en movimiento traslacional por medio de un accionamiento de cremallera y piñón u otro mecanismo adecuado, generando un movimiento traslacional de una barra de sujeción central 72.
En cada lado de la barra de sujeción 72 se disponen barras guía 74 que guían de manera precisa una estructura portadora 76 en la que engrana la barra de sujeción 72 y a la que se unen los imanes 60.
Para crear una capa de barrera como un recubrimiento sobre el sustrato 20, se liberan térmicamente átomos de aluminio mediante el evaporador de aluminio 38 en la zona de evaporación 24. Al mismo tiempo se descarga argón en la zona de evaporación 24 mediante los electrodos purgados con gas 34 y se crea un plasma dentro de la zona de evaporación 24 mediante aplicación de una diferencia de potencial eléctrico adecuada entre el electrodo de tambor de procedimiento 18 y los contra-electrodos 34. Además, se suministra oxígeno a la zona de evaporación 24 en el lado donde el sustrato 20 entra en la zona de evaporación 24.
El plasma activa al sustrato de modo que aumenta la unión entre el sustrato y el recubrimiento. Además, este aumenta la reactividad y el mezclado entre los átomos de aluminio y las moléculas de oxígeno. El óxido de aluminio formado dentro de la zona de evaporación 24 se deposita sobre la superficie del sustrato 20 de modo que se forma una capa de barrera compacta, uniforme. Los iones argón cargados presentes en la zona de evaporación 24 ayudan a compactar la capa depositada sin interaccionar químicamente.
Mientras los electrodos 34 se purgan con el argón, no se deposita aluminio sobre los electrodos. Por tanto, se evita de manera fiable el "problema del ánodo que desaparece".
Mediante ajuste adecuado de la distancia a la que se disponen los imanes 30 de la superficie interior de la envoltura interior 52 del tambor de procedimiento 18, el plasma puede influenciarse de manera que se logre un recubrimiento uniforme sobre la superficie del sustrato 20. El sustrato puede moverse a velocidades muy altas a través de la zona de evaporación 24. Son posibles velocidades que superan 300 m/min, a veces que superan 1,000 m/min.
En la figura 8 se muestra una máquina según una segunda realización. Esta se corresponde en gran medida con la primera realización, y se usan los mismos números de referencia para los componentes conocidos de la primera realización. Por tanto, la construcción y el funcionamiento de la máquina según la segunda realización se corresponde con la primera realización excepto las diferencias que se explican a continuación.
En la segunda realización no se usa gas reactivo. Por tanto, el suministro 40 para el gas reactivo se elimina, dando lugar a un proceso no reactivo.
El suministro 37 para la entrada de gas mediante los electrodos purgados con gas 34 suministra oxígeno, argón o helio.
La fuente de recubrimiento de metal 38 puede ser aluminio. Esta se calienta de manera resistiva, aunque de nuevo podría calentarse mediante inducción, de modo que se ponen disponibles los átomos de aluminio en la zona de evaporación, que finalmente se depositan sobre el sustrato.
Aunque la figura 8 indica que el material de la fuente de recubrimiento de metal 38 es aluminio, debe tenerse en cuenta que pueden usarse otros materiales también.
En la figura 9 se muestra una máquina según una tercera realización Esta se corresponde en gran medida con la primera realización, y se usan los mismos números de referencia para los componentes conocidos de la primera realización. Por tanto, la construcción y el funcionamiento de la máquina según la tercera realización se corresponde con la primera realización excepto las diferencias que se explican a continuación.
En la tercera realización, la fuente de recubrimiento de metal es un óxido de metal que se calienta de manera resistiva. Como ejemplo se muestra en este caso SiO. Sin embargo debe tenerse en cuenta que otros materiales con también adecuados.
Mediante los electrodos purgados con gas 34, se introduce oxígeno o argón y se usa algo o nada de plasma dependiendo de los requerimientos estequiométricos.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una máquina (10) para aplicar un recubrimiento sobre un sustrato (20) con un procedimiento de PEPVD, comprendiendo la máquina (10):
una zona de evaporación (24) conectada a una fuente de vacío (32) para mantener un vacío dentro de la zona de evaporación (24), y que comprende una fuente de recubrimiento de metal o de óxido de metal (38) y uno o más contra-electrodos (34),
un electrodo de tambor de procedimiento (18) giratorio que comprende imanes (60) dispuestos dentro de su circunferencia exterior, formando el electrodo de tambor (18) parte de una trayectoria del sustrato y dispuesto para guiar el sustrato (20) a través de la zona de evaporación,
en donde el electrodo de tambor de procedimiento comprende una envoltura exterior y una envoltura interior y en donde están integrados conductos de refrigerante entre la envoltura exterior y la envoltura interior, y una fuente de alimentación de corriente alterna (36) para generar una diferencia de potencial eléctrico entre los contra-electrodos (34) y el electrodo de tambor (18),
estando dispuesta la máquina en funcionamiento para generar un plasma entre uno o más contra-electrodos (34) y el electrodo de tambor (18), estando adaptados los imanes (60) para dirigir y contener el plasma adyacente al sustrato en la zona de evaporación, estando dispuesta la máquina además de tal manera que la corriente procedente de la fuente de alimentación (36) se acopla entre los contra-electrodos (34) y el electrodo de tambor (18), a través del sustrato (20),
caracterizada por que uno o más de los contra-electrodos es un electrodo purgado con gas (34) y que comprende una pluralidad de contra-electrodos purgados con gas (34) en forma de una barra o una pluralidad de barras.
2. La máquina de la reivindicación 1, en donde los conductos de refrigerante se forman por medio de una pluralidad de rebordes que se extienden preferiblemente de manera helicoidal entre la envoltura exterior y la envoltura interior.
3. La máquina de la reivindicación 1 o reivindicación 2, dispuesta para evaporar la fuente de recubrimiento de metal o de óxido de metal usando calentamiento resistivo o por inducción.
4. La máquina de cualquier reivindicación anterior, en donde en funcionamiento el vacío en la zona de evaporación es del orden de 10'4 mbar.
5. La máquina de cualquier reivindicación anterior, en donde la zona de evaporación comprende una o más entradas de gas dispuestas para inyectar en la zona de evaporación uno o más gases de plasma.
6. La máquina de la reivindicación 5, en donde los gases de plasma incluyen uno o más de argón u oxígeno o helio.
7. La máquina según cualquier reivindicación anterior, que comprende aparatos dispuestos para introducir un gas reactivo en la zona de evaporación (24) en la proximidad del electrodo de tambor de procedimiento (18).
8. La máquina según la reivindicación 7, en donde el gas de procedimiento es un gas reactivo tal como oxígeno, dispuesto para reaccionar con el material de fuente de recubrimiento.
9. La máquina según cualquier reivindicación anterior, en donde la fuente de recubrimiento de metal o de óxido de metal (38) es una cualquiera de: aluminio, óxido de aluminio, cobre, monóxido de silicio, titanio o sulfuro de cinc.
10. La máquina de cualquier reivindicación anterior, en donde están dispuestos imanes (60) dentro del tambor de procedimiento (18).
11. La máquina de la reivindicación 10, en donde los imanes (60) están dispuestos de manera desplazable dentro del tambor de procedimiento (18).
12. La máquina de cualquier reivindicación anterior, en donde el tambor de procedimiento (18) está enfriado.
13. La máquina de la reivindicación 12, en donde un fluido refrigerante (C) se guía entre una envoltura exterior y una envoltura interior (50, 52) del tambor de procedimiento (18).
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