EP1701802B1 - High frequency spraying device - Google Patents

Abstract

A high-frequency spray device is provided that is suitable for applying a coating fluid onto a substrate. The spray device can include an atomizing arrangement, a movable substrate holder, a gas supply, and one or more temperature control elements. The atomizing arrangement can include a resonance body which may have a trumpet-like shape and which can be excited to produce high-frequency vibrations that may provide a spray mist jet of the coating fluid. The spray device can further include a field arrangement capable of generating an electric and/or magnetic field in the region containing the substrate which may influence the deposition of the spray mist jet on the substrate. The spray device may also include a suction arrangement that can affect the shape of the spray jet mist and/or withdraw a portion of the spray jet mist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine zum Zerstäuben einer Beschichtungsflüssigkeit geeignete Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung, welche mit einer Trocknungsvorrichtung ausgestattet ist, um die auf dem zu beschichtenden Körper mit Hilfe der Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung aufgebrachte Beschichtungsflüssigkeit zu trocknen und/oder zu vernetzen, wobei die Vorrichtung ferner einen Substrathalter aufweist, der geeignet ist, den zu beschichtenden Körper während des Beschichtungsvorgangs ständig in einer für die Beschichtung geeigneten Position zu halten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine solche Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung, die die Beschichtungsflüssigkeit nicht mittels einer druckbeaufschlagten Düse zerstäubt, sondern die die Beschichtungsflüssigkeit kraftlos ohne Luftinduzierung mit Hilfe eines zu hochfrequenten Schwingungen anregbaren Resonanzkörpers zu einem Sprühnebel zerstäubt. Erfindungsgemäß sind auch solche Vorrichtungen umfasst, in welche für den Beschichtungsvorgang eine Bewegung des Substrates und/oder der Zerstäubereinrichtung erfolgt.The present invention generally relates to a high-frequency sputtering apparatus suitable for sputtering a coating liquid, which is equipped with a drying apparatus for drying and / or crosslinking the coating liquid applied to the body to be coated by the high-frequency sputtering apparatus, the apparatus further comprising a substrate holder. which is suitable for keeping the body to be coated constantly in a position suitable for the coating during the coating process. In particular, the present invention relates to such a Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung that does not atomize the coating liquid by means of a pressurized nozzle, but which atomizes the coating liquid powerless without air induction by means of a stimulable to high-frequency vibrations resonance body to form a spray. According to the invention, such devices are also included in which a movement of the substrate and / or the atomizer device takes place for the coating process.

Die hochfrequenten Schwingungen, zu denen der Resonanzkörper angeregt wird, können beispielsweise in einem elektromechanischen Wandler, mittels piezokeramischer Elemente erzeugt werden, die zu elektrischen Schwingungen angeregt wurden. Diese mit Hilfe der piezokeramischen Elemente erzeugten mechanischen Schwingungen können anschließend verstärkt zu dem Resonanzkörper weitergeleitet werden. Mit diesen mechanischen hochfrequenten Schwingungen kann ein kontinuierlich auf den Resonanzkörper aufgebrachter Beschichtungsflüssigkeitsfilm zu Kapillarwellen angeregt werden, so dass sich an den sich an den Kapillarwellen ausbildenden Schwingungsbäuchen feine Tröpfchen abschnüren, wodurch ein Zerstäubungs- oder Sprühnebel gebildet wird.The high-frequency vibrations to which the resonance body is excited can be generated, for example, in an electromechanical transducer by means of piezoceramic elements which have been excited to electrical vibrations. These mechanical vibrations generated with the aid of the piezoceramic elements can then be forwarded to the resonance body reinforced. With these mechanical high-frequency oscillations, a coating liquid film continuously applied to the resonator body can be excited into capillary waves, so that fine droplets are constricted at the antinodes which form on the capillary corrugations, whereby an atomizing or spray mist is formed.

Mögliche Anwendungsgebiete für derartige drucklose Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung lassen sich beispielsweise im Bereich der Luft- oder Warenbefeuchtung, der Mikroelektronik, der Medizintechnik etc. finden. Ferner können sich derartige drucklose Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtungen als sehr geeignet für die Be- oder Entgasung von Flüssigkeiten erweisen. Ebenso können sich die genannten Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtungen zur Aufgabe von Trennmitteln und/oder zur Flüssigkeitszugabe bei Füll- und Mischvorgängen eignen.Possible applications for such non-pressurized Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung can be found for example in the field of air or goods moistening, microelectronics, medical technology, etc. Furthermore, such non-pressurized Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtungen prove to be very suitable for the degassing or degassing of liquids. Likewise, the said Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtungen to the task of release agents and / or for liquid addition in filling and mixing operations are suitable.

Besondere Bedeutung kommt diesen Hochfrequenzzerstäubungsvomichtungen jedoch im Bereich der Medizintechnik zu, um beispielsweise medizinische Implantate wie beispielsweise Knochen- und Gelenkschrauben, Herzklappenprothesen und filigrane Substrate, insbesondere Gefäßstützen, wie beispielsweise Stents, dünn und homogen mit einer Beschichtungsflüssigkeit zu beschichten. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich beispielsweise geschlossene Schichtdicken von etwa 1 nm bis etwa 1 mm, ggf. auch mehr, erzielen. Bevorzugte Schichtdicken liegen bei 1nm bis 100 µm, besonders bevorzugt bei 1 nm bis 10 µm, z.B. 1 nm bis 1 µm oder 10 nm bis 1 µm und insbesondere bevorzugt bei 1 nm bis 10 nm.However, special importance is attached to these high-frequency sputtering devices in the field of medical technology in order, for example, to coat medical implants such as bone and joint screws, heart valve prostheses and filigree substrates, in particular stents, such as stents, thinly and homogeneously with a coating liquid. With the device according to the invention, for example, closed layer thicknesses of about 1 nm to about 1 mm, possibly even more, can be achieved. Preferred layer thicknesses are 1 nm to 100 μm, more preferably 1 nm to 10 μm, e.g. 1 nm to 1 μm or 10 nm to 1 μm and particularly preferably 1 nm to 10 nm.

Derartige Stents werden beispielsweise benötigt, um die mittels einer Ballondilatation geweitete Herzkranzarterie eines Herzinfarktpatienten dauerhaft gegen erneuten Wiederverschluss zu schützen. Um die Herzkranzarterie dauerhaft gegen Wiederverschluss zu schützen, werden meist nach einer erfolgreichen Ballondilatation derartige Stents, die z.B. die Fonn eines scherengitterartigen hohlzylindrischen Drahtgeflechts besitzen, das mit einem Lockenwickler vergleichbar ist, in das Herzkranzgefäß eingepasst, wodurch in vielen Fällen der Wiederverschluss des Gefäßes verhindert oder zumindest zeitlich hinausgezögert werden kann.Such stents are required, for example, to protect the coronary artery widened by means of a balloon dilatation of a heart attack patient permanently against reocclusion. To protect the coronary artery permanently against reclosure, such stents, for example, the Fonn of a scissor-like hollow cylindrical wire mesh, which is comparable to a curler, fit into the coronary artery, which prevents or in many cases the reclosure of the vessel after a successful balloon dilatation at least temporarily delayed.

Damit diese Stents, wie auch andere medizinische Implantate oder sonstige zu beschichtenden Körper, die im Folgenden kumulativ als Substrate bezeichnet werden, vom menschlichen Organismus nicht abgestoßen werden, ist es erforderlich, diese Substrate mit einer geeigneten Beschichtung zu versehen, die vom menschlichen oder tierischen Körper nicht abgestoßen werden. Zur Beschichtung dieser häufig sehr feinen und filigranen Substrate kann bevorzugt beispielsweise die zuvor bereits erwähnte Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung verwendet werden.In order for these stents, as well as other medical implants or other bodies to be coated, which are hereinafter referred to cumulatively as substrates, to be rejected by the human organism, it is necessary to provide these substrates with a suitable coating that can be absorbed by the human or animal body not be repelled. For coating these often very fine and filigree substrates, for example, the previously mentioned Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung can be preferably used.

Eine Zerstäubungsvorrichtung, die geeignet ist, eine Beschichtungsflüssigkeit kraftlos ohne Luftinduzierung zu zerstäuben ist beispielsweise aus dem US-Patent mit der Nr. 4,655,393 bekannt. Der hieraus bekannte Ultraschallzerstäuber besteht im Wesentlichen aus zwei über eine Flanschverbindung in Längsrichtung miteinander verbundenen Röhren, wobei zwischen die beiden aneinander grenzenden Flansche der beiden Röhren ein Antriebselement zwischengeschaltet ist, um die Zerstäubungseinheit zu Schwingungen im Ultraschallbereich anzuregen. An der Rückseite des Ultraschallzerstäubers schließt sich ein Zufuhrschlauch an, um die Zerstäubungsvorrichtung mit Beschichtungsflüssigkeit zu beschicken. An der Vorderseite des Zerstäubers springt die vorderseitige Röhre in ihrem Durchmesser zurück, wodurch ein weiteres massives Rohrstück mit kleinerem Durchmesser gebildet wird. Dieses weitere Rohrstück weitet sich im Querschnitt betrachtet einer Kreisbahn gehorchend in Richtung der Vorderseite der Zerstäubungsvorrichtung auf und endet in einer ebenen Zerstäuberspitze.A sputtering apparatus capable of sputtering a coating liquid without inducing air induction is known, for example, from US Pat No. 4,655,393 known. The ultrasonic atomizer known therefrom consists essentially of two tubes connected to one another in the longitudinal direction by means of a flange connection, wherein a drive element is interposed between the two adjoining flanges of the two tubes in order to excite the atomizing unit to oscillate in the ultrasonic range. At the rear of the ultrasonic atomizer, a supply hose connects to supply the atomizing device with coating liquid. At the front of the nebulizer, the front tube returns in diameter, forming another solid tube of smaller diameter. This further piece of pipe expands in a cross-sectional view of a circular path obeying towards the front of the sputtering device and ends in a planar Zerstäuberspitze.

Die ebene Zerstäuberspitze und der innere Hohlraum der vorderen Röhre der Zerstäubungsvorrichtung sind über mehrere dünne geradlinige Kapillarröhren verbunden, um die Zerstäuberspitze mit einem zu hochfrequenten Schwingungen angeregten Beschichtungsmittel zu beaufschlagen. Diese feinen Röhren enden jedoch stumpf und ohne jeglichen kontinuierlichen Vorgang in der ebenen Spitze der Zerstäubungsvorrichtung. Dieser diskontinuierliche Übergang zwischen den Röhren und der ebenen Spitze führt jedoch im Betrieb dieser Zerstäubungsvorrichtung zu einem unregelmäßigen Sprühbild, und insbesondere zu einer unregelmäßigen Tröpfchengröße in dem erzeugten Sprühnebel. Insbesondere werden durch diesen diskontinuierlichen Übergang auch Tropfen mit größerem Durchmesser verursacht, die sich zunächst an der Spitze der Zerstäubungsvorrichtung ansammeln und sich bei einer bestimmten Größe von der Zerstäuberspitze infolge der Wirkung der Schwerkraft ablösen. Dies ist unterem anderem ein Grund dafür, weshalb die aus der US 4,655,393 bekannte Zerstäubungsvorrichtung nur in vertikaler Ausrichtung mit nach oben zeigender Sprühspitze oder in horizontaler Ausrichtung verwendet werden soll. Im Falle, dass das zu beschichtende Substrat jedoch unterhalb dieser Zerstäubungsvorrichtung angeordnet werden sollte, oder auch bei sehr dünnen, gleichmäßigen Beschichtungen, kommt es häufig vor, dass sich größere Tropfen von der Sprühspitze abnabeln und auf das Substrat tropfen und dieses somit für die weitere Verwendung unbrauchbar machen.The planar atomizer tip and the inner cavity of the front tube of the sputtering device are connected by a plurality of thin rectilinear capillary tubes to impart a high frequency vibrationally excited coating agent to the atomizer tip. However, these fine tubes end blunt and without any continuous action in the planar tip of the sputtering device. However, this discontinuous transition between the tubes and the planar tip results in the operation of this sputtering apparatus to an irregular spray pattern, and in particular to an irregular droplet size in the generated spray. In particular, droplets of larger diameter are also caused by this discontinuous transition, which initially accumulate at the tip of the atomizing device and at a certain size detach from the atomizing tip due to the effect of gravity. One of the reasons why this is the result of the US 4,655,393 known sputtering device should only be used in a vertical orientation with upward pointing spray tip or in a horizontal orientation. However, in the case that the substrate to be coated should be placed below this sputtering device, or even with very thin, uniform coatings, it often happens that larger drops of the spray tip abknabeln and drip onto the substrate and thus this for further use to make something useless.

Ein weiteres Problem bei der Beschichtung von Substraten besteht ferner darin, dass derartige Substrate üblicherweise zunächst in einem ersten Schritt beschichtet werden, wobei sie von einem ersten Substrathalter gehalten werden, um mit Hilfe einer Sprühvorrichtung beschichtet zu werden. Anschließend muss jedoch das Substrat normalerweise von diesem ersten Substrathalter abgenommen werden, um zur Trocknung und/oder Härtung beispielsweise in einen Trocknungsofen eingebracht zu werden. Dieses Abnehmen von dem Substrathalter erweist jedoch problematisch, da beim Abnehmen des Substrats von dem ersten Substrathalter sehr leicht der frisch aufgebrachte und noch nicht ausgehärtete Beschichtungsfilm beschädigt werden kann, wodurch das Substrat ebenfalls für die weitere Verwendung unbrauchbar werden würde.Another problem with the coating of substrates is further that such substrates are usually first coated in a first step, being held by a first substrate holder to be coated by means of a spraying device. Subsequently, however, the substrate must normally be removed from this first substrate holder to be introduced into a drying oven for drying and / or curing, for example. However, this removal from the substrate holder proves to be problematic because when the substrate is removed from the first substrate holder, the freshly applied and uncured coating film can easily be damaged, whereby the substrate would also become unusable for further use.

Ein weiteres Problem beim Beschichten von Substraten mit einer Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung wie sie beispielsweise aus der US 4,655,393 bekannt ist, besteht ferner darin, dass der von solch einer Zerstäubungsvorrichtung erzeugte Sprühnebel lediglich durch die pro Zeiteinheit der Zerstäubungsvorrichtung zugeführten Beschichtungsflüssigkeit und durch die Anregungsfrequenz moduliert werden kann. Eine weitere Beeinflussung der Sprühcharakteristik beispielsweise zur Aufweitung oder Verengung des Sprühstrahls oder zur Beschleunigung des Sprühnebels, um diesem eine bestimmte Richtung zu verleihen, ist jedoch nicht möglich.Another problem when coating substrates with a Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung such as those from the US 4,655,393 is known, further consists in that the spray generated by such a sputtering device can be modulated only by the coating liquid supplied per unit time of the sputtering apparatus and by the excitation frequency. However, it is not possible to further influence the spray characteristics, for example to widen or narrow the spray jet or to accelerate the spray in order to give it a certain direction.

US 2003/0161937 offenbart eine Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung gemäß des ersten Teils des Anspruchs 1. US 2003/0161937 discloses a high-frequency sputtering apparatus according to the first part of claim 1.

Ausgehend von der zuvor beschriebenen Problematik, die beim Beschichten eines Substrats mit beispielsweise einer Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung entstehen kann, liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung zum Beschichten filigraner Substrate zur Verfügung zu stellen, die nicht mit dem Nachteil der Tropfenbildung an der Zerstäuberspitze behaftet ist, so dass sie auch mit nach unten gerichtetem Resonanzkörper betrieben werden kann. Ferner soll mit der vorliegenden Erfindung das zuvor beschriebene Problem gelöst werden, dass beim Abnehmen der Substrate von dem Substarthalter entsteht, um diese beispielsweise zum Härten in einen Trocknungsofen einbringen zu können. Außerdem soll eine Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung bereitgestellt werden, die es erlaubt, den Sprühstrahl nicht nur durch Einstellen der Beschichtungsflüssigkeitsmenge sowie der Zerstäuberfrequenz zu beeinflussen, sondern die es darüber hinaus erlaubt, den Sprühstrahl zu beschleunigen oder den Sprühkegel aufzuweiten oder zu verjüngen.Based on the problem described above, which may arise when coating a substrate with, for example, a Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung, the present invention therefore has for its object to provide an improved Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung for coating filigree substrates available, which does not have the disadvantage of drop formation at the Zerstäuberspitze is afflicted, so that it can also be operated with downward resonating body. Furthermore, the problem described above is to be solved with the present invention that arises when removing the substrates of the Substarthalter to bring them, for example, for curing in a drying oven can. In addition, a Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung be provided, which allows not only to influence the spray by adjusting the amount of coating liquid and the Zerstäuberfrequenz, but also allows it to accelerate the spray or widen the spray cone or taper.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben und Probleme erstmals mit einer Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung zum Zerstäuben einer Beschichtungsflüssigkeit und zum Beschichten eines Substrats gelöst, die eine zu hochfrequenten Schwingungen anregbare Zerstäubungseinheit aufweist, welche die ihr zugeführte Beschichtungsflüssigkeit zu einem Sprühnebel zerstäubt und welche ferner mit einem positionierbaren Substrathalter ausgestattet ist, der das zu beschichtende Substrat während des gesamten Zerstäubungs- und Beschichtungsvorgangs in einer für die Beschichtung günstigen Position innerhalb des von der Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung erzeugten Sprühnebels hält, wodurch es ermöglich wird, das Substrat mit dem erzeugten Sprühnebel gleichmäßig zu benetzen und dünne, homogene Schichten aufzubringen.According to a first aspect of the present invention, these objects and problems are first provided with a high-frequency sputtering apparatus for sputtering a coating liquid and for coating a substrate having a high-frequency vibration excitable atomizing unit, which atomizes the coating liquid supplied thereto to a spray and which is further provided with a positionable substrate holder, the substrate to be coated during the entire sputtering and coating process in a coating-favorable position within the spray generated by the high-frequency sputtering device, thereby making it possible to evenly wet the substrate with the generated spray and to apply thin, homogeneous layers.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann auch die gesamte Zerstäubungseinheit an einem Substrat entlangbewegt werden, oder ein beweglich angeordnetes Substrat mit einer beweglich angeordneten Zerstäubungseinheit vorgesehen werden.According to an alternative embodiment, the entire atomization unit can also be moved along a substrate, or a movably arranged substrate with a movably arranged atomization unit can be provided.

Um auch dem eingangs beschriebenen Problem entgegen zu wirken, das beim Abnehmen der frisch beschichteten Substrate entsteht, weist die Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung ferner mindestens eine Wärmequelle auf, die geeignet i st, die auf dem Substrat gebildete Sprühnebelschicht zu trocknen, ohne das Substrat von dem Substrathalter abnehmen zu müssen. Dies bringt somit den mit der vorliegenden Erfindung erreichbaren Vorteil mit sich, dass das frisch beschichtete Substrat zum Trocknen nicht von dem Substrathalter abgenommen werden muss, so dass die Gefahr, das frisch beschichtete Substrat bzw. den frisch aufgebrachten Beschichtungsfilm zu beschädigen, ausgeräumt werden kann.In order to counteract the problem described above, which arises when removing the freshly coated substrates, the Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung further comprises at least one heat source which is suitable i st to dry the spray layer formed on the substrate, without removing the substrate from the substrate holder have to. This thus brings about the advantage achievable with the present invention that the freshly coated substrate does not have to be removed from the substrate holder for drying, so that the risk of damaging the freshly coated substrate or the freshly applied coating film can be eliminated.

Wie bereits eingangs erläutert wurde, umfasst die Zerstäubungseinheit einen Ultraschallzerstäuber, der dazu geeignet ist, eine der Zerstäubungseinheit zugeführte Beschichtungsflüssigkeit in einen feinen Sprühnebel zu zerstäuben. Zur Erzeugung der hochfrequenten Ultraschallwellen besitzt der Ultraschallzerstäuber beispielsweise ein piezokeramisches Element, das elektrische Wellen in mechanische Wellen umwandelt, wodurch eine dem Ultraschallzerstäuber drucklos zugeführte Beschichtungsflüssigkeit Kapillarwellen ausbildet, an deren Schwingungsbäuchen feinste Tröpfchen abgeschnürt werden. Um die Beschichtungsflüssigkeit möglichst gleichmäßig und kontinuierlich der Zerstäuberspitze der Zerstäubungseinheit zuzuführen, von welcher die zu Schwingungen angeregte Beschichtungsflüssigkeit abgenebelt wird, weist die Zerstäubungseinheit einen sich trompetenförmig aufweiteten Resonanzkörper auf. Dieser kapillarartige oder sich trompetenförmig aufweitende Resonanzkörper schwingt mitsamt dem Ultraschallzerstäuber in der angeregten Frequenz, so dass die dem Resonanzkörper zugeführte Beschichtungsflüssigkeit auf der Oberfläche des Resonanzkörpers ebenfalls in der angeregten Frequenz mitschwingt und die bereits erwähnten Kapillarwellen ausbildet.As already explained at the beginning, the atomizing unit comprises an ultrasonic atomizer which is suitable for atomizing a coating liquid fed to the atomizing unit into a fine spray mist. For generating the high-frequency ultrasonic waves, the ultrasonic atomizer has, for example a piezoceramic element, which converts electrical waves into mechanical waves, whereby a coating liquid, which is fed without pressure to the ultrasonic atomizer, forms capillary waves, at whose vortices finest droplets are pinched off. In order to supply the coating liquid as uniformly and continuously as possible to the atomizer tip of the atomization unit, from which the coating liquid excited to oscillate is fogged, the atomization unit has a resonator body which widens in a trumpet-shaped manner. This capillary-like or trumpet-shaped expanding resonance body oscillates together with the ultrasonic atomizer in the excited frequency, so that the coating material supplied to the resonance body also resonates on the surface of the resonance body in the excited frequency and forms the already mentioned capillary waves.

Um den sich trompetenförmig aufweitenden Resonanzkörper gleichmäßig und kontinuierlich mit Beschichtungsflüssigkeit zu versorgen, ist der sich trompetenförmig aufweitende Resonanzkörper mit einer Kapillarröhre verbunden, über die die Innenfläche des Resonanzkörpers mit Beschichtungsflüssigkeit versorgt wird. Damit sich vom Austritt der Beschichtungsflüssigkeit aus der Kapillarröhre und beim Übergang auf die Innenfläche des Resonanzkörpers keine Diskontinuitäten ergeben, bindet die Kapillarröhre derart in ein Mundstück des sich trompetenförmig aufweitenden Resonanzkörpers ein, so dass das Ende der Kapillarröhre ohne Sprünge oder Stufen in den Resonanzkörper übergeht. Beim Austritt der Beschichtungsflüssigkeit aus der Kapillarröhre verteilt sich diese somit auf der sich konzentrisch und trompetenförmig aufweitenden Innenfläche des Resonanzkörpers in einem dünnen Film.In order to provide the trumpet-shaped expanding resonance body uniformly and continuously with coating liquid, the trumpet-shaped expanding resonance body is connected to a capillary tube, via which the inner surface of the resonance body is supplied with coating liquid. So that no discontinuities result from the exit of the coating liquid from the capillary tube and the transition to the inner surface of the resonance body, the capillary tube thus engages in a mouthpiece of the trumpet-shaped expanding resonance body, so that the end of the capillary tube passes without jumps or steps into the resonance body. Upon exiting the coating liquid from the capillary tube, this thus spreads on the concentric and trumpet-shaped widening inner surface of the resonator in a thin film.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der sich trompetenförmig aufweitende Resonanzkörper die Form eines Horns besitzen, das sich beispielsweise im Schnitt betrachtet einer Traktrix-Funktion, einer Exponential-Funktion oder einer Klotoiden-Funktion, um nur einige zu nennen, gehorchend aufweitet. Um die Zerstäubungsfläche des Resonanzkörpers zu vergrößern, kann sich an das zuvor beschriebene Horn des Resonanzkörpers beispielsweise ein trichterförmiger Abschnitt anschließen. Ebenfalls ist es möglich, die Aufweitung des Horns des Resonanzkörpers soweit zu führen, bis der Krümmungsradius des Horns parallel zu der in den Resonanzkörper eingebundenden Kapillaröhre liegt. In diesem Falle könnte das Horn an seiner Außenöffnung in einer Lochscheibe nach außen fortgesetzt werden, deren einziges Loch dann mit der Hornöffnung zusammenfällt. Ein durch eine derartige Vergrößerung des Resonanzkörpers erreichbarer Vorteil kann darin bestehen, dass die gesamte Menge an Beschichtungsflüssigkeit, die dem Resonanzkörper über die Kapillarröhre zugeführt wird, vernebelt wird. Durch die Vergrößerung des Resonanzkörpers kann somit sichergestellt werden, dass sich an dem Resonanzkörper keine nicht zerstäubten Reste der Beschichtungsflüssigkeit ansammeln, die ansonsten unzerstäubt an einem Rand des Resonanzkörpers in Folge der Schwerkraft abtropfen.According to a preferred embodiment, the trumpet-shaped expanding resonating body may be in the form of a horn, which, for example, when viewed in section, obeys a traktrix function, an exponential function, or a clotoid function, to name a few. In order to increase the sputtering surface of the resonance body, for example, a funnel-shaped section can adjoin the previously described horn of the sounding body. It is also possible to guide the widening of the horn of the resonance body until the radius of curvature of the horn is parallel to the capillary tube embedded in the resonance body. In this case, the horn could be continued at its outer opening in a perforated disc to the outside, the single hole then coincides with the horn opening. An advantage obtainable by such enlargement of the resonator body may be that the entire amount of coating liquid supplied to the resonator body via the capillary tube is atomized. By enlarging the resonator, it is thus possible to ensure that no non-atomized residues of the coating liquid accumulate on the resonator, which otherwise drip unpermissed on an edge of the resonator due to gravity.

Um ferner die Ablösung großer Beschichtungsflüssigkeitstropfen am Resonanzkörper zu vermeiden oder um Unterschiede in der Schichtdicke des sich auf der Innenfläche des Horns ausbildenden Beschichtungsflüssigkeitsfilms zu vermeiden, wird der Resonanzkörper, der wie zuvor ausgeführt wurde in eine kreisrunde Lochscheibe übergeht, idealer weise mittels einer steuerbaren, pulsationsfreien Dosierpumpe mit Beschichtungsflüssigkeit beaufschlagt. Zwar erweisen sich Dosierungsmengen von 0,1 bis 100 ml/min und vorzugsweise 0,5 ml/min als für den zuvor im medizintechnischen Bereich erwähnten Einsatz der Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung als vorteilhaft, jedoch kann die Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung selbstverständlich auch mit anderen Dosierungsmengen betrieben werden, wobei Volumenströme von bis zu 50 1 pro Stunde ohne weiteres realisierbar sind, oder von geringfügigen Mengen in der Größenordnung von beispielsweise 1 µl/min.In order to further avoid the detachment of large coating liquid droplets on the resonator body or to avoid differences in the layer thickness of the coating liquid film forming on the inner surface of the horn, the resonator body, which was converted into a circular perforated disk as described above, is ideally by means of a controllable, pulsation-free Dosing pump charged with coating liquid. Although dosing amounts of 0.1 to 100 ml / min and preferably 0.5 ml / min prove to be advantageous for the use of the high-frequency sputtering device previously mentioned in the medical field, the Of course, high-frequency sputtering device are also operated with other dosage amounts, with volume flows of up to 50 1 per hour are readily feasible, or of minor amounts of the order of, for example, 1 ul / min.

Um ein möglichst optimales Sprühbild ohne Ablösung unerwünschter Tropfen zu erhalten, werden die einzelnen Dimensionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufeinander abgestimmt, wobei auch der Volumenstrom des Beschichtungsmittels sowie dessen Zähigkeit zu berücksichtigen sind. So erweist es sich für die üblichen Einsatzzwecke im medizinischen Bereich normalerweise als geeignet, den lichten Durchmesser der Kapillarröhre im Bereich zwischen 0,01 und 15 mm zu wählen. Für die üblichen zur Beschichtung medizinischer Substrate geeigneten Beschichtungsflüssigkeiten sollte der Durchmesser der Kapillarröhre vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,5 mm, insbesondere jedoch zu etwa 0,4 mm gewählt werden. In entsprechender Weise ist der Durchmesser des sich aufweitenden Resonanzkörpers abzustimmen, wobei sich für den Durchmesser der zuvor beschriebenen Lochscheibe zwischen 1 und 100 mm als geeignet erwiesen haben. Im Bereich der Medizintechnik haben sich jedoch insbesondere Durchmesser für die Lochscheibe im Bereich zwischen 3 und 30 mm und insbesondere in der Größenordnung von 8 mm als vorteilhaft erwiesen.In order to obtain the best possible spray pattern without detachment of unwanted droplets, the individual dimensions of the device according to the invention are matched to each other, whereby the volume flow of the coating agent and its toughness must be taken into account. Thus, for the usual purposes in the medical field, it usually proves to be suitable to choose the clear diameter of the capillary tube in the range between 0.01 and 15 mm. For the usual coating liquids suitable for coating medical substrates, the diameter of the capillary tube should preferably be selected in the range between 0.3 mm and 0.5 mm, but in particular approximately 0.4 mm. In a corresponding manner, the diameter of the expanding resonant body is tuned, with the diameter of the perforated disk described above having been found to be between 1 and 100 mm. In the field of medical technology, however, in particular diameters for the perforated disc in the range between 3 and 30 mm and in particular in the order of 8 mm have proven to be advantageous.

Um das Sprühbild der erfindungsgemäßen Hochfrequenzzerstäubungsvonichtung einzustellen, kann der erzeugte Sprühnebel mit einem steuerbaren Luft- oder Inertgasstrahl moduliert werden, wobei der Inertgasstrahl gleichzeitig den Ex-Schutz der Vorrichtung sicherstellt. Der Luft- oder Inertgasstrahl zur Modulation des Sprühbildes wird erzeugt, indem die gesamte Zerstäubungseinheit einschließlich des Ultraschallzerstäubers von einem einseitig geöffneten Gehäuse umhaust ist, das einen Anschluss für eine steuerbare Inertgaszufuhr, sowie selbstverständlich einen Anschluss für die Beschichtungsflüssigkeit aufweist, sodass das über den Inertgasanschluss des Gehäuses in den Gehäuseinnenraum zugeführte Inertgas an der einen Öffnung des Gehäuses gebündelt und strahlartig austreten kann, wodurch der zur Modulation des Sprühbildes erforderliche Inertgasstrahl erzeugt wird.In order to set the spray pattern of the high-frequency sputtering device according to the invention, the generated spray can be modulated with a controllable air or inert gas jet, the inert gas jet at the same time ensuring the ex-protection of the device. The air or inert gas jet for modulation of the spray pattern is generated by enclosing the entire atomizing unit, including the ultrasonic atomizer, from a one-way opened housing having a port for controllable inert gas supply, and of course one Having connection for the coating liquid, so that the supplied via the Inertgasanschluss of the housing into the housing interior inert gas can be bundled at the one opening of the housing and radiate escape, whereby the required for modulation of the spray pattern inert gas jet is generated.

Indem der Resonanzkörper des Ultraschallzerstäubers entweder unmittelbar in der einen Öffnung des Gehäuses oder in der mittelbaren Umgebung der Öffnung des Gehäuses angeordnet ist, kann durch den erzeugten Inertgasstrahl das Sprühbild der Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung moduliert werden. So kann beispielsweise durch die Steuerung der Inertgaszufuhr der natürliche Volumenstrom des Sprühnebels beschleunigt werden. Ferner kann durch den erzeugten Inertgasstrahl der Sprühstrahl gerichtet und stabilisiert werden, wodurch auch eine Veränderung der Aufweitung des Sprühkegels ermöglicht wird. So kann beispielsweise infolge der Inertgas-Unterstützung der Sprühkegel des zerstäubten Beschichtungsmaterials im Bereich zwischen 0 bis 180° variiert werden, wobei für kleinere Bauteile, wie beispielsweise die im Bereich der Medizintechnik anzutreffenden Substrate, Sprühstrahlkegel mit einem Winkel von ungefähr 30° bevorzugt werden.By arranging the resonance body of the ultrasonic atomizer either directly in the one opening of the housing or in the indirect environment of the opening of the housing, the spray pattern of the high-frequency atomizing device can be modulated by the generated inert gas jet. For example, by controlling the inert gas supply, the natural volume flow of the spray can be accelerated. Further, by the generated inert gas jet, the spray can be directed and stabilized, whereby a change in the expansion of the spray cone is made possible. For example, as a result of the inert gas support, the spray cone of the atomized coating material can be varied in the range from 0 to 180 °, with spray cone at an angle of approximately 30 ° being preferred for smaller components, such as the substrates encountered in the field of medical technology.

Um die Sprühstrahlcharakteristik noch besser beeinflussen zu können, kann die eine Öffnung des Gehäuses eine Inertgasdüse aufweisen, durch die das über die Inertgaszufuhr bereitgestellte Inertgas als Trägermedium zur Sprühstrahlkonditionierung des Sprühnebels entströmt. Diese Düse kann beispielsweise als ein sich aufweitender Trichter ausgebildet sein, der sich von der Öffnung des Gehäuses nach außen aufweitet oder verjüngt. Durch den in diesem sich aufweitenden oder verjüngenden Trichter angeordneten Resonanzkörper des Ultraschallzerstäubers wird zwischen dem Trichter und dem Resonanzkörper ein Ringspalt gebildet, durch den das dem Innenraum des Gehäuses zugeführte Inertgas entweichen kann. Die Breite dieses Ringspalts kann beispielsweise durch Verfahren des Resonanzkörpers in Längsrichtung des Trichters oder durch Variieren des Aufweitungswinkels des Trichters variiert werden, wodurch eine weitere Beeinflussung der Sprühstrahlcharakteristik möglich ist.In order to be able to influence the spray jet characteristic even better, one opening of the housing can have an inert gas nozzle, through which the inert gas provided via the inert gas feed flows out as a carrier medium for the spray jet conditioning of the spray mist. This nozzle may for example be formed as a widening funnel, which widens or tapers from the opening of the housing to the outside. An annular gap is formed between the funnel and the resonance body through the resonator of the ultrasonic atomizer arranged in this widening or tapering funnel, through which the inert gas supplied to the interior of the housing can escape. The width of this annular gap, for example, by moving the resonator in Be varied in the longitudinal direction of the funnel or by varying the expansion angle of the funnel, whereby a further influence on the spray jet characteristic is possible.

So kann im Gegensatz zu bekannten druckbeaufschlagten Sprühdüsen die Charakteristik des erzeugten Sprühstrahls auf mehrere unterschiedliche Weisen beeinflusst werden. Beispielweise kann der Sprühstrahl neben der Veränderungen des Volumenstroms der Beschichtungsflüssigkeit über eine Einstellung der Arbeitsfrequenz der Zerstäubungseinheit im Ultraschallbereich zwischen 20 kHz bis 3 MHz, vorzugsweise 20 bis 200 kHz, verändert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Variierung der Sprühstrahlcharalcteristik besteht ferner darin, die Energiezufuhr der Zerstäubungs-einheit zu verändern, die üblicherweise im Bereich zwischen ungefähr 0,01 bis 100 W liegt. Eine vierte Möglichkeit zur Sprühstrahlveränderung besteht, wie bereits zuvor beschrieben darin, den Sprühstrahl über ein Einstellen der Inertgaszufuhr zu dem Gehäuse, in dem die Zerstäubungseinheit untergebracht ist, zu beeinflussen. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Sprühstrahlcharakteristik besteht wie ebenfalls bereits angesprochen wurde darin, den Sprühstrahl über eine Variation des Ringspalts zu beeinflussen, der sich zwischen dem Resonanzkörper und dem sich in Anschluss an die eine Öffnung des Gehäuses aufweitenden Trichters ergibt.Thus, in contrast to known pressurized spray nozzles, the characteristics of the spray jet generated can be influenced in several different ways. For example, in addition to the changes in the volume flow of the coating liquid, the spray jet can be changed by setting the operating frequency of the atomizing unit in the ultrasonic range between 20 kHz to 3 MHz, preferably 20 to 200 kHz. Another way to vary the Sprühstrahlcharalcteristik is to change the power supply of the sputtering unit, which is usually in the range between about 0.01 to 100 W. A fourth possibility for spray jet modification consists, as already described above, in influencing the spray jet by adjusting the inert gas supply to the housing in which the atomization unit is accommodated. Another possibility for influencing the spray jet characteristic, as has already been mentioned, is to influence the spray jet via a variation of the annular gap which results between the sound box and the funnel which widens in connection with the one opening of the housing.

Weiterhin bestehen hier die Möglichkeiten, die bereits aus der Lackiertechnik bekannt sind, wie z.B. Verdünnung, Lösemittelauswahl, Entfernung der Düse vom Substrat, Additive, um das Spritzbild zu optimieren.Furthermore, here are the possibilities that are already known from the painting technique, such. Dilution, solvent selection, nozzle removal from the substrate, additives to optimize the spray pattern.

Ferner besteht die Möglichkeit flächige Beschichtungen auszuführen, wobei beispielsweise mehrere Düsen kaskadenartig nebeneinander angeordnet werden können. Hier kann dann entsprechend das flächige Substrat mittels eines Förderbandes an den Düsen vorbeigeführt werden bzw. die Düsen über das stehende Substrat geführt werden.Furthermore, it is possible to perform laminar coatings, wherein, for example, a plurality of nozzles can be arranged side by side in cascade. Here, then, the flat substrate by means of a Conveyor belt are passed past the nozzles or the nozzles are guided over the stationary substrate.

Es kann ferner bevorzugt sein, die Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung mit einer oder mehreren Vorrichtungen zu versehen oder an ihr vorzusehen, welche die Einstellung der Temperatur des Inertgases und/oder der Beschichtungsflüssigkeit und/oder der Beschichtungskammer insgesamt erlaubt, beispielsweise eine geregelte oder ungeregelte Vorrichtung zur Temperierung der inertisierten Luft in dem Auftragssystem, wobei hier folgende Wirkungsprinzipien zur Anwendung kommen können: Wärmetauscherverfahren in der Apparatur zur Kühlung oder Beheizung der Ultraschalldüse, des Inertisierungsgases oder der Beschichtungslösungen oder beliebiger Kombinationen davon.It may further be preferred to provide or to provide the high-frequency sputtering apparatus with one or more devices which allow the adjustment of the temperature of the inert gas and / or the coating liquid and / or the coating chamber as a whole, for example a controlled or unregulated device for controlling the temperature of the inertized Air in the application system, wherein the following principles of action may be used here: heat exchange method in the apparatus for cooling or heating the ultrasonic nozzle, the inerting gas or the coating solutions or any combinations thereof.

Das heißt, dass es in einem Beschichtungsprozess oder beim Beschichten eines Substrates mit einer Beschichtungsflüssigkeit vorteilhaft sein kann, dass für das Beschichtungsmedium, die Beschichtungsflüssigkeit oder Dispersion, welche in verschiedenen Aggregatszuständen auftreten können, während des gesamten Prozesses konstante, homogene und gleich bleibende Zustände herrschen. Das bedeutet beispielsweise, dass sich die Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit auf dem Weg von einem Vorratsbehälter zu einer Zerstäubungseinheit im Wesentlichen nicht verändert. Diese gleich bleibenden Zustände oder Temperaturbedingungen könnten beispielsweise gestört werden, wenn es in Folge von zugeführter Energie bei der Benutzung von beispielsweise einem Ultraschallspritzkopf zu einer Erwärmung des Spritzkopfes oder der Zerstäubungseinheit kommt. Diese Erwärmung könnte an die aufzubringende Beschichtungsflüssigkeit weitergegeben werden und die Beschichtungsflüssigkeit erwärmen.That is, in a coating process or coating a substrate with a coating liquid, it may be advantageous for the coating medium, the coating liquid, or dispersion, which may be in different states of aggregation, to have constant, homogeneous, and consistent conditions throughout the process. This means, for example, that the temperature of the coating liquid does not change substantially on the way from a storage container to a spraying unit. These constant conditions or temperature conditions could be disturbed, for example, if heating of the spray head or of the atomizing unit occurs as a result of supplied energy when using, for example, an ultrasonic spray head. This heating could be passed on to the applied coating liquid and heat the coating liquid.

Es könnte dabei beispielsweise vorkommen, dass an der erwärmten Zerstäubungseinheit, der Schmelzpunkt von, in einer Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen, Partikeln erreicht würde. Dadurch könnte es zu einem Schmelzen der Partikel und zu einem Verkleben der Zerstäubungseinheit bzw. des Ultraschallspritzkopfes kommen. Dies hätte eine schlechte Qualität des Auftragungs- bzw. Beschichtungsergebnisses zur Folge.For example, it could happen that the melting point of particles contained in a coating liquid would be reached at the heated atomization unit. This could lead to a melting of the particles and to a bonding of the atomizing unit or the ultrasonic spray head. This would result in a poor quality of the application or coating result.

Außerdem könnte es vorkommen, dass ein, in einer Beschichtungsflüssigkeit vorhandenes, Lösungsmittel verfrüht, also noch vor der Auftragung, verdunsten könnte. Diese verfrühte Verdunstung könnte, sofern nicht erwünscht, ebenfalls eine schlechte Qualität des Auftragungs- und Beschichtungsergebnisses zur Folge haben.In addition, it could happen that a solvent present in a coating liquid could evaporate prematurely, ie even before application. This premature evaporation could, if not desired, also result in poor quality of application and coating results.

Daher kann es von Vorteil sein, über den gesamten Verteilungsweg oder -prozess eines Gases oder einer Beschichtungsflüssigkeit, konstante Temperaturen einzustellen.Therefore, it may be advantageous to set constant temperatures throughout the distribution path or process of a gas or coating liquid.

Eine im Wesentlichen konstante Temperatur kann z.B. erreicht werden, indem ein überhitzter Bereich, beispielsweise eine überhitzte Zerstäubungsdüse mittels einer Temperatureinstellungseinrichtung heruntergekühlt wird. Oder aber dadurch, dass beispielsweise ein Zuleitungssystem, eine Luft- bzw. Gaszufuhr, Röhre, insbesondere Kapillarröhre oder ein anderes Verteilungssystem für eine Beschichtungsflüssigkeit oder für, in einem Lösungsmittel gelöste, Partikel, erwärmt wird. Die Erwärmung könnte nötig sein, wenn das Verteilungssystem durch einen kälteren Bereich führt. Durch das Abkühlen des Verteilungssystems könnte auch die transportierte Beschichtungsflüssigkeit abgekühlt werden. Dadurch könnte die unter normalen Bedingungen flüssige Flüssigkeit einen zäh-flüssigen Zustand annehmen und den Transport behindern. Ein Erhitzen des Verteilungssystems kann indirekt auch das transportierte Medium bzw. die Beschichtungsflüssigkeit erwärmen und so die Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit beeinflussen. Ebenso ist eine direkte Beeinflussung der Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit möglich.A substantially constant temperature can be achieved, for example, by cooling down a superheated area, for example a superheated atomizing nozzle, by means of a temperature setting device. Or by the fact that, for example, a supply system, an air or gas supply, tube, in particular capillary tube or other distribution system for a coating liquid or dissolved in a solvent, particles, is heated. The heating could be necessary if the distribution system leads through a colder area. By cooling the distribution system, the transported coating liquid could also be cooled. As a result, the fluid liquid under normal conditions could assume a viscous-liquid state and hinder the transport. Heating the distribution system can also indirectly heat the transported medium or coating liquid, and so on affect the temperature of the coating liquid. Likewise, a direct influence on the temperature of the coating liquid is possible.

Beispielsweise kann eine Heizwendel oder ein Wärmetauscher an dem Verteilsystem angebracht sein oder von der Beschichtungsflüssigkeit umspült werden und so, beispielsweise auch über eine Steuerung oder Regelung, für die Regulierung der Temperatur sorgen, indem entweder Wärme zugeführt oder entzogen wird. Möglich sind auch Wärmezuführ über Infrarot-Systeme oder induktive Systeme.For example, a heating coil or a heat exchanger may be attached to the distribution system or be lapped by the coating liquid and thus, for example by means of a controller, to regulate the temperature by either supplying or removing heat. Heat supply via infrared systems or inductive systems is also possible.

Es ist in bestimmten Ausführungsformen im Gegensatz zu dem Konstanthalten der Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit vorteilhaft, gezielt an verschiedenen Stellen des Verteilsystems unterschiedliche Temperaturen bereitzustellen. Während im oben beschriebenen Fall das Interesse besteht, einen möglichst geringen Temperaturgradienten zu haben, ist im letztgenannten Fall ein Temperaturgradient erwünscht. Dies ist beispielsweise bei Beschichtungen, insbesondere Beschichtungsflüssigkeiten, oder Dispersionen vorteilhaft, deren Partikel in Verbindung mit einem Lösungsmittel gut transportabel sind.In certain embodiments, in contrast to keeping the temperature of the coating liquid constant, it is advantageous to provide different temperatures specifically at different points of the distribution system. While in the case described above there is an interest in having the lowest possible temperature gradient, in the latter case a temperature gradient is desired. This is advantageous, for example, in the case of coatings, in particular coating liquids, or dispersions whose particles are easily transportable in conjunction with a solvent.

Daneben kann es in bestimmten Ausführungsformen für das Beschichten von Vorteil sein, wenn die Partikel in ungelöster Form vorliegen, wozu das Lösungsmittel entfernt werden muss. Zu der Entfernung des Lösungsmittels kann eine Temperaturerhöhung eingesetzt werden. Die Temperaturerhöhung, beispielsweise in einer erfindungsgemäßen Zerstäubungseinheit, insbesondere in einem Resonanzkörper oder einer Röhre lässt das Lösungsmittel verdunsten oder verdampfen, so dass am Spritzkopf oder der Zerstäubungseinheit oder dem Schallkopf die Partikel in ungelöster Form vorliegen.In addition, in certain embodiments, it may be advantageous for coating if the particles are in undissolved form, for which purpose the solvent must be removed. For the removal of the solvent, a temperature increase can be used. The increase in temperature, for example in a sputtering unit according to the invention, in particular in a resonance body or a tube, causes the solvent to evaporate or evaporate, so that the particles are present in undissolved form on the spray head or the sputtering unit or the transducer.

Die Beschichtungsflüssigkeit kann also in dieser Ausführungsform der Erfindung von einem Vorratsbehälter bis zu einer Zerstäubungseinheit unter Temperaturen transportiert werden, die die Partikel in dem Lösungsmittel gelöst lassen. Dadurch kann der Transport leichter erfolgen. Die erhöhte Temperatur der Zerstäubungseinheit lässt dann das Lösungsmittel im Bereich der Zerstäubungseinheit oder im Bereich des Ultraschallzerstäuber verdunsten, so dass die zu dem Ultraschallzerstäuber oder Schallkopf transportierten Partikel in ungelöster Form vorliegen. Dadurch können sie besser aufgetragen werden.The coating liquid can thus be transported in this embodiment of the invention from a reservoir to a sputtering unit at temperatures that leave the particles dissolved in the solvent. This makes transport easier. The elevated temperature of the atomization unit then allows the solvent to evaporate in the area of the atomization unit or in the area of the ultrasonic atomizer, so that the particles transported to the ultrasonic atomizer or transducer are present in undissolved form. As a result, they can be applied better.

Für andere Einsatzfälle bzw. Beschichtungsflüssigkeiten oder Dispersionen können wiederum andere Temperaturgradienten vorteilhaft sein. Diese Temperaturgradienten können mittels Temperatureinstelleinrichtungen und mittels einer Prozesstemperatursteuereinrichtung die die vorgebbaren Bedingungen für einen Beschichtungsprozess steuern, eingestellt werden.In turn, other temperature gradients may be advantageous for other applications or coating liquids or dispersions. These temperature gradients can be adjusted by means of temperature setting devices and by means of a process temperature control device which controls the predefinable conditions for a coating process.

Ebenfalls kann erfindungsgemäß ferner bevorzugt ein Einfluss auf die Temperatur bzw. die Beschichtungseigenschaft der Beschichtungsflüssigkeit oder eine Ausbreitfähigkeit von einer Beschichtungsflüssigkeit oder von Ihr gebildete Tröpfchen oder Partikel genommen werden, in dem die Temperatur eines in einen Luftstrom beigefügten Inertgases angepasst wird. Die Anpassung kann dabei direkt oder indirekt erfolgen.Also, according to the present invention, it is further preferable to have an influence on the temperature or coating property of the coating liquid or a spreading ability of a coating liquid or droplets or particles formed thereby, by adjusting the temperature of an inert gas added to an air stream. The adaptation can take place directly or indirectly.

Ferner kann es erfindungsgemäß bevorzugt sein einen Raum oder Bereich um das Substrat oder ggf. die Beschichtungskammer entsprechend ganz oder teilweise zu temperieren. Hierzu kann ein heißer Sprühnebel, der sich aus zerstäubten heißen Partikeln gebildet hat, mit einem gekühlten Inertgas vermischt oder in einer gekühlten Beschichtungskammer verteilt werden, so dass er abkühlt, wodurch beispielsweise die Haftfähigkeit der Partikel auf einem Substrat verbessert wird.Furthermore, it may be preferred according to the invention to temper a space or area around the substrate or possibly the coating chamber in whole or in part accordingly. For this purpose, a hot spray, which has formed from atomized hot particles, mixed with a cooled inert gas or distributed in a cooled coating chamber, so that it cools, whereby, for example, the adhesion of the particles is improved on a substrate.

Damit lässt sich Einfluss auf die Temperatur der inertisierten Luft oder des inertisierten Gases, d.h. des Gemisches aus Beschichtungsflüssigkeit mit Inertgas bzw. mit Luft, nehmen.This can be used to influence the temperature of the inertized air or of the inertized gas, i. of the mixture of coating liquid with inert gas or with air.

Je mehr Temperatureinstelleinrichtungen verteilt über das Verteilsystem der Beschichtungsflüssigkeit oder des Inertgases, der Luft oder in der Beschichtungskammer vorhanden sind, umso genauer können sich Temperaturgradienten anpassen lassen und umso flexibler können Bedingungen für einen Beschichtungsprozess eingestellt werden.The more temperature adjusting devices distributed over the coating liquid or inert gas, air or coating chamber distribution system, the more precisely temperature gradients can be adjusted and the more flexible the conditions for a coating process can be set.

Außerdem ist es möglich und ggf. bevorzugt, die Einstellungen mit einem Mikroprozessor zu koppeln und so bestimmte Prozessmuster zu speichern und verschiedene Temperatureinstelleinrichtungen zu koordinieren insbesondere zu regeln.In addition, it is possible and possibly preferred to couple the settings with a microprocessor and thus to store particular process patterns and to coordinate different temperature setting devices in particular to regulate.

Um ein für den jeweiligen Einsatzzweck optimales Sprühbild zu erhalten, werden die zuvor erläuterten Komponenten, die zur Veränderung der Sprühstrahlcharakteristik beitragen können, über einen Mikroprozessor gesteuert. So wird der durch die Dosierpumpe erzeugte Volumenstrom der Beschichtungsflüssigkeit als auch die Arbeitsfrequenz und die Energiezufuhr des Ultraschallzerstäubers mit einem Mikroprozessor gesteuert. Dieser Mikroprozessor wird ebenfalls dazu verwendet, um die Inertgaszufuhr zur Sprühstrahlkonditionierung der Menge nach zu steuern. Über den Mikroprozessor können die einzelnen Faktoren, die das Sprühbild beeinflussen können, in Abhängigkeit voneinander eingestellt werden.In order to obtain an optimum for the particular application spray pattern, the components described above, which may contribute to changing the Sprühstrahlcharakteristik controlled by a microprocessor. Thus, the volume flow of the coating liquid generated by the metering pump as well as the operating frequency and the power supply of the ultrasonic atomizer is controlled by a microprocessor. This microprocessor is also used to control the amount of inert gas supplied to spray jet conditioning. Through the microprocessor, the individual factors that can influence the spray pattern can be set in dependence on each other.

Zwar kann bereits allein mit dem im vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Ultraschallzerstäuber das Beschichtungsergebnis für ein zu beschichtendes Substrat wesentlich verbessert werden, jedoch kann dieses für sich betrachtete, bereits zufriedenstellende Ergebnis noch weiter verbessert werden, indem das zu beschichtende Substrat während des Beschichtungsvorgangs mit einem Substrathalter ständig in einer für die Beschichtung günstigen Position innerhalb des Sprühnebels gehalten wird. Vorzugsweise ist dieser Substrathalter geeignet, das von dem Substrathalter gehaltene Substrat im Bereich des erzeugten Sprühnebels drei unterschiedlichen translatorischen sowie drei unterschiedlichen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden zu unterziehen. Insbesondere kann das Substrat mit dem Substrathalter im Bereich des Sprühnebels in drei unterschiedlichen Koordinatenrichtungen verfahren werden und um seine eigene Achse gedreht werden, wodurch eine sehr gleichmäßige Beschichtung des Substrats mit Beschichtungsflüssigkeit ermöglicht wird.Admittedly, the coating result for one alone can be achieved with the ultrasound atomizer according to the invention described above coating substrate can be significantly improved, however, this can be improved even considered by itself, the substrate to be coated during the coating process with a substrate holder constantly in a favorable position for coating within the spray. Preferably, this substrate holder is suitable for subjecting the substrate held by the substrate holder in the region of the spray generated to three different translatory and three different degrees of rotational freedom of movement. In particular, the substrate can be moved with the substrate holder in the region of the spray in three different coordinate directions and rotated about its own axis, whereby a very uniform coating of the substrate with coating liquid is made possible.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das mit der erfindungsgemäßen Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung erzielbare Beschichtungsergebnis eines Substrats ferner dadurch verbessert werden, dass im Gegensatz zu bekannten Beschichtungsverfaluen das Substrat im Anschluss an den Beschichtungsvorgang zur Trocknung nicht von dem Substrathalter abgenommen werden muss, um beispielsweise in einem Trocknungsofen gehärtet zu werden, sondern indem die Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung selbst eine Trocknungsvorrichtung umfasst, die geeignet ist, die auf dem Substrat gebildete Sprühnebelschicht zu trocknen bzw. zu härten oder zu vernetzen. Mit Hilfe dieser Trocknungsvorrichtung ist es beispielsweise möglich, bereits während des Beschichtungsvorgangs gleichzeitig mit dem Aufbringen des Beschichtungsfilms auf dem Substrat dieselbe zu trocknen.According to yet another aspect of the present invention, the coating result of a substrate achievable with the high-frequency sputtering apparatus according to the invention can be further improved in that, in contrast to known Beschichtungsverfaluen the substrate after the coating process for drying does not have to be removed from the substrate holder, for example in a Curing oven, but by the high-frequency sputtering apparatus itself comprises a drying device which is suitable for drying or curing or crosslinking the spray layer formed on the substrate. By means of this drying device it is possible, for example, to dry the same during the coating process simultaneously with the application of the coating film on the substrate.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem das frisch beschichtete Substrat noch während des Beschichtungsvorgangs mit einem Wärmestrom beaufschlagt wird, der durch eine Wärmequelle erzeugt wird. Hierzu kann die Wärmequelle beispielsweise eine Heizung umfassen, die ihrerseits, ähnlich wie die Zerstäubungseinheit von einem einseitig geöffneten Heizungsgehäuse umhaust ist, das zur Erzeugung eines Heißluftstromes eine steuerbare Inertgaszufuhr aufweist. Das dem Heizungsgehäuse zugeführte Inertgas erwärmt sich in dem Heizungsgehäuse und entströmt dem Heizungsgehäuse durch eine an der einen Öffnung des Heizungsgehäuses angeordneten Düse und kann mit Hilfe der Düse dem Substrat gezielt zugeführt werden.This can for example be achieved by the freshly coated substrate still during the coating process with a heat flow is applied, which is generated by a heat source. For this purpose, the heat source may comprise, for example, a heater which, in turn, is umhausted, similar to the atomization unit of a unilaterally open heating housing, which has a controllable inert gas supply for generating a hot air stream. The inert gas supplied to the heater housing heats up in the heater housing and flows out of the heater housing through a nozzle disposed at the one opening of the heater housing and can be selectively supplied to the substrate by means of the nozzle.

Eine andere Möglichkeit zur Trocknung des auf dem Substrat gebildeten Beschichtungsfilms besteht darin, zunächst die Beschichtung des Substrats vollständig abzuschließen, und im Anschluss daran das vollständig beschichtete Substrat mit dem Substrathalter in den Bereich der Ausströmöffnung der Düse des Heizungsgehäuses zu bewegen, um so im Anschluss an den Beschichtungsvorgang die Trocknung bzw. Härtung des Beschichtungsfilms durchzuführen.Another possibility for drying the coating film formed on the substrate is first to complete the coating of the substrate completely, and then to move the fully coated substrate with the substrate holder in the region of the discharge opening of the nozzle of the heater housing, so in the following the coating process to perform the drying or curing of the coating film.

Selbstverständlich ist es ebenso möglich, anstelle der auf Wärmekonvektion beruhenden Trocknung den auf dem Substrat gebildeten Beschichtungsfilm indirekt durch Bestrahlung, insbesondere mit Infrarotstrahlung zu trocknen. Diese Trocknung mittels Wärmebestrahlung kann sich insbesondere dadurch als vorteilhaft erweisen, dass die Wärmequelle zur Erzeugung der Wärmestrahlung außerhalb des Ex-Bereichs der Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung angeordnet werden kann. So kann beispielsweise zur Vermeidung von Querströmungen, wodurch ein homogenes Spritzbild üblicherweise negativ beeinflusst wird, die Wärmequelle zur Erzeugung einer Wärmestrahlung außerhalb eines Gehäuses angeordnet werden, in dem die Zerstäubungseinheit und der positionierbare Substrathalter angeordnet ist. Dieses Gehäuse schützt somit das mit der Zerstäubungseinheit erzeugte Sprühbild vor einer negativen Beeinflussung durch möglicherweise vorhandene Querströmungen, so dass das Beschichtungsergebnis und dessen Qualität durch das Gehäuse, das zumindest die Zerstäubungseinheit und den positionierbaren Substrathalter umgibt, noch weiter verbessert werden kann.Of course, it is also possible, instead of drying based on heat convection, to indirectly dry the coating film formed on the substrate by irradiation, in particular with infrared radiation. This drying by means of heat radiation may prove advantageous in particular in that the heat source for generating the heat radiation can be arranged outside the Ex area of the high-frequency atomizing device. For example, in order to avoid crossflows, whereby a homogeneous spray pattern is usually adversely affected, the heat source for generating thermal radiation can be arranged outside a housing in which the atomization unit and the positionable substrate holder are arranged. This housing thus protects the spray pattern generated by the atomization unit from being adversely affected by any crossflows that may be present, so that the coating result and its quality by the housing, which surrounds at least the sputtering unit and the positionable substrate holder, can be further improved.

In diesem Gehäuse kann zusätzlich beispielsweise eine Absaugvorrichtung angeordnet werden, die geeignet ist das Overspray, also die Menge an zerstäubter Beschichtungsflüssigkeit, die an dem zu beschichtenden Substrat vorbeigesprüht wird, zu sammeln und abzusaugen, so dass dieses Overspray nicht verloren geht und beispielsweise der Zerstäubungseinheit erneut zur Zerstäubung zugeführt werden kann. Selbstverständlich kann auch diese Absaugvorrichtung sowie auch der Substrathalter über den bereits genannten Mikroprozessor gesteuert werden, so dass beispielsweise durch Manipulation des Absaugstromes und durch die Erzeugung eines Unterdruckes die Sprühcharakteristik der Zerstäubungsvorrichtung zusätzlich beeinflusst werden kann. Durch die Steuerung des Substrathalters mittels des Mikroprozessors ist es hingegen möglich, dass zu beschichtende Substrat in Abhängigkeit der übrigen Prozessparameter stets in einer optimalen Position im Bereich des erzeugten Sprühstrahls zu halten.In addition, in this housing, for example, a suction device can be arranged which is suitable for collecting and sucking off the overspray, ie the amount of atomized coating liquid sprayed past the substrate to be coated, so that this overspray is not lost and, for example, the atomization unit again can be supplied to the atomization. Of course, these suction device as well as the substrate holder can be controlled via the aforementioned microprocessor, so that for example by manipulation of the suction and by generating a negative pressure, the spray characteristics of the atomizing device can be additionally influenced. By controlling the substrate holder by means of the microprocessor, however, it is possible to keep the substrate to be coated always in an optimal position in the region of the spray jet generated as a function of the other process parameters.

Darüber hinaus können statt oben erwähnter Wärmetrocknungsverfahren auch Gefriertrocknung, Vakuumtrocknung, oder Strömungstrocknung im Luft- oder Gasstrom mittels geeigneter Trocknungsvorrichtungen in den oben beschriebenen Anordnungen angewendet werden. Der Fachmann wird hierbei für jede Beschichtungs- bzw. Trocknungsaufgabe die geeignete Trocknungsvorrichtung auswählen.Moreover, instead of the above-mentioned heat-drying method, freeze-drying, vacuum-drying, or flow-drying in the air or gas stream can also be applied by means of suitable drying devices in the above described arrangements. The person skilled in the art will select the suitable drying device for each coating or drying task.

Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Trocknung, Härtung oder Vernetzung die Rede ist, so ist hierunter pauschal der Übergang der Beschichtungsflüssigkeit vom flüssigen in den festen Zustand zu verstehen, wobei im Einzelfall der auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik bewanderte Fachmann jedoch die genaue Bedeutung dieses kumulativ zusammengefassten Bedeutungsinhaltes erschließen vermag.If, in the context of the present invention, mention is made of drying, curing or crosslinking, this is a general transition Coating liquid from the liquid to the solid state to understand, but in the individual case of those skilled in the field of coating technology skilled person will be able to grasp the exact meaning of this cumulatively summarized meaning content.

Als Beschichtungsflüssigkeit kommen Emulsionen, Suspensionen und/oder Lösungen fester oder flüssiger Stoffe in geeigneten Lösemitteln in Frage. Beispielsweise lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Lösungen, Suspensionen, Dispersionen oder Emulsionen eines oder mehrerer Wirkstoffe oder Wirkstoffvorstufen in einem geeigneten Lösemittel zerstäuben, aber auch unverdünnte flüssige Wirkstoffe. Darüber hinaus können auch Lösungen, Emulsionen und/oder Suspensionen oder Dispersionen eines oder mehrerer polymerer oder nicht-polymerer organischer oder nicht-organischer Stoffe oder beliebiger Mischungen daraus, ggf. zusammen mit Vernetzern, sowie reagierende Mehrkomponentenverbindungen zerstäubt werden, letztere unter der Voraussetzung eines geeigneten Trocknungs-/Aushäitungsmechaiüsmus oder einer ausreichenden Topfzeit, um eine Aushärtung innerhalb der Zerstäubungsvorrichtung zu vermeiden. Ferner ist es besonders bevorzugt solche Beschichtungsmaterialien zu verwenden, bereitgestellt aus Lösungen, Dispersionen, Suspensionen oder Emulsionen, welche Partikel enthalten, ausgewählt aus polymeren, nicht-polymeren, organischen oder anorganischen oder gemischt anorganisch-organischen oder Komposit-Partilceln oder beliebigen Gemischen daraus. Bevorzugte Partikel sind Mikro- und Nanopartikel. Beispiele für polymere Partikel sind PMMA, PLA, Proteine etc., nicht-polymere Partikel beispielsweise Metalle, Metalloxide, Metallcarbide, Metallnitride, Metalloxynitride, Metallcarbonitride, Metalloxycarbide, Metalloxynitride, Metalloxycarbonitride, Metallhydride, Metallalkoxide, Metallhalogenide, anorganischen oder organischen Metallsalzen, ferner bevorzugt magnetische Partikel, Beispiele hierfür sind - ohne andere auszuschließen - Eisen; Kobalt, Nickel, Mangan oder Mischungen davon, beispielsweise Eisen-Platin-Mischungen, oder als Beispiel für magnetische Metalloxide Eisenoxid und Ferrite. Beispiele für nicht-polymere Partikel sind ferner Russ-Spezies und weitere nanomorphe Kohlenstoffspezies wie Graphit, Diamant, Nanotubes, Fullerene und ähnliche. Besonders bevorzugt sind weiterhin Partikel, welche aus Solen und Gelen bereitgestellt werden.Suitable coating liquids are emulsions, suspensions and / or solutions of solid or liquid substances in suitable solvents. For example, solutions, suspensions, dispersions or emulsions of one or more active substances or active substance precursors in a suitable solvent can be atomized with the device according to the invention, but also undiluted liquid active substances. In addition, solutions, emulsions and / or suspensions or dispersions of one or more polymeric or non-polymeric organic or non-organic substances or any mixtures thereof, optionally together with crosslinkers, as well as reactive multicomponent compounds can be atomized, the latter with the assumption of a suitable Drying / Aushiesungsmechaiüsmus or sufficient pot life to avoid curing within the sputtering device. Further, it is particularly preferred to use such coating materials provided by solutions, dispersions, suspensions or emulsions containing particles selected from polymeric, non-polymeric, organic or inorganic or mixed inorganic-organic or composite particles or any mixtures thereof. Preferred particles are micro- and nanoparticles. Examples of polymeric particles are PMMA, PLA, proteins etc., non-polymeric particles, for example metals, metal oxides, metal carbides, metal nitrides, metal oxynitrides, metal carbonitrides, metal oxycarbides, metal oxynitrides, metal oxycarbonitrides, metal hydrides, metal alkoxides, metal halides, inorganic or organic metal salts, furthermore preferably magnetic Particles, examples of which are - without excluding others - iron; Cobalt, nickel, manganese or mixtures thereof, for example iron-platinum mixtures, or as an example of magnetic metal oxides iron oxide and ferrites. Examples of non-polymeric particles are also carbon black species and other nanomorphic carbon species such as graphite, diamond, nanotubes, fullerenes and the like. Particular preference is furthermore given to particles which are provided from sols and gels.

Auch Schmelzen von thermoplastischen Beschichtungsstoffen, z.B. Teer, können verwendet werden. Darüber hinaus ist die Verwendung von Beschichtungsstoffen auf Basis von Farben und Lacken, organischen Polymeren, Duro- und Thermoplasten, mit Faserbestandteilen wie beispielsweise Zellulose, Glas-, Stein- oder Carbonfasem sowie Polymerfasern mit organischen und anorganischen Zuschlagstoffen, auch Katalysatoren, erfindungsgemäß bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Erffindung verwendbare und geeignete Beschichtungsstoffe sind in der DE 103 24 415 im Abschnitt mit der Überschrift "Polymerfilme" offenbart, und werden hiermit vollständig in die vorliegende Offenbarung einbezogen.Melting of thermoplastic coating materials, for example tar, can also be used. In addition, the use of coating materials based on paints and varnishes, organic polymers, thermosets and thermoplastics, with fiber components such as cellulose, glass, stone or carbon fibers and polymer fibers with organic and inorganic additives, including catalysts, according to the invention is preferred. In the context of the present invention suitable and suitable coating materials are in the DE 103 24 415 in the section entitled "Polymer Films", and are hereby incorporated in full by this disclosure.

Unter dem Begriff "Wirkstoffe" werden erfindungsgemäß pharmakologisch wirksame Stoffe wie Arzneimittel, Medikamente, Pharmaka, aber auch Mikroorganismen, lebendes organisches Zellmaterial, Enzyme sowie auch biologisch verträgliche anorganische oder organische Stoffe verstanden. Mit dem Begriff "Wirkstoffvorstufen" werden Stoffe oder Stoffgemische bezeichnet, welche nach der Auftragung auf ein zu beschichtendes Implantat mittels thermischer, mechanischer oder chemischer bzw. biologischer Prozesse in Wirkstoffe der oben genannten Art umgewandelt werden.The term "active ingredients" according to the invention pharmacologically active substances such as drugs, medicines, pharmaceuticals, but also microorganisms, living organic cell material, enzymes and biologically compatible inorganic or organic substances understood. The term "active substance precursors" denotes substances or mixtures of substances which, after application to an implant to be coated, are converted by means of thermal, mechanical or chemical or biological processes into active substances of the abovementioned type.

Auch geschmolzene Wirkstoffe, oder in Schmelzen gelöste, suspendierte oder dispergierte Wirkstoffe können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgetragen werden, ferner solche, welche in besonderen suspendierbaren, dispergierbaren oder emulgierbaren Bereitstellungsformen vorliegen, beispielsweise in Polymeren eingekapselte Wirkstoffe. In einer spezifischen Ausführungsform wird die Verteilung der Beschichtungslösung oder von Komponenten der Beschichtungslösung, in besonderen Anwendungsformen auch die geometrische Orientierung, beispielsweise von Partikeln mit magnetischen Eigenschaften oder leitfähigen Eigenschaften, gezielt durch das Anoden- und Polplattensystem über magnetische oder dielektrische Wirkungsprinzipien beeinflusst, wobei die Ausführung des Anoden- und Polplattensystems ein- oder mehrkanalig erfolgt und in der räumlichen Ausrichtung veränderbar ist.Molten active substances, or active substances dissolved, suspended or dispersed in melts can also be applied by means of the device according to the invention, furthermore those which can be suspended in special suspendable, dispersible or emulsifiable forms of delivery, for example, encapsulated in polymers active ingredients. In a specific embodiment, the distribution of the coating solution or of components of the coating solution, in specific embodiments also the geometric orientation, for example of particles having magnetic properties or conductive properties, is influenced in a targeted manner by the anode and pole plate system via magnetic or dielectric action principles the anode and Polplattensystems one or more channels takes place and can be changed in the spatial orientation.

Des Weiteren kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Elektroden- bzw. elektrostatisches System mit zugehörigen Ansteuerungselektronik und Energieversorgung integraler Bestandteil der Vorrichtung sein, um mit variablen Magnet- und Ionisationsfeldern die Verteilung, Ladung, Ausrichtung und Morphologie von Beschichtungslösungen oder deren Bestandteilen gezielt zu beeinflussen.Furthermore, in a preferred embodiment, an electrode or electrostatic system with associated control electronics and power supply can be an integral part of the device to selectively influence the distribution, charge, orientation and morphology of coating solutions or their constituents with variable magnetic and ionization fields.

Partikel, insbesondere bewegte bzw. fliegende Partikel oder Tröpfchen, werden beim Durchqueren von elektrischen oder magnetischen Feldern beeinflusst. In erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsformen werden sie beim Durchqueren von hierfür vorgesehenen elektrischen oder magnetischen Feldern elektrisch geladen oder ionisiert oder in einer sonstigen Art und Weise durch eine Wechselwirkung beeinflusst. Beispielsweise kann sich auch die Ausrichtung von Partikeln zueinander verändern. Insbesondere bei erfindungsgemäß besonders bevorzugten ferrithaltigen Partikeln wird eine Änderung der Ausrichtung durch das Magnetfeld bewirkt.Particles, in particular moving or flying particles or droplets, are influenced when passing through electric or magnetic fields. In preferred embodiments according to the invention, when they pass through electrical or magnetic fields provided for this purpose, they are electrically charged or ionized or influenced in some other way by an interaction. For example, the orientation of particles to each other may change. In particular, in accordance with the invention particularly preferred ferrite-containing particles, a change in the orientation is effected by the magnetic field.

Erfindungsgemäße Änderungen der Ausrichtung der aufzutragenden Partikel zueinander oder Ionisation der Partikel oder elektrische Ladung bewirken, dass eine besonders gleichmäßige Verteilung eines Beschichtungsfilms oder einer Beschichtungsflüssigkeit entsteht. Derartig orientierte Partikel, insbesondere Nanopartikel, können auf einem Substrat besser haften. Außerdem wird der erfindungsgemäße Trocknungsvorgang durch die gleichmäßige Ausrichtung und die Beeinflussung der Morphologie beschleunigt und verbessert werden.Changes according to the invention of the orientation of the particles to be applied to each other or ionization of the particles or electrical charge cause a particularly uniform distribution of a coating film or a coating liquid is formed. Such oriented particles, in particular nanoparticles, can better adhere to a substrate. In addition, the drying process according to the invention will be accelerated and improved by the uniform orientation and the influence on the morphology.

Daher ist es von Vorteil, Beschichtungsflüssigkeiten, insbesondere von ihnen gebildete Sprühnebel oder Tröpfchen erfindungsgemäß bevorzugt mittels elektrischer oder magnetischer Felder zu beeinflussen. Dabei kann es sich bei den Feldern um elektro- oder magnetostatische Felder oder mit Frequenzmustern modulierte zeitvariante Felder handeln.It is therefore advantageous to influence coating liquids, in particular sprays or droplets formed by them, preferably by means of electric or magnetic fields according to the invention. The fields may be electrostatic or magnetostatic fields or time-variant fields modulated with frequency patterns.

Die erfindungsgemäß bevorzugte Einwirkung der elektrischen oder magnetischen Felder kann während des Fluges der Teilchen oder des Sprühnebels stattfinden, kann aber auch während oder nach der Ablagerung auf dem Substrat stattfinden. Die Einwirkung von den elektrischen bzw. magnetischen Feldern kann gleichzeitig oder zeitversetzt erfolgen. Außerdem ist eine mehrkanalige, d.h. von mehreren erfindungsgemäß vorzusehenden Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischen bzw. magnetischen Feldern hervorgerufene Einwirkung, die auch in verschiedenen räumlichen Ebenen wirken kann, in bestimmten Ausführungsformen besonders bevorzugt.The preferred action of the electric or magnetic fields according to the invention may take place during the flight of the particles or the spray, but may also take place during or after the deposition on the substrate. The effect of the electric or magnetic fields can be done simultaneously or with a time delay. In addition, a multi-channel, i. of several inventively provided devices for generating electrical or magnetic fields caused exposure, which may also act in different spatial levels, in certain embodiments particularly preferred.

Hierzu lassen sich elektrische Felder mittels in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet angeordneten Elektroden-, Anoden- oder Polplattensystemen erzeugen. Diese können ggf. mit Hochspannung (HV) versorgt sein. Über die Form der Elektroden lässt sich der Feldverlauf und die Intensität beeinflussen.For this purpose, electrical fields can be generated by means of electrode, anode or pole plate systems suitably arranged in the device according to the invention. These may possibly be supplied with high voltage (HV). The form of the electrodes can be used to influence the course of the field and the intensity.

Magnetische Felder lassen sich beispielsweise mittels in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet angeordneten Elektro- oder Permanentmagneten erzeugen. Auch bei den magnetischen Feldern wird die Intensität und der Feldverlauf über die Form der Magneten beeinflusst.Magnetic fields can be generated, for example, by means of electric or permanent magnets suitably arranged in the device according to the invention. In the case of magnetic fields as well, the intensity and the course of the field are influenced by the shape of the magnets.

Vorteilhaft ist es, nicht nur elektro- bzw. magnetostatische Felder zu erzeugen. Die erfindungsgemäß bevorzugte Ansteuerung und Modulation der Felder mit bestimmten Frequenzmuster, oder eine zeitliche Variation der Intensität, kann das Benetzungsverhalten der Beschichtungsflüssigkeit bzw. die Art, wie sich der Sprühnebel auf dem Substrat niederschlägt beeinflussen.It is advantageous not only to generate electrostatic or magnetostatic fields. The invention preferred control and modulation of the fields with certain frequency patterns, or a temporal variation of the intensity, the wetting behavior of the coating liquid or the way in which the spray is deposited on the substrate influence.

Das erfindungsgemäß bevorzugte System zur Erzeugung eines kontinuierlichen oder zeitvarianten Magnetfeldes besteht aus einem Magneten, vorzugsweise einem mittels Mikroprozessorsteuerung in Frequenz und Amplituden modulierbaren Elektromagneten, welcher über geometrisch vorteilhaft angeordnete Polschuhe verfügt. Ferner kann die ganze Anordnung per Mikroprozessorsteuerung in Bezug auf das zu beschichtende Substrat räumlich verändert werden. Das System zur Erzeugung eines modulierbaren NF-HF-Feldes besteht im Wesentlichen aus einer Mikroprozessorsteuerung zur Erzeugung von Frequenz- und Amplitudenmustern und zwei oder mehreren Elektroden, welche je nach Anwendungsfall räumlich veränderbar axial oder radial ausgerichtet sein können.The inventively preferred system for generating a continuous or time-variant magnetic field consists of a magnet, preferably a controllable by means of microprocessor control in frequency and amplitude electromagnet, which has geometrically advantageous arranged pole pieces. Furthermore, the whole arrangement can be spatially changed by microprocessor control with respect to the substrate to be coated. The system for generating a modifiable LF-HF field essentially consists of a microprocessor control for generating frequency and amplitude patterns and two or more electrodes, which can be aligned spatially changeable axially or radially depending on the application.

Geeignete Lösemittel für Beschichtungsflüssigkeiten in Form von Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen sind beispielsweise Alkohole und/oder Ether und/oder Kohlenwasserstoffe wie Methanol, Ethanol, N-Propanol, Isopropanol, Butoxydiglycol, Butoxyethanol, Butoxyisopropanol, Butoxypropanol, n-ButylAlkohol, t-Butyl-Allcohol, Butyleneglycol, Butyloctanol, Diethylenglycol, Dimethoxydiglycol, Dimethylether, Dipropylenglycol, Ethoxydiglycol, Ethoxyethanol, Ethylhexandiol, Glycol, Hexanediol, 1,2,6-Hexanetriol, Hexylalkohol, Hexylenglycol, Isobutoxypropanol, Isopentyldiol, 3-Methoxybutanol, Methoxydiglycol, Methoxyethanol, Methoxyisopropanol, Methoxymethylbutanol, Methoxy PEG-10, Methylal, Methyl-Hexylether, Methylpropanediol, Neopentylglycol, PEG-4, PEG-6, PEG-7, PEG-8, PEG-9, PEG-6-Methylether, Pentylenglycol, PPG-7, PPG-2-Buteth-3, PPG-2 Butylether, PPG-3 Butylether, PPG-2 Methylether, PPG-3 Methylether, PPG-2 Propylether, Propanediol, Propylenglycol, Propylenglycol-Butylether, Propylenglycol-Propylether, Tetrahydrofuran, Trimethylhexanol, Phenol, Benzol, Toluol, Xylol; sowie ferner auch Wasser, ggf. im Germisch mit Dispersionshilfsmitteln, sowie Mischungen der obengenannten.Suitable solvents for coating liquids in the form of solutions, suspensions or emulsions are, for example, alcohols and / or ethers and / or hydrocarbons, such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, butoxydiglycol, butoxyethanol, butoxyisopropanol, butoxypropanol, n-butyl alcohol, t-butyl Allcohol, butylene glycol, butyloctanol, diethylene glycol, dimethoxy diglycol, dimethyl ether, dipropylene glycol, ethoxy diglycol, Ethoxyethanol, ethylhexanediol, glycol, hexanediol, 1,2,6-hexanetriol, hexyl alcohol, hexylene glycol, isobutoxypropanol, isopentyldiol, 3-methoxybutanol, methoxydiglycol, methoxyethanol, methoxyisopropanol, methoxymethylbutanol, methoxy PEG-10, methylal, methylhexyl ether, methylpropanediol, neopentyl glycol , PEG-4, PEG-6, PEG-7, PEG-8, PEG-9, PEG-6 methyl ether, pentylene glycol, PPG-7, PPG-2-buteth-3, PPG-2 butyl ether, PPG-3 butyl ether PPG-2 methyl ether, PPG-3 methyl ether, PPG-2 propyl ether, propanediol, propylene glycol, propylene glycol butyl ether, propylene glycol propyl ether, tetrahydrofuran, trimethylhexanol, phenol, benzene, toluene, xylene; and furthermore also water, if appropriate in the germic state with dispersion aids, as well as mixtures of the abovementioned.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes teilweise, im Wesentlichen vollständig aber auch mehrfach beschichtet werden. Eine Mehrfachbeschichtung erfolgt durch mehrfaches Verwenden der Zerstäubungsvorrichtung in separaten Verfahrensschritten, wobei gegebenenfalls Trocknungsschritte nach jedem Beschichtungsvorgang angewendet werden können.With the device according to the invention, the surface of the object to be coated can be partly, substantially completely, but also coated several times. Multiple coating is carried out by using the sputtering apparatus several times in separate process steps, it being possible, if appropriate, to use drying steps after each coating operation.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden werden zum besseren Verständnis und zur weiteren Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Der Fachmann ist sich dabei dessen bewusst, dass alle im Folgenden beschriebenen Merkmale im Rahmen der vorliegenden Erfindung für alle beschriebenen und denkbaren Ausführungsformen und deren Kombinationen anwendbar und verallgemeinerbar sind.

Fig. 1

ist eine schematisierte Systemskizze der erfindungsgemäßen Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung;

Fig. 2

zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen, sich trompetenförmig aufweitenden Resonanzkörper;

Fig. 3

ist eine schematisierte Systemskizze einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung mit Temperatureinstelleinrichtungen, und Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischen und magnetischen Feldern;

In the following, for a better understanding and further explanation of the invention, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The person skilled in the art is aware that all the features described below in the context of the present invention are applicable and generalizable for all described and conceivable embodiments and their combinations.

Fig. 1

is a schematic system sketch of the Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung invention;

Fig. 2

shows a section through the inventive, trumpet-shaped expanding resonant body;

Fig. 3

Fig. 12 is a schematic system diagram of a preferred embodiment of the high frequency sputtering apparatus of the present invention having temperature adjusters, and means for generating electric and magnetic fields;

In den Figuren sind gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, like parts are identified by corresponding reference numerals.

Die Fig. 1 zeigt eine exemplarische Ausführungsfonn der erfindungsgemäßen Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung in einer schematisierten Darstellung. Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, umfasst die dort schematisch dargestellte Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung unter anderem eine Zerstäubungseinheit 1, die geeignet ist, eine ihr zugeführte Beschichtungsflüssigkeit zu zerstäuben. Die Zerstäubungseinheit 1 kann beispielsweise ein Ultraschallzerstäuber sein, der beispielsweise mit einem piezoelektrischen Element zu hochfrequenten Schwingungen angeregt werden kann. Die Zerstäubungseinheit 1 kann mit einer Präzisionsdosieipumpe 4 mit einer Beschichtungsflüssigkeit beaufschlagt werden, die in einem Vorratsbehälter 5 zur Bevorratung der Beschichtungsflüssigkeit vorgehalten wird. Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, wird die Beschichtungsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 5 mit der Präzisionspumpe 4 über ein Röhrensystem zu der Zerstäubungseinheit 1 gepumpt. Die auf diese Weise der Zerstäubungseinheit 1 zugeführte Beschichtungsflüssigkeit wird von der Zerstäubungseinheit 1 zu hochfrequenten Schwingungen angeregt und durch den durch die Präzisionsdosierpumpe 4 erzeugten kontinuierlichen Volumenstrom über die Kapillarröhre 17 weiter in Richtung des Resonanzkörpers 2 befördert. Anstelle die Beschichtungsflüssigkeit direkt mittels der Zerstäubungseinheit bereits beim Passieren derselben zu Schwingungen anzuregen ist es selbstverständlich auch möglich, lediglich den Resonanzkörper 2 anzuregen, welcher seinerseits dann die Beschichtungsflüssigkeit, sobald diese den Resonanzkörper 2 erreicht hat, zu Schwingungen anregt.1 shows an exemplary embodiment of the high-frequency sputtering device according to the invention in a schematic representation. As can be seen from FIG. 1, the high-frequency atomizing device shown schematically there includes inter alia an atomizing unit 1 which is suitable for atomizing a coating liquid supplied to it. The atomizing unit 1 can be, for example, an ultrasonic atomizer, which can be excited to high-frequency oscillations, for example, with a piezoelectric element. The sputtering unit 1 can be charged with a precision dosing pump 4 with a coating liquid, which is held in a storage container 5 for storing the coating liquid. As can be seen from FIG. 1, the coating liquid is pumped from the storage container 5 with the precision pump 4 via a tube system to the atomization unit 1. The coating liquid supplied in this way to the atomizing unit 1 is excited by the atomizing unit 1 to high-frequency oscillations and conveyed further through the capillary tube 17 in the direction of the resonating body 2 by the continuous volume flow generated by the precision metering pump 4. Of course, instead of stimulating the coating liquid directly by means of the atomizing unit as it passes through it to vibrate, it is also it is possible to excite only the resonance body 2, which in turn then excites the coating liquid to vibrate as soon as it has reached the resonance body 2.

Der Resonanzkörper 2 einschließlich der Kapillarröhre 17 ist in der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, bindet die Kapillarröhre 17 in den mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichneten Resonanzkörper so ein, dass sich am Übergang zwischen dem Ende der Kapillarröhre 17 und der sich aufweitenden Innenfläche 4 des Resonanzkörpers 2 keine Diskontinuitäten oder Sprünge ergeben. Das mit Hilfe der Zerstäubungseinheit 1 zu hochfrequenten Schwingungen angeregte Beschichtungsmaterial wird über die Kapillarröhre 17 dem Resonanzkörper 2 zugeführt und verteilt sich anschließend an der Innenfläche des sich trompetenförmig aufweitenden Horns 18 des Resonanzkörpers 2 in einer dünnen Schicht und breitet sich weiter auf der Lochscheibe 22 aus, wie durch die Pfeile angedeutet ist.The resonator body 2 including the capillary tube 17 is shown in Fig. 2 on an enlarged scale. As can be seen in FIG. 2, the capillary tube 17 binds in the resonator body indicated by the reference numeral 2 so that no discontinuities or discontinuities result at the transition between the end of the capillary tube 17 and the widening inner surface 4 of the resonator body 2. The coating material excited to high-frequency oscillations with the aid of the atomizing unit 1 is supplied via the capillary tube 17 to the resonator body 2 and then spreads on the inner surface of the trumpet-shaped expanding horn 18 of the resonator body 2 in a thin layer and spreads further on the perforated disc 22, as indicated by the arrows.

Der seinerseits ebenfalls zu hochfrequenten Schwingungen angeregte Resonanzkörper 2 verstärkt die in die Beschichtungsflüssigkeit induzierten Schwingungen, wodurch sich in der Beschichtungsflüssigkeit, die sich auf dem trompetenförmig aufweitenden Horn 18 verteilt, konzentrische Kapillarwellen ausbilden. Infolge der Trägheit der Masse der zu Kapillarwellen angeregten Beschichtungsflüssigkeit, schnüren sich an den Schwingungsbäuchen der Kapillarwellen feinste Tröpfchen der Beschichtungsflüssigkeit ab, wodurch ein Sprühnebel gebildet wird.The resonance body 2, which in turn is likewise excited to high-frequency vibrations, amplifies the vibrations induced in the coating liquid, whereby concentric capillary waves form in the coating liquid which is distributed on the horn 18 which widens in a trumpet-shaped manner. As a result of the inertia of the mass of the coating liquid excited to capillary waves, very fine droplets of the coating liquid constrict at the antinodes of the capillary waves, whereby a spray is formed.

Neben der vorteilhaften Ausgestaltung des Resonanzkörpers 2 mit dem trompetenförmig aufgeweiteten Horn 18 ist in der Fig. 2 ferner zum Vergleich der aus der US 4,655,393 bekannte Übergang zwischen der Zuführung zu der Zerstäubungsspitze und der Oberfläche derselben punktiert und mit der Bezugsziffer 19 gekennzeichnet angedeutet. Wie hieraus entnommen werden kann, weist der Übergang zwischen der Zuführung und der Oberfläche der Zerstäubungsspitze eine Diskontinuität in Form einer Kante auf, was dazu führt, dass sich die Beschichtungsflüssigkeit nicht gleichmäßig auf der Oberfläche der Zerstäubungsspitze ausbreiten kann. Dies wiederum bedingt, dass sich an dem kantenartigen Übergang unkontrolliert gröbere Tropfen ablösen, was zu der bereits zuvor erläuterten Verschlechterung des Beschichtungsergebnisses führt. Dieser Gefahr der Verschlechterung des Beschichtungsergebnisses infolge Ablösung größerer Tropfen zu begegnen, war jedoch unter anderem Ziel der vorliegenden Erfindung, welches unter anderem durch die in der Fig. 2 gezeigte sich kontinuierlich aufweitende Hornform des Resonanzkörpers 2 erreicht wird.In addition to the advantageous embodiment of the resonator 2 with the trumpet-shaped flared horn 18 is shown in FIG. 2 also for comparison of the US 4,655,393 known transition between the supply to the Sputtering tip and the surface thereof dotted and indicated by the reference numeral 19 indicated. As can be seen from this, the transition between the feed and the surface of the sputtering tip has a discontinuity in the form of an edge, resulting in that the coating liquid can not spread evenly on the surface of the sputtering tip. This in turn implies that uncontrollably coarser droplets detach at the edge-like transition, which leads to the already explained above deterioration of the coating result. However, to counter this risk of deterioration of the coating result due to detachment of larger drops was, inter alia, the object of the present invention, which is achieved inter alia by the continuously widening horn shape of the resonance body 2 shown in FIG.

Wie der Fig. 1 weiter entnommen werden kann, kann die Zerstäubungseinheit 1 von einem einseitig geöffneten Gehäuse 16 umgeben sein. In der einen Öffnung des Gehäuses 16 ist der Resonanzkörper 2 angeordnet. An die eine Öffnung des Gehäuses 16 schließt sich direkt die Luftdüse/Gasdüse/Inertgasdüse 3 in Form eines sich aufweitenden Trichters an, so dass sich zwischen dem Zerstäuberteller des Resonanzkörpers 2 und dem sich aufweitenden Trichter der Inertgasdüse 3 ein Ringspalt ausbildet. Das Gehäuse 16, in dem die Zerstäubungseinheit 1 angeordnet ist, wird mit einem steuerbaren Inertgasvolumenstrom versorgt, der mittels des Steuerventils 12, das z.B. von dem Mikroprozessor 7 gesteuert wird, mengenmäßig eingestellt wird. Im bevorzugten Fall steuert der Mikroprozessor 7 ebenfalls die Arbeitsfrequenz der Zerstäubungseinheit 1 sowie den Volumenstrom der Präzisionsdosierpumpe 4, welche die Zerstäubungseinheit 1 mit Beschichtungsmittel aus dem Behälter 5 versorgt.As can further be seen from FIG. 1, the atomizing unit 1 can be surrounded by a housing 16 which is open on one side. In one opening of the housing 16 of the resonator body 2 is arranged. The air nozzle / gas nozzle / inert gas nozzle 3 in the form of an expanding funnel directly adjoins the one opening of the housing 16, so that an annular gap is formed between the atomizer plate of the resonance body 2 and the expanding funnel of the inert gas nozzle 3. The housing 16, in which the atomization unit 1 is arranged, is supplied with a controllable inert gas volume flow, which is set by means of the control valve 12, which is controlled for example by the microprocessor 7, in terms of volume. In the preferred case, the microprocessor 7 also controls the operating frequency of the atomizing unit 1 and the volume flow of the precision metering pump 4, which supplies the atomizing unit 1 with coating agent from the container 5.

Das Inertgas, mit dem der Innenraum des Gehäuses 16 beaufschlagt wird, breitet sich in dem Gehäuse 16 aus und entströmt der einen Öffnung des Gehäuses 16 durch den Ringspalt, der sich zwischen dem Zerstäuberteller des Resonanzkörpers 2 und dem sich aufweitenden Trichter der Inertgasdüse 3 bildet. Durch dieses Ausströmen des Inertgases aus dem Gehäuse 16 kann der Sprühnebel, der sich von dem zu hochfrequenten Schwingungen angeregten Resonanzkörper 2 abgesondert hat, in seinem Sprühbild moduliert werden. Insbesondere in Verbindung mit der Inertgasdüse 3 und dem durch den Ringspalt ausströmenden Inertgas kann das Sprühbild auf unterschiedliche Weisen verändert werden. So kann beispielsweise durch Veränderung des Inertgasstromes der Volumenstrom des Sprühstrahls beschleunigt oder durch Veränderung des Öffnungswinkels des Trichters der Inertgasdüse 3 der Sprühstrahl aufgeweitet oder verjüngt werden.The inert gas, which is applied to the interior of the housing 16, spreads in the housing 16 and flows out of the one opening of the housing 16 through the annular gap, which forms between the Zerstäuberteller the resonator 2 and the expanding funnel of the inert gas 3. As a result of this outflow of the inert gas out of the housing 16, the spray mist which has separated from the resonance body 2 excited to high-frequency vibrations can be modulated in its spray pattern. In particular in connection with the inert gas nozzle 3 and the inert gas flowing out through the annular gap, the spray pattern can be changed in different ways. For example, by varying the inert gas flow, the volume flow of the spray jet can be accelerated or, by changing the opening angle of the funnel of the inert gas nozzle 3, the spray jet can be widened or tapered.

Unterhalb des Resonanzkörpers 2 der erfindungsgemäßen Hochfrequenzzerstäubungsvonichtung wird das Substrat 14 von dem Substrathalter 8 mittels der zu dem Substarthalter gehörenden Werkstückspannvorrichtung 9 positioniert. Wie hier durch die Bezeichnungen x, y, z und r angedeutet wird, ist der Substrathalter 8 in der Lage, das Substrat 14 drei unterschiedlichen translatorischen Bewegungsrichtungen x, y und z sowie einer rotatorischen Bewegung r zu unterziehen. So kann das Substrat 14 mittels des Substrathalters 8 während des gesamten Beschichtungsvorgangs stets in einer geeigneten Stellung innerhalb des Sprühnebels gehalten und verfahren werden. Zur Überwachung der aktuellen Position des Substrats 14 und zur Veränderung der Position des Substrats 14 innerhalb des Sprühnebels wird der Substrathalter 8 beispielsweise ebenfalls von dem Mikroprozessor 7 gesteuert, mit dem sämtliche Vorgänge und Parameter der erfindungsgemäßen Vorrichtung überwacht werden.Below the resonance body 2 of the high-frequency sputtering device according to the invention, the substrate 14 is positioned by the substrate holder 8 by means of the workpiece clamping device 9 belonging to the substrate holder. As indicated here by the designations x, y, z and r, the substrate holder 8 is capable of subjecting the substrate 14 to three different translational directions of movement x, y and z and to a rotational movement r. Thus, the substrate 14 can always be held and moved by means of the substrate holder 8 during the entire coating process in a suitable position within the spray. To monitor the current position of the substrate 14 and to change the position of the substrate 14 within the spray, the substrate holder 8 is also controlled, for example, by the microprocessor 7, with which all operations and parameters of the device according to the invention are monitored.

Im Bereich unterhalb des Substrats 14 kann eine steuerbare Unterdruckabsaugung 10 zur weiteren Sprühstrahlkonditionierung sowie zur Absaugung des Oversprays angeordnet sein, deren zugehörige Absaugpumpe ebenfalls über den Mikroprozessor 7 gesteuert wird.In the area below the substrate 14, a controllable vacuum suction 10 may be arranged for further spray jet conditioning and for the extraction of the overspray, the associated suction pump is also controlled by the microprocessor 7.

Die erfindungsgemäße in der Fig. 1 dargestellte Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung umfasst ferner eine Trocknungsvorrichtung 6, z. B. eine Wärmequelle, die zur Trocknung bzw. Härtung des frisch beschichteten Substrats 14 angeordnet ist. Die Trocknungs-vorrichtung 6 umfasst beispielsweise eine vorzugsweise von dem Mikroprozessor 7 steuerbare Heizung, welche in einem einseitig geöffneten Gehäuse 20 untergebracht ist. Der Innenraum des einseitig geöffneten Gehäuses 20 wird wie das Gehäuse 16 der Zerstäubungseinheit 1 mit einem einstellbaren Inertgasvolumenstrom beaufschlagt, welcher über das Steuerventil 13 eingestellt wird. Das Steuerventil 13 kann seinerseits wiederum von dem Mikroprozessor 7 in Abhängigkeit der übrigen Prozessparameter gesteuert werden. Der diesem Gehäuse 20 zugeführte Inertgasvolumenstrom wird in dem Gehäuse 20 von der Heizung der Wärmequelle 6 erwärmt und entweicht durch die durch die Düse 21 gebildete Öffnung des Gehäuses 20. Mit der so erzeugten Wärmeströmung kann das frisch beschichtete Substrat 14 getrocknet werden, wozu es jedoch aus der in der Figur 1 gezeigten Stellung in Richtung der Wärmequelle 6 bewegt werden müsste. Ebenfalls ist es jedoch möglich, die Düse 21 der Wärmequelle 6 so auszurichten, dass die auf das Substrat 14 frisch aufgebrachten Filmschichten sofort nach deren Aufbringen auf dem Substrat 14 beispielsweise in der in der Fig. 1 gezeigten Stellung getrocknet werden.The high-frequency sputtering device according to the invention shown in FIG. 1 further comprises a drying device 6, for. B. a heat source, which is arranged for drying or curing of the freshly coated substrate 14. The drying device 6 includes, for example, a preferably controllable by the microprocessor 7 heater, which is housed in a housing 20 open on one side. The interior of the housing 20, which is open on one side, like the housing 16 of the atomizing unit 1, is acted on by an adjustable inert gas volume flow, which is set via the control valve 13. The control valve 13 can in turn be controlled by the microprocessor 7 as a function of the other process parameters. The inert gas volumetric flow supplied to this housing 20 is heated in the housing 20 by the heating of the heat source 6 and escapes through the opening of the housing 20 formed by the nozzle 21. With the heat flow generated in this way, the freshly coated substrate 14 can be dried, for which purpose, however the position shown in the figure 1 would have to be moved in the direction of the heat source 6. However, it is also possible to orient the nozzle 21 of the heat source 6 in such a way that the film layers freshly applied to the substrate 14 are dried immediately after they have been applied to the substrate 14, for example in the position shown in FIG.

Um den Beschichtungsvorgang gegen möglicherweise vorhandene Querströmungen oder gegen Staub zu schützen, kann die Zerstäubungseinheit 1 einschließlich des sie umgebenden Gehäuses 16, die Trocknungsvorrichtung 6, die Unterdruckabsaugung 10 sowie selbstverständlich das Substrat 14 selbst, in dem hier punktiert schematisch dargestellten Gehäuse 11 angeordnet sein. Für den Fall, dass anstelle einer auf Trocknungsströmung basierenden Trocknungsvorrichtung 6 eine auf Wärmestrahlung basierende Wärmequelle 6 eingesetzt werden sollte, könnte eine solche auf Wärmestrahlung basierende Trocknungsvorrichtung 6 selbstverständlich auch außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet werden, um das frisch beschichtete Substrat in dem Gehäuse 11 zu trocknen. In jedem Falle erübrigt sich durch den Einsatz der Trocknungsvorrichtung 6 ein Abnehmen des Substrats 14 von der Werkstückspannvorrichtung 9 des Substrathalters 8, um das Substrat 14 nach dem Beschichten zu trocknen, wodurch mögliche Beschädigungen der noch nicht getrockneten Beschichtung des Substrats 14 beim Abnehmen von der Werkstückspannvorrichtung 9 vermieden werden können.In order to protect the coating process against possible cross flows or against dust, the atomizing unit 1 including the surrounding housing 16, the drying device 6, the vacuum suction 10 and of course the substrate 14 itself, in the dotted here schematically be shown housing 11 may be arranged. In the event that a heat radiation-based heat source 6 should be used instead of a drying-flow-based drying device 6, such a heat radiation-based drying device 6 could of course also be arranged outside the housing 11 in order to dry the freshly coated substrate in the housing 11 , In any case, the use of the drying device 6 makes it unnecessary to remove the substrate 14 from the workpiece clamping device 9 of the substrate holder 8 to dry the substrate 14 after coating, thereby avoiding possible damage to the not yet dried coating of the substrate 14 when removing it from the workpiece clamping device 9 can be avoided.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in bestimmten Ausführungsformen für flächiges Beschichten von Substraten angepasst werden, indem kaskadenartig eine Vielzahl von Zerstäubern vorgesehen werden, und die Substrate auf Fördereinrichtungen daran entlanggeführt werden, oder eine Zerstäuberkaskade auf einer Fördereinrichtung an den Substraten entlanggeführt wird. Geeignete Fördereinrichtungen umfassen beispielsweise Förderbänder und dergleichen.The device according to the invention may, in certain embodiments, be adapted for surface coating of substrates by cascading a plurality of atomizers and passing the substrates on conveyors thereon or by passing a nebulizer cascade on a conveyor along the substrates. Suitable conveyors include, for example, conveyor belts and the like.

Fig. 3 basiert im Wesentlichen auf der Hochfrequenzzerstäubungsvorrichtung aus Fig. 1. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist in Fig. 3 zusätzlich eine Prozesstemperatursteuereinrichtung 27 mit angeschlossener erster 23, 25, zweiter 24 und dritter 26 Temperatureinstellungseinrichtung dargestellt. Die Prozesstemperatursteuereinrichtung 27 ist mit dem Mikroprozessor 7 verbunden und kann von diesem Mikroprozessor Einstellungen oder Vorgaben für Einstellungen für Bedingungen für einen Beschichtungsprozess erhalten. Dadurch lassen sich beispielsweise Temperaturgradienten einer Beschichtungsflüssigkeit in einem Vorratsbehälter 5 und an einer Zerstäubungseinheit 1 herstellen bzw. ausgleichen. Ob ein Temperaturgradient gewünscht wird oder verhindert werden soll hängt von dem als Beschichtungsflüssigkeit verwendeten Materials bzw. dessen thermische Eigenschaft ab. Es lässt sich dadurch das Verhalten der Beschichtungsflüssigkeit während des Transportes bzw. des Versprühens geeignet beeinflussen.FIG. 3 is essentially based on the high-frequency sputtering device of FIG. 1. In contrast to FIG. 1, FIG. 3 additionally shows a process temperature control device 27 with connected first 23, 25, second 24 and third temperature adjustment devices 26. The process temperature controller 27 is connected to the microprocessor 7 and can receive settings or settings for conditions for a coating process from this microprocessor. As a result, for example, temperature gradients of a coating liquid in a storage container 5 and on an atomization unit 1 can be produced or compensated. Whether a temperature gradient is desired or to be prevented depends on the material used as the coating liquid or its thermal property. It can thereby influence the behavior of the coating liquid during transport or spraying suitable.

Die Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit in dem Vorratsbehälter 5 lässt sich mittels erster Temperatureinstelleinrichtung 23 einstellen. Diese ist, wie die weitere erste 25, die zweite 24 und dritte 26 Temperatureinstelleinrichtung als eine Heizwendel dargestellt. Allerdings sind darunter auch andere Wärmequellen, wie Infrarotstrahler, Wärmetauscher, Wärmepumpen zu verstehen. Außerdem können sämtliche Temperatureinstelleinrichtungen auch zum Entzug von Wärme und der Kühlung dienen, wobei dann beispielsweise Kühlaggregate oder Lüfter eingesetzt werden können.The temperature of the coating liquid in the storage container 5 can be adjusted by means of the first temperature setting device 23. This is, like the other first 25, the second 24 and third 26 Temperatureinstelleinrichtung shown as a heating coil. However, this includes other heat sources, such as infrared radiators, heat exchangers, heat pumps. In addition, all temperature adjustment can also serve to remove heat and cooling, in which case, for example, cooling units or fans can be used.

Während in Fig. 3 zwei erste Temperatureinstelleinrichtungen 23, 25 zur Beeinflussung der Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit gezeichnet sind, können sich entlang des Verteilungssystem der Beschichtungsflüssigkeit, je nach Bedarf beliebig viele erste Temperatureinstelleinrichtungen befinden. Das Verteilungssystem umfasst im Wesentlichen den Vorratsbehälter 5, die Präzisionspumpe 4, die Zerstäubungseinheit 1 und ein Röhrensystem, das den Vorratsbehälter 5 mit der Präzisionspumpe 4 und die Präzisionspumpe 4 mit der Zerstäubungseinheit 1 verbindet. Insbesondere sind auch die Kapillarröhre 17 und der Resonanzkörper 2 umfasst. Jedes dieser Elemente des Verteilungssystems kann separat mit einer ersten Temperatureinstelleinrichtung versehen sein. Die Einwirkung der Temperatureinstelleinrichtungen kann direkt, also unmittelbar auf die Beschichtungsflüssigkeit erfolgen. Ein Beispiel für ein direktes Einwirken der ersten Temperatureinstelleinrichtung 23 auf die Beschichtungsflüssigkeit ist in Fig. 3 in dem Vorratsbehälter 5 gezeigt.While two first temperature setting devices 23, 25 for influencing the temperature of the coating liquid are shown in FIG. 3, as many first temperature setting devices as desired may be located along the distribution system of the coating liquid. The distribution system essentially comprises the storage container 5, the precision pump 4, the atomization unit 1 and a tube system which connects the storage container 5 with the precision pump 4 and the precision pump 4 with the atomization unit 1. In particular, the capillary tube 17 and the resonator body 2 are included. Each of these elements of the distribution system may be provided separately with a first temperature adjustment device. The action of the temperature adjusting devices can take place directly, ie directly on the coating liquid. An example of a direct action of the first temperature adjuster 23 on the coating liquid is shown in Fig. 3 in the reservoir 5.

Indirekt wirkt eine Temperatureinstelleinrichtung, wie beispielsweise die erste Temperatureinstelleinrichtung 25 auf das Rohr zwischen Präzisionspumpe 4 und Zerstäubungseinheit 1 wirkt. Durch die Veränderung der Temperatur des Rohres wird indirekt die Temperatur der durch das Rohr fließenden Beschichtungsflüssigkeit beeinflusst.Indirectly acts a temperature adjustment, such as the first temperature adjustment 25 acts on the pipe between the precision pump 4 and atomizing unit 1. By changing the temperature of the tube, the temperature of the coating liquid flowing through the tube is indirectly influenced.

Neben der Beeinflussung der Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit über die ersten Temperatureinstelleinrichtungen 23 und 25, lässt sich über die zweite Temperatureinstelleinrichtung 24 die Temperatur des Inertgases in der Inertgaszufuhr 31 einstellen. Da das temperierte Inertgas, während es aus der Inertgasdüse 3 ausströmt und das Sprühbild des Sprühnebels moduliert, mit dem Sprühnebel in eine Wechselwirkung tritt, kann so auch die Temperatur des Sprühnebels, der sich von dem Resonanzkörper abgesondert hat, angepasst werden.In addition to influencing the temperature of the coating liquid via the first temperature adjusting devices 23 and 25, the temperature of the inert gas in the inert gas feed 31 can be adjusted via the second temperature adjusting device 24. Since the tempered inert gas, as it flows out of the inert gas nozzle 3 and modulates the spray pattern of the spray, interacts with the spray, the temperature of the spray that has separated from the sound box may also be adjusted.

Auf das Ausbreitungsverhalten und das Bescllichtungsverhlaten des Sprühnebels auf dem Substrat hat ebenfalls die, in der Beschichtungskammer 32 vorherrschende Temperatur, einen Einfluß. Diese Temperatur kann auch das Verhalten der Beschichtung beim Trocknen der Beschichtung bestimmen. Außerdem kann durch die in der Beschichtungskammer 32 vorherrschende Temperatur Einfluss auf die Dicke der Beschichtung insbesondere des Beschichtungsfilms auf dem Substrat genommen werden.The spreading behavior and the condition of the spray on the substrate are also affected by the temperature prevailing in the coating chamber 32. This temperature can also determine the behavior of the coating during drying of the coating. In addition, the temperature prevailing in the coating chamber 32 can influence the thickness of the coating, in particular the coating film, on the substrate.

Ebenfalls in Fig. 3 ist eine Einrichtung 29 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes gezeichnet. Diese weist zwei Elektroden auf, die mit einem Hochspannungsgenerator 28 (HV) verbunden sind. zwischen den Elektroden lässt sich beim Anlegen einer entsprechenden Spannung ein elektrisches Feld in dem Bereich zwischen der Zerstäubungseinheit 1 und dem Substrathalter 9 samt Substrat erzeugen. Dabei liegen das Substrat und ggf. auch mindestens ein Teil des Substrathalters 9 vollständig in dem elektrischen Feld, so dass das Feld auf den Sprühnebel beim Anhaften der versprühten Partikel auf dem Substrat wirkt.Also shown in FIG. 3 is a device 29 for generating an electric field. This has two electrodes which are connected to a high voltage generator 28 (HV). When applying a corresponding voltage, an electric field can be generated between the electrodes in the region between the sputtering unit 1 and the substrate holder 9 together with the substrate. There are the substrate and optionally also at least a portion of the substrate holder 9 completely in the electric field, so that the field acts on the spray when adhering the sprayed particles on the substrate.

Während in dem Bild ein einkanaliger Aufbau der Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes gezeigt ist, ist auch ein mehrkanaliger Aufbau möglich. Bei einem mehrkanaligen Aufbau sind mehrere Einrichtungen 29 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes vorgesehen, die jeweils separat von dem HV Generator 28 angesteuert werden.While a single-channel structure of the electric field generating device is shown in the figure, a multi-channel structure is also possible. In a multi-channel structure, a plurality of devices 29 for generating an electric field are provided, which are each driven separately from the HV generator 28.

Der HV Generator 28 weist eine Verbindung zu dem Mikroprozessor 7 auf, über die er von dem Mikroprozessor gesteuert werden kann. So lassen sich neben elektrostatischen Feldern auch zeitlich variable elektrische Felder, mit über der Zeit veränderter Intensität bzw. verschiedene Frequenzmuster, realisieren.The HV generator 28 has a connection to the microprocessor 7, via which it can be controlled by the microprocessor. In addition to electrostatic fields, it is also possible to realize time-variable electric fields with intensity changed over time or different frequency patterns.

Ähnlich wie das elektrische Feld, lässt sich mit der Einrichtung 30 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zwischen der Zerstäubungseinheit 1 und dem Substrathalter 9 samt Substrat ein magnetisches Feld erzeugen. Dieses kann magnetostatisch, d.h. konstant oder zeitvariant, d.h. über die Zeit veränderlich, sein. Die Modulation übernimmt hierbei der NF/HF Generator, der mit dem Mikroprozessor verbunden ist, von dem der NF/HF Generator Steuersignale erhält.Similar to the electric field, a magnetic field can be generated with the device 30 for generating a magnetic field between the sputtering unit 1 and the substrate holder 9 together with the substrate. This can be magnetostatic, i. constant or time-varying, i. Be changeable over time. The modulation takes over here the NF / HF generator, which is connected to the microprocessor, from which the NF / HF generator receives control signals.

Auch für das magnetische Feld ist ein einkanaliger Aufbau gezeichnet, während ein mehrkanaliger Aufbau möglich ist.For the magnetic field, a single-channel construction is drawn, while a multi-channel structure is possible.

Das Magnetfeld kann mittels eines Permanent- oder eines Elektromagnet hervorgerufen werden. In Fig. 3 ist ein Elektromagnet dargestellt. Ein U-förmiger Kern, beispielsweise ein Ferritkern, ist an seiner Unterseite, die dem Resonanzkörper 2 gegenüberliegende Seite, von einer elektrischen Spule umgeben. Angeregt von dem Stromfluss, der von dem NF/HF Generator in der Spule hervorgerufen wird, bilden sich zwischen den parallel verlaufenden Flanschen des Kerns magnetische Feldlinien aus, die den Raum Zwischen den Flanschen mit einem Magnetfeld durchsetzen. Somit wird auch der Raum zwischen der Zerstäubungseinheit 1 und Substrat und ggf. mindestens Teilen des Substrathalters 9 mit einem Magnetfeld durchsetzt. Dieses Magnetfeld beeinflusst den sich auf das Substrat zu bewegenden Sprühnebel.The magnetic field can be caused by means of a permanent magnet or an electromagnet. In Fig. 3, an electromagnet is shown. A U-shaped core, such as a ferrite core, is on its underside, that of the resonator 2 opposite side, surrounded by an electric coil. Inspired by the current flow generated by the NF / HF generator in the coil, magnetic field lines are formed between the parallel flanges of the core, which penetrate the space between the flanges with a magnetic field. Thus, the space between the sputtering unit 1 and substrate and possibly at least parts of the substrate holder 9 is penetrated by a magnetic field. This magnetic field affects the spray to be moved to the substrate.

Sowohl die Einrichtung 29 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes als auch die Einrichtung 30 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, zumindest Teile davon, können sich sowohl innerhalb des Gehäuses 11, also in der Beschichtungskammer 32 oder außerhalb davon befinden. Bei geeigneter Materialwahl für das Gehäuse 11 können das elektrische und magnetische Feld in das Gehäuse 11, also von außen in die Beschichtungskammer 32 wirken.Both the means 28 for generating an electric field and the means 30 for generating a magnetic field, at least parts thereof, can be located both within the housing 11, that is, in the coating chamber 32 or outside thereof. With a suitable choice of material for the housing 11, the electric and magnetic field in the housing 11, so from the outside into the coating chamber 32 act.

Befinden sich die Einrichtung 29 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes als auch die Einrichtung 30 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes komplett außerhalb des Gehäuses 11 kann es vorteilhaft bezüglich der Verschmutzung dieser Elemente sein.If the means 29 for generating an electric field as well as the means 30 for generating a magnetic field completely outside the housing 11, it may be advantageous with respect to the pollution of these elements.

Claims (22)

1. A high frequency atomising device for atomising a coating fluid and for subsequent coating of a substrate (14), having

   - an atomising unit (1) that can be excited to generate high frequency vibrations, which unit atomises the coating fluid supplied to it to form a spray mist,

   - a positionable substrate holder (8, 9), which retains the substrate (14) to be coated constantly in a position favourable for coating inside the spray mist, as a result of which the substrate (14) is wetted with the spray mist, and

   - at least one drying device (6) which dries the spray mist coat then formed on the substrate (14);

   characterized in that

   - the atomising unit (1) has a trumpet-like-shaped resonance body (2), wherein the atomising unit (1) is enclosed by a housing (16) open on one side, wherein the resonance body (2) is arranged in the region of the opening of the housing;

   - the housing (16) has a controllable air or gas supply (31);

   - the air or gas supply (31) is designed as an inert gas supply (31) for feeding inert gas to the housing;

   - one of the openings of the housing (16) has an inert gas nozzle (3), through which the inert gas supplied via the inert gas supply (31) escapes as a carrier medium for spray jet conditioning of the spray mist.
2. The device according to Claim 1, characterised in that the atomising unit (1) can be moved relative to the substrate (14).
3. The device according to Claim 1 or 2, characterised in that the high frequency atomising device comprises a storage tank (5) for storing the coating fluid.
4. The device according to any one of Claims 1 to 3, characterised in that the high frequency atomising device comprises a first temperature setting device (23, 25), wherein the first temperature setting device (23, 25) is designed to adapt a temperature of the coating fluid.
5. The device according to Claim 4, characterised in that the first temperature setting device (23) is arranged in the storage tank (5).
6. The device according to Claim 4, characterised in that the first temperature setting device (25) is formed on the atomising unit (1).
7. The device according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that the high frequency atomising device comprises at least one device (29) for generating an electrical field, wherein the device for generating an electrical field is designed to generate an electrical field between the atomising unit (1) and at least one part of the substrate holder (9).
8. The device according to any one of Claims 1 to 7, characterised in that the high frequency atomising device comprises at least one device (30) for generating a magnetic field, wherein the device for generating a magnetic field is designed to generate a magnetic field between the atomising unit (1) and at least one part of the substrate holder (9).
9. The device according to any one of Claims 1 to 8, characterised in that the high frequency atomising device comprises a second temperature setting device (24), wherein the second temperature setting device (24) is designed to adapt a temperature of the inert gas.
10. The device according to Claim 9, characterised in that the second temperature setting device (24) is formed on and/or in the inert gas supply (31).
11. The device according to any one of Claims 1 to 10, characterised in that the inert gas nozzle (3) can be set in order to vary the dispersal of the spray mist jet within the range of 0° to 180°.
12. The device according to any one of the preceding claims, characterised in that the substrate (14) to be coated can be positioned by means of the positionable substrate holder (8, 9) inside the spray jet.
13. The device according to Claim 27, characterised in that the substrate holder (8, 9) is suitable for imparting to the substrate (14) six different degrees of freedom of movement.
14. The device according to any one of the preceding claims, characterised in that the drying device (6) comprises a heat source, preferably a heating system which is enclosed by a heating housing (20) open on one side, wherein the heating housing (20) has a controllable inert gas supply for generating a hot air flow.
15. The device according to any one of Claims 1 to 13, characterised in that the drying device (6) comprise an infrared heat source.
16. The device according to any one of the preceding claims, characterised in that the high frequency atomising device also has a controllable suction device (10) for sucking off the overspray and for further spray jet conditioning.
17. The device according to any one of the preceding claims, characterised in that the drying device (6), the substrate holder (8), the suction device (10) for sucking off the overspray, the atomising unit (1) and the inert gas supply for spray jet conditioning and for hot air flow generation for achieving an optimum coating result, are controlled by a programmable control unit.
18. The device according to any one of the preceding claims, characterised in that at least the atomising unit (1), the positionable substrate holder (8, 9) and the suction device (10) are surrounded by a housing (11).
19. The device according to Claim 18, characterised in that the drying device (6) is also surrounded by the housing (11).
20. The device according to Claim 18 or 19, characterised in that the housing (11) forms a coating chamber (32),wherein the high frequency atomising device comprises a third temperature setting device (26), and wherein the third temperature setting device (26) is designed to adapt a temperature of the coating chamber (32).
21. The device according to Claim 20, characterised in that the high frequency atomising device comprises a process temperature control device (27),wherein the process temperature control device (27) controls one of the first (23, 25) to third (26) temperature setting device so that conditions that can be predetermined for a coating process prevail.
22. An application of a high frequency atomising device according to any one of the preceding claims for single or multiple coating of substrates with a homogeneous coating 1 nm to 1 mm thick.

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