TWI461553B - 用於塗佈基材的設備及方法 - Google Patents

Description

用於塗佈基材的設備及方法

本發明係有關於一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的設備，其包含一真空室，一線圈被設置於該真空室內用來藉有使用一變動電流於該線圈內來將一數量的導電物質保持著飄浮及用來加熱與蒸發該物質，及其中有一機構被放在該線圈內用來將該線圈與飄浮的物質絕緣隔開。本發明亦有關於一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的方法。

導電物質的飄浮及蒸發可從WO 03/071000A1專利中得知。在本文中將描述一種用一層導電物質塗佈一基材的技術，該導電物質是在一真空室中從氣相冷凝至該基材上。一數量的導電物質被保持飄浮在一線圈上方，一變動電流被供給至該線圈。因為這個電流的關係，一交變電磁場被產生在該線圈內。該電磁場施加一向上的力量於該飄浮的導電物質上。該電流亦提供電能來加熱該飄浮的導電物質，使得它熔化並最終蒸發；然而，某些導電物質並不熔化而是昇華。介於該線圈與飄浮的導電物質之間存在有電絕緣機構，譬如一管子或導管，用以防止線圈的繞組之間發生作用及防止線圈以真空室的污染。被產生的蒸氣經由該導管的一端被釋出並被用來塗佈該基材。

上述的設備具有難以控制在基材上的塗層的缺點。詳言之，當該設備被用來連續地塗佈一條通過該真空是的條帶時，會很難產生一具有均勻厚度及組成的塗層於該條帶的寬度上。

為了要克服此缺點，WO03/071000A1專利提供一種真空室，一條帶可被運送於該真空室內，及一蒸氣可藉由一具有一或多個約束的導管被運送至該條帶，使得該蒸氣在令人窒息的條件下被沉積。此份文件提供一用來在同一時間沉積兩種蒸氣的處理，但該處理亦可被用來只沉積一種蒸氣。以此方式，當有數個開口被使用在該約束上且該導管夠寬時，一均勻的塗層可被施加在該條帶上。

然而，用此方法施加塗層的一項缺點為，該塗層對該基材的黏著並非是最佳的。另一項缺點為，該塗層的密度並非是最佳的。這造成了必需要對該經過塗佈的基材施加進一步的處理步驟，譬如滾壓該條帶。

本發明的一個目的為提供一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的設備及方法，藉以獲得一改良的塗層於該基材上。

本發明的另一項目的為一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的設備及方法，一層具有增強的黏性及密度的塗佈物質可藉此產生在該基材上。

一或更多這些目的可藉由一使用物理氣相沉積來沉積一基材的設備來達成，該設備包含一真空室，一線圈被設置於該真空室內用來藉有使用一變動電流於該線圈內來將 一數量的導電物質保持著飄浮及用來加熱與蒸發該物質，及其中有一機構被放在該線圈內用來將該線圈與飄浮的物質絕緣隔開，該設備的特徵在於該絕緣機構為一由不導電物質製成的容器的一部分，該容器具有一或多個開孔用來將被蒸發的導電物質導引至該將被塗佈的基材。

此設備可包含該被蒸發的物質使得在該容器內的壓力高於在該容器外之真空室內的壓力。出人意表地，在該容器內的高壓讓產生一電漿於該容器內成為可能，所以一由該被蒸發之部分離子化的物質構成的氣體包含原子，離子，基團與電子。該電漿是在該WO03/071000A1專利中提到的變動電流的頻率下產生的，譬如50kHz或更高的頻率，該頻率遠低於已知之產生一電漿的頻率。該電漿的一部分被導引通過該等開孔，待塗佈的基材被置於該等開孔前方。因為離子是帶電的事實，所以塗層對於基材具有一更佳的黏著性且該塗層亦更加緻密。該容器必需是用不導電物質製成，因為離子它們接觸一導電的牆壁時將會變成為原子。

較佳地，該容器為在其兩端都具有密封件的導管的形狀，一或多個開孔被形成在一密封件上。以此方式，一簡單式的容器被提供，電漿藉此被容納在該容器內且一部分電漿於使用時經由開孔被釋出用以塗佈一基材。

依據本發明的一較佳實施例，該容器具有一導管的形狀，在其一端具有一密封件及在另一端則有一盒狀的突起，該突起具有數個開孔。此較佳的實施例在塗佈一條帶時特別適用，因為該盒狀的突起可具有一表面其具有與待塗佈的基材大致相同的形狀，得到一等距離於該表面與該基材之間。這將可提供一均勻的塗層於該基材上。

較佳地，該突起至少是與該待塗佈的基材等寬。這在待塗佈的一條帶狀的物質時特別重要，所以一長度至少是數百公尺的物質可被運送通過該真空室。該條帶可以是用紙，金屬，塑膠或其它物質製成的。藉由此實施例的容器，該調帶物質可被塗佈在其整個寬度上。

較佳地，該等開孔具有孔或狹縫的形狀。該電漿因而可以一種有效的方式被釋放。

依據一較佳的實施例，該容器被提供加熱裝置來加熱該容器。該容器應被加熱，因為該蒸氣與該電漿在碰到冷的牆壁時將再度冷凝。以此方式，相當簡單的加熱元件被提供來加熱該不導電的容器。

依據一較佳的實施例，是用陶瓷物質製成，譬如氮化硼或氮化矽。陶瓷物質非常適合該設備會遭遇到的環境，譬如高溫及高熱衝擊與應力。又，陶瓷材質具有高導熱性。

依據本發明的另一態樣，一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的方法被提供，其使用一線圈於真空中用以保持一數量的導電物質飄浮及加熱並蒸發該物質，其中一變動電流被送至該線圈，及其中絕緣機構被置於該線圈與飄浮的物質之間，該絕緣機構是被加熱之不導電物質製成的容器的一部分，該容器具有一或多個開孔用來將被蒸發的物質導引至該待塗佈的基材，其中該被蒸發的物質形成一電漿於該容器的內部，該電漿經由該容器上的開孔被釋出用以塗佈該基材。

此方法提供一電漿於該容器內並具有如上所述的優點。

較佳地，該容器被加熱至等於或高於該飄浮的物質的頓。以此方式，該蒸氣或電漿不會凝結在該容器壁上。

依據一較佳的實施例，在該容器內的電漿具有介於10^{－ 1} 至10^{－ 5} mbar，較佳地介於10^{－ 2} 至10^{－ 4} mbar之間，的壓力。在壓力高於10^{－ 5} mbar時，較機佳地高於10^{－ 4} mbar，電漿將被產生在該容器內，只要壓力沒有變得過高，如不高於10^{－ 1} mbar，較佳地不高於10^{－ 2} mbar，此電漿即可被保持。很清楚的是，該壓力與將被蒸發的導電物質，飄浮的導電物質的溫度，及該容器的大小與在容器上的開孔的大小有關。又，很清楚的的是，在該容器外面而在該真空室內的壓力必需要低於該電漿的壓力，電漿才可從該容器上的該等開孔釋出。較佳地，在該真空室內的壓力比在該真空室內的壓力低10至1000倍，更佳地是低100倍。

依據一實施例，該被塗佈的基材是一相對於該容器被連續地運送的條帶。藉由本發明的方法，可提供一種具有緻密且良好地黏著的塗層的條帶。

依據一較佳的實施例，一電位梯度被保持在該基材與該容器之間，使得離子被朝向該基材加速。因為該電位梯度的關係，離子在它們狀擊到該基材的表面時具有一很高的動能。該高的動能若是造成離子黏著到該基材或已在該基材的塗層上，就是讓在該基材的表面上的離子因為該離子的能量太高而彈回來。然而，在後者的情況中，該離子能量的一部分被基材上的塗層所吸收，使得該塗層更加密實。介於基材與容器之間的電位可以是10至40伏。

第1圖顯示依據本發明的實施例的一較佳實施例。一線圈1被置於一真空室(未示出)中。一容器2具有一導管狀部分3其被置於該線圈1內，一蒸氣被產生在該導管狀部分中。此部分3的下端被封閉且其上端被連接至一盒狀部分4其被設計成可適配一待塗佈的基材。在部分4的一個表面上設有開孔5。

在第1圖所示的實施例中，容器2適合塗佈一條帶(未示出)其被運送於該容器上方一小段距離處。因此之故，容器2的部分4是狹長形的，用以能夠塗佈該條帶的整個寬度。

第2圖顯示第1圖的容器2沿著A-A剖面的剖面圖。此剖面圖顯示該盒狀部分4，其中一管子6被***到一盒子7中且電線圈或電線8被放置在該管子6與該盒子7之間。

在該設備的操作期間，導電物質藉由使用一給送裝置(未示出)而被引入到該容器2的導管狀部分3中。一變動電流被製造在該線圈1中，以產生一交變電磁場。由於此 交變電磁場的關係，該導電物質被保持飄浮於該線圈上方，而在此同時，該導電物質被加熱。該導電物質在大多數的例子中都會熔化用以形成一液滴10且被蒸發，在某些例子中則會在未熔化下被昇華。

因為容器2除了數個開孔5之外其餘都被封閉，所以由於該液滴10的關係，在該容器內的壓力變成高於在其周圍的真空室內的壓力。

出人意表地，這讓產生一電漿於該容器內並藉由使用一電絕緣或不導電物質為該容器本身的材質來將此電漿保持在該容器內部成為可能。在該容器內的電漿具有一介於10^-1 至10^-5 mbar，較佳地介於10^-2 至10^-4 mbar之間，的壓力。在壓力高於10^-5 mbar時，較佳地高於10^-4 mbar，電漿將被產生在該容器內，只要壓力沒有變得過高，如不高於10^-1 mbar，較佳地不高於10^-2 mbar，此電漿即可被保持。該電漿是在該WO03/071000A1專利中提到的變動電流的頻率下產生的，譬如50kHz或更高的頻率，該頻率遠低於已知之產生一電漿的頻率。當然，在周圍的真空室內的壓力必需要低於在該容器內的壓力，這樣電漿才能夠從開孔5被釋出。

又，該容器必需被加熱至等於或高於該蒸氣/電漿的溫度，用以防止蒸氣/電漿凝結在該容器的壁上。為了要如此作，電線圈或電線8被使用於該容器的壁內。因為該容器必需是耐熱且耐熱衝擊的，且具有良好導熱性，所以通常會使用陶瓷材質，譬如氮化硼或氮化矽，但其它的陶瓷亦可被使用，譬如氧化鋯，氧化釔，氧化鉿或溴化鋯，因為陶瓷是不導電的。

在該容器上的開孔可以是任何形狀，但通常是圓孔或狹縫。開孔的總面積與該容器的體積及塗佈率有關。而且，介於開孔之間的距離是可變的，且與介於該容器之帶有該等開孔的表面與待塗佈的基材之間的距離有關。通常，經由一孔從該容器釋出的電漿具有一火燄狀的形狀。

因為在電漿中的離子是帶電的此一事實，離子將會黏著至該基材上更加牢靠且形成一緻密的塗層。

該塗層的黏著性及密度可藉由施加一電位差於該容器與該待塗佈的基材之間而被進一步改善。因為該電位差的關係，離子被加速朝向該基材，因而將以一更高的速度撞擊該基材表面。這會造成具有高密度之良好黏著性的塗層。一適當的電位差為10至40伏。

1．．．線圈

2．．．容器

3．．．導管部分

4．．．盒狀部分

5．．．開孔

6．．．管子

7．．．盒子

8．．．電線

10．．．液滴

本發明將參照附圖加以說明。

第1圖示意地顯示依據本發明的設備的實施例的剖面圖。

第2圖顯示第1圖的設備之A－A剖面的剖面圖。

1．．．線圈

2．．．容器

3．．．導管部分

4．．．盒狀部分

5．．．開孔

10．．．液滴

Claims (10)

1. 一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的設備，其包含一真空室，一線圈被設置於該真空室內用來藉由使用一變動電流於該線圈內來將一數量的導電物質保持著飄浮及用來加熱與蒸發該物質，及其中有一隔絕機構被放在該線圈內用來將該線圈與該飄浮的物質絕緣隔開，其中該隔絕機構是一容器的一部分且是用不導電物質製成，該設備的特徵在於該容器具有一導管狀部分(3)，其一端被封閉、及一盒狀部分(4)其在該管狀部分的另一端，該盒狀部分(4)具有多個開孔(5)，用來將被蒸發的導電物質導引至該將被塗佈的基材，其中該導管狀部分(3)被置於該線圈內，用以將該線圈與該被飄浮的物質隔開，其中該容器被提供加熱裝置來加熱該容器，及其中該盒狀部分(4)包含一管子(6)，其被完全***到一盒子(7)內、及加熱機構，其包含一或多個電線圈或電線(8)被置於該管子(6)和該盒子(7)之間。
2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該盒狀部分(4)至少是與該待塗佈的基材等寬。
3. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其中該等開孔具有孔或狹縫的形狀。
4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該容器被提供用選自於鉬或鎢材質的電阻式電線的導電物質所製造的加熱元件。
5. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該容器是用選自於氮化硼或氮化矽的陶瓷材質製成。
6. 一種使用物理氣相沉積來塗佈一基材的方法，其使用一線圈於真空中用以保持一數量的導電物質飄浮及加熱並蒸發該物質，其中一變動電流被送至該線圈，及其中隔絕機構被置於該線圈與該飄浮的物質之間，其特徵在於該隔絕機構是被加熱之不導電物質製成的容器的一部分，該容器具有一或多個開孔用來將被蒸發的物質導引至該待塗佈的基材，其中該被蒸發的物質形成一電漿於該容器的內部，該電漿經由該容器上的該等開孔被釋出用以塗佈該基材。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中在該容器內的該電漿具有一介於10^-1 至10^-5 mbar之間的壓力。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之方法，其中被塗佈的該基材是一條帶(strap)，其被相對於該容器連續地運送。
9. 如申請專利範圍第6或7項所述之方法，其中一電位梯度被保持在該基材與該容器之間，使得該等離子被朝向該基材加速。
10. 如申請專利範圍第6或7項所述之方法，其中在該容器內的該電漿具有一介於10^-2 至10^-4 mbar之間的壓力。