Beschichtung von Substraten Coating of substrates
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Beschichtung von Substraten, z. B. Glassubstraten. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Gegenstand mit einem Substrat und einer Beschichtung. Ein solcher Gegenstand kann beispielsweise ein Reflektor eines Scheinwerfers sein.The invention relates to a method and an apparatus for the coating of substrates, for. B. glass substrates. The invention further relates to an object with a substrate and a coating. Such an object can be, for example, a reflector of a headlight.
Die Beschichtung von Substraten ist auf verschiedenen technischen Gebieten erforderlich. Beispielsweise sei die Beschichtung von Reflektoren genannt. Solche Reflektoren werden z. B. in der Automobilbranche für die Scheinwerfer genutzt.The coating of substrates is required in various technical fields. For example, the coating of reflectors may be mentioned. Such reflectors are e.g. B. used in the automotive industry for headlights.
Wesentlich größere Reflektoren sind für Bühnenscheinwerfer erforderlich. Ein solcher Reflektor besteht im wesentlichen aus einem meist trichterähnlichen Grundkörper, der auf seiner Innenfläche reflektierend beschichtet ist. Dieser Grundkörper, auch Substrat genannt, besteht aus den Materialien Glas, Metall oder Kunststoff. Generell sind auch andere Werkstoffe denkbar. Die Substrate sind mit einer Beschichtung versehen, die auch mehrere Schichten umfassen kann. Die Anzahl der Schichten bzw. die Auswahl der Beschichtungsmaterialien bestimmt sich anhand der jeweils geforderten Reflextionseigenschaften.Significantly larger reflectors are required for stage spotlights. Such a reflector essentially consists of a mostly funnel-like base body, which is coated with a reflective coating on its inner surface. This base body, also called substrate, consists of the materials glass, metal or plastic. In general, other materials are also conceivable. The substrates are provided with a coating, which can also comprise several layers. The number of layers or the choice of coating materials is determined on the basis of the required reflection properties.
So finden sich heute unter anderem im Allgemeinbeleuchtungsbereich oder imSo you can find them today in the general lighting area or in
Theaterbeleuchtungsbereich kaltlichtbeschichtete Reflektoren aus Glassubstraten. Die Kaltlichtbeschichtung reflektiert dabei nur die sichtbare Strahlung und transmittiert die Wärmestrahlung.Theater lighting area cold light coated reflectors made of glass substrates. The cold light coating only reflects the visible radiation and transmits the heat radiation.
Besonders aufgrund der hohen Temperaturbeanspruchung kommt es in der Praxis immer wieder zu einem Abblättern der Beschichtung nach einer nur relativ kurzen Betriebszeit. Das bedeutet, daß die Reflektoren häufig ausgetauscht werden müssen, was umso schwerer wiegt, da die Beschichtung der Substrate eine relativ lange Zeit in Anspruch nimmt und damit zu hohen Herstellungskosten führt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine besonders haltbare Beschichtung auf Substraten aufgebracht werden kann. Die Herstellung der Beschichtung soll dabei kostengünstig sein. Zudem soll ein Gegenstand mit einem Substrat angegeben werden, der eine besonders haltbare Beschichtung aufweist.Particularly due to the high temperature stress, the coating flakes off in practice after a relatively short operating time. This means that the reflectors have to be replaced frequently, which is all the more serious since the coating of the substrates takes a relatively long time and thus leads to high production costs. The invention has for its object to provide a method and an apparatus with which a particularly durable coating can be applied to substrates. The production of the coating should be inexpensive. In addition, an object with a substrate should be specified which has a particularly durable coating.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und einen Gegenstand mit den Merkmalen der Ansprüche 1 , 6 und 10 gelöst. Die abhängigen Unteransprüche zeigen besonders vorteilhafte Ausführungen.This object is achieved by a method, a device and an object with the features of claims 1, 6 and 10. The dependent subclaims show particularly advantageous designs.
Die Erfinder haben nämlich erkannt, daß die Haltbarkeit der Schichten maßgeblich durch die Schichtdickenverteilung beeinflußt wird. Durch besonders gleichmäßige Schichtdickenverteilung kann eine besonders hohe Haltbarkeit der Schichten auf dem Substrat bzw. aufeinander erzielt werden. Weiterhin haben die Erfinder erkannt, daß die Schichtdickenverteilung wiederum von der Homogenität derThe inventors have recognized that the durability of the layers is significantly influenced by the layer thickness distribution. A particularly high durability of the layers on the substrate or on one another can be achieved by means of a particularly uniform layer thickness distribution. Furthermore, the inventors have recognized that the layer thickness distribution in turn depends on the homogeneity of the
Temperaturverteilung im Substrat beim Beschichten abhängig ist. Durch ein Vorheizen der Substrate kann eine besonders homogene Temperaturverteilung und damit eine große Uniformität der Beschichtung erreicht werden, da die Abscheideraten im Beschichtungsprozess temperaturabhängig sind. Dadurch wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Beschichtung in Bezug auf dieTemperature distribution in the substrate during coating is dependent. By preheating the substrates, a particularly homogeneous temperature distribution and thus a great uniformity of the coating can be achieved, since the deposition rates in the coating process are temperature-dependent. This ensures a particularly high reliability of the coating in relation to the
Schichthaftung erreicht.Shift liability reached.
Da das Vorheizen erfindungsgemäß außerhalb der Beschichtungskammer erfolgt, kann die Verweilzeit des Substrates in der Beschichtungskammer minimiert werden. Eine Taktzeit-Reduzierung bzw. eine Verringerung der Zykluszeiten ist möglich. Dadurch kann eine Verringerung der Herstellungskosten erzielt werden.Since the preheating takes place outside the coating chamber according to the invention, the dwell time of the substrate in the coating chamber can be minimized. A cycle time reduction or a reduction of the cycle times is possible. A reduction in manufacturing costs can thereby be achieved.
Durch externes Vorheizen läßt sich auch bei sehr großen Substratabmessungen, wie z. B. bei Reflektoren für Bühnenscheinwerfer, eine homogene Tempersaturverteilung erzielen. Dadurch wird auch hier eine uniforme Beschichtung der Substrate ermöglicht, was zu einer weit verbesserten Schichthaftung führt.By external preheating, even with very large substrate dimensions, such as. B. with reflectors for stage spotlights, achieve a homogeneous temperature distribution. This also makes a uniform here Coating of the substrates enables, which leads to a much improved layer adhesion.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch ein zusätzliches Heizen der Substrate in der Beschichtungskammer vor der Beschichtung eine Substratreinigung erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für die Beschichtung von Substraten mit einer Schicht als auch besonders vorteilhaft für die Beschichtung von Substraten mit mehreren Schichten anwendbar.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, substrate cleaning is achieved by additionally heating the substrates in the coating chamber before coating. The method according to the invention can be used both for coating substrates with one layer and particularly advantageously for coating substrates with multiple layers.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Beschichtung des Substrates mittels eines reaktiven Beschichtungsverfahrens. In diesem Fall ist die Beschichtungskammer ein Beschichtungsreaktor. Vorteilhaft seien hier folgende reaktive Verfahren genannt:In a particular embodiment of the method according to the invention, the substrate is coated by means of a reactive coating method. In this case the coating chamber is a coating reactor. The following reactive processes are advantageous:
- CVD (= Chemical-Vapor-Deposition)- CVD (= chemical vapor deposition)
- PVD (=Physical-Vapor-Deposition)- PVD (= physical vapor deposition)
- PECVD (= Plasma-Enhanced-Chemical-Vapor-Deposition)- PECVD (= Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
- PICVD (= Plasma-Impulse-Chemical-Vapor-Deposition) - LPCVD (= Low-Pressure-Chemical-Vapor-Deposition)- PICVD (= Plasma-Impulse-Chemical-Vapor-Deposition) - LPCVD (= Low-Pressure-Chemical-Vapor-Deposition)
- TCVD (= Thermical-Chemical-Vapor-Deposition)- TCVD (= thermal chemical vapor deposition)
Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Beschichtung von Substraten umfaßt neben einer Beschichtungskammer eine Vorheizeinrichtung. Mittels der Vorheizeinrichtung können die Substrate vorgeheizt werden, bis eine homogeneThe device according to the invention for coating substrates comprises a preheating device in addition to a coating chamber. By means of the preheating device, the substrates can be preheated until a homogeneous
Temperaturverteilung in den Substraten erreicht ist. Besonders vorteilhaft kann die Beschichtungskammer als Beschichtungsreaktor ausgebildet sein, um das Aufbringen der Beschichtung in einem reaktiven Verfahren zu ermöglichen. Beispielsweise sei auch hier auf die oben genannten Verfahren verwiesen. Die Beschichtungskammer kann so ausgebildet sein, daß das Aufbringen mehrererTemperature distribution in the substrates is reached. The coating chamber can particularly advantageously be designed as a coating reactor in order to enable the coating to be applied in a reactive process. For example, reference is also made here to the above-mentioned methods. The coating chamber can be designed so that the application of several
Schichten auf dem Substrat möglich ist. Die Erkenntnis der Erfinder, eine möglichst haltbare Beschichtung auf einem Substrat durch eine besonders große Uniformität der Beschichtung zu erzielen, und die weitere Erkenntnis, daß eine solche Uniformität der Beschichtung durch ein Vorheizen des Substrates erreichbar ist, haben zu einem erfindungsgemäßenLayers on the substrate is possible. The inventors' knowledge that a coating on a substrate that is as durable as possible can be achieved by a particularly large uniformity of the coating, and the further knowledge that such uniformity of the coating can be achieved by preheating the substrate has led to an inventive one
Gegenstand geführt, der ein Substrat mit einer Beschichtung umfaßt, die eine besonders hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich der Schichthaftung aufweist. Die Beschichtung kann vorteilhaft mehrere Schichten umfassen und besonders vorteilhaft in einem reaktiven Verfahren aufgebracht sein. Auch hier sei beispielsweise auf die oben genannten Verfahren verwiesen. Der Gegenstand kann vorteilhaft eine Kaltlichtverspiegelung umfassen, um so den Einsatz im Theaterbeleuchtungsbereich zu ermöglichen.Object guided, which comprises a substrate with a coating that has a particularly high reliability with respect to the layer adhesion. The coating can advantageously comprise several layers and can be applied particularly advantageously in a reactive process. Here, too, reference is made, for example, to the methods mentioned above. The object can advantageously comprise a cold light mirroring, so as to enable use in the theater lighting area.
Die Erfindung eignet sich besonders für die Beschichtung von Glassubstraten. Generell können aber auch Substrate bestehend aus anderen Materialien erfindungsgemäß beschichtet werden. Beispielsweise seien hier Metall oder Kunststoff genannt.The invention is particularly suitable for the coating of glass substrates. In general, however, substrates consisting of other materials can also be coated according to the invention. For example, metal or plastic may be mentioned here.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren beschrieben werden.The invention is to be described below on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 das Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;1 shows the flow diagram of a method according to the invention;
Figur 2 eine Prinzipskizze eine erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figure 2 is a schematic diagram of a device according to the invention;
Figur 3 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Gegenstandes.Figure 3 is a schematic diagram of an object according to the invention.
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Man erkennt die drei erfindungswesentlichen Schritte, das Vorheizen eines SubstratesFIG. 1 shows a flow chart of the method according to the invention. One recognizes the three steps essential to the invention, the preheating of a substrate
(Schritt 1), das Einbringen des Substrates in eine Beschichtungskammer (Schritt 2) und das Beschichten des Substrates in der Beschichtungskammer (Schritt 3). Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für die Beschichtung eines einzelnen Substrates und auch für die gleichzeitige Beschichtung von mehreren Substraten. Es können sowohl eine wie auch mehrere Schichten aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft erfolgt das Vorheizen in einer speziellen(Step 1), the introduction of the substrate into a coating chamber (Step 2) and coating the substrate in the coating chamber (step 3). The method according to the invention is suitable for the coating of a single substrate and also for the simultaneous coating of several substrates. Both one and several layers can be applied. Preheating is particularly advantageously carried out in a special
Vorheizkammer und beispielsweise sei für den Werkstoff des Substrates Glas genannt.Preheating chamber and for example glass for the material of the substrate.
Wie durch die gestrichelt dargestellte Box angedeutet, kann das Substrat vorteilhaft durch ein zusätzliches Heizen in der Beschichtungskammer gereinigt werden.As indicated by the box shown in dashed lines, the substrate can advantageously be cleaned by additional heating in the coating chamber.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Beschichten von Substraten. Man erkennt die Beschichtungskammer 1 und die Vorheizeinrichtung 2. In der Vorheizeinrichtung 2 kann das Substrat solange vorgeheizt werden, bis eine homogene Temperaturverteilung im Substrat erzielt ist.Figure 2 shows an inventive device for coating substrates. The coating chamber 1 and the preheating device 2 can be seen. In the preheating device 2, the substrate can be preheated until a homogeneous temperature distribution in the substrate is achieved.
Dabei ist die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in zwei zeitlich versetzten Betriebszuständen dargestellt. Figur 2a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Betriebszustand, in dem gleichzeitig ein Substrat A<| mittels derThe device designed according to the invention is shown in two time-shifted operating states. FIG. 2a shows the device according to the invention in an operating state in which a substrate A <| by means of
Vorheizeinrichtung 2 vorgeheizt wird und ein zweites Substrat A2 in derPreheater 2 is preheated and a second substrate A2 in the
Beschichtungskammer 1 beschichtet wird. Da diese beiden Vorgänge parallel ablaufen können, ist die Zykluszeit verringert. Figur 2b zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Betriebszustand, bei dem das vorgeheizte Substrat A-j in die Beschichtungskammer eingeführt wird, dasCoating chamber 1 is coated. Because these two processes can run in parallel, the cycle time is reduced. FIG. 2b shows the device according to the invention in an operating state in which the preheated substrate A-j is introduced into the coating chamber
Substrat A2 fertig beschichtet ist und aus der Beschichtungskammer 1 herausgeführt wird und ein drittes Substrat A3 zur Vorheizeinrichtung 2 befördert wird. Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Gegenstand mit einem Substrat, z. B. einem Glassubstrat A. Auf dem Glassubstrat A ist eine Beschichtung B aufgebracht. Die Beschichtung B weist eine besonders gleichmäßige Schichtdickenverteilung auf. Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Beschichtung B in einer Beschichtungskammer aufgebracht wurde, nachdem das Substrat vorher extern vorgeheizt wurde. Die besonders gleichmäßige Schichtdickenverteilung bedeutet eine besonders große Zuverlässigkeit der Beschichtung in Bezug auf die Schichthaftung.Substrate A2 is completely coated and is led out of the coating chamber 1 and a third substrate A3 is conveyed to the preheating device 2. Figure 3 shows an object of the invention with a substrate, for. B. a glass substrate A. A coating B is applied to the glass substrate A. The coating B has a particularly uniform layer thickness distribution. This is achieved according to the invention in that coating B was applied in a coating chamber after the substrate had previously been preheated externally. The particularly uniform layer thickness distribution means that the coating is particularly reliable with regard to layer adhesion.