專利名稱：在等離子體支持下沉積的薄晶種層上進(jìn)行金屬化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造金屬化網(wǎng)的方法和設(shè)備，具體為箔式電容器的金屬化塑料網(wǎng)，在所述方法中，金屬層以蒸氣相或氣相進(jìn)行沉積，并且本發(fā)明還涉及了一個金屬化的塑料箔。
背景技術(shù)：
金屬化的塑料箔可用在各種技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，例如，作為電容用箔。上述電容用箔由例如聚酯或聚丙烯的非導(dǎo)電塑料箔構(gòu)成，在上述非導(dǎo)電塑料箔上，沉積鋅金屬層，從而形成電極。上述工藝通常例如在網(wǎng)沉積機(jī)上進(jìn)行，其中，塑料材料(在所述塑料材料上進(jìn)行沉積)從一個輥上松開，穿過沉積臺，并再卷到第二個輥上。
沉淀臺通常由熱蒸發(fā)單元構(gòu)成，其中，將待沉積到塑料箔上的材料通過加熱裝置進(jìn)行蒸發(fā)，結(jié)果當(dāng)塑料箔移動穿過金屬蒸氣云時，金屬沉積下來。
典型地，鋅用作電極材料。
為了得到均勻并且充分粘附的金屬層或鋅層，在沉積目標(biāo)金屬層以前，將優(yōu)選由鋁制成的晶種層或成核層以已知方式沉積在塑料箔上。晶種層或成核層也可以通過熱蒸發(fā)進(jìn)行沉積。通常，全部層中或?qū)雍穸戎械木ХN層或成核層的百分率為5到10％。
然而，對于箔式電容器中的鋅層的自愈性，上述方法是不利的，這是因?yàn)檫@種厚晶種層或成核層對這種自愈性會造成負(fù)面影響。自愈性是由于鋅層的蒸發(fā)能較低造成的，在使用由具有較高凝聚能的金屬(例如，鋁)制成的晶種層或成核層的情況下，上述較低蒸發(fā)能導(dǎo)致蒸發(fā)變差或當(dāng)出現(xiàn)空隙時金屬熔化(這意味著短路)。因此，對于自愈性自身而言，不提供晶種層或成核層則是有利的。
在沉積金屬以前，例如將塑料箔采用等離子體進(jìn)行預(yù)處理，其可以實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)槠湟部梢源_保金屬層的粘附性。
DE 199 43 379 A1中提出了另一種在沒有晶種層的情況下實(shí)現(xiàn)粘附的方法，其在蒸發(fā)金屬的過程中點(diǎn)燃稠密等離子體。從而，可以實(shí)現(xiàn)較好的粘附性，并且改善了自愈性，減小了表面電阻。
KR 01 415 09描述了一種制造薄膜電容器用的鋅金屬層的方法，在該方法中，將傳統(tǒng)的鋁晶種層或成核層通過濺射工藝沉積在塑料箔上，從而進(jìn)一步改善抗氧化性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造金屬化的塑料箔的方法和由所述方法制造的金屬化的塑料箔，該方法以有效、快速的制造過程制造了具有良好自愈性和表面電阻的充分粘結(jié)的金屬層，其中，所提供的上述金屬層是平坦且均勻的。
通過具有權(quán)利要求1特征的方法和具有權(quán)利要求16特征的塑料箔可以實(shí)現(xiàn)上述目的。從屬權(quán)利要求是優(yōu)選的實(shí)施方式。
盡管采用上述已知工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了良好的結(jié)果，但是本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在沉積目標(biāo)金屬膜以前，當(dāng)將等離子體預(yù)處理和沉積薄(具體為非常薄)晶種層或成核層進(jìn)行組合時，可以將部分競爭的優(yōu)點(diǎn)和性質(zhì)進(jìn)一步最優(yōu)化成相互平衡的優(yōu)點(diǎn)和性質(zhì)。
特別重要的是，沉積的是并非具有通常厚度尺寸的晶種層，而沉積的是幾個原子層的厚度僅在nm范圍內(nèi)的超薄晶種層。
因此，晶種層占全部各層的百分比為小于5％，具體為小于3％，優(yōu)選小于等于1％。
優(yōu)選地，晶種層通過陰極蒸發(fā)(濺射)進(jìn)行沉積，因?yàn)樵摴に嚪浅＿m于將超薄層的等離子體處理和沉積過程進(jìn)行組合。
為了沉積這些超薄層，有利的是，以較低的沉積速率來沉積晶種層，因?yàn)槠浜笈c網(wǎng)(在所述網(wǎng)上進(jìn)行沉積)運(yùn)輸速率相結(jié)合，，所以可以以適當(dāng)方式沉積超薄晶種層(下至非連續(xù)層)，該非連續(xù)層僅僅有多個島狀部分組成。
相應(yīng)地，有利地將濺射工藝中陰極電壓選擇在數(shù)個100V的范圍內(nèi)，具體低于1000V，優(yōu)選低于500V，最優(yōu)選在約400V的范圍內(nèi)。
相應(yīng)地，也可以將等離子體的功率選擇在＜15kW或≤10kW的范圍內(nèi)。
在晶種層的沉積過程中，壓力優(yōu)選小于10-1hPa，具體小于5×10-2hPa，優(yōu)選在10-2hPa的范圍內(nèi)。由此也可以實(shí)現(xiàn)低沉積速率或?yàn)R射速率。
盡管在晶種層的沉積過程中，氣氛優(yōu)選由惰性氣體(具體由氬氣氛)構(gòu)成，但是將一定百分比的氧氣加入氣氛中是有利的，結(jié)果可能通過等離子體處理產(chǎn)生表面清潔效應(yīng)，這由于等離子體中存在的氧離子與襯底表面上的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)造成的。然后，可以通過產(chǎn)生不同壓力條件的真空泵，將各種反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)室中除去。
根據(jù)本發(fā)明的方法，使用具有低濺射速率的材料，即鋼或不銹鋼。以這種方式，確保了濺射靶具有長使用壽命，并且以較低材料用量使金屬層(具體為鋅層)在塑料表面上粘結(jié)和均勻形成。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，待涂敷的網(wǎng)材料在蒸氣相或氣相沉積晶種層的過程中以高達(dá)20米/秒(優(yōu)選多達(dá)25米/秒)的速率穿過等離子體源或?yàn)R射靶，這是因?yàn)閮H沉積超薄晶種層。這樣提高了工藝效率。
隨后進(jìn)行的目標(biāo)金屬層(具體為鋅層)的沉積可以通過已知的適當(dāng)工藝來進(jìn)行，具體由鋅熔融物進(jìn)行鋅的熱蒸發(fā)來進(jìn)行。
采用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的金屬化的塑料箔(該金屬化的塑料箔也根據(jù)另一方面要求獨(dú)立的專利保護(hù))的特征在于，所提供的在塑料箔和金屬層之間的晶種層具有在幾個原子層范圍內(nèi)的超薄厚度，該晶種層由鋼或不銹鋼制成。
塑料箔可以具體由聚酯或聚丙烯制成。


在隨后基于附圖對實(shí)施方式進(jìn)行的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、性質(zhì)和特征很明顯。
圖1以純示意性的方式表示了用于金屬化塑料箔(具體為制造電容用箔)的沉積機(jī)的示意性說明。
具體實(shí)施例方式
圖1表示純示意性說明，其中，為了強(qiáng)調(diào)基本原理僅選擇了排列的組件，但這些排列的組件在實(shí)際條件下可以明顯偏離。
沉積機(jī)具有兩個輥1和2。塑料材料(在所述塑料材料上進(jìn)行沉積)被設(shè)定為箔3，并且該塑料箔根據(jù)鄰近輥1所示的箭頭從第一輥1上松開，并向輥2運(yùn)動，在輥2中，箔3再次相應(yīng)地卷起。
在兩個輥1和2之間，設(shè)置兩個沉積臺或處理臺，上述兩個沉積臺或處理臺優(yōu)選通過室壁4彼此隔離，其中，在室壁4設(shè)置上槽5或門組件，箔網(wǎng)3可以穿過上述槽或門組件。
第一沉積臺或處理臺具有陰極7、陽極8和DC電源或電壓源6，電源的負(fù)極連接到陰極上，正極連接到陽極8上。在如下條件下點(diǎn)燃等離子體9連接在陽極8和陰極7之間的DC電壓在數(shù)個100V的范圍內(nèi)，(具體為400V)，校正的氬氣氛的設(shè)定壓力為10-2hPa，以及采用電磁場支撐。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，相應(yīng)殼體或真空室(未示出)被設(shè)置在如圖所示的組件周圍。
由此具有輥1、陽極8和陰極7的卷繞組件被放置第一真空室中，其中，在具有由陰極7和陽極8組成的電極組件的第一沉積臺的區(qū)域內(nèi)，壓力被設(shè)定為在10-2hPa的范圍內(nèi)。作為處理氣體，將氬氣引入第一真空室中，結(jié)果當(dāng)點(diǎn)燃等離子體9時，產(chǎn)生了正電荷氬離子11，該正電荷氬離子向陰極7的方向加速運(yùn)動。
陰極7具有濺射材料或由濺射材料制成，該濺射材料具體為不銹鋼。濺射材料(濺射靶)被沖擊氬離子進(jìn)行濺射，結(jié)果，濺射材料10可以到達(dá)箔3上，從而沉積到其上。
負(fù)電荷電子12同時向陽極8的方向移動，結(jié)果它們部分沉積在箔3上。從而，由非導(dǎo)電塑料網(wǎng)制成的箔3在某種程度上帶電，結(jié)果來自等離子體9的離子也沖擊在箔表面3上，通過這種離子轟擊有助于塑料箔表面的清潔和活化。將一定百分率的氧氣加入氣氛中，甚至可以增強(qiáng)清潔效應(yīng)。
以上述方式，也被稱為成核層的晶種層16在第一沉積臺內(nèi)沉積在箔3上，該晶種層由濺射靶或陰極7的材料制成，優(yōu)選是不銹鋼。
然而，因?yàn)椴讳P鋼是一種具有極低濺射速率的材料并且塑料箔網(wǎng)3穿過卷繞組件1、2、穿過等離子體9或穿過濺射靶的速度較高，所以僅沉積了在幾個原子層到至多幾nm范圍內(nèi)的超薄晶種層16。這甚至通過如下因素來加強(qiáng)選擇電源6的電壓相對低，為幾個100V。
然而，盡管晶種層非常薄，但它的沉積對以下在第二沉積臺或反應(yīng)室中可以沉積具有良好粘附性的金屬化過程具有影響，上述超薄晶種層在等離子體的同時沖擊下難以在經(jīng)涂敷的箔上被探測到。具體地，進(jìn)行等離子體沖擊的同時進(jìn)行陰極濺射(其中，以簡單的方式，在襯底(在所述襯底上進(jìn)行沉積)上進(jìn)行材料沉積)，可以明顯減少單獨(dú)進(jìn)行等離子體預(yù)處理和隨后進(jìn)行晶種層或成核層沉積、以及晶種層或成核層本身的沉積所花費(fèi)的力氣。
在穿過將超薄晶種層或成核層16濺射在待涂敷的塑料箔網(wǎng)3上的第一沉積臺后，塑料箔網(wǎng)穿過第二沉積臺，在該第二沉積臺中，優(yōu)選由鋅制成的待沉積的材料層通過熱蒸發(fā)進(jìn)行沉積。為了上述熱蒸發(fā)沉積，設(shè)置了一個蒸發(fā)坩鍋13，該蒸發(fā)坩鍋，例如通過加熱電阻器以適當(dāng)?shù)姆绞奖患訜?，以蒸發(fā)鋅材料。從而產(chǎn)生鋅云15，使塑料箔網(wǎng)3穿過該鋅云，這使得在塑料箔3的晶種層或成核層16上方形成所希望的金屬層17。
由于等離子處理和薄晶種層或成核層的沉積兩個因素，盡管晶種層或成核層僅具有非常薄的厚度，但是鋅材料在塑料箔上的粘附性非常好。上述方法的優(yōu)點(diǎn)在于，晶種層或成核層16并未使鋅的自愈性變差，或至少與現(xiàn)有技術(shù)相比變差較少。同時，可以采用簡單的方式使金屬層(例如鋅層)的沉積最優(yōu)化，即沉積過程在高沉積速度下(例如，塑料箔網(wǎng)3的運(yùn)輸速率在幾米/秒的范圍內(nèi)，例如，6米/秒，高至20或25米/秒)下獲得非常均勻的沉積。
盡管本發(fā)明是基于優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，在限定本發(fā)明范圍的所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變更或變化，而并未脫離本發(fā)明的范圍。具體地，可以忽略某些特征，或?qū)⒛承┨卣饕圆煌姆绞竭M(jìn)行組合。
權(quán)利要求
1.一種用于制造金屬化網(wǎng)的方法，該金屬化網(wǎng)具體為箔式電容器的金屬化塑料網(wǎng)，在所述方法中，金屬層(17)以蒸氣相或氣相沉積在網(wǎng)(3)上，其中，在沉積所述金屬層以前，通過等離子體支持的蒸氣相或氣相沉積，將金屬晶種層(16)沉積在所述網(wǎng)(3)上，其特征在于，所述晶種層包括鋼或不銹鋼。
2.如權(quán)利要求1所述或根據(jù)權(quán)利要求1的共有部分所述的方法，其特征在于，所述晶種層(16)占全部層的百分比小于5％，具體小于3％，優(yōu)選小于或等于1％。
3.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過陰極濺射進(jìn)行等離子體支持的所述金屬晶種層的蒸氣相或氣相沉積。
4.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以較低沉積速率沉積所述晶種層。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述晶種層的沉積過程中，所述等離子體運(yùn)行于較低陰極電壓下，具體低于1000V，優(yōu)選低于500V，最優(yōu)選為約400V。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述等離子體在低于15kW，具體低于或等于10kW的功率下產(chǎn)生。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述晶種層的沉積過程中，所述壓力小于10-1hPa，具體小于5×10-2hPa，優(yōu)選在10-2hPa的范圍內(nèi)。
8.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶種層的沉積主要在Ar氣氛下進(jìn)行。
9.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶種層的沉積在將氧氣添加到所述氣氛中的情況下進(jìn)行。
10.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述金屬層包括鋅。
11.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶種層和所述金屬層具有不同的成分。
12.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，待涂敷的帶材料以高達(dá)20m/s，優(yōu)選高達(dá)25m/s的速度穿過等離子體支持的所述晶種層的蒸氣相或氣相沉積過程中的等離子體源或?yàn)R射靶。
13.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過熱蒸發(fā)進(jìn)行所述金屬層的沉積。
14.一種優(yōu)選由前述權(quán)利要求所述方法制造的金屬化的塑料箔，具體為箔式電容器，所述金屬化的塑料箔包括至少一個塑料箔，在所述塑料箔上，金屬層和塑料箔之間具有至少一層金屬層和晶種層，其特征在于，所述晶種層包括鋼或不銹鋼。
15.如權(quán)利要求14所述的塑料箔，其特征在于，所述塑料箔由聚酯或聚丙烯制成。
16.如權(quán)利要求14或15所述的塑料箔，其特征在于，所述金屬層包括鋅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造金屬化網(wǎng)(3)的方法和設(shè)備，具體為箔式電容器的金屬化塑料網(wǎng)，所述方法中，金屬層(17)以蒸氣相或氣相進(jìn)行沉積，其中，在沉積所述金屬層以前，進(jìn)行經(jīng)等離子體支持的金屬晶種層的蒸氣相或氣相沉積過程，所述金屬晶種層的厚度在至多幾個原子層的范圍內(nèi)。而且，本發(fā)明還涉及了由上述方法制造的塑料箔，其中，金屬層和塑料箔之間的晶種層的厚度為至多幾個原子層。
文檔編號C23C14/22GK101067195SQ200710097640
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者彼得·奧爾布里希, 格爾布·奧夫曼, 京特·克萊姆 申請人:應(yīng)用材料公司