Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von bandförmigen Substraten innerhalb einer Vakuumkammer, wobei das bandförmige Substrat während des

Beschichtungsvorgangs gekühlt wird.

Beim Beschichten von bandförmigen Substraten im Vakuum kann es durch den

Energieeintrag, der während des Beschichtens auf das bandförmige Substrat einwirkt, sehr leicht zu einer irreversiblen Verformung des Substrates kommen. Eine solche Verformung, infolge einer Überhitzung des bandförmigen Substrates, kann beispielsweise durch eine chemische Veränderung des Substratmaterials oder auch durch eine Faltenbildung oder durch plastisches Überstrecken des Substrates verursacht werden. Eine effektive Kühlung des bandförmigen Substrates kann dazu beitragen, die benannten Probleme zu lösen bzw. zu verhindern.

Üblicherweise wird ein zu beschichtendes bandförmiges Substrat von einer Vorratsrolle kontinuierlich abgerollt und abschließend auf eine andere Rolle, die sogenannte

Aufnahmerolle, kontinuierlich wieder aufgewickelt. Das zu beschichtende bandförmige Substrat durchläuft während dieses Wickelvorgangs einen oder mehrere Bereiche, in denen eine Beschichtung stattfindet. Diese Beschichtung kann beispielsweise durch

Kathodenzerstäuben oder einen Verdampfungsprozess realisiert werden.

Eine wichtige Gruppe von bandförmigen Substraten, die im Vakuum beschichtet werden, sind Kunststofffolien. Üblicherweise werden Kunststofffolien während eines

Beschichtungsvorgangs über mindestens eine Kühlwalze geführt. Dabei werden sie durch zwei wesentliche Mechanismen gekühlt: Zum einen durch einen direkten Kontakt zwischen der Kunststofffolie und der Kühlwalze und zum anderen durch einen Wärmetransfer über Wassermoleküle, die aus der Kunststofffolie ausdampfen und dann zwischen der

Kunststofffolie und der Kühlwalze eingeschlossen sind.

Es ist bekannt, dass bei der überwiegenden Anzahl der Beschichtungsprozesse von Kunststofffolien der zweite der beiden genannten Kühlmechanismen dominiert und erst durch diesen Kühlmechanismus eine für die Durchführbarkeit des Prozesses ausreichende Kühlung gewährleistet ist. Problematisch ist das Beschichten von Kunststofffolien deshalb insbesondere dann, wenn die Kunststofffolie nach einem Beschichtungsvorgang noch nachfolgende Beschichtungsstationen durchläuft aber dann nicht mehr genügend

Wassermoleküle in der Kunststofffolie vorhanden sind, die ausdampfen und einen

Wärmekontakt zwischen Kunststofffolie und Kühleinrichtung hersteilen können. Die gleiche Problematik besteht bei wasserarmen Kunststofffolien, wie z.B. aus Cycloolefin-Polymer (COP), schon bei einem ersten Beschichtungsvorgang, wie auch bei bandförmigen

Substraten aus Metall oder Glas.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um dieses technische Problem zu lösen. In US 5 076 203 A wird beispielsweise ein Gas direkt an der Stelle eingelassen, an der die Kunststofffolie die Kühlwalze berührt.

Eine ähnliche Lösung ist in DE 10 2013 212 395 A1 beschrieben. Hier wird zunächst Wasserdampf auf die Kühlwalze aufgesprüht, wobei die Kühlwalze soweit gekühlt wird, dass der Wasserdampf in den festen Aggregatzustand übergeht und somit eine Eisschicht zwischen Kühlwalze und einer zu beschichtenden Kunststofffolie ausgebildet wird.

Während des Beschichtungsvorgangs geht diese Eisschicht aufgrund des Wärmeeintrags durch die Beschichtungseinrichtung in den flüssigen bzw. gasförmigen Zustand über und gewährleistet dann einen Wärmeübergang zwischen Kühlwalze und Kunststofffolie.

Nachteilig wirkt sich bei den beiden zuvor genannten Lösungen aus, dass das in die

Vakuumkammer eingelassene Gas bzw. der eingelassene Wasserdampf die

Prozessatmosphäre innerhalb der Vakuumkammer negativ beeinflussen kann.

In DE 10 2012 013 726 A1 wird vorgeschlagen, ein Fluid zum Kühlen eines bandförmigen Substrates durch die konvexe Wandung einer Kühleinrichtung hindurch zwischen einem bandförmigen Substrat und der Kühleinrichtung einzulassen. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch technisch sehr aufwändig.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum

Beschichten eines bandförmigen Substrates zu schaffen, mittels der die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere sollen mit der

erfindungsgemäßen Vorrichtung ein verbesserter Kühleffekt und eine geringere Tendenz zur Faltenbildung während des Beschichtens erzielbar sein. Des Weiteren soll die

erfindungsgemäße Vorrichtung das Beschichten und Kühlen von bandförmigen Substraten aus Kunststoff, Metall und Glas gewährleisten und auch das effektive Kühlen eines bandförmigen Substrates ermöglichen, wenn dieses mehrfach nacheinander beschichtet wird.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten eines bandförmigen Substrates umfasst mindestens eine Beschichtungseinrichtung und mindestens eine Kühleinrichtung. Dabei weist die mindestens eine Kühleinrichtung zumindest einen Oberflächenbereich auf, welchen das bandförmige Substrat zum Zeitpunkt des Beschichtens mittels der mindestens einen Beschichtungseinrichtung zumindest teilweise berührt. Eine solche Kühlleinrichtung kann beispielsweise als Kühltrommel, als Kühlwalze oder als Kühlband ausgebildet sein. Erfindungsgemäß besteht eine Randschicht der Kühleinrichtung zumindest innerhalb des Oberflächenbereichs, welchen das bandförmige Substrat zum Zeitpunkt des Beschichtens mittels der mindestens einen Beschichtungseinrichtung zumindest teilweise berührt, aus einem Kunststoff. Der Kunststoff weist dabei eine säulenförmige Struktur auf, wobei die Säulen der säulenförmigen Struktur mit einer Säulenhöhe im Bereich von 50 pm bis 500 pm und mit einem Säulenquerschnitt im Bereich von 300 pm ² bis 10.000 pm ² ausgebildet werden. Dabei sind die Säulen der säulenförmigen Struktur während des Kontaktes mit dem zu beschichtenden Substrat quer zur Oberfläche des zu beschichtenden Substrates ausgerichtet.

Bei einer derart ausgebildeten Oberflächenstruktur der Kühleinrichtung wirken die Säulen der säulenförmigen Struktur als eine Vielzahl von mikroskopischen Haftelementen, die anziehende Kräfte, wie beispielsweise Van-der-Waals-Kräfte erzeugen, ähnlich, wie die Vielzahl feiner Härchen an der Unterseite der Füße bei Geckos. Die anziehenden Kräfte resultieren aus elektrostatischen Interaktionen der säulenförmigen mikroskopischen Haftelemente. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirken die durch die Vielzahl der Säulen der säulenförmigen Struktur hervorgerufenen anziehenden Kräfte, dass das zu beschichtende Substrat an die Oberfläche der Kühleinrichtung gezogen wird. Einerseits wird dadurch ein besserer Kontakt zur Kühleinrichtung hergestellt, was die Kühlwirkung erhöht, andererseits wird das Schlagen von Falten des zu beschichtenden bandförmigen Substrates verringert, insbesondere bei bandförmigen Substraten, die als Kunststofffolie ausgebildet sind. Weil bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine, gegenüber dem Stand der Technik, erhöhte Anpresskraft zwischen einem zu beschichtenden bandförmigen Substrat und einer Kühleinrichtung erzielbar ist und deshalb kein Wärmeleitmedium zwischen Substrat und Kühleinrichtung erforderlich ist, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur zum Beschichten von Kunststofffolien sondern auch zum Beschichten von Metallfolien oder Glasfolien geeignet, als auch für Beschichtungsaufgaben, bei denen das bandförmige Substrat an mehreren Beschichtungsstationen nacheinander beschichtet wird.

Die Randschicht einer Kühleinrichtung, welche aus Kunststoff besteht und eine zuvor beschriebene säulenförmige Struktur aufweist, kann beispielsweise als Kunststofffolie ausgebildet sein, die an der Oberfläche eines Basiselements der Kühleinrichtung befestigt ist. Hierfür sind zum Beispiel Silikonfolien und Polyimidfolien, welche die zuvor beschriebene säulenförmige Struktur aufweisen, sehr gut geeignet. Für eine erfindungsgemäße

Vorrichtung kann beispielsweise eine Silikonfolie verwendet werden, die unter dem

Markennamen Nanoplast ^® vertrieben wird. Das Basiselement einer Kühleinrichtung kann beispielsweise als Kühlwalze, Kühltrommel oder Kühlband ausgebildet sein.

Bei einer Ausführungsform ist die Kunststofffolie mit der säulenförmigen Struktur zunächst auf einer Aluminiumfolie aufgeklebt und der Verbund aus Aluminiumfolie und

Kunststofffolie an einem Basiselement der Kühleinrichtung befestigt. Das hat den Vorteil, dass sich ein Verbund aus Aluminiumfolie und Kunststofffolie einfacher vom Basiselement einer Kühleinrichtung entfernen lässt als eine separate Kunststofffolie, welche beispielsweise beim Entfernen vom Basiselement der Kühleinrichtung zerreißen kann. Ein Verbund aus Aluminiumfolie und Kunststofffolie kann hingegen für spätere Anwendungsfälle wiederverwendet und erneut am Basiselement einer Kühleinrichtung befestigt werden. Ein solcher Verbund aus Aluminiumfolie und Kunststofffolie kann beispielsweise auf ein Basiselement einer Kühleinrichtung aufgeklebt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Fig. zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen erfindungsgemäßen

Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Innerhalb einer Vakuumkammer 10 sind eine als Sputtermagnetron ausgebildete Beschichtungseinrichtung 1 1 und eine als Kühlwalze ausgebildete Kühleinrichtung 12 angeordnet. Ein als

Kunststofffolie ausgebildetes bandförmiges Substrat 13 umschlingt die Kühleinrichtung 12 zum Zeitpunkt des Beschichtens mittels der Beschichtungseinrichtung 1 1 teilweise, wodurch das bandförmige Substrat 13 die Kühleinrichtung 12 in einem Oberflächenbereich während des Beschichtungsvorgangs zumindest teilweise berührt. Die Pfeile in der Fig. 1 geben die Bewegungsrichtung des bandförmigen Substrates 13 an.

Ein Verbund 14 bildet eine äußere Randschicht der Kühleinrichtung 12 und besteht aus einer Aluminiumfolie, auf welche eine unter dem Markennamen Nanoplast ^® vertriebene Silikonfolie aufgeklebt wurde. Die Silikonfolie weist eine säulenförmige Struktur auf, bei der auf einem Quadratzentimeter etwa 30.000 als mikroskopische Haftelemente wirkende Säulen ausgebildet sind, wobei sich die Säulen entlang der Dickenausdehnung der

Silikonfolie erstrecken. Der Verbund 14 wiederum wurde an der Aluminiumfolienseite auf dem walzenförmigen Basiselement der Kühleinrichtung 12 aufgeklebt. Die als

mikroskopische Haftelemente fungierenden Säulen der Silikonfolie bewirken eine elektrostatische Interaktion, welche das bandförmige Substrat 13 an die Kühleinrichtung 12 anzieht. Auf diese Weise wird eine verbesserte Kühlung des bandförmigen Substrates 13 erzielt und das Schlagen von Falten des bandförmigen Substrates 13 während des

Beschichtens mittels der Beschichtungseinrichtung 1 1 verringert.

Eine alternative erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.

Innerhalb einer Vakuumkammer 20 sind eine als thermischer Verdampfer ausgebildete Beschichtungseinrichtung 21 und eine als Kühlband ausgebildete Kühleinrichtung 22 angeordnet. Das Kühlband besteht aus Aluminium und wird über zwei Umlenkrollen 23 geführt. An der Außenseite des Kühlbandes ist eine Polyimidfolie aufgeklebt, welche eine säulenförmige Struktur aufweist. Die säulenförmige Struktur wird von Polyimidsäulen gebildet, welche eine Länge von etwa 200 pm aufweisen. Die Polyimidsäulen erstrecken sich entlang der Dickenausdehnung der Polyimidfolie und sind mit einer Anzahl von mindestens 20.000 Stück pro Quadratzentimeter ausgebildet.

Ein mittels der Beschichtungseinrichtung 21 zu beschichtendes bandförmiges Substrat 24 umschlingt die Kühleinrichtung 22 während des Beschichtungsvorgangs teilweise und bildet auf diese Weise einen mechanischen Kontakt zur Kühleinrichtung 22 aus. Die als mikroskopische Haftelemente fungierenden Säulen der auf dem Kühlband aufgeklebten Polyimidfolie bewirken eine elektrostatische Interaktion, welche das bandförmige Substrat 24 an die Kühleinrichtung 22 anzieht. Auf diese Weise wird eine verbesserte Kühlung des bandförmigen Substrates 24 erzielt und das Schlagen von Falten des bandförmigen

Substrates 24 während des Beschichtens mittels der Beschichtungseinrichtung 21 verringert.