DD137734C2 - Drahtwendel-verdampfer - Google Patents

Description

einer gewollten Vorzugsrichtung den Verdampfer verläßt, daß eine weitgehende Ausnutzung des in den Verdampfer eingegebenen Verdampfungsmaterials erreicht wird und daß damit große Schichtdicken ohne die Installation zusätzlicher Verdampfer oder spezieller Nachfütterungseinrichtungen erzielt werden. Auch verkürzt sich die zum Einschmelzen der Verdampfungssubstanz notwendige Heizzeit durch die Reflexionswirkung des die Heizwendel umgebenden Mantels. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß mit der Herabsetzung bzw. der Verhinderung der unerwünschten Beschichtung von Teilen in der Umgebung der Verdampfer wie Stromschienen, Halterungen, Isolatoren, Kontaktstücken u. a., gleichzeitig auch der Reinigungsaufwand für die Vakuumkammer und auch der Materialverlust erheblich reduziert werden. Es erhöht sich die Verfügbarkeit der Gesamtanlage durch Vergrößerung der Zeitabstände zwischen den erforderlichen Reinigungen der Vakuumkammer und deren Einbauten.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verdampfers

Fig. 2: das Diagramm der erreichten Schichtdicke gegenüber der Ausführung gemäß Patent 97 551.

Die Drahtwendel 1 ist über die Anschlüsse 2 und 3 elektrisch kontaktiert und an ihrem unteren Ende mit dem konzentrischen Halteblech 4 durch den Klemmlappen 5 am Zuleitungsdraht 6 befestigt. Innerhalb des leicht erhöhten Randes 7 des Haltebleches 4 wird der Kondensations- und Reflexionsmantel 8 angeordnet, der in geringerem Abstand von 7 mm die Heizwendel umgibt und bis zu ihrer obersten Windung reicht. Der Mantel besteht dabei aus dünnwandigem Blech von 0,1 mm aus Wolfram. Das Verdampfungsgut kann wahlweise in Stück-, Granulat- oder Pulverform eingegeben werden. Nach dem Anlegen der Heizspannung wird das Material eingeschmolzen und durch die Kapillarwirkung in die oberen Windungen gesogen, von wo aus es auf die Substrate verdampft wird. Der Mantel verhindert nunmehr, daß sich der Dampfstrahl nach allen Seiten ausbreitet. In Abhängigkeit von der Temperatur des Mantels wird ein Teil des sich nach der Seite ausbreitenden Dampfstrahles in die gewünschte Richtung reflektiert, während der andere Teil kondensiert, und, bedingt durch die Schwerkraft, nach unten fließt, wo es im unteren Teil, als dem Reservoir für die weitere Verdampfung, zur Verfügung steht.

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie sich der Dampfstrahl mit und ohne Kondensations- und Reflexionsmantel ausbreitet. Dabei zeigt die Kurve 1 das Ergebnis ohne zusätzlichen Mantel, während die Kurve 2 das Ergebnis entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung zeigt. Es handelt sich dabei um die polare Darstellung der gemessenen Schichtdicke in einem Meridian über der Verdampfungsquelle. Der Radius des Meß-Meridians über der Verdampfungsquelle betrug 300 mm, das Verdampfungsmaterial 10,5 g Cu.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Direktgeheizter mehrdrähtiger Drahtwendel-Verdampfer nach WP 97 551, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (1) in einem geringen Abstand (5-10 mm) von einem unten geschlossenen, aus Wolfram, Molybdän oder Tantal bestehenden Kondensations- und Reflexionsmantel (8) umgeben ist, der annähernd bis in die Höhe det obersten Windungen der Heizwendel (1) oder darüber hinaus reicht.
2. 2. Direktgeheizter mehrdrähtiger Drahtwendel-Verdampfer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensations- und Reflexionsmantel (8) innerhalb oder in Fortführung des leicht erhöhten Randes (7) des am unteren Rand der Heizwendel (1) angeordneten Haltebleches (4) angebracht ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft einen direktgeheizten mehrdrähtigen Drahtwendel-Verdampfer zur Verdampfung großer Mengen Verdampfungsmaterial im Vakuum nach Patent 97 551.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es wurde bereits vorgeschlagen, einen direktgeheizten mehrdrähtigen Drahtwendel-Verdampfer herzustellen, an dessen unterem Ende ein konzentrisches Halteblech mit leicht erhöhtem Rand angebracht ist (WP 97 551). Diese Verdampfer haben den Nachteil, daß sie nach allen Seiten verdampfen und bei einer Vielzahl von Bedampfungsgeometrien somit nur ein geringer Teil-des Verdampfungsgutes auf die Substrate gelangt. Gleichzeitig werden Teile in der Umgebung der Verdampfer beschichtet, bei denen eine Beschichtung nicht erwünscht ist, so daß der Reinigungsaufwand für diese Teile (Stromschienen, Kontaktstücke, Isolatoren u. a.) erhöht wird. Dadurch wird der eigentliche Vorteil dieser Verdampfer, eine gute Energieausnutzung und hohe Verdampfungsrate zu besitzen, nicht in vollem Umfang wirksam.

   Weiterhin wurde vorgeschlagen, zur Vermeidung von Verunreinigungen der übrigen Teile der Vakuumkammer eine Einrichtung zu schaffen, die aus zwei ineinander angeordneten konischen Tiegeln besteht (DWP 75 681). Diese Einrichtung hat die Aufgabe, das Auslaufen bzw. das Herausspritzen flüssiger Stoffe aus dem Tiegel zu vermeiden, wobei der äußere Tiegel bei Bruch oder Rißbildung des inneren Tiegels das Austreten der flüssigen Stoffe verhindert. Neben dem hohen Aufwand, der zur Herstellung solcher Verdampfungseinrichtungen notwendig ist, machen sich die für derartige widerstandsgeheizte Tiegel-Verdampfungseinrichtungen typischen geringen Verdampfungsraten sowie unerwünschte Tiegelreaktionen nachteilig bemerkbar. Diese Einrichtung beansprucht aufgrund der Wärmeübertragungsprobleme einen hohen Energiebedarf, so daß das ungünstige Verhältnis von zugeführter Energie zu verdampfter Stoffmenge als weiterer Nachteil auftritt. Auch sind Verdampfungseinrichtungen bekannt, die zum Zweck des definierten Dampfaustritts aus einer in einen keramischen Mantel eingesetzten kegelförmigen Drahtwendel bestehen. Wie im o. a. Fall bestehen jedoch Nachteile solcherart, daß die Vorteile des direktgeheizten Drahtwendel-Verdampfers - hohe Verdampfungsrate, gute Energieausnutzung und geringe thermische Trägheit - durch das Einsetzen in den Keramikmantel verloren gehen.

   Ziel der Erfindung

   Die Erfindung hat das Ziel, die dem Standder Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen sowie den Reinigungsaufwand der übrigen Teile der Vakuumkammer zu reduzieren.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Drahtwendel-Verdampfer nach Patent 97 551 so zu verändern, daß eine optimale Materialausnutzung bei gleichzeitiger Erhöhung der Schichtdicken und Beibehaltung der guten Energieausnutzung erreicht wird. Bei Verwendung von Verdampfertiegeln, von in Heizwendel eingesetzten Tiegeln oder in Keramik eingebetteten Verdampferwendeln kann z. B. geschmolzenes Metall nur aus einem Bad heraus (von der Badoberfläche aus) verdampft werden. Aufgrund der dabei auftretenden Wärmeübertragungsprobleme und der damit in Zusammenhang stehenden relativ geringen Verdampfungsraten lassen derartige Verdampfer als Hochleistungsverdampfer ausscheiden. Auch die hierbei auftretenden Tiegelreaktionen schränken den Anwendungsumfang erheblich ein.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Heizwendel des Drahtwendel-Verdampfers nach Patent 97 551 in einem geringen Abstand von einem aus dünnwandigem Wolfram-, Molybdän- oder Tantalblech bestehenden Kondensations- und Reflexionsmantel umgeben ist und der Mantel annähernd die Höhe des Heizwendeis hat. Die Befestigung erfolgt dabei am Halteblech oder, sofern der Mantel durch seine Formgebung die Funktion des Haltebleches mit übernimmt, direkt am Heizwendel. Der Kondensations- und Reflexionsmantel ist massearm auszuführen, damit die bei jedem thermischen Verdampfer erforderliche Wartezeit zwischen Abschalten des Verdampfers bis zum Belüften der Vakuumkammer zur Verhinderung von Oxidationen sich nicht wesentlich vergrößert.

   Kondensations- und Reflexionsmäntel aus 0,05 bis 0,2 mm dickem Blech erfüllen die gegenläufigen Anforderungen, nämlich geringe Wärmekapazität einerseits und ausreichende mechanische Festigkeit andererseits, je nach Größe der Verdampfungsquelle, in ausreichendem Maße. Der Abstand des Mantels ist dabei radial mit 5-10 mm gewählt, so daß die an der Mantelinnenwand kondensierende Verdampfungssubstanz einesteils flüssig bleibt, zum anderen aber durch evtl. Tropfenbildung des Kondensates kein Windungskurzschluß eintritt. Dabei ist der Abstand zwischen Heizwendel und Mantel aufgrund der höheren Heizleistung der oberen Windungen nach unten zu geringer. Durch diese Anordnung wird ermöglicht, daß der größte Teil des zu verdampfenden Gutes in