WO2014022872A2 - Vorrichtung und verfahren zur plasmabeschichtung eines substrats, insbesondere eines pressblechs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur plasmabeschichtung eines substrats, insbesondere eines pressblechs Download PDF

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    • H01J37/32577—Electrical connecting means

Definitions

  • the invention relates to a device for plasma coating a substrate, in particular a press plate, comprising a vacuum chamber and an electrode disposed therein, which is aligned in operation substantially parallel to said substrate and against its side to be coated. Furthermore, a method for producing a substrate, in particular a press plate, is specified. Finally, the invention also relates to a method for producing single-layer or multi-layered plate-shaped materials, in particular of plastics, wood-based materials and laminates with and without overlay papers.
  • EP 1 417 090 B1 discloses a method for processing and producing a surface of a material having a reproducible degree of gloss and a pressing tool for using the method.
  • a die is provided with a coating consisting of carbon with diamond-like layers.
  • diamond-like layers mentioned are also known by the term "diamond-like carbon" (DLC), which are characterized by high hardness and high wear resistance and can be produced, for example, with the aid of plasma-enhanced chemical vapor deposition (plasma enhanced chemical vapor deposition)
  • DLC diamond-like carbon
  • plasma enhanced chemical vapor deposition plasma enhanced chemical vapor deposition
  • a plasma is ignited above the workpiece to be coated, from which ionized constituents reach the workpiece to be coated.
  • An object of the invention is therefore to provide an improved apparatus and an improved method for plasma coating a substrate, in particular a press plate.
  • a possibility should be created to apply a layer to a substrate in a narrow tolerance range and to avoid an electrical flashover in the plasma, or to mitigate its effects.
  • Another object of the invention is to provide an improved manufacturing method for single or multilayer plate-shaped materials. In particular, the production of large format plates should be facilitated or made possible.
  • the object of the invention is achieved by a device of the aforementioned type, in which the electrode is segmented and each of the electrode segments has its own connection for an electrical energy source. Furthermore, the object of the invention is achieved by a method for producing a substrate, in particular a press plate, comprising the steps:
  • the object of the invention is achieved by a method for producing single-layered or multi-layered plate-shaped materials, in particular of plastics, wood-based materials and laminates with and without overlay papers, in which a substrate or press plate produced by means of said method is used.
  • An electrode segment is defined in the context of the invention in that it can assume a significantly different potential than the other segments, without causing a significant compensating current would flow. In other words, a high insulation resistance is provided between the individual segments.
  • the segmentation is in the context of the invention therefore in electrical terms, not necessarily seen in terms of construction.
  • connection is to be construed broadly, in principle it can be understood as a possibility for electrical connection of any type
  • the electrode can be locally supplied with different electrical energy, or influences the supply of electrical energy in a very differentiated manner
  • the given values can also be kept within a narrow tolerance range because of the segmentation of the electrode, for example, the energy supply per electrode segment can be regulated independently.
  • the process gas can also be better directed to the substrate so that the ion concentration above the substrate can be kept constant or within a narrow tolerance range.
  • the probability of the occurrence of an electrical flashover in the plasma is significantly reduced, or its effects are significantly reduced. Namely, the segmentation can not "pull off" the electrical energy from other regions of the electrode and concentrate it to a point, as is the case with an unsegmented electrode, where a flashover results in a concentration of the total substrate coating Provided energy or performance to a point and thus to a correspondingly severe damage to the substrate.
  • electrode segments are provided, only the electrical energy or power provided for coating the substrate in this area can be concentrated to a point which is naturally smaller than the electrical energy / power provided for coating the entire substrate.
  • the finer the segmentation the smaller are the stated amounts of energy or services.
  • the power per electrode segment can be reduced so much at a constant power per area that the electrical energy within the segment is no longer sufficient for an electrical flashover.
  • the effects of a rollover can be mitigated, since the surface of the substrate is only slightly damaged by such, so that it can be readily used or repaired with little effort.
  • the goal in most cases is to coat a substrate as evenly as possible.
  • the above measures can be used to achieve the most homogeneous possible distribution of the current intensity, the electric field strength and the ion concentration in the plasma.
  • the measures mentioned are used to achieve an inhomogeneous, but in a narrow tolerance band to a predetermined distribution of the current, the electric field strength and the ion concentration in the plasma.
  • large-format plates are to be understood as meaning plates with a size of greater than or equal to 1 m 2, in particular plates with a size greater than or equal to 5 m 2, and in particular plates with a size greater than or equal to 10 m.
  • plate-shaped materials with a standard size of 2 x 5 m can be produced in one operation.
  • the individual electrode segments are connected via narrow webs or defined ohmic resistances with at least one energy source.
  • the electrode segments can be supplied with energy in this way with only a single energy source by providing different resistances to the individual electrode segments.
  • the probability of the occurrence of an electrical flashover in the plasma is significantly reduced, or its effects are significantly mitigated because the resistors inhibit a concentration of electrical energy in only one electrode segment.
  • the device comprises a plurality of independently controllable / controllable energy sources which are connected to the electrode segments via said connections. In this way, several electrode segments can be powered independently of each other. For example, this can have its own Amperage and / or a separate potential given, and when the power source is regulated, be maintained even under varying process conditions.
  • one electrode segment is connected to one energy source each, which is controllable independently of the other energy sources.
  • one energy source per electrode segment is activated and controlled independently of the other energy sources.
  • all electrode segments can be powered independently of each other. For example, a separate current strength and / or a separate potential can be specified for each electrode segment, and if the energy source is regulated, even under varying process conditions.
  • the device comprises a controller which is adapted to switch an energy source alternately to one electrode segment of a group of electrode segments and the terminals of the remaining electrode segments of this group in an insulated from the first electrode segment open state.
  • an energy source is switched alternately to one electrode segment of a group of electrode segments, and the terminals of the remaining electrode segments of this group are switched to an open state isolated from the first-mentioned electrode segment.
  • This makes it possible to supply all electrode segments with a small number of energy sources independently of each other with energy.
  • an electrode segment of a group of electrode segments is connected to the energy source and given an amperage and / or a potential for this.
  • the remaining electrode segments of this group are switched to an open state in which they are isolated from the energy source or the electrode segment connected thereto.
  • the current intensity for these electrode segments is thus zero, or only a small compensation current can flow between the segments. Accordingly, the potential can be virtually any value ("floating potential")
  • the energy source is connected to another electrode segment of the group and the previously connected electrode segment is likewise switched to an open state It is by no means necessary for the electrode segments to be connected to the energy source in the same order in each cycle. rod segment are connected in a cycle several times with the power source to apply there, for example, a thicker coating on the substrate.
  • the selection of the electrode segment, which is assigned to the activated energy source can also be random. This avoids effects that can be caused by the same repetition of one and the same cycle.
  • electrode segments arranged in the manner of the white fields of a chessboard and electrode segments arranged in the manner of the black fields of a chessboard are alternately supplied with electrical energy.
  • electrode segments arranged in a matrix are activated alternately. In a first period of time, those segments are activated whose row and column index result in an even number. In a second period of time, those segments are activated whose row and column index result in an odd number. This is followed by a first time period, etc.
  • the area of an electrode segment is less than or equal to 1 m. It is even more favorable if the area mentioned is less than or equal to 0.25 m. These values represent a good compromise in that the coating of the substrate works well with not too much segmentation of the electrode. Although the above values have been found to be advantageous, the invention is of course not limited to the same. Of course, other values may be chosen within the scope of the advantages achieved by the invention. It is advantageous if the energy sources are designed as power sources. In this way it is possible to adjust the deposition rate of the coating to be applied to the substrate.
  • the maximum current intensity per electrode segment is less than or equal to 150 A. It is even more advantageous when said current is less than or equal to 15A.
  • the electrode is bent in its edge region in the direction of the substrate to be coated. In this way, a drop in the electric field strength in the plasma in the edge region of the electrode, as in a plate-shaped
  • Electrode results, which has everywhere the same distance from the substrate to be compensated.
  • Substrate is measured and the power supply is turned off or turned off when a collapse of said voltage is detected. If the said voltage drops very quickly to a relatively low value, then it can be assumed that an electrical flashover occurs between the workpiece and the electrode. In order to stem the harmful effects of the same, or even to stop them, the energy supply of the affected electrode segment is aborted or even switched off.
  • electrode segments located at the edge of the electrode are set at a higher potential than internal segments. In this way, a drop in the electric field strength in the plasma, as it results in a plate-shaped electrode aligned parallel to the substrate, can be compensated.
  • electrode segments located at the edge of the electrode are set or regulated to a higher current intensity than internal segments.
  • the substrate can be provided at its edge with a thicker layer.
  • the substrates are in fact claimed the highest in the production of plate-shaped materials.
  • the plate-shaped material contains particles with a Vickers hardness between 1000 and 1800 or corundum or aluminum oxide ⁇ 1 2 0 3 , in particular in the region of its surface facing the press plate. The advantage of the coated press plate emerges particularly at this point, since a high service life of the press plate can be ensured by the coating despite abrasive constituents in the material to be produced. Press plates for large-format plate-shaped materials according to the prior art can not have such a long service life.
  • Fig. 1 shows schematically a device for plasma coating a substrate; a first schematically illustrated example of an electrode with completely isolated segments; a second schematically illustrated example of an electrode with interconnected segments; another schematically illustrated example of a grid-shaped electrode; another schematically illustrated example of an electrode with differently shaped segments; a further schematically illustrated example of a bent edge electrode;
  • Fig. 7 is an illustrative example in which a controller has an energy source
  • Fig. 10 is another illustrative example in which a voltage between an electrode segment and the substrate is measured
  • Fig. 11 is a schematically illustrated example, in which located at the edge of the electrode
  • Segments are set to a higher potential and / or set / regulated to a higher amperage, than inner segments and
  • Fig. 12 is a schematically illustrated example in which the electrode segments via
  • Resistors are connected to a power supply.
  • FIG. 1 shows a device 100 for plasma coating a substrate 2, comprising a vacuum chamber 3 and an electrode 400 arranged therein, which in operation is oriented substantially parallel to the said substrate 2 and opposite its side to be coated.
  • the substrate is a press plate 2.
  • the following teaching can also be applied to other substrates.
  • FIG. 1 also shows a connection 8 for introducing a process gas (eg CH 4 ) into the vacuum chamber 3, in which, for example, there is a pressure of approximately 1 mbar.
  • a process gas eg CH 4
  • the area of an electrode segment 500 is less than or equal to 1 m and the current intensity of a current source 700 is less than or equal to 150 amps.
  • the power source 700 may provide DC or AC power. Particularly successful is the coating of the press plate 2 with pulsed current.
  • the current amplitude of the pulses is preferably less than 150 A.
  • the polarity of the pulses may also be reversed from time to time. For example, one of ten pulses may have a different polarity.
  • Fig. 2 now shows an example of an electrode 401 whose segments 501 are completely isolated from each other.
  • the individual segments 501 are thus formed by individual conductive and spaced plates. These may be on a non-conductive basis, for example Substrate are placed so that the electrode 401 is easier to handle.
  • the electrode 401 can also be perforated, so that the process gas can more easily reach the press plate 2, in particular by recesses in said substrate in the region between the segments 501. For example, these may have the form of oblong holes (see also Fig. 3).
  • FIG. 3 shows a further example of an electrode 402 whose segments 502 are connected to one another via narrow webs 9 and thus via (high) ohmic resistors.
  • the electrode 402 can thus in principle be embodied in one piece, in that recesses 10 corresponding to a sheet are, for example, milled out, punched out, or Nextnibbelt or cut out with a laser.
  • FIG. 4 shows another example of an electrode 403 in which the electrode segments 503 are formed in a lattice shape. In this way, the process gas can reach the press plate 2 more easily.
  • FIG. 5 shows another example of an electrode 404 constructed of circular electrode segments 504 and checkered electrode segments 505. This example is purely illustrative and merely intended to demonstrate that an electrode 400 is not necessarily constructed of rectangular electrode segments 500. In addition to those in the
  • FIG. 6 now shows an example of an electrode 405, which is bent in its edge region in the direction of the press plate 2 to be coated.
  • the electrode segments 506 are arranged parallel to the press plate 2, whereas the electrode segments 507 are inclined in the direction of the press plate 2 or bent in the direction of the press plate 2, as in this example.
  • a drop in the electric field strength in the plasma as it results in a also in the edge region of the press plate 2 parallel to the same aligned, plate-shaped electrode can be compensated.
  • segments 500 located in the edge region of the electrode 400 are arranged closer to the press plate 2 as internal segments.
  • all segments 500 may be arranged parallel to the press plate 2.
  • step c) of course, before step b) can be performed.
  • a single energy source 700 is shown purely illustratively, which is connected to an electrode segment 500. This can in principle be connected in succession to the various electrode segments 500. Alternatively, however, it is also conceivable that a device for plasma coating of a press plate 2 comprises a plurality of independently controllable / controllable energy sources 700, which can be connected or connected to the electrode segments 500 via the connections 6.
  • FIG. 7 shows an illustrative example in which a controller 1101 of a device 101 (shown here without vacuum chamber 3) is set up to alternately apply one energy source 701, 702 to one electrode segment 508 of a group by means of the switches 1201 and 1202 1301, 1302 of electrode segments 508 and to switch the terminals of the remaining electrode segments 508 of this group 1301, 1302 into an insulated state from the first-mentioned electrode segment 508 (the press plate 2 in this example and the other examples is grounded).
  • the electrode segments 508 are subdivided into two groups 1301 and 1302, the first group 1301 comprising three electrode segments 508 of equal size and the second group 1302 comprising five electrode segments 508 of different size.
  • Electrode 406 does not necessarily have to be the same size.
  • the electrode segments 508 do not necessarily have to be square, but may also be generally rectangular.
  • the electrode segments 508 may be in the form of bands, rods and / or strips.
  • a first energy source 701 is now connected to one electrode segment 508 of the group 1301, and a second energy source 702 to an electrode segment 508 of the group 1302. The remaining electrode segments 508 are switched to an open state.
  • the associations between the power sources 701, 702 and the electrode segments 508 are changed. That is, power source 701 is connected to another electrode segment 508 of group 1301 and the previously connected electrode segment 508 is switched to an open state. Similarly, power source 702 is connected to another electrode segment 508 of group 1302 and the previously connected electrode segment 508 is switched to an open state. In this way, all the electrode segments 508 of the groups 1301 and 1302 may be gradually connected to the power sources 701 and 702. This makes it possible to independently supply energy to all the electrode segments 508 with a small number of energy sources 701, 702.
  • the selection of the electrode segment 508 associated with the activated energy source 701, 702 may be random or according to a predetermined scheme. The electrode segments 508 need not be connected to the power source 701, 702 in each cycle in the same order. Also, an electrode segment 508 may be connected to the power source 701, 702 multiple times in one cycle.
  • a particularly advantageous method is provided when electrode segments arranged in the manner of the white fields of a chess board and electrode segments arranged in the manner of the black areas of a chess board are alternately supplied with electrical energy.
  • 8 shows an illustrative example with electrode segments 509 arranged in a 6 ⁇ 9 matrix in order to make it clear that the electrode segments 509 need not necessarily be arranged in an 8 ⁇ 8 matrix, as is the case with a checkerboard.
  • the "white” Segments 509 in a first period of time the "white” Segments 509, in a second section the "black” segments 509 (shown hatched here) activated.
  • an energy source 701, 702 When assigning an energy source 701, 702 to an electrode segment 508, it is generally possible to specify a current intensity and / or a potential for the same.
  • the remaining electrode segments 508, which are not assigned to any energy source 701, 702, are switched into an open state, in which they are isolated from the energy source 701, 702 or the electrode segment 508 connected thereto.
  • the current for these electrode segments 508 is thus zero, or only a small equalizing current can flow between the segments 508. Accordingly, the potential can be virtually any value ("floating potential").
  • FIG. 9 now shows an example in which one electrode segment 510 is connected to one energy source 701... 706 each, which is controllable independently of the other energy sources 701... 706.
  • the energy source 701 can be controlled independently of the energy sources 702..706, etc.
  • one energy source 701..706 per electrode segment 510 is activated in each case and controlled / regulated independently of the other energy sources 701..706.
  • all electrode segments 510 can be independently powered.
  • a separate current intensity and / or a separate potential can be specified, and if the energy source 701... 706 is regulated, also be maintained under varying process conditions.
  • the voltage between an electrode segment 511 and the press plate 2 to be coated is measured with the aid of a voltage measuring device 14 and the power supply 700 is regulated by a controller 1102 and / or the power supply to the electrode segment 511 with the aid of a from the controller 1102, switch 1200 is turned off when an intrusion of said voltage is detected.
  • the voltage measuring device 14 may be formed, for example, as an analog-to-digital converter, which is connected to a microcontroller, in which, for example, the controller 1102 may be integrated. In this way, an electrical flashover between the electrode segment 511 and the press plate can be determined, and its destructive effect can be contained. In addition, it is also possible to end the rollover by the above measures actively.
  • segments 512 (shaded) shown on the edge of an electrode 409 in FIG. 11 are set to a higher potential and / or adjusted to a higher current level than internal segments 512 (shown in white) ).
  • a drop in the electric field strength in the plasma as it results in a parallel to the press plate 2 aligned, plate-shaped electrode 409 results (see also Fig. 6), and / or the press plate 2 can at the edge with be provided a thicker layer.
  • FIG. 12 shows a schematically illustrated example in which the electrode segments 510 are connected to a power source 700 via resistors 15.
  • the electrode segments 510 can be supplied with energy in this way with only a single energy source 700 by different resistors 15 are provided.
  • the same resistors 15 may be provided.
  • the probability of the occurrence of an electrical flashover in the plasma is significantly reduced, or its effects are significantly mitigated because the resistors 15 inhibit a concentration of electrical energy in only one electrode segment 510.
  • the arrangement 103 shown in FIG. 12 can also be used in combination with the arrangements already described.
  • multiple energy sources may also be provided.
  • additional resistances (not shown) to be arranged between the electrode segments 510, for example because the electrode 408 is designed as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the resistors 15 are formed by narrow terminal lugs 6, in particular when comparatively high currents must be conducted to the electrode segment 510.
  • the exemplary embodiments show possible embodiments of a device 100..103 according to the invention for the plasma coating of a substrate 2, wherein It should be noted that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiments of the same, but also various combinations of the individual embodiments are mutually possible and this possibility of variation due to the teaching of technical action by objective invention in the skill of those working in this technical field. So are all conceivable embodiments, which are possible by combinations of individual details of the illustrated and described embodiment variant, includes the scope of protection.
  • said device 100..103 may in reality also comprise more constituents than illustrated.
  • the disclosed teaching is particularly advantageous in the context of press plates, it can be applied without restriction to other substrates such as thermoforming, extrusion and generally pressing tools.
  • the presented substrates 2 or pressing plates are suitable for producing single-layer or multi-layered plate-shaped materials.
  • these include thermoplastics and thermosets such as epoxy resins, polyester resins and phenolic resins to understand that for increased abrasion resistance at least on their the press plate 2 facing surface with particles having a Vickers hardness between 1000 and 1800 or corundum particles (AI 2 O 3 ) be added can.
  • wood fiber materials such as chipboard, medium density fibreboard (MDF) and high density fiberboard (HDF) can be produced.
  • these wood-based materials for producing a laminate with layers of plastic of the type mentioned or paper can be coated.
  • glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastics can be easily provided with a surface structure.
  • artificial stone or “engineered stone” composite material of stone and resin

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Description

Vorrichtung und Verfahren zur Plasmabeschichtung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmabeschichtung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs, umfassend eine Vakuumkammer und eine darin angeordnete Elektrode, welche im Betrieb im Wesentlichen parallel zu dem genannten Substrat und gegenüber dessen zu beschichtender Seite ausgerichtet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs, angegeben. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung ein- oder mehrschichtiger plattenförmiger Werkstoffe, insbesondere von Kunststoffen, Holzwerkstoffen und Laminaten mit und ohne Overlaypapieren.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren der genannten Art sind prinzipiell bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 1 417 090 B l dazu ein Verfahren zur Bearbeitung und Herstellung einer Oberfläche eines Werkstoffes mit einem reproduzierbaren Glanzgrad sowie ein Presswerkzeug zur Anwendung des Verfahrens. Um die Standfestigkeit der Presswerkzeuge zu erhöhen, wird ein Presswerkzeug mit einer Beschichtung versehen, die aus Kohlenstoff mit diamantähnlichen Schichten besteht. Hierdurch wird der Abrieb der Presswerkzeugoberfläche bei der Bearbeitung von hoch abriebfesten Werkstoffen, beispielsweise bei der Herstellung von Fußbodenplatten mit Korundpartikeln in der Oberflächenschicht, erheblich reduziert.
Die genannten diamantartigen Schichten sind auch unter dem Begriff„Diamond like Carbon" (DLC) bekannt. Diese zeichnen sich durch hohe Härte und hohen Verschleißwiderstand aus und lassen sich beispielsweise mit Hilfe der plasmaunterstützten chemischen Gasphasen- abscheidung (engl.: plasma enhanced chemical vapour deposition - PECVD) erzeugen. Dabei wird oberhalb des zu beschichtenden Werkstücks ein Plasma gezündet, aus welchem ionisierte Bestandteile auf das zu beschichtenden Werkstück gelangen.
Da die Tendenz zu immer größeren Formaten der eingangs genannten Werkstoffe (z.B. Fußbodenplatten, Spanplatten, Faserplatten usw.) geht, sind auch dementsprechend große Pressbleche für die Herstellung dieser Werkstoffe notwendig. Problematisch ist dabei, dass die auf das Pressblech aufgetragene Schicht nur sehr schwer in einem engen Toleranzbereich hergestellt werden kann und damit auch nur bedingt reproduzierbar ist. Ein Grund hierfür liegt in inhomogenen, respektive schwer beeinflussbaren Prozessbedingungen. Beispielsweise ist die Ionenkonzentration im Plasma über das Pressblech sehr unterschiedlich und schwer steuerbar, wodurch sich selbst bei über der Elektrode konstanter Feldstärke und Stromstärke unterschiedliche Ablagerungsgeschwindigkeiten aus dem Plasma ergeben. In der Realität können aber eine konstante respektive eine in einem engen Toleranzband verlaufende Feldverteilung und Stromverteilung ohnehin nicht erreicht werden, sodass auch dadurch unerwünschte Unterschiede in der Ablagerungsgeschwindigkeit der aufzubringenden Schicht resultieren.
Unglücklicherweise führen die oben genannten Schwankungen noch dazu zu Instabilitäten im Prozess, sowie zu Schwingungsphänomenen. Beispielsweise führt eine lokal erhöhte Ionenkonzentration im Plasma wegen der erhöhten Leitfähigkeit zu einer lokal erhöhten Stromstärke, welche nicht nur eine erhöhte Ablagerungsgeschwindigkeit der aufzubringenden Schicht, sondern im Extremfall einen Überschlag verursachen können. Die Oberfläche des Pressbleches wird durch den hohen Strom dabei in aller Regel so stark zerstört, dass es entsorgt wer- den muss. Dies führt zu hohem wirtschaftlichen Schaden, da sowohl das Grundmaterial des Pressblechs, als auch die Bearbeitung desselben (beispielsweise das photolithografische Erzeugen einer Oberflächenstruktur oder das Erzeugen einer Oberflächenstruktur respektive einer Maske für Photolithografie mit Hilfe des Tintenstrahldruck-, Siebdruck-, Offsetdruckoder Kalanderdruck- Verfahrens) sehr teuer ist. Je größer das Pressblech ist, umso größer wird auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines der oben genannten Fehler.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Plasmabeschichtung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs, anzugeben. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, eine Schicht auf einem Substrat in einem engen Toleranzbereich aufzutragen und einen elektrischen Überschlag im Plasma zu vermeiden, beziehungsweise dessen Auswirkungen abzumildern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein- oder mehrschichtige plattenförmige Werkstoffe anzugeben. Insbesondere soll die Herstellung großformatiger Platten erleichtert beziehungsweise ermöglicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Elektrode segmentiert ist und jedes der Elektrodensegmente einen eigenen An- schluss für eine elektrische Energiequelle aufweist. Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs, gelöst, umfassend die Schritte:
a) Anordnen eines zu beschichtenden Substrat in einer Vakuumkammer gegenüber einer in der Vakuumkammer angeordneten, segmentierten Elektrode und im Wesentlichen parallel ausgerichtet zu derselben,
b) Aktivierung wenigstens einer, einem Elektrodensegment zugeordneten Energiequelle und
c) Einleiten eines Gases, welches eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenab- Scheidung auf dem Substrat (z.B. Pressblech-Rohling) bewirkt.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung ein- oder mehrschichtiger plattenförmiger Werkstoffe, insbesondere von Kunststoffen, Holzwerkstoffen und Laminaten mit und ohne Overlaypapieren gelöst, bei dem ein mit Hilfe des genannten Verfahrens hergestelltes Substrat beziehungsweise Pressblech eingesetzt wird.
Ein Elektrodensegment ist im Rahmen der Erfindung dadurch definiert, dass es ein deutlich anderes Potential annehmen kann als die übrigen Segmente, ohne dass dabei ein nennenswerter Ausgleichsstrom fließen würde. Anders ausgedrückt ist zwischen den einzelnen Segmen- ten ein hoher Isolationswiderstand vorgesehen. Die Segmentierung ist im Sinne der Erfindung also in elektrischer Hinsicht, nicht unbedingt aber in baulicher Hinsicht zu sehen. Der Begriff „Anschluss" ist weit zu fassen, prinzipiell kann darunter eine Möglichkeit zum elektrischen Verbinden jedweder Bauart verstanden werden. Erfindungsgemäß wird durch die Segmentierung erreicht, dass die Elektrode lokal unterschiedlich mit elektrischer Energie versorgt werden kann, beziehungsweise die Zufuhr elektrischer Energie sehr differenziert beeinflusst werden kann. Dadurch kann nicht nur eine Verteilung der elektrischen Feldstärke beziehungsweise der Stromstärke über das Substrat vorgegeben werden, sondern die vorgegeben Werte können wegen der Segmentierung der Elektrode auch gut in einem engen Toleranzbereich gehalten werden. Beispielsweise kann die Energiezufuhr je Elektrodensegment eigenständig geregelt werden. Durch die Lücken zwischen den einzelnen Segmenten kann darüber hinaus auch das Prozessgas besser zum Substrat geleitet werden, sodass die Ionenkonzentration über dem Substrat konstant, beziehungsweise in einem engen Toleranzband gehalten werden kann.
Schließlich wird auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines elektrischen Über- schlags im Plasma deutlich reduziert, beziehungsweise werden die Auswirkungen desselben deutlich abgemildert. Durch die Segmentierung kann die elektrische Energie nämlich nicht aus anderen Bereichen der Elektrode„abgezogen" und auf einen Punkt konzentriert werden, so wie dies bei einer unsegmentierten Elektrode der Fall ist. Hier führt ein Überschlag zu einer Konzentration der für die Beschichtung des gesamten Substrats zur Verfügung gestellten Energie beziehungsweise Leistung auf einen Punkt und damit zu einer dementsprechend starken Schädigung des Substrats.
Werden jedoch Elektrodensegmente vorgesehen, so kann lediglich die für die Beschichtung des Substrats in diesem Bereich zur Verfügung gestellte elektrische Energie respektive Leis- tung auf einen Punkt konzentriert werden, welche naturgemäß kleiner ist als die für die Beschichtung des gesamten Substrats bereitgestellte elektrische Energie/Leistung. Je feiner die Segmentierung, umso kleiner sind die genannten Energiemengen beziehungsweise Leistungen. Durch entsprechend feine Segmentierung kann die Leistung pro Elektrodensegment bei gleichbleibender Leistung pro Fläche so stark reduziert werden, dass die elektrische Energie innerhalb des Segments für einen elektrischen Überschlag nicht mehr ausreicht. In jedem Fall können aber die Auswirkungen eines Überschlags abgemildert werden, da ja die Oberfläche des Substrats durch einen solchen nur mehr geringfügig beschädigt wird, sodass es ohne weiteres weiter verwendet oder mit nur geringem Aufwand repariert werden kann. Generell ist es in den meisten Fällen das Ziel, ein Substrat möglichst gleichmäßig zu beschichten. In diesem Fall können die oben genannten Maßnahmen dazu verwendet werden, um eine möglichst homogene Verteilung der Stromstärke, der elektrischen Feldstärke sowie der Ionenkonzentration im Plasma zu erreichen. Alternativ kann es aber auch das Ziel des Prozesses sein, das Substrat inhomogen zu beschichten. In diesem Fall werden die genannten Maßnahmen dazu verwendet, eine inhomogene, jedoch in einem engen Toleranzband um eine vorgegebene Verteilung der Stromstärke, der elektrischen Feldstärke sowie der Ionenkonzentration im Plasma zu erreichen. Durch die Bereitstellung der genannten Substrate beziehungsweise Pressbleche wird auch die Herstellung von großformatigen Plattenwerkstoffen erleichtert beziehungsweise ermöglicht. Unter großformatigen Platten sind im Rahmen der Erfindung Platten mit einer Größe von größer oder gleich 1 m 2 , insbesondere Platten mit einer Größe von größer oder gleich 5 m 2 und im Speziellen Platten mit einer Größe von größer oder gleich 10 m zu verstehen. Damit sind beispielsweise auch plattenförmige Werkstoffe mit einem Standardmaß von 2 x 5 m in einem Arbeitsgang herstellbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
Vorteilhaft ist es, wenn die einzelnen Elektrodensegmente gegeneinander isoliert sind.
Dadurch kann zwischen den Segmenten praktisch kein Ausgleichsstrom fließen. Vorteilhaft ist es aber auch, wenn die einzelnen Elektrodensegmente über schmale Stege beziehungsweise definierte ohmsche Widerstände untereinander verbunden sind. Dadurch können geringe, definierte Ausgleichströme zwischen den Segmenten zugelassen werden, beziehungsweise kann die Elektrode trotz ihrer Segmentierung einstückig aufgebaut sein, wenn zwischen den Segmenten schmale Stege vorgesehen werden.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die einzelnen Elektrodensegmente über schmale Stege beziehungsweise definierte ohmsche Widerstände mit wenigstens einer Energiequelle verbunden sind. Vorteilhaft können die Elektrodensegmente auf diese Weise mit nur einer einzigen Energiequelle unterschiedlich mit Energie versorgt werden, indem unterschiedliche Wider- stände zu den einzelnen Elektrodensegmenten vorgesehen werden. Zudem wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines elektrischen Überschlags im Plasma deutlich reduziert, beziehungsweise werden die Auswirkungen desselben deutlich abgemildert, da die Widerstände eine Konzentration der elektrischen Energie in nur einem Elektrodensegment hemmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung mehrere voneinander unabhängig steuerbare/regelbare Energiequellen umfasst, welche über die genannten Anschlüsse mit den Elektrodensegmenten verbunden sind. Auf diese Weise können mehrere Elektrodensegmente unabhängig voneinander mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann für diese eine eigene Stromstärke und/oder ein eigenes Potential vorgegeben, und wenn die Energiequelle geregelt ist, auch unter variierenden Prozessbedingungen eingehalten werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn je ein Elektrodensegment mit je einer Energiequelle verbunden ist, welche unabhängig von den übrigen Energiequellen steuerbar/regelbar ist. Somit wird je eine Energiequelle pro Elektrodensegment aktiviert und unabhängig von den übrigen Energiequellen gesteuert/geregelt. Auf diese Weise können alle Elektrodensegmente unabhängig voneinander mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann für jedes Elektrodensegment eine eigene Stromstärke und/oder ein eigenes Potential vorgegeben, und wenn die Energiequelle geregelt ist, auch unter variierenden Prozessbedingungen eingehalten werden.
Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Vorrichtung eine Steuerung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, eine Energiequelle abwechselnd auf je ein Elektrodensegment einer Gruppe von Elektrodensegmenten und die Anschlüsse der übrigen Elektrodensegmente dieser Gruppe in einen vom erstgenannten Elektrodensegment isolierten Offen-Zustand zu schalten. Somit wird eine Energiequelle abwechselnd auf je ein Elektrodensegment einer Gruppe von Elektrodensegmenten geschaltet, und die Anschlüsse der übrigen Elektrodensegmente dieser Gruppe werden in einen vom erstgenannten Elektrodensegment isolierten Offen- Zustand geschaltet. Dadurch ist es möglich, alle Elektrodensegmente mit einer nur geringen Anzahl von Energiequellen unabhängig voneinander mit Energie zu versorgen. Dabei wird jeweils ein Elektrodensegment einer Gruppe von Elektrodensegmenten mit der Energiequelle verbunden und für diese eine Stromstärke und/oder ein Potential vorgegeben. Die übrigen Elektrodensegmente dieser Gruppe werden in einen Offen-Zustand geschaltet, in dem sie von der Energiequelle beziehungsweise dem mit diesem verbunden Elektroden segment isoliert sind. Die Stromstärke für diese Elektrodensegmente beträgt somit Null, oder es kann nur ein geringer Ausgleichsstrom zwischen den Segmenten fließen. Dementsprechend kann das Potential praktisch jeden beliebigen Wert annehmen („floating potential"). Nach einer gewissen Zeit wird die Energiequelle mit einem anderen Elektrodensegment der Gruppe verbunden und das zuvor verbundene Elektrodensegment ebenfalls in einen Offen-Zustand geschaltet. Auf diese Weise können alle Elektrodensegmente der Gruppe nach und nach mit der Energiequelle verbunden werden. Dafür ist keinesfalls nötig, dass die Elektrodensegmente in jedem Zyklus in derselben Reihenfolge mit der Energiequelle verbunden werden. Auch kann ein Elekt- rodensegment in einem Zyklus mehrmals mit der Energiequelle verbunden werden, um dort beispielsweise eine dickere Beschichtung auf das Substrat aufzubringen.
Beispielsweise kann die Auswahl des Elektrodensegments, welcher der aktivierten Energie - quelle zugeordnet ist, auch zufällig erfolgen. Damit können Effekte vermieden, die durch die immer selbe Wiederholung ein und desselben Zyklus entstehen können.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn nach Art der weißen Felder eines Schachbretts angeordnete Elektrodensegmente und nach Art der schwarzen Felder eines Schachbretts angeord- nete Elektrodensegmente abwechselnd mit elektrischer Energie versorgt werden. Bei dieser Variante werden also in einer Matrix angeordnete Elektrodensegmente abwechselnd aktiviert. In einem ersten Zeitabschnitt werden dabei jene Segmente aktiviert, deren Zeilen- und Spaltenindex in Summe eine gerade Zahl ergibt. In einem zweiten Zeitabschnitt werden dann jene Segmente aktiviert, deren Zeilen- und Spaltenindex in Summe eine ungerade Zahl ergibt. Danach folgt wieder ein erster Zeitabschnitt usw.
Günstig ist es, wenn die Fläche eines Elektrodensegments kleiner gleich 1 m ist. Noch güns- tiger ist es, wenn die genannte Fläche kleiner gleich 0,25 m ist. Diese Werte stellen einen guten Kompromiss dar, bei dem die Beschichtung des Substrats bei nicht allzu starker Seg- mentierung der Elektrode gut gelingt. Obwohl sich die genannten Werte als vorteilhaft herausgestellt haben, ist die Erfindung natürlich nicht auf dieselben limitiert. Selbstverständlich können auch andere Werte im Rahmen der mit der Erfindung erzielten Vorteile gewählt werden. Günstig ist es, wenn die Energiequellen als Stromquellen ausgebildet sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Ablagerungsgeschwindigkeit der auf das Substrat aufzubringenden Beschichtung einzustellen.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die die maximale Stromstärke je Elektro- densegment (Spitzenstrom) kleiner gleich 150 A ist. Noch vorteilhafter ist es, wenn die genannte Stromstärke kleiner gleich 15 A ist. Diese Werte stellen einen guten Kompromiss dar, bei dem die Beschichtung des Substrates bei nicht allzu hohem Risiko eines zerstörerischen elektrischen Überschlags zwischen Elektrode und Substrat gut gelingt. Obwohl sich die ge- nannten Werte als vorteilhaft herausgestellt haben, ist die Erfindung natürlich nicht auf dieselben limitiert. Selbstverständlich können auch andere Werte im Rahmen der mit der Erfindung erzielten Vorteile gewählt werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Elektrodensegmente gitterförmig ausgebildet sind. Dadurch kann das Prozessgas besonders gut zum beschichtenden Substrat geleitet werden.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Elektrode in ihrem Randbereich in Richtung des zu beschichtenden Substrats gebogen ist. Auf diese Weise kann ein Abfall der elektrischen Feld- stärke im Plasma im Randbereich der Elektrode, so wie er sich bei einer plattenförmigen
Elektrode ergibt, welche überall denselben Abstand zum Substrat aufweist, ausgeglichen werden.
Eine vorteilhafte Variante eines Verfahrens zum Beschichten eines Substrats ist auch gege- ben, wenn die Spannung zwischen einem Elektrodensegment und dem zu beschichtenden
Substrat gemessen wird und die Energieversorgung abgeregelt oder abgeschaltet wird, wenn ein Einbruch der genannten Spannung festgestellt wird. Sinkt die genannte Spannung sehr rasch auf einen relativ geringen Wert, so kann davon ausgegangen werden, dass zwischen Werkstück und Elektrode ein elektrischer Überschlag erfolgt. Um die schädlichen Auswir- kungen desselben einzudämmen, beziehungsweise auch um diese zu beenden, wird die Energieversorgung des betroffenen Elektrodensegments abgeregelt oder sogar abgeschaltet.
Vorteilhaft ist es, wenn am Rand der Elektrode gelegene Elektrodensegmente auf ein höheres Potential gelegt werden, als innenliegende Segmente. Auf diese Weise kann ein Abfall der elektrischen Feldstärke im Plasma, so wie er sich bei einer parallel zum Substrat ausgerichteten, plattenförmigen Elektrode ergibt, ausgeglichen werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn am Rand der Elektrode gelegene Elektrodensegmente auf eine höhere Stromstärke eingestellt oder geregelt werden als innenliegende Segmente. Auf diese Weise kann das Substrat an dessen Rand mit einer dickeren Schicht versehen werden. Üblicherweise werden die Substrate bei der Herstellung plattenförmiger Werkstoffe dort nämlich am höchsten beansprucht. Vorteilhaft ist es schließlich, wenn der plattenförmige Werkstoff Partikel mit einer Vickers- härte zwischen 1000 und 1800 oder Korund respektive Aluminiumoxid Α1203 beinhaltet, insbesondere im Bereich seiner dem Pressblech zugewandten Oberfläche. Der Vorteil des beschichteten Pressblechs tritt an dieser Stelle besonders hervor, da durch die Beschichtung trotz abrasiver Bestandteile in dem herzustellenden Werkstoff eine hohe Standzeit des Pressblechs gewährleistet werden kann. Pressbleche für großformatige plattenförmige Werkstoffe nach dem Stand der Technik können eine so lange Standzeit nicht aufweisen.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass die zur Beschichtungs Vorrichtung angeführten Varian- ten und die sich daraus ergebenden Vorteile sinngemäß auch auf das Verfahren zum Beschichten des Substrats anwendbar sind und umgekehrt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Plasmabeschichtung eines Substrats; ein erstes schematisch dargestelltes Beispiel einer Elektrode mit vollständig voneinander isolierten Segmenten; ein zweites schematisch dargestelltes Beispiel einer Elektrode mit untereinander verbundenen Segmenten; ein weiteres schematisch dargestelltes Beispiel einer gitterförmigen Elektrode; ein weiteres schematisch dargestelltes Beispiel einer Elektrode mit unterschiedlich geformten Segmenten; ein weiteres schematisch dargestelltes Beispiel einer im Randbereich gebogenen Elektrode;
Fig. 7 ein illustratives Beispiel, bei dem eine Steuerung eine Energiequelle auf
schiedene Elektrodensegmente schaltet; Fig. 8 ein Beispiel einer Elektrode, deren Segmente nach Art eines Schachbretts angeordnet beziehungsweise angesteuert werden;
Fig. 9 ein illustratives Beispiel, bei dem je ein Elektrodensegment mit je einer Energiequelle verbunden ist;
Fig. 10 ein weiteres illustratives Beispiel, bei dem eine Spannung zwischen einem Elektrodensegment und dem Substrat gemessen wird;
Fig. 11 ein schematisch dargestelltes Beispiel, bei dem am Rand der Elektrode gelegene
Segmente auf ein höheres Potential gelegt und/oder auf eine höhere Stromstärke eingestellt/geregelt werden, als innenliegende Segmente und
Fig. 12 ein schematisch dargestelltes Beispiel, bei dem die Elektrodensegmente über
Widerstände mit einer Energieversorgung verbunden sind.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Plasmabeschichtung eines Substrats 2, umfassend eine Vakuumkammer 3 und eine darin angeordnete Elektrode 400, welche im Betrieb im Wesentlichen parallel zu dem genannten Substrat 2 und gegenüber dessen zu beschichtender Seite ausgerichtet ist. Für die folgenden Betrachtungen wird angenommen, dass es sich bei dem Substrat um ein Pressblech 2 handelt. Selbstverständlich kann die nachfolgende Lehre aber auch auf andere Substrate angewendet werden.
Die Elektrode 400 ist segmentiert, und jedes der Segmente 500 weist einen eigenen An- schluss 6 für eine elektrische Energiequelle 700 auf, welche in diesem Beispiel als Stromquelle ausgeführt ist. Selbstverständlich könnte die Energiequelle aber auch beispielsweise als Spannungsquelle ausgeführt sein. Schließlich zeigt Fig. 1 noch einen Anschluss 8 zur Einlei- tung eines Prozessgases (z.B. CH4) in die Vakuumkammer 3, in der beispielsweise ein Druck von etwa 1 mbar herrscht.
Vorzugsweise ist die Fläche eines Elektrodensegments 500 kleiner gleich 1 m , und die die Stromstärke einer Stromquelle 700 ist kleiner gleich 150 A ist. Diese Werte stellen einen gu- ten Kompromiss dar, bei dem die Beschichtung des Pressbleches 2 bei nicht allzu starker Segmentierung der Elektrode 400 gut gelingt und das Risiko eines zerstörerischen elektrischen Überschlags zwischen Elektrode 400 und Pressblech 2 nicht allzu hoch ist.
Generell kann die Energiequelle 700 Gleichstrom oder Wechselstrom liefern. Besonders gut gelingt die Beschichtung des Pressblechs 2 mit impulsförmigem Strom. In diesem Fall ist die Stromamplitude der Impulse vorzugsweise kleiner als 150 A. Um elektrische Ladungen an der aufgebrachten Schicht abzuführen, z.B. wenn elektrisch isolierende Schichten aufgebracht werden, kann die Polarität der Pulse von Zeit zu Zeit auch umgekehrt werden. Beispielsweise kann einer von zehn Pulsen eine andere Polarität aufweisen.
Fig. 2 zeigt nun ein Beispiel einer Elektrode 401, deren Segmente 501 vollständig voneinander isoliert sind. Die einzelnen Segmente 501 sind also durch einzelne leitfähige und voneinander beabstandete Platten gebildet. Diese können beispielsweise auf einem nicht leitenden Substrat aufgebtracht werden, sodass die Elektrode 401 leichter handhabbar ist. Die Elektrode 401 kann auch gelocht sein, damit das Prozessgas leichter zum Pressblech 2 gelangen kann, insbesondere durch Ausnehmungen in dem genannten Substrat im Bereich zwischen den Segmenten 501. Beispielsweise können diese die Form von Langlöchern haben (siehe dazu auch Fig. 3).
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Elektrode 402, deren Segmente 502 über schmale Stege 9 und somit über (hohe) ohmsche Widerstände untereinander verbunden sind. Die Elektrode 402 kann somit prinzipiell einstückig ausgeführt werden, indem aus einem Blech entspre- chende Ausnehmungen 10 beispielsweise ausgefräst, ausgestanzt, ausgenibbelt oder mit einem Laser ausgeschnitten werden.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel einer Elektrode 403, bei dem die Elektrodensegmente 503 gitterförmig ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Prozessgas noch leichter zum Press- blech 2 gelangen.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel einer Elektrode 404, welches aus kreisrunden Elektrodensegmenten 504 und Karo-förmigen Elektrodensegmenten 505 aufgebaut ist. Dieses Beispiel ist rein illustrativ und soll lediglich demonstrieren, dass eine Elektrode 400 nicht notwendi- gerweise aus rechteckförmigen Elektrodensegmenten 500 aufgebaut ist. Neben den in der
Fig. 5 dargestellten Formen ist natürlich eine Vielzahl anderer nicht-rechteckförmiger Formen einsetzbar.
Fig. 6 zeigt nun ein Beispiel einer Elektrode 405, welche in ihrem Randbereich in Richtung des zu beschichtenden Pressblechs 2 gebogen ist. Konkret sind die Elektrodensegmente 506 parallel zum Pressblech 2 angeordnet, die Elektrodensegmente 507 dagegen in Richtung des Pressblechs 2 geneigt oder wie in diesem Beispiel in Richtung des Pressblechs 2 gebogen. Auf diese Weise kann ein Abfall der elektrischen Feldstärke im Plasma, so wie er sich bei einer auch im Randbereich des Pressblechs 2 parallel zu demselben ausgerichteten, platten- förmigen Elektrode ergibt, ausgeglichen werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform wäre beispielsweise auch vorstellbar, dass im Randbereich der Elektrode 400 gelegene Segmente 500 (vergleiche hierzu auch Fig. 11) näher am Pressblech 2 angeordnet sind als innenliegende Segmente. Insbesondere können alle Segmente 500 parallel zum Pressblech 2 angeordnet sein.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Pressblechs 2 werden nun folgende Schritte ausge- führt:
a) Anordnen eines zu beschichtenden Pressblechs 2 in einer Vakuumkammer 3 gegenüber einer in der Vakuumkammer 3 angeordneten, segmentierten Elektrode 400 und im Wesentlichen parallel ausgerichtet zu derselben,
b) Aktivierung wenigstens einer, einem Elektrodensegment 500 zugeordneten Energiequelle 700 und
c) Einleiten eines Gases, welches eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenab- scheidung auf dem Pressblech-Rohling 2 bewirkt.
Der Vollständigkeit halber wird an dieser Stelle angemerkt, dass Schritt c) natürlich auch vor Schritt b) ausgeführt werden kann.
In der Fig. 1 ist rein illustrativ nur eine einzige Energiequelle 700 dargestellt, welche mit einem Elektrodensegment 500 verbunden ist. Diese kann prinzipiell nacheinander mit den verschiedenen Elektrodensegmenten 500 verbunden werden. Alternativ ist aber auch vorstellbar, dass eine Vorrichtung zur Plasmabeschichtung eines Pressblechs 2 mehrere voneinander un- abhängig steuerbare/regelbare Energiequellen 700 umfasst, welche über die Anschlüsse 6 mit den Elektrodensegmenten 500 verbindbar oder verbunden sind.
Fig. 7 zeigt dazu ein illustratives Beispiel, bei dem eine Steuerung 1101 einer Vorrichtung 101 (hier ohne Vakuumkammer 3 dargestellt) dazu eingerichtet ist, eine Energiequel- le 701, 702 mit Hilfe der Schalter 1201 und 1202 abwechselnd auf je ein Elektrodensegment 508 einer Gruppe 1301, 1302 von Elektrodensegmenten 508 zu schalten, und die Anschlüsse der übrigen Elektrodensegmente 508 dieser Gruppe 1301, 1302 in einen vom erstgenannten Elektrodensegment 508 isolierten Offen-Zustand zu schalten (das Pressblech 2 liegt in diesem Beispiel und den weiteren Beispielen auf Masse). Konkret sind die Elektrodenseg- mente 508 in dem in Fig. 7 dargestellten Beispiel in zwei Gruppen 1301 und 1302 unterteilt, wobei die erste Gruppe 1301 drei gleich große Elektrodensegmente 508 und die zweite Gruppe 1302 fünf unterschiedlich große Elektrodensegmente 508 umfasst. Die Unterteilung ist rein illustrativ und soll unter anderem demonstrieren, dass die Elektrodensegmente 508 einer Elektrode 406 nicht notwendigerweise gleich groß sein müssen. Weiterhin ist der Fig. 7 auch zu entnehmen, dass die Elektrodensegmente 508 nicht notwendigerweise quadratisch sein müssen, sondern auch allgemein rechteckförmig sein können. Insbesondere können die Elektrodensegmente 508 in Form von Bändern, Stäben und/oder Streifen ausgeführt sein. Eine ers- te Energiequelle 701 wird nun auf je ein Elektrodensegment 508 der Gruppe 1301, eine zweite Energiequelle 702 auf ein Elektrodensegment 508 der Gruppe 1302 geschaltet. Die übrigen Elektrodensegmente 508 werden in einen Offen-Zustand geschaltet.
Nach einer gewissen Zeit werden die Zuordnungen zwischen den Energiequellen 701, 702 und den Elektrodensegmenten 508 geändert. Das heißt, dass die Energiequelle 701 mit einem anderen Elektrodensegment 508 der Gruppe 1301 verbunden und das zuvor verbundene Elektrodensegment 508 in einen Offen-Zustand geschaltet wird. Analog dazu wird die Energiequelle 702 mit einem anderen Elektrodensegment 508 der Gruppe 1302 verbunden, und das zuvor verbundene Elektrodensegment 508 wird in einen Offen-Zustand geschaltet. Auf diese Weise können alle Elektrodensegmente 508 der Gruppen 1301 und 1302 nach und nach mit den Energiequellen 701 und 702 verbunden werden. Dadurch ist es möglich, alle Elektrodensegmente 508 mit einer nur geringen Anzahl von Energiequellen 701, 702 unabhängig voneinander mit Energie zu versorgen. Die Auswahl des Elektrodensegments 508, welcher der aktivierten Energiequelle 701, 702 zugeordnet ist, kann zufällig oder nach einem vorgegebenen Schema erfolgen. Die Elektrodensegmente 508 müssen dabei nicht in jedem Zyklus in derselben Reihenfolge mit der Energiequelle 701, 702 verbunden werden. Auch kann ein Elektrodensegment 508 in einem Zyklus mehrmals mit der Energiequelle 701, 702 verbunden werden.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren ist gegeben, wenn nach Art der weißen Felder eines Schachbretts angeordnete Elektrodensegmente und nach Art der schwarzen Felder eines Schachbretts angeordnete Elektrodensegmente abwechselnd mit elektrischer Energie versorgt werden. Fig. 8 zeigt dazu ein illustratives Beispiel mit Elektrodensegmenten 509, die in ei- ner 6x9 Matrix angeordnet sind, um zu verdeutlichen, dass die Elektrodensegmente 509 nicht unbedingt in einer 8x8 Matrix angeordnet sein müssen, so wie dies bei einem Schachbrett der Fall ist. Entsprechend dieser Variante werden in einem ersten Zeitabschnitt die„weißen" Segmente 509, in einem zweiten Abschnitt die„schwarzen" Segmente 509 (hier schraffiert dargestellt) aktiviert.
Bei der Zuordnung einer Energiequelle 701, 702 zu einem Elektrodensegment 508 kann gene- rell eine Stromstärke und/oder ein Potential für dasselbe vorgegeben werden. Die übrigen Elektrodensegmente 508, welche keiner Energiequelle 701, 702 zugeordnet sind, werden in einen Offen-Zustand geschaltet, in dem sie von der Energiequelle 701, 702 beziehungsweise dem mit diesem verbunden Elektrodensegment 508 isoliert sind. Die Stromstärke für diese Elektrodensegmente 508 beträgt somit Null, oder es kann nur ein geringer Ausgleichsstrom zwischen den Segmenten 508 fließen. Dementsprechend kann das Potential praktisch jeden beliebigen Wert annehmen („floating potential").
Fig. 9 zeigt nun ein Beispiel, bei dem je ein Elektrodensegment 510 mit je einer Energiequelle 701..706 verbunden ist, welche unabhängig von den übrigen Energiequellen 701..706 steu- erbar/regelbar ist. Das heißt die Energiequelle 701 ist unabhängig von den Energiequellen 702..706 steuerbar/regelbar usw. Dementsprechend wird je eine Energiequelle 701..706 pro Elektrodensegment 510 aktiviert und unabhängig von den übrigen Energiequellen 701..706 gesteuert/geregelt. Auf diese Weise können alle Elektrodensegmente 510 unabhängig voneinander mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann für jedes Elektroden- segment 510 eine eigene Stromstärke und/oder ein eigenes Potential vorgegeben, und wenn die Energiequelle 701..706 geregelt ist, auch unter variierenden Prozessbedingungen eingehalten werden.
In einem weiteren in Fig. 10 dargestellten Beispiel wird die Spannung zwischen einem Elekt- rodensegment 511 und dem zu beschichtenden Pressblech 2 mit Hilfe eines Spannungsmessgerätes 14 gemessen und die Energieversorgung 700 durch eine Steuerung 1102 abgeregelt und/oder die Stromzufuhr zum Elektrodensegment 511 mit Hilfe eines von der Steuerung 1102 betätigen Schalters 1200 abgeschaltet, wenn ein Einbruch der genannten Spannung festgestellt wird. Das Spannungsmessgerät 14 kann beispielsweise als Analog-Digital- Konverter ausgebildet sein, welcher an einen Mikrokontroller angeschlossen ist, in dem beispielsweise auch die Steuerung 1102 integriert sein kann. Auf diese Weise kann ein elektrischer Überschlag zwischen dem Elektrodensegment 511 und dem Pressblech festgestellt, sowie dessen zerstörerische Wirkung eingedämmt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Überschlag durch die oben genannten Maßnahmen aktiv zu beenden. Selbstverständlich kann auch eine gemeinsame Steuerung für die Funktionalität der in der Fig. 7 dargestellten Steuerung 1101 und der in der Fig. 10 dargestellten Steuerung 1102 vorgesehen sein. In einer weiteren Variante des Verfahrens zur Plasmabeschichtung eines Pressblechs 2 werden in Fig. 11 am Rand einer Elektrode 409 gelegene Segmente 512 (schraffiert dargestellt) auf ein höheres Potential gelegt und/oder auf eine höhere Stromstärke eingestellt/geregelt als innenliegende Segmente 512 (weiß dargestellt). Auf diese Weise kann ein Abfall der elektrischen Feldstärke im Plasma, so wie er sich bei einer parallel zum Pressblech 2 ausgerichteten, plattenförmigen Elektrode 409 ergibt (vergleiche dazu auch Fig. 6), ausgeglichen werden und/oder das Pressblech 2 kann an dessen Rand mit einer dickeren Schicht versehen werden. Üblicherweise werden die Pressbleche 2 bei der Herstellung plattenförmiger Werkstoffe dort nämlich am höchsten beansprucht. Fig. 12 zeigt schließlich ein schematisch dargestelltes Beispiel, bei dem die Elektrodensegmente 510 über Widerstände 15 mit einer Energiequelle 700 verbunden sind. Vorteilhaft können die Elektrodensegmente 510 auf diese Weise mit nur einer einzigen Energiequelle 700 unterschiedlich mit Energie versorgt werden, indem unterschiedliche Widerstände 15 vorgesehen werden. Selbstverständlich können aber auch gleiche Widerstände 15 vorgesehen sein. Zudem wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines elektrischen Überschlags im Plasma deutlich reduziert, beziehungsweise werden die Auswirkungen desselben deutlich abgemildert, da die Widerstände 15 eine Konzentration der elektrischen Energie in nur einem Elektrodensegment 510 hemmen. Selbstverständlich kann die in Fig. 12 dargestellte Anordnung 103 auch in Kombination mit den bereits dargestellten Anordnungen angewendet wer- den. Beispielsweise können anstelle einer einzelnen Energiequelle 700 auch mehrere Energiequellen vorgesehen sein. Darüber hinaus ist beispielsweise auch vorstellbar, dass zwischen den Elektrodensegmenten 510 weitere nicht dargestellte Widerstände angeordnet sind, etwa weil die Elektrode 408 so wie in den Figuren 3 und 4 ausgeführt ist. Schließlich ist auch vorstellbar, dass die Widerstände 15 durch schmale Anschlussfahnen 6 gebildet sind, insbesonde- re wenn vergleichsweise hohe Ströme zu den Elektrodensegment 510 geleitet werden müssen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100..103 zur Plasmabeschichtung eines Substrats 2, wobei an dieser Stelle be- merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten desselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.
Insbesondere wird festgehalten, dass die genannte Vorrichtung 100..103 in der Realität auch mehr Bestandteile als dargestellt umfassen kann. Insbesondere wird auch darauf hingewiesen, dass die offenbarte Lehre zwar besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit Pressblechen ist, jedoch uneingeschränkt auch auf andere Substrate wie zum Beispiel für Tiefzieh-, Extrusions- und allgemein Presswerkzeuge angewandt werden kann. Im Speziellen eignen sich die vorgestellten Substrate 2 beziehungsweise Pressbleche zur zur Herstellung ein- oder mehrschichtiger plattenförmiger Werkstoffe. Insbesondere sind darunter Thermoplaste und Duroplaste wie zum Beispiel Epoxydharze, Polyesterharze und Phenolharze zu verstehen, welche für eine erhöhte Abriebfestigkeit wenigstens an deren dem Pressblech 2 zugewandten Oberfläche mit Partikeln mit einer Vickershärte zwischen 1000 und 1800 oder auch Korundpartikeln (AI2O3) versetzt sein können. In gleicher Weise sind Holzfaserwerkstoffe wie zum Beispiel Spanplatten, Mitteldichte Faserplatten (MDF) und Hochdichte Faserplatten (HDF) herstellbar. Insbesondere können diese Holzwerkstoffe zur Herstellung eines Laminats mit Schichten aus Kunststoff der genannten Art beziehungsweise auch Papier beschichtet werden. Weiterhin können auch glasfaserverstärkte oder kohlenfaserverstärkte Kunststoffe leicht mit einer Oberflächenstruktur versehen werden. Schließlich ist beispielsweise auch die Herstellung von Kunststein beziehungsweise„Engineered Stone" (Verbundmaterial aus Stein und Harz) möglich. Insbesondere bei Verwendung von hartem Gestein wie zum Beispiel Granit erweist sich die hohe Standzeit der offenbarten Substrate 2 beziehungsweise Pressbleche als vorteilhaft.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Vorrichtung 100..103 zur Plasmabeschichtung eines Substrats 2 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Bezugszeichenaufstellung
100..103 Vorrichtung zur Plasmabe- schichtung
Substrat (Pressblech)
3 Vakuumkammer
00..409 Elektrode
500..512 Elektrodensegment
6 Elektrodenanschluss
00..702 Energiequelle
8 Gasanschluss
9 Steg
10 Ausnehmung
1101, 1102 Steuerung
1201, 1202 Schalter
1301, 1302 Gruppe von Elektrodensegmenten
14 Spannungsmessgerät
15 (ohmscher) Widerstand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (100..103) zur Plasmabeschichtung eines Substrats (2), umfassend eine Vakuumkammer (3) und eine darin angeordnete Elektrode (400..409), welche im Betrieb im Wesentlichen parallel zu dem genannten Substrat (2) und gegenüber dessen zu beschichtender Seite ausgerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode (400..409) segmentiert ist und jedes der Elektrodensegmente (500..512) einen eigenen Anschluss (6) für eine elektrische Energiequelle (700..702) aufweist.
2. Vorrichtung (100..103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elektrodensegmente (501, 504, 505) gegeneinander isoliert sind.
3. Vorrichtung (100..103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ein- zelnen Elektrodensegmente (502, 503) über schmale Stege (9) beziehungsweise definierte ohmsche Widerstände untereinander verbunden sind.
4. Vorrichtung (100..103) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elektrodensegmente (510) über schmale Stege beziehungsweise definierte ohmsche Widerstände mit wenigstens einer Energiequelle (700) verbunden sind.
5. Vorrichtung (100..103) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere voneinander unabhängig steuerbare/regelbare Energiequellen (701, 702), welche über die genannten Anschlüsse (6) mit den Elektrodensegmenten (500..512) verbunden sind.
6. Vorrichtung (100..103) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Elektrodensegment (510) mit je einer Energiequelle (701..706) verbunden ist, welche unabhängig von den übrigen Energiequellen (701..706) steuerbar/regelbar ist.
7. Vorrichtung (100..103) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Steuerung (1101), welche dazu eingerichtet ist, eine Energiequelle (701, 702) abwechselnd auf je ein Elektrodensegment (508) einer Gruppe (1301, 1302) von Elektrodensegmenten (508) und die Anschlüsse (6) der übrigen Elektrodensegmente (508) dieser Gruppe (1301, 1302) in einen vom erstgenannten Elektrodensegment (508) isolierten Offen-Zustand zu schalten.
8. Vorrichtung (100..103) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Fläche eines Elektrodensegments (500..512) kleiner gleich 1 m ist.
9. Vorrichtung (100..103) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequellen (700..706) als Stromquellen ausgebildet sind.
10. Vorrichtung (100..103) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die maximale Stromstärke je Elektrodensegment (500..512) kleiner gleich 150 A ist.
11. Vorrichtung (100..103) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodensegmente (503) gitterförmig ausgebildet sind.
12. Vorrichtung (100..103) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (405) in ihrem Randbereich in Richtung des zu beschichtenden Substrats (2) gebogen ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Substrats (2), gekennzeichnet durch die Schritte:
a) Anordnen eines zu beschichtenden Substrats (2) in einer Vakuumkammer (3) gegenüber einer in der Vakuumkammer (3) angeordneten, segmentierten Elektrode (400..409) und im Wesentlichen parallel ausgerichtet zu derselben,
b) Aktivierung wenigstens einer, einem Elektrodensegment (500..512) der Elektrode (400..409) zugeordneten Energiequelle (700..706) und
c) Einleiten eines Gases, welches eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenab- scheidung auf dem Substrat-Rohling (2) bewirkt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Energiequelle (701..706) pro Elektrodensegment (500..512) aktiviert und unabhängig von den übrigen Energiequellen (701..706) gesteuert/geregelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiequelle (701, 702) abwechselnd auf je ein Elektrodensegment (508) einer Gruppe (1301, 1302) von Elektrodensegmenten (508) und die Anschlüsse (6) der übrigen Elektrodensegmente (508) dieser Gruppe (1301. 1302) in einen vom erstgenannten Elektrodensegment (508) isolierten Offen-Zustand geschaltet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Elektrodensegments (508), welcher der aktivierten Energiequelle (701, 702) zugeordnet ist, zufällig erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Art der weißen Felder eines Schachbretts angeordnete Elektrodensegmente (509) und nach Art der schwarzen Felder eines Schachbretts angeordnete Elektrodensegmente (509) abwechselnd mit elektrischer Energie versorgt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen einem Elektrodensegment (511) und dem zu beschichtenden Substrat (2) gemessen wird und die Energieversorgung abgeregelt oder abgeschaltet wird, wenn ein Einbruch der genannten Spannung festgestellt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand der Elektrode (409) gelegene Elektrodensegmente (512) auf ein höheres Potential gelegt werden, als innenliegende Elektrodensegmente (512).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand der Elektrode (409) gelegene Elektrodensegmente (512) auf eine höhere Stromstärke eingestellt/geregelt werden, als innenliegende Elektrodensegmente (512).
21. Verwendung einer Vorrichtung (100..103) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 20 zur Plasmabeschichtung eines Pressblechs (2).
22. Verfahren zur Herstellung ein- oder mehrschichtiger plattenförmiger Werkstoffe, insbesondere von Kunststoffen, Holzwerkstoffen und Laminaten mit und ohne Overlaypapieren, dadurch gekennzeichnet, dass dafür ein mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 20 hergestelltes Substrat beziehungsweise Pressblech (2) eingesetzt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der her- gestellten Platten größer oder gleich 1 m ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der platten- förmige Werkstoff Partikel mit einer Vickershärte zwischen 1000 und 1800 beinhaltet, insbesondere im Bereich seiner dem Pressblech (2) zugewandten Oberfläche.
25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der platten- förmige Werkstoff Korund beziehungsweise Aluminiumoxid A1203 beinhaltet, insbesondere im Bereich seiner dem Pressblech (2) zugewandten Oberfläche.
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