DE10024731A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines dünnen SchichtaufbausInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi-endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine insbesondere in der Größenanordnung der Dicke des Trägers liegende Dicke hat, mit den Schritten: DOLLAR A - Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und DOLLAR A - Bestrahlung des mit dem Beschichtungs-Ausgangsmaterials versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschichtung aus dem Beschichtungs-Ausgangsmaterial bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Einschluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernetzung.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
dünnen Schichtaufbaus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Dünnschichtstrukturen auf großflächigen, dünnen Trägern ge
winnen auf verschiedenen Gebieten der Technik zunehmend an
Bedeutung. Bekannte und wirtschaftlich höchst bedeutende Bei
spiele hierfür sind Dünnschicht-Transistorstrukturen, wie sie
insbesondere in Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen eingesetzt
werden, und andere Dünnschichtsysteme für Anzeigeeinheiten,
etwa für Plasmadisplays. Weitere technisch und wirtschaftlich
bedeutsame Dünnschichtstrukturen sind die Separatorstrukturen
von elektrochemischen Elementen, insbesondere Primär- oder
Sekundärelementen auf Lithiumbasis (Lithiumbatterien und Li
thium-Ionen-Akkus etc.) sowie hoch differenzierte Membransys
teme für die Stofftrennung und die Energiegewinnung, bei
spielsweise Brennstoffzellen.
Zur Herstellung derartiger Dünnschichtsysteme muß üblicher
weise eine in einem Ausgangszustand auf einen dünnen Träger
aufgebrachte dünne Beschichtung in eine funktionelle Schicht
umgewandelt und fest mit dem Träger verbunden werden. Es
kommt hierbei darauf an, einen mit sehr hoher Zuverlässigkeit
und unter Ausschluß von Schädigungen des Trägers oder des Be
schichtungsmaterials ablaufenden Prozeß mit einer hohen Pro
duktivität, d. h. einem hohen Flächendurchsatz pro Zeitein
heit, zu realisieren.
Es sind für die verschiedenen Dünnschichtsysteme der gat
tungsgemäßen Art, die heute große technische Bedeutung er
langt haben, verschiedenartige Herstellungsverfahren bekannt,
die diese Anforderungen nur bedingt erfüllen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbes
sertes, hochgradig universelles und an verschiedenartige kon
krete Schichtstrukturen leicht anpaßbares Verfahren der gat
tungsgemäßen Art anzugeben, das sich durch potentiell hohe
Produktivität, Einfachheit und Zuverlässigkeit bei weitgehen
dem Ausschluß von Schädigungen der Beschichtung(en) und/oder
des Trägers auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Eine zweckmäßige Anordnung zur Durchfüh
rung dieses Verfahrens ist in Anspruch 17 angegeben.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, zur
Umwandlung des jeweiligen Beschichtungs-Ausgangsmaterials in
die funktionelle Schicht des Schichtaufbaus unter gleichzei
tiger Verbindung mit dem Träger elektromagnetische Strahlung
im Bereich des nahen Infrarot, d. h. im Wellenlängenbereich
zwischen 0,8 und 1,5 µm, am kontinuierlich geförderten Pro
dukt einzusetzen. Diese bewirkt - je nach konkretem Schicht
system in unterschiedlicher Rangigkeit - insbesondere eine
Trocknung und/oder Vernetzung des Beschichtungs-Ausgangsmate
rials, vielfach verbunden mit einem Aufschmelzen auf den Trä
ger.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Strahlung läßt sich in einfa
cher und kostengünstiger Weise durch mit erhöhter Betriebs
temperatur betriebene Halogenlampen hoher Leistung erzeugen.
In bevorzugten Schichtaufbauten haben sowohl das Beschich
tungs-Ausgangsmaterial als auch der Träger eine mittlere Dicke
im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm, insbesondere zwi
schen 20 µm und 200 µm.
Als Träger dienen in wichtigen Anwendungen insbesondere ver
schiedene Kunststofffolien, speziell PE-, PP- oder PVC-Fo
lien, oder Metallfolien bzw. feine Metallgewebe, speziell aus
Aluminium oder Kupfer oder deren Legierungen. Das Beschich
tungs-Ausgangsmaterial wird insbesondere in flüssiger oder
pastöser oder auch in Pulverform mittels geeigneter, an sich
bekannter Beschichtungstechniken aufgebracht, bevorzugt auf
geschleudert, aufgewalzt, aufgesprüht, aufgerieselt oder auf
geblasen.
Die spektrale Zusammensetzung der Bearbeitungs-Infrarotstrah
lung wird in Abstimmung auf die Absorptionseigenschaften des
Beschichtungs-Ausgangsmaterials bevorzugt derart eingestellt,
das sich dieses über seine Schichtdicke im wesentlichen
gleichmäßig erwärmt, wobei eine unzulässige thermische Belas
tung des Trägers sowie auch einzelner Bereiche der Beschich
tung vermieden wird. Diese Einstellung kann über die Be
triebsspannung erfolgen; weiterhin können Filter eingesetzt
werden. Die Einstellung der Strahlungsleistung kann insbe
sondere durch Variation des Abstandes zwischen der Strah
lungsquelle und der Oberfläche des Schichtaufbaus erfolgen.
Die Strahlung kann direkt in die Beschichtung oder durch den
Träger hindurch oder von beiden Seiten einwirken.
Durch einen die Oberfläche des aufgebrachten Beschichtungs-
Ausgangsmaterials und/oder die rückseitige Oberfläche des
Trägers überstreichenden Gasstrom (für den in vielen Anwen
dungsfällen ein Luftstrom ausreichend ist) kann zum einen
eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung und gegebe
nenfalls Absenkung der Oberflächentemperatur und zum anderen
die schnelle Abführung von flüchtigen Bestandteilen des Be
schichtungs-Ausgangsmaterials erreicht werden. Hierdurch läßt
sich die Zuverlässigkeit und Effizienz des Verfahrens weiter
erhöhen. Der Gasstrom (Luftstrom) ist vorzugsweise trocken
und kalt und wird mit hohem Druck bzw. Impuls zugeführt.
In einer weiter verfeinerten Verfahrensführung ist eine Leis
tungsregelung auf der Basis von rückgekoppelten Detektorsig
nalen (beispielsweise von Temperaturfühlern) vorgesehen.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich zur Herstellung von
Dünnschicht-Transistoranordnungen, insbesondere für Flüssig
kristalldisplayanordnungen, von Separatormembranen für elek
trochemische Elemente, insbesondere von Lithium-Ionen-Akkus,
zur Herstellung von Dünnschichtstrukturen für Plasmadisplays
und zur Herstellung von Membranstrukturen für Brennstoffzel
len.
Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens um
faßt zur Handhabung eines quasi-endlosen Trägers eine ent
sprechende Zuführungs- und Vorschubeinrichtung - die insbe
sondere eine Träger-Vorratsrolle und eine Walzen-Vorschubein
richtung umfassen kann -, eine Zuführungs- und Schichterzeu
gungseinrichtung zur Zuführung des Beschichtungs-Ausgangsma
terials und dessen schichtbildender Aufbringung auf die Trä
geroberfläche sowie die NIR-Bestrahlungseinrichtung, die ins
besondere eine oder mehrere Halogenlampen mit einem hohen
spektralen Anteil im NIR aufweist, mit entsprechender Strom
versorgung.
In bevorzugten Ausführungen dieser Anordnung ist zusätzlich
eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung und Aus
richtung des oben erwähnten Gasstromes und/oder eine Einrich
tung zur Leistungseinstellung oder -regelung vorgesehen, wo
bei die letztere bevorzugt Mittel zur Abstandseinstellung
zwischen Strahlungsquelle und Schichtaufbau umfaßt.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier angegebe
nen Anwendungsfälle und Aspekte beschränkt, sondern auch bei
einer Vielzahl von weiteren Anwendungen und mit zusätzlichen
Aspekten möglich, deren Auffindung im Rahmen fachgemäßen Han
delns liegen.
Claims (21)
1. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus
aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi-
endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger
fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine
insbesondere in der Größenordnung der Dicke des Trägers
liegende Dicke hat,
gekennzeichnet durch
die Schritte:
- - Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und
- - Bestrahlung des mit dem Beschichtungs-Ausgangsmate rials versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschich tung aus dem Beschichtungs-Ausgangsmaterial bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Ein schluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernet zung.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlung einer mit erhöhter Betriebstemperatur
betriebenen Halogenlampe eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Beschichtungs-Ausgangsmaterial mit einer mittleren
Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm, insbesondere
zwischen 20 µm und 200 µm, auf einen Träger mit einer
mittleren Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm,
insbesondere zwischen 20 µm und 200 µm, aufgebracht
wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Träger eine Kunststofffolie, insbesondere Polyethy
len-, Polypropylen- oder PVC-Folie, eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Träger eine dünne Metallfolie oder ein feines Me
tallgewebe, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer bzw.
einer aluminium- bzw. kupferhaltigen Legierung, einge
setzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Beschichtungs-Ausgangsmaterial in flüssiger oder
pastöser Form aufgebracht, insbesondere aufgeschleudert,
aufgewalzt oder aufgesprüht, wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Beschichtungs-Ausgangsmaterial in Pulverform aufge
bracht, insbesondere aufgerieselt oder aufgeblasen,
wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die spektrale Zusammensetzung der Strahlung in Abstim
mung auf die Absorptionseigenschaften des Beschichtungs-
Ausgangsmaterials und wahlweise des Trägers derart ein
gestellt wird, daß eine im wesentlichen gleichmäßige
Durchwärmung über die Schichtdicke des Beschichtungs-
Ausgangsmaterials erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die spektrale Zusammensetzung durch mindestens ein
Filter eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Einstellung der Strahlungsleistung der Abstand zwi
schen der Strahlungsquelle und der Oberfläche des Be
schichtungs-Ausgangsmaterials variiert wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberfläche des Beschichtungs-Ausgangsmaterials und/oder
die rückseitige Oberfläche des Trägers mit einem
Gasstrom, insbesondere Luftstrom, zur Kühlung und/oder
Abführung von flüchtigen Bestandteilen des Beschich
tungs-Ausgangsmaterials überstrichen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein trockenes, kaltes Gas mit hohem Impuls zugeführt
wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her
stellung einer Dünnschicht-Transistoranordnung, insbe
sondere für eine Flüssigkristalldisplayanordnung, verse
hen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her
stellung einer Separatormembran für ein elektrochemi
sches Element, insbesondere einen Lithium-Ionen-Akku,
versehen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her
stellung einer Dünnschichtstruktur für eine Plasmadis
playanordnung versehen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her
stellung einer Membranstruktur für eine Brennstoffzelle
versehen wird.
17. Anordnung zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus
aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi-
endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger
fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine
insbesondere in der Größenordnung der Dicke des Trägers
liegende Dicke hat, mit den Schritten
- - Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und
- - Bestrahlung des mit dem Beschichtungs-Ausgangsmate rials versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschich tung aus dem Beschichtungs-Ausgangsmaterial bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Ein schluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernet zung,
- - einer Zuführungs- und Vorschubeinrichtung für den Träger,
- - einer Zuführungs- und Schichterzeugungseinrichtung zur, insbesondere kontinuierlichen, Zuführung und Aufbringung des Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und
- - einer stromabwärts der Zuführungs- und Schichterzeu gungseinrichtung angeordneten und dem mit dem Be schichtungs-Ausgangsmaterial versehenen Träger zuge wandten, Strahlung mit einem Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot erzeugenden Bestrahlungseinrich tung.
18. Anordnung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bestrahlungseinrichtung als eine, insbesondere mit
erhöhter Betriebstemperatur betriebene, Halogenlampe
ausgebildet ist.
19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18,
gekennzeichnet durch
eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines
im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Schichtauf
baus bzw. des Ausgangs-Schichtaufbaus gerichteten, die
sen im Einwirkungsbereich der Bestrahlungseinrichtung
überstreichenden, insbesondere trockenem und kalten,
Gasstromes mit hohem Impuls.
20. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Mittel zur Einstellung der Strahlungsleistung, insbeson
dere Verstellmittel zur Präzisionsverstellung mindestens
einer Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
gekennzeichnet durch
eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Strahlungs
leistung der Bestrahlungseinrichtung.
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