Eine Vakuum-Beschichtungsanlage, auch bekannt als Dünnfilm-Beschichtungsanlage, ist ein Gerät, mit dem eine dünne und gleichmäßige Schicht auf die Oberfläche eines Substrats aufgetragen wird. Dieser Prozess wird in einer Vakuumkammer durchgeführt, um eine Umgebung mit Unterdruck zu schaffen.
Bei der Vakuumbeschichtung werden physikalische oder chemische Aufdampfverfahren eingesetzt. Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist eine Methode, bei der das Beschichtungsmaterial einen Phasenwechsel von einer kondensierten Phase zu einer Gasphase und dann zurück zu einer kondensierten Phase durchläuft, um einen dünnen Film zu bilden. Zu den gebräuchlichsten PVD-Verfahren gehören die Sputter-Deposition und die Vakuumverdampfung.
Eine Vakuumbeschichtungsanlage besteht aus mehreren wesentlichen Komponenten:
1. Vakuumkammer und Beschichtungsanlage: Die Kammer besteht in der Regel aus rostfreiem Stahl und ist so konzipiert, dass sie der Vakuumumgebung standhält. Sie ist mit Flanschschnittstellen ausgestattet und ist der Ort, an dem der Beschichtungsprozess stattfindet.
2. Teil zur Erzeugung des Vakuums: Dieser Teil ist für die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums in der Kammer verantwortlich. Dazu werden verschiedene Pumpen wie mechanische Pumpen, Roots-Pumpen und Molekularpumpensysteme verwendet, um das gewünschte Vakuumniveau zu erreichen.
3. Teil Vakuummessung: Dieser Teil umfasst verschiedene Arten von Vakuummessgeräten, die zur Messung des Drucks in der Vakuumkammer verwendet werden. Unterschiedliche Prinzipien und Anforderungen diktieren die Verwendung verschiedener Vakuummessgeräte, wie Thermoelemente, Ionisationsmessgeräte und Pirani-Messgeräte.
4. Stromversorgungs-Teil: Die Stromversorgungskomponente liefert die notwendige elektrische Energie für den Beschichtungsprozess. Zielstromversorgungen, wie Gleichstrom-, HF-, Impuls- und ZF-Stromversorgungen, werden üblicherweise in Vakuumbeschichtungsanlagen verwendet.
5. Prozessgas-Eingabesystem: Prozessgase wie Argon, Krypton, Stickstoff, Acetylen, Methan, Wasserstoff und Sauerstoff werden der Vakuumkammer über ein System zugeführt, das Gasflaschen, Druckminderventile, Durchflussmesser und Magnetventile umfasst. Dieses System ermöglicht eine präzise Steuerung des Gasflusses während des Beschichtungsprozesses.
6. Mechanischer Übertragungsteil: Um eine gleichmäßige Schichtdicke zu gewährleisten, müssen das Substrat und die Beschichtungsmaterialien während des Beschichtungsvorgangs mehrfach gedreht werden. Dieser Teil umfasst Mechanismen zum Drehen des Werkstücktisches, des Lagertisches und des Werkstücks selbst.
7. Heizung und Temperaturmessung: Heizelemente werden zum Erhitzen des Substrats oder der Beschichtungsmaterialien verwendet, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Thermoelemente werden zur Messung und Kontrolle der Temperatur während des Beschichtungsprozesses eingesetzt.
8. Ionenverdampfungs- und Sputtering-Quelle: Diese Quellen werden verwendet, um das Beschichtungsmaterial entweder in verdampfter oder zerstäubter Form zu erzeugen. Beim Multi-Arc-Plating werden in der Regel runde oder rechteckige Targets verwendet, während beim Magnetron-Sputtern rechteckige oder zylindrische Sputterkathoden zum Einsatz kommen.
9. Wasserkühlung: Um eine Überhitzung der Komponenten zu verhindern, ist ein Wasserkühlsystem in die Vakuumbeschichtungsanlage integriert. Dieses System umfasst in der Regel einen Kaltwasserturm, eine Eiswassermaschine und eine Wasserpumpe.
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