Verdampferschiffchen aus Keramik

Vakuummetallisierung mit Mischkeramik-Verdampferschiffchen

Neben optischen Eigenschaften ändert sich ebenfalls die Barriere des metallisierten Substrats gegenüber der des reinen Substrats. Dies betrifft vor allem die Durchlässigkeit für Gase, Fluide oder auch elektromagnetische Strahlung und wird unter anderem für Lebensmittelverpackungen eingesetzt. Eine Chipstüte schützt beispielsweise den Inhalt vor Feuchtigkeitsaufnahme sowie UV-Licht und ist andererseits auch undurchlässig für Fett und Aromen.

Eine weitere Anwendung besteht im Bereich „Electronics“. Durch Metallisierung kann die Herstellung von Kondensatorfolien vereinfacht werden. Aluminium stellt bei der Waferbeschichtung den Kristallisationskeim für Zinkschichten dar. Ebenso können Zink oder Silberschichten durch eine Aluminiumbeschichtung vor Oxidation geschützt werden. Auch werden die Gehäuse von Computern oder Smartphones häufig mit Metallschichten überzogen, die der elektromagnetischen Abschirmung der Elektronik dienen.

Für die Metallisierung stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Neben chemischer Gasphasenabscheidung, Kathodenzerstäubung oder dem Galvanisieren, spielt auch das thermische Verdampfen von Aluminium eine wichtige Rolle. Hierbei kommen sogenannte Verdampferschiffchen zum Einsatz. Die Metallisierung mit Verdampferschiffchen zeichnet sich insbesondere durch hohe Abdampfraten sowie eine gute Homogenität der aufgedampften Schicht aus.

Funktionsweise von Verdampferschiffchen

Verdampferschiffchen sind keramische Bauteile, die als Aufnahme für das zu verdampfende Metall, reines Aluminium, fungieren. Es handelt sich um elektrische Widerstandsheizer: durch Stromfluss werden das Verdampferschiffchen und ein Aluminiumdraht, der kontinuierlich zugeführt wird, unter Hochvakuum erhitzt, so dass der Draht zunächst schmilzt und dann verdampft. Durch spezielle Oberflächenstrukturierung und Textur bildet sich ein optimal über das Schiffchen verteiltes Schmelzbad aus und sorgt dadurch für eine homogene Abdampfwolke. Der Metalldampf schlägt sich dann auf ein über der Dampfwolke befindliches Substrat nieder.

Werkstoffe für Verdampferschiffchen

An Verdampferschiffchen werden verschiedene Anforderungen gestellt. Damit das Prinzip der Widerstandsheizung funktioniert, müssen sie elektrisch leitfähig sein, gleichzeitig benötigen sie einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand, um überhaupt erhitzt werden zu können. Des Weiteren ist eine Hochtemperaturbeständigkeit und Inertheit gegenüber Metallschmelzen notwendig. Um diese Eigenschaften zu vereinen, werden Mischkeramiken aus zwei oder drei Komponenten hergestellt.

Zweikomponentige Verdampferschiffchen enthalten Titandiborid und Bornitrid. Titandiborid weist bedingt durch seine Bindungsstruktur hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit auf und bleibt auch in NE-Metall-Schmelzen inert. Zudem verbessert es die Benetzbarkeit des Verdampferschiffchens durch flüssiges Aluminium und sorgt somit für ein großflächiges Schmelzbad. Beispielsweise im Einsatz zur Aluminiumbedampfung wird es von flüssigem Aluminium vollständig benetzt. Zudem ist Titandiborid elektrisch sehr gut leitfähig. Bornitrid wird als nichtleitendes Material hinzugefügt, um den elektrischen Widerstand des Verdampferschiffchens einzustellen.

Bei dreikomponentigen Mischkeramiken ist zusätzlich Aluminiumnitrid enthalten. Dieses hat eine sehr gute thermische Leitfähigkeit und ist daher insbesondere für große Verdampferschiffchen geeignet, damit diese homogen und schnell aufheizen. Gegenüber zweikomponentigen Verdampferschiffchen haben dreikomponentige Lösungen eine kürzere Lebensdauer und weisen geringere Abdampfraten und Korrosionsbeständigkeit auf. Während aber zugleich die Benetzbarkeit des Verdampfers deutlich verbessert ist und die Homogenität der aufgedampften Schichten größer ist. Das Einsatzgebiet von Dreikomponentenverdampfern liegt daher vor allem in der Kondensatorherstellung, da bei dieser eine besonders hohe Homogenität der Schichten gefordert ist.

Kundenindividuelle Lösungen/Anwendungen

Der Metallisierungsprozess lässt sich je nach Anforderung an das Trägermaterial recht flexibel anpassen. Die metallisierbaren Substrate können Kunststoff- oder Papierfolien, oder auch Kunststoffbauteile sein. Die aufgedampfte Schichtdicke ist außerdem  je nach Bedarf durch den Prozess einstellbar.