Neuartiger hoch-produktiver Prozess für robuste Schichten auf flexiblen Materialien

Eine Anordnung von Hohlkathoden wird in der Industrie schon erfolgreich eingesetzt für Beschichtungsbreiten bis zu 2,85 m
Quelle: Fraunhofer FEP
01.02.2018 Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP setzt in der Hochrate-Beschichtung von flexiblem Trägermaterial auf Magnetrons und insbesondere Hohlkathoden als Plasmaquelle. In diesen PECVD-Prozessen wird verstärkt daran gearbeitet, eine hohe Produktivität und den effizienten Einsatz in Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlagen zu optimieren.

Wearables, gebogene Displays oder Gebäudefassaden fordern immer häufiger bieg­bare, flexible Oberflächen mit ganz bestimmten Funktionen oder Eigenschaften. Dazu gehören neben Schichten zur Verminderung der Gaspermeation, zum Schutz vor Chemikalien, Strahlung oder mechanischer Belastung auch leitfähige Schichten, oder Schichten mit speziellen optischen Eigenschaften. Diese werden durch Beschichtung der Oberflächen mit dünnen funktionalen Schichten erreicht. Die Erhöhung der Produk­tivität und der Effizienz der Beschichtungsprozesse ist ein wesentlicher Schwerpunkt der anwendungsnahen Forschung.

Ein solcher Beschichtungsprozess ist die plasmagestützte chemische Gasphasenabschei­dung – PECVD. Das Fraunhofer FEP arbeitet verstärkt daran, PECVD-Prozesse für eine hohe Produktivität und den effizienten Einsatz in Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlagen zu optimieren. Diese erlauben die großflächige, kosteneffiziente Beschichtung von flexiblem Trägermaterial. Im Gegensatz zu etablierten Verfahren setzt das Fraunhofer FEP auf Magnetrons und insbesondere Hohlkathoden als Plasmaquelle.

Für siliziumhaltige Plasmapolymerschichten wurden dynamische Beschichtungsraten bis zu 3000 Nanometer pro Meter und Minute erreicht. Dieser Wert liegt um einen Faktor 5-10 über dem, was etablierte Verfahren, wie z. B. die Mikrowellen-PECVD erreichen. Plasmapolymerschichten bieten einen guten Schutz für darunterliegende Funktions­schichten gegen chemischen Angriff (Säuren und Salze) oder gegen mechanische Beanspruchung, wie sie z. B. im Wickelprozess bei der weiteren Verarbeitung der Materialien in Rolle-zu-Rolle-Verfahren auftreten.

Auch wurde nachgewiesen, dass die Wasserdampfdurchlässigkeit einer anorganischen Barriereschicht durch die Inline-Ab­scheidung einer polymerartigen Schutzschicht um bis zu 50 % verringert werden kann. Der Prozess erlaubt eine sehr feine Einstellung der Schichteigenschaften und der Beschichtungsrate in einem vorgegebenen Rahmen. Dies ermöglicht z. B. in Kombination mit Sputterverfahren die Inline-Abschei­dung mehrerer Schichten eines optischen Interferenzschichtsystems in einem Durch­gang und spart so Prozessschritte und damit Geld.

Als nächste Aufgabe sehen die Forscher die weitere Optimierung des Prozesses und der Schichten für verschiedene Anwendungsszenarien z. B. in flexiblen elektronischen Bauelementen. 

Kontakt: Ines Schedwill, Fraunhofer FEP
Ines.schedwill@fep.fraunhofer.de