PICVD
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SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
1<br />
Multifunktionsbeschichtungen für innovative<br />
Applikationen von Kunststoff-Substraten<br />
Kunststoff Substraten<br />
HiCotec<br />
Smart Coating Solutions<br />
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Dr. Markus Kuhr<br />
Schott HiCotec, HiCotec,<br />
Mainz
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
2<br />
Inhalt<br />
v Einleitung<br />
v Grundlagen der Kunststoffbeschichtung<br />
v <strong>PICVD</strong> (Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition)<br />
vTrends in der Kunststoffbeschichtung<br />
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SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
3<br />
SCHOTT in Mainz<br />
n Zentrale und Hauptwerk des SCHOTT Konzerns<br />
Ł Von hier aus werden die weltweiten Aktivitäten<br />
geleitet und koordiniert<br />
Ł Sitz der Corporate Functions und Services<br />
n Umsatz und Mitarbeiter<br />
Ł rund 18.700 Mitarbeiter weltweit<br />
Ł ca. 1,95 Milliarden Euro Weltumsatz<br />
n Otto-Schott-Forschungszentrum:<br />
Ł Europas modernste Glasforschungsstätte<br />
Ł Ideenschmiede für die Innovationen von SCHOTT<br />
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SCHOTT in Mainz
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
4<br />
SCHOTT AG und Kunststoffbeschichtung<br />
zur Veredelung von Glas- und Kunststoffprodukten<br />
auf Basis des <strong>PICVD</strong>-Verfahrens<br />
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Fiktion oder Realität ?<br />
Innovationsfelder z.B. Beschichtungstechnologien<br />
Ł Kaltlichtreflektoren<br />
Ł Energiesparlampen<br />
Ł Pharmafläschchen<br />
ŁKunststoff-Brillengläser<br />
ŁKunststoff-Displayabdeckungen<br />
ŁPET-Flaschen
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
5<br />
HiCotec hat zwei Hauptgeschäftsfelder –<br />
Lohn-Beschichtungen und <strong>PICVD</strong>-Anlagenbau<br />
Beschichtungen<br />
Mobilfunk Automotive<br />
• Handy<br />
• Smartphones<br />
• Autoradio/Navi.<br />
• Instrumentenabdeckungen<br />
• Blenden/Sensoren<br />
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HiCotec<br />
Filter<br />
• Mikroskope<br />
• Sensoren<br />
• Night Vision<br />
• Airbag Zünder<br />
<strong>PICVD</strong> / PVD<br />
Anlagenbau<br />
Ophthalmik Verpackung<br />
• <strong>PICVD</strong><br />
Beschichtungsanlagen<br />
für die<br />
Ophthalmikindustrie<br />
• <strong>PICVD</strong><br />
Beschichtungsanlagen<br />
für die<br />
Verpackungsindustrie
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
6<br />
Inhalt nhalt<br />
v Einleitung<br />
v Grundlagen der Kunststoffbeschichtung<br />
v <strong>PICVD</strong> (Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition)<br />
vTrends in der Kunststoffbeschichtung<br />
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SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
7<br />
Ziel ist es, die Vorteile beider Werkstoffe<br />
miteinander zu verbinden<br />
Glas<br />
hoher Kratzschutz<br />
Steifigkeit<br />
Gebrauchseigenschaften<br />
optischer Schichten sind<br />
standardisiert (chem.,<br />
UV, Korrosion)<br />
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Kunststoff<br />
neue Designmöglichkeiten<br />
Gewichtsreduzierung<br />
Sicherheit<br />
Integrierte Systeme<br />
Anmutung
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
8<br />
Die unterschiedlichen Kundenanforderungen<br />
können mit Hilfe der <strong>PICVD</strong>-Technologie mit nur<br />
einer Beschichtungstechnologie dargestellt<br />
werden.<br />
reflectivity (%)<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
uncoated lens (one side)<br />
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800<br />
wavelength (nm)<br />
Reflektivität eines beschichteten<br />
CR 39 Brillenglases<br />
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Schichtaufbau für optische Anwendungen<br />
auf Kunststoff-Substraten
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
9<br />
Multifunktionale Schichten auf Kunststoffen nach<br />
Kundenwunsch:<br />
“ Wunschtraum oder Realität “<br />
elektrische Eigenschaften<br />
Leitfähigkeit (antistatisch)<br />
Durchbruchspannung<br />
Biokompatibilität<br />
visuelle Eigenschaften<br />
Haze<br />
Newton‘sche Ringe<br />
Rißbildung (Temperaturbeständigkeit)<br />
Oberflächeneigenschaften<br />
Haptik<br />
Antihaft<br />
ETC (hydrophob, hydrophil)<br />
Reibung<br />
gute Haftung<br />
mechanische Eigenschaften<br />
Kratzfestigkeit<br />
Abriebfestigkeit<br />
Steifigkeit<br />
Reibung<br />
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chemische Eigenschaften<br />
Kraftstoffresistenz<br />
Permeationsbarriere<br />
(Diffusionssperre)<br />
Passivierungsschicht<br />
Korrosionsschutz<br />
optische Eigenschaften<br />
Transmission (spektral)<br />
Glanz<br />
Absorption<br />
Reflexion (spektral), AR, IR-Reflex, Spiegel<br />
UV-Beständigkeit<br />
Farbe -> Dekoration
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
10<br />
Standardverfahren zur Veredelung von Kunststoffflächen<br />
mit einer Multifunktionsschicht ist die<br />
Kombination aus verschiedenen Technologien !<br />
Lackierverfahren<br />
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Aufdampfen<br />
+ PVD-Verfahren +<br />
Mikro<br />
welle<br />
Si-<br />
Targ<br />
et<br />
Sub<br />
strat<br />
e<br />
Kathodenzerstäubung<br />
(Sputtern)<br />
Si-<br />
Targ<br />
et<br />
Zr-<br />
Targ<br />
et<br />
Plasma -Polymerisation
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
11<br />
Polymerartige und glasartige Schichten<br />
homogen oder als Gradient<br />
darstellbar durch die Verwendung von HMDSO<br />
PMMA<br />
Topcoat<br />
TiO2 SiO2 AS<br />
HV<br />
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CH 3<br />
AR<br />
H3C Si O Si CH3 CH 3<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
Cl<br />
HMDSO<br />
Cl<br />
Ti<br />
Cl<br />
Cl<br />
TiCl 4
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
12<br />
Nach dem Baukastenprinzip gibt es eine<br />
Standardisierung nach innen, eine Individualisierung<br />
nach außen, Stabilität der Struktur und Flexibilität in<br />
der Kombination.<br />
PMMA<br />
TiO 2<br />
SiO 2<br />
SiO x (AK)<br />
ETC<br />
ETC : F<br />
ETC : CH 4<br />
HV<br />
SiO x (Passiv)<br />
SiO x (Barr)<br />
PMMA<br />
PC COC CR39 PA MR7<br />
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Motorola Dekorationsspiegel<br />
PMMA<br />
PMMA
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
13<br />
Inhalt<br />
v Einleitung<br />
v Grundlagen der Kunststoffbeschichtung<br />
v <strong>PICVD</strong> (Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition)<br />
vTrends in der Kunststoffbeschichtung<br />
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SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
14<br />
Was ist <strong>PICVD</strong> ?<br />
Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition<br />
•Temperaturkontrolle<br />
CVD<br />
•Beschichtung von komlexen 3D-Substraten<br />
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Plasma<br />
<strong>PICVD</strong><br />
• geringe Temperatur und niedrige Energie beschädigt<br />
den Kunststoff nicht<br />
MW<br />
•hohe Beschichtungsraten, hohe Performance
CVD<br />
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
15<br />
Anlagentechnologie der <strong>PICVD</strong>-Beschichtung<br />
mit Einzelplatzkonzept für einfache Mengen-<br />
Skalierung:<br />
Plasma<br />
<strong>PICVD</strong><br />
MW<br />
Mikrowellen<br />
Substrat<br />
mbar<br />
Vacuumtechnologie<br />
Gas<br />
auslaß<br />
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Gas<br />
einlaß<br />
Microwellen<br />
generator<br />
Prozeß-<br />
Kontrolle<br />
Precursor &<br />
Gasversorgung<br />
<strong>PICVD</strong>: Plasma Impulse CVD
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
<strong>PICVD</strong> Produktionstechnologie in<br />
16<br />
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Bad Gandersheim
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
17<br />
Das Konzept der Einzelplatzstation / „Mini-Batch“<br />
ist einfach zu erweitern<br />
Dielektrisches<br />
Fenster<br />
MW<br />
Brillenglas<br />
(CR 39)<br />
HMDSO<br />
TiCl 4<br />
O 2<br />
MW<br />
Pumpe<br />
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mbar<br />
Vakuumtechnologie<br />
Mikrowellen Mikrowellen<br />
generator<br />
Prozess<br />
kontrolle<br />
Precursor &<br />
Gas<br />
Gas supply<br />
zuführung<br />
•Substrat wird im Reaktor platziert<br />
•Der Reaktor wird mit gasförmigen<br />
Precursoren durchströmt<br />
•Die Plasmazündung erfolgt durch Mikrowellenenergie<br />
•Aufspaltung des gasförmigen Precursors
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
18<br />
Mittels <strong>PICVD</strong> können sehr unterschiedliche<br />
Kunststoffmaterialien gebrauchstüchtig veredelt<br />
werden:<br />
Antireflex Beschichtung<br />
• SiO 2<br />
• TiO 2<br />
X +<br />
X<br />
e -<br />
PMMA:<br />
Antikratz-Schicht<br />
Haftvermittler<br />
PMMA-Substrate<br />
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R eflection [ %]<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
refractive index substrate: 1,59<br />
refractive index Antiscratch Layer: 1,47<br />
reflection uncoated substrate<br />
0<br />
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800<br />
Substrate<br />
PC:<br />
Wavelength [nm]<br />
Substrate
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
19<br />
Eine komplette Spezifikation enthält eine große<br />
Auswahl an verschiedenen Eigenschaften<br />
1/
SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
20<br />
• <strong>PICVD</strong> ist hervorragend zur optischen Beschichtung von<br />
Kunststoffsubstraten geeignet (Temperatureintrag -- Pulsbetrieb)<br />
• Produkte mit den unterschiedlichsten Funktionalitäten können mit nur<br />
einer Technologie hergestellt werden<br />
• PMMA Substrate können mit einer Plasma-Technologie langzeitstabil<br />
beschichtet werden<br />
• PC und andere Kunststoffe mit einem Brechungsindex höher als<br />
n = 1.50 innen können ohne optische Beeinträchtigung beschichtet<br />
werden<br />
• Hohe Flexibilität in Funktionalität und Materialarten<br />
• Kurze Entwicklungszyklen durch kurze Prozesszeit möglich<br />
• Kombinationen mit anderen Beschichtungstechnologien vorstellbar<br />
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21<br />
Inhalt<br />
v Einleitung<br />
v Grundlagen der Kunststoffbeschichtung<br />
v <strong>PICVD</strong> (Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition)<br />
vTrends in der Kunststoffbeschichtung<br />
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SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
22<br />
Anwendungsbereich Digitale Projektion :<br />
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SCHOTT AG Schott HiCotec<br />
23<br />
In der Zukunft ergeben sich neue Anwendungsfelder<br />
für die Beschichtung von Kunststoff-Bauteilen<br />
im Automobil<br />
Linsen für:<br />
- 3-D Cameras<br />
- Park-Kontrolle<br />
(ebenso Handy,<br />
Kameras, ...)<br />
Linsen für<br />
Head-up Displays<br />
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4Großflächige Multifunktions-Displays (z.B. für<br />
Navigation, Telefone und Klima-Kontrolle wird<br />
Standard in einigen Modell-Reihen)<br />
Linsen für:<br />
-Abstandskontrolle
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24<br />
Neben der Entwicklung neuartiger<br />
Funktionsschichten ist eine optimale<br />
Auslegung einer Prozess-Kette zur Veredelung<br />
von Beschichtungsprodukten notwendig.<br />
Prozess Kette<br />
Tempern Waschen Handling<br />
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Coating<br />
Measure<br />
Test<br />
Packaging
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