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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines schichtartigen
Bauteils, bei dem das Bauteil auf einem Substrat durch Beschichten
erzeugt wird und das Bauteil von dem Substrat getrennt wird, wobei
vor der Erzeugung des Bauteils das Substrat mit einer Opferschicht
versehen wird und die Trennung des Bauteils von dem Substrat durch
selektive Auflösung
der Opferschicht erfolgt.
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Gemäß der WO
99/54942 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Hochtemperatursupraleiter als
schichtartiges Bauteil auf einem geeigneten Substratbauteil durch
Beschichten erzeugt wird. Das Substratbauteil besitzt als Oberfläche für die Beschichtung
eine Opferschicht, die aus Strontiumoxid besteht. Nach der Herstellung
des schichtartigen Bauteils aus dem Hochtemperatursupraleiter wird
die Opferschicht in Wasser oder Alkohol aufgelöst, so dass das schichtartige
Bauteil vom Substrat getrennt wird.
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Ein ähnliches
Verfahren ist auch aus der
US 4,530,739
A bekannt. Bei dem Verfahren gemäß diesem Dokument wird ein
schichtartiges Bauteil in Form eines endlosen Bandes auf einer als
Substrat dienenden, sich drehenden Walze hergestellt. Zu diesem
Zweck taucht die sich drehende Walze in ein galvanisches Bad ein,
aus dem das herzustellende Bauteil auf der Walze abgeschieden wird.
Sobald das schichtartige Bauteil die gewünschte Dicke erreicht hat,
wird dieses von der Walze abgezogen und beispielsweise auf einer
Vorratsrolle aufgewickelt.
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Der
Ablöseprozess
des schichtartigen Bauteils von der Substratwalze wird hier durch
eine Beheizung bzw. Kühlung
des schichtartigen Bauteils und der Substratwalze unterstützt. Aufgrund
der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der
Substratwalze und des erzeugten schichtartigen Bauteils entsteht
nämlich
aufgrund verzerrungsbedingter Gitterspannungen in dem Gefüge der Substartwalze
und des schichtartigen Bauteils entlang ihrer gemeinsamen Grenzfläche ein
Stress, der die Bindungen der Atome in der Grenzfläche schwächt und
so eine Trennung des schichtartigen Bauteils von der Substratwalze
durch Abziehen erleichtert oder sogar bewirkt. Die Wirksamkeit der
unterstützenden
Wirkung einer Erwärmung
oder Kühlung
auf den Trennvorgang hängt
vorrangig von dem Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Substratwalze und des schichtartigen Bauteils ab.
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Ein
anderes Verfahren zur Herstellung eines schichtartigen Bauteils
ist aus der
DE 199
36 941 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine so genannte vergrabene
Opferschicht durch Implantation von Wasserstoff mit einer bestimmten
Eindringtiefe erzeugt. Die Schicht, bestehend aus dem Bereich des Ausgangskörpers mit
dem implantierten Wasserstoff, kann selektiv aufgelöst werden,
so dass einerseits der abgetragene Ausgangskörper zurückbleibt und andererseits ein
schichtartiges Bauteil gewonnen wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen
eines schichtartigen Bauteils auf einem Substrat anzugeben, bei
dem eine Trennung des schichtartigen Bauteils von dem Substrat durch
Auflösung
einer Opferschicht vergleichsweise gut unterstützt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Opferschicht aus Kupfer, Nickel oder Zinn besteht und mittels
Methylsulfonsäure oder
einem Gemisch aus Phosphorsäure
und Propanol aufgelöst
wird. Voraussetzung für
das Gelingen des erfindungsgemäßen Trennvorganges
war das Auffinden eines Ätzmittels,
welches die Opferschicht stark angreift während das schichtartige Bauteil
gar nicht oder zumindest in so geringer Weise angegriffen wird,
dass die Funktion des Bauteils nicht darunter leidet, so dass dieses
nach der Trennung des schichtartigen Bauteils erneut mit der Opferschicht und
mit einem weiteren schichtartigen Bauteil beschichtet werden kann.
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Die
genannten Opferschichtmetalle haben in der Spannungsreihe der Elemente
ihren Platz bei den vergleichsweise unedlen Metallen, so dass sie elektrochemisch
vergleichsweise leicht aufgelöst werden
können.
Hierdurch gelingt die Trennung von Substrat und Bauteil, wenn letztere
aus sehr viel edleren Materialien gebildet sind (beispielsweise
YBCO oder Silber als zur Herstellung von YBCO geeignetes Substratmaterial).
Die Ätzmittel
eignen sich insbesondere gut für
Kupfer, Nickel oder Zinn.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass Substrat und Bauteil schonend voneinander
getrennt werden können,
indem die Opferschicht aufgelöst
wird. Hierdurch ist nach Auflösung oder
zumindest Anlösung
der Opferschicht ein besonders schonendes Abziehen des erzeugten schichtartigen
Bauteils von dem Sub strat und dem schichtartigen Bauteil durch Auflösen der
Opferschicht verringert bzw. vollständig aufgehoben werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung des Verfahrens wird die Opferschicht elektrochemisch
erzeugt. Dabei wird das Substrat in ein geeignetes galvanisches Bad
getaucht, was insbesondere bei einem bandförmigen Substrat besonders einfach
möglich
ist. Im letzteren Falle kann das Band nach Erzeugen der Opferschicht
in weitere elektrochemische Bäder
zur Erzeugung bzw. Ablösung
des schichtartigen Bauteils geführt
werden. Selbstverständlich
kann die Opferschicht auch auf andere Weise hergestellt werden. So
ist z. B. eine Beschichtung mittels PVD-Verfahren oder chemischer
Verfahren denkbar.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Substratband
ein texturiertes Gefüge
aufweist und die Opferschicht und das Bauteil durch quasiepitaktisches
Aufwachsen erzeugt werden. Hierdurch lässt sich vorteilhaft die Gefügetextur des
Substrates auf das schichtartige Bauteil übertragen, wobei dieses Übertragen
indirekt über
die Opferschicht erfolgt.
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Das
quasiepiktaktische Aufwachsen kann beispielsweise mittels PVD-Verfahren
oder auch durch galvanische Abscheidung erfolgen. Vorteilhaft lassen
sich auf diese Weise beispielsweise Hochtemperatursupraleiter (HTSL)
wie YBa
2Cu
3O
7 (YBCO) oder auch zur Abscheidung solcher
HTSL geeignete Substrate mit texturierter Gefügestruktur kostengünstig herstellen.
Ein Verfahren zum quasiepiktaktischen Aufwachsen von HTSL-Schichten ist beispielsweise
in der
DE 101 36 890
A1 beschrieben.
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Für die Trennung
von quasiepiktaktisch aufgewachsenen, schichtförmigen Bauteilen vom Substrat
lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren,
bei dem die Trennung durch den erzeugten Stress an der Grenzfläche zwischen
Substrat und Bauteil erleichtert wird, besonders vorteilbringend
anwenden. Aufgrund des Herstellungsprozesses, bei dem die Gefügetextur
vom Substrat auf das schichtartige Bauteil übertragen werden soll, ist
nämlich
auch die Haftung zwischen dem Substrat und dem erzeugten Bauteil bei
direkter Herstellung des Bauteils auf dem Substrat besonders groß, da die
Gefüge
von Bauteil und Substrat sozusagen wie der Schlüssel zum Schloss passen. Daher
wird erfindungsgemäß in einem
Zwischenschritt die Opferschicht hergestellt, wobei eine Verringerung
der Haftung zwischen den beiden zu trennenden Partnern durch Anlösen oder
Auflösen der
Opferschicht notwendige Voraussetzung dafür ist, dass insbesonders dünne schichtartige
Bauteile überhaupt
vom Substrat abgezogen werden können. Weiterhin
soll die zum Substrat gewandte Grenzfläche des schichtartigen Bauteils
einerseits wie auch die Substratoberfläche andererseits nach dem Trennungsprozess
möglichst
defektfrei die Gefügetextur abbilden,
damit zum Beispiel das Substrat mehrfach zum quasiepiktaktischen
Aufwachsen verwendet werden kann bzw. das schichtartige Bauteil
selbst ebenfalls als Substrat für
einen weiteren Produktionsschritt des quasiepiktaktischen Aufwachsens
Verwendung finden kann. Diese zumindest weitgehende Defektfreiheit
der Oberfläche
lässt sich
vorteilhaft erreichen, wenn die Trennung durch Auflösen der
Opferschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unterstützt wird.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung
beschrieben. Hierbei zeigt die einzige Figur schematisch eine Herstellungsanlage
zur Herstellung eines schichtartigen Bauteils und dessen anschließende Ablösung von
einem umlaufenden Substratband.
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In
der Figur ist eine Herstellungsanlage 11 dargestellt, in
der ein Substratband 12 von Transportwalzen 13 geführt und
angetrieben wird. Dieses Substratband 12 ist als Endlosband
ausgeführt
und läuft in
der Herstellungsanlage entsprechend der angedeuteten Pfeile um.
Die Herstellungsanlage weist eine Herstellungseinrichtung 14 und
eine Trenneinrichtung 15 für ein schichtartiges Bauteil
in Form eines Bandes 16 auf. Weiterhin ist auf dem Weg
des endlosen Substratbandes 12 von der Trenneinrichtung 15 zur
Herstellungseinrichtung 14 eine Konditioniereinrichtung 17 vorgesehen,
in der eine Opferschicht 12a auf das Substratband aufgebracht
wird.
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Das
Substratband 12 definiert einen Transportweg durch die
Herstellungsanlage 11, welcher durch die Konditioniereinrichtung 17,
die Herstellungseinrichtung 14 und die Trenneinrichtung 15 läuft. In
der Konditioniereinrichtung 17 wird eine Kupferschicht
als Opferschicht 12a in einem galvanischen Bad 18a erzeugt,
wobei auf diese Opferschicht eine Textur des Gefüges des Substratbandes 12 übertragen
wird. Die Herstellungseinrichtung 14 weist ein weiteres
galvanisches Bad 18b auf, in dem auf dem mit der Opferschicht 12a versehenen
Substratband 12 das Band 16 als texturierte Silberschicht quasiepitaktisch
aufwächst.
Anschließend
wird das Substratband 12 mit der Opferschicht und dem Band 16 in
ein Elektrolysebad 18c der Trenneichrichtung 15 geführt, in
dem mittels Methylsoulfonsäure (0,5–20%ig)
oder mittels eines Gemisches aus Phosphorsäure und Propanol im Verhältnis 3:1
die Opferschicht zwischen dem Substratband 12 und dem Band 16 aufgelöst wird.
Nach Durchlaufen des galvanischen Bades 18c kann das Band 16 daher
an einer der Führungsrollen 13 abgezogen
und auf einer Vorratsrolle 19 aufgerollt werden.
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In
den Kreisen 20, 21, 22 ist jeweils ein
Ausschnitt des erzeugten Bandverbundes als Schnitt vergrößert dargestellt.
Im Kreis 20 lässt
sich das Substratband 12 mit der aufgebrachten Opferschicht 12a erkennen.
Der Kreis 21 zeigt das Substratband 12 mit dem
hergestellten Band 16 als Schicht auf der Opferschicht 12a.
Im Kreis 22 ist zu erkennen, dass die Opferschicht 12a zwischen
dem Substratband 12 und dem Band 16 in dem Elektrolysebad 18c fast vollständig aufgelöst wurde.
Die brückenartigen
Reste der Opferschicht 12a sind schematisch dargestellt.