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Verfahren zum Herstellen eines aus Bimetallschuppen bestehen-
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den Schuppenbelages auf einem Glas substrat Zusatzpatentanmeldung
zu Patent ... (Patentanmeldung 28 42 400.2) Die Erfindung betrifft ein Verfahren,
wie es dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist Im oben genannten
Hauptpatent ist ein als schwarzer Körper wirkender Solarenergiekollektor beschrieben,
der einen zum Strahleneinfang dienenden Linsenraster mit auf seiner Rückseite angebrachter,
reflektierender Oberfläche enthält, so daß die von der der Strahleneinfangsseite
abgewandten Seite des Linsenrasters einfallende Lichtstrahlung nicht wieder aus
dem Solarenergiekollektor hinausgelangen kann. Andererseits fokussiert jede Linse
des Linsenrasters die hierauf einfallende Strahlung auf Strahlungspassagen in dieser
reflektierenden Oberfläche, so daß der Weg zum Absorber freigegeben wird. Bei Fokussierung
werden diese Strahlungspassagen in der reflektierenden Oberfläche durch die bei
Fokussierung wirksam werdende Energie selbst von Fall zu Fall bereitgestellt, indem
ein Bimetallschuppenbelag in der Brennpunktebene des Linsenrasters angeordnet ist.
Bei Fokussierung der einfallenden Strahlung heben sich sich dann die jeweiligen
Bimetallschuppen zur Freigabe der betreffenden Strahlungspassage ab, während alle
übrigen Bimetallschuppen in ihrer Ruhelage verbleiben und damit die vom Absorber
zurückgeworfenen Strahlungsanteile wieder hierauf reflektieren. Einer Linse des
Linsenrasters können dabei jeweils etwa 100 Bimetallschuppen zugeordnet sein.
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Im genannten Hauptpatent sind zwar bereits Verfahren beschrieben,
mit deren Hilfe ein Bimetallschuppenbelag auf ein Glassubstrat
aufgebracht
werden kann, jedoch läßt sich der hiermit verbundene Aufwand noch wesentlich herabsetzen,
so daß eine äußerst wirtschaftliche Herstellung von Solarenergiekollektoren bereitgestellt
wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein wirtschaftliches
Herstellungsverfahren für ein mit einem Bizetallschuppenbelag versehenes Glassubstrat
bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1 zu entnehmen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren stützt sich also auf an sich
aus der Halbleitertechnik bereits bekannte Verfahrensschritte. Die Erfindung selbst
führt zu einem vorteilhaften Verfahren, das die automatische Herstellung von Sonnenenergiekollektoren
in großen Stückzahlen ersöglicht.
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Die Trennung der einzelnen Bimetallschuppen aus der auf dem Glassubstrat
aufgebrachten Metallbeschichtung läßt die Anwendung verschiedener Verfahrensschritte
zu. So kann einmal mit Hilfe einer photolithographischen methode ein Trennfugennetz
aus der Metallbeschichtung ausgeätzt werden oder aber auch andererseits ein Laserstrahlschneiverfahren
Anwendung finden, -n ein derartiges Trennfugennetz anzubringen. Mit beiden Methoden
sind dank der Erfindung gute Resultate zu erzielen -Die Metallbeschichtung als solche
läßt sich in vorteilhafter Weise durch Aufdampfen vornehmen, da hiermit zufriedenstellend
dichte Überzüge zu erzielen sind. Dabei versteht es sich am Rande, daß zur betriebszuverlässigen
Befestigung der Bimetallschuppen auf dem Glassubstrat das Glas substrat an den betreffenden
Stellen vorteilhaft vor in Betriebnahme des Aufdampfvorgangs in an sich bekannter
Weise nach Sensibilisierung zusätzlich mit einer Haftvermittlungsschicht versehen
werden kann. Diese Haftvermittlungsschicht selbst ist äußerst dünn, d. h., sie besitzt
eine Dicke von etwa maximal 10O nm.
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Die die Bimetallschuppen definierenden Rillen brauchen nicht unbedingt
orthogonal zueinander zu verlaufen, sondern können vielmehr auch in einet spitzen
Winkel zueinander liegen. Dabei ist es unbeachtlich, ob die Bimetallschuppen alle
die gleiche Umrißform besitzen. Es -aß lediglich gewährleistet sein, daß das Glassubstrat
lückenlos von den Bimetallschuppen überdeckt wird. Bei Anwendung des LaserstrahlschneidverEabrens
ist auch in diese Falle gewährleistet, daß die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens
nicht wesentlich beeinträchtigt werden kann, Auch in der bereits ia Hauptpatent
erwähnten Druckschrift "IBM Technical Disclosure Bulletin" Bd. 13, Nr. 3, August
1970, Seiten 603 und 604, wird ein Verfahren beschrieben, um ein dielektrisches
Substrat mit einer Schuppenplatte zu überziehen, Hierzu werden zwar ebenfalls photolithographische
Verfahren zur Aussonderung der einzelnen Metallschuppen des Schuppenbelages angewendet,
jedoch wird das zur Auflösung und Abtragung unterhalb der einzelnen Metallschuppen
aufgetragene Material über die Trennfugen zwischen den einzelnen Metall-Schuppen
und den Befestigungsgebiedeten des Neta 1 ls chuppenbelages in Ruhelage der Metallschuppen
abgetragen. Damit das Lösungsmittel unterhalb der Metallschuppen wirksam angreifen
kann, ntuß bei diesen bemannten Verfahren eine Mindestbreite der Metallschuppentrennfugen
eingehalten werden, damit nicht verbleibende Reste untereeb der Metallschuppen die
Wirksamkeit der nit der Metallschuppenbaueiheit zu erstellenden Anordnung beeinträchtigen
tonnen. Andererseits können Jedoch zu große Trennfugen zwischen den einzelnen Bimetallschuppen
in der erfindungsgeääß hergestellten Anordnung von großem Nachteil sein, da dann
die Wirksamkeit des hiermit zu erstellanden Solarenergiekollektors als schwarzer
Körper in erheblichem Maße herabgesetzt wird.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens braucht in vorteilhafter
Weise kein Mindestabstand zwischen den einzelnen Bimetallschuppen eingehalten zu
werden, d. h. die Trennfugengröße
ist hinsichtlich der Ablösung
der unterhalb der Bimetallschuppen befindlichen-Lackreste unbeachtlich, da ja zur
Abtragung der Lackschichtreste die Bimetallschuppen unter der Wirkung der Arbeitstemperatur
des Lösungsmittels abgehoben-werden, so daß ein im wesentlicher freier Zugang des
Lösungsmittels zu den in Ruhelage unterhalb der Bimetallschuppen liegenden Lackschichtbereiche
gewährleistet ist. Da außerdem noch gegenüber der bekannten Anordnung die Bimetallschuppen
ohne Zwischenbereiche dicht aufeinanderfolgend und aneinandergereiht vorgesehen
werden können, wird auch dadurch noch die Wirksamkeit des beschichteten Glassubstrats-bei
der vorgesehenen Verwendung erhöht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung
mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 7 jeweils sowohl im Draufsichtteilausschnitt als bis
3 auch im Querschnittsteilausschnitt in den verschiedenen Verfahrensgängen beschichtete
Glassubstrate gemäß der Erfindung, Fig. 4 einen Querschnittsausschnitt einer unter
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Anordnung mit unter Temperatureinwirkung
abgehobenen Bimetallschuppen.
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Zum Auftragen eines Bimetallschuppenbelages auf das Glassubstrat 1
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein hoch gereinigtes Glas substrat
1 auf der zu beschichtenden Oberfläche sensibilisiert und aktiviert, um das Aufdampfen
einer Haftvermittlungsschicht, vorzugsweise bestehend aus Chrom, zu erleichtern.
Diese maximal etwa 100 nm dicke, in den Zeichnungen nicht angedeutete Haftvermittlungsschicht
wird mit Hilfe eines Maskenverfahrens nur in denjenigen Oberflächenbereichen
des
Glassubstrats 1 niedergeschlagen, in denen die noch aufzubringenden Bimetallschuppen
mit dem Glas substrat 1 fest in Verbindung stehen sollen. Mit anderen Worten, die
Glasplatte wird in Abständen von Bimetallschuppenlänge mit parallel zueinander verlaufenden,
0,1 mm breiten Haftvermittlungsstreifen, bestehend z. B. aus einer äußerst dünnen
Chromschicht von beispielsweise 30 nm Dicke, bedeckt. Anschließend wird dann wiederum
mit Hilfe eines Maskenverfahrens ein 1 um dicker Lackfilm 2 auf das Glassubstrat
1 aufgetragen (Fig. 1), wobei die vorher zur Haftvermittlung aufgetragenen Chromdünnfilm-Streifen
unbedeckt bleiben, so daß dann die Lackschicht 2 mit parallel zueinander liegenden
Nuten 3 durchsetzt ist.
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Der Nutenabstand entspricht dabei, wie gesagt, der vorgesehenen Bimetallschuppenlänge.
Diese Lackschicht 2 låt sich beispielsweise mit einem der bekannten Druckverfahren
aufbringen.
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Uber die mit den Nuten 3 versehene Lackschicht 2 wird dann ganzflächig
eine 1 um dicke Aluminiumschicht aufgedampft, die sich mit den Chromdünnfilmstreifen
in den Lackschichtnuten 3 äußerst wirksam verbindet, so daß ein fester Zusammenschluß
für eine zuverlässige Haftung zwischen Glassubstrat und Metallbeschichtung gewährleistet
ist. Im nächsten Verfahrensschritt wird über eine Blockmaske ein Kupferbelag 5 mit
einer Dicke von 1,3 um aufgetragen. Dieser Kupferbelag 5 wird in Streifenform aufgedampft,
und zwar so daß sich 0,5 mm breite Streifen, parallel zu den Lackschichtnutzen verlaufend,
ausbilden. Die Lage der Kupferbelagstreifen 5 ist dabei so gewählt, daß sie, die
darunterliegenden Lackschichtnuten 2 überdeckend, mit ihrer einen Kante in etwa
mit dem Nutenrand abschneiden (Fig. 2). Damit ist gewährleistet, daß auch die Kupferbelagstreifen
5 jeweils mit einem Rand oberhalb der darunterliegenden Haftvermittlungsschicht
zu liegen kommen, so daß nunmehr ein Glassubstrat 1 mit einer Metallbeschichtung
4, 5 vorliegt, die noch in die einzelnen Bimetallschuppen 8 zerlegt werden und von
der Lackschicht 2 befreit werden muß.
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Hierzu stehen mehrere Weg offen. Eine erste Möglichkeit besteht darin,
daß mit Hilfe eines entsprechend geführten Laserstrahls ein Rillennetz in die Metallbeschichtung
4, 5 eingebracht wird. Das Rillennetz besteht aus unter einem Winkel zueinander
verlaufenden Rillen 7 (Fig. 3), die jeweils parallel zueinander liegen. Die eine
Rillenschar wird, parallel zu den Lackschichtnuten 3 verlaufend, derart in die Aluminiumschicht
04 eingebracht, daß unter Bildung von 10 pm breiten Rillen 7 jeweils mit dem Kupferbelagstreifen
5 abschneidend die Lack schicht 2 freigelegt wird. Die so die Aluminiumschicht durchsetzenden
Rillen 7, die wie aus Fig. 3 ersichtlich als Beispiel orthogonal zu der anderen
Rillenschar ausgerichtet sind, liegen in etwa oberhalb der Lackschichtnutenkante
2, Per Abstand Von Rille 7 zu Rille 7 beträgt etwa 2 mm. senkrecht hierzu werden
dann die anderen Rillen 7 in Abständen von 0,5 mm eingebracht.
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Nach Abschluß des Laserschneidvorgangs liegt dann ein Glassubstrat
vor, das mit Bimetallschuppen 8 bedeckt ist. Es muß jedoch dann noch die Lackschicht
2 abgetragen werden.
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Hierzu wird das so beschichtete Glas substrat f in ein organisches
Lösungsmittel eingetaucht, z. B. bestehend aus einem der chlorierten Phenole, und
bei einer Temperatur unterhalb der Aufdampfungstemperatur der Metallbeschichtung
behandelt, so daß der Lack unter den Bimetallschuppen 8 aufweicht, Anschließend
wird dann die Lösungmitteltemperatur auf 20 bis 50 OC über die Aufdampfungstemperatur
erhöht, so daß dabei die Bimetallschuppen 8 von der darunter liegenden Lackschicht
2 abheben und ein vollständiges Ablösen des Lacks ermöglichen.
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Durch Spülen werden dann die Lackschichtreste beseitigt.
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Bei einer anderen Möglicheit zur Heraustrennung der Bimetallschuppen
8 aus der Metallbeschicht 4, 5 wird zunächst eine 1 bis 2 pa dicke Photolackschicht
ganzflächig auf das metallbeschichtete Glassubstrat 1 aufgebracht. Hierin werden
dann nach Belichtung und Entwicklung 10 pm breite, parallel zueinander verlaufende
Rillen 7 in senkrecht zueinander liegenden
Richtungen eingebracht.
Auch hier wiederum liegen die parallel zu den darunter liegenden Lackschichtnuten
3 verlaufenden Rillen 7 jeweils unmittelbar hinter den Kupferbelagstreifen 5 oberhalb
der Lackschichtnutenkante. Letzt genannte Rillen 7 besitzen ebenfalls einen Abstand
von etwa 3 mm zueinander. Die senkrecht hierzu verlaufenden Rillen 7 weisen einen
Abstand von 0,5 mm auf. Anschließend wird dann über die Rillen 7 die Aluminium bzw.
Kupfer-Aluminium-Beschichtung in den Rillen 7 abgeätzt, so daß die einzelnen Bimetallschuppen
nunmehr isoliert voneinander, auf der Glassubstratoberfläche befestigt, vorliegen.
Die Bimetallschuppen 8 selbst können auch zueinander versetzt angeordnet werden
und/oder dabei mit zueinander unterschiedlichen Umrißformen ausgestattet sein.
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Zur Fertigstellung der mit einem Schuppenbelag versehenen Glassubstrate
1 müssen nun noch Lackschicht 2 und Photolackschicht 6 abgetragen werden. Hierzu
wird das beschichtete Glassubstrat 1 in ein organisches Lösungsmittel eingetaucht,
das ebenfalls wieder aus chloriertem Phenol bestehen kann, um bei einer Temperatur
unterhalb der beim Aufdampfen des Glassubstrats 1 angewendeten Temperatur behandelt
zu werden.
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Bei diesem Vorgang wird die obere Photolackschicht 6 abgelöst und
der unter dem Bimetallschuppen 8 befindliche Lack aufgeweicht. Im Anschluß daran
wird die Lösungsmitteltemperatur auf 20 bis 50 OC über die zuvor bei Bedampfung
angewendete Temperatur erhöht, so daß sich hiermit die Bimetallschuppen 8 von der
unteren Lackschicht 2 abheben und somit ein vollständiges Ablösen des Lacks ermöglichen,
da so das Lösungsmittel freien Zugang zu den Lackschichtresten hat.
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In Abbildung 4 ist ausschnittsweise ein mit Bimetallschuppen 8 versehenes
Glassubstrat 1 im Querschnitt gezeigt. Die aus der unteren Aluminiumlage 4 und der
darüber liegenden Kupferlage 5 bestehenden Bimetallschuppen 8 sind dabei unter entsprechender
Temperatureinwirkung
vom Glas substrat 1 abgehoben gezeichnet, so daß sich hiermit die Wirksamkeit des
abschließenden Verfahrenganges ohne weiters ersehen läßt.
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Dank der Haftvermittlungsstreifen liegt eine wirksame und zuverlässige
Befestigung der Bimetallschuppen 8 am Glassubstrat 1 vor, die selbst erhöhten Betriebsbeanspruchungen
standhält.