DK156776B - Fremgangsmaade ved fremstilling af en elektrisk leder - Google Patents

Description

i

DK 156776 B

Opfindelsen angâr en fremgangsmâde ved fremstil-ling af en elektrisk leder, egnet til transmission af multifrekvente signaler, ved hvilken fremgangsmâde der anvendes et i hovedsagen oxygenfrit kobbermateriale med 5 et oxygenindhold pà ikke mere end 50ppm, fortrinsvis hojst 15ppm, og mere foretrukket hojst 5ppm.

Det er kendt, at en elektrisk leder almindelig-vis fremstilles af en af to arter kobber: raffinadekob-ber, sâkaldt tough pitch copper (TPC) og oxygenfrit 10 kobber (OFC). Kobberet bearbejdes sædvanligvis sâ det fâr cirkulært eller rektangulært tværsnit eller i form af en folie, og derefter til fremstilling af lederen rekrystalliseres ved udglodning ved en temperatur mel-lem 300 og 600°C.

15 For nylig har man forstâet, at en elektrisk le der fremstillet af OFC i en transmissionslinie til et multifrekvent audiosignal specielt som en indre trâdle-der eller som en hojttalertrâdleder i et audioapparat, er meget bedre end en, fremstillet af TPC. Det menes, 20 at àrsagen hertil er, at ledningsevnen for OFC er hoje-re end for TPC. Ud fra denne antagelse ansâs det, at der kunne opnâs bedre lydsignaler ved at foroge tvær-snitsarealet af en leder. Det har imidlertid ved forsog vist sig, at lydkvaliteten ikke ændres ret meget, nâr 25 lederens tværsnitsareal ændres.

Disse betydningsfulde undersogelsesresultater, der omtales i det folgende, blev opnâet ved studiet af forholdet mellem tonekvaliteten for et audioapparat og en elektrisk leder, der anvendtes deri.

30 Metallisk kobber bestâr i den almindelige til- stand af et antal fine krystaller, og oxygen i kobberet findes langs krystalgrænserne hovedsageligt i form af kuprooxid, der er en naturlig halvleder. Tilstedeværel-sen af en sâdan kuprooxid betyder derfor, at der er 35 spredte kapacitanser tilkyttet hvert korn bâde som en parallelkapacitans over kornet og en seriekapacitans mellem tilstodende korn.

DK 156776B

2

Den dielektriske virkning af kuprooxid langs krystalgrænserne foroger storrelsen af de spredte kapacitanser. Desuden ændres storrelsen af de spredte kapacitanser afhængigt af frekvensen. Polgelig bliver 5 et audiosignal omfattende hoj frekvente komposanter ud-sat for faseforvrængning og en dæmpning af amplituden pâ grund af denne iboende kapacitans. Sâdan faseforvrængning og dæmpning kan opfattes gennem oret.

I en elektrisk leder af OFC fremstillet ved ud-10 glodning ved en temperatur pâ omkring 400°C er middel-kornstorrelsen af krystallerne omkring 20 pm. Det mà sâledes tages i betragtning, at der findes omkring 50.000 kapaciteter pr. meter i længderetningen pà en sâdan leder. Pâ den anden side findes der i en leder 15 fremstillet af TPC omkring 150.000 kapaciteter pr. meter, fordi diametren af krystalkorn i TPC er omkring en tredjedel til en fjerdedel af diametren for OPC.

Denne kendsgerning medforer, at brugen af en OPC-leder giver en bedre lydkvalitet end den, der opnâs 20 med TPC. Dette gælder ikke blot audiosignaler, men ogsâ video- og andre signaler.

En elektrisk leder af OPC er méget bedre end en leder af TPC med hensyn til transmission af multifrek-vente signalkomposanter. En OFC-leder indeholder imid-25 lertid stadig, som ovenfor anfort, en stor mængde kuprooxid langs krystalkornenes grænser, og derfor har den utilstrækkelig kvalitet til opnâelse af optimale transmissionsegenskaber.

Det er kendt at foretage dyrkning af enkeltkry-30 staller af diverse metaller, men især af polykrystal-linske stoffer, som primært bruges inden for halvleder-industrien. Der kan f.eks. være taie om Ti2Ni, Si,

TigSig, osv.

Som eksempel herpâ kan der henvises til US pa-35 tentskrift nr. 3.352.722, der handler om en metode, som gâr ud pâ at opvarme râmaterialet til en temperatur un- 3

DK 156776 B

der smeltepunktet for materialet, i en inert atmosfære, og at afkole materialet, hvorpâ disse to behandlings-trin gentages mindst én gang pr. minut.

En fremgangsmâde af den indledningsvis angivne 5 art adskiller sig fra den kendte teknik ved, at dette kobbermateriale opvarmes i en inaktiv atmosfære ved en temperatur, der er hojere end 800°C, fortrinsvis hojere end 850°C, men under kobbers smeltepunkt, i mindst 15 minutter fortrinsvis mindst 30 minutter til dannelse af 10 store kobberkrystaller.

Der opnâs herved kobberkrystaller med middeldia-meter pâ 400-500ym og dermed mulighed for ved f.eks. koldtrækning eller koldvalsning at fremstille en elek-trisk leder, der er bedre end den kendte elektriske le-15 der af OFC ,med hensyn til transmissionsegenskaber for hojfrekvente signaler.

Dette beror pâ, at et sâledes fremstillet kobbermateriale med "stor"-krystaller, som f.eks. har en middeldiameter pâ omkring 400 pm, har bedre multifrek-20 vente transmissionsegenskaber, fordi antallet af kry-stalgrænser er formindsket. Det viser sig, at antallet af krystalgrænser i længderetningen reduceres yderlige-re ved strækning af stor-krystallerne i længderetningen, hvilket resulterer i fremstillingen af en elek-25 trisk leder med særlig gode multifrekvente transmissionsegenskaber.

Det kobber, der kan benyttes i den foreliggende opfindelse, er et oxygenfrit kobber (OFC) med et oxyge-nindhold pâ ikke mere end 50 ppm, fortrinsvis ikke mere 30 end 15ppm og endnu bedre ikke mere end 5 ppm. Hvis kobber med et oxygenindhold pâ fra 300 til 500 ppm opvarmes til en temperatur over 800°C, har kuprooxidet til-bojelighed til at koncentrere sig langs krystalgrænser-ne, hvilket forhindrer væksten af store kobberkrystal-35 1er og medforer frembringelsen af en elektrisk leder, der er meget sprod, og som let knækker ved b0jning.

DK 156776B

4

Det er almindelig kendt, at OFC kan udglodes ved en temperatur mellem 300 og 600 eC og anvendes som en elektrisk leder. Middelkrystaldiametren i den sâledes fremstillede kobbertrâd er imidlertid sædvanligvis mel-5 lem 15 og 25 μπι (OFC i denne tilstand betegnes herefter som "OFC-A").

Hvis OFC derimod opvarmes i en inaktiv atmosfære til en temperatur, der er over 800°C, vokser krystal-lerne gradvis, og nâr temperaturen kommer op pâ 900°C, 10 er der dannet storkrystaller med en middel krystaldia-meter pâ fra 400 til 500 ym (OFC i storkrystaltilstan-den betegnes herefter som "GC-OFC"). I dette tilfælde findes der omkring 2000 krystaller pr. meter af lede-ren, og sâledes er antallet af krystalgrænser forminds-15 ket til omkring en tyvendedel af den i OFC-A, hvilket giver en tilsvarende reduktion af den totale kapaci-tans. Den resulterende elektriske leder har sâledes bedre multifrekvente transmissionsegenskaber.

Yderligere bemærkelsesværdigt er det, at hvis 20 GC-OFC strækkes ved trækning, sâ antager krystallerne en lineær orientering i form af lange fibre og omdannes til retliniede krystaller (OFC i denne tilstand betegnes herefter som "LC-OFC").

Krystallerne bliver orienterede i en næsten ret-25 liniet form ved en reduktionsbearbejdning til omkring 1/4 diameter og til en fuldstændig retliniet form ved en reduktionsbearbejdning til omkring 1/10 diameter.

Hvis LC-OFC f.eks. strækkes ved en reduktionsbearbejdning til omkring 1/10 diameter, strækkes de individuel-30 le korn til 100 gange deres oprindelige længde og fâr en længde pâ omkring 50mm. Dette betyder, at der kun findes 20 krystaller pr. meter af lederen.

Den elektriske leder ifolge opfindelsen er sær-lig egnet til transmission af multifrekvente signaler 35 og kan derfor anvendes som leder i et koaksialkabel, et hojttalerkabel, en hojttalerspole, en transformerspole,

DK 156776E

5 en bândoptagerspole, som kondensatorledninger, lednin-ger til modstande og som en leder pâ et trykt kredslob, der benyttes i audio- og videoapparater. Desuden kan lederen ifolge opfindelsen anvendes som en leder i ho j-5 hastigheds digitale kredse, og er særlig hensigtsmæssig som signaltransmissionskabel eller interfacekabel f.eks. i et informationsbehandlingsapparat sâsom en datamat.

Opfindelsen forklares mere detaljeret med hen-10 visning til folgende eksempler.

Eksempel 1 OFC med et oxygenindhold pà 5 ppm blev bearbej-det ved sædvanlig fremgangsmâde til en kobbertrâd med 15 en ydre diameter pâ 1,8 mm. Denne kobbertrâd blev re-krystalliseret ved opvarmning i en argonatmosfære ved en temperatur pâ 900°C i 90 minutter og afkoledes de-refter til frembringelse af en GC-OFC-trâd med en mid-del krystaldiameter pâ omkring 500 ym. Et isolerende 20 polyethylenmateriale blev extruderet omkring GC-OFC-trâden til frembringelse af en isoleret elektrisk trâd.

Med den sâledes fremstillede isolerede elektris-ke trâd anvendt som hoj ttalerkabel blev den af et ste-reoapparat gengivne tonekvalitet bestemt. Der blev be-25 nyttet en subjektiv vurderingsteknik, fordi der ikke findes nogen kendt nummerisk metode til vurdering af den totale tonekvalitet. Tonekvaliteten i dette tilfæl-de blev bedomt som meget udmærket. 1 2 3 4 5 6

Eksempel 2 2 OFC med et oxygenindhold pà 3ppm blev bearbejdet 3 ved den sædvanlige fremgangsmâde til en kobbertrâd med 4 en ydre diameter pâ 1,8 mm. Denne kobbertrâd blev re- 5 krystalliseret ved opvarmning i en argonatmosfære ved 6 en temperatur pâ 900°C i 90 minutter og afkoledes der-efter til frembringelse af en GC-OFC-trâd med en middel 6

DK 156776 B

krystaldiameter pà omkring 500 μιη. Derefter blev GC-OFC-trâden koldtrukket til frembringelse afn en LC-OFC-trâd med en ydre diameter pâ 0,18 mm.

Fireoghalvtreds LC-OFC-tràde fremstillet som an-5 fort ovenfor blev snoet sammen, og et isolerende poly-etylenmateriale blev extruderet herom til frembringelse af en isoleret elektrisk trâd.

Med den sâledes fremstillede isolerede elektris-ke trâd anvendt som hojttalerkabel blev den af et ste-10 reoapparat gengivne tonekvalitet bestemt. Der blev af 16 personer foretaget en subjektiv bedommelse. Vurde-ringsresultaterne var folgende: (1) Meget naturlig lyd.

(2) Meget klar lyd (dette betyder at LC-OFC ikke 15 har nogen faseforvrængning).

(3) Signalopbygningen er hurtig og transientka-rakteristikkerne er bedre.

(4) Lydbilledet er skarpt, og orienteringen af lyden er klar.

20

Eksempel 3

En LC-OFC-trâd med en ydre diameter pâ 0,18 mm som fremstillet i eksempel 2 blev anvendt som en indre leder i et koaksialkabel, der blev benyttet til trans-25 mission af signaler mellem en videobândoptager og et TV-apparat. TV-billedet havde meget fin struktur, for-bedret klarhed og meget hoj oplosning.

Eksempel 4 30 En 35 ym tyk kobberfolie fremstillet ved bear- bejdning af OFC med et oxygenindhold pâ 5 ppm blev op-varmet i en argonatmosfære ved en temperatur pâ 900°C i 60 minutter og afkoledes derefter til frembringelse af en GC.OFC-folie. To GC-OFC-folier fremstillet pâ denne 35 mâde blev til frembringelse af et substrat til et trykt kredslob lamineret pâ hver side af et 0,8 mm tykt Tef-

DK 156776 B

7

Ion TM-imprægneret glassubstrat ved benyttelsen af en lim.

Eksempel 5 5 En 70 μπι kobberfolie fremstillet ved bearbejd- ning af OFC med et oxygenindhold pâ 5 ppm blev opvarmet i en argonatmosfære ved en temperatur pà 900°C i 90 mi-nutter og afkoledes derefter til frembringelse af en GC-OFC-folie. Denne GC-OFC-folie blev til frembringel-10 sen af en 35 ym tyk LC-OFC-folie strakt i længderetnin-gen ved koldvalsning, medens dens strækning i tværret-ningen indskrænkedes. To LC-OFC-folier lamineredes pâ hver side af et 0,8 mm tyk Teflon TM-imprægneret glas-substrat ved benyttelse af en lim til frembringelse af 15 et substrat til et trykt kredslob.

Tryktkredslobssubstraterne, der var fremstillet i eksempel 4 og 5, blev provet for resonans ved 10 GHz til bestemmelse af selektiviteten Q. Resultaterne er vist i hosstàende tabel. Til sammenligning blev der 20 fremstillet tryktkredslobssubstrater pâ samme mâde som i eksemplerne 4 og 5 med undtagelse af, at der anvend-tes TPC og OFC folier, som ikke havde været udglodet.

Deres selektiviteter blev bestemt og er ligeledes vist i tabellen.

DK 156776 B

8

Tabel

Fors0g nr. Q-værdi 5 Eksempel 4 513

Eksempel 5 543 TPC (ikke udglodet) 395 OFC (ikke udglodet) 452 10 Selektiviteten Q er defineret sâledes:

Q = 1/2 ïïf0CR

hvor fq er en resonansfrekvens, C en elektrostatisk ka-15 pacitans og R en jævnstr0msresistans.

Antages det, at C = Ce + (hvor Ce er en elektrostatisk kapacitet bestemt ved de dielektriske karak-teristika for det Teflon TM-imprægnerede glassubstrat, og er en elektrostatisk kapacitet i det indre af 20 kobberlederen) ses det, at antallet af kapacitetskompo-nenter i kobberlederen aftager efterhânden som krystal-storrelsen 0ges dvs., at antallet af krystalgrænser formindskes.

I den elektriske leder ifolge opfindelsen er 25 krystalkornene som omtalt ovenfor foroget i storrelse eller givet en retliniet form. Dette gor det muligt at minimere den kapacitetsreaktans, der skyldes kuprooxi-dets indvirkning og i h0j grad at formindske den ugun-stige indvirkning sâsom faseforvrængning og signaldæmp-30 ning, der pâvirker hojfrekvente signaler bestâende af et antal frekvenskomposanter. Derfor muligg0r anvendel-sen af den elektriske leder ifolge opfindelsen opnâel-sen af udmærkede transmissionsegenskaber for hojfrek-vente signaler.

35

Claims (4)

1. Fremgangsmâde ved fremstilling af en elek-trisk leder, egnet til transmission af multifrekvente signaler, ved hvilken fremgangsmâde der anvendes et i 5 hovedsagen oxygenfrit kobbermateriale med et oxygenind-hold pâ ikke mere end 50 ppm, fortrinsvis hojst 15 ppm, og mere foretrukket hojst 5 ppm, kendetegnet ved, at dette kobbermateriale opvarmes i en inaktiv at-mosfære ved en temperatur, der er hojere end 800 °C, 10 fortrinsvis hojere end 850°C, men under kobbers smelte-punkt, i mindst 15 minutter fortrinsvis minst 30 minut-ter til dannelse af store kobberkrystaller.

2. Fremgangsmâde ifolge krav 1, kende tegnet ved, at de sâledes dannede store kobber- 15 krystaller bibringes en lineær orientering ved stræk-ning af nævnte leder i dens længderetning.

3. Fremgangsmâde ifolge krav 2, kendetegnet ved, at nævnte store kobberkrystaller strækkes ved koldtrækning.

4. Fremgangsmâde ifolge krav 2, kendetegnet ved. at nævnte store kobberkrystaller strækkes ved koldvalsning.