KR20210066011A - 초전도성 스트립 도체의 전기 접촉 방법 - Google Patents

초전도성 스트립 도체의 전기 접촉 방법 Download PDF

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지멘스 에너지 글로벌 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41) 간의 전기 접촉을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 상기 제1 초전도성 스트립 도체(1a)가 스트립 도체(1)의 접촉 영역(21) 내에서 반응성 다중층 필름(43)의 제1 주 표면(43a)과 평평하게 접촉되고, 상기 제1 주 표면(43a)의 반대편을 향하고 있는, 반응성 다중층 필름(43)의 제2 주 표면(43b)은 상기 추가 전기 도체 요소(41)와 평평하게 접촉되며, 이에 후속하여 다중층 필름(43) 내에서 점화되는 발열성 화학 반응에 의해 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41) 간의 영구적인 전기 전도성 연결이 형성된다. 또한, 본 발명은 전술한 방법에 의해 접촉된 전기 도체 어셈블리(20)에 관한 것이다.

Description

초전도성 스트립 도체의 전기 접촉 방법
본 발명은 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소 간의 전기 접촉(electrical contacting)을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 제1 초전도성 스트립 도체의 접촉 영역과 추가 도체 요소(further conductor element) 간에 영구적인 전기 전도성 연결이 형성된다. 또한, 본 발명은, 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소가 상기 유형의 방식으로 영구적으로 전기 전도 방식으로 연결된 전기 도체 어셈블리에 관한 것이다.
초전도 기계 및 초전도 자기 코일의 분야에는, 초전도성 스트립 도체들이 코일 권선들로 권취되는 코일 장치들이 공지되어 있다. 이들은 주로 고온 초전도체(HTS), 즉, 25K를 상회하는 전이 온도(transition temperature)를 가지며 일부 재료 등급에서는 77K를 상회하는 전이 온도를 갖는 초전도성 재료이다. 상기 고온 초전도체는 일반적으로 선형 기판 스트립과 이 기판 스트립 상에 배치된 초전도체 층을 구비한 평평한 스트립 도체의 형태로 존재한다. 추가로, 스트립 도체들은 주로 안정화 층, 접촉층, 버퍼층 및 많은 경우 절연층과 같은 추가 층을 더 포함한다. 이른바 2세대 HTS 도체(2G-HTS)의 가장 중요한 재료 등급은 REBa2Cu3Ox 타입의 화합물이며, 여기서 RE는 희토류 원소 또는 상기 원소들의 혼합물을 의미한다.
기판 스트립은 일반적으로 강재 및 니켈-텅스텐 합금으로 구성되거나, 또는 하스텔로이(Hastelloy) 합금으로 구성된다. 외부 전기 회로(external electrical circuit)로의 전기 접점은 대개 구리 또는 은으로 형성된 상시 전도성(normal-conductive) 커버층 또는 안정화 층을 통해 제조되며, 상기 상시 전도성 층은 한 쪽 면에서 초전도층 위에 적층되거나, 외막 층(enveloping layer)으로서 전체 스트립 도체를 에워쌀 수 있다. 전기 접점의 제조를 위해, 가장 바깥쪽에 위치하는 상시 전도성 층은 일반적으로 납땜 공정(soldering process)을 통해 구리로 형성된 접촉편(contact piece)과 연결되며, 상기 접촉편은 작동 시 외부 전기 회로의 추가 요소들과 전기 전도 방식으로 연결되어 있다. 일반적으로, 각각의 상기 코일 장치를 위해, 상응하는 접촉편들과의 연결을 위한 2개의 상기 유형의 납땜 접점(soldering contact)이 존재하며, 그럼으로써 전체 코일 권선은 2개의 단부 영역을 통해 회로 내에 통합될 수 있고, 예컨대 이로써 외부 전원에 연결될 수 있다.
그러나 다수의 초전도성 코일 장치에서는 상시 전도성 접촉편들(normal-conductive contact piece)로의 전기 접점들(electrical contact)뿐만 아니라 초전도성 스트립 도체의 개별 부분편들(partial piece) 간의 전기 접점들도 요구된다. 이는 다양한 이유에서 바람직할 수 있는데, 예컨대 코일 권선을 위해 요구되는 스트립 도체의 전체 길이는 하나의 편에서 제조될 수 있는 길이보다 더 길 수 있다. 이 경우, 코일 권선의 상위 전체 도체를 위해 스트립 도체의 복수의 부분 편이 연결되어야 한다. 그 대안으로, 코일 권선의 안쪽에서 스트립 도체의 방향을 바꾸는 것이 적합할 수도 있다. 이는, 예컨대 스트립 도체가 상시 전도성 접촉편과의 접촉을 위한 우선 면(preferred side)을 갖는 경우에 유용하다. 이 경우, 반경 방향으로 안쪽에 위치하는 코일의 면에서뿐만 아니라 반경 방향으로 바깥쪽에 위치하는 코일의 면에서도 우선 접촉면(preferred contact surface)에 자유롭게 접근할 수 있도록 하기 위해, 2개의 스트립 도체 부분 사이에 추가 내부 권선 접점을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 그러한 내부 권선 접점은 예컨대 DE 102012223366 A1호에 기술되어 있다. 복수의 스트립 도체 부분의 접촉에 대한 또 다른 이유는, 필요 공간이 작은 코일이 코일의 헤드 측에 제조되어야 하고, 그로 인해 공간상 좁은 영역에서 스트립 도체의 평면 내부에서 90° 방향 전환(turn)이 달성되어야 한다는 데 있을 수 있다. 이는, 아직 공개되지 않은 독일 특허 출원(출원번호 102018203139.8)에 기술된 것처럼, 특히 공간 절약 방식으로 스트립 도체의 상응하게 포지셔닝된 복수의 부분 도체의 접촉을 통해 달성될 수 있다. 마지막으로, 동일한 스트립 도체의 2개의 단부의 접촉에 대한 또 다른 이유는, 환형으로 폐쇄된 도체 루프가 연속 전류 또는 적어도 하나의 준연속 전류(pseudo-continuous current)를 형성하도록 구성되어야 한다는 데 있을 수 있다.
상시 전도성 접촉편과 초전도성 스트립 도체의 접촉뿐만 아니라 추가 스트립 도체와의 접촉도 종래 기술에 따라 보통 일반적인 납땜 연결에 의해 제공된다. 그러한 종래의 납땜 연결은, 연결할 두 요소와, 이들 사이에 적층되고 비교적 낮은 용융점을 갖는 땜납 층(solder layer)이 함께 땜납 재료의 용융점을 상회하는 온도로 가열되는 것을 통해 제조된다. 상기 종래의 납땜 연결과 초전도성 스트립 도체의 전기 접촉 시 단점은, 권취된 스트립 도체들의 고온 초전도 층들이 열적 손상에 대해, 그리고 특히 박리(delamination)에 대해 매우 민감하다는 점이다. 스트립 도체의 층 스택의 기계 하중 또는 열적 하중 재하 시, 매우 쉽게 박리가 발생하며, 이는 초전도 특성을 직접 저하시키고 심지어는 스트립 도체의 파괴를 야기할 수 있다. 상기 초전도 층 및/또는 상시 전도성 커버층의 박리의 위험은, 납땜 접점의 제조 동안 이때 수행되는 가열에 의해 발생할 뿐만 아니라, 납땜을 통해 접촉된 코일 권선의 냉각 및 작동 시에도 발생한다. 코일 권선의 스트립 도체의 온도는 납땜 시 적어도 자신의 전체 두께에 걸친 접촉점의 영역에서 일반적으로 최소 130℃ 내지 180℃로 상승한다. 이는 대개 200℃에 가까운 통상적인 스트립 도체들의 열적 하중 한계에 매우 근접한다. 이미 포팅 컴파운드(potting compound)로 포팅된 코일 권선의 차후의 전기 접촉 시, 포팅 컴파운드도 접촉 시 납땜 공정에 의해 열적으로 손상될 수 있다.
초전도성 스트립 도체들을 접촉하기 위한 종래 기술로부터 공지된 또 다른 방법은, 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소 간의 압착 연결부(pressing connection)를 형성하는 것이다. 그러한 압착 연결부의 경우, 연결할 요소들은 예컨대 견고한 나사 결합 내지 클램핑을 통해, 기계적으로 단단하게 상호 압착된다. 이 경우, 전기 접접의 개선을 위해, 예컨대 연결할 요소들 사이에 약간 변형될 수 있는 전기 전도성 인듐 필름이 추가로 삽입될 수 있다. 그러나 상기 압착 연결부에는, 이를 위해 상대적으로 많은 추가 장착 공간이 요구되고, 클램핑 장치 내지 나사 결합 장치의 기계 요소들도 마찬가지로 코일 장치의 중량에 추가로 기여한다는 단점이 있다. 중량 임계적이나, 초전도성 스트립 도체가 높은 가속도에 노출되는 적용 분야에서 상기 추가 기계 요소들은 바람직하지 않다.
그러므로 본 발명의 과제는, 전술한 단점들을 극복하는, 초전도성 스트립 도체의 전기 접촉을 형성하기 위한 방법을 제시하는 것이다. 특히, 본 발명의 과제는, 필요 공간 및 용적이 적은 조건에서 초전도성 스트립 도체의 손상 위험이 적은 접촉을 가능하게 하는 접촉 방법을 제공하는 것이다. 또 다른 과제는, 상기 유형으로 접촉되는 초전도성 스트립 도체를 포함한 전기 도체 어셈블리를 제공하는 것이다.
상기 과제들은 청구항 제1항에 기술된 방법 및 청구항 제14항에 기술된 도체 어셈블리를 통해 해결된다.
본 발명에 따른 방법은 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소 간의 전기 접촉을 형성하기 위해 이용된다. 이 경우, 제1 초전도성 스트립 도체는 스트립 도체의 접촉 영역 내에서 반응성 다중층 필름(reactive multi-layer film)의 제1 주 표면(main surface)과 평평하게 접촉된다. 또한, 제1 주 표면의 반대편을 향하고 있는, 반응성 다중층 필름의 제2 주 표면은 추가 전기 도체 요소와 평평하게 접촉된다. 이어서, 다중층 필름 내에서 점화되는 발열성 화학 반응에 의해 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소 간의 영구적인 전기 전도성 연결이 형성된다.
이 경우, 처음에 언급한 두 단계, 즉, 스트립 도체와 다중층 필름을 맞대어 잇는(butt-joint) 단계; 그리고 다중층 필름과 추가 도체 요소를 맞대어 잇는 단계;는 원칙적으로 임의의 순서로 수행되거나, 동시에 수행될 수도 있다. 그런 다음, 마지막에 언급한 단계, 다시 말해 다중층 필름의 점화 단계는, 전술한 두 단계에 이어서, 다시 말해 다중층 필름이 스트립 도체와 추가 도체 요소 사이에 포지셔닝된 후에 수행되어야 한다.
언급한 반응성 다중층 필름은, 복수의 부분 층의 층 스택으로 형성된 필름을 의미하는 것이다. 상기 반응성 다중층 필름은, 필름의 활성화 이후 필름 내부에서, 점화 후에 독자적으로 지속되는 발열성 화학 반응이 진행될 수 있다는 의미에서 "반응성"이어야 한다. 즉, 발열성 화학 반응은, 특히 이 발열성 화학 반응이 점화된 필름의 부분 영역에서부터 필름의 나머지 영역들 내로 전파된다. 이러한 전파는, 발열성 화학 반응의 반응열이 필름의 이미 반응된 영역에서부터, 인접하지만 아직 반응되지 않은 필름의 영역들을 위해 필요한 활성화 에너지가 공급됨으로 인해 발생한다. 특히 다중층 필름의 개별 부분 층들은 적어도 2개의 상이한 재료로 형성된다. 이 경우, 상이한 재료들은 층 스택의 각각 상호 간에 교호적인 부분 층들 내에 존재한다. 부분 층들의 적어도 2개의 상이한 재료는 특히 발열성 화학 반응을 위한 2개의 상이한 시약[다시 말해, 시재료(starting material)]을 형성한다. 이 경우, 다중층 필름의 개별 부분 층들은 특히 각각 비교적 얇게 형성되며, 그럼으로써 발열성 반응에 관여하는 시재료들의 공간 간격이 줄어들게 된다. 이러한 작은 공간 간격은 발열성 반응의 점화뿐만 아니라 그 전파도 용이하게 한다. 이 경우, 발열성 반응 시 생성되는 열 에너지는 본 발명에 따라, 언급한 요소들 간의 영구적인 전기 연결을 형성하기 위해, 공정 열(process heat)로서 사용된다. 예컨대 상기 연결은, 발열성 반응의 에너지가 땜납을 가열하기 위해 이용되는 납땜 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 땜납은 다중층 필름의 재료들로, 그리고/또는 또 다른 재료로 형성될 수 있다. 그러나 연결 방법은 납땜 방법으로 제한되지는 않는다. 연결 형성을 위해 가열 단계, 예컨대 용접, 또는 전기 전도성 접착제를 이용한 열간 접착이 요구되는 다른 유형의 영구 전기 전도성 연결부의 형성도 고려될 수 있다.
종래 납땜 방법과 비교되는 본 발명에 따른 방법의 주요 장점은, 접촉할 초전도성 스트립 도체가 접착 공정 동안 강하게 가열되지 않아도 된다는 데 있다. 이는, 스트립 도체와 추가 도체 요소 사이에 삽입된 필름이 필름 내에서 개시된 발열성 화학 반응으로 인해 연결 공정을 위한 매우 제한된 국소 열원으로서 이용됨으로써 달성된다. 이로써, 영구적인 전기 연결을 (예컨대 국소적 납땜을 통해) 형성하기 위해 충분히 강한 국소적 가열이 야기된다. 필름이 스트립 도체 및 추가 도체 요소에 비해 비교적 얇게 형성됨으로써, 발열성 반응 동안 가열이 필름에 바로 근접하여 매우 제한된 공간 영역으로 집중되도록 에너지 도입이 제한된다. 이 경우, 스트립 도체의 초전도 층의 강한 가열이 바람직하게 방지된다. 발열성 화학 반응의 점화를 통해, 필름의 안쪽에서, 그리고 필름에 바로 인접하는 층들 내에서 매우 높은 온도가 발생한다. 인접한 스트립 도체 및 인접한 추가 도체 요소의 방출되는 소량의 에너지량 및 비교적 높은 열 용량으로 인해, 필름에 직접 인접하는 영역만이 가열되고, 이 영역도 매우 단시간만 가열된다. 스트립 도체 및 추가 도체 요소의 나머지 영역들은 높은 반응 온도에 노출되지 않으며, 실온에 가까운 비교적 낮은 온도 레벨에서 잔존한다. 이 경우, 그럼에도, 반응성 필름 및 이에 바로 인접하는 표면들의 영역 내 단시간의 열 펄스는, 필름 및/또는 이 필름에 인접하는 표면들의 재료를 강하게 가열하고 특히 용융하기 위해, 그리고 그렇게 하여 평평하고 영구적인 전기 전도성 연결부를 형성하기 위해 충분하다.
필름의 영역 내에서 강하지만 공간상 매우 제한된 가열은, 전체적으로 분명히 상이한 열팽창 계수들을 갖는 상이한 재료들이 존재하는 도체 어셈블리가 제조될 수 있다는 추가 장점과 연관된다. 예컨대 초전도성 스트립 도체의 내부에는 매우 상이한 팽창 계수들을 갖는 부분 층들이 존재할 수 있다. 강한 가열이 최외측 표면에서만 수행되고, 더 안쪽에 위치하는 층 시스템 및 접촉 영역 반대편을 향하고 있는 스트립 도체의 면에서는 방지됨으로써, 접점의 형성 시 층 시스템 내에서 강한 열응력이 바람직하게 방지된다.
본 발명에 따른 전기 도체 어셈블리는 적어도 하나의 제1 초전도성 스트립 도체와 적어도 하나의 추가 전기 도체 요소를 포함한다. 이 경우, 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소 간의 접촉 영역 내에는, 다중층 필름 내에서 발열성 화학 반응의 점화를 통해 형성되는 영구적인 전기 전도성 연결부가 형성된다. 본 발명에 따른 도체 어셈블리의 장점들은 상기에서 더 기술된 본 발명에 따른 방법의 장점들과 유사하게 달성된다. 접촉 시 요구되는 열량의 생성을 위한 반응성 다중층 필름의 이용은, 상기 유형의 형성된 도체 어셈블리 내에서, 다중층 필름에서의 시재료들이 접촉 영역 내에 형성된 연결층의 재료 구성성분들(material constituent)로서 존재하는 점에서 식별될 수 있다. 이 경우, 시재료들은 예컨대 함께 연결층의 주 구성성분을 구성하거나, 또는 연결층의 또 다른 주요 재료(예: 땜납 재료 및/또는 구리) 외에 서브 구성성분으로서 존재할 수 있다. 이 경우, 시재료들 및 땜납 재료가 각각 금속 내지 금속 합금이라면, 다중층 필름의 시재료들 및 선택적인 추가 재료들은 특히 함께 하나의 금속간 화합물(intermetallic compound)을 형성할 수 있다.
종래 방식으로 납땜된 도체 어셈블리와 전술한 방식으로 제조된 전기 도체 어셈블리의 구분은, 추가로, 영구 접점을 형성하는 연결층이 식별 가능하게 용융 공정을 통해 형성된 점, 그리고 이를 위해 요구되는 용융 온도가 제1 초전도성 스트립 도체에 비가역적 손상을 입힐 수도 있는 온도를 훨씬 상회함으로써 가능하다. 초전도성 스트립 도체가 상기 비가역적 손상을 보이지 않는다면, 앞에서 명시한 특징들을 토대로, 본원에서 상호 연결된 전기 요소들이 종래의 납땜 공정에서처럼 전체가 필요한 공정 온도로 가열되지 않을 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 구현예들 및 개선예들은 청구항 제1항 및 제14항의 종속 청구항들 및 하기 설명을 참조한다. 이 경우, 본원 방법 및 본원 도체 어셈블리의 기술한 구현예들은 일반적으로 바람직하게 상호 조합될 수 있다.
이렇게, 상기 형성되는 영구적인 전기 전도성 연결은 바람직하게 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소 간의 납땜 연결일 수 있다. 다시 말해, 다중층 필름의 발열성 화학 반응에 의해 방출되는 열량은 특히 바람직하게 땜납 재료를 용융하기 위해 사용될 수 있으며, 그럼으로써 영구적인 전기 전도성 연결부가 형성된다. 제1 실시예에 따라, 땜납 재료는 실질적으로 다중층 필름 자체의 시재료들로 형성될 수 있다. 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 땜납 재료는 예컨대 제1 초전도성 스트립 도체 내지 추가 전기 도체 요소의 상응하는 표면들이면서 접촉 영역 내에 위치하는 상기 표면들 상에 적층될 수 있는 하나 또는 복수의 추가 땜납 층의 재료도 함유할 수 있다.
즉, 상기 형성된 납땜 연결은 바람직하게 그 대부분이 반응성 다중층 필름의 재료로 형성된 연결층에 의해 형성될 수 있다. 여기서 "대부분"이란 용어는, 형성된 연결층의 최소 50 부피%가 다중층 필름의 시재료들에서 기인함을 의미한다.
일반적으로, 그리고 연결층의 정확한 재료 비율과 무관하게, 상기 연결층은, 다중층 필름의 시재료들; 및 선택적으로는 추가로 제1 초전도성 스트립 도체 및/또는 추가 전기 도체 요소의 인접한 표면들의 하나 또는 복수의 추가 금속 재료;로 구성되는 금속간 화합물인 재료로 형성될 수 있다. 상기 유형의 추가 금속 재료는 특히 바람직하게는 구리일 수 있다. 발열성 화학 반응의 반응 온도는 특히 필름에 인접한 구리층을 용융하기에 충분히 높을 수 있다. 그런 다음, 상기 구리는 다중층 필름의 시재료들과 함께 금속간 화합물을 형성할 수 있다. 상기 구리층 또는 구리 함유 층은 예컨대 초전도성 스트립 도체의 바깥쪽 면(outer side)에 존재할 수 있다. 그 대안으로 또는 그에 추가로, 상기 구리층 또는 구리 함유 층은 추가 전기 도체 요소의 외부 표면에 존재할 수 있다. 특히 바람직하게는, 추가 전기 도체 요소는 실질적으로 구리 내지 구리 함유 합금으로 형성될 수 있다.
일반적으로, 납땜 연결은, 반응성 다중층 필름의 재료들 및 추가로 적어도 하나의 추가 땜납 층의 재료를 포함하는 연결층에 의해 형성될 수 있다. 선택적으로, 연결층은 추가로 또 다른 재료 구성성분들, 예컨대 초전도성 스트립 도체 내지 추가 도체 요소의 인접한 층들에서의 전술한 구리 내지 구리 함유 재료를 포함할 수 있다. 전술한 "추가 땜납 층"은, 특히 필름의 점화 전에 초전도성 스트립 도체 및/또는 추가 도체 요소의 표면상의 접촉 영역 내에 존재하는 층을 의미한다. 상기 땜납 층은 바람직하게 용융점이 비교적 낮은 재료로 형성된다. 또한, (특히 상이한 땜납 재료들로 구성되는) 상이한 땜납 층들도 초전도성 스트립 도체 및 추가 도체 요소 상에 존재할 수 있다. 특히 적어도 하나의 추가 땜납 층은 구리보다 더 낮은 용융점을 가진 재료로 형성된다. 특히 바람직하게, 추가 땜납 층은 400℃를 하회하는 용융점을 가진 재료로 형성된다. 특히 바람직하게 상기 재료는 주석 함유 땜납 합금일 수 있다. 상기 땜납 재료의 용융을 위해 요구되는 열이 필름의 발열성 반응의 반응열에 의해 생성된다면, 필름의 재료들과 땜납 재료의 혼합이 매우 용이하게 수행된다. 즉, 이 경우 연결층 내에는 상응하는 재료 혼합물, 및/또는 언급한 재료들로 형성된 화합물이 존재한다. 이는 특히 전기 전도성 금속간 화합물일 수 있다.
본원 방법의 바람직한 실시예에 따라, 제1 초전도성 스트립 도체와 추가 전기 도체 요소는 발열성 화학 반응의 점화 동안 상호 압착될 수 있다. 상기 압착은, 언급한 요소들 간의 최대한 안정적인 로우 임피던스 전기 전도성 연결을 형성하기 위해 특히 바람직하다. 이용되는 압착력은 예컨대 0.2N/㎟와 5N/㎟ 사이의 범위일 수 있으며, 특히 1N/㎟에 가까울 수 있다.
본원 방법의 바람직한 실시예에 따라서, 추가 전기 도체 요소는 제2 초전도성 스트립 도체일 수 있다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 방법은, 2개의 초전도성 스트립 도체를 평평하게 상호 접촉시키는 데 사용될 수 있다. 상기 유형으로 형성된 전기 도체 어셈블리는 특히 도입부에 언급한 이유에서 복수의 초전도성 부분 도체를 포함하는 초전도성 전기 코일 권선에서 사용될 수 있다. 또는 제2 초전도성 스트립 도체가 그 대안으로 초전도 코일을 위한 초전도 전원 공급 장치의 도체 요소일 수도 있다. 본 발명에 따른 방법의 일반적인 장점들을 통해, 상호 연결된 두 초전도성 스트립 도체가 연결 공정 시 열적 손상으로부터 보호된다. 그럼에도 불구하고, 접촉 영역 내에는 필름의 발열성 반응 동안, 그리고 그에 따라 연결층의 형성 동안 매우 높은 온도가 존재할 수 있다.
본원 방법의 한 대안적 실시예에 따라서, 추가 전기 도체 요소는 상시 전도성 접촉편일 수도 있다. 상기 상시 전도성 접촉편은 특히, 제1 초전도성 스트립 도체로 형성된 코일 권선을 외부 전기 회로와 연결하기 위해 제공될 수 있다. 상시 전도성 접촉편은 특히 바람직하게는 실질적으로 구리로 형성될 수 있거나, 또는 실질적으로 구리 함유 합금으로 형성될 수 있다. 이로써, 전체적으로 비교적 로우 임피던스성 접촉이 달성될 수 있다. 상시 전도성 접촉편은 특히 초전도성 스트립 도체로 형성된 코일 권선의 단부 영역에 제공될 수 있다. 상기 단부 영역은 예컨대 반경 방향으로 안쪽에 위치하는 코일의 단부 영역일 수 있거나, 또는 반경 방향으로 바깥쪽에 위치하는 코일의 단부 영역일 수 있다.
일반적으로 바람직하게는, 발열성 화학 반응의 점화가 전기 점화 펄스를 통해, 광학 점화 펄스를 통해, 그리고/또는 열적 점화 펄스를 통해 개시될 수 있다. 예컨대 전기 점화 펄스는 필름의 부분 영역 내에 전압을 단기간 인가함으로써 달성될 수 있다. 광학 및/또는 열적 점화 펄스는 예컨대 필름의 부분 영역 내에 레이저를 단기간 가함으로써 달성될 수 있다. 언급한 점화의 바람직한 구현예들은 모두, 초기 에너지량의 방출을 통해 필름 내에서 화학 반응을 점화시키는 데 적합하다. 그런 다음, 화학 반응은, 점화 펄스가 픽업될 필름의 부분 영역에서부터 전술한 방식으로 독자적으로 전파될 수 있다.
본원 방법의 한 바람직한 실시예에 따라서, 발열성 화학 반응의 점화를 통해, 1000℃와 2000℃ 사이의 범위 내 반응 온도가 형성될 수 있다. 이처럼 높은 반응 온도들은 오늘날 가용한 다중층 필름들에 의해, 필름의 공간상 제한되는 주변에서 용이하게 달성될 수 있다. 특히 바람직하게 반응 온도는 1200℃와 1800℃ 사이의 범위, 매우 특히 바람직하게는 1500℃와 1800℃ 사이의 범위에 있을 수 있다. 이처럼 높은 반응 온도에 의해, 특히 필름에 인접하면서 용융점이 낮은 하나 또는 복수의 땜납 층의 신속한 용융이 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 심지어 초전도성 스트립 도체 또는 추가 도체 요소의 인접한 표면에 존재하는 구리 함유 층도 용융될 수도 있다.
전술한 다중층 필름을 열원으로서 이용하는 경우의 주요 장점은, 형성할 연결층의 영역 내에 매우 높은 온도가 달성됨에도 스트립 도체의 초전도 재료의 영역에서는 특히 높은 온도가 달성되지 않는다는 점에 있다. 이는, 일반적으로 특히 스트립 도체의 초전도 재료가 스트립 도체의 외부 표면의 영역이 아닌 안쪽에 존재함으로써 달성된다. 스트립 도체의 초전도 재료는 특히 전체 접촉 공정 동안 200℃를 하회하는 온도에서 잔존할 수 있다. 이런 방식으로, 스트립 도체의 초전도 층의 열적 하중 재하 한계에 미달할 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 열적 하중 재하 한계는 심지어, 예컨대 초전도 재료가 영구적으로 100℃의 온도 미만에 잔존함으로써 명백히 하회될 수 있다.
본 발명과 관련하여 놀라운 점은, 비록 공정 온도가 전형적인 초전도체 재료들의 손상 한계를 훨씬 상회하더라도, 전기적 연결의 형성을 위한 공정 온도는 상기 방식으로 높게 선택될 수 있다는 것이다. 이는 한편으로, 반응 필름의 안쪽에서 매우 국소적으로만 방출되는 비교적 적은 에너지량을 통해 달성된다. 또한, 단시간 존재하는 매우 높은 온도의 좁은 국소적 제한은 필름 안쪽에서 높은 반응 속도 및 특히 반응의 전파 속도에 의해서도 촉진된다. 이렇게, 반응성 필름의 안쪽에서 발열성 반응의 측면 전파 속도(lateral propagation speed)는 예컨대 일반적으로 5m/s와 100m/s 사이, 특히 5m/s와 30m/s 사이의 범위일 수 있다. 이렇게 높은 전파 속도를 통해, 높은 반응 온도는 필름의 정해진 지점에서 극히 단시간만 존재하는 점이 달성된다. 상응하는 온도 상승이 더 안쪽에 위치하는 스트립 도체의 초전도 층까지 전파될 수 있기에는, 에너지량이 너무 적고 온도 작용 기간이 너무 짧다.
놀랍게도, 확인된 점에 따르면, 스트립 도체 자체의 초전도 층의 열적 손상은, 초전도 층이 반응 동안 반응성 필름으로부터 200㎛ 미만으로 이격되어 있을 때, 방지될 수 있다. 초전도 층과 반응성 필름 간의 이격 간격은 특히 10㎛와 200㎛ 사이, 특히 바람직하게는 20㎛와 100㎛ 사이의 범위에 있을 수 있다.
일반적으로 바람직하게는, 반응성 다중층 필름의 재료가 알루미늄 및/또는 니켈을 함유할 수 있다. 특히 바람직하게는, 필름의 안쪽에 복수의 층이 존재하며, 이들 층은, 교호적으로 다수는 알루미늄으로 구성되고 다수는 니켈로 구성되어 형성된다. 상기 알루미늄-니켈 다중층 필름은, 강한 발열성 반응을 통해 니켈 알루미나이드를 형성하기에 특히 적합하다. 발생하는 니켈 알루미나이드는 반응 동안에는 용융된 형태로 존재하지만, 실온으로 냉각 시 단단한 전기 전도성 층으로 응고된다. 달리 말하면, 발생하는 니켈 알루미나이드는 여기서는 그 자체로 땜납 재료로서, 형성된 연결층 내에서 이용될 수 있다. 그러나 선택적으로, 형성된 니켈 알루미나이드는 스트립 도체 및/또는 추가 도체 요소의 인접한 표면에서의 재료와도 혼합되고, 그리고/또는 연결될 수 있다. 상기 재료는 예컨대 구리, 구리 합금일 수 있고, 그리고/또는 주석 함유 땜납 층의 재료일 수 있다.
일반적으로, 그리고 정확한 재료 조성과 무관하게, 다중층 필름은 2개의 재료의 교호적인 시퀀스를 갖는 층 시스템을 형성할 수 있으며, 상기 두 재료는 상호 간에 발열성 화학 반응에 관여할 수 있다. 이 경우, 일반적으로, 전기적으로 접촉할 두 요소 간의 최대한 로우 임피던스성 연결을 형성하기 위해, 전기 전도성 반응 생성물의 생성이 바람직하다. 그러나 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 요컨대, 접촉 동안, 접촉할 요소들의 금속 표면들(그리고 특히 상기 표면들 상에 적층된 땜납 층들)이 용융되었거나 용융된다면, 연결층이 대부분 표면의 금속 재료로 구성되고, 단지 서브 구성성분으로서만 다중층 필름의 전기 절연성 반응 생성물을 포함할 때에도, 전체적으로 전기 전도성인 연결층이 형성될 수 있다.
전술한 니켈-알루미늄 다중층 필름 외에도, 마찬가지로 반응성 다중층 필름들을 형성할 수 있는 다른 재료 조합들도 공지되어 있다. 예컨대 상기 다중층 필름은 알루미늄과 티타늄으로 구성된 층, 티타늄과 무정형 실리콘으로 구성된 층, 티타늄과 붕소로 구성된 층, 및 알루미늄과 팔라듐으로 구성된 층 각각을 교호적으로 포함할 수도 있다. 상기 재료 조합들에 의해서도, 상호 교호적인 두 주성분의 발열성 반응을 통해 높은 반응 온도를 단시간 국소적으로 제한하여 형성할 수 있다.
일반적으로, 그리고 정확한 재료 조성과 무관하게, 반응성 다중층 필름은 10㎛와 300㎛ 사이, 특히 20㎛와 200㎛ 사이의 범위 내 전체 두께를 가질 수 있다. 상기 유형으로 선택된 필름 두께는, 재료들을 용융하기에 충분한 에너지량을 공급하기에 특히 적합하다. 그러나 다른 한편으로, 방출된 에너지량은, 연결할 요소들의 나머지 영역들이 높은 반응 온도로 함께 가열되지 않게 하는 필름들에 의해 충분히 제한된다.
일반적으로, 그리고 정확한 재료 조성과 무관하게, 반응성 다중층 필름은 나노 구조 다중층 필름일 수 있다. 달리 말하면, 층 시스템의 개별 부분 층들의 두께는 각각 1㎛ 미만일 수 있다. 특히 개별 부분 층들의 층 두께는 각각 10㎚와 200㎚ 사이의 범위일 수 있다. 이 경우, 개별 부분 층들의 층 두께가 특히 상이하게 선택될 수도 있으며, 선택된 층 두께는 특히 바람직하게 각각의 부분 층의 재료에 따라 선택될 수 있다.
일반적으로 바람직하게는, 초전도성 스트립 도체는 하나의 초전도 층과 특히 하나의 고온 초전도 층을 포함할 수 있다. 초전도 층은 특히 스트립 도체의 전체 두께에 비해 비교적 얇게 형성될 수 있다. 고온 초전도체들(HTS)은, 25K를 상회하는 전이 온도를 가지며 일부 재료 등급에서는 77K를 상회하는 전이 온도를 갖는 초전도성 재료이며, 이들 재료의 경우, 작동 온도는 액체 헬륨과는 다른 극저온 재료를 이용한 냉각을 통해 달성될 수 있다. HTS 재료들이 특히 매력적인 이유는, 상기 재료들이 작동 온도의 선택에 따라 높은 상한 자기장 및 높은 임계 전류 밀도를 가질 수 있기 때문이다. 고온 초전도체는 예컨대 이붕화 마그네슘 또는 산화물 세라믹 초전도체, 예컨대 REBa2Cu3Ox 유형의 화합물(약어: REBCO)을 포함할 수 있으며, RE는 희토류 원소 또는 상기 원소들의 혼합물을 나타낸다. 언급한 HTS 재료들은 아주 강한 가열에 의해 열적으로 약간 손상될 수 있으며, 이는 일반적으로 초전도 특성의 손실을 야기한다. 그러므로 본 발명의 장점들은 상기 HTS 재료들과 함께 특별한 효력을 발휘한다.
전술한 방식으로 형성된 접점에서는, 바람직하게 접촉면과 관련하여 500nOhm·㎠를 하회하는 접촉 저항이 달성될 수 있다. 특히 바람직하게 상기 접촉 저항은 100nOhm·㎠를 하회하는 범위이며, 특히 10nOhm·㎠와 50nOhm·㎠ 사이의 범위이다. 이처럼 낮은 접촉 저항들은 이미 상용화된 다중층 필름들에 의해 실현될 수 있었다. 이로써, 접촉면들이 충분히 큰 경우, 예컨대 초전도 전기 코일 장치들에서 상기 유형으로 형성된 도체 어셈블리들의 적용을 가능하게 하기 위해, 충분히 낮은 절대 접촉 저항들이 달성될 수 있다. 이를 위해, 접촉면은 예컨대 1㎠와 10㎠ 사이의 범위일 수 있다. 예컨대 접촉면은 초전도성 스트립 도체의 폭의 대부분에 걸쳐(일반적으로 4㎜와 20㎜ 사이에서), 그리고 스트립 도체의 종방향으로 수 센티미터에 걸쳐 연장될 수 있다.
일반적으로 바람직하게, 본원 방법은 플럭스(flux) 없이, 그리고 특히 유기 플럭스(organic flux) 없이 수행될 수 있다. 종래 납땜 방법과 달리, 특히 높은 국소 공정 온도를 기반으로 상기 플럭스의 이용은 불필요하다. 본 실시예의 주요 장점은, 형성된 연결층에 플럭스의 잔류물들 및 수축공(shrink hole)도 없을 수 있다는 점이다. 이로써, 상기 플럭스를 이용한 납땜 공정에 비해 접촉 저항이 바람직하게 감소할 수 있다.
본원 전기 도체 어셈블리의 한 바람직한 실시예에 따라, 영구적인 전기 연결부는 연결층을 이용한 납땜 연결을 통해 형성된다. 상기 연결층은 매우 바람직한 한 실시예에서 알루미늄 및 니켈의 구성성분들을 함유하는 금속간 화합물을 포함한다. 선택적으로, 여기서는 예컨대 구리, 주석과 같은 추가 금속 구성성분들, 및/또는 용융점이 낮은 주석 함유 땜납의 추가 구성성분들이 존재할 수 있다.
그 외에, 본원 전기 도체 어셈블리의 바람직한 실시예들을 위해서도, 위에서 더 설명한 본원 방법의 실시예들이 효력을 발휘한다. 따라서, 특히 도체 어셈블리는 2개의 초전도성 스트립 도체 사이의 도체 어셈블리일 수 있다. 그 대안으로, 도체 어셈블리는 초전도성 스트립 도체와 상시 전도성 접촉편 사이의 도체 어셈블리일 수 있다.
하기에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 일부 바람직한 실시예를 토대로 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 접촉되는 초전도성 스트립 도체의 개략적 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법에 따라서 상호 접촉된 2개의 초전도성 스트립 도체의 개략적 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 따라서 접촉편과 접촉된 스트립 도체의 개략적 종단면도이다.
도 4는 점화 중 접촉 방법의 개략도이다.
도면들에서, 동일하거나 동일하게 작용하는 요소들에는 동일한 도면부호들이 부여되어 있다.
도 1에는, 예컨대 본 발명에 따른 접촉 방법에서 사용될 수 있는 것과 같은 스트립 도체(1)의 개략적 횡단면도가 도시되어 있다. 스트립 도체(1)는 선형 금속 기판(3)을 포함한다. 상기 기판(3)의 두 주 표면 중 하나 상에는 여기에 도시되지 않은 버퍼 층들의 스택에 걸쳐서 평면 초전도 층(5)이 증착된다. 상기 초전도 층(5)은 다시금 금속 커버층(7)으로 덮인다. 상기 커버층(7)은 예컨대 구리 또는 은 또는 두 재료의 스택으로 구성될 수 있다. 기판, 초전도 층(5) 및 커버층(7) 그리고 미도시한 버퍼 층들은 함께 외부에 있는 상시 전도성 안정화 층(9)으로 감싸진다. 상기 안정화 층(9)은 예컨대 구리로 형성된다. 선택적으로, 스트립 도체(1)의 접촉면(10) 상에 추가로, 용융점이 비교적 낮은 땜납 재료로 구성된 땜납 층(11)이 형성될 수 있다. 이는, 계속하여 하기에 기술되는 접촉 방법에 의한 비교적 로우 임피던스성인 전기 접점의 형성을 위해 필요할 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다.
도 2에는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 도체 어셈블리(20)의 개략적 종단면도가 도시되어 있다. 도체 어셈블리(20)는 하나의 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 하나의 제2 초전도 스트립 도체(1b)를 포함하며, 이들 스트립 도체는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라 상호 접촉되어 있다. 이 경우, 두 스트립 도체(1a 및 1b)는 예컨대 각각 도 1의 실시예에서와 유사하게 형성될 수 있다. 어느 경우든, 상기 스트립 도체들은 내부 초전도 층(5)과 외부 상시 전도성 층[여기서는 외막 안정화 층(9)]을 포함한다.
두 스트립 도체(1a 및 1b)는 접촉 영역(21) 내에서 영구적인 전기 전도성 연결을 통해 상호 연결된다. 상기 연결은 전기 전도성 재료로 구성된 연결층(23)을 통해 형성된다. 상기 연결층(23)은 두 스트립 도체(1a 및 1b) 사이에 삽입된 반응성 다중층 필름의 점화를 통해 형성되었다. 이 경우, 점화 동안 접촉할 두 스트립 도체(1a 및 1b)가 상호 압착되었다. 반응성 다중층 필름의 점화 시, 필름의 안쪽에서 발열성 화학 반응이 개시되었고, 필름의 부분 층들 내에 존재하는 재료들이 상호 반응하였다. 이때, 반응 온도는 명백히 1000℃를 상회하였다. 그러나 이 경우 가열된 구역은, 두 스트립 도체 사이에 배치된 다중층 필름 및 이 다중층 필름에 바로 인접하는 두 스트립 도체의 표면들로 제한되었다. 즉, 이 경우, 각각 타측 스트립 도체로 향해 있는 안정화 층(9)의 표면만 가열되었고, 스트립 도체의 나머지 층들(3, 5 및 7) 및 반대편을 향하고 있는 안정화 층(9)의 면은 실온에 가까운 온도로 유지된다. 즉, 상기 발열성 반응 동안, 연결층(23)이 형성되었다. 이 경우, 연결층의 재료는 우선 용융된 상태로 존재했으며, 그런 다음 후속 냉각 동안 단단한 연결층(23)으로 응고되었다.
즉, 연결층(23)은 적어도 최초 다중층 필름의 재료들을 포함한다. 그에 추가로, 연결층은 선택적으로 연결층(23)에 직접 인접하는 층들(9)의 재료도 포함할 수 있다. 도 2의 도시된 실시예에서, 상기 인접한 층들(9)은 구리로 구성된 안정화 층들로서 형성된다. 즉, 여기서 다중층 필름의 재료들 외에, 연결층(23)은 그에 추가로 구리를 더포함하는데, 그 이유는 상기 인접한 층들에서의 구리가 고온의 발열성 반응 동안 표면에서 용융되었기 때문이다. 이 경우, 형성된 연결층은 특히 언급한 재료들로 구성된 금속간 화합물로서 존재할 수 있다. 어느 경우든, 상기 연결층은 전기 전도성이며, 그럼으로써 연결층(23)을 매개로 두 스트립 도체(1a 및 1b) 간의 평평하고 영구적인 전기 접촉이 성사된다.
안정화 층(9)의 재료 함입에 대한 대안으로, 또는 그에 추가로, 연결층(23)은, 도 1에 선택적 층으로서 도시된 것처럼 여기서는 도시되지 않지만, 선택적으로 각각의 스트립 도체의 접촉면들 상에 적층되는 땜납 층의 재료도 포함할 수 있다. 상기 땜납 층들의 재료들은, 특히 용융점이 비교적 낮은, 예컨대 주석을 함유한 땜납 재료들일 수 있다.
비록 스트립 도체들 사이에 삽입된 다중층 필름의 영역 내에서 연결층(23)의 형성 동안 반응 온도가 매우 높기는 하지만, 훨씬 더 안쪽에 위치하는 초전도 층(5)은 반응 동안에도 상기 강한 가열로부터 보호된다. 이로써, 초전도 층(5)의 열적 손상이 바람직하게 방지된다. 이는, 초전도 층(5)과, 개재된 다중층 필름 사이의 이격 간격(d)이 비교적 작을 때에도 실현될 수 있다. 도 2에는 다중층 필름 자체가 도시되어 있는 것이 아니라, 먼저 연결층의 형성 이후 상태가 도시되어 있기 때문에, 여기서는 위에서 정의된 이격 간격(d)을 대표하여 초전도 층(5)과 연결층(23) 간의 이격 간격이 도시되어 있다. 그러나 상기 두 이격 간격은, 여기서 연결층(23)이 대부분 원래의 다중층 필름의 재료로 형성된다면, 대략 동일하다.
도 3에는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 도체 어셈블리(20)의 개략적 종단면도가 도시되어 있다. 여기서도 역시 제1 스트립 도체(1a)는 도시되어 있지만, 상기 제1 스트립 도체는 여기서 추가 스트립 도체와 접촉된 것이 아니라 상시 전도성 접촉편(31)과 접촉되었다. 상시 전도성 접촉편(31)은 여기서 중실형 구리 블록으로서 구성된다. 상기 접촉편과 제1 스트립 도체(1a)의 전기 접촉은 도 2의 실시예와 관련하여 기술한 것과 유사한 방식으로 수행되었다. 따라서, 여기서도 접촉할 요소들 사이에 삽입된 반응성 다중층 필름 내에서의 강한 발열성 반응을 통해, 전기 연결부의 형성을 위해 필요한 공정 열이 생성되었다. 상기 공정 열을 기반으로, 전기 연결층(23)은 우선 액체 형태로 생성되었고, 그에 후속하여 냉각 동안 응고된다. 여기서도, 형성된 연결층(23)은 어느 경우든 다중층 필름의 시재료들 및 선택적으로 인접한 요소들(1a 및 31)의 인접한 표면들에서의 구리를 추가로 포함한다. 또한, 선택적으로, 상기 연결층은 추가로, 여기에는 도시되지 않았지만 선택적으로, 접촉할 표면들 상에 적층된 땜납 층들에 포함된 용융점이 낮은 땜납 재료를 포함한다.
도 4에는, 발열성 반응의 점화 동안의 본 발명에 따른 접촉 방법의 일 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 여기서는, 연결할 두 요소 사이에 삽입되어 있는 반응성 다중층 필름(43)이 도시되어 있다. 상기 두 요소는 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 도체 요소(41)이다. 추가 도체 요소(41)는 예컨대 도 2에서처럼 제2 초전도성 스트립 도체일 수 있거나, 도 3에서처럼 상시 전도성 접촉편일 수도 있다. 이 경우, 필름의 제1 주 표면(43a)은 초전도성 스트립 도체(1b)와 평평하게 접촉되며, 대향하는 제2 주 표면(43b)은 추가 도체 요소(41)와 평평하게 접촉된다. 접촉할 두 요소(1a 및 41) 간의 영구적인 전기 전도성 연결의 형성을 위해, 상기 두 요소는 이들 사이에 배치된 필름(43)과 함께 압착력(p)에 의해 서로 압착된다. 이 경우, 자명한 사실로서, 도 4에 편의상 도시만 되어 있는, 개별 요소들 사이의 간극들은 폐쇄된다.
도 4의 실시예에서의 반응성 다중층 필름(43)은 제1 부분 층들(44)과 제2 부분 층들(45)의 교호적인 시퀀스를 갖는 층 시스템을 포함한다. 예시로서, 도 4에는, 3개의 제1 부분 층(44)과 4개의 제2 부분 층(45)만 도시되어 있다. 그러나 상기 부분 층들은 각각 훨씬 더 많은 개수의 부분 층들을 대표한다. 이는 특히, 개별 부분 층들(44 및 45)의 층 두께가 1㎛ 미만인 나노 구조 필름이다. 이 경우, 제1 부분 층들(44)은 제1 시재료로 형성되고, 제2 부분 층들(45)은 제2 시재료로 형성된다. 상기 두 시재료는 강한 발열성 반응에서 적절한 점화 시 상호 반응할 수 있다. 예컨대 제1 시재료는 니켈일 수 있고, 제2 시재료는 알루미늄일 수 있다. 상기 두 재료의 발열성 화학 반응 동안, 전기 전도성 니켈 알루미나이드가 형성되고, 이와 동시에 열 에너지가 방출된다.
필름(43) 내에서 발열성 화학 반응의 점화는, 도 4에 개략적으로 도시된 점화 펄스(47)를 통해 점화된다. 상기 점화 펄스는 예컨대 전기 펄스, 광학 펄스 및/또는 열 펄스일 수 있다. 점화 펄스(47)가 작용하는 필름의 부분 영역 내에서는 발열성 반응의 활성화 에너지가 초과되고, 상이한 부분 층들의 두 시재료가 상호 반응할 수 있다. 이 경우 방출되는 반응열을 통해 발열성 반응의 반응 영역(48)이 측면으로 필름을 통해 전파된다. 이는 비교적 높은 속도로 수행되며, 필름의 정해진 위치에서 높은 반응 온도가 매우 짧은 시간 동안만 존재한다. 필름(43)의 전체 두께는 도 4에 도면부호 d43으로 표시되어 있다. 상기 전체 두께는 예컨대 수십 ㎛일 수 있다.
도 4의 실시예에서, 연결할 두 요소(1a 및 41)는 적어도 형성할 접점의 영역 내에 추가 땜납 층들(11)을 포함한다. 다중층 필름도 자신의 두 외부 표면에 유사한 땜납 층들(46)을 포함한다. 상기 땜납 층들은 바람직하게 용융점이 낮은 땜납 재료로 구성되며, 비교적 로우 임피던스성의 전기 접점의 형성에 기여할 수 있다. 그러나 상기 땜납 층들은 일반적으로 각각 선택적이다. 평평하고 영구적인 전기 접촉의 형성을 위해서는, 전기 전도성 연결층(23)이 필름의 재료들 및 선택적으로추가로, 연결할 요소들의 인접한 표면들의 재료로 형성되는 것으로 충분하다.
1: 초전도성 스트립 도체
1a: 제1 초전도성 스트립 도체
1b: 제2 초전도성 스트립 도체
3: 기판
5: 초전도 층
7: 상시 전도성 커버층
9: 상시 전도성 안정화 층
10: 접촉면
11: 땜납 층
20: 전기 도체 어셈블리
21: 접촉 영역
23: 연결층
31: 접촉편
41: 추가 도체 요소
43: 반응성 다중층 필름
43a: 제1 주 표면
43b: 제2 주 표면
44: 제1 부분 층
45: 제2 부분 층
46: 땜납 층
47: 점화 펄스
48: 반응 영역
d: 이격 간격
d43: 다중층 필름의 두께
p: 압착력

Claims (15)

  1. 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41) 간의 전기 접촉을 형성하기 위한 방법으로서,
    - 제1 초전도성 스트립 도체(1a)가 스트립 도체(1)의 접촉 영역(21) 내에서 반응성 다중층 필름(43)의 제1 주 표면(43a)과 평평하게 접촉되고,
    - 상기 제1 주 표면(43a)의 반대편을 향하고 있는, 반응성 다중층 필름(43)의 제2 주 표면(43b)이 상기 추가 전기 도체 요소(41)와 평평하게 접촉되며,
    - 이에 후속하여 다중층 필름(43) 내에서 발열성 화학 반응의 점화를 통해 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41) 간의 영구적인 전기 전도성 연결이 형성되는, 전기 접촉 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 형성된 영구적인 전기 전도성 연결은 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41) 간의 납땜 연결인, 전기 접촉 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 납땜 연결은 연결층(23)에 의해 형성되고, 상기 연결층의 대부분은 반응성 다중층 필름(43)의 재료로 형성되는, 전기 접촉 형성 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 납땜 연결은, 반응성 다중층 필름(23)의 재료 및 그에 추가로 적어도 하나의 추가 땜납 층(11, 46)의 재료를 포함하는 연결층(23)에 의해 형성되는, 전기 접촉 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 추가 땜납 층(11)은 발열성 화학 반응의 점화 전에 제1 초전도성 스트립 도체(1a)의 접촉 영역(21) 내 코팅층으로서, 그리고/또는 추가 전기 도체 요소(41)의 코팅층으로서 존재하는, 전기 접촉 형성 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41)는 발열성 화학 반응의 점화 동안 상호 압착되는, 전기 접촉 형성 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 전기 도체 요소(41)는 제2 초전도성 스트립 도체(1b)인, 전기 접촉 형성 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 전기 도체 요소(41)는 상시 전도성 접촉편(31)인, 전기 접촉 형성 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 발열성 화학 반응의 점화는 전기 점화 펄스(47)를 통해, 광학 점화 펄스(47)를 통해, 그리고/또는 열적 점화 펄스(47)를 통해 개시되는, 전기 접촉 형성 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 발열성 화학 반응의 점화에 의해, 1000℃와 2000℃ 사이의 범위 내에 놓인 반응 온도가 형성되는, 전기 접촉 형성 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 반응성 다중층 필름(43)의 재료는 알루미늄 및/또는 니켈을 함유하는, 전기 접촉 형성 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 반응성 다중층 필름(43)은 10㎛와 300㎛ 사이, 특히 20㎛와 200㎛ 사이의 범위 내의 전체 두께(d43)를 갖는, 전기 접촉 형성 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 반응성 다중층 필름(43)은 나노 구조화 다중층 시스템을 포함하는, 전기 접촉 형성 방법.
  14. 제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41)를 포함하는 전기 도체 어셈블리(20)로서,
    제1 초전도성 스트립 도체(1a)와 추가 전기 도체 요소(41) 간의 접촉 영역(21) 내에, 다중층 필름(43) 내의 발열성 화학 반응의 점화에 의해 형성된 영구적인 전기 전도성 연결부가 형성되는, 전기 도체 어셈블리(20).
  15. 제14항에 있어서, 상기 영구적인 전기 연결부는 연결층(23)을 이용한 납땜 연결을 통해 형성되며, 상기 연결층(23)은 알루미늄 및 니켈을 구성성분으로 함유하는 금속간 화합물을 포함하는, 전기 도체 어셈블리(20).
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