WO2004040043A2 - Verfahren zur herstellung eines bandes mit texturierter metallschicht und band mit texturierter metallschicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bandes mit texturierter metallschicht und band mit texturierter metallschicht Download PDF

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    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/20—Separation of the formed objects from the electrodes with no destruction of said electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
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    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0801—Processes peculiar to the manufacture or treatment of filaments or composite wires

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tape with a carrier tape and a textured metal layer carried by the latter.
  • textured silver layers can be produced using a galvanic process, for example on a suitably textured band of copper 5 or nickel
  • the tape obtained in this way is suitable, for example, for the further deposition of a high-temperature superconductor on the textured silver layer.
  • the object of the invention is to provide a method with which the production of a strip with a textured metal layer can be produced comparatively inexpensively.
  • the method according to the invention has the advantage that the carrier tape does not have to have any properties which enable the production of the textured structural tape, since the textured structural tape is produced separately and only subsequently with the Carrier tape is firmly connected.
  • the carrier tape therefore does not have to have a texture and a texture layers have suitable high surface quality.
  • the carrier tape can advantageously be produced very inexpensively.
  • the textured structural tape can be galvanically produced on a textured substrate with electrical conductivity as a metal layer and the metal layer can be detached from the substrate while obtaining the textured structural tape.
  • the textured structural tape can be produced galvanically at low cost.
  • the galvanic generation can be carried out according to the method described in the prior art mentioned at the beginning.
  • the textured structural tape is subsequently detached from the textured substrate, which is preferably also designed as a tape, so that the latter is again available for the galvanic deposition of the textured structural tape.
  • Another important advantage of detaching the textured structural tape from the textured substrate is that this exposes the side of the structural tape facing the substrate and is available, for example, for the deposition of a high-temperature superconductor.
  • This side has a particularly high surface quality and an almost flawless texture, so that there are optimal conditions for the deposition of the high-temperature superconductor.
  • a further embodiment of the method provides that an intermediate layer is applied to the side of the carrier tape facing the structural tape before these tapes are connected.
  • This intermediate layer can e.g. B. consist of amorphous aluminum oxide, and by applying this layer, the surface quality of the carrier tape can be improved by z. B. micropores in the surface of the carrier tape are closed. This advantageously improves the firm connection between the carrier tape and the structural tape.
  • the adhesive can be applied as an intermediate layer to the structural tape or the carrier tape.
  • the adhesive can advantageously simultaneously serve as an electrical insulator between the carrier tape and the structural tape if such an effect is desired.
  • the carrier tape and the structural tape are connected to one another by the method of bonding wafers.
  • a proven connection technology can advantageously be used, in which the carrier tape and the structure tape are only slightly loaded during the connection process.
  • Structural tape can be connected to each other by rolling.
  • the properties can advantageously be achieved by the rolling process of structural tape and carrier tape can also be specifically changed.
  • the carrier tape is firmly connected on both sides with a structural tape. This advantageously makes it possible to achieve a sandwich structure of the strip produced, for example using high-temperature superconductors.
  • a further band is firmly connected to the side of the structural band facing away from the carrier band.
  • This further band can consist, for example, of a commutation conductor which is connected to a high-temperature superconductor previously applied to the structure band.
  • the commutation conductor acts as a protective conductor for the underlying, high temperature superconducting layer. If the electrical resistance in this layer rises above a critical temperature, it is relieved via the commutation conductor and thus protected against possible destruction.
  • the separate production of the further band forming the commutation conductor can be carried out cost-effectively and in an optimized manner depending on the material used, as a result of which a high level of economy is achieved.
  • a ceramic tape is used as the carrier tape.
  • This ceramic film can advantageously be polycrystalline, since a texture for the deposition of layers that are also textured is not required.
  • ceramics generally have good thermal conductivity, so that the heat loss which arises, for example, in the case of quenching a superconductor layer, can be reliably dissipated. Even the electrically insulating ones Properties of ceramics can be used advantageously, so that any further insulation layers in the layer structure of the strip can be saved.
  • the ceramic tape can be made of aluminum oxide, for example.
  • the invention relates to a tape with a carrier tape and a textured metal layer carried by this.
  • the object of the invention is to provide a tape with a textured metal layer which can be produced comparatively inexpensively.
  • a textured structural tape for forming the textured metal layer is firmly connected to the carrier tape.
  • Such a band can be advantageously manufactured inexpensively for the reasons already given.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the band according to the invention in cross section
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the band according to the invention in cross section.
  • a band according to FIG. 1 consists of a carrier band 11 which has been firmly connected to a structural band 12.
  • a further band 13 is firmly attached to the structure band.
  • the carrier tape has a ceramic layer 14 made of aluminum oxide.
  • An intermediate layer 15 made of amorphous aluminum oxide is applied to this ceramic layer.
  • An additional layer 16 is followed by an adhesive layer 16, which is responsible for a firm connection with the structural tape 12.
  • the structure band 12 consists of a biaxially textured metal layer 17, which can be formed, for example, from nickel, a nickel alloy, silver or a silver alloy.
  • This biaxially textured metal layer 17 can, for example, be electrodeposited as a band on a textured substrate and then detached, thereby forming the basis for the structured band 12.
  • the structural band is formed from the composite between the textured metal layer 17, the insulating layer 18 and the HTSL layer 19.
  • This means that the textured metal layer is coated to form the structural tape before it is firmly connected to the carrier tape 11.
  • a procedure is also conceivable (not shown), in which the structure band 12 is initially only formed by the textured metal layer 17, this is firmly connected to the carrier band, and only then is there possibly a coating. with the insulating layer 18 and in any case with the HTSL
  • the further band 13 consists of a commutation conductor layer 20 and a conductive adhesive layer 21. With the aid of this adhesive layer, the further band 13 is firmly connected to the composite of carrier band 11 and structure band 12.
  • the layer structure of the band described can also be arranged on the side of the carrier band according to FIG. 1 facing away from the structural band 12 (not shown in more detail).
  • the carrier tape 11 is also provided on this side with an intermediate layer and an adhesive layer, so that a mirror-image structure of the tape with an axis of symmetry 22 (shown in FIG. 1) results.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 has a layer structure in which first a first structural band 12a and then a second structural band 12b have been applied to the carrier band 11. Both structural strips 12a, 12b have the one textured metal layer 17a, 17b, which is provided with HTSL layers 19a, 19b over half the width of this metal layer 17a, 17b.
  • a semiconductor layer 23a, 23b is applied in each case to a region of the textured metal layers 17a, 17b running parallel to the respective HTSL layer 19a, 19b.
  • Insulating cover layers 24a, 24b are also applied to the respective HTSL layers or semiconductor layers Complete the structure tape 12a, 12b on the side facing away from the respective textured metal layer 17a, 17b.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Bandes mit einem Trägerband (11) wird eine texturierte Metallschicht (17) dadurch erzeugt, dass ein Strukturband (12) hergestellt wird, welches anschliessend mit dem Trägerband (11) beispielsweise mittels einer Klebstoffverbindung (16) fest verbunden wird. Dieses Band eignet sich beispielsweise zur Herstellung eines Hochtemperatursupraleiters (19) unter Zuhilfenahme einer Zwischenschicht (18) auf der texturierten Metallschicht (17). Das so erzeugte Band weist gegenüber herkömmlichen Bändern mit texturierten Metallschichten den Vorteil auf, dass das Trägerband (11) nicht als Substrat für die texturierte Metallschicht dient, so dass dieses kostengünstig beispielsweise aus einem polykristallinen Keramiksubstrat gebildet werden kann. Gleichzeitig kann das kostenträchtige Substrat, auf dem die texturierte Metallschicht (17) hergestellt wird, mehrfach zur Erzeugung der texturierten Metallschicht verwendet werden, da diese nach der Erzeugung von dem Substrat gelöst und mit dem Trägerband (11) fest verbunden wird. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung von langen, mit hochtemperatursupraleitenden Schichten (19) versehenen Bändern erreichen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Bandes mit texturierter Metallschicht und Band mit texturierter Metallschicht ■ 5
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes mit einem Trägerband und einer von diesem getragenen texturierten Metallschicht.
0 Ein solches Verfahren ist beispielsweise in „Superconductor Science and Technology" 14 (2001) auf den Seiten 124 bis 129 beschrieben. Gemäß dieser Publikation können texturierte Silberschichten mit einem galvanischen Verfahren beispielsweise auf einem in geeigneter Weise texturierten Band aus Kupfer 5 oder Nickel hergestellt werden. Das so gewonnene Band eignet sich beispielsweise zur weiteren Abscheidung eines Hochtemperatursupraleiters auf der texturierten Silberschicht .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit 0 dem die Herstellung eines Bandes mit texturierter Metallschicht vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein texturiertes Strukturband erzeugt wird und zur Erzeugung der 5 texturierten Metallschicht das Strukturband mit dem Trägerband fest verbunden wird. Gegenüber dem eingangs beschriebenen Verfahren gemäß dem Stand der Technik hat das erfindungs- gemäße Verfahren den Vorteil, dass das Trägerband keine Eigenschaften aufweisen muss, die die Erzeugung des texturier- 0 ten Strukturbandes ermöglichen, da das texturierte Strukturband gesondert hergestellt wird und erst anschließend mit dem Trägerband fest verbunden wird. Insbesondere muss das Trägerband daher keine Textur und eine zur Abscheidung von textu- rierten Schichten geeignete hohe Oberflächengüte aufweisen.
Dadurch kann die Herstellung des Trägerbandes vorteilhaft sehr kostengünstig erfolgen.
Das texturierte Strukturband kann gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung auf einem texturierten Substrat mit elektrischer Leitfähigkeit als Metallschicht galvanisch erzeugt werden und die Metallschicht unter Gewinnung des texturierten Strukturbandes von dem Substrat gelöst werden. Dies bedeutet, dass das texturierte Strukturband kostengünstig galvanisch hergestellt werden kann. Bei der galvanischen Erzeugung kann grundsätzlich nach dem im eingangs genannten Stand der Technik beschriebenen Verfahren vorgegangen werden. Im Unterschied zum Stand der Technik wird das texturierte Strukturband aber anschließend von dem vorzugsweise ebenfalls als Band ausgebildeten texturierten Substrat gelöst, so dass letzteres erneut zur galvanischen Abscheidung des texturierten Strukturbandes zur Verfügung steht. Hierdurch wird vorteilhaft eine wirtschaftliche Erzeugung des texturierten Strukturbandes möglich, da das in der Herstellung teure, texturierte Substrat mehrfach verwendet werden kann.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Ablösung des texturierten Strukturbandes von dem texturierten Substrat liegt darin, dass hierdurch die dem Substrat zugewandte Seite des Strukturbandes freigelegt wird und beispielsweise zur Abscheidung eines Hochtemperatursupraleiters zur Verfügung steht. Diese Seite weist eine besonders hohe Oberflächengüte und eine fast fehlerfreie Textur auf, so dass optimale Bedingungen für die Abscheidung des Hochtemperatursupraleiters gegeben sind.
Genauere Angaben zur Erzeugung des texturierten Strukturbandes mit anschließender Ablösung vom Substrat können der alte- ren deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
101 36 890.9 entnommen werden.
Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass auf der dem Strukturband zugewandten Seite des Trägerbandes vor dem Verbinden dieser Bänder eine Zwischenschicht aufgebracht wird. Diese Zwischenschicht kann z. B. aus amorphen Aluminiumoxid bestehen, wobei durch Aufbringen dieser Schicht die Oberflächengüte des Trägerbandes verbessert werden kann, in- dem z. B. Mikroporen in der Oberfläche des Trägerbandes verschlossen werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise die feste Verbindung zwischen dem Trägerband und dem Strukturband verbessert .
Es ist vorteilhaft, wenn das Trägerband und das Strukturband miteinander verklebt werden. Der Klebstoff kann dabei als Zwischenschicht auf das Strukturband oder das Trägerband aufgebracht werden. Der Klebstoff kann vorteilhafterweise gleichzeitig als elektrischer Isolator zwischen dem Träger- band und dem Strukturband dienen, wenn ein solcher Effekt gewünscht ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Trägerband und das Strukturband nach dem Verfahren des Bondens von Wafern mit- einander verbunden werden. Hierbei kann vorteilhafterweise auf eine bewährte Verbindungstechnologie zurückgegriffen werden, bei der das Trägerband und das Strukturband während des Verbindungsprozesses nur gering belastet werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Trägerband und das
Strukturband durch Walzen miteinander verbunden werden. Durch den Walzvorgang können vorteilhafterweise die Eigenschaften von Strukturband und Trägerband zusätzlich gezielt geändert werden.
Einer weiteren Ausbildung des Verfahrens gemäß wird das Trä- gerband beidseitig mit je einem Strukturband fest verbunden. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine Sandwich-Struktur des erzeugten Bandes, beispielsweise mit Hochtemperatursupraleitern erreichen.
Zusätzlich vorteilhaft ist es, wenn mit der dem Trägerband abgewandten Seite des Strukturbandes ein weiteres Band fest verbunden wird. Dieses weitere Band kann beispielsweise aus einen Kommmutierungsleiter bestehen, der mit einem vorher auf das Strukturband aufgebrachten Hochtemperatursupraleiter in Verbindung steht. Der Kommutierungsleiter wirkt als Schutzleiter für die darunter liegende, hochte peratursupraleitende Schicht. Wenn in dieser Schicht oberhalb einer kritischen Temperatur der elektrische Widerstand ansteigt, so wird sie über den Kommutierungsleiter entlastet und so vor einer even- tuellen Zerstörung bewahrt. Die gesonderte Herstellung des weiteren, den Kommutierungsleiter bildenden Bandes kann kostengünstig und in Abhängigkeit vom verwendeten Material optimiert erfolgen, wodurch eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht wird.
Es ist vorteilhaft, wenn als Trägerband ein Keramikband verwendet wird. Diese Keramikfolie kann vorteilhaft polykrista- lin ausgebildet sein, da eine Textur zur Abscheidung ebenfalls texturierter Schichten nicht benötigt wird. Außerdem besitzen Keramiken im Allgemeinen eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass die Verlustwärme, die beispielsweise im Falle eines Quenchens einer Supraleiterschicht entsteht, zuverlässig abgeführt werden kann. Auch die elektrisch isolierenden Eigenschaften von Keramiken können vorteilhaft genutzt werden, so dass eventuelle weitere Isolationsschichten im Schichtaufbau des Bandes eingespart werden können. Das Keramikband kann beispielsweise aus Aluminiumoxyd bestehen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Band mit einem Trägerband und einer von diesem getragenen texturierten Metallschicht .
Ein solches Band ist aus dem eingangs aufgeführten Stand der Technik bekannt .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Band mit einer texturierten Metallschicht anzugeben, welches sich ver- gleichsweise kostengünstig herstellen lässt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein texturiertes Strukturband zur Bildung der texturierten Metallschicht mit dem Trägerband fest verbunden ist. Ein solches Band lässt sich aus den bereits angegebenen Gründen vorteilhaft kostengünstig herstellen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung lassen sich der Zeichnung entnehmen. Hierbei zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bandes im Querschnitt und Figur 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Bandes im Querschnitt.
Ein Band gemäß Figur 1 besteht aus einem Trägerband 11, welches mit einem Strukturband 12 fest verbunden wurde . Auf dem Strukturband ist ein weiteres Band 13 fest angebracht. Das Trägerband weist eine Keramikschicht 14 aus Aluminiumoxid auf. Auf dieser Keramikschicht ist eine Zwischenschicht 15 aus amorphen Aluminiumoxid aufgebracht. Als weitere Zwischenschicht folgt eine KlebstoffSchicht 16, die für eine feste Verbindung mit dem Strukturband 12 verantwortlich ist.
Das Strukturband 12 besteht aus einer biaxial texturierten Metallschicht 17, die beispielsweise aus Nickel, einer Nickellegierung, Silber oder einer Silberlegierung gebildet sein kann. Diese biaxial texturierte Metallschicht 17 kann beispielsweise als Band galvanisch auf einem texturierten Substrat abgeschieden und anschließend abgelöst werden, wodurch die Grundlage für das Strukturband 12 entsteht. Weiterhin kann eine epiktaktische einkristalline Isolierschicht z. B. aus Ceroxid und beispielsweise ein YBCO-Hochtemperatursupraleiter abgeschieden werden. Es ist eine galvanische Abscheidung, aber auch eine Abscheidung durch Vakuumverdampfen, beispielsweise Sputtern möglich.
Bei dem Band gemäß Figur 1 ist das Strukturband aus dem Verbund zwischen der texturierten Metallschicht 17, der Isolierschicht 18 und der HTSL-Schicht 19 gebildet. Dies bedeutet, dass eine Beschichtung der texturierten Metallschicht zur Bildung des Strukturbandes vor einer festen Verbindung der- selben mit dem Trägerband 11 erfolgt. Denkbar (nicht dargestellt) ist jedoch auch eine Vorgehensweise, bei der das Strukturband 12 zunächst lediglich durch die texturierte Metallschicht 17 gebildet wird, diese mit dem Trägerband fest verbunden wird und erst anschließend eine Beschichtung evtl . mit der Isolierschicht 18 und auf jeden Fall mit der HTSL-
Schicht 19 erfolgt. Das weitere Band 13 besteht aus einer Kommutierungsleiterschicht 20 und einer leitfähigen KlebstoffSchicht 21. Mit Hilfe dieser KlebstoffSchicht wird das weitere Band 13 fest mit dem Verbund aus Trägerband 11 und Strukturband 12 verbun- den.
Der beschriebene Schichtaufbau des Bandes kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung auch auf der dem Strukturband 12 abgewandten Seite des Trägerbandes gemäß Fi- gur 1 angeordnet werden (nicht näher dargestellt) . Dabei wird das Trägerband 11 ebenfalls auf dieser Seite mit einer Zwischenschicht und einer Klebstoffschicht versehen, so dass sich ein spiegelbildlicher Aufbau des Bandes mit einer Symmetrieachse 22 (in Figur 1 dargestellt) ergibt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist einen Schichtaufbau auf, bei dem auf das Trägerband 11 zunächst ein erstes Strukturband 12a und anschießend eine zweites Strukturband 12b aufgebracht wurde. Beide Strukturbänder 12a, 12b weisen dabei die eine texturierte Metallschicht 17a, 17b auf, die auf der halben Breite dieser Metallschicht 17a, 17b mit jeweiligen HTSL-Schichten 19a, 19b versehen ist. Auf einem parallel zur jeweiligen HTSL-Schicht 19a, 19b verlaufenden Bereich der texturierten Metallschichten 17a, 17b ist jeweils eine Halbleiterschicht 23a, 23b aufgebracht, Auf die jeweiligen HTSL-Schichten bzw. Halbleiterschichten sind weiterhin jeweils isolierende Deckschichten 24a, 24b aufgebracht, welche das jeweilige Strukturband 12a, 12b auf der der jeweiligen texturierten Metallschicht 17a, 17b abgewandten Seite ab- schließen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bandes mit einem Trägerband (11) und einer von diesem getragenen texturierten Metallschicht (17) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein texturiertes Strukturband (12) erzeugt wird und zur Erzeugung der texturierten Metallschicht das Strukturband (12) mit dem Trägerband (11) fest verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das texturierte Strukturband (14) auf einem texturierten Substrat mit elektrischer Leitfähigkeit als Metallschicht galvanisch erzeugt wird und die Metallschicht unter Gewinnung des texturierten Strukturbandes (12) von dem Substrat gelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf der dem Strukturband (12) zugewandten Seite des Trägerbandes (11) vor dem Verbinden dieser Bänder eine Zwischenschicht (15, 16) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Trägerband (11) und das Strukturband (12) miteinander verklebt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Trägerband (11) und das Strukturband (12) nach dem
Verfahren des Bondens von Wafern miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Trägerband (11) und das Strukturband (12) durch Walzen miteinander verbunden werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Trägerband (11) beidseitig mit je einem Strukturband (12) fest verbunden wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit der dem Trägerband abgewandten Seite des Strukturbandes (12) ein weiteres Band (13) fest verbunden wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Trägerband (11) ein Keramikband verwendet wird.
10. Band mit einem Trägerband (11) und einer von diesem ge- tragenen texturierten Metallschicht (17) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein texturiertes Strukturband (12) zur Bildung der texturierten Metallschicht mit dem Trägerband fest verbunden ist .
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