DE1465697A1 - Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender VerbindungenInfo
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Description
Docket JOj 4,6,2
aassBssqsssssessasssassssssBassa'casssssssss
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrisch,
leitender Verbindungen zwischen Metalloberflächen, und zwar sowohl
zur Verbindung normal leitender Elemente als auch supraleitender
Elemente. Es soll zunächst auf die Probleme Bezug genommen wer-?
den, die bei der Herstellung von Verbindungen von supraleitenden Elementen auftreten können.
Die Arbeitsweise einer kryogen en Einrichtung oder eines
Kryotrons beruht auf dem physikalischen Phänomen der Supraleitfähigkeit,
bei der es sich um die Eigenschaft gewisser Metalle und legierungen handelt, unterhalb einer kritischen Temperatur
keinen elektrischen Widerstand zu zeigen. Allgemein enthalten Kryotrons Ubereinanderliegende Steuer- und Torleiter,
die aus leitenden Streifen aus harten und weichen supraleitenden Materialien, z.B. Blei und Zinn, gebildet, sich
Jcreuzend oder in gleicher Richtung mit dazwischenliegen-
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den dielektrischen Schichten angeordnet und auf ebenen Unterlagen aufgebracht sind. Mehrere Kryot rona werden auf eine derartige
Unterlage zur Bildung einer kryogenen Vorrichtung aufgebracht. Zur Erleichterung der elektrischen Anschlüsse an
eine kryogene Anordnung sind ausgewählte Steuer- und auch Torleiter so angebracht, dass sie mit den "Inseln" bzw. Anschlußstellen, die sich entlang des Umfangs' der Unterlage
befinden, elektrisch eine Einheit bilden. Eine kryogene An-Ä
Ordnung und die dazugehörigen Inseln sowie gewisse elektrische Anschlüsse zwischen diesen Inseln und den Verbraucherkreisen
und Stromquellen sind beispielsweise in dem Patent 1 120 502 gezeigt. Es ist offensichtlich, dass elektrische
Anschlüsse an Inseln supraleitend sein sollten, so dass kein Widerstand eingeführt und demzufolge kein Erwärmen in den
verschiedenen Kryotronkreisen bewirkt wird. Dies 1st besonders
wichtig, wenn die besonderen Steuer- und Torleiter, die mit derartigen Inseln elektrisch eine Einheit bilden,
in einer "supraleitenden Sohleife" angeordnet sind, dl· als
Sohlelfe definiert ist, in der ein einmal eingeleiteter Strom von selbst dauernd weiterflieset„ Ein kleiner durch einen
Anschluss, der nicht supraleitend 1st, eingeführter Widerstand würde einen solchen Betrieb unterbrechen0
Bei der Bildung supraleitender Anschlüsse an Inseln traten bisher beträchtliche Schwierigkeiten auf. Bei den bisherigen
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Methoden wurden bekannte Lötverfahren angewendet, die nur
wenig modifiziert wurden, ua sie für kryogen« Anwendungszweoke
anzupassen« Derartige Lötverfahren erfordern Jedoch die Anwendung einer groeaen Wärmemenge direkt auf die Insel« üb
eine Verbindung swieohen ihr und beispielsweise eine« Lei«
tungsdraht oder einen Leitungsband herzustellen. Die Anwendung von ttbermässlger Wärme auf eine Kryotradanordnung ist
Jedoch ausserordentlioh unzweokmässlg. Wenn beispielsweise
metallische Unterlagen verwendet werden, so wirken derartige Unterlagen als Wärmesenke, wodurch die Unterlage und demzufolge jedes darauf angebrachte Kryotron auf den Schmelzpunkt
des besonderen verwendeten Ltttmaterials erwärmt werden. Durch
Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der metallischen Unterlagen, der Steuer- und Torleiter und der
dazwischenliegenden dielektrischen Schichten bedingte Beanspruchungen
bewirken häufig einen Bruoh und eine dauernde Schädigung der kryogenen Anordnung. Auch wenn Olasunterlagen
verwendet werden, bewirken die durch das Punkterhitzen an einer Insel und das anschliessende Abkühlen bedingten Spannungen
häufig ein Zerspringen der Olasunterlage. Ausserdem bewirkt
Ubermäs8lges Erhitzen einer kryogenen Anordnung während eines Lötverfahrens eine Diffusion von Atomen an den Verbindungsstellen von harten und weichen supraleitenden Materialien,
so dass stärkere Magnetfelder erforderlich sind, um jedes der-
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_ 4 —
artige Material aus einen supraleitenden Zu et and in einen Wider»
standaeustand zu βohalten.
Außerdem sind die bisherigen Methoden für eine Massenproduktion
Ton kryogen en Vorrichtungen völlig angeeignet* So sind Beispieleweise
ftir kryogene Anwendung szweoke angepaßte lötteobniken aufgrund
der Kleinheit der Strukturen» zwischen denen supraleitende Anaohlüsee hergestellt werden sollen» außerordentlich zeitraubend«
Obgleich die Inseln eine maximale zulässige Oberfläche besitzen und Ib allgemeinen dicker als die an sie anschließenden
Tor- und St et» er leiter sind, so sind sie doch außerordentlich
fragil. Wenn nicht überaus vor eich tig gearbeitet wird, kann
durch -Zufall die kryogene Anordnung duroh Durchdrücken und/oder unachtsamen Gebrauch von Flußmitteln während des Ib*t ν erfahrene
geschädigt werden· Derartige Methoden wurden jedoch weiter angewandt)
da bisher keine zufriedenstellende andere Methode verfügbar war»
Bs ist bereits ein elektrischer Druckkontakt zur kontakt β icher en
Verbindung «wischen leitenden Teilen bekannt, Bit dem eine einwandfreie
Kontakt gäbe für lange Zeit sichergestellt werden soll.
Zwischen den kontaktgebenden Teil dee Druckkontaktes und dem
etroaftihranden Hement ist als zusätzliches Kontakt element eine
Sohloht aus gut leitender Masae angeordnet. Mit de« Prinzip«
zwischen den Leitern eine zusätzliche, leitende Schicht anzuord-
η&η, läßt sich das Pro biete der Vermeidung übermäßiger Wärmeanwendung
bei der Herstellung beliebiger elektrischer Verbindungen
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nicht lösen·
£8 ist auch bekannt, Kontakte bei der Herstellung von Widerständen
und Kondensatoren unter Anwendung eines Kittes aufzubringen·
Auch diese» Verfahren führt praktisch dazu, dafi ein
zusätzliches Kontaktelement erzeugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung
von elektrischen Verbindungen »wischen beliebigen Leitern» insbesondere
Supraleitern, eine übermäßige Wärmeentwicklung auszuschalten.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dafi man diese Metalloberflächen
Kit einer lösung behandelt, die ein Ears als Bindemittel
und eine Säure enthält, die Kit den auf diesen Oberflächen vorhandenen Oxyden oder anderen Schichten.reagiert, und
dadurch diese Oberflächen freilegt und flächenformige Kontakte
zwischen diesen Oberflächen bildet und nichtungesetzte Säure
unter gleichzeitiger Bärtung des Bindemittela verdaapft.
Hierdurch werden die Oberflächen von Teilchen und/oder Körpern,
insbesondere aus supraleitenden Materialien, behandelt, um leitende
metallische Brücken zu bilden, die fläohenf or feige, nicht aber
punktförmige Kontakte bilden, so daß derartige Teilchen und/oder
Körper wirksam zu einer Einheit verbunden werden. Elektrische,
insbesondere supraleitende, Verbindungen zwischen der Oberfläche
von Veilchen und/oaer Körpern werden ohne Anwendung von Wärme
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BADORtGlNAL
BADORtGlNAL
gebildet» indem solche Materialien der Einwirkung einer geeigneten
Lu sung unterworfen werden» die in wesentlichen aus einer Säure
and einen Bars und gegebenenfalls aus einen lösungsmittel besteht. Die Säure-löaungsmittel-HarB-Löeung bewirkt die ?reilegung
reiner Oberflächen der Reiter,, so daß sie die Bildung dieser
leitenden metallischen Brücken untersttitst und auch als Klebemittel dient, un die so hergestellte supraleitende Verbindung
dauerhaft su maohen.
Wenn die Säure-Lösungsmittel-Hara-Iösung auf die Oberfläche eines
leitenden Teilchens oder Körpers, insbesondere aus supraleitende* Material, angewendet wird, so reagiert die Säurekomponente mit
den normalerweisβ darauf befindlichen Oxydfilm unter Freilegung
gründlich gereinigter Oberflächen des Materials und Erzeugung eines Hebenprodukts, das in der Säure-Iösungsmittel-Hare-Lösung
löslich ist« Wenn sich zwei solche Oberflächen berühren, so bilden
sich «wischen ihnen aufgrund der Anziehungskräfte ihrer Atone leitende «etallischβ Bindungen· Solche leitenden metallischen
Bindungen bewirken, daß diese Oberflächen aneinanderheften. Da die ftebenprodukte des Reinigungsverfahrens löslich sind, entsteht
eine maximale Zahl an Kontakten, und es werden daher leitende metallische Bindungen «wischen solchen Oberflächen gebildet.
Aufierden besteht aufgrund eines Mechanismus, von dem angenommen
Wird, daß er ein elektrolyt is eher Mechanismus ist, eine Tend en«
«ir Bildung leitender metallischer Brücken au« leitendem Material
uwi jede leitend· metallische Bindung· wobei Hohlräume zwisohen
den eiob berührenden Oberflächen ausgefüllt werden» so dass
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ohenkontakte und nicht Punktkontakte zwischen diesen gebildet werden. Da solche Oberflächen wirksam zu einer Einheit
verbunden sind« besitzen derartige Anschlüsse die gleiche Leitfähigkeit wie das leitende Material, das die Oberflächen
bildet. Wenn die Säure und das Lösungsmittel der Lösung an8ohlies8end verdampfen» härtet die Harskonponente und
verbindet die Kontaktflächen.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Teilchen
von leitendem Material in die SKure-LÖsungsioittel-Harz-Lösung
eingeführt, die als Träger dient. Die leitenden Teilchen werden, während sie sich in Suspension befinden,
gründlich an der Oberfläche durch die Säurekomponente gereinigt und seigen die Tendenz, eich sofort aufgrund der Bildung
leitender metallischer Bindungen «wischen ihnen zu agglomerieren. Die Harzkomponente bewirkt jedoch eine kurzzeitige
Verzögerung der Bildung dieser leitenden metallischen Bindungen, so dass die an der Oberfläche gereinigten Teilohen als
Pigment in Suspension verbleiben. Die Wahrscheinlichkeit der
Bildung der leitenden metallischen Bindungen zwlsohen den an der Oberfläche gereinigten Teilchen 1st sehr hoch. Aufgrund
des gleichen elektrolytIschen Mechanismus besteht eine Neigung
zur Bildung von metallischen Brücken, um Hohlräume zwi- sehen
derartig gebundenen Teilohen auszufüllen. Gemäss einem
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anderen Aspekt der Erfindung wird diese Suspension von an der
Oberfläche gereinigten Teilchen daher nach Art gedrückter
Sobaltongen aufgebracht und bildet, wenn die Säure und das
lösungsmittel der lösung verdampft sind» ein kontinuierliches
Band τ erkettet er Teilohen, die Supraleitfähigkeit aufweisen
und in der gehärteten Harskomponente fixiert sind·
Die vor et eh end en Ziele, Gegenstände, Merkmale und Torteile der
φ Erfindung sind aus der nachfolgenden mehr ins eineeine gehenden
Beschreibung berorsugter Ausführungsformen der Erfindung, wie
sie durch die beigefügten Zeichnungen erläutert werden» ersichtlich.
PIg. 1 und 2 leitende, insbesbndere supraleitende Anschlüsse
«wischen Inseln, die sich auf einer unterlage befinden, und einem leltungedraht bsw· einem Leitungsband, der bsw.das aus
gleichartigen supraleitenden Materialien gebildet let;
Hg. 5 einen leitenden, insbesondere supraleitenden Dipolleitung
sanechluß an «in· Insel avf einer Unterlage;
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Flg. 4 einen supraleitenden Anschluss «riechen zwei Znsein«
der aus anelnandergeketteteh. Teilotaen von supraleitenden
Material gebildet ist, die In einem permanenten Har«bindemittel
fixiert sind.
Der grundsätzliche Aufbau eines Kryotron» ist in Querschnitt
in Jeder der Figuren 1, 2 und 3 gezeigt. Das Kryotron wird bekanntlich durch Aufeinanderlagerung von Schichten aus ausgewählten
Materialien im Hochvakuum auf eine Unterlage 1,
beispielsweise eine Aluminiumunterlage, mittels geeigneter
Anordnungen von Masken gebildet. Zu Beginn wird eine Isolierschicht 3, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, Über die geea»-
te Oberfläche der Aluminiumunterlage 1 aufgebracht. Inseln 5
aus hartem supraleitendem Material werden dann In vorbeetimmter
Anordnung längs des Rands der Unterlage 1 aufgebracht. Die Inseln 5 werden zur Erlelohterung der Bildung der Anschlüsse
an ihnen mit der maximal zulässigen Oberfläche und der maximalen Dicke aufgebracht. Die nächste Stufe der Herstellung
besteht darin» eine Absohirmungssohioht 7 aus hartem supraleitendem Material auf die Isolierschicht 3 aufzudampfen,
während die Inseln 5 wirksam abgedeckt werden. Die Absohirmungssohicht
7 wirkt bekanntlich als Abschirmung zur Herabsetzung der Induktivität von Jedem der das Kryotron bildenden
Steuer- und Torleiter. Ansohliessend wird eine zweite
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Isolierschicht 9, beispielsweise aus Siliciummonoxyd, darüber
so aufgebracht, dass sie die Abschirmungeschicht 7 leicht überlappt. Bin dünner Streifen 11 aus weichen supraleitendem
Material, der den Torleiter des Kryotrons bildet, wird dann durch eine geeignete Maske auf die Isolierschicht
aufgebracht. Eine weitere Sohicht aus isolierenden Material
13, beispieleweise aus Silioiummonoxyd, wird über denjenigen
Teil des Torieitere 11 aufgebracht, der in gleicher Richtung
oder dazu gekreuzt (letzteres ist dargestellt) zu einen dünnen
Streifen 15 aus harten supraleitenden Material geführt ist« der den Steuerleiter des Kryotrons bildet. Der Steuerleiter
15 verläuft zu einer besonderen Insel 5 und bildet nit dieser elektrisch eine Einheit. Es ist bekannt, dass nur
derjenige Teil des Torleiters 11 unmittelbar unter den Steuerleiter
15 aus weichen supraleitenden Material gebildet sein kann» wahrend der verbleibende Teil aus hartem supraleitenden
Material bestehen kann. Obgleich es nicht gezeigt ist, ist es doch offensichtlich, dass der Torleiter 11 erforderlichenfalls ebenfalls an eine Insel 5 angeschlossen
sein kann. Eine Schutzschicht aus isolierendem Material 14
wird über den Torleiter 11 und den Steuerleiter 15 aufgebracht „
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Wie in folgenden in einzelnen nooh ausgeführt wird, betrifft
die vorliegende Erfindung jedoch insbesondere die Herstellung elektrischer AnsohlUese Bit Supraleitung an beispielsweise
Inseln 5, Die Auswahl eines besonderen der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten elektrischen Ansohlüsse wird duroh übllohe
Sohaltungstiberlegungen bestimmt. So werden beispielsweise die in den Figuren 1 und 2 gezeigten supraleitenden Ansohlfisse
für StronansohlOsse für 01eiohstrom oder für niederfrequenten
Wechselstrom an eine Insel 5 verwendet. Wie In jeder
der Figuren 1 und 2 geneigt, 1st ein» Leitungsdraht 17 oder
ein Leitungsband 1$ aus hartem supraleitendem Material, beispielsweise
Blei, in supraleitendem Kontakt mit einem Ende mit einer Insel 5 und mit de» anderen Ende beispielsweise mit
einem Verbrauoherkreis (nioht geteigt) verbunden. Eine andere
Art von Stromverbindung für Olelohstrom oder niederfrequenten Wechselstrom 1st in FIg4 4 gezeigt, bei welcher die supraleitende Verbindung «wischen Inseln 5* die beispielsweise
auf der gleichen unterlage 1 aufliegen, Ittnge einem aus verketteten
Teilchen von hartem supraleitende» Material gebildeten Ansohluseband
81 gebildet wird. Bisher wurden Ansohlussbander,
die dem in Flg. * gezeigten Ähnlich sind, durch Aufdampfen
von dünnen leitenden Bindern duroh eine geeignete Maske gebildet,
so dass sie «alt jeder der Inseln 5 elektrisch eine
Einheit bilden. Ein« vierte Art von Anschluss, der allgemein
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als Dipolleitungsanschluss bezeichnet wird, ist in Fig. 3
gezeigt. Ein solcher wird für hochfrequente Wechselstroman-Schlüsse
an eine Insel 5 verwendet. Zur Bildung eines solchen Anschlusses erstreckt sich ein Teil 23 der Absohlrmungs·»
sohioht 7 fingerförmig über die Isolierschicht 9 hinaus,
während die Insel 5, die mit dem Steuerleiter 15 verbunden
ist, vom Rand der Isolierschicht abgesetzt ist. Parallele leitende Folien 25 und 27 aus harten supraleitendem Material
oilt einer dazwischenliegenden Isolierschicht 29 aus Mylar
™ sind in supraleitendem Kontakt mit einem Ende mit dem Teil 23 ■
der Abschirniungsechicht 7 bzw. der Insel 5 und mit dem endeten Ende beispielsweise mit einem nioht dargestellten Verbraucher verbunden. Die untere leitende Folie 27 dient in
diesem Falle als Verlängerung der Absohirmungssohicht 7 zur
Abschirmung der oberen supraleitenden Folie 25.
■ gezeigt sind, sind bekannt und wurden bisher durch modifizierf
■ ■
m \ te Löttechniken hergestellt. 0er supraleitende Anschluss,
der in Flg. 4 gezeigt 1st, let Jedoch von jeden bisher erzielten
völlig verschieden und kann nur erfindungsgenäss hergestellt
«erden.
Obgleich die erfindungsgemässen physikalischen und chemischen Verfahren nioht völlig erklärbar sind, so wird doch angenommen,
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' · dass es der im nachfolgenden beschriebene Mechanismus ist,
duroh den die supraleitenden Anschlüsse, Wie sie in den Figuren
1 bis * gezeigt sind» gebildet werden. Bs 1st klar ersichtlich, dass solohe Anschlüsse gebildet werden können,
wenn das im folgenden im spezielleren angegebene Verfahren angewendet wird. Ausserdem werden diese supraleitenden Anschlüsse mit minimalem Erhitzen und unter Anwendung minima«·
len Drucks gebildet· Gewöhnlich reloht das Eigengewicht
einer Insel 5 «hs, wodurch schwerwiegende Beschränkungen, die
bis jetat vorhanden waren., beseitigt werden. Dieses Verfahren kann «»eh bei Zimmertemperatur ausgeführt werden, und
die einzige Erwärmung der kryogenen Anordnung ist die durch chemische und physikalische Vorgänge bedingte, duroh die der
supraleitende Anschluss gebildet wird.
Xa allgemeinen bildet sieh ein dünner Oxydfilm mit hohem Widerstand
Über die gesamte Oberfläche von supraleitenden Materialien* d.h. den Qruadmetallen, wenn diese kunsaeltlg der
Atmosphäre ausgesetzt werden· Zur Gewährleistung eines supraleitenden
Anschlusses muss ein solcher Oxydfilm von den zu verbindenden Oberflächen vollständig entfernt werden. Aueserde«
muss der Kontakt zwischen solchen Oberflächen,, wenn
er einmal gebildet ist, dauerhaft sein. Derartige supraleitende Anaehlüese werden gebildet, indem die Kontaktflächen
von supraleitenden Materialien, d.h· der Insel 5 und des
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Leitungsdrahts 17 von Pig. 1, der Einwirkung einer chemischen
Lösung unterworfen werden, die geeignete Säure- und Lösungemittelkomponenten
enthält. Die Lösungsmittelkomponente kann für alle praktischen Zwecke als Verdünnungsmittel angesehen
werden· Diese chemische Lösung reagiert unter Lösung der dünnen Oxydfilme, so dass blanke Oberflächen von supraleitenden
Materialien freigelegt werden. Befinden sich solche Oberflächen in Kontakt, so bilden sich zwischen ihnen aufgrund
der Anziehungskräfte der Atome in den Oberfläohenechichten
leitende metallische Bindungen. Dies weist eine gewisse Analogie BU einer zwlsohen ohemisoh gereinigten Oberflächen
eines gleichen Grundmetalls durchgeführten "Kaltsohwelssung"
auf. Zusätzlich scheint die Säurekomponente eine elektrolytisohe Wirkung zu unterstützen, duroh die freie Ionen des
supraleitenden Materials metallische Brücken über diese leitenden metallischen Bindungen bilden, so dass Hohlräume zwlsohen
den Kontaktflächen der supraleitenden Materialien ausgefüllt werden, wie es im folgenden noch beschrieben wirdo
Demzufolge werden Flächenkontakte und nicht Punktkontakte zwischen den sloh berührenden Oberflächen gebildet, so dass
solche Oberflächen tatsächlich eine Einheit bilden.
Die Säure-Lösungsmlttel-Lusung löst gleichzeitig Nebenprodukte von der Oberfläche, die gereinigt wird, d.h. die bei
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w 15 -
der Reaktion der SSurekoaponente mit den dünnen Oxydfilmen
gebildeten Metallsalze. Fails solche Nebenprodukte nicht gelöst
würden, würden sie ausfallen und zwischen den Kontaktflächen
verbleiben, so dass sie die Bildung von metallisch leitenden Bindungen zwisohen diesen erschweren und einen Widerstand
in den Ansohluss einbringen wurden.
Die so zwischen den Oberflächen der supraleitenden Materialien
gebildeten metallischen Bindungen sind fragil und werden leicht getrennt. Solohe Bindungen werden jedoch d»rch die Zugabe
eines geeigneten filmbildenden organischen Harzes zu der Säure-Löeungemitte!-Lösung
dauerhaft gemacht. Die Harzkomponente sollte in der Säure-LÖsungsmittel-Lösung löslich und mit dieser
verträglich sein» so dass keine Nebenprodukte der Reinigungswirkung
ausfallen. Da die Säure- und Lösungsmittelkomponenten
flüchtig sind, verdampfen sie ansohliessend oder
verbinden sieh mit dem Harz« Die Herzkooponente härtet dann
und bildet ein permanentes Bindemedium 16 zwischen und über ,
den Oberflächen/ so dass die leitenden Metallischen Bindungen β
intakt bleiben. Die gehärtete Hawskomponente enthält Spuren j
der Metallsalznebenprodukte der Reinigung sowie der Säure- | und Lösungsmitte!komponentenο j
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Eine gründliche'Reinigung, der Oberflächen von supraleitenden Materialien, d*h. die Reaktion der Säure und des Metalloxyde,
und der Umstand, dass keine Nebenprodukte einer sol·
ohen Reaktion ausfallen, ermöglichen die Bildung einer ma«
xlnalen Anzahl von leitenden metallischen Bindungen und demzufolge von metallischen Brücken, so dass ein gebildeter Anschluss hohe Stromkapazität und niedrige Induktivität aufweist, Da ausserdem die Säure»Lösuiigsmlttel-Harz-Lösung flüs=
sig ist, werden die zu verbindenden Oberflächen zu diesem
Zeltpunkt vor einer Oxydation geschützte
Wenn ein supraleitender Anschluss gebildet werden soll, so
werden die zu verbindenden Oberflächen, d,h<, diejenige des
Leitungsdrahts 17 und der Insel 5 von Fig, I, la Berührung
gebracht, während die Säure-Lösungsmitteλ Harz lösung aufgebracht
wird« Zur Verbißdung der ebenen Oberflächen, wie sie
in Fig. 2 gezeigt sind, wird ein Tropfen der Säure-Lösungs»
Wk, raittel-Harz°LÖ8\mg auf die Insel 5 aufgebracht und das Lei«=
tungsbaftd 19 wird unter ausreichendem Druck aufgedrückt., um
die Berührung der Jeweiligen Oberflächen herbeizuführen» Bei dem Dipolleitungsanschluss von FIgn 5 wird ein ähnliches Verfahren
bei jeder der leitenden Folien 25 und 27 und der In=
sei 5 bzwc dem Teil 23 der Abschinaungsschicht 7 angewendet.
Ein Austreten der Säure=L8sungsmittel-Harz-LÖsung aus dem
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Raum zwischen den Oberflächen der leitenden Folien 25 und
27 und der Insel 5 bzw» dem Teil 22 der Abschlrnungssohlcht
7 bewirkt die Bindung des entsprechenden Endes der isolierenden Mylarsohloht 29 an die isolierende Sohloht 9. Da die
Säure»Lösungsraittel-Harz=Lösung flüssig ist, kann eine solche
Lösung beispielsweise mittels einer Spritze aufgebracht werden.
Der elektrische Ansohlussteil, z„Bo der Leitungsdraht 17 von
Fig. 1 oder das Leitungsband 19 von Fig, 2 oder die leitenden Folien 25 und 27 von Flg. 3, sind vorzugsweise aus dem
gleichen supraleitenden Material, beispielsweise Blei» wie die Insel 5 gebildet. Die Säurekomponente wird demzufolge so
ausgewählt, dass sie mit dem Bleioxydfilm unter Bildung von in der Sättre~I£su£gsnlttel~Harz~I#sung lös Hohen Bleisalzen
reagiert. So kann beispielsweise Essigsäure mit Vorteil verwendet werden« da sie mit dem Bleioxyd film unter· Bildung von
Blelaaetat oder anderen komplexeren Acetaten reagiert, die
bei Verwendung eines Alkanols, z,Bc Methylalkohol, ale Lösungsmittel in Lösung gehen« Der Methylalkohol dient ausserdem
zur Verdünnung der Essigsäure, so dass diese die Bleiinsel
nicht übermässig löst»
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Organische Harze, wie beispielsweise Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat
oder Polyvinylpyrrolidon,bilden, wenn sie der Essigsäure-Mothylalkohal-Lösung zugesetzt sind« geeignete Klebstoffe,
um den einmal gebildeten supraleitenden Anschluss aufrecht zu erhalten. So liefert beispielsweise eine aus 2 g
Polyvinylbutyral, 20 ml Methylalkohol und 0,75 ml Bisessig
bestehende Lösung einen dauerhaften supraleitenden Anschluss zwischen Bleiflächen, wie in Figuren 1, 2 und 5 gezeigt. Jedes
dieser Harze besitzt filmbildende Eigenschaften und ist in der Essigsäure-MethyLalkohol-Lösung ,Löslich und mit dieser
verträglich. Wird die Säure-Löeungsmittel-Harz-Lösung angewendet,
so bilden Harze, wie beispielsweise Polyvinylbutyral, zu Beginn eine dünne äussere Haut oder einen dünnen äusseren
Film, durch die bzw. den die Essigsäure und der Methylalkohol in osmotischer Weise verdampfen. Es wurde beispielsweise fest»
gestellt, dass es zumindest 4 Stunden dauert, bis ausreichende Mengen an Essigsäure und Methylalkohol verdampft sind, um eine
dauerhafte supraleitende Verbindung zwischen Bleiflächen herzustellen
ο Es 1st ersichtlich, dass «In solcher Prozess durch
schwaches Erwärmen der Bleiflächen oder durch Anwendung von Unterdruck beschleunigt werden kann. Solche organischen Harze
scheinen ausserdem die Bildung der leitenden metallischen Bindungen
und auch die elektrolyt Ischen Prozesse.» durch die me-
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taliische Brücken «wischen den Oberflächen gebildet werden,
su verzögern, so dass eine gründliche Reinigung der Bleiflächen
durch die Essigsäure gewährleistet wird.
Zur Bildung von Anschlüssen »wischen BleiInseln 5, «1« in
Pig. & gezeigt, dient die Säure-LÖeungamittel-Hare-Löeung
als Trager für die Teilchen der supraleitenden Materialien. Werden Bleite Hohen oder -pulver, z.B. 40 g, mit eltier Teilchengrösee
von O9OJk mt (SOO mesh), in die oben definierte
Lösung, beispielsweise eine Lösung von Essigsäure, Methyl" alkohol und Polyvinylbutyral, eingebracht, so wird jedes Teil»
chen sofort einer gründlichen Reinigung durch die Säurekon»
pon#nte unterworfen, wodurch oxydfreie OberflHohen freigelegt werden und leitende metallische Bindungen sich zwischen
den In Kontakt befindlichen Oberflächen ausbilden« Nebenprodukte
dieser Reinigung lösen «loh in der Essigsäure und dee
Methylalkohol. Die Bildung dieser leitenden metallischen Bindungen soheint durch die Irreguläre OberflKchenfom Jedes
Teilchens beschleunigt zu werden, wobei sich Einzelteile der jeweiligen Oberflächen in verschiedenen Energlesustanden befinden.
Es wurde beobachtet, dass in Abwesenheit einer Harzkoaponente,
z.B. Polyvinylbutyral, die gereinigten Bleiteiloben sofort zu einer festen Masse agglomerieren* Das Vorhandensein
eines geeigneten Harzes in der Lösung soheint jedoch
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• die* Geschwindigkeit dieser Agglomerierung so vermindern«
Eine itfgliohe Erklärung dieses Phänomene besteht darin, dass
die Harskonponente über den Bleiteilohen dünne Schutzfilme
bildet, die nur vorübergehend die Bildung der leitenden netalliechen
Bindungen zwischen diesen verhindern. Demzufolge bleiben die Bleiteilohen für eine kurze Zeitspanne, d.h.
etwa 5 Minuten« in der S&ur*-I£sungsalttel-Ha»-X&sung als
Pigment suspendiert und können als Paste oder Brei in Form
eines dünnen Streifens auf-und zwischen die Blelineein 5
entlang der Isolierschicht > auf der Unterlage 1 aufgebracht werden· So kann fttr diesen Zweck beispielsweise eine kleine
Spritze verwendet werden. IHe Paste bsw« der Brei nuss jedoch
vor der Bildung der leitenden metallischen Bindungen «wischen den Bleiteilohen aufgebracht werden« Ein Absetzen
der Bleiteilohen soheint gegen die Wirkung der durch das Polyvinylbutyral
gebildeten Schutzschicht stattzufinden und auch die Bildung leitender Metallischer Bindungen zwischen einer
aaxiaalen Ansah! von Bleiteilohen au gewährleisten. Ausserde«
bringt die SHure-Lösungsmittel-flarz-Iiöeung gleichseitig
die Oberflächen der Inseln 5 in einen solchen Zustand, dass Metallisch leitende Bindungen zwisohen diesen und den gründlich
gereinigten Bleiteilohen, die sich darauf absetzen, gebildet werden.
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Ausserdeni bilden sieb netalllsohe Brücken Über die leiten»
den metallischen Bindungen und füllen Hohlräune »riechen
den in Berührung befindlichen Teilchen aus. Der Mechanismus
der Bildung solcher Brücken 1st wohl ein elektrolytIsoher,
bei welchen die Antriebskraft in der freien Oberfiächenenergie
des Materials zu suchen 1st. Demzufolge werden keine Punktkontakte zwischen den Bleiteilchen» sondern Flächenkontakte
erhalten wie im &tlle der Verbindung ebener Oberflächen.
Die Fl&ehenkontakte zwischen den verketteten Bleiteilchen
setzen den Widerstand des aufgebrachten Ansohlussbands wirksam
herab, duroh das die Inseln 5 von Pig· k verbunden werden.
Wenn die Essigsäure und der Methylalkohol der Ltisung verdampft
sind, haben sich die Bleiteilehen verkettet und sind in de«
gehärteten Polyvlnylbutyralblndemlttel fixiert und bilden ein
dauerhaftes supraleitende· Ansohlussband·
Durch Abänderung der prozentualen Zusammensetzung der Säure-Lösungeeittel-Hara-Löaung
kann das oben beschriebene Verfahren auch zur Bildung supraleitender Anschlüsse zwischen Oberflächen
anderer supraleitender Materialien durchgeführt werden. In solchen Lösungen sollte die Säurekomponente mit den
Oxyd- oder anderen Filmen» die auf den Oberflächen von supraleitenden
Materlallen gebildet sind, reagieren, woduroh sich
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leitende metallische Bindungen »wischen diesen bilden. Die Lösungsaittelkoaponente sollte Nebenprodukte dieser Reaktion
su lösen vermögen« Die Harzkomponente sollte «it der Saure
und dem Lösungsmittel vertraglich sein und eine Klebemasse zwischen den Kontaktoberflächen der Materialien bilden. Im
Falle von Zinn beispielsweise können supraleitende Anschlüsse, wie sie in Figuren 1 bis 4 gezeigt sind« durch eine Lösung
von Oxalsäure, die mit Zinnoxyd unter Bildung löslicher Zinnsalze reagiert, Methylalkohol und Polyvinylbutyral gebildet
werden.
Die prozentuale Zusammensetzung der Lösung ist nioht kritisch und kann je nach den Bedingungen der Oberflächen, die supraleitend
verbunden werden sollen, öder den Jeweiligen besonderen Erfordernissen solcher Anschlüsse variiert werden« In
Fällen beispielsweise, in welchen die supraleitenden Materialien UbemKssig oxydiert sind, kann die Konsentration der
Stturekoaponente auf Kosten des Lösungsmittel* erhöht werden,
um eine vollständige Reaktion mit den Oxydfilaen su gewährleisten.
Un Anschlüsse mit geringe« Widerstand su bilden, wird umgekehrt die Konzentration der Säurekomponente herab»
gesetzt, so dass der Oxydfilm nicht vollständig umgesetzt wird. Wie bereits erwähnt, verbleiben Oxydfilm und/oder Nebenprodukte
der Oberflächenreinigung zwischen den Kontakt-
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flächen der supraleitenden Materialien und bringen so einen gewissen Widerstand in den Kontakt ein. Die Konsentration
der Stturekoeponente in der Lösung bestlmat daher den Widerstand des «wischen den Kontaktflächen der supraleitenden
Materialien gebildeten Anschlusses.
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Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen
zwischen Metalloberflächen« dadurch gekennzeichnet» daß man diese Metalloberflächen mit einer Lösung behandelt, die ein Harz
als Bindemittel und eine Säure enthält, die mit den auf diesen Oberflächen vorhandenen Oxyden oder anderen Schichten reagiert,
und dadurch diese Oberflächen freilegt und flächenförmige
Kontakte zwischen diesen Oberflächen bildet und nicht umgesetzte Säure unter gleichzeitiger Härtung des Bindemittels verdampft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur elektrischen Verbindung von metallischen, vorzugsweise
supraleitenden Leitern (Drähten, Bändern, usw.).
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine
Verwendung zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen suspendierten Metallteilchen, vorzugsweise zwischen
den in einer zur Herstellung von supraleitenden Schaltungen
und/oder Schaltungselementen mittels eines Druckverfahrens
dienenden Faste suspendierten Metallteilchen.
4· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man der Lösung zusätzlich ein Lösungsmittel
zusetzt.
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5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß
man ein Lösungsmittel verwendet, in dem die durch Einwirkung
der Säure.gebildeten Nebenprodukte löslich sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man ein Hare verwendet, das in der Säure löslich ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen aus Basigsäure,
einem Alkanol und einem organischen Harz bestehende Lösung und als Metalloberflächen solche von Blei verwendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß man,eine im wesentlichen aus Oxalsäure, einem
Alkanol und einem organischen Harz bestehende Lösung und als Metalloberflächen solche von Zinn verwendet.
9* Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man Teilchen von supraleitenden Materialien in der
Lösung suspendiert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Suspension in Form schmaler Streifen vor der Agglomerierung
der Teilchen auf einen Träger aufbringt.
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11» Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man
eine Säure verwendet, durch die sich freie Ionen des supraleitenden
Materials über die leitenden metallischen Bindungen abscheiden·
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US3449192A (en) * | 1966-12-16 | 1969-06-10 | Continental Can Co | Polyethylene aluminum laminates |
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---|---|---|---|
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