Abschirmfolie und Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmfolie, bei ^¬ spielsweise für ein Gerat mit einer Vorrichtung zum kabellosen Laden, und ein Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie.

Ein kabelloses Ladeverfahren, das so genannte „wireless

charging" wird verwendet, um die Batterie bzw. Akkumulator eines mobilen Geräts aufzuladen, ohne dass das mobile Gerät mit einer Stromquelle über einer mechanischen Verbindung wie ein Kabel und/oder Stecker, verbunden ist. Die US 2011/0241613 AI offenbart ein Batteriemodul mit einem Resonator zum kabellosen Empfangen von Energie. Eine Folie wird bereitgestellt, die dazu dient, gegen ein Magnetfeld abzuschirmen, das durch die felderregenden Spulen erzeugt wird und in den metallischen Teilen der Batterie Wirbelströme er- zeugt wird und somit Verluste generiert, während die Batterie aufgeladen wird. Die Folie kann zwischen dem Resonator und der Batterie angeordnet werden. Diese Folie kann eine hohe Permea- ^■ bilität und niedrige Verluste aufweisen, um die Abschirmungsleistung der Folie zu erhöhen. Die US 2011/0241613 AI offen- bart jedoch keine weiteren Merkmale über diese Folie, beispielsweise eine Zusammensetzung oder eine Struktur.

Es besteht somit den Bedarf, Abschirmfolien bereitzustellen, die für Verwendung in einem kabellosen Ladesystem geeignet sind. Eine Abschirmfolie, die für ein Gerät mit einer Vorrichtung zum kabellosen Laden geeignet ist, wird bereitgestellt, die mehrere aufeinander gestapelte Lagen umfasst. Die Lagen weisen jeweils mehrere auf einer Klebschicht angeordnete Streifen aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung auf. Die nanokristalline weichmagnetische Legierung weist eine runde Hystereseschleife auf und die Streifen benachbarter Lagen sind zueinander versetzt. Die Abschirmfolie ist somit ein Verbund aus mehreren Lagen, die jeweils eine weichmagnetische Schicht mit den Streifen und eine Klebschicht aufweisen. Diese Abschirmfolie ist auch flexibel, wenn zumindest eine der weichmagnetischen Legierungen und der Klebeschichten flexibel ist, und kann somit um abzu- schirmende Komponente gewickelt und/oder an die Form der abzuschirmenden Komponente angepasst werden.

Um den Abschirmeffekt der Abschirmfolie bereitzustellen, sollte die nanokristalline weichmagnetische Legierung der Ab- schirmfolie niedrige Verluste und folglich eine hohe Güte aufweisen. Erfindungsgemäß weist die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine runde Hystereseschleife auf, die die Güte erhöht und die Verluste reduziert. Eine runde Hytereseschleif e wird durch ein Material mit minimierter Anisotropie, einem Remanen zverhältnis Br/Bs einer Permeabilität μ definiert.

Die runde Hystereseschleife einer nanokristallinen weichmagne- tischen Legierung wird über eine Wärmebehandlung ohne bewuss- tes Anlegen eines Magnetfelds, d.h. nur unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes, oder einer mechanischen Spannung hergestellt. Die Hystereseschleife weist Remanenzverhältnis Br/Bs im ge ^¬ schlossenen magnetischen Kreis von 30% bis 100% auf, wobei ei ^¬ ne ideale runde Hystereseschleife ein isotopes Remanenzver ^¬ hältnis von 100% aufweist. Die Hystereseschelife kann zum Bei- spiel an einem Ringbandkern gemessen, die beispielsweise Di ^¬ mensionen von Außendiameter d _a = 25mm, Innendurchmesser c 13mm. und Kernhöhe oder Bandbreite h = 20 mm aufweist.

Die Permeabilität im geschlossenen magnetischen Kreis, zum Beispiel gemessen an einem Ringbandkern beträgt μ(1Α/πι, 50Hz) ^ 50000, wobei die Permeabilität bei einem Magnetfeld = 1 A/m und einer Messfrequenz = 50Hz gemessen wird. Die Ringbandkern- kann beispielsweise die Dimensionen: da=25mm, di=13mm, h=20mm aufwesien, wobei d _a der Außendurchmesser, d der Innendurch- messer, h die Kernhöhe oder Bandbreite ist.

Zum Beispiel kann bei der Herstellung von nanokr istall inem Bandmaterial am Coil (mit beliebigen Bandbreiten) bei der Wärmebehandlung immer Test-Ringbandkerne mit beigelegt werden, um die Mater laleigenschaft einer runden Hysteresechlei fe an den Test-Ringbandkernen, stellvertretend für das Bandmaterial am Coil, zu bestimmen.

Die Güte wird durch die Anordnung mehrerer Streifen in eine Lage anstelle einer durchgängigen Folie aus einer nanokristal- linen weichmagnetischen Legierung weiter gesteigert. Durch diese getrennten Streifen können die Wirbelströme in der Legierungsebene räumlich eingeschränkt werden und es kommt zu einer Domänenverfeinerung. Außerdem sind die weichmagnetischen Eigenschaften wegen der runden Hystereseschleife isotropisch, so dass Magnetfelder aus unterschiedlichen Richtungen abgeschirmt werden können. Die Streifen aus der nanokristallinen weichmagnetischen Legie ^¬ rung benachbarter Lagen der Abschirmfolie sind zueinander versetzt. Insbesondere können Stellen zwischen den Streifen durch einen Streifen der benachbarten Lage abgedeckt werden. Diese Anordnung führt dazu, dass die Flussleitung von Schicht zu Schicht verbessert und die Abschirmleistung erhöht wird.

Diese versetzte Anordnung der Streifen benachbarter Lagen der Abschirmfolie kann in unterschiedlichen Weisen bereitgestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel sind die Streifen benachbarter Lagen parallel und lateral versetzt zueinander angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Streifen benachbarter Lagen quer zueinander angeordnet. In einem weite- ren Ausführungsbeispiel sind die Streifen benachbarter Lagen miteinander verwoben. Beispielsweise können die verwobenen Streifen quer zueinander verlaufen und jeweils eine Wellenform au fweisen . Die Streifen können die Form dünner Folien oder Bänder mit einer maximalen Dicke von zum Beispiel 30 μηι aufweisen. Die Streifen können zum Beispiel mit einer Rascherstarrungstech- nolgie hergestellt werden. Einige nanokristalline weichmagnetische Legierungen sind nicht duktil, sondern liegen in einem spröden Zustand vor. Beispiele dieser Legierungen sind nanokristallinen Eisenbasislegierungen, wie Fe ₇ 3, 8 b ₃ CuiSii5, ₆ B ₆ , 6, die im amorphen Zustand duktil sind, aber nach einer Wärmebehandlung, um die weichmagnetischen Eigenschaften zu verbessern, spröde werden. Für diese Legierungen kann die Klebeschicht als Träger für die Streifen dienen und eine Flexibilität für den Abschirmfolien- verbünd angeben. Wenn die Klebeschicht duktil ist, wird eine flexible Abschirmfolie bereitgestellt, obwohl das Abschir ^¬ mungsmaterial selbst, d.h. die Streifen der nanokristallinen weichmagnetischen Legierung, spröde ist.

Die nanokristalline weichmagnetische Legierung kann auf Eisen ^¬ basis sein. In einem Ausführungsbeispiel besteht die weichmag ^¬ netische Legierung aus einer Zusammensetzung aus Feioo-a-b-c-x-y- _z Cu _a M T _c Si _x B _y Z ₂ und bis zu 0,5 Atom% Verunreinigungen, wobei M eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus Nb, Mo und Ta, T eines oder mehrere der Gruppe bestehende aus V, Cr, Co und Ni und Z eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus C, P und Ge und 0,5 Atom% < a < 1,5 Atom%, 2 Atom% < b < 4 Atom%, 0 Atom% < c < 5 Atom%, 12 Atom% < x < 18 Atom%, 5 Atom% < y < 12 Atom% und 0 Atom% < z < 2 Atom% ist.

Ein Beispiel dieser Art von Legierung ist die nanokristalline weichmagnetische Legierung Fe ₇ 3, ₈ Nb ₃ CuiSii5, B _& , , die unter dem Handelsnamen VITROPERM® 800 kommerziell erhältlich ist.

In einem Ausführungsbeispiel weist die nanokristalline weichmagnetische Legierung eine Hystereseschleife mit einem Ver ^¬ hältnis von Remanenzinduktion, B _r , durch Sättigungsinduktion, Β _ε , B _r /B _E , im geschlossenen magnetischen Kreis von 30% bis 100% auf. Somit sind die weichmagnetischen Eigenschaften noch isotropischer .

Die nanokristalline weichmagnetische Legierung weist eine frequenzabhängige Permeabilität μ = μ' + ίμ ' ' und einen Gütefak- tor Q(f) = μ ' /μ ' ' auf. In einem Aus führungsbeispiel ist der maximale Gütefaktor Q _max > 20. Somit werden die Verluste weiter reduziert und die Abschirmleistung weiter erhöht. Wie oben bereits erwähnt, können die Streifen die Form einer dünnen Folie oder eines Bandes aufweisen, die beispielsweise durch Rascherstarrungstechnologie hergestellt werden können. Die Güte wird bei zunehmend kleineren Dicken erhöht. In einem Ausführungsbeispiel weisen die Streifen eine Dicke, d, auf, wobei d ί 22 μιπ ist. In einem Ausführungsbeispiel weisen die Streifen eine Dicke von 18 μπι ± 3 μιτι auf. In einem Ausführungsbeispiel sind benachbarte Streifen einer

Lage voneinander durch einen Abstand von 0,1 mm bis 0,3 mm be ^¬ abstandet. Wenn der Abstand klein gehalten wird, kann die Dichte der weichmagnetischen Legierung und der Flussleitung erhöht werden.

Die Klebeschicht kann eine selbsttragende Klebefolie, die auf einer oder beiden Seiten haftend ist. Die Klebeschicht kann auch in flüssiger Form oder als Pulver auf den Streifen aufgebracht werden.

In einem Ausführungsbeispiel ist eine Klebefolie zwischen den Streifen benachbarter Lagen angeordnet. Die Klebefolie kann als Träger für die Streifen dienen und kann anstelle oder zusätzlich zu der Klebeschicht vorhanden sein. Diese Folie kann doppelseitig haftend sein. Die oberste und/oder unterste Lage der Abschirmfolie kann auch durch eine Klebefolie abgedeckt sein. Diese Klebefolie kann als Schutzfolie und/oder als Haftoberfläche dienen. Ein Gegenstand mit einer Batterie, einen Empfänger zum kabellosen Empfangen von Energie und einer Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele wird auch bereitge- stellt. Der Gegenstand kann ein tragbares mobiles Gerät, wie ein Handy, sein, dessen Batterie immer wieder aufgeladen wer ^¬ den muss. Unter Batterie wird ein Akkumulator verstanden, die wieder von einer externen Stromquelle aufgeladen werden kann.

Die Abschirmfolie kann an verschiedenen Stellen im Gegenstand angeordnet sein. Beispielsweise kann die Abschirmfolie zwi ^¬ schen der Batterie und dem Empfänger oder um elektronische Komponente des Gegenstands angeordnet sein.

Wenn der Gegenstand ferner ein Gehäuse mit einer Innenoberfläche aufweist, kann die Abschirmfolie auf der Innenoberfläche angeordnet sein. Beispielsweise kann die Abschirmfolie so auf der Innenoberfläche angeordnet, dass elektronische Komponente des Geräts gegen ein externes Magnetfeld abgeschirmt werden.

Wenn die Abschirmfolie flexibel ist, kann sie um abzuschi mende Oberflächen gewickelt und/oder angepasst werden. Die Abschirmfolie kann auch im zweiten Teil des kabellosen Ladesystems angeordnet werden. Somit wird ein Gegenstand mit einem Sender zum kabellosen Senden von Energie an einen Empfänger und einer Abschirmfolie nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele bereitgestellt. Dieser Gegenstand wird typischerweise mit einer Stromquelle mechanisch verbunden.

Die Abschirmfolie kann auf dem Sender oder auf einer Innenoberfläche eines Gehäuses des Gegenstands angeordnet sein. Der Empfänger und der Sender können verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise können der Empfänger und/oder der Sender einen Resonanzkreis und/oder eine Spule aufweisen. Ein Verfahren zum Herstellen einer Abschirmfolie wird auch be ^¬ reitgestellt, das Folgendes aufweist. Ein Band aus einer amor ^¬ phen weichmagnetischen Legierung wird bereitgestellt. Das Band wird bei einer Temperatur von 500°C bis 600°C für 1 Minute bis 1 Stunde unter einer N ₂ - oder H ₂ -haltigen Atmosphäre und unter das Magnetfeld der Erde wärmebehandelt, wobei ein nanokristal- lines weichmagnetisches Band mit einer runden Hystereseschlei ^¬ fe hergestellt wird. Eine Klebeschicht wird auf zumindest eine Seite des Bandes aufgebracht, wobei eine Lage herstellt wird. Das Band wird strukturiert, um mehrere Streifen aus dem Band herzustellen. Zumindest zwei Lagen werden aufeinander gesta ^¬ pelt, so dass die Streifen benachbarter Lagen zueinander versetzt sind, wobei eine Abschirmfolie hergestellt wird.

Eine Abschirmfolie kann auch aus einer Lage der geschnittenen Streifen bestehen, wobei die Streifen durch eine Klebefolie zusammengehalten werden. Um die weichmagnetischen Eigenschaften der Legierung zu erhöhen, wird das Band bei einer Temperatur von 500°C bis 600°C für 1 Minute bis 1 Stunde' unter einer N ₂ - oder H ₂ -haltigen Atmosphäre wärmebehandelt. Ein zusätzliches externes Magnetfeld wird während der Wärmebehandlung nicht eingelegt, so dass die Wärmebehandlung nur unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Erde stattfindet, um eine runde Hystereseschleife im Band zu erzeugen .

Unterschiedliche Reihenfolgen einiger dieser Schritte können verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das amorphe Band zunächst auf einen Träger aufgebracht, danach wärmebehandelt und danach wird eine Klebefolie auf das nanokristal- line Band aufgebracht. Anschließend wird das Band struktu ^¬ riert, um mehrere Streifen aus der nanokristall inen weichmag ^¬ netischen Legierung auf der Klebeschicht zu erzeugen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das amorphe Band strukturiert, um mehrere Streifen herzustellen, danach werden die Streifen wärmebehandelt, um die nanokristalline weichmagnetische Legierung zu erzeugen und anschließend wird eine Klebefolie auf die Streifen aufgebracht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden amorphe Bänder miteinander verwoben und danach wärmebehandelt. Diese Bänder können auch Streifen sein, die aus einem amorphen Band geschnitten werden, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel.

Als Klebeschicht kann eine einseitige oder doppelseitige Klebefolie oder Heißklebefolie oder pulverförmiger Heißkleber verwendet werden. Zwei oder mehrere unterschiedliche Materialien für verschiedene Klebeschichten können in einer Abschirm- folie verwendet werden.

Die Wärmebehandlung kann im Durchlauf erfolgen. Dieses Verfahren kann bei einer verwobenen Struktur oder bei einer Reihenfolge der Schritte verwendet werden, in denen das Band oder die Streifen in länglicher Form wärmebehandelt wird bzw. werden .

Das Band kann mittels verschiedener Methoden strukturiert werden, um die Streifen zu erzeugen. Beispielsweise kann das Band in mehrere Streifen mechanisch geschnitten oder chemisch geschnitten werden. Das Band kann mit Rollenscheren in mehrere Streifen mechanisch geschnitten oder unter Zugspannung über eine scharfe Kante gezogen werden, um das Band in mehrere Tei ^¬ le oder Bruchstücke zu teilen. Diese mehrere Teile oder Bruchstücke wirken wie mehrere Streifen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Abschirmteile aus dem Band mit einer amorphen Legierung oder aus dem Band mit einer nanokristallinen Legierung gestanzt oder geschnitten.

Diese Abschirmteile können dann aufeinander gestapelt werden um eine mehrlagige Abschirmfolie zu erzeugen. Bei Abschirmteilen aus einer amorphen Legierung können die Teile vor oder nach der Wärmebehandlung gestapelt werden.

Bereitgestellt wird auch die Verwendung einer Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele bei einem Gegenstand mit Komponenten zum kabellosen Laden. Komponenten zum kabellosen Laden können zum Beispiel eine Spule und/oder eine Resonatorkreis sein. Ferner kann die Abschirmfolie nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele bei einem Gegenstand mit abzuschirmenden Komponenten verwendet werden. Abzuschirmenden Komponenten können störanfällig unter den Einfluss eines externen Magnetfelds sein. Beispielsweise können die abzuschirmenden Komponenten eines oder mehrerer der Gruppe bestehend aus elektronischen Bauteilen, Kabeln, Sensorbereichen, und Hohlräumen sein.

Ausführungsbeispiele und bestimmte Beispiele werden nun anhand der Zeichnungen und Tabelle näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum kabellosen Laden, Figur 2a zeigt eine Draufsicht einer Lage einer Abschirmfolie, Figur 2b zeigt einen Querschnitt der Lage der Abschirmfolie der Figur 2a,

Figur 2c zeigt einen Querschnitt einer Lage einer Abschirmfolie mit einer zusätzlichen Klebeschicht,

Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer Abschirmfolie mit mehreren Lagen nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 4a zeigt einen Querschnitt einer Abschirmfolie nach ei- nem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 4b zeigt eine perspektivische Ansicht der Lagen der Abschirmfolie der Figur 3a, Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmfolie nach einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht des experimentellen

Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung an ebenen runden Proben,

Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht eines experimentellen Aufbaus zur f equenzabhängigen Gütemessung, Figur 8 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Fre ^¬ quenz für Proben mit unterschiedlichen Hystereseschleifen, Figur 9 zeigt ein Diagramm der Güte als Funktion der Fre ^¬ quenz für Proben unterschiedlicher Dicke, Figur 10 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Fre ^¬ quenz für Proben unterschiedlicher Dicke,

Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung der induzierten

Anisotropie in einer quadratischen Probe auf einer planaren Induktivität,

Figur 12 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Fre ^¬ quenz für eine Probe mit einer Klebefolie, und Figur 13 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz für eine Abschirmfolie mit mehreren Streifen einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zum kabellosen Laden „wireless charging" eines Geräts 13. Das System 10 weist einen ersten Teil 11 mit einer Sendespule 12 zum Senden von Energie an ein getrenntes Gerät 13, beispielsweise ein mobiles oder tragbares Gerät wie ein Handy, auf, die eine Empfängerspule 14 zum Empfangen von Energie aufweist.

Der erste Teil 11 wird mit einer Stromquelle, beispielsweise über einen Kabel und Stecker, verbunden. Die Energie, die kabellos von der Sendespule 12 des ersten Teils 11 an die Empfängerspule 15 im getrennten Gerät 13 übertragen wird, wird dort verwendet, eine nicht gezeigte Batterie bzw. Akkumulator aufzuladen. Das mobile Gerät 13 weist eine Abschirmfolie 15 auf, die gegen das Eindringen des Magnetfeldes in das Gerät 13 bzw. in elekt ^¬ ronische Komponente des Geräts 13 abschirmt. Die Abschirmfolie kann auf einer Innenseite des Geräts 13 und/oder zwischen der Spule und die aufzuladende Batterie angeordnet werden. Zwei oder mehrere Abschirmfolien können in das Gerät 13 integriert werden. Eine oder mehrere Abschirmfolien 15 können auch im ersten Teil 11 integriert werden.

Figur 2a zeigt eine Draufsicht und Figur 2b einen Querschnitt einer Lage 20 einer Abschirmfolie nach einem ersten Ausfüh ^¬ rungsbeispiel, die als Abschirmfolie in einem kabellosen Ladesystem verwendet werden kann. Die Lage 20 weist mehrere Streifen 22 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Legierung eine Eisenbasis-Legierung und insbesondere Fe73, ß bsCuiSiis, ₆ B ₆ , 6 · Die Streifen 22 sind parallel zueinander angeordnet und auf einer Klebeschicht 24 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel eine einseitige Klebefolie ist. Die Klebefolie dient als Träger für die Streifen 22. Die Streifen 22 sind in einer Ebene angeordnet und sind durch Abstände 26 voneinander getrennt, die durch die Klebeschicht 24 überbrückt ist.

In Figur 2c ist eine Lage 30 nach einem zweiten Ausführungs- beispiel für eine Abschirmfolie dargestellt. Die Lage 30 weist eine Mehrzahl von Streifen 31 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf, die ebenfalls auf einer Klebeschicht 32 angeordnet sind. Die Lage 30 weist eine zusätzliche Klebeschicht 33, die auf die Oberseiten 34 der Streifen 22 angeordnet ist, so dass die Streifen 31 zwischen zwei Klebeschichten 32, 33 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ab- stände 35 zwischen den Streifen 31 nicht durch die zweite Kle ^¬ beschicht 33 abgedeckt und diese Bereiche der Klebeschicht 32 liegen somit frei. Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer Abschirmfolie 40 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Abschirmfolie 40 weist drei Lagen 41, 42, 43 auf, die jeweils eine Mehrzahl von pa ^¬ rallel angeordneten Streifen 44, 44 44 ^{λ λ} aus einer nanokris- tallinen weichmagnetischen Legierung und zumindest eine Klebe- schicht aufweisen 45. Die untersten Lage 41 weist eine kontinuierliche Klebefolie 45 auf, die eine äußere Oberfläche der Abschirmfolie 40 bildet.

Auf diese Klebefolie 45 ist eine Mehrzahl von Streifen 44 an- geordnet. Eine zweite Klebeschicht 46 ist auf den Oberseiten 47 der Streifen 44 angeordnet.

Die zweite Lage 42 weist eine Mehrzahl von Streifen 44' auf, die ebenfalls parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind. Die Streifen sind auf der zweiten Klebeschicht 46 der ersten Lage 41 angeordnet, wobei die Streifen 44' der zweiten Lage 42 in Bezug auf die Streifen 44 der ersten Lage 41 lateral versetzt sind, so dass ein Bereich des Streifens 44 ^λ der zweiten Lage 42 die Abstände zwischen den Streifen 44 der ers- ten Lage 41 abdeckt. Die zweite Lage 42 weist ebenfalls eine Klebeschicht 46 auf, die auf den Oberseiten 47 der Streifen 44 ^λ angeordnet ist.

Die dritte Lage 43 der Abschirmfolie 40 weist wie die anderen zwei Lagen 41, 42 eine Mehrzahl von Streifen 44 ^{, r} auf, die parallel angeordnet sind und auf deren Oberseite 47 eine Kleb- stcffschicht 48 angeordnet ist. Die Streifen 44 ^{, r} der dritten Lage 43 sind auf der Klebeschicht 46 der zweite Lage 42 ange ^¬ ordnet, so dass die Streifen 44 der dritten Lage 43 lateral versetzt in Bezug auf die Streifen 44 der zweiten Lage 42 sind. Die Streifen ^, der dritten Lage 43 sind nicht lateral versetzt in Bezug auf die Streifen 44 der ersten Lage 42. Die Streifen 44 , 44 \ 44 ^{, v} der drei Lagen 41 , 42 , 43 laufen parallel zueinander. Eine zweite äußere Klebefolie 49 ist auf der Klebschicht 48 der dritten Lage 43 angeordnet, so dass die Streifen 44 , 44 \ 4 ^v der drei Lagen 41 , 42, 43 zwischen zwei Klebefolien 45, 49 angeordnet sind.

Figur 4a zeigt einen Querschnitt und Figur 4b eine perspektivische Ansicht einer Abschirmfolie 50 nach einem zweiten Aus ^¬ führungsbeispiel. Die Abschirmfolie 50 weist zwei Lagen 51, 52 auf, wobei jede Lage 51, 52 eine Mehrzahl von Streifen 53, 54 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung aufweist, die parallel zueinander und auf einer Klebefolie 55, 56 angeordnet sind. Die Streifen 53 der unteren Lage 51 weisen ferner eine Klebstoff schicht 57 auf deren Oberseiten 58 auf. Die Streifen 54 der oberen Lage 52 sind quer zu den Streifen 53 der ersten Lage 51 angeordnet, so dass die Streifen 54 der oberen Lage 52 die Abstände 59 zwischen den Streifen 53 der unteren Lage 51 überbrücken und die Streifen 53 der unteren Lage 51 die Abstände 59 zwischen den Streifen 54 der oberen Lage 52 überbrücken. Die zwei Klebefolien 55, 56 bilden die äußere Oberfläche der Abschirmfolie 50. Die Klebstoffschicht 57 ist somit zwischen den Streifen 53, 54 und zwischen den Lagen 51, 52 der Abschirmfolie 50 angeordnet. Figur 5 zeigt eine Abschirmfolie 60 nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Abschirmfolie 60 weist zwei Lagen 61, 62 auf, die jeweils eine Mehrzahl von Streifen 63, 64 aus einer nanokristallinen weichmagnetischen Legierung und eine Klebeschicht 65, 66 aufweisen, wobei die Klebeschicht 65, 66 auf einer Seite 67 der Streifen 63, 64 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel laufen die Streifen 63, 64 der zwei Lagen 61, 62 quer zueinander und sind miteinander verwoben, um eine Gewebestruktur herzustellen, bei der jeder Streifen 63, 64 wellenförmig ist.

Zur Erhöhung der Abschirmleistung sollte die weichmagnetische Le- gierung folgende Eigenschaften aufweisen: eine hohe Permeabilität, möglichst geringe Verluste im Frequenzbereich > 100 kHz bzw. einen möglichst hohen Gütefaktor im Frequenzbereich > 100 kHz.

Im Folgenden werden Gutemessungen an planaren Induktivitäten beschrieben. Anhand der Ausführungsbeispiele kann eine Material- , Banddicken-, Wärmebehandlungsmethoden- und eine Strukturie- rungsauswahl getroffen werden. Die Wärmebehandlung der Proben wurde an einem Stapel von ca. 50 Einzelteilen durchgeführt. Für die Beispiele wurden die VITROVAC® Legierungen VC 6025 150, VC 6155 U55 mit der Zusammensetzung Co ₆₉ ,s Fes, 5M03S116B7 bzw.

Co ₇ 2,7Fe ₄ ,8Si ₅ , 5B17 und die VITROPERM Legierung VP 800 mit der Zusammensetzung Fe73, 8Nb ₃ Cu!Sii5, 6B _b , 6 verwendet.

Die Materialgütemessungen wurden mit Hilfe einer planaren Spule und einer LC-Messbrücke durchgeführt. Die quadratischen oder runden Proben wurden mit minimalem Abstand (zum Beispiel ca. 0,2 bis 0,3mm) einseitig auf die planare Spule gelegt. Alle nachfolgend gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf eine einzige Materialschicht. Je nach Anwendungsfall kann jedoch eine Ab- schirmfolie oder ein Abschirmteil mehrere weichmagnetische Schich en aufweisen. Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht des experimentellen Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung an ebenen runden Proben . Figur Ί zeigt eine schematische Ansicht eines experimentellen Aufbaus zur frequenzabhängigen Gütemessung an ebenen, quadratischen Proben (oben) und an ebenen, quadratischen Proben mit innerer Struktu ierung, um Streifen aus der Probe herzustel ^¬ len. Die Streifen weisen eine Streifenbreite von 1 mm auf, ei- nen Abstand zwischen den Streifen von 0.2 mm und kann durch Laserschneiden unter Benutzung beispielsweise eines Q-Switch Lasers, oder durch Schneiden, wie Rollenscheren in Streifen und anschließendes Zusammensetzen hergestellt werden. Die Figuren 6 und 7 zeigen den Versuchsaufbau zur frequenzabhängigen Gütebestimmung. Mit einer LC-Messbrücke bestimmt man die f equenzabhängige komplexe Permeabilität μ = μ' + ίμ ' ' einer planaren Induktivität. Die Induktivität setzt sich aus der Spule und der aufgelegten Probe zusammen. Der Gütefaktor berechnet sich aus: und da die Zyklusverluste aufgrund von Wirbelströmen nur vom Imaginäranteil der Permeabilität bestimmt werden, ergibt sich ein hoher Gütefaktor in jenen Frequenzbereichen in denen die Ma ^¬ terialverluste gering sind.

Der Einfluss des Legierungssystems auf die Güte wird unter- sucht .

Fi gu r 8 z e i gt D i ag ramme de r Gü t e i n Abhä ng i g ke i t de r F re - quenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an Proben der Geometrie 20.3 x 20.3 mm gemessen. Auf der linken Seite sind die Ergebnisse für Co-Basislegierungen wie VC 6025 50 und VC 6155 U55 und auf der rechten Seite sind Ergebnisse für die nano- kristalline Fe-Basislegierung VP 800 angegeben. Für beide Materialklassen liegen die Proben nach einer Wärmebehandlung ohne Magnetfeld, die mit X bezeichnet sind, und mit Magnetfeld, die m.it F und Z bezeichnet sind, vor. Die Materialparameter, der Wärmebehandlungszustand sowie die maximal erreichbaren Gütewerte sind für die gezeigten Beispiele in der Tabelle 1 2usammengefasst . Aus dem Vergleich der maximal erreichbaren Gütewerte kann man ersehen, dass man mit Fe-Basislegierungen im nanokristallinen Zustand höherer Güte- werte erreichen kann.

Figur 9 zeigt ein Diagramm der Güte als Funktion der Frequenz für Proben der Geometrie da=28mm di=10mm der Co- Basislegierungen VC 6025 50 mit unterschiedlichen Banddicken im Bereich von 15 μιτι bis 34 μηη.

Figur 10 zeigt Diagramme der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an Proben der Geometrie 20.3x 20.3mm mit verschiedenen Banddicken gemessen für die Legierungen VC 6025 50 und die Legierung VP800 im nanokristal- linenen Zustand. Die Bandicke der Proben beträgt 15 μηι und 27 μπι und eine Wärmebehandlung wurde verwendet, die geeignet ist, eine runde Hystereseschleife zu erzeugen. Die Wirbelstromverluste werden mit abnehmender Mater ialdicke reduziert. Somit erreicht man die höchsten Gütewerte bei den kleinsten Banddicken, wie aus der Figur 8, der Figur 10 und aus der Tabelle 1 abzulesen ist.

Der Einfluss der Wärmebehandlung mit und ohne Magnetfeld auf die Güte wird untersucht.

Eine Wärmebehandlung der oben angeführten Materialien kann mit und ohne angelegte Magnetfelder erfolgen. Durch das Anlegen von Magnetfeldern während einer Wärmebehandlung können in weichmagne- tischen Proben gerichtete Anisotropen eingebracht werden. Mit einer Wärmebehandlung ohne Magnetfeld erhält man Proben mit runden Hystereseschleifen, die nur noch eine sehr geringe Restanisotropie aufweisen, Diese Proben sind mit den Buchstaben "X" gekennzeichnet .

Wird während der Wärmebehandlung ein Magnetfeld quer zur Band ^¬ längsrichtung angelegt, wird so eine Queranisotropie in der Probe erhalten, welche in Bandrichtung gemessen zu einer "Flachen" Hystereseschleife führt, die mit dem Buchstaben "F" gekennzeichnet ist.

Ebenso besteht die Möglichkeit, das Magnetfeld während der Wär ^¬ mebehandlung parallel zur Bandlängsrichtung anzulegen. In diesem Fall erhält man eine Längsanisotropie in der Probe, welche in Bandrichtung gemessen zu einer "Z-förmigen" Hystereseschleife fuhrt. Diese Proben sind mit dem Buchstaben "Z" gekennzeichnet.

Man würde nun erwarten, dass Proben mit "Flachen" Hystereseschleifen eine hohe Güte zeigen, da Ringbandkerne mit "Flachen" Hystereseschleifen geringere Verluste aufweisen. Aus der Figur 6 und der Tabelle 1 ist aber ersichtlich, dass Proben mit "Runden" Hystereseschleifen (X) im Vergleich zu Proben mit "Flachen" Hystereseschleifen (F) wesentlich höhere Gütewerte aufweisen. Eine Erklärung dafür wird in der Figur 9 gegeben. Das radial ^¬ symmetrische Magnetfeld einer planaren Spule führt in der quadratischen Probe zu Bereichen mit "Flachen" Hysteresen

(Anisotropierichtung normal zu Feldlinie (.L)) und zu Bereichen mit "Z-förmigen" Hystereseschleifen (Anisotropierichtung parallel zu Feldlinie (II)) . Beide Bereiche treten in den Proben auf.

Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung der induzierten Anisotropie (Quer, Längs) in einer quadratischen Probe auf einer planaren Induktivität. In beiden Fällen gibt es Bereiche, in denen die induzierte Anisotropie parallel (| |) und in denen die Anisotropie normal (o) zum Magnetfeidverlauf in der Probe gerichtet ist .

Ringbandkerne mit "Z-förmigen" Hystereseschleifen zeigen hohe Verluste. Planare Proben mit einer "F" oder "Z" Wärmebehandlung sind aufgrund des Mischzustandes somit stärker verlustbehaftet und zeigen daher eine geringere Güte. Im Falle von quadrati- sehen Proben (hier 20.3 x 20.3mm), die auf einer radialsymmetrischen Spulenanordnung (siehe Figur 9) verwendet werden, kann zwischen Proben mit Längs (Z)- und Queranisotropie (F) nicht unterschieden werden. Wie in den Ausfuhrungsbeispielen in der Tabelle 1 ge eigt, er- geben sich für nanokristalline Fe-Basislegierungen wie VITROPERM 800 nach einer Wärmebehandlung auf eine "Runde" Hystereseschleife die besten Gütefaktoren. Der Einfluss einer Beschichtung mit Klebefolie auf die Güte wird untersucht . Figur 12 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die frequenzabhängige Güte wurde an Proben der Geometrie 20, 3x 20,3mm der Legierung VP800 im nanokristallinen Zustand mit Wärmebehandlung auf "Runde" Hystereseschleife gemes- sen . Die Abbildung zeigt eine Messung an einer unbeschichteten Probe und einer mit Klebefolie beschichteten Probe. Die Banddicke beider Proben beträgt 17 μιτι.

Der Einfluss einer Beschichtung von nanokristalliem VITROPERM® 800 Proben mit Klebeband auf die Güte ist sehr gering. Messungen des Güteverlaufes an beschichteten und unbeschichteten Proben ergaben durchwegs sehr ähnliche Werte, wie dies aus der Figur 10 ersichtlich ist. Die Ergebnisse wurden auch in der Tabelle 1 dargestellt. Dieses Ergebnis ist nützlich, da eine innere Strukturie- runq, beispielsweise durch Aufschneiden des Materials an einer Rollenschere und anschließendes Zusammenfügen, nur nach einer Beschichtung des nanokristallinen Materials mit einer Klebefolie möglich ist. Der Einfluss der inneren Strukturierung auf die Güte wird auch untersucht.

Eine weitere Gütesteigerung bei nanokristallinem VITROPERM" 800 mit "Runder" Hystereseschleife konnte durch eine innere Struk- turierung erreicht werden. Hierzu wurden schmale Schlitze in der Materialebene eingebracht. Die Figur 10 zeigt den Vergleich des Güteve laufes für eine nanokri stalline Probe mit und ohne innere Strukturierung und dass die Güte durch innere Strukturierung verdoppelt werden kann. Die Materialparameter, der Wärmebehand- lungszustand sowie die für die einzelnen Proben erreichten Gütewerte wurden in der Tabelle 1 zusammengefasst . Die Verlustre ^¬ duktion lässt sich einerseits über die Unterbrechung der Wir- beiströme in der Legierungsebene und andererseits über die entstehende Domänenverfeinerung im Vergleich zu nichtgeschlitzten Proben erklären. Die Domänenverfeinerung konnte mit Kerrmikro- skopuntersuchungen bestätigt werden.

Figur 13 zeigt ein Diagramm der Güte in Abhängigkeit der Frequenz. Die f equenzabhängige Güte wurde an einer Probe der Geometrie 20.3x 20.3mm der Legierung VP800 im nanokristallinen Zustand mit Wärmebehandlung auf "Runde" Hystereseschleife ge- messen. Die Probe wurde mit Klebefolie beschichtet. An der

Probe wurde zuerst der Güteverlauf im ungeteilten Zustand gemessen. Im Anschluss erfolgte die Messung an der jeweils in 2, 4, 8, 16 Teile geteilten Probe. Dies entspricht Strukturierungen von 10.2mm, 5.1mm, 2.5mm und 1.3mm mit einem Abstand der Einzelteile von 0.2mm. Anschließend wurde der Güteverlauf erneut gemessen .

Die Materialparameter, der Wärmebehandlungszustand sowie die für die einzelnen Strukturierungen erreichten Gütewerte sind in der Tabelle 1 zusammengefasst . Die Figur 13 zeigt weiterführenden

Einfluss der Streifenbreite auf die Güte. Der Gütewert steigt mit der Abnahme der Streifenbreite an. Um eine effiziente Gütesteigerung zu erreichen, müssen die Streifen der inneren Strukturierung möglichst schmal gewählt werden.

Um einlagige oder mehrlagige Abschirmfolien oder Abschirmteile mit hoher Güte aus einer nanokristallinen, weichmagnetischen

Fe-Basislegierung (VITROPERM® 800) herzustellen kann eine der folgenden Fertigungswege verwendet werden.

1.) Wärmebehandlung am Coil => Folienverbund => Struktur => Abschirmfolie oder Aoschi rmte i 1 Mit diesem Fertigungsweg können die einzelnen Prozesse mit höherer Wirtschaftlichkeit durchgeführt werden. Den Startpunkt bildet direkt gegossenes oder geschnittenes VITROPERM® Band belie- biger Breite aufgewickelt zu Coils, d.h. zu Spulen, auf speziellen Trägern. Danach erfolgt die Wärmebehandlung der Coils auf "Runde" Hystereseschleife bei 575°C und unter N2 oder H2 Atmosphäre, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand übergeführt wird. Das spröde Band wird nun in einem "Reel-to-Reel " , d.h. Spule zu Spule, Prozess mit einem Klebeband beschichtet um eine Verar- beitbarkeit für weitere Schritte sicherzustellen. Für einen mehrlagigen Folienverbund (mehrere Schichten VITROPERM®) muss der "Reel-to-Reel" Prozess mit doppelseitigem Klebeband mehrmals durchgeführt werden. Durch die Beschichtung mit Klebeband kann das ansonsten spröde Bandmaterial nun weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen werden. Im Anschluss könnten direkt Abschirmteile durch Schneiden oder Stanzen hergestellt werden.

Für Abschirmmaterial mit höheren Güteanforderungen kann eine in- nere Strukturierung durchgeführt werden. Der ein- oder mehrlagige Folienverbund wird nun auf Rollenscheren in schmale Streifen (0.5 bis 10mm) geschnitten. Über eine Vorrichtung werden die einzelnen Streifen auf einem weiteren Trägerklebeband mit einem gegenseitigen Abstand von < 0.2mm wieder zusammengeführt, so dass ein Folienverbund entsteht, wie er in Figur 3 gezeigt wird.

Für einen mehrlagigen, strukturierten Aufbau mit versetzter Stapelung können jeweils einlagige Verbundfolien in schmale Streifen geschnitten und wieder zusammengeführt werden. Die so entstandenen strukturierten Folien können dann versetzt, wie in Figur 3 gezeigt, zusammengeführt werden. Eine ähnliche Vorgehensweise wird für die Herstellung von gekreuzt gestapelte Ab- schirmfolien vorgeschlagen (siehe Figur 4)

2. ) Teil => Struktur => Wärmebehandlung am Teil => Folienverbund => Abschirmteil

Der unter 1. ) beschriebene Fertigungsweg sieht die mechanische Bearbeitung des Materials nach der Wärmebehandlung in einem "Reel-to- Reel" Prozess vor, bei dem der einzelne Abschirmteil erst am Ende der Produktionskette entsteht. Im Gegensatz dazu kann die Wärme- behandlung an bereits vorgefertigten Teilen, gestapelten Paketen und strukturierten gestapelten Paketen durchgeführt werden.

Hierzu wird direkt gegossenes oder geschnittenes VITROPERM^ Band beliebiger Breite verarbeitet. Die Herstellung von Einzelteilen könnte auf Rollenscheren, Ablängautomaten oder an Stanzen erfol- gen. Danach erfolgt die Wärmebehandlung der Einzelteile auf "Runde" Hystereseschleife bei 575°C und unter N _: oder H ₂ Atmosphäre, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand überführt wird. Anschließend werden die spröden Einzelteile geschichtet oder zu strukturiert gestapelten Paketen zusammengesetzt, wobei alle unter 1.) beschriebenen Möglichkeiten realisierbar wären. Ein flexibles Abschirmteil erhalt man durch Beschichten der wärmebehandelten Teile, der gestapelten Pakete oder der strukturiert gestapelten Pakete mit Klebefolie. Diese Klebefolie sollte vorzugsweise als lange Trägerfolie vorliegen, um im Anschluss wieder einen "Reel-to- Reel" Prozess zu ermöglichen.

3. ) Gewebe aus I ROPERM® Bändern => Wärmebehandlung => Folienverbund => Abschirmfolie Den Ausgangspunkt bildet hier ein Gewebe, z.B. Schlauchgewebe, aus schmal geschnit enem 7ITR0PER ® Band, siehe Figur 5, wobei die Bänder eine Breite von zum Beispiel 0.5mm bis 6mm aufweisen. An dem f lachliegenden Gewebe erfolgt die Wärmebehandlung auf "Runde" Hystereseschleife bei 575°C unter N2 oder H2 Atmosphäre, vorzugsweise in einem Durchlaufofen, wobei das Mate- rial in den nanokristallinen Zustand überführt wird. Das nun spröde Gewebe aus nanokristallinen Bändern wird nun flachliegend in einer Vorrichtung mit einem Klebeband beschichtet um eine Ver- arbeitbarkeit für weitere Schritte sicherzustellen, Für einen mehrlagigen Folienverbund kann der "Reel-to-Reel " Pro- zess mit doppelseitigem Klebeband mehrmals durchgeführt werden. Diese Methode hat den Vorteil, dass die innere Strukturierung durch das Gewebe bereits vorhanden ist, wodurch die Verluste wieder stark reduziert werden und auch hier wieder Abschirmmate- rial mit hoher Güte entsteht.

4.) Wärmebehandlung am Coil => Folienverbund => Struktur durch Brechen => Abschirmfolie Den Startpunkt bildet direkt gegossenes oder geschnittenes

VITROPERM® Band beliebiger Breite aufgewickelt zu Coils auf speziellen Trägern. Danach erfolgt die Wärmebehandlung der Coils auf "Runde" Hystereseschleife bei 575°C und unter N2 oder H2 At ^¬ mosphäre, wobei das Material in den nanokristallinen Zustand ubergeführt wird. Das spröde Band wird nun in einem "Reel-to- Reel" Prozess beidseitig mit einem Klebeband beschichtet. Zur Steigerung der Güte wird hier eine andere Vorgehensweise zur in ^¬ neren Strukturierung vorgeschlagen . In dem beschriebenen "Reel-to- Reel" Prozess muss der Folienverbund unter Zugspannung über eine scharfe Metallkante gezogen werden um das zwischen den Folien befindliche, spröde VITROPERM ^l>5) Band in kleine Teile zu zerbrechen. Auch hier werden die Wirbelströme in der Materialebene räumlich eingeschränkt, die Verluste werden reduziert und der Gütefaktor steigt an.

Eine weitere Verarbeitung zu mehrlagigen Abschirmfolien oder Teilen wäre analog wie unter 1.) beschrieben möglich.

Anstelle der erwähnten handelsüblichen einseitigen oder doppelseitigen Klebefolien, die zum Fixieren der Magnetmaterialschichten, oder zur Realisierung einer inneren Strukturierung notwendig sind, können auch andere Kiebetechnologien , wie Heifiklebefolien, pulver- förmige Heißkleber oder ähnliches eingesetzt werden.

Tabelle 1

Die Nummern 1 bis 7 und 10 zeigen Vergleichsbeispiele für den Stand der Technik, die Nummern 8, 9 und 11 bis 17 zeigen erfindungsgemäße Beispiele. der Tabelle bezeichnet

Js : Sättigungspolarisation

Wärmebehandlung :

X - Wärmebehandlung ohne Magnetfeld

F _ Wärmebehandlung im magnetischen Querfeld mit dem

Ergebnis einer Anisotropie quer zur Bandlängsrichtung

Z _ Wärmebehandlung im magnetischen Längsfeld mit dem

Ergebnis einer Anisotropie entlang der Bandlängsrich- tunq

Amorph - Die Probe liegt nach der Wärmebehandlung im amorph Zustand vor

nano - Die Probe liegt nach der Wärmebehandlung im nanokris tallinen Zustand vor,

KF: mit Klebefolie kaschiert