Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Folie. Eine Folie im Erfindungssinn bezeichnet ein flächiges, maximal 1 ,5 mm dickes, sich selbst tragendes und flexibles Gebilde aus einem über die Fläche betrachtet homogenen Material, welches seine wesentlichen Materialeigenschaften auch nach mehrmaligem Biegen oder Rollen nicht verliert.

Für das Herstellen von elektrisch leitfähigen Folien sind verschiedene Verfahren etabliert. So können elektrisch leitfähige Folien beispielsweise durch mechanisches Walzen eines elektrisch leitfähigen Ausgangsmaterials gefertigt werden. Beschränkt sind derartige Fertigungsprozesse durch die minimal erreichbare Dicke einer solchen Folie. Mittels

Walzprozessen können zum Beispiel Folien aus Kupfer mit einer minimalen Dicke von etwa 6 μηη hergestellt werden, was für einige Anwendungsfälle jedoch nicht dünn genug ist. Nachteilig wirkt sich hierbei ebenfalls aus, dass die Oberflächen der Folien oftmals mit Riefen vom Walzprozess versehen sind. Für das Herstellen von elektrisch leitfähigen Folien mit geringerer Foliendicke als 6 μιτι werden beispielsweise auf flexiblen Substraten mittels Vakuumprozessen Schichtsysteme, welche elektrisch leitfähiges Material aufweisen, abgeschieden und nachfolgend das flexible Substrat abgelöst. In DE 10 201 5 003 369 A1 wird vorgeschlagen, zunächst eine

Opferschicht auf einem Trägersubstrat und anschließend eine Nutzschicht aus elektrisch leitfähigem Material mittels Vakuumbeschichtungsprozessen auf einem Trägersubstrat abzuscheiden. Das auf diese Weise hergestellte Schichtsystem wird anschließend beispielsweise mit Laser-Strahlen beaufschlagt, was zur Rissbildung in der Opferschicht führt und wodurch die Nutzschicht vom Trägersubstrat getrennt werden kann. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass auch nach dem Lösen der Nutzschicht vom Trägersubstrat Reste der Opferschicht an der Nutzschicht haften bleiben, was zusätzliche Reinigungsschritte einer auf diese Weise hergestellten elektrisch leitfähigen Folie erfordert.

Aus WO 201 7/054889 A1 ist es bekannt, zunächst aus Stabilitätsgründen einen

Schichtverbund aus mindestens zwei Schichten, bestehend aus unterschiedlichen

Materialien, auf einem flexiblen Substrat mittels Vakuumbeschichtungsprozessen abzuscheiden. Dabei kann beispielsweise Lithium als erste Schicht und Kupfer als zweite Schicht abgeschieden werden. Das flexible Substrat wird anschließend vom Schichtverbund entfernt. Mit dieser Vorgehensweise lässt sich jedoch nur ein Folienverbund aus mindestens zwei verschiedenen Materialien herstellen.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Folie zu schaffen, mittels dessen die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich sein, eine elektrisch leitfähige Folie mit einer Foliendicke kleiner 1 μιτι herzustellen. Des Weiteren soll die Folie über die Foliendicke betrachtet aus lediglich einem Material bestehen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Folie aus einem elektrisch leitfähigem Material, wobei die Folie entlang der Foliendickenausdehnung aus dem gleichen Material besteht, wird zunächst ein flexibles Substrat in eine Arbeitskammer eingebracht. Des Weiteren wird auf zumindest einem Oberflächenbereich des Substrates mittels eines Vakuumbeschichtungsprozesses eine Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material abgeschieden. Hierfür kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material verwendet werden, welches mindestens eines der chemischen Elemente aus der Gruppe Kupfer, Indium, Aluminium, Zinn, Zink, Magnesium, Silber aufweist. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Kupferfolien. Als

Vakuumbeschichtungsprozess sind insbesondere das Magnetronsputtern und/oder das Verdampfen für das Abscheiden der ersten Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material und als flexibles Substrat Metallfolien (insbesondere aus Edelstahl), Kunststofffolien, G las oder Papier geeignet.

Nach dem Abscheiden der ersten Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material wird die erste Schicht mit mechanischen Mitteln von dem flexiblen Substrat abgezogen.

Überraschend hat sich gezeigt, dass eine einzelne, direkt auf einem flexiblen Substrat mittels Vakuumbeschichtungsprozessen abgeschiedene Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material vom flexiblen Substrat mechanisch abgezogen werden kann, wenn die Haftkraft zwischen dem flexiblen Substrat und der abgeschiedenen Schicht derart eingestellt wird, dass diese Haftkraft geringer ist als die Bindungskräfte innerhalb der abgeschiedenen Schicht und geringer ist als die Bindungskräfte innerhalb des flexiblen Substrates. Erfindungsgemäß wird eine für das Abziehen erforderliche Haftkraft zwischen flexiblem Substrat und abgeschiedener Schicht eingestellt, indem ein lonenätzprozess auf zumindest dem Oberflächenbereich des flexiblen Substrates ausgeübt wird, auf dem die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material abgeschieden werden soll. Das Ionenätzen bewirkt einerseits das Reinigen des Substratoberflächenbereichs und verändert andererseits die

Oberflächenstruktur des Substrates, was sich dann vorteilhaft auf nachfolgende

Verfahrensschritte auswirkt. Für das Ionenätzen können beispielsweise Ionen, beispielsweise herrührend aus einem Hohlkathodenplasma oder einem Magnetronplasma, verwendet werden. Mittels des lonenätzprozesses wird vermutlich eine Oberflächenrauheit am Substrat geschaffen, welche das mechanische Abziehen der einzelnen Schicht aus elektrisch leitfähigem Material vom flexiblen Substrat ermöglicht.

Zusätzlich oder alternativ zum Ionenätzen des Substrates vor der Schichtabscheidung kann die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material während und/oder nach der

Schichtabscheidung erhitzt werden, wodurch die Haftkraft zwischen flexiblem Substrat und abgeschiedener Schicht verringert und dadurch das Abziehen der abgeschiedenen Schicht vom flexiblen Substrat ermöglicht wird. Hierfür ist es beispielsweise auch möglich, die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material in mindestens zwei Teilschichten abzuscheiden, wobei eine erste Teilschicht der Schicht mittels eines ersten Vakuumbeschichtungsprozesses und eine zweite Teilschicht der Schicht mittels eines zweiten

Vakuumbeschichtungsprozesses abgeschieden wird, wobei der zweite

Vakuumbeschichtungsprozess mit einer stärkeren Wärmeentwicklung einhergeht als der erste Vakuumbeschichtungsprozess.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht auch das mechanische Abziehen des flexiblen Substrates, wenn vor dem Abziehen des flexiblen Substrates eine zweite Schicht aus einem anderen Material auf die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material oder auch mehrere Schichten aus einem anderen Material auf der Schicht aus elektrisch leitfähigem Material abgeschieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für das Herstellen von elektrisch leitfähigen Folien mit einer Foliendicke kleiner 3 μιη geeignet. Mittels des

erfindungsgemäßen Verfahrens konnten sogar elektrisch leitfähige Folien (insbesondere Kupferfolien) mit einer Foliendicke kleiner 1 μιτι hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ausführen von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Vorrichtung zum Ausführen von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Vorrichtung schematisch dargestellt, mittels welcher Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden können. In einer

Vakuumarbeitskammer 1 0 wird zunächst ein bandförmiges, flexibles Substrat 1 1 , welches als Kunststofffolie ausgebildet ist, derart eingebracht, dass es nach dem Abwickeln von einer Abwickelrolle und dem Vorbeiführen an einer oder mehreren Umlenkrollen eine Kühlwalze 12 teilweise umschlingt. Während das flexible Substrat 1 1 in einem Rolle-zu- Rolle-Prozess entlang des Kühlwalzenumfangs bewegt wird, passiert das flexible Substrat zwei Prozessstationen. Die erste Prozessstation weist ein Magnetron 13 auf, mit welchem ein Magnetronplasma in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erzeugt wird. Das Magnetron 13 wird dabei mit bekannten Prozessparametern derart betrieben, dass am Magnetron 13 kein Sputterabtrag entsteht, der sich auf dem flexiblen Substrat 1 2 niederschlägt, sondern dass lediglich die Sauerstoffionen aus dem Magnetronplasma zur Substratoberfläche hin beschleunigt werden und somit einen lonenätzprozess auf der Substratoberfläche ausüben. Damit wird zum einen die Oberfläche des flexiblen Substrates 1 1 gereinigt und zum anderen die Struktur der Substratoberfläche verändert.

Die zweite Prozessstation, welche der ersten Prozessstation in Bewegungsrichtung des Substrates 1 1 betrachtet nachfolgt, weist ein Magnetron 14 mit einem Kupfer-Target auf. Mit dem Magnetron 14 werden mittels bekannter Prozessschritte Kupferpartikel vom Kupfer-Target abgestäubt, welche sich als Kupferschicht auf dem flexiblen Substrat 1 1 niederschlagen. Das Magnetron 14 kann dabei vorzugsweise derart betrieben werden, dass eine Kupferschicht mit einer Schichtdicke vom zweistelligen Nanometerbereich bis zum einstelligen Mikrometerbereich auf dem flexiblen Substrat 1 1 abgeschieden wird. Nach dem Abscheiden der Kupferschicht wird der Verbund 1 5, bestehend aus dem flexiblen Substrat 1 1 und der Kupferschicht, nach dem Vorbeiführen an einer oder mehrerer Umlenkrollen auf einer Aufwickelrolle aufgewickelt. Nach dem vollständigen Beschichten des bandförmigen, flexiblen Substrates 1 1 mit einer Kupferschicht wird die Rolle mit dem Verbund 1 5 aus der Arbeitskammer 10 entnommen und die Kupferschicht vom als Kunststofffolie ausgebildeten flexiblen Substrat 1 1 mechanisch abgezogen. Hierzu kann beispielsweise die Rolle, auf welcher der Verbund 1 5 aufgewickelt ist, auf eine glatte Unterlage gelegt werden. Der Anfang des bandförmigen Verbundes 1 5 wird ein wenig von der Rolle abgewickelt und mit der Substratseite des Verbundes nach unten auf die glatte Unterlage gelegt. Kurz vor dem Bandende des Verbundes 1 5 wird mit einem scharfen Schneidwerkzeug die Kupferschicht quer zur Bandrichtung durchschnitten, ohne das Substrat 1 1 zu durchschneiden. Biegt man den Verbund 1 5 entlang der Schnittlinie in Richtung der Seite des Substrates 1 1 , lässt sich ein Anfang finden, an welchem die Kupferschicht per Hand von der Kunststofffolie abgezogen werden kann. Die auf diese Weise gewonnenen Enden der voneinander separierten

Kunststofffolie und der Kupferschicht können anschließend in einem Bandwickelwerk auf separate Rollen aufgewickelt und mittels des Bandwickelwerkes dann entlang des gesamten bandförmigen Verbundes 1 5 die Kupferschicht vom flexiblen Substrat 1 1 abgezogen werden. Infolgedessen entsteht eine auf einer Rolle aufgewickelte elektrisch leitfähige Folie, welche entlang der Foliendickenausdehnung aus dem gleichen Material und in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer besteht.

Das zuvor beschriebene Abziehen der Kupferschicht vom flexiblen Substrat 1 1 am Anfang des Verbundes 1 5 per Hand ist hier nur beispielhaft beschrieben. Es sind auch

Vorrichtungen bekannt, mit denen die Kupferschicht auch vom Beginn des Verbundes 1 5 vom flexiblen Substrat 1 1 abgezogen werden kann.

In Fig. 2 ist eine alternative Vorrichtung schematisch dargestellt, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist. In einer Arbeitskammer 20 wird zunächst ein bandförmiges, flexibles Substrat 21 , welches als Edelstahlfolie ausgebildet ist, derart eingebracht, dass es nach dem Abwickeln von einer Abwickelrolle und dem Vorbeiführen an einer oder mehreren Umlenkrollen eine Kühlwalze 22 teilweise umschlingt. Während das flexible Substrat 21 in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess entlang des Kühlwalzenumfangs bewegt wird, passiert das flexible Substrat 21 drei Prozessstationen. Die erste Prozessstation weist eine Hohikathodenanordung 23 auf, mit welcher ein Hohlkathodenplasma erzeugt wird. Die Ionen aus dem Hohlkathodenplasma werden zur Substratoberfläche hin beschleunigt und üben somit einen Ionenätzprozess auf der Substratoberfläche aus. Damit wird zum einen die Oberfläche des flexiblen Substrates 21 gereinigt und zum anderen die Struktur der

Substratoberfläche verändert.

Die zweite Prozessstation, welche der ersten Prozessstation in Bewegungsrichtung des Substrates 21 betrachtet nachfolgt, weist ein Magnetron 24 mit einem Kupfer-Target auf. Mit dem Magnetron 24 werden mittels bekannter Prozessschritte Kupferpartikel vom Kupfer-Target abgestäubt, welche sich als erste Kupferteilschicht auf dem flexiblen Substrat 21 niederschlagen. Das Magnetron 24 kann dabei vorzugsweise derart betrieben werden, dass die erste Kupferteilschicht mit einer Schichtdicke im zweistelligen Nanometerbereich auf dem flexiblen Substrat 21 abgeschieden wird.

Nach dem Abscheiden der ersten Kupferteilschicht wird das Substrat 21 an einer dritten Prozessstation vorbeigeführt. Diese umfasst ein Gefäß 25, in welchem Kupfer verdampft wird, welches sich als zweite Kupferteilschicht auf dem Substrat 24 niederschlägt. Bei einer Ausführungsform wird eine zweite Kupferteilschicht mit einer Schichtdicke im zweistelligen Nanometerbereich oder einstelligem Mikrometerbereich abgeschieden. Für das Verdampfen des Kupfers im Gefäß 25 sind beispielsweise Prozesse des thermischen Verdampfens, bei welchen das gesamte, sich im Gefäß 25 befindende Kupfer, erhitzt wird, oder Prozesse des Verdampfens mittels eines Elektronenstrahls geeignet.

Es ist bekannt, dass Verdampfungsprozesse üblicherweise mit einer größeren

Hitzeentwicklung als beim Magnetronsputtern einhergehen, welche ein zu beschichtendes Substrat und sich darauf bereits befindende Schichten erwärmen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt der Verdampf ungsprozess ein Erhitzen des flexiblen Substrates 21 und der ersten Kupferteilschicht auf etwa 300 °C, was zu einer Gefügeänderung der ersten Kupferteilschicht führt, womit eine Verringerung der Haftfestigkeit der ersten

Kupferteilschicht auf dem flexiblen Substrat 21 einhergeht und was sich vorteilhaft auf nachfolgende Prozessschritte auswirkt. Die im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Vorgehensweise ist daher besonders vorteilhaft beim Herstellen von elektrisch leitfähigen Folien aus Materialien, welche einen ähnlichen bzw. einen noch geringeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweisen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird daher ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, welches mindestens eines der chemischen Elemente aus der Gruppe Kupfer, Indium, Aluminium, Zinn, Zink, Magnesium, Silber enthält. Nach dem Abscheiden der zweiten Kupferteilschicht wird der Verbund 26, bestehend aus dem flexiblen Substrat 21 sowie der ersten und zweiten Kupferteilschicht, nach dem Vorbeiführen an einer oder mehrerer Umlenkrollen auf einer Aufwickelrolle aufgewickelt. Nach dem vollständigen Beschichten des bandförmigen, flexiblen Substrates 21 mit der ersten und zweiten Kupferteilschicht wird die Rolle mit dem Verbund 26 aus der

Arbeitskammer 20 entnommen und die Kupferschicht, bestehend aus erster und zweiter Kupferteilschicht, vom als Edelstahlfolie ausgebildeten flexiblen Substrat 21 mechanisch abgezogen. Hierzu kann beispielsweise die Rolle, auf welchem der Verbund 26 aufgewickelt ist, auf eine glatte Unterlage gelegt werden. Der Anfang des bandförmigen Verbundes 26 wird ein wenig von der Rolle abgewickelt und mit der Edelstahlseite des Verbundes nach unten auf die glatte Unterlage gelegt. Kurz vor dem Bandende des Verbundes 26 wird mit einem scharfen Schneidwerkzeug die Kupferschicht quer zur Bandrichtung durchschnitten, ohne die Edelstahlfolie zu durchschneiden. Biegt man den Verbund 26 entlang der

Schnittlinie in Richtung der Seite der Edelstahlfolie, lässt sich ein Anfang finden, an welchem die Kupferschicht per Hand von der Edelstahlfolie abgezogen werden kann. Die auf diese Weise gewonnenen Enden der voneinander separierten Edelstahlfolie und der Kupferschicht können anschließend in einem Bandwickelwerk auf separate Rollen aufgewickelt und mittels des Bandwickelwerkes dann entlang des gesamten bandförmigen Verbundes 26 die Kupferschicht vom flexiblen Substrat 21 abgezogen werden. Infolgedessen entsteht eine auf einer Rolle aufgewickelte elektrisch leitfähige Folie, welche entlang der

Foliendickenausdehnung aus dem gleichen Material und in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer besteht. Beim zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel waren die zweite und dritte Prozessstation Bestandteile ein und derselben Anlage. Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels kann alternativ auch durchgeführt werden, wenn die zweite und dritte Prozessstation Bestandteile separater Anlagen sind.