BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein blattförmiges oder bahnförmiges Material, das geeignet ist, gebundene elektrische Verbindungen auf einem Substrat herzustellen.
Auf dem Gebiet der elektronischen Ausrüstungen und in den damit beschäftigten Industriezweigen besteht das Bedürfnis nach der Möglichkeit, angenehm und sicher elektrische Verbindungen an Anordnungen von kleinen und nahe beisammen liegenden Kontaktpunkten oder Endanschlüssen herzustellen, wie zum Beispiel Kontaktpunkte oder Endanschlüsse einer gedruckten Schaltung oder einer Flüssigknstallanzeige.
Ein vielversprechendes Arbeitsverfahren zur Herstellung derartiger elektrischer Verbindungen wird in der offengelegten britischen Patentanmeldung Nr. 2 048 582A erläutert. In dieser Patentanmeldung wird ein zur Herstellung der elektrischen Verbindungen geeignetes Klebeband beschrieben, das ein biegsames, isolierendes, bandförmiges oder blattförmiges Material, eine Vlel- zahl von parallelen, voneinander getrennten, elektrisch leitenden Streifen, die von diesem bandförmigen oder blattförmigen Material getragen werden und ein elektrisch leitendes Klebemittel aufweist, welches die leitenden Streifen bedeckt.
Elektrische Verbindungen können mit Hilfe dieses Klebebandes hergestellt werden, indem man ein Ende des Klebebandes an die Anordnung der Endanschlüsse anklebt, wobei die einzelnen Streifen des Klebebandes auf die einzelnen Endanschlüsse gerichtet sind.
Um eine befriedigende Verwendbarkeit des beschriebenen bandförmigen oder blattförmigen Materials zu gewährleisten, muss das elektrisch leitende Klebemittel in diesem Material eine Bindung mit niedrigem Widerstand gewährleisten, die während langer Zeiträume und unter den Arbeitsbedingungen beständig ist, die bei der Verwendung des bandförmigen oder blattförmigen Materials erwartet werden.
Übliche Beschichtungen aus elektrisch leitenden Klebemitteln, die bei bisher bekannten elektrisch leitenden Klebebändern eingesetzt wurden, bei denen beispielsweise eine Rückenschicht oder Unterlagsschicht aus einer Metallfolie verwendet wurde, haben nicht immer das benötigte Ausmass an langzeitiger Beständigkeit und des niedrigen elektrischen Widerstandes gewärleistet Entweder war bereits zu Beginn der elektrische Widerstand zu hoch und/oder der elektrische Widerstand stieg während der Verwendung an, und zwar in einem solchen Ausmass, dass mechanische Verankerungstechniken oft eingesetzt werden müssen, um die haftende Bindung zu unterstützen.
In der Folge wird nun der Erfindungsgegenstand näher erläutert, welcher durch die Merkmale im unabhängigen Anspruch gekennzeichnet ist
Die vorliegende Erfindung betrifft ein blattförmiges oder bahnförmiges Material, das dazu geeignet ist, mit Klebemittel gebundene elektrische Verbindungen herzustellen, die eine verbesserte Beständigkeit und einen geringen elektrischen Widerstand gewährleisten.
Kurz zusammengefasst umfassen die erfindungsgemässen bahnförmigen oder blattförmigen Materialien die folgenden Komponenten: eine Haftmittelschicht, die beim Erhitzen auf erhöhte Temperaturen unter Erreichung eines haftenden Zustandes weich wird und die dann anschliessend bei Zimmertemperatur härtet, wobei sie einen festen und im wesentlichen nicht ffiessfähigen Zustand erreicht und ferner eine Monoschicht, also eine einzige Schicht aus einzelnen getrennten, elektrisch leitenden Teilchen, die in der Klebemittelschicht verteilt sind.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsart soll dabei die Klebeschicht in einigen Bereichen der Schicht ein grösseres Volumen aufweisen als in anderen Bereichen der Schicht, so dass Abschnitte mindestens einer Oberfläche der Schicht im Vergleich zu anderen Abschnitten der Oberfläche eingesenkt oder vertieft sind und wobei dann, wenn die Schicht erhitzt und gegen ein Substrat gepresst wird, das klebende Material in die eingesenkten oder vertieften Teile verdrängt werden kann, so dass die elektrisch leitenden Teilchen in eine enge elektrische Verbindung mit dem Substrat kommen.
Vorzugsweise sind die elektrisch leitenden Teilchen oder elektrisch leitenden Elemente im wesentlichen so dick oder im Durchschnitt dicker als die durchschnittliche Dicke der Klebeschicht.
Wünschenswerterweise bedeckt jedoch eine dünne Schicht des Klebemittels die leitenden Teilchen oder Teile, um diese bis zu dem Zeitpunkt zu isolieren, wo das Anldeben an das Substrat erfolgt. Eine derartige dünne Schicht nimmt vorzugsweise die Form einer dünnen, nicht unterbrochenen, also kontinuierlichen elektrisch isolierenden Klebemittelschicht an, die über dem gesamten blattförmigen oder bandförmigen Material als Deckschicht liegt und die sich an die hervorragenden, elektrisch leitenden Teilchen oder Teile und an irgendwelche zwischen den Teilchen vorhandene Klebeschicht eng anpasst oder anschmiegt.
Wenn selbst eine solche zusätzliche Schicht an isolierendem Material vorhanden ist, dann kann dennoch das Oberende der elektrisch leitenden Teilchen höher liegen als zumindest ein Teil der äusseren Oberfläche der Klebeschicht zwischen den Teilchen, wenn schliesslich irgendwelche ursprüngliche Klebeschichten und der Schicht an isolierendem Material, die über die ursprüngliche Klebeschicht aufgebracht sein kann, wobei dieses isolierende Material ein Teil der gesamten Klebeschicht wird.
Bei weniger bevorzugten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung weist die Klebeschicht in manchen Bereichen der Schicht kein grösseres Volumen an klebendem Material auf als in anderen Bereichen, sondern sie hat statt dessen beispielsweise eine ebene äussere Oberfläche.
Typischerweise besitzen die erfindungsgemässen blattförmigen oder bandförmigen Materialien die Form von länglichen Streifen, welche zu einer Rolle aufgewickelt sind, die sehr angenehm zu lagern ist und gut verwendbar ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung sind ferner eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Schichten, und zwar typischerweise in Form von engen, parallel ausgerichteten länglichen Streifen, in dem blattförmigen oder bahnförmigen Material vorhanden, wobei diese Vielzahl an elektrisch leitenden Schichten von einer Rückenschicht oder Unterlagsschicht getragen wird, die sich unter der Klebeschicht befindet und die Streifen nebeneinander, jedoch im Abstand voneinander, liegen und in der Längsrichtung der Rückenschicht oder Unterlagsschicht angeordnet sind. In diesem Falle können elektrische Anschlüsse zwischen Kontaktstellen oder Anschlussstellen eines Substrates in angenehmer Weise hergestellt werden, wenn dieses Substrat eine Vielzahl von getrennten, eng beisammenliegenden Kontaktpunkten aufweist.
Es können jedoch auch andere Anordnungen von leitenden Streifen oder Leitungswegen neben diesen parallel ausgerichteten Streifen in gewissen Ausfiihrungsarten der erfindungsgemässen blattförmigen oder bahnförmigen Materialien eingesetzt werden, wobei dann diese Materialien für spezielle Anwendungsgebiete vorgesehen sind.
Die Nützlichkeit der erfindungsgemässen bahnförmigen oder blattformigen Materialien steht im Gegensatz zu bisherigen Erfahrungen, die mit im Handel erhältlichen leitenden Klebebändem auf Basis von Druckkiebern, gemacht wurden, beispielsweise desjenigen Typs, der in der US-Patentschrift Nr. 3 475 213 beschrieben ist. Bei den dort beschriebenen Klebebändern wird nämlich eine Klebeschicht aus einem Druckkleber auf eine elektrisch leitende Rückschicht oder Unterlagsschicht als Beschichtung, zusammen mit einer Monoschicht aus relativ grossen Teilchen aufgebracht, die in der Klebemittelschicht enthalten sind.
Die elektrisch leitende Unterlage oder Rückenschicht ist typischerweise eine Metallfolie. Bei diesen bisher bekannten Klebebändern hatten die Teilchen im wesentlichen die gleiche Dicke, wie die Klebemittelschicht, und manchmal konnten sie dicker sein als die Klebeschicht. Mit diesen Klebebändern konnte jedoch nicht immer ein elektrischer Anschluss mit niedrigem Widerstand erzeugt werden, falls nicht zusätzlich Verankerungsmittel eingesetzt wurden, um das Klebeband fest an dem Substrat zu halten.
Offensichtlich nahm nach dem Ankleben des Klebebandes an der gewünschten Stelle die Kraft, welche die Teilchen gegen das Substrat hält, allmählich ab, und zwar aufgrund eines Wegfliessens des Klebemittels.
In der Folge wird die Zeichnung kurz erläutert:
Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine typische Ausführungsart eines erfindungsgemässen elektrisch leitenden Klebebandes dar.
Fig. 2 stellt das in Fig. 1 gezeigte Klebeband dar, nachdem es auf ein Substrat aufgeklebt ist.
Das in Fig. 1 dargestellte Klebeband (10) weist eine flache, biegbare, elektrisch leitende Bahn oder Unterlage oder Rückenschicht (11) und elektrisch leitende Streifen (12) sowie ferner eine Schicht eines Klebematerials (13) auf, die sich als Schicht über den leitenden Streifen befindet. Ferner besitzt dieses Klebeband leitende Teilchen (14), die in der Klebeschicht verteilt sind und eine dünne Schicht (15) eines elektrisch isolierenden Materials, das sich als Oberflächenschicht über der gesamten oberen Oberfläche des Klebebandes befindet.
Das flache, elektrisch isolierende Blatt oder die Unterlage (11) ist eine Folie aus einem Polymermaterial, beispielsweise eine Folie aus Polyäthylenterephthalat oder aus einem Polyimide, oder sie kann auch aus einer mit Harz imprägnierten fasrigen Bahn bestehen. Die Unterlage oder Rückenschicht ist vorzugsweise biegbar, so dass sie sich um die elektrisch leitenden Teile während des Aufklebens bewegt und dass dadurch das Klebemittel, das sich auf dieser Unterlage oder Rückenschicht befindet, in Berührung mit dem Substrat kommt, mit welchem die Verbindung hergestellt werden soll. Bevorzugte Unterlagen oder Rückenschichten haben eine Biegsamkeit in der Grössenordnung einer 25-50 Mikrometer dicken Folie aus Polyäthylen.
Es können jedoch auch weniger gut biegbare Unterlagen oder Rückenschichten verwendet werden, wobei man dann im allgemeinen einen grösseren Druck anwenden muss, wenn man die Bindung auf dem Substrat erreichen will oder indem man dann etwa dickere Klebeschichten anwendet, so dass sich die Unterlage nicht so gut anpassen muss, wie dies der Fall ist, wenn eine dünnere Klebeschicht angewandt wird.
Die elektrisch leitenden Streifen (12) enthalten typischerweise eine Metallschicht, beispielsweise aus Silber, Gold, Aluminium oder Kupfer, die durch eine Dampfabscheidung auf die flache Unterlage oder Rückenschicht aufgetragen wurde. Es können jedoch statt dieser beschriebenen leitenden Streifen auch andere leitende Schichten verwendet werden, solange gewährleistet ist, dass nach ihrer Aufbringung die Unterlage oder Rückenschicht ausreichend biegbar bleibt, damit eine Anschmiegung an und um einen leitenden Teil während des Aufldebens des Klebebandes an ein Substrat erreicht wird.
Als Beispiele für andere verwendbare leitende Schichten seien Metallfolien genannt, wobei diese die gesamte Unterlage oder Rückenschicht darstellen können oder mit Hilfe eines Klebematerials an der Rückenschicht oder Unterlage befestigt sein können, oder eine Schicht aus einem Metall, das auf die Unterlage oder Rückenschicht gesprüht oder gespritzt wurde oder eine Schicht, die unter Verwendung einer leitenden Zusammensetzung oder Tmte hergestellt wurde, wobei derartige leitende Zusammensetzungen oder TInten typischerweise ein Verdünnungsmittel für die Aufbringung der Beschichtung und elektrisch leitende Teilchen enthalten, wie zum Beispiel Metallteilchen oder Kohleteilchen.
Das Klebematerial (13) ist ein durch Hitze aktivierbares Material, welches während eines Erhitzungsvorganges die klebende Bindung ausbildet. Während des Erhitzungsvorganges befeuchtet das Klebematerial das Substrat, an dem die Klebung erreicht werden soll. Anschliessend erhärtet das Klebemittel, und zwar entweder durch Abkühlung oder durch eine chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen, so dass bei der Zimmertemperatur das erfindungsgemässe blattförmige oder bahnförmige Material und die leitenden Teilchen an Ort und Stelle dort gehalten werden, wo die Klebung durchgeführt wurde. Zu diesem Endzeitpunkt ist dann das Klebematerial entweder überhaupt nicht mehr klebrig oder nurmehr schwach klebrig.
Ein gut geeignetes klebendes Material ist ein solches, das als in der Hitze klebrig werdendes Klebemittel bezeichnet wird, und ein solches Mittel ist bei 20 "C nicht klebrig oder nur schwach klebrig, und es wird dann ein Druckkleber und sehr stark klebrig, wenn es erhitzt wird. Gute Bindungen bilden sich sofort bei der Temperatur aus, wo das Klebemittel klebrig wird, ohne dass es notwendig ist, dass eine Vernetzungsreaktion oder sonstige chemische Reaktionen ablaufen. Dieses Klebemittel enthält ein acrylisches Polymermaterial oder eine Mischung aus acrylischen Polymermaterialien, in der mindestens ein Monomere enthalten ist, das ein Acrylsäurealkylester und/oder Methycrylsäu realkylester ist.
Dieses Monomermaterial auf Basis von Acrylsäu reestern oder Methycrylsäureestern wird in der Folge als actyli- sches Estermonomere bezeichnet. Diese klebenden Materialien unterscheiden sich von den zum Stande der Technik gehörenden klebenden Materialien durch die folgenden Eigenschaften:
1. Das acrylische Estermonomere stellt mindestens 50 Mol
Prozent eines acrylischen Polymers oder der Mischung aus acryli schen Polymeren der Haftschicht dar,
2. Dieses acrylische Polymer oder die Mischung auf mehreren acrylischen Polymeren hat eine Glasübergangstemperatur Tg oder ein Gewichtsmittel der Glasübergangstemperatur Tg von - 10 "C bis 80 "C,
3.
Eine Schicht dieses Klebemittels weist die folgenden Eigenschaften auf: a) einen Klebewert, angegeben als Probe Tack Value, von weniger als 75 Gramm Kraft bei 20 "C, b) einen Klebewert, angegeben als Probe Tack Value, von mindestens 75 Gramm Kraft über einem Bereich von mindestens
50 "C, wobei dieser Wert im wesentlichen konstant bleibt, nach dem man 30 Tage lang bei 40 " C gelagert hat und c) einen Wert für die Scherkraft von mindestens 25 Minuten bei 65 "C und
4.
Bis zu 50 Mol-Prozent eines acrylischen Polymeren oder der Mischung aus acrylischen Polymeren kann hergestellt werden, indem man eine Copolymerisation von Monomermaterialien vornimmt, die eine polare Gruppe aufweisen, wie zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder ein Anhydrid oder ein Amid der angeführten Säuren, Acrylnitril, Methacrylnitril und N-Vmyl-2-pyrrolidone.
Wenn eine einzelne Komponente vorhanden ist, dann liegt ein einziger Tg-Wert vor. Wenn jedoch mehr als ein Monomer vorhanden ist, wird das Gewichtsprozent des jeweiligen Monomers mit dessen Tg-Wert multipliziert, und zwar wird jede Komponente aufaddiert, um einen Tg-Schlusswert zu erhalten.
Auf diese Art werden die Effekte aller Komponenten bezüglich einem Tg-Schlusswert einfach ausgemittelt, basierend auf dem Gewicht der monomeren Komponenten in der Endzusammensetzung.
Der Wert für die Klebrigkeit, angeführt als Probe Tack Value, wurde im wesentlichen, nach dem Verfahren gemäss ASTM D2979 bestimmt, wobei sich jedoch der hier durchgeführte Test von dem ASTM-Test in den folgenden Punkten unterschied:
1. Um die Klebrigkeitswerte bei den verschiedenen Temperaturen zu bestimmen, wurde die zu testende Probe und das ringförmige Gewicht auf die Testtemperatur erhitzt, mit Ausnahme dessen, dass das ringförmige Gewicht niemals über 220 "C erhitzt wurde.
2. Das Ende der Probe stellt einen Ring dar, der einen inneren Durchmesser von 3,83 mm und einen äusseren Durchmesser von 5,10 mm bestizt.
3. Das ringförmige Gewicht wiegt 19,8 Gramm.
4. Die Verweilzeit beträgt 10 Sekunden.
Der Wert für die Scherkraft wurde wie folgt bestimmt:
Eine helle Stahlplatte aus vergütetem rostfreien Stahl wurde in einem Heizofen 15 Minuten lang auf eine Temperatur erhitzt, die 115 " C oberhalb der auf das Gewichtsmittel bezogenen Glasübergangstemperatur des haftenden Polymeren liegt. Während sich die Stahlplatte in horizontaler Richtung befindet, wird ein Teil eines Klebebandes, der eine Breite von 1,27 cm besitzt, an die Stahlplatte angeklebt, indem man eine Handwalze eines Gewichtes von 2,04 kg verwendete, die dem Federal Standard 147 entspricht, wobei man mit dieser Walze zweimal in jeder Richtung über das aufgeklebte Klebeband hinüber rollte. Die Länge des Klebebandes, das an die Glasplatte angeklebt wird, wird ganz genau auf eine Länge von 1,27 cm eingestellt.
Man lässt diese Anordnung noch 15 weitere Minuten bei der Temperatur, wo das Ankleben durchgeführt wurde.
Die Platte wird dann in einen Heizofen überführt, der einen Untersatz zur Bestimmung der Scherkraft aufweist, mit Hilfe dessen eine Nachhintenbeugung der Platte an ihrem Oberende um 2" möglich ist. Das Schergewicht wird das Klebeband leicht gegen die Stahlplatte pressen. Nach 15 Minuten Verweilzeit bei einer Temperatur von 65 CC wird ein l-Kilogramm-Gewicht vom freien Ende des Klebebandes her aufgehängt. Die Zeit, nach der das Gewicht herunterfällt, ist der Wert für die Scherkraft bei 65 "C.
Das eine acrylische Polymer oder die mehreren vorhandenen acrylischen Polymere können ein Homopolymerisat aus acrylischen Estermonomeren sein, die Glasübergangstemperatur im Bereich von - 10 "C bis + 80 "C aufweisen. Als Beispiel hiefür seien genannt: Acrylsäuremethylester oder ein Copolymerisat aus einem acrylischen Estermonomeren mit einem copolymerisierbaren polaren Monomeren, das eine Glasübergangstemperatur innerhalb des angeführten Bereiches aufweist.
Nützliche acrylische Estermonomere, die bei der Homopolymerisation ein Polymermaterial liefern, das eine Glasübergangstemperatur von mindestens - 10 " C aufweist, sind beispielsweise der Methylester der Acrylsäure, der Methylester der Methacrylsäure, der Äthylester der Methacrylsäure, der Propylester der Methacrylsäure, der Butylester der Methacrylsäure, der Bornylester der Acrylsäure, der Bornylester der Methacrylsäure, der 2-Phenoxyäthylester der Acrylsäure, der 2-Phenoxyäthylester der Methacrylsäure, die Mono- und Di-methylester und -äthylester der Itaconsäure und die Mono- und Di-methylester und -äthylester der Maleinsäure.
Geeignete acrylische Estermonomere, die zu einer verminderten Glasübergangstemperatur führen, sind beispielsweise Äthylester, Butylester und Octylester der Acrylsäure und n-Amylester, Hexylester und Octylester der Methacrylsäure.
Ein Copolymerisat aus 43 Mol-Prozent an dem Methylester der Methacrylsäure sowie 53 Mol-Prozent an dem Methylester der Acrylsäure und 4 Mol-Prozent an Acrylamid wiesen eine Glasübergangstemperatur von etwa 50 " C auf.
Ein Copolymerisat aus 73 Mol-Prozent des Methylesters der Methacrylsäure sowie 19 Mol-Prozent des Methylesters der Acrylsäure und 4 Mol-Prozent des Äthylesters der Acrylsäure sowie 4 Mol-Prozent an Acrylamid hatte eine Glasübergangstemperatur von etwa 79 "C.
Das beschriebene, beim Erhitzen klebrig werdende Klebematerial wird druckklebend und heftig klebend, wenn es erhitzt wird, und typischerweise soll es bei Verwendung in den erfindungsgemässen Temperaturen die Eigenschaft annehmen, wenn es auf eine Temperatur von etwa 40 C oder höher, und speziell bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 75 " C oder höher erhitzt wird.
Wenn es später auf Temperaturen erhitzt wird, die bei der Temperatur, wo die Bindung hergestellt wurde, liegen oder sogar noch höher, dann kann trotzdem eine geeignete Bindungsfestigkeit aufrecht erhalten werden.
Elektrisch leitende Teilchen können in dem Klebematerial dispergiert sein, damit eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird und die Teilchen und die Stellen, an denen sie haften, besitzen die Neigung, in ihrer gebundenen Stellung während längerer Zeiträume gehalten zu werden, und zwar durch die feste Bindung des Klebematerials sowohl bei erhöhten Temperaturen als auch bei Zimmertemperatur.
Andere copolymerisierbare Monomermaterialien können auch in Mengen eingesetzt werden, ohne dass dadurch der Wert des acrylischen Copolymeren für die benötigten Zwecke verschlechtert wird. Zu diesen copolymerisierbaren Monomeren gehören Styrol, Amylacetat und Vmylchlorid, wobei diese Materialien, dann wenn sie verwendet werden, vorzugsweise in Mengen eingesetzt werden, die bis zu etwa 5 Mol-Prozent, bezogen auf die Gesamtmenge der im Copolymerisat anwesenden Monomeren betragen.
Diejenigen Bindungen, welche die beste Dauerhaftigkeit während langer Einwirkung von hoher Luftfeuchtigkeit haben, beispielsweise Luftfeuchtigkeiten von 95%, und welche ferner gute Dauerhaftigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen, beispielsweise 80 "C, sind erhältlich, indem man unter Hitze klebrig werdende acrylische Klebemittel verwendet, in welchen das acrylische Polymere eine Wechselwirkungsfünktionalität aufweist, und zwar aufgrund der Anwesenheit eines reaktiven Organosilan-Kupplungsmittels, wobei dieses Organosilan in einer Menge von mindestens 0,2 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichsteile Gesamtgewicht der Monomeren anwesend ist. Die besten Resultate werden dabei erhalten, wenn das Organosilan in einer Menge von 0,5% bis 4%, bezogen auf 100% Gesamtgewicht der Monomeren anwesend ist.
Das Organosilan kann mit dem acrylischen Estermonomer interpolymerisiert werden, und zwar zusammen mit weiteren copolymerisierbaren Materialien oder ohne weitere copolymerisierbare Materialien, oder es kann mit funktionellen Gruppen am Grundgerüst des acrylischen Polymeren umgesetzt werden. Unabhängig davon, welches Verfahren man anwendet, erhält man nachher ein Produkt, das in der Folge als Acryl-Silan-Interpolymer bezeichnet wird.
Das Organosilan besitzt die allgemeine Formel R66n)SiXnn in welcher
X eine hydrolisierbare Gruppe ist, beispielsweise eine Äthoxygruppe, eine Methoxygruppe oder eine 2-Methoxy-äthoxy- Gruppe,
R ist ein einwertiger organischer Rest mit 1-12 Kohlenstoffatomen, der eine funktionelle organische Gruppe enthält, wie zum Beispiel eine Mercaptogruppe, eine Epoxygruppe, eine Acrylylgruppe, eine Methacrylylgruppe oder eine Aminogruppe und n ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3.
Wie dies auf diesem Fachgebiet bekannt ist, kann das Organosilan dazu führen, dass Lösungen von Polymeren ein Gel bilden.
Aus diesem Grunde kann es wünschenswert sein, einen Alkohol oder andere bekannte Stabilisatoren einzusetzen. Wenn das Organosilan mit einem anderen Monomeren copolymerisiert werden soll, dann soll der Stabilisator so ausgewählt werden, dass er bei dieser Polymerisationsreaktion nicht stört. Methanol ist ein speziell nützlicher Stabilisator, und vorzugsweise wird er in Mengen angewandt, die im Bereich von etwa dem Zweifachen bis etwa dem Vierfachen der Menge des anwesenden Organosilanes liegen.
Andere durch Erhitzen aktivierbare Klebematerialien, die verwendet werden können, sind heissschmelzende Klebernaterialien, die typischerweise thermoplastische Materialien sind, welche unter Ausbildung eines fliessfähigen Zustandes weich werden und welche dann abkühlen, wobei sich eine haftende Bindung bildet und ferner reaktive Zusammensetzungen, wie zum Beispiel Haftmittel aus Epoxybasis. Derartige Materialien können unter Druck leichter fliessen als die unter Hitze klebrig werdenden Klebemittel, und sie können aus diesem Grunde bevorzugt sein. Blattförmige Materialien, bei denen das Klebemittel bei Zimmertemperatur ein Druckkleber ist, können ebenfalls eingesetzt werden.
In der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemässen blattförmigen oder bahnförmigen Materials, sind leitende Teilchen (14) in dem Material enthalten, die zu einer im allgemeinen üblichen Dicke abgeflacht sind. Beispielsweise kann man einen Satz von ursprünglich kugelförmigen Teilchen durch Walzen, die ein Zusammenpressen erreichen, leiten, beispielsweise in einer Mühle, wie sie üblicherweise zum Vermahlen von Farbstoffen eingesetzt wird. Es sei in diesem Zusammenhang auf das verwiesen, was in der US-Patentschrift Nr. 3 475 213 gesagt wird.
Verflachte Teilchen sind deshalb besonders wünschenswert, weil sie die Neigung besitzen, auf ihrer abgeflachten Seite zu liegen und ein hoher Prozentsatz der Teilchen nehmen Teil an der elektrischen Leitung des Stromes durch eine Schicht an dem Klebemittel, das in haftender Verbindung zu einem Substrat steht.
Kugelförmige oder sphärische Teilchen sind ebenfalls nützlich, insbesondere dann, wenn sie so aussortiert, beispielsweise gesiebt wurden, dass ihre Teilchengrösse in einem realtiv engen Bereich liegt, so dass ein hoher Prozentsatz der Teilchen etwa die gleiche Grösse aufweisen. Die Teilchen sollen ausreichend fest oder starr sein, so dass sie bei der Durchführung des Bindungsverfahrens durch die Isoliermittelschicht (15) hindurch treten. Es darfjedoch eine gewisse Verformung der Teilchen während der Durchführung des Bindungsverfahrens auftreten, beispielsweise dann, wenn das blattförmige oder bahnförmige Material gegen ein festes Substrat gepresst wird.
Die Teilchen bestehen üblicherweise aus Metall, und zwar vorzugsweise aus Silber. Sie können jedoch auch aus Kupfer oder Aluminium bestehen, wobei es im zuletzt genannten Fall wünschenswert ist, wenn Zusätze beigegeben werden, wie dies in der US-Patentschrift Nr. 3 475 213 beschrieben ist, damit die erwünschte Verträglichkeit erreicht wird. Die Teilchen können jedoch auch aus verschiedenen anderen Metallen oder metallisierten Teilchen aufgebaut sein, wie zum Beispiel Glasperlen oder Kohleteilchen und ähnlichen.
Die elektrisch leitenden Teilchen oder Elemente können jedoch auch die Form von eingeprägtem Material, das von einer leitenden Unterlage oder Rückseite her eingeprägt wurde, beispielsweise in Form von eingeprägten Vorstülpungen, die aus einer Metallfolie stammen, wie dies in der US-Patentschrift Nr.
3 497 383 beschrieben ist. Ferner können auch kleine Teilchen, die eng zusammen gepackt sind, einen elektrisch leitenden Bestandteil oder ein elektrisch leitendes Element darstellen.
Die Teilchen können eine Dicke im Bereich von mindestens 10-500 Mikrometer aufweisen. Für die erfindungsgemässen Produkte sind jedoch bevorzugte Dickenbereiche solche, die bei 20-100 Mikrometer liegen, und die Klebeschicht kann eine Dicke von mindestens 6-450 Mikrometer aufweisen.
Die mittlere Dicke der Klebeschicht wird bestimmt, indem man das ungefähre Volumen an Klebematerial in der Schicht misst und dieses Voluinen durch die Fläche des bahnförmigen oder blattförmigen Materials, auf dem es sich befindet, verteilt.
Gute, haftende Verbindungen an einem Substrat werden im allgemeinen erreicht, wenn die durchschnittliche Dicke der Klebemittelschicht nicht weniger als etwa 60% der durchschnittlichen Dicke der elektrisch leitenden Teilchen oder Bestandteile beträgt.
Elektrische Bindungen, die besonders dauerhaft sind und einen besonders geringen elektrischen Widerstand aufweisen, werden im allgemeinen erreicht, indem man die Klebemittelschicht deutlich dünner gestaltet, als die Dicke der leitenden Teilchen oder Bestandteile, d.h. die Klebemittelschicht im allgemeinen eine Dicke aufweist, die 90% der durchschnittlichen Dicke der leitenden Bestandteile oder Teilchen entspricht oder die noch geringer ist. Die besten Resultate werden erhalten, wenn die durchschnittliche Dicke der Klebemittelschicht etwa 70-80 Prozent der durchschnittlichen Dicke der elektrisch leitenden Teilchen entspricht.
Die Ausbildung von beständigen und einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisenden Anschlüssen oder Verbindungen, kann noch verbessert werden, wenn der obere Rand von im wesentlichen allen elektrisch leitenden Teilchen oder Elementen höher ist als zumindest ein Teil der Klebeschicht, die diese leiten.
den Teilchen umgibt. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart ist diese Bedingung erreicht, wenn die Dimension (16) von im wesentlichen jedem Teilchen (14) grösser ist als die Dimension (17) der Klebeschicht, und zwar mindestens an einigen Stellen der äusseren Oberfläche des die Teilchen umgebenden Klebemittels.
Vorzugsweise ist die gesamte Oberfläche praktisch jedes Teilchens durch eine Fläche einer Klebemittelschicht eingeschlossen, die weniger hoch ist als der obere Rand der elektrisch leitenden Teilchen oder Elemente.
Die elektrisch leitenden Teilchen oder Elemente sind vorzugsweise alle im Durchschnitt voneinander mindestens eine solche Strecke entfernt, wie dies dem durchschnittlichen Durchmesser der Elemente entspricht. Vorzugsweise sind jedoch die leitenden Teilchen oder Elemente voneinander eine Strecke entfernt, die dem Vierfachen oder Fünffachen ihres durchschnittlichen Durchmessers entspricht oder sie sind voneinander durch eine noch grössere Strecke entfernt. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Rückenschicht oder Unterlage um die Teilchen herum anpasst, wenn der Bindungsvorgang vorgenommen wird. Anderseits nehmen die elektrisch leitenden Teilchen oder Elemente vorzugsweise mindestens 2 Prozent und speziell bevorzugt mindestens 4 Prozent der Fläche des blattförmigen oder bahnförmigen Materials ein.
Die Schicht (15) des elektrisch isolierenden Materials gewährleistet eine nützliche elektrische Isolation, obwohl sie dünn sein soll, und zwar in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart, eine Dicke in der Grössenordnung von 10 Mikrometern an denjenigen Stellen aufweisen, wo sie sich über den leitenden Teilchen (14) befindet. Der Widerstand durch die Schicht (15) zu den leitenden Teilchen von mindestens einem Megohm soll erreicht werden, damit die gewünschte Isolierung gewährleistet ist.
Der Widerstand wird bestimmt, indem man eine Testprobe über eine Fläche, die genau einen Quadratzentimeter misst, eines Kupfersubstrates legt. Dabei wird die äussere Oberfläche der isolierenden Schicht der Probe gegen das Substrat gepresst, und man legt bei Zimmertemperatur ein Gewicht von 500 Gramm auf die Testprobe. Vorher wurde eine elektrische Verbindung zwischen einem metallischen Leiter und der leitenden Schicht in der Testprobe hergestellt, beispielsweise der Streifen (12), die sich in Fig. 1 und 2 dargestellten blattförmigen oder bahnförmigen Material befinden. Die elektrische Verbindung wurde dabei durch Erhitzen und Druck hergestellt. Dann wird eine Spannung von 5 Volt an den metallischen Leiter angelegt, wobei das Kupfersubstrat geerdet gehalten wird und der Widerstand in dem Stromkreis gemessen wird.
Die isolierende Schicht (15) enthält vorzugsweise das gleiche oder ein ähnliches Material, wie das klebende Material (13), in welchem die leitenden Teilchen oder Elemente (14) dispergiert sind. Das weiter vorne erwähnte, beim Erhitzen klebrig werdende Klebemittel, ist im gegenwärtigen Zeitpunkt das bevorzugte Material. Ein Vorteil besteht darin, dass es seine klebenden Eigenschaften über einen weite Temperaturbereich aufweist, so dass klebende Verbindungen selbst dann aufrecht erhalten werden können, wenn der gebundene Bereich nicht auf Zimmertemperatur abgekühlt ist.
In manchen Fällen kann die isolierende Schicht eine Vielzahl von in der Hitze klebrig werdenden Klebemitteln enthalten, beispielsweise eine Vielzahl, die eine niederere Glasübergangstemperatur Tg aufweist, als das Klebematerial, in welchem die leitenden Teilchen dispergiert sind. Eine höhere Glasübergangstemperatur Tg des klebenden Materials gewährleistet eine grössere Festigkeit bei Zimmertemperatur, während eine niederere Glasübergangstemperatur Tg bewirkt, dass die isolierende Schicht leicht fliesst und damit die Ausbildung der erwünschten klebenden Bindung unterstützt. Es können jedoch auch andere klebende Materialien verwendet werden, wie zum Beispiel in der Hitze schmelzende Klebemittel oder reaktive Zusammensetzungen.
In Fig. 2 wird das in Fig. 1 dargestellte Material veranschaulicht, nachdem es auf einem Substrat gebunden wurde. Nach der Bindung an das Substrat (18), welches Kontaktpunkte oder Anschlussstellen (19) aufweist, nimmt die mit dem Substrat in Berührung stehende Oberfläche des erfindungsgemässen bahnför- migen oder blattförmigen Materials im allgemeinen die Oberflächenstruktur des Substrates an. Die Klebemittelschicht (13) und die isolierende Schicht (15) sind nach der Bindung an das Substrat miteinander zusammengeschmolzen, wobei sich eine einzige klebende Schicht (13-15) ausgebildet hat.
Die endgültigen Substrate, auf welche die erfindungsgemäs sen bahnförmigen oder blattförmigen Materialien aufgeklebt werden können, können ebene Substrate sein. Die in das Substrat eingebetteten Anschlussstellen liegen dann mit dem Rest des Substrates in gleicher Ebene, d.h. sie sind coplanar. In diesem Falle belegt das erfindungsgemässe bahnförmige oder blattförmige Material im allgemeinen eine Ebene, die auf ihrer gesamten Fläche mit dem Substrat in Berührung steht.
Vorzugsweise sind jedoch die Anschlussstellen des Substrates leicht gegenüber dem restlichen Substrat erhoben.
In Fig. 2 wird ebenfalls gezeigt, dass diejenige Seite des blattförmigen Materials (19), die der an das Substrat (18) gebundenen Oberfläche des erfindungsgemässen Materials gegenübersteht, nach der Durchführung des Bindungsverfahrens, im allgemeinen dann konturiert ist. Dabei folgt die Rückseite oder Unterlage (11) im allgemeinen der Kontur der leitenden Teilchen und die Rückseite oder Unterlage fühlt sich durch diese Konturierung im allgemeinen aufgerauht an. Interessanterweise kann jedoch diese konturierte Oberfläche glatt gemacht werden, indem man ein Material mit glatter Oberfläche beim Bindungsvorgang gegen die Rückseite oder Unterlage (11) des bahnförmigen oder blattförmigen Materials presst.
Offensichtlich entwickeln sich in dem bahnförmgien oder blattförmigen Material (11) während des Bindungsvorganges Kräfte, die das Blatt nach oben in die Zwischenräume zwischen den Teilchen (14) in Richtung zu dem Substrat (18) ziehen. Wenn dann das haftende Material (13-15) härtet, beispielsweise beim Kühlen, wird die Unterlage oder Rückseite gegen das Substrat gehalten und dadurch werden offensichtlich die Teilchen unter Druck gegen das Substrat gehalten. Obwohl die leitenden Teile in Druck gegen das Substrat gehalten werden, muss dennoch kein direkter Kontakt mit dem Substrat auftreten, sondern diese leitenden Teile können durch eine dünne Schicht an bindendem Material von dem Substrat getrennt sein.
Wie weiter oben bereits erläutert wurde, enthält gemäss einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, die in dem erhn- dungsgemässen bahnförmigen oder blattförmigen Material vorhandene Klebemittelschicht in manchen Bereichen ein grösseres Volumen an Klebemitteln als in anderen Bereichen dieser Schicht, so dass die Oberfläche des blattförmigen oder bahnlör- migen Materials ein Profil oder eine Konfiguration aufweist.
Dies heisst, dass mindestens ein Teil der Oberfläche der Schicht des Klebemittels, beispielsweise derjenige Teil, der oberhalb der elektrisch leitenden Streifen liegt, eingesenkt oder eingedrückt im Vergleich zu anderen Bereichen der Klebemitteloberfläche ist Es sei darauf hingewiesen, dass diese Profilierung zusätzlich zu derjenigen Profilierung auftritt, die durch das Herausragen der Teilchen über die umgebenden Teile der Oberfläche der Schicht des Klebemittels hervorgerufen wird. Diejenigen Bereiche, die eingesenkt oder vertieft sind, können in vielen Fällen nicht gross sein, und sie können beispielsweise nur 5 oder 10 Prozent der Oberfläche ausmachen. In anderen Fällen jedoch können sie sowie in der Ausführungsart, die in den Zeichnungen dargestellt ist, 50 Prozent Oberfläche oder noch mehr ausmachen, doch selten mehr als etwa 75 Prozent.
Als Ergebnis dieser Einsenkungen oder Vertiefungen kann ein gewisser Anteil des klebenden Materials in dem Bereich der leitenden Streifen während des Bindungsvorganges in die zwischen den Streifen befindlichen eingesenkten oder vertieften Teile hineingedrückt oder verdrängt werden, und dadurch werden die elektrisch leitenden Teile oder Elemente in engerer elektrischer Verbindung mit dem Substrat gehalten. Eine derartige Verdrängung liegt in Übereinstimmung mit dem Ausmass der Fliessfähigkeit des klebenden Materials auf und in Übereinstimmung mit dem Ausmass an der Hitze und dem Ausmass an dem Druck, der auf das klebende Material während des Bindungsvorganges ausgeübt wird.
Ein beim Erhitzen klebrig werdendes Klebemittel kann während des Bindungsvorganges nicht stark fliesen, und wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, passt sich dann die biegbare Unterlage oder Rückseite der profilierten Dicke der Klebemittelschicht an. Wünschenswerterweise sind die eingesenkten oder vertieften Bereiche der Klebeschicht um mindestens 10% vertieft und bevorzugt um mindestens 25% vertieft, und zwar im Vergleich zu der durchschnittlichen Höhe der nicht eingesenkten Bereiche der Klebemittelschicht.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart weist die isolierende Schicht (15) eine ziemlich konstante Dicke auf und sie passt sich dem Profil an, das durch die hervorragenden Teilchen und das Klebematerial (13) gebildet wird.
Bei einigen Ausführungsarten der Erfindung kann die Schicht des Klebemittels so dick sein wie die elektrisch leitenden Teilchen oder sogar dicker sein als diese, und zwar zumindest in manchen Bereichen der Schicht. Bei dem in Fig. 3 dargestellten blattförmigen oder bahnförmigen Material (21), ist die Klebemittelschicht in den Bereichen (22) dicker als die leitenden Teilchen (23), jedoch in den Bereichen (24) dünner als die leitenden Teilchen.
Eine derartige Anordnung ist besonders dort nützlich, wo eine Bindung an Substraten hergestellt werden soll, die eine geringe Biegbarkeit besitzen oder die überhaupt fest sind.
Während eines Bindungsvorganges fliesst dann das Klebematerial von den Bereichen (22) in die Bereiche (24), und dadurch wird erreicht, dass die leitenden Teilchen (23) in dem Bereich (22) in Kontakt oder in enge elektrische Verbindung mit dem Substrat gelangen, indem eine Bindung hergestellt wird. Dadurch wird die Leitung der Elektrizität von dem Substrat zu einer elektrisch leitenden Schicht (25) gewährleistet, die sich auf der Unterlage oder Rückseite (26) befindet. Falls das klebende blattförmige Material ein Übertragungsmaterial ist, beispielsweise ein an beiden Seiten klebender Klebestreifen, erfolgt in diesem Fall dann die Leitung der Elektizität von einem Substrat über die leitenden Teilchen auf ein anderes Substrat.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten blattförmigen Material ist die leitende Schicht (25) auf dem gesamten blattförmigen Material nicht unterbrochen, also kontinuierlich. Es kann jedoch auch in der gleichen Weise, wie dies weiter oben beschrieben wurde, in Form eines Musters angeordnet sein, beispielsweise in Form von leitenden Streifen, die üblicherweise in Übereinstimmung mit den Teilchen des grössten Volumens des klebenden Materials angeordnet sind oder die leitende Schicht (25) kann auch in Form von nicht parallelen Streifen angeordnet sein oder in sonst irgendeiner Form. Das Volumen des klebenden Materials, die Dicke und die Anzahl der leitenden Teilchen und die eingesenkten oder vertieften Bereiche sind im allgemeinen so aufeinander abgestimmt, dass die durchschnittliche Dicke des klebenden Materials geringer ist als die durchschnittliche Dicke der leitenden Teilchen.
Wenn jedoch das erfindungsgemässe blattlörmige oder bahnförmige Material auf festen Substraten verwendet werden soll, dann muss eine ausreichende Menge an Klebematerial anwesend sein, damit dieses den Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Unterlage oder Rückseite ausfüllt oder den Zwischenraum zwischen zwei Substraten, falls das blattförmige oder bahnförmige Material ein Übertragungsklebernaterial ist. Dieses Ausfüllen der Zwischenräume muss zumindest über den Hauptteil der Fläche erreicht sein, wo die Bindung durchgeführt wird und vorzugsweise über mindestens 90 Prozent der Fläche, die gebunden ist.
In der endgültig hergestellten Bindung nehmen die elektrisch leitenden Teilchen oder Elemente einen ausreichenden Anteil der Dicke der haftenden Bindung ein, so dass irgendein notwendiger dielektrischer Durchbruch durch das Klebematerial gewährleistet ist, und dass dadurch eine elektrische Leitung zwischen den leitenden Streifen und einem Substrat, an welchem das bahnförmige oder blattförmige Material festgeklebt wurde, erreicht wird. Da die elektrisch leitenden Teilchen einen geringeren Anteil der Fläche in der Ebene einer Bindung einnehmen, lassen sie eine wesentliche Fläche frei, in welcher das Klebemittel, das Substrat, in dem geklebt werden muss, berührt.
Das Klebematerial und die elektrisch leitenden Teilchen oder Elemente gewährleisten zusammen eine elektrisch leitende Klebeschicht, die durch diese Schicht hindurch leitend ist, wobei jedoch keine Leitung innerhalb der Schicht in Querrichtung erfolgt. In manchen Ausführungsarten der erfindungsgemässen blattförmigen oder bahnlörmigen Materialien erstreckt sich elektrisch leitendes Klebemittel über die gesamte Oberfläche der einen Seite des erfindungsgemässen bahnförmigen oder blattförmigen Materials, wobei dadurch vermieden wird, dass es nötig ist, eine beschränkte Beschichtung des elektrischen leitenden Materials über nur einen Teil der elektrisch leitenden Streifen durchzuführen. Auch in diesem Fall kann jedoch die Dicke des elektrisch leitenden Materials in manchen Bereichen grösser sein als in anderen.
Wenn das elektrisch leitende Klebemittel in der Querrichtung nicht leitend ist, bleiben nebeneinander liegende Streifen elektrisch voneinander isoliert. Die elektrisch leitenden Teilchen in dem elektrisch leitenden Klebemittel erzeugen die elektrische Bindung nur durch die Klebemittelschicht hindurch von den elektrisch leitenden Streifen an einen Kontaktpunkt oder einen Endanschluss, auf den der elektrisch leitende Streifen ausgerichtet ist.
Eine andere Varietät von erfindungsgemässem blattförmigem Material schliesst eine elektrisch leitende Schicht über das volle Ausmass des blattförmigen oder bahnförmigen Materials ein.
Blattlörmige oder bahnförmige Materialien, die eine derartige Schicht besitzen, sind geeignet, um Erdungen durchzuführen, beispielsweise zwischen einem Metallgehäuse und einem Teil, der an diesem Gehäuse montiert ist.
Die erfindungsgemässen blattförmigen oder bahnförmigen Materialien, insbesondere in den Fällen, wo sie in Form eines länglichen Streifens vorliegen, der aufgerollt werden kann, um eine Rolle zu bilden, weisen vorzugsweise eine Rückseite oder Unterlage mit geringer Haftung auf der nicht haftenden Seite auf oder eine abziehbare Schicht, die oberhalb der isolierenden Schicht gelegen ist. Es können auch Grundierungsmittel oder Primer auf eine Unterlage oder Rückseite aus einem Polymermaterial oder einem Metall aufgetragen werden, um die Haftung an einer haftenden Schicht oder einer isolierenden Schicht hervorzurufen, die von der Unterlage oder Rückseite getragen wird.
Das erfindungsgemässe blattförmige oder bahnförmige Material wird im allgemeinen aufgetragen, indem man ein Ende eines entsprechenden Bandes in der entsprechenden Richtung über ein gewünschtes Substrat anbringt, an dem die elektrische Verbindung hergestellt werden soll, und indem man das bahnförmige Material gegen das Substrat presst und gleichzeitig das bahnförmige Material erhitzt. Ein erfindungsgemässes klebendes Übertragungsband oder -blatt kann zwischen gewünschte Substrate gelegt werden, die miteinander verbunden werden sollen, und eine gebundene elektrische Leitung kann hergestellt werden, indem man Hitze und Druck anwendet.
In solchen haftfähigen blattförmigen oder bahnförmigen Materialien zur Übertragung können elektrisch leitende Teilchen in einem klebenden Material dispergiert sein, welche eine Trägerbahn für die Elemente darstellt und eine isolierende Schicht kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten der die Elemente tragenden Bahn enthalten sein, wobei die Elemente aus beiden Seiten der Bahn herausragen können. Eine oder beide Oberflächen der Bahn können ein Profil aufweisen, wie dies weiter vorne näher beschrieben wurde. Auch das Material, in welchem die Elemente dispergiert sind, kann ein nichthaftender Polymerfilm sein, und die Haftung kann mit Hilfe der isolierenden Schicht hervorgerufen werden.
In ähnlicher Weise kann die Schicht (13) in einem Produkt, das so aufgebaut ist, wie dies in Fig. 1 und 2 veranschaulicht wird, nicht haftend sein, beispielsweise deshalb, weil es unter Ausbildung eines dauerhaften, festen Zustandes reagiert hat.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Folie aus Polyäthylen-terephthalat, die 25 Mikrometer dick ist, wurde auf einer Oberfläche mit einer Dampfbeschichtung versehen. Die Dampfbeschichtung wurde durch eine mit Schlitzen versehene Maske in Form von kontinuierlichen Silberstreifen einer Breite von 875 Mikrometern aufgebracht, die voneinander eine Entfernung von 875 Mikrometern aufwiesen. Die Streifen waren etwa 40 Nanometer (400 Angström) dick, und sie hatten einen elektrischen Widerstand von 4 Ohm pro Zentimeter Länge.
Das elektrisch leitende Klebemittel wurde hergestellt, indem man 94,9 Volumenteile eines acrylischen Terpolymeren mit 5,1 Volumenteilen an Silberteilchen vermischte. Das acrylische terpolymere bestand aus 10,4 Gew.-% Methacrylsäuremethylester, 85,6 Gew.-% Acrylsäuremethylester und 4 Gew.-% Acrylamid, aufgelöst in Essigsäureäthylester. Die Silberteilchen waren vorher durch ein 140-Mesh-Sieb der US-Standardsiebreihe gesiebt worden, wobei das Sieb eine Maschengrösse von 105 Mikrometer besass.
Diejenigen Teilchen, die dann anschliessend von einem Sieb von 170 Mesh der US-Siebreihe, das eine Maschengrösse von 88 Mikrometer besitzt, zurückgehalten wurden, wurden ausgewählt und dann in einer Walzenmühle behandelt, um die Teilchen auf eine Dicke von etwa 48 Mikrometer zusammenzudrücken.
Die Mischung aus dem Haftmittel und den Silberteilchen wurde nacheinander auf die leitenden Streifen aufgetragen, indem man eine Beschichtung durch eine mit Öffnungen versehene Maske durchführte. Nach dem Trocknen war die Schicht aus dem Haftmittel Terpolymeren etwa 20 Mikrometer dick
Eine Isolierschicht aus einem acrylischen Terpolymer, das aus 40 Gew.-% Acrylsäureäthylester, 56 Gew.-% Acrylsäuremethylester und 4 Gew.-% Acrylamid bestand, welches in Essigsäure äthylester in einer Konzentration von etwa 25 Gew.-% an Feststoffen aufgelöst war, wurde dann über die gesamte Oberfläche des blattförmigen Materials mit Hilfe einer Beschichtung mit einem Stab aufgebracht. Dabei wurden die Streifen, die mit der haftenden Beschichtung versehen sind und auch die Filmunterlage zwischen den Streifen bedeckt.
Nach dem Trocknen erhielt man eine Schicht mit ziemlich konstanter Dicke, die eine Dicke von etwa 10 Mikrometern aufweist. Diese Deckschicht ist in Fig. 1 dargestellt. Das Verhältnis aus der Gesamtdicke aus haftender Schicht und isolierender Schicht (diese Summe beträgt 30 Mikrometer) zu der durchschnittlichen Dicke der Teilchen betrug 62,5 Prozent.
Der elektrische Widerstand durch die Beschichtung hindurch wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt, und er betrug etwa 1000 Megohm. Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnliches Band, jedoch ohne Isolierschicht hergestellt, und es zeigte sich, dass dieses einen Widerstand von 10 Ohm besass.
Ein Ende des nach diesem Beispiel hergestellten Bandes wurde an die elektrisch leitenden Endanschlüsse oder Kontaktpunkte einer gedruckten Schaltung angeklebt, und zwar indem man das Band gegen das Substrat mit einer Kraft von 10,5 kg/ cm2 (150 Pfund pro Quadratinch) presste und das Ende des Bandes 5 Sekunden lang auf eine Temperatur von 170 " C erhitzte.
Nachdem man die Verbindungsstelle abkühlen gelassen hat, wurde der Widerstand bei der Verbindungsstelle mit der Vierpolwiderstandsmethode bestimmt, und es zeigte sich, dass dieser 10 Milliohm betrug.
Die Unterlage war in der Weise aufgerauht, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Ablösfestigkeit oder Abschälfestigkeit der Verbindungsstelle an dem Substrat wurde ebenfalls nach dem Test ASTM D-1000 gemessen, und es zeigte sich, dass diese 0,45 bis 0,9 kg/cm Breite betrug (2,5 bis 5 Pfund pro Inch Breite).
Beispiel 2
Zwei unterschiedliche Klebebänder desjenigen Typs, der in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden hergestellt, indem man Teilchen verwendete, die eine abgeflachte Dicke von etwa 40 Mikrometer besassen. Es wurde eine ausreichende Menge an Klebematerial in der Mischung mit den Teilchen eingesetzt, so dass eine Klebeschicht erzeugt werden konnte, die etwa 15 Mikrometer Dicke besass, und es wurden Isolierschichten aufgebracht, und zwar in unterschiedlichen Dicken. Gemäss Beispiel 2A war die Isolierschicht etwa 9 Mikrometer dick und gemäss Beispiel 2B etwa 21 Mikrometer.
Das Verhältnis der Gesarntdicke aus Klebeschicht und Isolierschicht zu der durchschnittlichen Dicke der Teilchen betrug in Beispiel 2A 60% und in Beispiel 2B 90%.
Stücke des Klebebandes wurden auf die geeignete Grösse geschnitten und zwischen den Kontaktstellen einer gedruckten Schaltung und einer Oberfläche aus Indium und Zinnoxid, die durch Dampfbeschichtung auf eine Testplatte aus Glas aufgebracht worden war, gebunden. Zur Herstellung der Bindung wandte man einen Druck von 200 PSI bei 150 " C während fünf Sekunden an.
Die mehrfachen Anschlüsse, die an jedem Klebeband an die Testplatte mit der Beschichtung an Indium und Zinnoxid gemacht wurden, testete man einzeln auf ihren Kontaktwiderstand, indem man eine Vierdrahtohmmethode anwandte. Die Testplatte wurde alle vier Stunden einem Erhitzungs- und Abkühlungszyklus unterworfen, und zwar wurde auf - 40 "C abgekühlt und auf 105 "C erhitzt.
Die unten angegebene Tabelle I zeigt die Ergebnisse für den maximalen Kontaktwiderstand, der während des angeführten Testzeitraumes erhalten wurde.
Tabelle I
Einfluss der Dicke des Klebemittels auf das Verhalten in dem
Alterungstest unter thermischer Beanspruchung Bei- Dickeverhältnis von Maximaler Widerstand gegenüber der spiel E:lebemittel zu Indium-Zinnoxid-Oberfläche in Ohm für Nr. Teilchen in % jede einzelne leitende Verbindung anfäng- nach 100 nach 1000 lich Stunden Stunden 2A 60 242 289 167 2B 90 267 > 10 000 > 10 000
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die Verbindungsstellen beständige elektrische Eigenschaften während des angegebenen Zyklusses der thermischen Belastung aufwiesen, wenn zur Herstellung des Klebebandes eine Klebemitteldicke, d.h. eine Dicke aus Klebemittelschicht plus Isolationsschicht zu der durchschnittlichen Teilchendicke von 60 Prozent eingehalten wurde.
Ferner sieht man, dass die getestete Anschlussstelle schlechte elektrische Eigenschaften aufweist, wenn das Verhältnis von der Klebemittelschicht plus Isolationsschicht zu der durchschnittlichen Teilchendicke 90% beträgt.
Bei anderen Tests, bei denen weniger Erhitzungs- und Abkühlungszyklen durchgeführt wurden und die Testzeiten kürzer waren, zeigten auch diejenigen Klebebänder, in denen das Ver hältnis von Klebemittelschicht plus Isolationsschicht zu der durchschnittlichen Teilchendicke 90% betrug, eine gute Beständigkeit.
DESCRIPTION
The present invention relates to a sheet-like or sheet-like material which is suitable for producing bonded electrical connections on a substrate.
In the field of electronic equipment and related industries, there is a need for the possibility of conveniently and securely making electrical connections to arrangements of small and closely spaced contact points or end connections, such as contact points or end connections of a printed circuit or a liquid crystal display.
A promising process for making such electrical connections is disclosed in British Patent Application Laid-Open No. 2 048 582A. This patent application describes an adhesive tape which is suitable for producing the electrical connections and which comprises a flexible, insulating, tape-like or sheet-like material, a multitude of parallel, separate, electrically conductive strips which are carried by this tape-like or sheet-like material and a has electrically conductive adhesive which covers the conductive strips.
Electrical connections can be made with the help of this adhesive tape by gluing one end of the adhesive tape to the arrangement of the end connections, the individual strips of the adhesive tape being directed towards the individual end connections.
In order to ensure satisfactory usability of the strip or sheet material described, the electrically conductive adhesive in this material must ensure a low resistance bond which is stable for long periods of time and under the working conditions which are expected when using the strip or sheet material .
Conventional coatings made of electrically conductive adhesives, which were used in previously known electrically conductive adhesive tapes, for example in which a backing layer or underlayer made of a metal foil was used, did not always guarantee the required level of long-term durability and the low electrical resistance. Either was already at the beginning electrical resistance too high and / or electrical resistance increased during use to such an extent that mechanical anchoring techniques often have to be used to support the adhesive bond.
The subject matter of the invention is now explained in more detail, which is characterized by the features in the independent claim
The present invention relates to a sheet-like or sheet-like material which is suitable for producing electrical connections bonded with adhesive, which ensure improved durability and low electrical resistance.
Briefly summarized, the sheet-like or sheet-like materials according to the invention comprise the following components: an adhesive layer which softens when heated to elevated temperatures to reach an adherent state and which then subsequently hardens at room temperature, reaching a solid and essentially non-pourable state and further a monolayer, i.e. a single layer of individual, separate, electrically conductive particles which are distributed in the adhesive layer.
According to a preferred embodiment, the adhesive layer should have a larger volume in some areas of the layer than in other areas of the layer, so that sections of at least one surface of the layer are recessed or recessed in comparison to other sections of the surface and when the layer is heated and pressed against a substrate, the adhesive material can be displaced into the recessed or recessed parts, so that the electrically conductive particles come into a close electrical connection with the substrate.
Preferably, the electrically conductive particles or elements are substantially as thick or thicker on average than the average thickness of the adhesive layer.
Desirably, however, a thin layer of the adhesive covers the conductive particles or parts to isolate them until the time when bonding to the substrate occurs. Such a thin layer preferably takes the form of a thin, uninterrupted, that is to say continuous, electrically insulating adhesive layer, which lies over the entire sheet-like or tape-like material as a covering layer and which adheres to the outstanding, electrically conductive particles or parts and to any between the particles closely adjusts or clings to the existing adhesive layer.
If even such an additional layer of insulating material is present, the upper end of the electrically conductive particles can still be higher than at least a part of the outer surface of the adhesive layer between the particles, if there are any original adhesive layers and the layer of insulating material that over the original adhesive layer can be applied, this insulating material becoming part of the entire adhesive layer.
In less preferred embodiments of the present invention, the adhesive layer in some areas of the layer does not have a larger volume of adhesive material than in other areas, but instead has, for example, a flat outer surface.
Typically, the sheet-like or tape-like materials according to the invention are in the form of elongated strips which are wound into a roll which is very convenient to store and is easy to use.
In a further preferred embodiment of the present invention, a plurality of electrically conductive layers, typically in the form of narrow, parallel elongated strips, are present in the sheet or sheet material, this plurality of electrically conductive layers from a backing or backing layer is worn, which is located under the adhesive layer and the strips next to each other, but at a distance from each other, and are arranged in the longitudinal direction of the backing layer or backing layer. In this case, electrical connections between contact points or connection points of a substrate can be made in a convenient manner if this substrate has a multiplicity of separate, closely located contact points.
However, other arrangements of conductive strips or conduction paths can be used in addition to these parallel strips in certain embodiments of the sheet-like or sheet-like materials according to the invention, in which case these materials are intended for special fields of application.
The usefulness of the sheet-like or sheet-like materials according to the invention is in contrast to previous experiences which have been made with commercially available conductive adhesive tapes based on pressure pusher, for example of the type described in US Pat. 3,475,213. In the case of the adhesive tapes described there, an adhesive layer consisting of a pressure-sensitive adhesive is applied to an electrically conductive backing layer or underlayer as a coating, together with a monolayer of relatively large particles which are contained in the adhesive layer.
The electrically conductive base or backing layer is typically a metal foil. In these previously known tapes, the particles were substantially the same thickness as the adhesive layer, and sometimes they could be thicker than the adhesive layer. With these adhesive tapes, however, it was not always possible to produce a low-resistance electrical connection unless additional anchoring means were used to hold the adhesive tape firmly to the substrate.
Obviously, after the adhesive tape was attached at the desired location, the force holding the particles against the substrate gradually decreased due to the adhesive flowing away.
The drawing is briefly explained below:
Fig. 1 shows a section through a typical embodiment of an electrically conductive adhesive tape according to the invention.
Fig. 2 represents that in Fig. 1 shows the adhesive tape shown after it has been glued to a substrate.
The in Fig. 1 shown adhesive tape (10) has a flat, bendable, electrically conductive sheet or base or backing layer (11) and electrically conductive strips (12) and also a layer of an adhesive material (13), which is located as a layer over the conductive strips. Furthermore, this adhesive tape has conductive particles (14) which are distributed in the adhesive layer and a thin layer (15) of an electrically insulating material which is located as a surface layer over the entire upper surface of the adhesive tape.
The flat, electrically insulating sheet or the base (11) is a film made of a polymer material, for example a film made of polyethylene terephthalate or a polyimide, or it can also consist of a fibrous web impregnated with resin. The backing or backing layer is preferably bendable so that it moves around the electrically conductive parts during the gluing and thereby the adhesive, which is on this backing or backing layer, comes into contact with the substrate with which the connection is to be made . Preferred underlays or backing layers have flexibility on the order of a 25-50 micron thick sheet of polyethylene.
However, less easily bendable underlays or backing layers can also be used, in which case one generally has to apply a higher pressure if one wants to achieve the bond on the substrate or by using thicker adhesive layers so that the underlay does not work as well must adapt, as is the case when a thinner adhesive layer is applied.
The electrically conductive strips (12) typically contain a metal layer, for example made of silver, gold, aluminum or copper, which has been applied to the flat base or backing layer by vapor deposition. However, other conductive layers can also be used instead of the conductive strips described, as long as it is ensured that after their application, the base or backing layer remains sufficiently bendable so that it conforms to and around a conductive part during the application of the adhesive tape to a substrate .
Examples of other conductive layers that can be used are metal foils, which can represent the entire underlay or backing layer or can be attached to the backing layer or underlay with the aid of an adhesive material, or a layer of a metal that is sprayed or sprayed onto the underlay or backing layer or a layer made using a conductive composition or ink, such conductive compositions or inks typically containing a coating application diluent and electrically conductive particles such as metal particles or carbon particles.
The adhesive material (13) is a material which can be activated by heat and which forms the adhesive bond during a heating process. During the heating process, the adhesive material moistens the substrate on which the bond is to be achieved. The adhesive then hardens, either by cooling or by a chemical reaction between the components, so that at room temperature the sheet or sheet material according to the invention and the conductive particles are held in place where the bonding was carried out. At this end time, the adhesive material is either no longer tacky at all or only slightly tacky.
A well-suited adhesive material is what is referred to as a hot tack adhesive, and such an agent is non-tacky or only slightly tacky at 20 "C and then becomes a pressure sensitive adhesive and very tacky when heated becomes. Good bonds form immediately at the temperature where the adhesive becomes sticky without the need for a cross-linking reaction or other chemical reactions to occur. This adhesive contains an acrylic polymer material or a mixture of acrylic polymer materials, in which at least one monomer is contained, which is an acrylic acid alkyl ester and / or methyl acrylic acid real ester.
This monomer material based on acrylic acid esters or methyl acrylates is referred to below as actyl ester monomers. These adhesive materials differ from the prior art adhesive materials in the following properties:
1. The acrylic ester monomer is at least 50 moles
Percent of an acrylic polymer or the mixture of acrylic polymers of the adhesive layer,
2nd This acrylic polymer or the mixture of several acrylic polymers has a glass transition temperature Tg or a weight-average glass transition temperature Tg of from -10 "C to 80" C,
3rd
A layer of this adhesive has the following properties: a) an adhesive rating, specified as a sample tack value, of less than 75 grams of force at 20 ° C., b) an adhesive rating, specified as a sample tack value, of at least 75 grams of force above one Range of at least
50 "C, this value remaining essentially constant after being stored at 40" C for 30 days and c) a value for the shear force of at least 25 minutes at 65 "C and
4th
Up to 50 mole percent of an acrylic polymer or mixture of acrylic polymers can be made by copolymerizing monomer materials that have a polar group, such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid or an anhydride or an amide listed acids, acrylonitrile, methacrylonitrile and N-Vmyl-2-pyrrolidone.
If there is a single component, then there is a single Tg value. However, if there is more than one monomer, the weight percent of each monomer is multiplied by its Tg, each component is added to give a final Tg.
In this way, the effects of all components with respect to a final Tg value are simply averaged out, based on the weight of the monomeric components in the final composition.
The tack value, given as the sample tack value, was essentially determined by the method according to ASTM D2979, but the test carried out here differed from the ASTM test in the following points:
1. In order to determine the tack values at the various temperatures, the sample to be tested and the annular weight were heated to the test temperature, except that the annular weight was never heated above 220 "C.
2nd The end of the sample is a ring with an inner diameter of 3.83 mm and an outer diameter of 5.10 mm.
3rd The ring weight weighs 19.8 grams.
4th The dwell time is 10 seconds.
The shear force value was determined as follows:
A bright steel plate made from tempered stainless steel was heated in a heating oven for 15 minutes to a temperature which is 115 ° C. above the weight-average glass transition temperature of the adhesive polymer. While the steel plate is in the horizontal direction, a portion of an adhesive tape 1.27 cm wide is adhered to the steel plate using a 2.04 kg hand roller conforming to Federal Standard 147, with this roller you rolled over the glued tape twice in each direction. The length of the adhesive tape that is glued to the glass plate is set exactly to a length of 1.27 cm.
This arrangement is left for a further 15 minutes at the temperature where the sticking was carried out.
The plate is then transferred to a heating furnace which has a base for determining the shear force, with the aid of which it is possible to bend the plate backwards at its upper end by 2 ". The shear weight will lightly press the tape against the steel plate. After a dwell time of 15 minutes at a temperature of 65 CC, a 1 kg weight is suspended from the free end of the adhesive tape. The time after which the weight drops is the value for the shear force at 65 "C.
The one or more acrylic polymers present can be a homopolymer of acrylic ester monomers which have a glass transition temperature in the range from -10 ° C. to + 80 ° C. Examples include: acrylic acid methyl ester or a copolymer of an acrylic ester monomer with a copolymerizable polar monomer that has a glass transition temperature within the range mentioned.
Useful acrylic ester monomers which, in the course of homopolymerization, give a polymer material which has a glass transition temperature of at least -10 ° C. are, for example, the methyl ester of acrylic acid, the methyl ester of methacrylic acid, the ethyl ester of methacrylic acid, the propyl ester of methacrylic acid, the butyl ester of methacrylic acid, the bornyl ester of acrylic acid, the bornyl ester of methacrylic acid, the 2-phenoxyethyl ester of acrylic acid, the 2-phenoxyethyl ester of methacrylic acid, the mono- and dimethyl esters and ethyl esters of itaconic acid and the mono- and di-methyl esters and ethyl esters of maleic acid.
Suitable acrylic ester monomers which lead to a reduced glass transition temperature are, for example, ethyl esters, butyl esters and octyl esters of acrylic acid and n-amyl esters, hexyl esters and octyl esters of methacrylic acid.
A copolymer of 43 mole percent of the methyl ester of methacrylic acid, 53 mole percent of the methyl ester of acrylic acid and 4 mole percent of acrylamide had a glass transition temperature of about 50 ° C.
A copolymer of 73 mole percent of the methyl ester of methacrylic acid and 19 mole percent of the methyl ester of acrylic acid and 4 mole percent of the ethyl ester of acrylic acid and 4 mole percent of acrylamide had a glass transition temperature of about 79 "C.
The described heat-tacky adhesive material becomes pressure-sensitive and violently tacky when heated, and typically when used at the temperatures of the present invention, it should take on the property of being at a temperature of about 40 ° C or higher, and particularly preferably one Temperature of about 75 "C or higher is heated.
If it is later heated to temperatures that are or even higher than the temperature at which the bond was made, proper bond strength can still be maintained.
Electrically conductive particles can be dispersed in the adhesive material to make an electrically conductive connection and the particles and the locations to which they adhere tend to be held in their bonded position for extended periods of time due to the tight bond of the adhesive material both at elevated temperatures and at room temperature.
Other copolymerizable monomer materials can also be used in amounts without the value of the acrylic copolymer being impaired for the purposes required. These copolymerizable monomers include styrene, amyl acetate and methyl chloride, these materials, when used, preferably being used in amounts up to about 5 mole percent based on the total amount of monomers present in the copolymer.
Those bonds which have the best durability during long exposure to high humidity, e.g. humidity of 95%, and which also have good durability at elevated temperatures, e.g. 80 ° C, can be obtained by using acrylic adhesives which become tacky under heat, in which the acrylic polymer has an interaction functionality due to the presence of a reactive organosilane coupling agent, which organosilane is present in an amount of at least 0.2 part by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the monomers. The best results are obtained if the organosilane is present in an amount of 0.5% to 4%, based on 100% total weight of the monomers.
The organosilane can be interpolymerized with the acrylic ester monomer, specifically together with other copolymerizable materials or without further copolymerizable materials, or it can be reacted with functional groups on the basic structure of the acrylic polymer. Regardless of which method is used, a product is subsequently obtained, which is referred to below as an acrylic-silane interpolymer.
The organosilane has the general formula R66n) SiXnn in which
X is a hydrolyzable group, for example an ethoxy group, a methoxy group or a 2-methoxy-ethoxy group,
R is a monovalent organic group having 1-12 carbon atoms containing a functional organic group such as a mercapto group, an epoxy group, an acrylyl group, a methacrylyl group or an amino group, and n is an integer ranging from 1 to 3.
As is known in the art, the organosilane can cause polymer solutions to form a gel.
For this reason, it may be desirable to use an alcohol or other known stabilizers. If the organosilane is to be copolymerized with another monomer, the stabilizer should be selected so that it does not interfere with this polymerization reaction. Methanol is a particularly useful stabilizer and is preferably used in amounts ranging from about two to about four times the amount of organosilane present.
Other heat activatable adhesive materials that can be used are hot melt adhesive materials, which are typically thermoplastic materials that soften to form a flowable state and then cool, forming an adhesive bond and also reactive compositions such as adhesives Epoxy base. Such materials can flow more easily under pressure than the heat-tacky adhesives, and may therefore be preferred. Sheet materials in which the adhesive is a pressure sensitive adhesive at room temperature can also be used.
In the in Fig. 1 shown preferred embodiment of the sheet-like or web-like material according to the invention, conductive particles (14) are contained in the material, which are flattened to a generally common thickness. For example, a set of originally spherical particles can be passed through rollers that compress, for example in a mill as is commonly used for grinding dyes. In this connection, reference is made to what is disclosed in US Pat. No. 3,475,213 is said.
Flattened particles are particularly desirable because they tend to be on their flattened side and a high percentage of the particles participate in the electrical conduction of the current through a layer of the adhesive that is in adhesive communication with a substrate.
Spherical or spherical particles are also useful, especially if they have been sorted out, for example sieved, so that their particle size is in a relatively narrow range, so that a high percentage of the particles have approximately the same size. The particles should be sufficiently solid or rigid so that they pass through the insulating layer (15) when the binding process is carried out. However, some deformation of the particles is allowed to occur during the performance of the bonding process, for example when the sheet or sheet material is pressed against a solid substrate.
The particles are usually made of metal, preferably silver. However, they can also consist of copper or aluminum, in which case it is desirable to add additives as described in US Pat. No. 3 475 213 is described so that the desired tolerance is achieved. However, the particles can also be composed of various other metals or metallized particles, such as glass beads or carbon particles and the like.
However, the electrically conductive particles or elements can also take the form of embossed material that has been embossed from a conductive base or back, for example in the form of embossed protrusions that come from a metal foil, as described in US Pat.
3,497,383. Furthermore, small particles that are packed tightly together can represent an electrically conductive component or an electrically conductive element.
The particles can have a thickness in the range of at least 10-500 microns. For the products according to the invention, however, preferred thickness ranges are those which are 20-100 micrometers, and the adhesive layer can have a thickness of at least 6-450 micrometers.
The average thickness of the adhesive layer is determined by measuring the approximate volume of adhesive material in the layer and distributing this volume through the area of the sheet or sheet material on which it is located.
Good adhesive bonds to a substrate are generally achieved when the average thickness of the adhesive layer is not less than about 60% of the average thickness of the electrically conductive particles or components.
Electrical bonds, which are particularly durable and have a particularly low electrical resistance, are generally achieved by making the adhesive layer significantly thinner than the thickness of the conductive particles or components, i. H. the adhesive layer generally has a thickness that is equal to or less than 90% of the average thickness of the conductive components or particles. The best results are obtained when the average thickness of the adhesive layer is approximately 70-80 percent of the average thickness of the electrically conductive particles.
The formation of stable and low electrical resistance connections or connections can be further improved if the upper edge of essentially all electrically conductive particles or elements is higher than at least a part of the adhesive layer which conduct them.
surrounds the particle. In the in Fig. 1 embodiment, this condition is met when the dimension (16) of substantially each particle (14) is larger than the dimension (17) of the adhesive layer, at least at some points on the outer surface of the adhesive surrounding the particles.
Preferably, the entire surface of virtually each particle is enclosed by a surface of an adhesive layer that is less high than the top of the electrically conductive particles or elements.
The electrically conductive particles or elements are preferably all on average at least such a distance from one another as corresponds to the average diameter of the elements. Preferably, however, the conductive particles or elements are spaced a distance four times or five times their average diameter, or are spaced apart by an even greater distance. This ensures that the backing or backing conforms around the particles when the binding process is done. On the other hand, the electrically conductive particles or elements preferably occupy at least 2 percent and particularly preferably at least 4 percent of the area of the sheet-like or sheet-like material.
The layer (15) of electrically insulating material ensures useful electrical insulation, although it should be thin, in the manner shown in Fig. 1 shown embodiment, have a thickness of the order of 10 micrometers at those locations where it is located above the conductive particles (14). The resistance through the layer (15) to the conductive particles of at least one megohm should be achieved so that the desired insulation is ensured.
Resistance is determined by placing a test sample over an area that measures exactly one square centimeter of a copper substrate. The outer surface of the insulating layer of the sample is pressed against the substrate and a weight of 500 grams is placed on the test sample at room temperature. Before, an electrical connection was made between a metallic conductor and the conductive layer in the test sample, for example the strip (12), which is shown in FIG. 1 and 2 shown sheet or sheet material. The electrical connection was made by heating and pressure. A voltage of 5 volts is then applied to the metallic conductor, keeping the copper substrate grounded and measuring the resistance in the circuit.
The insulating layer (15) preferably contains the same or a similar material as the adhesive material (13) in which the conductive particles or elements (14) are dispersed. The adhesive that becomes sticky when heated is the preferred material at the present time. One advantage is that it has its adhesive properties over a wide temperature range, so that adhesive bonds can be maintained even when the bonded area has not cooled to room temperature.
In some cases, the insulating layer may contain a variety of heat-tackifying adhesives, for example, a variety that has a lower glass transition temperature Tg than the adhesive material in which the conductive particles are dispersed. A higher glass transition temperature Tg of the adhesive material ensures greater strength at room temperature, while a lower glass transition temperature Tg ensures that the insulating layer flows easily and thus supports the formation of the desired adhesive bond. However, other adhesive materials can also be used, such as heat-melting adhesives or reactive compositions.
In Fig. 2 will that in Fig. 1 illustrates material shown after being bonded to a substrate. After binding to the substrate (18), which has contact points or connection points (19), the surface of the web-shaped or sheet-like material in contact with the substrate generally assumes the surface structure of the substrate. The adhesive layer (13) and the insulating layer (15) are melted together after being bonded to the substrate, a single adhesive layer (13-15) having formed.
The final substrates to which the sheet-like or sheet-like materials according to the invention can be glued can be flat substrates. The connection points embedded in the substrate then lie in the same plane with the rest of the substrate, i. H. they are coplanar. In this case, the web-like or sheet-like material according to the invention generally occupies a plane which is in contact with the substrate over its entire surface.
However, the connection points of the substrate are preferably raised slightly from the rest of the substrate.
In Fig. 2 also shows that that side of the sheet-like material (19) which faces the surface of the material according to the invention bonded to the substrate (18) is generally then contoured after the binding process has been carried out. The back or base (11) generally follows the contour of the conductive particles and the back or base feels generally roughened by this contouring. Interestingly, however, this contoured surface can be made smooth by pressing a smooth surface material against the back or backing (11) of the sheet or sheet material during the binding process.
Apparently, forces develop in the web-like or sheet-like material (11) during the binding process, which pull the sheet upwards into the spaces between the particles (14) towards the substrate (18). Then when the adhesive material (13-15) hardens, for example when cooling, the backing or back is held against the substrate and thereby the particles are obviously held under pressure against the substrate. Although the conductive parts are held in pressure against the substrate, direct contact with the substrate does not have to occur, but these conductive parts can be separated from the substrate by a thin layer of binding material.
As already explained above, according to a preferred embodiment of the invention, the adhesive layer present in the sheet or sheet material according to the invention contains a larger volume of adhesive in some areas than in other areas of this layer, so that the surface of the sheet or sheet - Migen material has a profile or configuration.
This means that at least a part of the surface of the layer of the adhesive, for example that part which lies above the electrically conductive strips, is depressed or indented in comparison to other areas of the adhesive surface. It should be noted that this profiling occurs in addition to that profiling , which is caused by the protrusion of the particles over the surrounding parts of the surface of the layer of the adhesive. The areas that are recessed or recessed can in many cases not be large, and they can only make up 5 or 10 percent of the surface, for example. However, in other cases, as well as the embodiment shown in the drawings, they can make up 50 percent or more of the surface, but rarely more than about 75 percent.
As a result of these depressions or depressions, a certain proportion of the adhesive material in the area of the conductive strips can be pressed or displaced into the recessed or recessed parts between the strips during the bonding process, and as a result the electrically conductive parts or elements become in closer electrical connection held with the substrate. Such displacement is in accordance with the extent of the flowability of the adhesive material and in accordance with the degree of heat and the degree of pressure exerted on the adhesive material during the binding process.
An adhesive that becomes sticky when heated cannot flow strongly during the binding process, and as shown in Fig. 2, the bendable underlay or backside then adapts to the profiled thickness of the adhesive layer. Desirably, the depressed or recessed areas of the adhesive layer are depressed by at least 10%, and preferably depressed by at least 25%, compared to the average height of the non-depressed areas of the adhesive layer.
In the case of Fig. 1 embodiment, the insulating layer (15) has a fairly constant thickness and it adapts to the profile formed by the outstanding particles and the adhesive material (13).
In some embodiments of the invention, the layer of adhesive can be as thick as, or even thicker than, the electrically conductive particles, at least in some areas of the layer. In the case of Fig. 3, sheet-like or web-shaped material (21) is shown, the adhesive layer is thicker than the conductive particles (23) in the areas (22), but thinner than the conductive particles in the areas (24).
Such an arrangement is particularly useful where a bond is to be made to substrates that have poor flexibility or that are solid at all.
During a bonding process, the adhesive material then flows from the areas (22) into the areas (24), and this ensures that the conductive particles (23) in the area (22) come into contact or in close electrical connection with the substrate, by making a bond. This ensures that the electricity is conducted from the substrate to an electrically conductive layer (25) which is located on the base or rear side (26). In this case, if the adhesive sheet material is a transfer material, for example an adhesive strip which is adhesive on both sides, the electricity is conducted from one substrate via the conductive particles to another substrate.
In the case of Fig. 3 sheet material shown, the conductive layer (25) on the entire sheet material is not interrupted, that is, continuously. However, it can also be arranged in the form of a pattern in the same manner as described above, for example in the form of conductive strips which are usually arranged in accordance with the particles of the largest volume of the adhesive material or the conductive layer ( 25) can also be arranged in the form of non-parallel strips or in any other form. The volume of the adhesive material, the thickness and the number of conductive particles and the recessed or recessed areas are generally coordinated with one another such that the average thickness of the adhesive material is less than the average thickness of the conductive particles.
However, if the sheet-like or web-like material according to the invention is to be used on solid substrates, then a sufficient amount of adhesive material must be present so that it fills the space between the substrate and the base or back or the space between two substrates if the sheet-like or sheet-like Material is a transfer adhesive material. This filling of the spaces must be achieved at least over the main part of the area where the binding is carried out and preferably over at least 90 percent of the area that is bound.
In the final bond produced, the electrically conductive particles or elements occupy a sufficient portion of the thickness of the adhesive bond to provide any necessary dielectric breakdown through the adhesive material, thereby causing electrical conduction between the conductive strips and a substrate on which the sheet-like or sheet-like material has been glued, is achieved. Since the electrically conductive particles occupy a smaller proportion of the area in the plane of a bond, they leave a substantial area free in which the adhesive touches the substrate in which it is to be bonded.
The adhesive material and the electrically conductive particles or elements together ensure an electrically conductive adhesive layer which is conductive through this layer, but no conduction takes place within the layer in the transverse direction. In some embodiments of the sheet-like or sheet-like materials according to the invention, electrically conductive adhesive extends over the entire surface of one side of the sheet-like or sheet-like material according to the invention, thereby avoiding the need for a limited coating of the electrically conductive material over only a part of the to conduct electrically conductive strips. In this case too, however, the thickness of the electrically conductive material can be greater in some areas than in others.
If the electrically conductive adhesive is not conductive in the transverse direction, adjacent strips remain electrically isolated from one another. The electrically conductive particles in the electrically conductive adhesive create the electrical bond only through the adhesive layer from the electrically conductive strips to a contact point or an end connection to which the electrically conductive strip is aligned.
Another variety of sheet-like material according to the invention includes an electrically conductive layer over the full extent of the sheet-like or sheet-like material.
Sheet-like or sheet-like materials which have such a layer are suitable for carrying out groundings, for example between a metal housing and a part which is mounted on this housing.
The sheet-like or sheet-like materials according to the invention, particularly in the cases where they are in the form of an elongated strip which can be rolled up to form a roll, preferably have a back or base with little adhesion on the non-adhesive side or a peelable Layer that is located above the insulating layer. Primers or primers can also be applied to a backing or backing made of a polymeric material or metal to cause adhesion to an adhesive layer or an insulating layer carried by the backing or backing.
The sheet or sheet material according to the invention is generally applied by attaching one end of a corresponding tape in the appropriate direction over a desired substrate to which the electrical connection is to be made and by pressing the sheet material against the substrate and at the same time sheet material heated. An adhesive transfer tape or sheet of the present invention can be placed between desired substrates to be bonded together, and a bonded electrical wire can be made by applying heat and pressure.
In such adhesive sheet or web materials for transfer, electrically conductive particles can be dispersed in an adhesive material which is a carrier web for the elements, and an insulating layer can be contained on one or both sides of the web carrying the elements, the elements can protrude from both sides of the web. One or both surfaces of the web can have a profile, as was described in more detail above. The material in which the elements are dispersed can also be a non-adhesive polymer film, and the adhesion can be brought about by means of the insulating layer.
Similarly, the layer (13) in a product constructed as shown in Fig. 1 and 2 is not liable, for example because it has reacted to form a permanent, solid state.
The invention will now be explained in more detail with the aid of the following examples.
example 1
A film of polyethylene terephthalate, 25 microns thick, was vapor coated on one surface. The vapor coating was applied through a slotted mask in the form of 875 micron continuous silver strips spaced 875 microns apart. The strips were about 40 nanometers (400 angstroms) thick and had an electrical resistance of 4 ohms per centimeter in length.
The electroconductive adhesive was prepared by mixing 94.9 parts by volume of an acrylic terpolymer with 5.1 parts by volume of silver particles. The acrylic terpolymer consisted of 10.4 wt. -% methacrylic acid methyl ester, 85.6 wt. -% methyl acrylate and 4 wt. -% acrylamide, dissolved in ethyl acetate. The silver particles had previously been sieved through a 140-mesh sieve from the US standard sieve series, the sieve having a mesh size of 105 micrometers.
Those particles which were then retained by a 170 mesh U.S. sieve mesh having an 88 micron mesh were selected and then treated in a roller mill to compress the particles to a thickness of about 48 microns.
The mixture of the adhesive and the silver particles was successively applied to the conductive strips by coating through an apertured mask. After drying, the terpolymer adhesive layer was about 20 microns thick
An insulating layer made of an acrylic terpolymer, which consists of 40 wt. -% Acrylylesäthylester, 56 Gew. -% methyl acrylate and 4 wt. -% consisted of acrylamide, which in ethyl acetate in a concentration of about 25 wt. % of solids was then applied over the entire surface of the sheet material by means of a coating with a rod. The strips, which are provided with the adhesive coating, and also the film base between the strips were covered.
After drying, a layer of fairly constant thickness was obtained, which was about 10 micrometers thick. This cover layer is shown in Fig. 1 shown. The ratio of the total thickness of the adhesive layer and the insulating layer (this sum is 30 micrometers) to the average thickness of the particles was 62.5 percent.
The electrical resistance through the coating was determined by the method described above and was about 1000 megohms. For comparison purposes, a similar tape was made, but without an insulating layer, and was found to have a resistance of 10 ohms.
One end of the tape made according to this example was adhered to the electrically conductive end connections or contact points of a printed circuit board by pressing the tape against the substrate with a force of 150 pounds per square inch and the end heated the tape to a temperature of 170 "C for 5 seconds.
After the junction was allowed to cool, the junction resistance was determined using the four-pole resistance method and was found to be 10 milliohms.
The base was roughened as shown in Fig. 2 is shown. The peel strength or peel strength of the joint on the substrate was also measured according to the ASTM D-1000 test and was found to be 0.45 to 0.9 kg / cm wide (2.5 to 5 pounds per inch wide) .
Example 2
Two different tapes of the type described in Example 1 were made using particles that had a flattened thickness of about 40 microns. A sufficient amount of adhesive material was used in the mixture with the particles so that an adhesive layer approximately 15 micrometers thick could be produced and insulating layers were applied, in different thicknesses. According to Example 2A, the insulating layer was approximately 9 micrometers thick and according to Example 2B approximately 21 micrometers.
The ratio of the total thickness of the adhesive layer and the insulating layer to the average thickness of the particles was 60% in Example 2A and 90% in Example 2B.
Pieces of the adhesive tape were cut to the appropriate size and bonded between the contact points of a printed circuit and a surface of indium and tin oxide that had been vapor coated onto a glass test plate. A pressure of 200 PSI at 150 ° C. for five seconds was used to produce the bond.
The multiple connections made on each tape to the test plate with the indium and tin oxide coating were individually tested for their contact resistance using a four-wire ohmic method. The test plate was subjected to a heating and cooling cycle every four hours, cooling to -40 "C and heating to 105" C.
Table I below shows the results for the maximum contact resistance obtained during the stated test period.
Table I
Influence of the thickness of the adhesive on the behavior in the
Aging test under thermal stress at a thickness ratio of maximum resistance to the play E: food to indium tin oxide surface in ohms for no. Particles in% of every single conductive connection - after 100 after 1000 hours hours 2A 60 242 289 167 2B 90 267> 10 000> 10 000
The above results show that the junctions had stable electrical properties during the specified thermal stress cycle when an adhesive thickness, i.e. H. a thickness of adhesive layer plus insulation layer was maintained to the average particle thickness of 60 percent.
It can also be seen that the tested connection point has poor electrical properties if the ratio of the adhesive layer plus insulation layer to the average particle thickness is 90%.
In other tests where fewer heating and cooling cycles were performed and test times were shorter, those tapes in which the ratio of adhesive layer plus insulation layer to the average particle thickness was 90% also showed good durability.