CN1011271B - 在延着压敏胶粘层有导电颗粒组成桥路的软带 - Google Patents

Abstract

含有颗料的压敏胶粘层组成的软带，每个颗粒都有一个铁磁芯和一个导电表面。通过铁磁芯，这些颗粒能被磁力所吸引并形成大量离散的延胶粘层厚度伸展的导电桥路。这种带子可以把相对的多排电极的各部件粘在一起又可以使它们以电气方式联接。

Description

本发明是关于一种压敏胶带，它的一屋里含有导电颗粒，通过该层的厚度形成例如两排电气端头的电气连接。

现在电子装置变得如此之小，它们的电气引线如此精细，在空间上如此紧凑，以致用焊接法或其他已有的技术来实现电气接是非常困难而又非常昂贵的。美国专利号4，113，981（Fujita等人）采用胶粘层把多对排列的电极分别作电气互连。胶粘层中含有球形的导电颗粒，它和胶粘层的厚度基本上相等，这样每一个导电颗粒就提供了一个导电通路把相对于胶粘层的一对电极接通。这些颗粒是随机分布在胶粘层里的，但Fujita等人的专利指出如果颗粒的体积小于胶粘层体积的30%，那么这层里就有足够空间由插入的胶粘物把导电的颗粒隔离开来，使侧向邻接的电极不会被短路。碳粉、碳化硅粉和金属粉被认为是很有用的。

美国专利3，475，213（Stow）公开了一种带子，它含有一个导电的底层和含有单层导电颗粒的压敏胶粘层，当采用压敏胶粘剂时，这个胶粘层将和Fujita等人的专利采用的完全相同。

在Fujita等人和Stow的专利中所采用的导电颗粒的最大尺寸应近似于胶粘层的厚度。较小的颗粒不能接通层对面的电极，而较大的颗粒就会减少了胶粘剂的接触。这个问题在美国专利No    3，762，946（Stow等人）中解决了，它是采用形状复杂的更小的导电颗粒，由于足够多的小导电颗粒，在胶粘层的一面到另一面之间形成了好多个导电的桥路。然而为保证狭窄电极之间可靠的接通就要提高导电颗粒在胶粘层中的比例，这就产生了侧向导电率，它不能保证单片带子实现间隙狭窄的多排电极对 的接通而不出现任何邻接电极间的短路。

美国专利No    3，359，145（Salyer等人）通过填充一种可固化的有机胶粘剂，研制出导电的胶粘连接，这个胶粘剂里含有的导电颗粒带有铁磁芯和导电表面。当胶粘剂处于流动状态时两个电极被它粘在一起，当胶粘剂固化的时候，在它的垂直方向加一个磁场使导电颗粒排列成电极之间的电桥。最好选用的颗粒是表面镀有导电金属的铁芯，如银作导电金属就更能抗氧化。最好这些颗粒是细长形的，它的长度稍微超过粘合剂的厚度。任何一个想用Salyer等人的方法制造电器设备的制造者都需要购买仪器用它来产生一个合适的磁场，并用这个仪器提高正确定出磁场方向的能力。另外，如果被联接的电极是可能被强磁场损坏设备的一个部分，则需要有特殊的预防措施。

美国专利No    3，132，204（Ciellerup）推出一种压敏胶带，在那篇文章中说：“一片或多到十三片导电材料被放在压敏胶粘层上面，如图1所示，然后把这个带子通过一对压力滚轮把这多层金属薄片（原文如此，大概想指“颗粒”）和胶粘压实，压平。（第二栏，2-8行）

本发明指的是一种软带，它很象Fujita等人专利中的胶合带，它是通过粘接把多排电极对在电路上接通而不会使各排之间的电极短路。然而穿过这种新型带子一层的导电率是通过导电粒子来实现的，这一点倒不象Fujita等人的专利而是和Salyer等人的专利相似。

简单地说，这种新型的带子由压敏胶粘层组成，层内含有导电颗粒，其总量不超过该层体积的10%，这个新型带子的每一个导电颗粒都有一个铁磁芯和一个导电表面层，每个导电颗粒的最大尺寸大体上小于压敏胶粘层的厚度，这些颗粒合在一起组成沿着层厚方向延伸的大量离散的导电桥路，而这些离散的电桥中间的胶合剂又把这个胶合层的侧向变为绝缘的，这一点和Fujita等人和Salyer的胶合层一样。

与上面谈到在采用Salyer等人的专利中提到的方法所出现的问题相 反，这种新型的带用来接通电路而不需要特殊的设备或经过专门训练的人。

做这种新型带子比较好的方法包括下面几个步骤：

（1）在一个软的载体网膜上涂上一层低粘度的光致聚合单体和颗粒的混合物，每个颗粒都有一个铁磁芯和一层导电表面，基本上每个颗粒的最大尺寸比涂层的最大厚度要小。

（2）与此同时

（a）把这个涂层放在一个延着基本上垂直于涂层方向的磁场上，磁场的强度足以吸引这些颗粒以形成延涂层厚度延伸的大量离散的桥路，和

（b）聚合单体以便在压敏胶粘层内固定导电颗粒形成的电桥，该胶粘层在侧向上是不导电的，以及

（3）把带子从磁场下拿走。

由于颗粒本身存在铁磁芯，在第（2）步中磁场作用下颗粒被磁性吸引形成大量延着胶合层厚度方向延伸的离散的导电桥路。由于桥路被大量没有粒子的区域分隔开来，这样在软带和每个电极衬底的界面处存在有足够的胶合剂，它就保证了两排电极之间的结合强度和仅用同样的胶合剂内部不加任何导电颗粒时的强度一样。

最好是载体网连续地通过第一步和第二步，在第三步之后是第四步就是把带子缠成滚筒型，电器设备制造者在比较了这个方法和Salyer等人的专利提出的方法后会发现本方法特别方便拆卷，裁下一段带子再接通电路

关于“低粘度光致聚合单体”是指粘度低于4Pa·S（帕斯卡·秒），最好是不低于1Pa·S。有用的单体通常是起初的粘度低于1Pa·S，在开始和导电颗粒混合和涂在软的载体网膜之前，这些单体就会被部分地聚合到其粘度在1至4Pa·S之间。采用象2，2-二甲氧基-2-苯基苯 乙酮这样的非交联剂的光致引发剂，在加热或紫外线作用下，可以实现部分地聚合作用。在把含导电颗粒的涂层光聚成压敏胶粘态之前，最好是在涂层中渗入一些添加剂通过它可以实现光聚作用期间的交联反应，以便在软带使用期间有较好的耐热性和确保颗粒桥路完整无损，一种有用的交联剂它的作用也和光聚引发剂一样是2，4-双（三氯甲基）-6-P-甲氧基苯乙烯基-s-三嗪。在要求高抗剥落强度的地方美国专利No    4，329，384和4，330，590中的色基替代卤甲基-s-三嗪是特别有用的。其它有用的光致交联剂是聚丙烯酸单体例如：三甲基丙烷三丙烯酸季戊四醇四聚丙烯盐，1，2-乙烯乙二醇双聚丙烯盐，1，6-乙二醇双聚丙烯盐和1，12-十二烷双聚丙烯盐。上述每一种光致交联剂最好的用量是近似在聚合单体总重量的0.05%到0.5%。

上述采用光致聚合作用制成的新型带子不产生挥发，而且可望得到比从溶液或乳胶中得到涂胶聚合物有高的粘接值。此外可以相信，当胶粘层在光致聚合作用下固化期间要维持一个磁场总比这时驱走挥发物更为经济。然而这种新型带的胶粘层也可以从乳化液或乳胶液中加以涂敷，然后采用很一般的技术如加热，电子束，γ-射线或离子射线来固化它。

某些在正常室温下是压敏胶粘剂的块状共聚物在加热到适当高的温度如95℃就变成低粘度物质了。在它们被加热时能渗入导电的颗粒，把它涂在载体网膜上，并在磁场中制冷，做成本发明所指的那种带子而不包含任何挥发物质。

为经济起见，磁场是由一块或一组永久磁铁，正好摆在载体网膜的下面。一种可用的低耗永久磁铁是由片状钡铁氧体散布在一块橡胶基质上，它可以做成很大的一片以使载体网膜在一排紫外灯下延着这样一个磁场片通过时能连续完成胶粘层的光致聚合作用。最好是使这个磁片被磁化成它的每一个面都有一个磁极。

较好的电颗粒有镍或铁芯还有一个防锈的导电镀层如银，铜或金可 以采用经济的化学镀来镀上。特别经济的导电镀层是铝。对可用但很少优选作铁磁芯的是不容易进行化学镀的材料（例如钡铁氧体），这时宁可采用更加昂贵的技术也就是溅射或汽相淀积法。防锈表面镀层对铁磁芯的最佳重量比是30∶70。如果重量比低于10∶90就不能得到适当的防锈保护和导电率，如果重量比大于50∶50从经济上讲就太浪费了。为进一步讨论可用的镀层颗粒可看上面提到的Salyer等人的专利。镍颗粒也是一种有用的材料，它既有铁磁芯又有导电的表面，但镍可被氧化而失去它的表面导电率，最好是镀上一层更加坚固的金属。

导电颗粒的芯子可以是任何形状的，例如球状，针状或片状，当它们被镀膜时基本上保护同样的形状。每个颗粒的最大尺寸最好小于压敏胶粘层的厚度以使没有一个颗粒成为楔子来影响被联接电极间的胶粘结合力。然而当芯子是片状钡铁氧体时，它有一个垂直薄表面容易磁化的轴，那么这些颗粒的最大尺寸比胶粘层的厚度大得多也不会有任何颗粒变成楔子。

球形颗粒的平均直径最好是从5微米到15微米。片状、薄层或针状的颗粒它的最大尺寸最好小于20微米。

在这种新型的带子中导电颗粒的体积占胶粘层的0.2%就足够用的了。最好选取1%到3%的体积。如果采用的颗粒体积超过5%那在经济观点来说就是浪费了。

为了实现这种新型带子的侧向导电率，在被涂的载体网膜表面可以带上同一分布的导电层或多元分隔的导电带如铜箔。这个隔开的导电条可以用来跨接两排分开的电极，每个电的通路都是在一个电极和表层导电条之间穿过一个或多个导电颗粒构成的桥路延伸的，延着导电条的长度可以到一个或多个在其它排电极处的颗粒桥路上。

特别有用的光致聚合的单体是由50-100份替代或非替代烷基丙烯酸盐或丙烯酸脂单体（所有这些材料在下文中有时通称为丙烯酸盐）和0- 50份可共聚的单一些替代单体。较好的共聚物有（1）88-99克分子百分数的烷基丙烯酸盐中在它的烷基中平均含有4-12碳原子。（2）同样地，12-1克分子百分数的可共聚的有极性单体，例如丙烯酸，甲基丙烯酸，亚甲基丁二酸，丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。有两种酰胺是较好的，因为有些酸会和某些导电颗粒起反应。其它有用的可以和丙烯酸盐单体共聚的极性单乙烯非饱和单体包括N-替代丙烯酰胺，丙烯腈，甲基丙烯酸腈，羟烷基丙烯酸盐，氰乙基丙烯酸盐，顺丁烯二酐和N-乙烯基-2-吡咯烷，当采用C_4-12烷基丙烯酸盐其总数可达丙烯酸盐的12克分子百分比，或当N-乙烯基-2-吡咯烷作主要的可共聚单体时可达50克分子百分比，其它可共聚的单体包括烷基乙烯基乙醚，偏二氯乙烯，苯乙烯和乙烯甲苯都是很用的。

这种新型带子的压敏胶粘剂在室温下是不发粘的，如果把它加热到适当高的温度它就会变得发粘了。这种压敏胶粘剂可由平均仅有1到3个碳原子的丙烯酸盐单体得到，或者可通过聚合含有比较大成分的一个或多个上述可聚合单体有较长烷基的丙烯酸盐来得到。和通常室温下发粘的压敏胶粘层比较，只当加热时胶粘层才发粘的这种胶粘层它的粘性不论在普通室温还是在升高温度的情况下都能提供更强的抗剪切和剥落的强度。

采用本发明的一条带子把两排电极胶粘在一起并把两排电极接通，在唯一附图中示出两排电极的横截面图。

带子10由含有导电颗粒14的一层压敏胶粘层12所构成，这些导电颗粒一起组成大量的延这层厚度方向延伸的导电桥路16。每个颗粒14都是一个有铁磁芯和导电表面层的薄片。一条带子10把对面的两排电极20和22粘在一起，一些颗粒桥路16形成了相对电极对的导电通路。

下面的这些例子中除特别说明以外所有成分是按重量计算的。

例1

按下述方法在球状的铁颗粒表面镀银，其中银和铁的重量之比为25∶75。12.5克硝酸银溶于250毫升蒸馏水中，再一滴一滴地加到近似16毫升的28%氢氧化铵时，要不断搅动直到开始形成的黑色沉淀物已经被溶解为止。然后将25克的还原铁粉加到这溶液中。再向这样所得的悬浮液中加入在150毫升的蒸馏水中由8克无水葡萄糖和12.5克氧氢化钾组成的溶液中。连续搅动3分钟。滤出浅灰色的粉末，用蒸馏水清洗干净，在60℃温度下放上一夜来烘干。这样镀银颗粒的平均直径在15微米左右。

90份异辛基丙烯酸盐，10份丙烯酸，0.04份光引发剂（2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮）部分地光聚成有粘度为2Pa·S的浆液。70份这种浆液加上25份上面的镀银铁颗粒（体积占2.75%）。这种已加入颗粒的浆液再加上0.05份己二醇双丙烯酸盐交联剂和0.1份的光引发剂，即刻把这种浆液涂在两片用硅酮处理过的透明塑料胶片中间，其厚度达到50微米。这个合成物被放在很多平的，并排的永久磁条上，磁条长为15厘米宽为2厘米。每个永久磁条都被磁化成北极在其上面，南极在其下面。把磁铁上面的涂层和磁场外部的涂层在6个20瓦黑荧光灯下爆光3分钟，这些灯和可光聚涂层有15厘米的距离，通过照射后涂层变为压敏胶粘态。

从上面整片带子上剪下宽1厘米左右长14厘米左右的小条子。中心位于永久磁条上的那条带子就是本发明的带子，它被称为“例1条”，从整片上剪下的不在永久磁铁上方的那些带条被称为“控制1条”。

例2

76份异辛基丙烯酸盐，20份N-乙烯基-2-吡咯烷，4份丙烯酰胺和0.04份“Irgacure”651光引发剂混合在一起经过部分地光致聚合作用形成粘度为2Pa·S左右的浆体。用85份这种浆液加上15份片状镀银镍颗粒（占2%的体积），这些颗粒是允许经过400号筛孔过的（筛孔为37微米）。这种含有导电颗粒的浆体再加上0.05份己二醇双丙烯酸盐交联剂，再加入0.1份“Irgacure”651光致引发剂，即刻将这个混合物涂在两 层硅酮处理过的透明的塑料胶片中间其厚度可达50微米。这种渗入导电颗粒的浆液涂层被磁化和光聚作用成压敏胶粘态，上述过程和例1相同，此后再把这薄片剪成和例1中所述的那样的条状带子，我们称它为“例2条”和“控制2条”。

在显微镜下用10倍放大倍数倾斜通过其中一片经硅酮处理的塑料胶片来观察，可以发现片状镀银镍颗粒形成大量的离散的桥路延着压敏胶粘层的厚度方向延伸。导电颗粒被通常取向成使其表面垂直于胶粘层，在相邻桥路中间的那部分胶粘层里导电颗粒很少。这种导电颗粒的视在位移由显微镜下例2条比控制2条更加透明加以证实。显微镜检查其中一条控制2条会发现它的导电颗粒分布得极均匀，不论是单个颗粒还是一小团颗粒它们都不是延垂直于胶粘层表面伸展的。

如图所示用一条例2条来粘住两排电极，第一排的每个电极宽为2.16毫米，相邻电极的间隔为0.38毫米。第二排每个电极的中心正对着第一排的电极，它的宽度为0.25毫米，其相邻电极间的间隔为2.29毫米。在对面的电极间存在着很好的导电率，而在每排的相邻电极间是不导电的。

例3

十克磨得很细的导电镍粉（片状粉末其宽为15微米左右，其厚为2微米左右）被撒到45克似胶状的苯乙烯-于二烯-苯乙烯块状共聚物及45克轻质矿物油和90克甲苯的溶液中，这个悬浮液被涂在硅酮处理过的牛皮纸上面。这种纸的一部分被放置在如同例1中所采用的那种同样的一排永久磁条上面，这个涂层同时在普通室温条件下放三小时烘干成压敏胶粘态。被烘干的涂层其厚度大约为50微米。

和例2一样从所得片层上剪下例3条和控制3条。显微镜下观察例3条发现延着胶粘层厚度方向伸展着很多离散的导电颗粒桥路。

检测

当两个大约都为1.2平方厘米的电极分别被例1条，例2条，例3条胶粘在一起时，穿过它的胶粘层的电阻小于一欧姆，在同样条件下，换成控制条那么它的电阻基本上无限大。

例1条，例2条，例3条和对应的控制1条，控制2条和控制3条有相同的抗剪强度和抗拉伸强度。因此可以断言定向排列的导电颗粒不含改变胶粘的性能。

本发明的一条带子主要用来象图中介绍的那样分别联接多对电极，此外这样的带子既可以把两大片金属胶粘在一起，又可以实现它们之间的联接，例如组装金属屏蔽板。当被联接的表面不平坦时，为达到联接的目的，可以在一个导电密封圈的两面都采用本发明的带子，或者这种新型带子的压敏胶粘膜片是泡沫状的。

导热而不导电的带子作法和上述的完全相同，唯一的差别是它的颗粒表面是不导电而导热。这种表面可以是由氧化物来做成的，象氧化铝、氧化锆、氧化锌和氧化锡。这种不导电的带子对于把多个电气部件通过胶粘组装到一个散热装置的情况是很有用的，这种装置可以是带有散热片和散热管的铝铸件。由于每个颗粒都有一个铁磁芯，因此这些颗粒通过磁引力而形成大量延着带子的胶粘层的垂直方向伸展的导热而不导电的桥路。

目前采用含有大量导热颗粒象氧化铝的硅脂作为导热介质把电气零件组装在散热装置上，为了保证接触可靠必需用机械夹板。上述的那种导热不导电的带子可以不用机械夹板，而压敏胶粘剂也代替了价钱昂贵的硅油或硅脂。虽然氧化物镀层的铁磁芯颗粒要比氧化铝颗粒贵得多，但由于使用的氧化物镀层颗粒的比例比较小这样就部分地抵消了它的价格。此外电气组件的制造者非常想去掉麻烦而又费钱的机械夹板。

Claims (12)

1、一种软带，包括一层含有导电颗粒的压敏胶粘层，该软带以胶粘性使多对电极间产生各自的电连接而不会使两阵列的电极短路，其特征在于，所说导电颗粒的总量不超过压敏胶粘层体积的百分之十，每个颗粒都有一个铁磁芯和导电表面，基本上每个颗粒的最大尺寸都比该层的厚度小，这些颗粒合起来形成延着层的厚度伸展的大量的离散的导电桥路，各桥路之间的胶粘剂使该层侧向电绝缘。

2、如权利要求1中所确定的软带，其特征在于其中所说导电颗粒的成分占所说胶粘层体积的百分之0.2到百分之十。

3、如权利要求1中所确定的软带，其特征在于其大多数颗粒是薄片状的，它们被定向使其表面一般垂直于胶粘层。

4、如权利要求1中所确定的软带，其特征在于每个颗粒在其铁磁芯外都镀了一层导电层。

5、如权利要求4中所确定的软带，其特征在于该铁磁芯包含镍。

6、如权利要求4中所确定的软带，其特征在于镀层是银。

7、如权利要求1中所确定的软带，其特征在于压敏胶粘层交联的。

8、如权利要求7中所确定的软带，其特征在于所说胶粘层被一个处理的载体网膜支承，该网膜有一个低粘度的表面与胶粘层相接触。

9、如权利要求1中所确定的软带，其特征在于所说胶粘层被一种软的、不导电的载体网膜所支承，在网膜是上有很多导电条和所说胶粘层接触。

10、如权利要求1中所规定的软带，其特征在于，所说胶粘层是被一种柔软的不导电的载体网膜所支承，此网膜上有一个在各方向扩展的导电层和所说胶粘层接触。

11、如权利要求1所确定的软带，该软带可以将电气组件胶粘到一个散热装置上，通过散热装置将来自电气组件的热量散发出去，其特征在于，每个颗粒都有一个铁磁芯和不导电的氧化物表面层，基本上每个颗粒的最大尺寸小于该层的厚度，这些颗粒合起来组成延着该层厚度伸展的导热桥路。

12、制造如权利要求1到9所述的那种多联接的软带的方法，其特征在于包括下面连续的步骤：

（1）在软的载体网膜上涂上一层低粘度的光致聚合的单体和颗粒的混合物，每个颗粒都有一个铁磁芯和一个导电表面层，基本上每个颗粒的最大尺寸比涂层的最大厚度小，

（2）与此同时

（a）把涂层放在基本上沿垂直于涂层的磁场上，其磁场强度足以吸引这些颗粒以形成延涂层厚度伸展的大量离散的桥路，和

（b）聚合单体以便在压敏层内固化这些颗粒组成的桥路，该胶粘层在侧向上是不导电的，以及

（3）把带子从磁场下拿走。

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