CN101248207A - 包含粉末-纤维的粘合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用于粘合导电性材料的粘合剂，该粘合剂包含填料和至少一种粘合剂组分。所述填料包含纤维或纤维－粉末混合物，所述纤维和/或粉末是由导电性材料制成的。本发明还涉及一种具有粘合剂的组件，所述组件包含溅射靶材和载体材料。

Description

包含粉末-纤维的粘合剂
本发明涉及一种导电导热粘合剂，以及一种由载体材料和至少一种溅射靶材制成的组件。
导电粘合剂可以从专利文献(例如)JP 01279986A、JP 11092727A、JP 63066278 A和DE 19640192 A1中得知。在集成电路的安装中使用了各向异性导电塑料(各向异性导电粘合剂＝ACA)，该各向异性导电塑料在与倒装片接触平面垂直的方向上具有导电性，而在该接触平面内则具有绝缘效应。作为导电颗粒，具体为(例如)金属、以及尤其是涂敷有导电性良好的涂层(例如由石墨制成)的锐边陶瓷或晶态颗粒。但是，这些颗粒仅能与足够平坦的基材接触。
在(例如)位于窗户/建筑玻璃或监视屏、箔片等等上的具有较大表面积的涂层领域中，使用溅射技术对基材施加薄膜涂层。在该技术中，涂层材料在溅射过程中被接通而作为阴极并且发生原子化，然后直接沉积到基材上，或者是与作为反应组分的气体发生反应。通过这种方法制得的层因其具有高度一致性和层厚均匀性而使它们与众不同。这种涂层材料被称为所谓的溅射靶并且其为固体形式，例如为圆柱形的盘或矩形板，本文中称为扁平靶或平面靶。通常，所述材料被固定于由(例如)铜制成的载体板上。通过该载体板固定溅射系统。载体板本身与冷却剂(通常为水)直接或间接接触，这是因为溅射能量的绝大部分被转化成为热，而所产生的热量进而会被溅射靶材导走。除了上述扁平靶或平面靶之外，还出现了越来越多的管状或圆筒状的靶。在这种情况下，使靶材形成管状并且通常将其固定于由不锈钢制成的载体管上。溅射能量的消散可通过载体管的内部冷却进行。在所有这些应用中，将靶材固定(热连接或电连接)于载体(板或管)上是非常重要的，这是因为固定方法和固定装置同样确切地决定了由靶材至载体的热传递。如果靶材的熔点高并且具有弹性，则可以使用夹具进行固定；如果靶材的熔点低，并且非常脆，或者具有绝热性，则优选通过焊接进行固定，这种焊接应当保证靶材与载体间100％的接触。在个别情况中，也可以在靶材与载体之间使用粘合剂。粘合剂的优点在于其可在冷态中使用。将管状靶材粘附到载体管上会避免(例如)管状靶材与载体管材料这二者的热膨胀不同的问题，这种问题会在焊接过程中发生，并且常常会在靶材和载体管间形成所不需要的焊接缝隙或者形成裂缝，尤其是当使用脆性靶材时更是如此。对于难以润湿的表面还可以采用粘合剂代替焊接。此外，就加工而言，粘合剂通常容易控制。但是，这些粘合剂必须是导电导热性的。从本质上而言，导电粘合剂通常使性能下降几个数量级。因此，所讨论的粘合剂(例如基于环氧树脂的粘合剂)通常填充有金属粉末。
然而，已经表明：填充有金属的粘合剂仅仅在粘合过程中承受了压力的情况下才具有导电性。在这种情况下，金属颗粒相互挤靠从而使得部分金属发生接触，进而产生导电性。在对管状靶进行粘合的条件下，不能向粘合剂上施加压力，因此粘合剂在靶材与载体管之间不能产生导电连接，或仅能产生极弱的导电连接。还已经表明的是：通常提供常规粘合剂用于对小的或非常小的表面积进行粘合/点粘合，而对于大的表面积应用而言这是一种不经济的浪费。
另一问题是由于空间狭窄使得长的圆筒形管的润湿性较差，尤其对于焊接情况而言更是如此。
已知的脆性材料有(例如)ITO(铟-锡氧化物)和IZO(铟-锌氧化物)、ZnO:Al和TiO2陶瓷、Si、以及许多具有高含量金属间相的合金。此外，许多过渡金属和难熔金属难于被润湿。
本发明的目的是研制一种经改善的导热导电粘合剂，以便达到尤其是保证靶材与载体之间具有足够的导电性和导热性，从而使得制造工艺简便，甚至是在形成具有载体管(尤其是基于陶瓷或其它脆性材料的载体管，以及基于润湿性较差的过渡金属或难熔金属的载体管)的管状靶时亦是如此。此外，应该防止形成裂纹。
所述目的可通过独立权利要求所述的特征而达到。本发明有利的实施方案由从属权利要求限定。
尤其用于粘合导电性材料的本发明的粘合剂包含填料和至少一种粘结剂(胶粘剂)组分，其中所述填料包含纤维或纤维-粉末混合物，并且所述纤维和/或粉末是由导电性材料制成的。优选的是，所述粉末和/或纤维是由选自Ag、Au、Al、Cu、Fe、Ni、不锈钢、W、Zn、C及其合金中的材料形成的。优选的是，粘结剂组分被嵌入到由纤维或纤维-粉末混合物构成的基质中。所述的纤维或纤维-粉末混合物也可以被嵌入到粘结剂基质中。具体而言，纤维可形成为机织物、针织物、网罗织物或者非织造织物。还有利的是，填料(尤其是纤维)占粘合剂的5体积％至60体积％。可基于单体或聚合物、尤其是基于环氧化合物或环氧树脂来形成粘结剂组分，并且优选的是该形成的粘结剂组分可以在低于100℃的温度下固化。所述粘合剂的电阻低于100Ω，其是在根据实施例1所述的测量布置方式的几何条件下、在商品常用的测量点之间测得的。
根据本发明的、由溅射靶材和载体材料制成的组件的特征在于：所述溅射靶材被粘附到所述载体材料上，并且二者之间的粘合缝隙由本发明的粘合剂桥接。优选的是，溅射靶材是由基于Mo、Nb、Cr、W、Ta、Zr、Al、Si或陶瓷的材料形成的，尤其是由基于氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化铟、氧化钽或氧化铌的材料形成。具体而言，将溅射靶材形成为至少一根溅射靶管，并将载体材料形成为载体管。也可以将这些管形成为管的一部分。
将常规的填充有金属的粘合剂施加于管状溅射靶上的第一次测试的结果为没有形成可靠的全区域接触。与平面溅射靶的粘附情况形成对比的是，管状靶的圆筒状结构使之未承受所需的压力，而这种压力可以将一些粘合剂压出，从而使得溅射靶材与载体材料之间通过金属颗粒形成许多良好的电通路。针对这一原因来尝试根据另一种可能的方式形成这种电、热连接。令人惊讶的是，当溅射靶管与载体管之间的中间空间填充有由导电导热材料制成的纤维网、垫子或织物时，可以产生非常好的结果。如果将这种基于纤维的填充材料的强度设计成使得当将圆筒体推向载体管时该填充材料被轻微压缩，则通过粘合剂(例如环氧树脂/弹性体)对中空空间的填充而产生可靠的电、热连接。
本发明的目的是通过使用这样的粘合剂而达到的，所述粘合剂中填充有由导电性材料制成的粉末-纤维混合物的颗粒。优选的是，所述颗粒混合物由金属粉末和石墨纤维制成。令人惊讶的是，纤维(尤其是石墨纤维)的加入第一次实现了导电颗粒间的充分接触和桥接。
下面，参照附图，通过实施例来说明本发明。附图1中示出的是用于测量电阻的测量装置。
为了制备粘合剂，制备出一种金属粉末-石墨纤维混合物，随后将其在搅拌的条件下加入粘合剂中。在此操作中，必须避免引入气泡。在真空条件下搅拌是有利的。
可以以有机物或无机物为基础形成粘合剂。粉末应该具有较大的介于50μm至250μm之间的粒度，并且该粉末应该由导电导热性金属制成。在此，Al、Ag、Cu、Ni粉末被证明是有效的。纤维的纤维长度应大于0.2mm(并小于0.5mm)，并且该纤维在纤维-粉末混合物中所占的重量百分比应为至少5％。纤维-粉末混合物整体应占粘合剂总质量的至少40重量％。
实施例1：
用(例如)铜粉(粒度为70μm至150μm)和石墨纤维(纤维长度为0.3mm)以9∶1的质量比制备100g颗粒混合物。在不对称混合器中制备所述混合物。随后，将所得混合物在搅拌条件下小心地加入100g的环氧树脂粘合剂中。使用所得的这种粘合剂将两块5mm厚、10×10cm2规格的铜板1和3的表面相互粘合。将粘合缝隙设定为0.5mm，并使用粘合剂2填充。随后，使用欧姆表4，采用商品常用的测量点以简单方式对电阻进行测量(参见图1)，并将所得结果与其它粘合剂的电阻值进行比较(参见表1)。
表1
  粘合剂   电阻测量值
  非导电性环氧树脂粘合剂   ＞1MΩ(不导电)
  含有50重量％铜粉的环氧树脂粘合剂   约10kΩ
  根据本发明的环氧树脂粘合剂   30Ω
在粘合缝隙为1mm、粘合表面为10cm2的条件下，市售的常规导电粘合剂表现出电阻大于1MΩ，而根据本发明的粘合剂表现出电阻为90Ω。
在粘合缝隙为0.5mm、粘合表面为5cm2的条件下，市售的常规导电粘合剂表现出电阻为约1kΩ，填充有银(35重量％)的环氧粘合剂表现出电阻为150Ω，而根据本发明的粘合剂表现出电阻为5Ω。与常规导电粘合剂相比，根据本发明的粘合剂明显具有更出色的导电性(更低的电阻)。
实施例2：
用(例如)铜粉(粒度为70μm至150μm)和石墨纤维(纤维长度为0.3mm)以9∶1的质量比制备100g颗粒混合物。在不对称混合器中制备所述混合物。随后，将所得混合物在搅拌条件下小心地加入100g的环氧树脂粘合剂中。现在将由(例如)导电性陶瓷(例如ITO或ZnO)制成的、长为300mm、外径为154mm、内径为135mm的管状靶部分推到外径为133mm的载体管上。将所形成的结合缝隙的一端密封。随后，根据制造商提供的信息将硬化剂组分在搅拌条件下加入到上述制得的粘合剂混合物中，并用所得的粘合剂填充靶管部分与载体管之间的结合缝隙。此时，需要注意的是应当在避免引入气泡的条件下缓慢地进行填充。在将结合缝隙填充完毕之后，将该体系静置以使其硬化。
实施例3：
用500mm长的网罗织物形式的铜软管覆盖外径为133mm、长为700mm的不锈钢套管，所述网罗织物形式的铜软管的壁厚为约3mm。将被该软管覆盖的区域充分地涂覆上环氧树脂。随后，将长500mm、内径为136mm、外径为155mm的Cr管推到该区域上。在相互推动之前，同样使用环氧树脂将Cr管从内部润湿。在约60℃下硬化之后，形成导电导热良好的连接。

Claims (11)

1.一种粘合剂，尤其是用于粘合导电性材料的粘合剂，该粘合剂包含填料和至少一种粘结剂组分，其中所述填料包含纤维或纤维-粉末混合物，并且所述纤维和/或粉末包含导电性材料。
2.根据权利要求1所述的粘合剂，其特征在于所述粉末和/或纤维是由选自Ag、Au、Al、Cu、Fe、Ni、不锈钢、W、Zn、C及它们的合金中的材料形成的。
3.根据权利要求1所述的粘合剂，其特征在于所述粘结剂组分被嵌入到由纤维或纤维-粉末混合物构成的基质中，或者所述纤维或所述纤维-粉末混合物被嵌入到所述粘结剂基质中。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的粘合剂，其特征在于所述纤维形成了机织物、针织物、网罗织物或者非织造织物。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的粘合剂，其特征在于所述填料，尤其是所述纤维，占所述粘合剂的5体积％至60体积％。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的粘合剂，其特征在于所述粘结剂组分是基于单体或聚合物形成的，尤其是基于环氧化合物或环氧树脂形成的。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的粘合剂，其特征在于所述粘结剂组分可在低于100℃的温度下固化。
8.一种包含溅射靶材和载体材料的组件，该组件的特征在于所述溅射靶材粘附于所述载体材料上，并且所形成的粘合缝隙是由根据权利要求1至7中的一项所述的粘合剂桥接的。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于所述溅射靶材是由基于Mo、Nb、Cr、W、Ta、Zr、Al或Si的材料形成的。
10.根据权利要求8或9所述的组件，其特征在于所述溅射靶材是由陶瓷制成的，尤其是由基于氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化铟、氧化钽或氧化铌的陶瓷制成的。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的组件，其特征在于所述溅射靶材形成为至少一根溅射靶管，并且所述载体材料形成为载体管。
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