CN102471644B - 胶合热活化可胶合表面元件的方法 - Google Patents

胶合热活化可胶合表面元件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使热活化可胶合表面元件与不传导电流的粘合基底胶合的方法，所述粘合基底的表面也仅具有低导热性。为此目的，热活化可胶合表面元件除了热活化粘合剂之外还包含导电层，所述导电层在频率为中频的交变磁场中在短时间内迅速感应加热。根据本发明，在感应加热的同时将至少1Mpa的高压施加在胶合表面上，由此可防止热分解反应。本发明还涉及实施所述方法的设备，其包括整合在压制工具中的感应加热器。

Description

胶合热活化可胶合表面元件的方法
本发明涉及将热活化可粘合片状元件粘结至导热系数为至多5W/mK的不导电粘合基底的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有至少一个导电层和至少一个热活化粘合的粘合剂层的热活化可粘合片状元件，将所述热活化可粘合片状元件的形状切割成粘合区域的形状，使粘合基底与热活化可粘合片状元件的侧面区段(side-face section)接触以形成初步组合件，以及在交变磁场中以至少100Hz和至多200kHz的频率感应加热初步组合件，持续至多20秒，以形成最终组合件。本发明还涉及具有至少一个压力冲杆元件(press-ram element)的设备。
使用热活化可粘合片状元件(热可活化片状元件)以在粘附体之间得到高强度连接。尤其适合的是这样的片状元件，这些片状元件用于在相对薄的粘合层(bondline)的情况中获得与只含压敏粘合剂体系的片状元件可得到的强度相比相当或较高的强度。这种高强度粘合是重要的，特别是考虑到例如在消费电子设备、娱乐电子设备或通讯电子设备领域进行中的电子设备(例如移动电话、PDAs、便携式电脑和其它计算机、数码相机和显示设备如显示器和数字阅读器)的小型化。
对粘结的加工性能和稳定性的要求提高了，特别是在可携带消费电子制品中。一个原因是，这种制品的尺寸正在变得越来越小，所以可用于粘结的区域也减少。另一个原因是，在这种设备中的粘结必须特别稳定，这是由于例如需要可携带制品经受苛刻的机械载荷如冲击或掉落，而且，将在宽温度范围内使用。
因此，在这种产品中，优选使用热活化可粘合片状元件，所述热活化可粘合片状元件具有热活化粘合的粘合剂(heat-activatedly bonding adhesive)，即，这样的粘合剂：其在室温没有固有粘着性，或者至多稍有固有粘着性，但是当暴露于热时，其生成与相应的粘合基底(粘附体，粘合基体)粘合所需要的粘合强度。在室温，这种热活化粘合的粘合剂经常呈固体形式，但是在粘合过程中，作为暴露于温度的结果，可逆地或不可逆地转化成高粘合强度的状态。可逆热活化粘合的粘合剂例如为基于热塑性聚合物的粘合剂，而不可逆热活化粘合的粘合剂例如为反应性粘合剂，其中热活化触发化学反应如交联反应，由此使得这些粘合剂特别适于永久性高强度粘合。
所有热活化粘合的粘合剂体系的共同特征是，为了粘合，它们必须被加热。特别是在粘合剂体系在整个区域上被粘合基底从外面遮蔽的粘合的情况中，将熔融或活化粘合剂必需的热迅速传输至粘合区域是特别重要的。如果这里的粘合基底中的一个是良好的热导体，那么可借助于外部热源(例如通过直接传热介质、红外加热器等)加热该粘合基底。
然而，在这种直接加热或接触加热的情况中，快速均匀地加热粘合剂所需要的短加热时间仅在热源和粘合基底之间存在大温度梯度的情况下才能实现。结果，欲加热的粘合基底本身应对温度不敏感，该温度在一些情况中甚至可远远高于熔融或活化粘合剂实际所需要的温度。
然而，如果没有粘合基底为足够良好的热导体或者如果粘合基底对较高温度敏感，情况就不同了，例如，如以下情况：许多塑料，以及电子部件如半导体部件或液晶模块。因此，对于粘合由低导热材料或热敏材料制成的粘合基底，适合的是配备本身具有内在加热机制的热活化可粘合片状元件，由此粘合所需要的热不需要从外部引入，而是在片状元件本身的内部直接产生。在现有技术中，已知存在各种实现这种内部加热的机制，例如呈以下形式：借助于电阻式加热器加热，通过磁感应加热或通过与微波辐射的相互作用加热。
通过磁感应加热或通过与微波辐射的相互作用加热这两种方法涉及进行粘结和与片状元件的热产生区域相互作用并因此加热片状元件的外部加热设备的实用技术实施方式，提供以下优点：片状元件的加热不需要用外部加热设备紧邻和直接接触片状元件；相反，这种加热甚至可无接触地进行。关于这一点，具体地，通过磁感应加热已经显现出实用性，这是由于与微波发射器相比，基于感应原理操作的加热设备在装置方面明显更易于构建。
不同的效果可对在交变磁场中的加热做贡献：如果引入到交变场中进行加热的物体具有导电区域，那么交变磁场在这些区域中感应涡流。在这些区域具有非零电阻的情况下，伴随的涡流传导损耗导致出现焦耳热(电阻热)。然而，为了使这种涡流能够全面形成，导电区域必须具有某一最小尺寸；外部施加的交变磁场的频率越低，这一最小尺寸就越大。
然而，如果引入到交变场中进行加热的物体具有铁磁区域，那么这些区域的单元磁铁各自平行于外部交变磁场排列。在外部磁场的改变期间发生的磁滞损失(反磁化损失)同样导致物体的加热。取决于引入到交变磁场中的物体的组成材料，两种效果可共同促进物体的加热(例如，如以下物体：铁磁金属如铁、镍和钴，或铁磁合金如μ(Mu)-合金和阿尔尼科合金)，或者在每一情况中仅这两种效果中的一种可促进加热(例如，在非铁磁金属如铝的情况中仅有涡流，或者在低电导材料如氧化铁粒子的情况中仅有磁滞)。
在制造技术中，基于感应加热来加热聚合物系统的设备和方法已经知道几十年了，例如用于粘合粘附体，用于密封在制造中出现的缝隙，和用于固化或退火聚合物。这里的加热设备通常包括用于产生交变磁场的感应器，在每种情况中部分或完全地围绕欲加热的物体，并沿着它的整个周边均匀地加热物体。关于这一点，按需要和当需要时，当然也可实现有意不均匀地加热。为此目的，实际上，经常使用例如坑道状感应线圈，这是由于使用这种几何设置，感应线圈的交变磁场不仅从一个方向，而且还另外从侧面作用于欲加热的物体。
如果热活化可粘合片状元件通过感应加热热活化，这通常使用这样的片状元件进行，所述片状元件包含布置在导电层侧面上的热活化粘合的粘合剂作为热施用的粘合剂，所述导电层例如具有二维结构，包含金属或金属化聚合物的箔片、有孔金属箔片、线网、二维铺展的有孔金属网(two-dimensionallyspread expanded metal)、金属非织造布或金属纤维。后面的不连续二维结构提供了以下优点：热施用的粘合剂能够通过在相应的二维结构中的开口并因此改善片状元件的总体内聚力，不过代价是加热效率降低。
已有方法的一个缺点是，不仅欲加热的相应物体的特定区域暴露于交变磁场，而且总是将物体的大得多的区域暴露于交变磁场；这是明显的，特别是在以下布置的情况中：其中将欲加热的物体完全引入到坑道状感应线圈中并因此也完全暴露于交变磁场。结果，这种用于感应加热的常规方法仅可用于粘合热或电不损害不希望地暴露于交变磁场的区域的那些粘合基底。然而，这意味着，对于粘合电子设备中的子组合件，现有方法一般不能使用，因为许多电子部件如半导体部件或显示模块仅具有有限的耐热性并因此可在加热时损害，特别是因为这些子组合件本身经常含有导电区域，结果，感应加热也在这些子组合件中发生。
近年来，用于粘结的感应加热已经返回至聚光灯下。原因在于现在可利用的纳米微粒系统，例如MagSilicaTM(Evonik AG)，其可结合到欲加热的物体的材料中并由此允许在其整个体积中加热物体，而不会对机械稳定性造成任何伴随的显著损害。例如，对于在移动电子设备中的粘结，Lohmann公司提供了在Duplocoll RCDTM名下的产品，其含有感应可加热纳米粒子。
然而，因为这些纳米规模系统的小尺寸，在频率为中频范围的交变磁场中，不可能带来这种产品的有效加热。相反，对于该革新性系统，需要高频范围的频率。然而特别地，正是在这些频率下，证实在交变磁场中损害电子部件的问题达到特别严重的程度。另外，用高频范围的频率产生交变磁场需要提高的成本和装置复杂性，并因此在经济上不利。此外，纳米微粒填料的使用从环境的观点也是一个问题，因为在随后的回收中这些填料不容易从它们周围的材料中分离。
原则上，已知多种用于感应加热的加热设备；可用于区分它们的一个参数是使用所述加热设备产生的交变磁场的频率。例如，感应加热可通过频率为约100Hz至约200kHz(所谓的中频；MF)的磁场进行，或者通过频率为约300kHz至约100MHz(所谓的高频；HF)的磁场进行。另外，作为特例，也存在磁场具有微波频率如2.45GHz的标准微波频率的已知加热设备。
与所用交变场频率一起上升的是在产生交变场中涉及的技术成本和复杂性，和相应的加热设备成本。目前，中频系统已经可以以约5000欧元的市价购得，而高频系统的支出为至少25000欧元。而且，与频率一起上升的还有关于加热系统的安全需要，所以，对于高频系统，经常还需要将安装这种技术的较高的成本添加至较高的购置成本中。
因此，考虑到在电子部件的粘合中相关的较高成本和较大的损坏危险，以及考虑到较差的回收能力，纳米微粒系统不是特别适于用作进行以温和粘结为目的的感应加热的热活化可粘合片状元件的组分。为实现该目的，优选使用频率为中频的交变磁场。
然而，即使使用以频率为中频的交变磁场操作的加热设备，也证实难以实现温和粘结。为了得到对于工业制造工程而言必需的高处理速度，加热热活化可粘合片状元件花费的时间必须仅非常短。因此，为实现需要的粘合温度，必须选择非常高的加热速率。
然而，如果热活化可粘合片状元件与具有低导热性(即，至多5W/mK的导热性)的粘合基底粘合，在片状元件中感应产生的热不能以足够的速度从片状元件传导出去。相反，热首先在粘合区域中保留一定时间，由此导致热堵塞(heat jam)。结果，片状元件和粘合基底(例如，电子部件)可被局部过度加热并因此损坏。如果粘合基底不仅具有低导热性，而且还具有低热容量，那么这种过热的危险甚至更大，因为这意味着不存在临时热存储的可能性。
这两种因素例如影响在粘合区域上具有聚合物的粘合基底。由于较小的声子自由程，聚合物具有比金属低的导热性，以及因为在聚合物链中的自由度数目较小，聚合物具有低热容量。另一因素是，聚合物的热稳定性经常小于其它基底材料如金属或玻璃的热稳定性。
关于这一点，当然，如果不仅粘合基底，而且片状元件的其它构件(例如载体或其它功能层)也由这种具有低导热性和热容量的材料组成，则甚至会更加有问题，因为在这种情况中，甚至不可能经片状元件除去热或存储热。
于是目前，不存在通过将片状元件施加于频率为中频的交变磁场而可将粘合基底以高循环速率经热活化可粘合片状元件温和连接的一般可适用的粘合方法。相反，在感应加热的情况中，观察到对片状元件或粘合基底的热损害，尤其是当粘合基底具有聚合物粘合区域时，特别是当所述基底为电子部件时。
本发明的一个目的是提供可用于在不导电和具有低导热系数的粘合基底上产生小区域粘合，同时避免现有技术的缺点的方法。而且，这种方法必须也适于以高循环速率粘合电子设备的子组合件，尤其是用于粘合由聚合物制成的粘合基底。
该目的根据本发明通过在开头规定的那种方法实现，其中将初步组合件在感应加热的同时垂直于热活化可粘合片状元件的侧面区段施加至少1MPa，更特别为至少3MPa的压力(压制压力)，以使粘合剂与粘合基底全区域接触。所述定向指示″垂直于热活化可粘合片状元件的侧面区段″在这种情况中是指，对于片状元件呈平面形式(因此两个侧面也呈平面形式)的平面粘结，压制力垂直于片状元件的主要尺寸(principal extent)作用(单独地或另外地)，而对于三维弯曲粘合，压制力在垂直于片状元件主要尺寸中的一个的方向上作用，并因此至少在一个分区(subregion)中垂直于片状元件的侧面。
意料不到地，通过使用这种方法，已经成功实现了在移动电子设备中常用的那种甚至非常小的粘合区域的可靠加热和相应粘合，例如，在短时间内借助于中频感应加热，而不会损害电子设备或其它金属构件或聚合物。相反，已经观察到，当将待产生的粘结在感应加热的同时在初生状态中施加高压时，在感应加热过程中发生损害的危险被极大降低。以此方式，提供了适于大量粘合基底的特别简单的方法，并且通过使用这种方法，甚至可将具有电子部件如半导体部件或显示模块的子组合件以高强度接合起来。
此外，关于这一点，如果将交变磁场刚好集中在粘合层的附近(例如通过将感应器整合在压制工具中)，可将感应加热限制在粘合层区域，通过使用呈相应的切割形状形式的热活化可粘合片状元件可将其进一步改善。
在一个有利实施方式中，实施所述方法，使得提供的热活化可粘合片状元件为具有另外的热活化粘合的粘合剂层的片状元件，以及使所述初步组合件在感应加热之前与另外的粘合基底接触，所述初步组合件的热活化可粘合片状元件的另外的热活化粘合的粘合剂层与所述另外的粘合基底接触。以此方式，可将两个或更多个相同或不同的粘合基底在单一感应加热步骤中彼此接合，并且在同时，总体上可减少加热持续时间。
在感应加热的情况中，加热速率有利地为至少2.5℃/s和至多200℃/s，更特别为至少10℃/s和至多100℃/s。作为如此选择的最小加热速率的结果，可进一步降低粘合热活化粘合的粘合剂需要的时间，并因此，可进一步增加粘合的循环速率。而且，通过将加热速率限制为低加热速率，降低了热损害粘合剂或粘合基底的危险，以及避免粘合剂的非受控熔融和粘合基底的不想要的熔融。
当提供的热活化可粘合片状元件为使用层厚小于75μm，更特别为小于30μm或者甚至小于15μm的层作为至少一个导电层的片状元件时，所述方法是特别适合的。通过这种方法，在技术上以特别简单的方式将片状元件的加热速率限制到所述上限(upper end)。
而且，如果提供的热活化可粘合片状元件为形状适于开放粘合区域几何形状(open bond area geometry)的片状元件，那么是有利的。具有这种几何形状的片状元件在现有的感应加热方法中不能被均匀地和保留形状地粘合，或者在那些方法中仅以高成本和复杂性才能如此粘合，所以，本发明的原则延伸至这种系统提供更可观的益处。
而且，可提供最小支撑宽度(strut width)小于5mm，更特别为小于3mm或者甚至小于2mm的片状元件作为热活化可粘合片状元件。只有通过使用本发明方法，才可能扩大可用于粘结的面积(甚至当只有很小的面积可用于粘合基底的粘合时)，并因此提高总体粘合强度，而不会对那些低支撑宽度区域造成热损害。在借助于感应加热的现有粘合方法中，这种小横向结构(lateral structure)不能使用，或者可至多仅以高成本和复杂性使用。
而且，如果使用的粘合基底为具有在三维空间中弯曲的粘合区域的粘合基底，那么是有用的。这是实现均匀三维配置粘合区域分布(eventhree-dimensionally configured bond area profiles)的特别简单的方法，因为它允许在整个二维范围内均匀地加热热活化粘合的粘合剂层。这种弯曲粘合区域经常例如在移动电子设备中的显示板或框的粘合中产生。
根据本发明，作为进一步的步骤，甚至在感应加热结束之后，对于随后的压制持续时间可维持压力，并在至少部分的随后压制持续时间内再次感应加热最终组合件。这样做的优点是，由于维持的压力，粘结能够进一步凝固，并可以以凝固的形式进行随后的固化，所以，作为以此方式实现的在粘合剂中内聚性增加的结果，总体粘合强度得以提高。
而且，同时进行感应加热的热活化可粘合片状元件的区域的面积与此区域中的粘合面积的比率可小于2∶1，更特别为小于1.5∶1或者甚至小于1.2∶1。通过以此方式操作所述方法，将在感应加热过程中粘合基底被热损害的危险进一步降低，由于局部加热基本上仅在实际上也希望粘合的区域中发生。因此，产生的热量减少，由此也只有较少量的热需要耗散。
为实现本发明构思，感应加热和压力暴露可通过这样的设备进行，所述设备具有至少一个具有感应加热装置的压力冲杆元件。通过使用这种设备(所述方法的两个主要方面可借助于与所述设备完全一样的工具实现)，可加速方法序列(sequence)和可增加循环数目，因为不需要使压制设备和感应设备(感应器)彼此配合，而且，压制设备和感应器以其他方式单独定位现在可在单一步骤中进行。优选将这种设备安装在固定位置，以确保在根据本发明使用的高压制压力背景下需要的操作可靠性。
如上所述，本发明方法在用于粘合电子设备子组合件时提供特殊优点，因为在没有增加操作中热损害电子部件的危险的情况下，这种粘合使用其它方式不能以高循环数目形成。
根据本发明的另一方面，另一目的是提供设备，所述设备特别适于实施本发明方法，以及具体地，所述设备允许感应加热热活化可粘合片状元件，以将所述片状元件在具有低热容量的粘合基底上粘合，而不导致热或电损害。现有设备仅允许感应加热粘合，在此期间，仅通过夹持设备不牢固地固定粘合基底，而不在所述基底上施加任何显著压制压力。压制压力的施加需要与待粘合物体表面直接接触。而且，在现有设备中，感应器与片状元件之间具有一定距离，由此在根据现有技术感应加热时降低能量输入的三维分辨率(three-dimensional resolution of the energy input)。
这些问题通过本申请一开始规定的那种类型的设备得以解决，其中所述至少一个压力冲杆元件具有感应加热装置以及其中所述设备适于至少300N，更特别为至少600N的压制力。通过将感应器直接整合至压力冲杆元件中，可将感应器和片状元件之间的距离最小化，由此克服上述缺点。
在一种有利实施方式中，所述至少一个压力冲杆元件至少区域性地具有在三维空间中弯曲的压制面。以此方式，与二维平面粘合一样，同样可得到具有三维形状的粘合区域的粘合，而且，由此可获得复杂粘合几何形状。
特别适合的是，所述设备具有另外的压力冲杆元件，所述另外的压力冲杆元件具有至少一个铁磁性、亚铁磁性、顺磁性或反磁性磁轭片段-优选为亚铁磁性磁轭片段-或另外的感应加热装置。这种磁轭片段使磁场变形，并由此提高穿透深度，从而特别地，将具有复杂粘合几何形状的粘合均匀加热并因此在整个粘合区域上提供一致的粘合性和内聚性。通过使用另外的感应加热装置，也可实现交变磁场的局部作用提升。
为了说明本发明，下面一般地描述本发明，为此目的，阐述了本发明部分方面的单个组成部分的某些代表性实例，并且取决于在每种情况中希望的性质，可彼此几乎任意地相互组合。
因此从根本上，本发明涉及使热活化可粘合片状元件与特定种类的粘合基底粘合的方法。对于本说明书的目的而言的片状元件被认为具体地涵盖具有基本上片状延伸的所有常规和适合的结构。这些结构允许二维粘合以及作为胶粘片材、胶带、胶粘标签或成形模切物(shaped diecut)可采取各种形式，更具体地可为柔性的。
这种片状元件各自具有两个侧面，前面和后面。术语″前面″和″后面″在这里是指平行于片状元件的主要尺寸(二维范围，主要延伸面)的片状元件的两个表面，以及仅用于区分布置在片状元件相对侧上的这两个面，而不是选择确定两个面的绝对三维设置的术语；即，当相应地后面形成在三维上位于前面的片状元件的侧面时，相应地，前面也可构成在三维上位于后面的片状元件的侧面。
这种热活化可粘合片状元件将与粘合基底粘合。为此目的，在它的两个侧面的至少一个上，实际上优选在两个侧面上，所述片状元件具有热活化粘合的粘合剂。热活化粘合的粘合剂均为在高温热粘合并且在冷却后得到机械上牢固连接的粘合剂。所述粘合剂通常以粘合剂层的形式存在。
更具体地，层是片状设置的具有整体功能的系统，其在一个空间指向(厚度或高度)上的尺寸显著小于在限定主要尺寸的两个其它空间指向(长度和宽度)上的尺寸。这种层在形式上可为紧密的或穿孔的，以及可由单一材料组成或由不同材料组成，特别是当这些材料促进所述层的整体功能时。层可具有不同的厚度，或者在整个二维范围上具有恒定厚度。而且，当然，层也可具有超过一个的功能。
在本发明的上下文中，待粘合的片状元件包含至少两个不同的层，这些层为至少一个导电层和至少一个热活化粘合的粘合剂层。导电层被认为是至少一种具有导电性(电子和/或空穴)的材料的任何层，所述导电性在23℃为至少1mS/m，从而允许电流在所述材料中流动。具体地，这种材料为金属、半金属和其它金属材料，以及还可能为低电阻的半导体。因此，导电层的电阻一方面足够高，以允许当电流在层中流动时加热所述层，但是另一方面对于通过所述层实际上确立起来的电流而言又足够低。作为特殊情况，只要有低频率的交流电流，具有低磁阻(从而具有高导磁性或导磁率)的材料(例如铁氧体)的层也被认为是导电层，尽管这些材料经常具有相对高的电阻，所以，加热在这里经常仅用倾向于相对高的交变磁场频率实现。
所述至少一个导电层原则上可具有任何适合的设计-例如，有孔的薄层或在整个面积上紧密的薄层，层厚小于75μm，更特别为小于30μm或者甚至小于15μm。小于15μm的层厚允许以相对简单的方式将加热速率限制到上限(top end)。
导电层可由所有常规和适合的材料组成，例如铝、铜、金、镍、μ合金(Mu-metal)、阿尔尼科合金、透磁合金、铁氧体等。同样，该导电层也优选为磁性的，更特别为铁磁性的或顺磁性的。关于这种材料，尽管预期除了涡流感应之外，在材料中还将存在磁滞损失导致的加热，并且总体加热速率将较高，但是相反，已经观察到，与本身无磁性但为电流良导体的材料如铜、铝、碳纳米管或石墨烯(graphenes)相比，甚至作为电流良导体的磁性材料如镍或磁钢实际上仍具有较低加热速率。因此，通过使用传导电流的磁性材料，加热可更容易控制以及在粘合层外面的加热效果的发生可减少。
然而，可选择地，导电层为反磁性的，即，具有小于1的导磁率和小于0的磁化率也可为有利的。这种材料的实例为例如铜、银、铅和锡，以及所有超导材料。在试验中，已经发现，因为较低趋肤效应(skin effect)，用这些材料可实现的加热速率高于用具有类似导电性的顺磁性或铁磁性材料可实现的加热速率。因此，这样的方法也可为有用的：通过使用反磁性层，可实现超过100℃/s的高加热速率，甚至在厚度小于15μm的薄层的情况下也如此。除了至少一个导电层，所述片状元件当然也可具有其它导电层；这些层与所述至少一个导电层可相同或不同。
总的来说，所述热活化可粘合片状元件可具有任何适合的设计。因此除了上述的两个层之外，所述片状元件可包含其它层，例如永久载体或临时载体。而且，可将所述片状元件设计成仅在它的两个侧面中的一个上可粘合或在两个侧面上均可粘合，例如呈单面可粘合或双面可粘合胶带的形式。在双面可粘合的情况中，所述片状元件具有至少一个另外的粘合剂层，所述另外的粘合剂层可与所述至少一个热活化粘合的粘合剂层相同或不同。因此，另外的粘合剂层可包含例如热活化粘合的粘合剂或者甚至压敏粘合剂。
作为所述至少一种热活化粘合的粘合剂，原则上可使用所有常规热活化粘合的粘合剂体系。原则上可将热活化粘合的粘合剂分为两类：热塑性热活化粘合的粘合剂(热熔粘合剂)和反应性热活化粘合的粘合剂(反应性粘合剂)。这种细分也包括可归为两类中的那些粘合剂，即，反应性热塑性热活化粘合的粘合剂(反应性热熔粘合剂)。
热塑性粘合剂基于在加热时可逆地软化并且在冷却过程中再次固化的聚合物。与这些粘合剂相比，反应性热活化粘合的粘合剂包含反应性组分。也将反应性组分称为″反应性树脂″，其中加热引发交联过程，在交联反应结束后，所述交联过程确保永久稳定粘合(甚至在压力下)。这种热塑性粘合剂优选也包含弹性组分，例如合成丁腈橡胶。因为高流动粘度，这种弹性组分给予热活化粘合的粘合剂特别高的尺寸稳定性(甚至在压力下)。
下面完全通过实施例描述一些典型的热活化粘合的粘合剂体系，这些热活化粘合的粘合剂体系显现出与本发明联用特别有利。
因而，热塑性热活化粘合的粘合剂包含热塑性基础聚合物。这种聚合物具有良好的流动行为(甚至在低施加压力下)，所以，与永久粘合的耐久性相关的最终粘合强度在短加压时间内发生，因此，可迅速粘合，甚至与粗糙基底或另外的苛刻基底可迅速粘合。作为热塑性热活化粘合的粘合剂，可使用本领域已知的所有热塑性粘合剂。
示例性组合物例如描述于EP1475424A1。因此，热塑性粘合剂可包含例如下列组分中的一种或多种，或者甚至由例如下列组分中的一种或多种组成：聚烯烃、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚酰胺、聚酯、聚氨酯或丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。优选使用例如在EP1475424A1的[0027]段中列出的热塑性粘合剂。其它特别适合的热塑性粘合剂(尤其是对于特定应用领域如玻璃粘合基底的粘合)例如描述于EP1956063A2。优选使用通过流变添加剂提高了熔体粘度的热塑性粘合剂，例如通过添加热解二氧化硅、炭黑、碳纳米管和/或其它聚合物作为共混组分。
相比之下，反应性热活化粘合的粘合剂有利地包含弹性体基础聚合物和改性剂树脂，所述改性剂树脂包含增粘剂树脂和/或反应性树脂。通过使用弹性体基础聚合物，可得到具有出色的尺寸稳定性的粘合剂层。作为反应性热活化粘合的粘合剂，可根据在每一情况中的具体要求使用本领域已知的所有热活化粘合的粘合剂。
这里例如还包括基于丁腈橡胶或其衍生物如丁腈橡胶或这些基础聚合物的混合物(共混物)的反应性热活化粘合片材，所述反应性热活化粘合片材还包含反应性树脂如酚醛树脂；一种这样的产品例如可在tesa 8401的名下商购。由于高流动粘度，丁腈橡胶给予热活化粘合片材显著的尺寸稳定性，从而允许在交联反应发生后在塑料表面上实现高粘合强度。
自然地，同样可使用另外的反应性热活化粘合的粘合剂，例如，包含质量分数为50重量％-95重量％的可粘合聚合物和质量分数为5重量％-50重量％的环氧树脂或两种或更多种环氧树脂的混合物的粘合剂。可粘合聚合物在这种情况中有利地包含40重量％-94重量％的具有通式CH2＝C(R1)(COOR2)(R1在这里表示选自H和CH3的基团，以及R2表示选自H和线性或支化的具有1-30个碳原子的烷基链的基团)的丙烯酸化合物和/或甲基丙烯酸化合物、5重量％-30重量％的具有至少一个酸基团，更具体为羧酸基团和/或磺酸基团和/或膦酸基团的第一可共聚乙烯基单体，1重量％-10重量％的具有至少一个环氧化物基团或酸酐官能的第二可共聚乙烯基单体，和0重量％-20重量％的具有至少一个不同于第一可共聚乙烯基单体的官能团和第二可共聚乙烯基单体的官能团的官能团的第三可共聚乙烯基单体。这种粘合剂允许以快速的活化粘合，仅在非常短的时间内实现最终粘合强度，总的结果是，确保与非极性基底的有效粘接。
可使用并且提供特殊优点的另外的反应性热活化粘合的粘合剂包含40重量％-98重量％的含丙烯酸酯的嵌段共聚物、2重量％-50重量％的树脂组分和0重量％-10重量％的硬化剂组分。所述树脂组分包含选自粘合强度增强(增粘)环氧树脂、酚醛清漆树脂和酚醛树脂的一种或多种树脂。所述硬化剂组分用于交联树脂组分的树脂。由于在聚合物中的强物理交联，这种制剂提供以下的特殊优点：可得到具有高的总厚度的粘合剂层，而总体上不损害粘合的坚固性。结果，这些粘合剂层特别适于修正基底中的不均匀。而且，这种粘合剂的特征在于具有良好的耐老化性以及呈现出低放气水平，低放气水平对于电子设备领域中的许多粘合而言是特别希望的特征。
然而，如上所述，除了这些特别有利的粘合剂之外，原则上也可选择和使用符合粘结要求的具体条件的所有另外的热活化粘合的粘合剂。
现在本发明的第一方面涉及使这种片状元件与至少一个粘合基底(其具有低导热性，从而导热系数为至多5W/mK)粘结的方法；因此，这意味着，至少粘附体的表面必须具有这种低导热性。为此目的，粘合基底表面可在许多区域或部分区域上携带陶瓷材料、聚合物材料或玻璃。在消费电子设备领域中，例如，常使用聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯，或者基于这些塑料的混合物。而且，也经常使用不导电的薄表面层，例如基于氧化硅或氧化铝的层。在不同的粘合基底彼此粘合的情况下，粘合基底的表面材料可相同，相似或不同。
粘合基底整体当然可具有任何适合的设计，以及例如可具有至少区域性的均匀的平面表面，片状元件的粘合剂层在所述平面表面上粘合。然而，片状元件的表面也可具有规则或不规则的弯曲设计，由此粘合基底的粘合区域在三维空间中三维弯曲。
为实施这种方法，首先，提供上述热活化可粘合片状元件。使片状元件的形状适合于粘合区域的形状，因此片状元件例如以裁成规格尺寸的(cut-to-size)冲切物(blank)或模切物(diecut)的形式存在。这意味着，它的形状近似地或精确地对应于待接合部件的粘合区域的形状，并因此对应于粘合层的侧面形状。通常对于这种片状元件，尺寸稳定性和粘合强度要求特别高。以粘合区域的几何形状提供片状元件的事实确保加热仅发生在需要粘合的区域的范围内。因此，甚至能够更有效地降低热损害的危险。片状元件的成形在这里可通过本领域技术人员熟悉的所有成形分离方法进行-换句话说，例如，如通过穿压(through-pressing)(模切)、刀切(blade cutting)、剪切、激光切割或喷水切割的原理分离。
具体地，片状元件的形状在这里可适合于开放粘合区域几何形状，这意味着，在片状元件和所述至少一个粘合基底之间的粘合层采取不连续区域的形式。这包括通过打孔而穿孔的区域，和基本上由线性元件组成并因此具有一种梳状结构或指状结构的区域。在这里特别适合的是那些梳状结构或指状结构，其中单个元件-更具体为它们的中心肋元件(rib elements)和分支肋元件-的长度与宽度的比率(长宽比)超过2。
另外地或代替地，片状元件的粘合区域的最小支撑宽度(并因此也是片状元件本身的最小支撑宽度)可为小于3mm或者甚至小于2mm。使用现有粘合方法，具有这种薄最小支撑宽度的片状元件不能容易地通过感应加热粘合。如果受热区域(在此区域热活化可粘合片状元件与所述至少一个粘合基底或与所有粘合基底接触)非常小，即，小于5cm2，那么使用本发明方法是特别有利的。甚至在这种薄粘合基底的情况中，所述方法可用于防止粘合剂的非受控熔融。
为了接合，使粘合基底与热活化可粘合片状元件的侧面区段接触，所以，两个侧面中的一个的部分或全部区域接触粘合基底表面区域，从而形成初步组合件，即，在实际最终接合之前临时存在的组合件。
将这种初步组合件暴露于中频交变磁场，即，频率为至少100Hz和至多200kHz的交变磁场，持续至多20秒，并因此在此交变磁场中感应加热。这些频率的交变磁场提供足够适合的穿透深度，因此，优选使用频率为1kHz-40kHz，更特别为小于15kHz的交变磁场，从而允许磁场的有效穿透深度在整体上提高，而不需要增加设备的成本和复杂性。由于感应加热，所述至少一种热活化粘合的粘合剂(其与至少一种粘合基底接触)被活化，由此形成最终组合件(即，通过粘结得到的组合件，其包含片状元件和至少一个直接与片状元件侧面接合的粘合基底)。为了确保足够高的加热速率并因此也确保高加工速率，20秒的最大持续时间在这里是必需的。
为实现本发明构思，在感应加热的过程中对初步组合件施加至少1MPa，优选甚至至少3MPa的压力绝对是必需的。这种压力导致垂直于热活化可粘合片状元件侧面区段作用在片状元件上的力或分力。以此方式垂直作用的力为垂直于在片状元件外缘内伸展的区域的作用在片状元件上的任何力。因此，在粘合区域在三维空间内三维形成的片状元件的情况中，作用在片状元件上的力的方向也可在实际粘合区域的单个范围内局部地偏离垂直方向，不过，力的总体作用相对于从片状元件外缘伸展的片状元件的假设作用区域是垂直的。仅仅为了完整性，这里应注意的是，作用力也可另外具有不垂直作用于作用区域的分力，条件是同样也存在垂直作用分力。
而且，通过使用本发明的方式，得到其它有益效果：在室温吸附在热活化粘合的粘合剂层的聚合物基质中存在的低分子量化合物如水或气体(例如空气)在粘合剂被加热至活化温度时通常解吸。解吸的低分子量化合物以气泡的方式分布在粘合剂层中，所以，粘合剂不希望地发泡。而且，如果所述至少一个热活化粘合的粘合剂层包含反应性粘合剂，其中存在呈多缩合反应形式的热诱发的交联反应，那么在这些条件下低分子量化合物的释放的问题甚至更加严重。在这种情况中，从粘合剂的聚合物网络除去的交联反应副产物为低分子量化合物，其在每一情况中选择的活化温度以气体形式存在-例如作为水蒸汽。
在这些情况中释放的气体或液体流体的体积可为相当多的。因此，基于共聚酰胺的热活化粘合的粘合剂可含有例如质量分数为百分之几的水，这些水吸附在大分子网络上并在加热时部分逃离。在粘合剂中存在发泡或起泡的情况中，结果进而导致总体上这种粘合剂的粘合性和内聚性降低；因此，这应该要避免。
在热活化粘合的粘合剂的情况中，已经观察到，在压制压力超过0.2MPa的情况中，防止由解吸或在化学反应中产生的气体流体如水蒸汽导致的起泡，在高交联温度的情况中发现超过0.5MPa的压力是必需的。由于根据本发明使用的压力显著大于这些值，因此副作用是，防止在粘合剂层中的起泡。然而，应注意的是，对于低粘度粘合剂(例如，液体粘合剂)以及对于某些在低温熔融的热塑性粘合剂，所述粘合剂在高于0.2MPa的压力流出粘合层，并由此对于本发明方法的某些应用，所述粘合剂在某些情况下可能不太适合。
原则上，在感应加热的情况中，可任意选择加热速率，不过已经发现，至少2.5℃/s和至多200℃/s的加热速率是有利的，更特别为至少10℃/s和至多100℃/s。通过加热速率的上限限制，降低对粘合剂和/或粘合基底热损害的危险(其随着加热速率提高而提高)以及粘合剂非受控熔融的危险。加热速率的这种上限限制可例如通过使用由作为差的电流导体的金属组成的导电层(即，通过使用铝代替铜，或者甚至使用镍代替铝)以简单的方式实现。
将加热速率限制为所述上限的另一个简单的方式是使用呈导电层的形式二维铺展的金属结构，这些结构为有孔的或者在它们的二维延展中不连续地中断-换句话说，例如，金属网、金属筛布(woven wire mesh)、编织线网、织造带(woven ribbon)、编织带(braided ribbon)和具有孔或缝的金属箔片。
对于粘结，根据本发明，片状元件的整个粘合区域可同时感应加热，这可为合理的，特别是在具有紧凑几何形状的小粘合区域的情况中，例如，如以下情况：在整个小区域中为圆形的粘合区域。然而，相反，仅片状元件的整个粘合区域的部分区域同时感应加热也是可能的，以及特别是在具有开放几何形状的大粘合区域的情况中这可能是合理的。
在仅片状元件的整个粘合区域的部分区域同时加热的情况下，这可例如通过以下方法实现：相对于感应器和压制设备的位置改变初步组合件的位置；如果初步组合件是小初步组合件，那么优选将初步组合件不连续或连续地引导经过感应器和压制设备的固定安装的布置，而在大初步组合件的情况中，也可将感应器和压制设备的布置连续或不连续地引导经过固定的初步组合件。
作为这种相对运动的结果，得到时间和空间加热分布，其参数可根据待制造的最终组合件的特定几何形状以及根据随后的预期用途来选择。
如果进行感应加热，使得整个片状元件在每一情况中同时受热，那么在这种情况中已经显现出，在感应加热中的每一时间点，受热的粘合区域占受热的片状元件区域的大部分是特别有用的。也就是这种情况：除了对粘合作出贡献的区域之外，仅很少的未对粘合作出贡献的片状元件区域在每一情况中被加热。在这里有利的是，在一个时间点感应加热的热活化可粘合片状元件的区域(换句话说，在每一情况中同时受热的在粘结中对粘合有贡献的和在粘结中对粘合没有贡献的片状元件的区域)的面积和在此区域中的粘合区域(即，在每一情况中对粘合有贡献的且同时受热的片状元件的区域)的面积之间的比率小于2∶1，更特别为小于1.5∶1，或者甚至小于1.2∶1。结果，在片状元件在每一情况中同时受热的区域中，对粘合没有贡献的区域占有的区域与对粘合有贡献的区域相比至多相等，优选小于对粘合有贡献的区域的面积的一半或者甚至仅为对粘合有贡献的区域的面积的五分之一。
在热活化可粘合片状元件仅具有单一热活化粘合的粘合剂层的情况下，所述片状元件可通过诸如以下方式设置在粘合基底表面上：片状元件使该粘合基底以桥的方式与另外的粘合基底接合。可选择地，在除了所述至少一个热活化粘合的粘合剂层之外热活化可粘合片状元件具有另外的热活化粘合的粘合剂层的情况下，可在感应加热之前使初步组合件与另外的粘合基底接触，该初步组合件的热活化可粘合片状元件的所述另外的热活化粘合的粘合剂层与所述另外的粘合基底接触。
在初步组合件中，在所述另外的热活化粘合的粘合剂层和所述另外的粘合基底之间的连接可为松的和还不是持久的，那么在最终感应加热的过程中与所述至少一个热活化粘合的粘合剂层一起热活化。然而，可选择地，这种连接也可已经为持久牢固的，例如，可在以下情况中实现：至少一个热活化粘合的粘合剂层不同于另外的热活化粘合的粘合剂层，并且在同时，所述至少一个热活化粘合的粘合剂层的活化温度高于所述另外的热活化粘合的粘合剂层的活化温度。在这种情况中，为制造初步组合件，可首先使所述另外的热活化粘合的粘合剂层与所述另外的粘合基底接触，并可将所得的由片状元件和所述另外的粘合基底制成的松的前初步组合件通过不是感应操作的加热装置加热，例如用常规烘箱、辐射加热器或接触加热器。在这种情况中，将所述前初步组合件加热至这样的温度，在此温度，所述另外的热活化粘合的粘合剂层已经热活化，但是所述至少一个热活化粘合的粘合剂层不活化。
而且，另外的方法步骤可在本发明方法步骤之前或之后进行，或者可在两个本发明方法步骤之间进行。例如，在感应加热结束后，对于随后的压制持续时间，例如在热活化交联反应过程中或为了在粘合剂冷却过程中固定粘附体，也可维持压力，以便由此允许通过物理或化学效应固化粘合层。在此随后的压制持续时间中，已经形成的最终组合件可不加热(结果，在这种情况中，另外的压制设备可用于随后的压制，所述另外的压制设备本身不具有感应器，因此，使用另外的压制设备允许减少周期时间)，或者可通过外部冷却单元冷却，或者可在随后的压制持续时间的至少部分时间中再次加热，例如作为进一步感应加热的一部分。在这种情况中，可以维持在粘合层中的温度，与最初的加热相比，随后的加热能够以较低加热速率或在较低温度进行。
可用多种方式影响磁场引入的功率，原则上，为此可使用所有适合的技术。因此，例如，可相应地改变流过产生器线圈(generator coil)的电流强度。而且，实际上已经发现，有利的是以规则的中断(间歇地)操作交变磁场，从而影响交变磁场的有效作用时间。在这种情况中，交变磁场为″脉冲的″-即，循环地开启和关闭。在感应加热的情况中交变磁场的脉冲持续时间通常小于1秒，更特别为小于0.1秒，以及在两个脉冲之间的暂停时间小于1秒，更特别为小于0.1秒。通过以脉冲状间歇操作，可实现极其均匀的加热和减少或者甚至完全避免任何局部过热。
本发明的方法优选用于电子设备(如消费电子设备、娱乐电子设备或通讯电子设备领域中的那些)的子组合件的粘结(例如，用于移动电话、PDAs、便携式电脑和其它计算机、数码相机、显示设备如显示器、数字阅读器或有机发光二极管显示器(OLEDs)，以及用于太阳能电池模块如电化学染料太阳能电池、有机太阳能电池或薄膜电池)。在本发明上下文中将子组合件理解为表示在电子设备中使用的所有组成部分及其集合，例如电子部件(分开的和集成的部件)、包装部件(casing parts)、电子模块、天线、显示场(displayfields)、防护屏、未占用的和/或占用的电路板等。
所述方法可使用压制设备和惯常用于感应加热的感应器实施。使用的压制设备可为适于施加压制压力的所有设备，例如不连续操作压机如气动压机或液压机、偏心压机、曲柄压机、肘杆式压机、螺旋平板机等，或者连续操作压机如压辊。所述压制设备可作为单独单元提供或者可与感应器联合存在。例如，优选使用包含至少一个压力冲杆元件(其也具有感应加热装置)作为第一压制工具的压制设备。结果，可使感应场非常接近于待形成的粘合位置，并因此也可将感应场在三维上限制于此粘合位置的区域。
感应加热装置(感应器)预期包括所有常规和适合的设置，换句话说，例如，线圈、导体环(conductor loops)或导体，交流电流通过这些设置，以及这些设置由于流过它们的电流产生适当强度的交变磁场。因此，加热所需的磁场强度可由例如具有适当数目的线圈匝数和线圈长度的线圈设置(相应的电流流过所述线圈设置)以点感应器(point inductor)的形式提供。可将这种点感应器设计成不含铁磁芯，或者这种点感应器可具有芯，所述芯例如由铁或压制铁氧体粉末制成。可将初步组合件直接暴露于这样产生的磁场。当然，可选择地，也可将上面的线圈设置布置为在磁场变换器的初级侧(primary side)上的初级绕组，在磁场变换器的次级侧上，次级绕组提供相应的较高电流。结果，由于较高的电流，设置在初步组合件周边区域中的实际激励线圈可具有较低数目的匝数，而不会因此而降低交变磁场的场强。
下面描述的是这种组合装置的一般实施方式，其特征在于至少一个压力冲杆元件和至少一个整合在压力冲杆元件中的感应加热装置。对于本发明的目的，压力冲杆元件均为能够在一定区域上施加限定的压力的组合件。压力冲杆元件可连续地施加压力(例如，以辊的形式)或者不连续地施加压力(例如，以压机挺杆(tappet)的形式)，施加的压力可为随时间恒定的或者遵循限定的时间分布。所述装置必须适合于至少300N，更特别为至少600N的压制力。
为了施加相应的压力，所述至少一个压力冲杆元件需要平衡支承(counter-bearing)作为第二压制工具；这种平衡支承可为被动形式(例如，作为固定支承)或者可在产生压力中主动地起作用，例如以另外的压力冲杆元件的形式。在这种情况中，所述至少一个压力冲杆元件的表面可根据粘合应具有的形状来设计，因此，至少区域性地可具有例如平面压制区域或在三维空间中弯曲的压制区域，即，可至少在压制区域的一个分区中或者在压制区域的两个或更多个分区中存在。在这种情况中应设计弯曲压制区域，以使其与初步组合件的相应区域的形状互补。
平衡支承(即，例如所述固定支承或所述另外的压力冲杆元件)有利的是具有-优选亚铁磁的-磁轭片段，以及另外或代替地具有另外的感应加热装置。二者具有相同的效果，即，提高磁场穿透深度并因此提供均匀加热的效果，这意味着在整个粘合区域中均匀地形成粘合，甚至在三维空间中弯曲的情况中也是如此。
这种磁轭片段可例如由铁氧体状材料形成，其整合在所述另外的压力冲杆元件中以及其局部地吸引磁场，使磁场集中于特定粘合区域，并因此提高磁场的穿透深度。在这种情况中可设置磁轭，使得它仅在需要特别大的穿透深度的区域中吸引磁场，磁轭片段的形状适合于例如将产生的粘合区域的形状。通过使用这种-优选亚铁磁的-磁轭片段，一方面，限制加热场的横向延伸，但是另一方面，也提供磁场向待接合粘合基底中的足够穿透深度，所以实现在技术上合理的加热速率。结果，具体地，几何形状为基本上有角的和具有小面积的粘合也能够以高均匀性水平产生，并因此具有高强度。这种角半径小于5mm的有角粘合结构不能通过常规感应加热方法均匀无过热地产生并因此具有低破坏度，所以现有粘合通常具有基本上圆形的或至少高度圆化的几何形状。
而且，对粘合层中的局部作用交变磁场的提升也可通过所述另外的压力冲杆元件中的另外的感应加热装置实现。为此目的，有利的是，使所述另外的感应加热装置的这种交变磁场的相位与所述至少一个感应加热装置的交变磁场的相位配合，或者甚至使这些相位同步，使得磁场不彼此抵消并因此彼此弱化，而是彼此增强。
参照附图，根据在下文中将更详细地描述的研究结果，其它优点和应用可能性将变得显而易见。在这些附图中
图1用图解法示出用于实施本发明方法的实验装备的纵截面，所述装备用于研究本发明的原理；
图2示出作为间歇性交变磁场的脉冲持续时间的函数和作为暴露于交变磁场的持续时间的函数实现的粘合强度的等高线图，各图针对热活化可粘合片状元件生成，所述热活化可粘合片状元件在导电层的材料和厚度方面不同；
图3示出作为间歇性交变磁场的脉冲持续时间的函数和作为暴露于交变磁场的持续时间的函数实现的粘合强度的等高线图，所述各个图针对热活化可粘合片状元件生成，所述热活化可粘合片状元件具有特别薄的导电层以及在导电层厚度方面不同；
图4示出针对热活化可粘合片状元件作为导电层厚度和暴露于交变磁场的持续时间的函数实现的粘合强度的等高线图；
图5示意性地示出根据本发明的原则在其它研究中使用的用于实施本发明方法的第二实验装备的纵截面；以及
图6示意性地示出在其它实验中使用的用于实施本发明方法的第三实验装备的纵截面，所述其它实验涉及本发明的原则用于预期用途的适合性。
样品的研究在图1中示意性示出的设置中进行。为此目的，将宽度为20mm，长度为100mm以及厚度为3mm的两个聚碳酸酯板10(″聚碳酸酯杆″)根据本发明方法使用不同热活化可粘合片状元件20彼此粘合作为粘合基底，所述粘合基底在粘合层中重叠10mm，所以形成边缘长度为10mm×20mm的矩形粘合区域。对于对比研究，用厚度为1.5mm的相同面积的铝板替代两个聚碳酸酯板10中的一个。
除非另有描述，使用的热活化粘合的粘合剂层为基于丁腈橡胶和酚醛树脂的粘合剂的热活化可粘合胶带，所述胶带可在tesa HAF 84xx名下以不同的厚度得到(根据产品名称，基于作为间隔物指示的″xx″部分的具体数字，不同的厚度是明显的)。在这些研究中，使用了厚度为30μm的粘合剂层(tesaHAF 8405)和厚度为60μm的粘合剂层(tesa HAF 8410)。
用于导电层的模型结构为具有限定的组成和厚度的金属箔片。将粘合剂层在100℃的温度层压至这种箔片的每侧，得到双面热活化可粘合片状元件，所述双面热活化可粘合片状元件在金属箔片的两个侧面上具有组成相同的粘合剂层。在这种层压温度，在粘合剂中的化学交联反应还未引发；相反，仅仅使粘合剂层与金属箔片的附着变得可能。研究在由铝、铜、镍、铁和钢(St1.4310)制成的箔片上针对10μm-50μm的层厚进行。
所述粘合方法使用来自IFF GmbH，Ismaning的EW5F型改良感应系统进行。在这里用作局部提供交变磁场的感应器的是仅由一个水冷的带电流的导体构成的感应场变换器，其用作变换器-场变换器中的次级线圈电路，以及其在同轴变换器中与初级线圈边上产生的变换器场相互作用。将感应场变换器嵌入聚醚醚酮(PEEK)基质中以及将所得设置用作压机设备的下压力冲杆元件40。在每一情况中，在下压力冲杆元件40和上压力冲杆元件30之间施加的压力(垂直于热活化可粘合片状元件的侧面施加至初步组合件的压力)为2MPa。
借助于改良的感应单元，产生频率为10kHz-30kHz，脉冲宽度为30％-70％的交变磁场用于研究。脉冲宽度表示交变磁场的脉冲持续时间(脉冲长度)占交变磁场的全周期持续时间(脉冲持续时间和在两个连续脉冲之间的暂停的持续时间的总和)的百分比分数。在这里热活化可粘合片状元件暴露于脉冲交变磁场的时间(即，感应加热的持续时间)为3秒-9秒。而且，对于所有实验，随后挤压10秒，并且其中在交变磁场中进行感应后加热，所述交变磁场与用于热活化粘合剂的交变磁场具有相同频率，脉冲宽度为20％(相当于脉冲持续时间与暂停持续时间的比率为1∶4)。
为了研究本发明方法的基本适合性，首先使用的热活化粘合的粘合剂层为基于合成橡胶和环氧树脂的可粘合胶带(tesa HAF 8863；厚度：50μm)。而对于在其它实验中用作实际模型粘合剂层的丁腈橡胶-酚醛树脂胶带，在粘结期间在多缩合反应中产生副产物，以及这种副产物在低施加压力的情况中导致粘合剂层发泡，基于合成橡胶和环氧树脂的粘合剂层不发生这种情况。因此，这些系统特别适于研究随特定方法规程变化的任何热降解事件的信息，而不会导致研究被粘合剂层的严重发泡损害。
为此目的，在100℃的温度，将这些粘合剂层中的一个层压至厚度为36μm的铝箔的每个侧面。在这种低层压温度，化学交联反应还未引发；相反，仅仅使粘合剂层与金属箔片的附着变得可能，得到一种用于双面热活化可粘合片状元件的初步组合件。
随后，使用改良感应系统，通过施加频率为20kHz以及脉冲宽度为70％的交变磁场，持续9秒，进行感应加热。为了研究施加的压力对任何热降解的影响，在该系列实验中，对相同样品施加不同的施加压力，并检查所得粘合。所用的施加压力为0.2MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、2MPa和3.5MPa。
在施加压力小于1MPa时，在感应加热的过程中，通常存在呈暗区形式的粘合剂层的变色。特别地，在每一情况中，这种变黑在研究的试验区段的边缘上观察到，以及归因于粘合剂层的热降解。相反，当施加压力为1MPa或更高时，察觉不到这种变黑。因此，显然，通过使用本发明方法，也防止或者至少显著减少了在感应加热期间对粘合剂层造成热损害的发生率。
在其它研究中，将粘合强度确定为所得粘合的质量的参数，这种粘合强度为所得组合件的粘合强度以及针对不同的热活化可粘合片状元件和针对不同的方法参数确定。为此目的，在每一情况中，在动态拉伸剪切试验中，根据DIN 53283，在23℃，以1mm/min的测试速度定量(以N/cm2计)测定粘合强度。这些研究的全面实验系列的结果的代表性选择在图2、3和4的各图中给出。
每一单个的图示出等高线图，其中测定的单个粘合强度(以N/cm2计)作为感应加热持续时间(以s计)(横坐标)以及其它变量(百分比脉冲宽度(以％计)或导电层层厚(以μm计)；纵坐标)的函数以等高线的形式示出；相应的动态粘合强度值在相关等高线(等力线)上标明。在所有等高线图中可看出的是，粘合强度通常与感应加热持续时间和与增加的脉冲宽度或增加的层厚一起增加。
图2示出作为导电层的不同金属箔片的测量系列；所示的纵行从左至右为铝层、镍层和钢St1.4310层，横行从上至下显示这些导电层的不同的层厚，为50μm、43μm和36μm。在每一情况中，层压至金属箔片的两个侧面中的每个上的热活化粘合的粘合剂层为厚度为60μm的双面粘合处理过的胶带(tesa HAF 8410)。这些图示出在每一情况中作为在粘结期间间歇性交变磁场的脉冲持续时间的函数(后处理总是以20％的脉冲宽度进行)和作为暴露于交变磁场的持续时间的函数得到的粘合强度。
在这些研究中发现，当使用磁性金属(在镍和St1.4310的情况中)导电层时，所得粘合强度显著低于当使用具有相同层厚的非磁性铝箔时。因此，在磁性金属的情况中，与在非磁性金属的情况中相比，较低的交变磁场加热性能被吸收。该发现是意料不到的，因为实际的预期是，当使用磁性金属时，涡流加热会与反磁化损失导致的加热结合，并因此加热速率较高。然而，实验不能证实这一点。
图3示出作为导电层的薄铜箔的测量系列，这些图从左至右为针对层厚为10μm、17.5μm和25μm的铜箔所得。在每一情况中，层压至铜箔的两个侧面中的每个上的热活化粘合的粘合剂层为厚度为30μm的双面粘合处理过的胶带(tesa HAF 8405)，这意味着在层压体中热活化粘合的粘合剂层的厚度在此测量系列中保持不变。已经观察到，当导电层厚度增加时，得到较高强度，这被解释为导电层吸收的交变磁场发热能力的增加。
图4示出具有铜箔作为导电层的片状元件的等高线图，对于所有的测量数据，间歇性交变磁场的脉冲持续时间(脉冲宽度)在这种情况中为70％。因此，在图4中示出的数据相当于在图3的单个图的上边缘处示出的数据的汇编视图(compilation view)。从所得的粘合强度对导电层厚度的明显依赖性，可以看出，在薄的热活化可粘合片状元件的情况下，可实现非常高的粘合强度，甚至在短加热时间的情况下也是如此，以及借助于所述方法参数，这些粘合强度能够以高度再现性设定。
对于对比测量，使用的热活化可粘合片状元件为无导电层的厚度为60μm的热活化粘合的粘合剂层(tesa HAF 8410)。通过使用这种片状元件，使上述聚碳酸酯板中的一个与厚度为1.5mm的相同面积的铝板粘合。将一个聚碳酸酯板换成铝板是必须的，以确保粘合基底的足够高的导热性，从而将活化粘合剂所需的热通过用于对比实验的加热压机(接触加热法)从外部引入初步组合件中。对于活化，将初步组合件在2MPa压力下加热5秒或10秒。所得组合件的粘合强度测定为610N/cm2(5秒加热持续时间)和640N/cm2(10秒加热持续时间)。
与图2、3和4中所示的结果相比，对比实验证实，通过使用本发明方法，粘结可产生与常规接触加热法相同的粘合强度。这种结果是意料不到的，因为在使用的片状元件中，由于在片状元件内部中设置的金属箔片，与对比例中相比存在较大数量的界面，尤其是在这些界面处，例如由于粘合剂的热分解产物在金属箔片处累积和相关地在该界面处粘合剂层与金属箔片脱离，通常观察到特别严重的组合件弱化，这些界面无论如何被设想为组合件的弱化面。
因此，所述实施例显示，使用本发明方法，可产生至少等同于在常规方法中可得到的粘结的粘结；在感应器和粘合层之间桥连3mm的距离不存在问题；而且在同时，可实现小于10秒的粘合时间。
本发明方法的一个目的是在粘结的过程中避免热损害的情况，特别是对电子构件的热损害。为了检查是否本发明方法在原则上适于实现该目的，在其它实验中在电子子组合件周边区域中进行粘合。为此目的，在图5中所示的一般装备中，将两个聚碳酸酯板10(″聚碳酸酯杆″)根据本发明方法使用下压力冲杆元件30和上压力冲杆元件40(其具有集成感应器)经热活化可粘合片状元件20彼此粘合；在两个聚碳酸酯板10中的一个上固定在天线设置方面改良了的，具有印刷天线和与所述天线连接的RFID片的RFID标签60(来自Rako)，使得在粘合区域边缘和RFID片之间的距离为5mm。这里要小心确保RFID标签60的金属构件不直接位于设置了感应器加热装置的下压力冲杆元件的区域之上。将粘合区域以70％的脉冲宽度感应加热10秒，并将所得组合件同样进行上面规定的后处理。
在粘结发生后，研究RFID标签(更具体地，RFID片)的功能性。在这里未观察到对RFID标签功能的不利影响。相反，在通过接触加热法得到粘结的情况下，不再可能从RFID片读取。
然而，在其它对比实验中，其中将RFID标签在压力下感应加热并由此粘合，将感应器和压机设备设计为独立的单元。在这些其它实验中，在粘合后仍可由大部分RFID片读取，但是不可读取的RFID片的比例远大于使用集成设备时(其中几乎没有任何RFID片受损)。在粘合过程中显著较低的损害RFID片的风险归因于在使用集成设备时较大的三维磁场浓度。
上面的实验证实，本发明方法实际上适于实现期望的温和粘结。
最后，在其它实验系列中，研究设置在加压/加热设备的两个压力冲杆元件之一中的亚铁磁磁轭片段(ferrimagnetic yoke section)的效率；实验装置在图6中示意性示出。
热活化可粘合片状元件20具有层厚为50μm的铝导电层，以及两个热活化粘合的粘合剂层(每个厚度为60μm)(tesa HAF 8410)与在上聚碳酸酯板10和下聚碳酸酯板11之间的铝层的两个面粘合。与上述实验相比，在粘合时与也含有感应加热装置(感应器)的下压力冲杆元件40直接接触的下聚碳酸酯板11的厚度在这里改变了；使用厚度为3mm、6mm和9mm的板。另外，将铁氧体磁轭(ferrite yoke)50作为磁轭片段嵌入到上压力冲杆元件30中，这种磁轭片段具有30mm长，5mm宽和5mm高。所述磁轭正好设置在粘合层之上，并根据磁轭的纵轴校准粘合层的纵轴。
在这里，感应加热再次在上述条件下进行，压制压力为2MPa，加热持续时间为10秒，并后处理。在动态拉伸剪切试验中，根据DIN 53283在23℃研究所得组合件的粘合强度(在每一情况中，以N/cm2计)，测试速度为1mm/min。作为对比实验，粘合在相同条件下产生，但是在这些实验中使用的上压力冲杆元件30中不含磁轭。
对于厚度为3mm、6mm和9mm的下粘合基底，当使用磁轭50时，分别得到490N/cm2、480N/cm2和260N/cm2的粘合强度。相应地，当上压力冲杆元件30不具有磁轭时，分别得到510N/cm2、240N/cm2和50N/cm2的粘合强度。因此可以看出，当不使用磁轭时下粘合基底厚度对所得粘合强度的影响大得多，而当使用磁轭时，观察到较小影响。由于存在甚至进行厚壁构件或三维弯曲构件的均匀粘合的可能性(对于这些构件，在粘合层和感应器之间的距离因此非常大或者甚至不同)，因此显示出在压制工具的上部中的磁轭的有利效果。
因此，上述的示例性实验证实了本发明方法和本发明设备用于在电子设备等中以温和方式产生牢固粘合的突出适用性。

Claims (19)

1.使热活化可粘合片状元件与导热系数为至多5W/mK的粘合基底粘结的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有至少一个导电层和至少一个热活化粘合的粘合剂层的热活化可粘合片状元件，将所述热活化可粘合片状元件的形状切割成粘合区域的形状，
使所述粘合基底与所述热活化可粘合片状元件的侧面区段接触，以形成初步组合件，
将所述初步组合件在频率为至少100Hz和至多200kHz的交变磁场中感应加热，持续至多20秒，以形成最终组合件，
其特征在于
在所述感应加热的同时，垂直于所述热活化可粘合片状元件的侧面区段对所述初步组合件施加至少1MPa的压力。
2.权利要求1的方法，其特征在于提供具有另外的热活化粘合的粘合剂层的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件，以及特征在于，在所述感应加热之前使所述初步组合件与另外的粘合基底接触，所述初步组合件的热活化可粘合片状元件中所述另外的热活化粘合的粘合剂层与所述另外的粘合基底接触。
3.权利要求1的方法，其特征在于提供将层厚为小于75μm的层用作所述至少一个导电层的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
4.权利要求2的方法，其特征在于提供将层厚为小于75μm的层用作所述至少一个导电层的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
5.权利要求1–4中的任一项的方法，其特征在于提供最小支撑宽度小于5mm的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
6.权利要求1–4中的任一项的方法，其特征在于使用粘合区域在三维空间中弯曲的粘合基底作为所述粘合基底。
7.权利要求1–4中的任一项的方法，其特征在于甚至在所述感应加热结束后，对于随后的压制持续时间仍维持所述压力，在至少部分的所述随后的压制持续时间中对所述最终组合件进行进一步感应加热。
8.权利要求1–4中的任一项的方法，其特征在于所述感应加热的加热速率为至少2.5℃/s和至多200℃/s。
9.权利要求1–4中的任一项的方法，其特征在于所述热活化可粘合片状元件的每一同时感应加热区域的面积与所述区域中的粘合区域的面积的比率小于2:1。
10.权利要求1–4中的任一项的方法，其特征在于所述感应加热和施加压力通过具有至少一个具有感应加热装置的压力冲杆元件的设备实施。
11.权利要求1–4中的任一项的方法，其用于粘结电子设备的子组合件。
12.权利要求1的方法，其中在所述感应加热的同时，垂直于所述热活化可粘合片状元件的侧面区段对所述初步组合件施加至少3MPa的压力。
13.权利要求3或4的方法，其特征在于提供将层厚为小于30μm的层用作所述至少一个导电层的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
14.权利要求3或4的方法，其特征在于提供将层厚为小于15μm的层用作所述至少一个导电层的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
15.权利要求5的方法，其特征在于提供最小支撑宽度小于3mm的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
16.权利要求5的方法，其特征在于提供最小支撑宽度小于2mm的片状元件作为所述热活化可粘合片状元件。
17.权利要求8的方法，其特征在于所述感应加热的加热速率为至少10℃/s和至多100℃/s。
18.权利要求9的方法，其特征在于比率小于1.5:1。
19.权利要求9的方法，其特征在于比率小于1.2:1。
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