CN1102498C - 用于密封和封装的压层材料和方法 - Google Patents

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Abstract

为密封和屏蔽的目的，使用压层材料(22；22′)，它包括和金属片(23，27；23′，27′)或金属板粘合的热塑性离聚物塑料层(25，29；25 ′，29′)。形成粘合不需要在塑料层和金属层之间添加粘合剂，而通过在加热状态下将塑料层压到经彻底清理的表面上。金属的种类是在空气中放置时其表面被氧化。使用多层压 层材料，其中一金属层提供好的电屏蔽(27；27′)，最外金属层(23；23′)提供好的机械强度。压层材料内侧的塑料层直接以同样的方式粘接到金属制成的电连接器终端 边缘。

Description

用于密封和封装的压层材料和方法
技术领域
本发明涉及精密电设备的保护，具体的说，涉及适合用于上述设备的密封和封装的压层材料，也涉及用于密封和封装的方法。
背景技术
在困难环境中使用的机械和电设备经常必须保护，为的是在它的运行中不被损坏和中断。
在很多情况下，使用塑料类型的外壳。在现有技术中，对于更多的需求应用，使用了压层材料，该压层材料有比如几种塑料材料或者塑料和其他的材料(如金属片)组成。塑料和金属组成的压层材料具有水蒸汽扩散不能渗透和电屏蔽的优点。由于金属层(具体的说是金属层的厚度)的不同，可以制成可变形的和刚硬的压层材料。对于某些材料组分，后者也可以被深拉，从而提供一种简单的制造用于密封和封装的盒和盖的方法。
制造塑料/金属压层材料经常采用下述两种方式中的一种：
1、被连接起来的表面中的一面被涂上粘性一致的聚氨酯粘结剂，然后，把这些表面在加热的状态下压在一起。粘结剂含有溶剂，必须通过在大的、消耗空间的干燥机中干燥被粘结的材料来除去溶剂。另外，必须通过将压层材料放置数月，以使水分扩散到粘接剂中使其硬化，从而对粘结剂进行后期硬化。粘结接合处的抗潮性差。
2、把塑料层在金属片上挤压成薄层形。对所使用的宽缝喷嘴有较高的要求。另外，商业上使用的挤压机和它们的螺旋较大，从而导致难以对于挤压不同的材料进行再调整、这种再调整要依靠周围的情况，并非常耗费时间。当需要灵活的生产方法，如在制造为比如用于精密的电子电路的不同类型的封壳时，这不适合生产小批量使用的压层材料材料。
塑料/金属压层材料也可以这样制造，即由一层离聚物塑料提供与金属层的粘合，在这里，粘合层也可以是压层材料的整个塑料组分，见欧洲专利申请EP-A20057994、美国专利US-A5376446、US- A4439810、US-A3725169和德国公开专利申请DE2233958。
发明内容
本发明的目的是和现有技术相结合解决上述问题，
具体地说，本发明的目的是提供一种适合机械地保护并电屏蔽电气和电子元件的压层材料。
另一个目的是提供能够低价、小批量生产的用于保护电元件的压层材料。
另一个目的是提供一种生产上述压层材料的方法，该压层材料可以以合理的价格用于小批量使用的电元件。
另一个目的是提供一种安全地保护精密的电元件的方法。
根据本发明的一种用于密封和封装电子元件或者具有安装其上的电子元件的电子电路板的压层材料，所述压层材料包括一个金属层和一个聚合物层，其特征在于，
-一外金属层，所述外金属层是一个镍片或镍箔层或者一个钢板层，并且其表面具有氧化层，
-一个所述外金属层内侧的热塑性塑料材料层，它具有至少热塑性离聚物塑料材料的表面层，和
-一个所述热塑性塑料材料层内侧的内金属层，其金属材料是铝或铜，并且具有在其表面的氧化层。
根据本发明的一种用于密封和封装电子元件或者具有安装其上的电子元件的电子电路板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
-提供一个第一压层材料，包括：
-一外金属层，所述外金属层是一个镍片或镍箔层或者一个钢板层，并且其表面具有氧化层，
-一个所述外金属层内侧的热塑性塑料材料层，它具有至少热塑性离聚物塑料材料的表面层，和
-一个所述热塑性塑料材料层内侧的内金属层，其金属材料是铝或铜，并且具有在其表面的氧化层，
- 提供一个第二压层材料，包括：
-一外金属层，所述外金属层是一个镍片或镍箔层或者一个钢板层，并且其表面具有氧化层，
-一个所述外金属层内侧的热塑性塑料材料层，它具有至少热塑性离聚物塑料材料的表面层，
-一个所述热塑性塑料材料层内侧的内金属层，其金属材料是铝或铜，并且具有在其表面的氧化层，和
-一个热塑性离聚物塑料材料的最内层，
-将所述电子元件放置于所述第一和第二压层材料之一的上部并且位于其内部区域，
-在加热的情况下，所述第一和第二压层材料的边缘区域之间互相加压，所述第一和第二压层材料的内层彼此相对，以实现沿所述第一和第二压层材料的边缘的密封，从而提供电子元件的密封封壳。
为了密封和屏蔽，使用的压层材料包括一层和金属片和/或板粘合的离聚物塑料。粘合是这样完成的，即在塑料层和金属表面之间不添加任何粘合剂，通过在加热情况下，对着经彻底干净处理的金属表面向塑料层施压。使用的金属要求在置于空气中时，它们的表面被氧化。这样，提供一个多层压层材料，即一层金属提供好的电屏蔽，最外金属层提供好的机械强度和/或化学抗腐蚀力。压层材料里面的塑料层在金属制成的电连接器的边缘直接以同样的方式粘合。
一般地来说，用于防扩散地放置物体的压层材料包括一金属层和一聚合物层，具体地说，包括其表面被空气氧化的第一金属层和第二离聚物塑料层。这些层直接相互粘合在一起，具体的说是通过在加压期间加热的方法。在加压期间的温度应该使离聚物塑料层是半熔化的或高度粘稠的。在加热的情况下加压后，进行更高温度下的热处理是有益的。在高温下，离聚物塑料层比加压期间明显地更具有流动性，从而大大地增加了金属层和聚合物层之间的粘合。第二层可以是热塑性塑料层上的表面材料层，具体地说，是聚乙烯或聚丙烯，该表面层是通过对热塑性塑料层的适当的处理得到。
压层材料还具有其表面也在空气中被氧化的第三金属层，此第三层直接粘合到离聚物塑料材料层上，它可以是第二层或是在热塑性塑料层的另一侧上的表面材料层。
进一步说，可以具有和第三层粘合的第四离聚物塑料材料层，尤其是以使该第四层是压层材料的内层或以使它是热塑性塑料基层的表面材料层。
压层材料用于密封和封装电子元件，尤其是用于其上装有电子元件的电子电路板，从而，第一外金属层是机械坚固的和/或抗腐蚀的金属材料，比如是一镍箔或镍片层或者一钢板层。从而，第三层是具有好的电导性的金属层，尤其是铝或铜。另外，金属材料层的种类最好是适合深拉，从而比如能制成刚性封壳。
不同层可以具有基本上相同的厚度，比如，不同层可以具有厚度约50μm。
当上述压层材料之间的接合件需要额外好的电屏蔽时，接合件可以被短路，比如用国际专利申请PCT/SE94/00255中描述的方法，该申请在此收入作为参考。
附图说明
现在，将参考附图，通过不受限制的实施方案对本发明进行更详细的描述，其中，
--图1是封装印刷电路板的部件分解透视图，其中压层材料作为底板；
--图2a和2b是用于封装和/或用于屏蔽的两个接合的压层材料的边缘区域的截面图；
--图3a和3b说明用于生产图2a的压层材料的生产过程。
具体实施方式
当加热时可以和许多金属表面良好地粘合的材料是热塑性离聚物塑料材料，比如市场上可以买得到的多种塑料，杜邦纳慕尔公司(E.I.Du Pont deNemours and Company)的“Surlyn”，如1652型，或埃克森化工美洲公司(ExxonChemical Americas)的“Iotek”。这些热塑性塑料材料具有含羧侧基-COO-的碳链，这些羧基通过锌离子Zn2+和/或其它的金属离子比如钠离子Na+相互连接。可以把与金属表面的粘合主要设想为通过金属离子被吸引到至少部分被氧化的金属表面上的和氧原子相结合的负电荷产生。这种机制是有效的被这样的事实所支持，即不能和不被氧化的金属表面(如金Au表面)粘合或者粘合很差，而且带较少电的离子(比如Na+)比Zn2+的结合力差。因此，这里优选的是基于锌离子的离聚物材料，当然也可以使用基于其它金属离子的热塑性离聚物塑料材料，前提是它们能提供对金属表面的上述好的粘合。
因此，为了离聚物层的好的粘合，所使用的金属表面不需要彻底的清理，而只需要除去灰尘、油和可能的粒子。氧化层必须保留在金属表面上。在金属层或金属表面上使用的典型的材料是镍、铝、钢形式的铁(比如深拉钢)、覆盖有保护层的钢(比如锌化钢)、铝锌合金(aluzinc)、铜等。金属的形式可以是刚硬的金属板、可变形的金属薄片或金属箔，离聚物层与之粘合。
图1显示了适用于电子电路板11的封装的部件分解透视图。电路板11和底板13相连，该底板包括比如由镍制成的下金属板或金属片15，和连在其上的一层离聚物塑料层17。离聚物层17如下述描述的那样通过加热状态下加压和金属片15结合。外部的电连接器终端(未显示)可位于下板13中。另外，具有一上部或盖19，它包括用于封装位于电路板11上的电子元件的碗形且位于中间的部分20和凸缘或边缘部分21，此凸缘或边缘部分沿着上部19的整个周边延申，并且具有一平的下表面。当密封和封装电路板11时，把上部19在适当的位置放置于下部13上，以使凸缘21的下表面和离聚物塑料层17的边缘部分接触。接着，对整个边缘部分加压加热，以此使盖19密封、机械固定或粘结到下部13上。
在封装在高频下使用的电子元件时，希望得到封壳内的元件能够完全电屏蔽。用上述的方法，不能得到完全的紧密封装，而在塑料材料17上形成一个小区域，无线电波能够在此漏进和漏出到用其它方法可以完全屏蔽的电路板11上的电路中。边缘部分的屏蔽可以通过上述国际专利申请中描述的方式实现。接着，使用具有突起部分的接触元件，把这些接触元件插入到形成下部和上部13、19之间的密封的边缘区域内。在这种情况下，在封装材料中设置两个金属层是有益的。图2a显示了适合上述装置的压层材料22、22′，图2a是两个同样压层材料的边缘接合的截面图。上述压层材料22的最外层是外抗腐蚀金属层23，如镍。该层内侧是离聚物塑料层25，其内侧是另外一金属层27。金属层27应该是好的电导体，在此选择铝。最里面是另外一离聚物塑料层29。压层材料中的不同层可以具有大致相同的厚度，比如可以使用厚度50μm。
图2a描述的压层材料，至少上述结构，十分适合用于生产比如图1所示的盖19的深度拉伸。在边缘部分的电屏蔽方面，放置具有彼此接触的自由离聚物塑料层29、29′，例如是同种类型的两压层材料22、22′。在压层材料的边缘区域之间，如图2a的31所示放置具有突起部分的细长的电导材料，比如加工成螺旋形(screw shape)的薄金属条。当对压层材料的边缘区域加热和加压时，金属条31的一部分进入压层材料22和22′中，对于适当的材料尺寸和材料选择下，将被压入并穿透内离聚物塑料层29和29′及由比如铝制成的内金属层27和27′。这样，压层材料22、22′内的屏蔽的内金属层27、27′获得电接触。接触材料31不穿透外保护材料层23、23′，尤其在这些外保护材料层由高机械强度材料(比如镍箔片)制成时。
当使用压层材料22、22′制造按照图1的屏蔽封壳时，里面的离聚物塑料层29或29′有可能被排除，但是在将要设置电连接器终端的那些区域内不能被排除，因为这些终端是沿着它们的边缘通过加热情况下加压适当地密封到离聚物塑料层上。图2b示出了由两个不同的压层材料22″和22′制成的封壳的边缘区域的截面图。
如图3a示意地示出的那样，按照图1、2a或2b的压层材料可以通过加热情况下加压很容易制造。为生产按照图2a的实施方案的压层材料22，切割成适当的形状的不同片23-29在一台压机中置于加压板33的被加热的加压表面之间。作为一种可替换的方法，可以使薄片或箔在加热柱体35之间层压在一起，见图3b。加压后，在更高温度下进行热处理，以进一步增加塑料和金属之间的粘合。
也进行了将压层材料放置在潮湿的空气(85％相对湿度)和高温(85℃)的试验。对于离聚物塑料叠层放置1500小时后不能观察到变化，而对于相应的传统方法制造的压层材料，200小时后，在塑料和金属片之间的粘合区域产生变化。
对压层材料的加压应该在尽可能高的温度下进行，即当单个或多个离聚物塑料层仍处于半熔化和不是太液体化时。通过在使塑料材料具有低粘性并容易流动的温度下的最后的热处理将明显地提高金属和离聚物塑料层之间的好的粘合。如果最后的热处理在较低温度下(比如120℃)进行，就不能得到最大限度的粘合，而如果使用较高温度(比如160℃)，单个或多个塑料层变奶白色，表明塑料材料的热分解。

Claims (11)

1.一种用于密封和封装电子元件或者具有安装其上的电子元件的电子电路板的压层材料，所述压层材料包括一个金属层和一个聚合物层，其特征在于，
-一外金属层，所述外金属层是一个镍片或镍箔层或者一个钢板层，并且其表面具有氧化层，
-一个所述外金属层内侧的热塑性塑料材料层，它具有至少热塑性离聚物塑料材料的表面层，和
-一个所述热塑性塑料材料层内侧的内金属层，其金属材料是铝或铜，并且具有在其表面的氧化层。
2.根据权利要求1所述的压层材料，其特征在于，所述热塑性塑料材料层是一个只包括热塑性离聚物塑料材料的层。
3.根据权利要求1或2所述的压层材料，其特征在于，一个包括热塑性离聚物塑料材料的最内层。
4.根据权利要求3所述的压层材料，其特征在于，所述最内层包括一个在一个热塑性塑料材料基层上的热塑性离聚物塑料材料表面层。
5.根据权利要求1或4的其中任一权利要求所述的压层材料，其特征在于，所述外、内金属层包括适合于深拉的材料。
6.根据权利要求1至5的其中任一权利要求所述的压层材料，其特征在于，所述压层材料的各层具有基本上相同的厚度。
7.根据权利要求1至6的其中任一权利要求所述的压层材料，其特征在于，所述压层材料的各层具有基本上为50μm的厚度。
8.一种用于密封和封装电子元件或者具有安装其上的电子元件的电子电路板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
-提供一个第一压层材料，包括：
-一外金属层，所述外金属层是一个镍片或镍箔层或者一个钢板层，并且其表面具有氧化层，
-一个所述外金属层内侧的热塑性塑料材料层，它具有至少热塑性离聚物塑料材料的表面层，和
-一个所述热塑性塑料材料层内侧的内金属层，其金属材料是铝或铜，并且具有在其表面的氧化层，
-提供一个第二压层材料，包括：
-一外金属层，所述外金属层是一个镍片或镍箔层或者一个钢板层，并且其表面具有氧化层，
-一个所述外金属层内侧的热塑性塑料材料层，它具有至少热塑性离聚物塑料材料的表面层，
-一个所述热塑性塑料材料层内侧的内金属层，其金属材料是铝或铜，并且具有在其表面的氧化层，和
-一个热塑性离聚物塑料材料的最内层，
-将所述电子元件放置于所述第一和第二压层材料之一的上部并且位于其内部区域，
-在加热的情况下，所述第一和第二压层材料的边缘区域之间互相加压，所述第一和第二压层材料的内层彼此相对，以实现沿所述第一和第二压层材料的边缘的密封，从而提供电子元件的密封封壳。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在提供所述第一压层材料时，也提供一个热塑性离聚物塑料材料的最内层。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在提供所述第一和/或第二压层材料时，所述热塑性塑料材料层是一个只包括热塑性离聚物塑料材料的层。
11.根据权利要求8至10的其中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在加压步骤之前，所述第一和第二压层材料的其中之一被深拉成适当的形状。
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