DE10115192A1

DE10115192A1 - Elektrisch leitende Paste

Info

Publication number: DE10115192A1
Application number: DE10115192A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ushijima; Yoshinobu Akiha
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: US6565773B2; GB2363521B; GB2363521A; GB0107770D0; JP2001279102A; DE10115192B4; US20010039309A1

Abstract

Es ist eine elektrisch leitende Paste vorgesehen, bei der leitende Füller, die aus Kupfermikrofasern bestehen, mit einem thermoplastischen Harz oder einem in Wärme aushärtenden Harz vermischt werden.

Description

Hintergrund zur Erfindung 1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Paste und insbesondere eine elektrisch leitende Paste mit aus gezeichneter elektrischer Leitfähigkeit oder ausgezeichneter. Abschirmeigenschaften bezüglich elektromagnetischer Wellen.

2. Stand der Technik

Bisher ergaben sich im Zusammenhang mit der Entwicklung von elektronischen Ausrüstungen oder dergleichen Probleme, zum Beispiel hinsichtlich des Einflusses elektromagnetischer Wel len bezüglich des menschlichen Körpers, die durch elektroni sche Ausrüstungen oder dergleichen erzeugt wurden oder hin sichtlich der Umweltbelastung, welche durch schädliche Sub stanzen, beispielsweise Lötmittel oder dergleichen, bei der Verschrottung der elektronischen Ausrüstungen entstanden. Um solche Probleme zu lösen, wurden Abschirmmaterialien gegen elektromagnetische Wellen entwickelt, bei denen elektrisch leitende Füller, die Metall, Ruß, etc. in synthetischen Harzen eingemischt sind oder elektrisch leitende Pasten, bei denen kein Blei verwendet wird, entwickelt wurden.

Zum Beispiel sind elektrisch leitende Pasten, bei denen elek trisch leitende Füller aus Kupferpulver, Elektrolytkupferpul ver oder dergleichen, synthetischem Harz beigemischt sind, allgemein bekannt. Bei solchen elektrisch leitenden Pasten muß, um zufriedenstellende Abschirmeigenschaften bezüglich elektromagnetischer Wellen oder eine zufriedenstellende Leit fähigkeit zu erzielen, eine große Menge an elektrisch leiten den Füllern zugemischt werden. Es besteht daher das Problem, daß die Materialkosten erhöht sind. Darüber hinaus werden sol che elektrisch leitenden Pasten gewichtsmäßig so schwer, daß sich das Problem einer schlechteren Handhabbarkeit ergibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung der vorgenannten Gegebenheiten ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch leitende Paste vorzusehen, die trotz eines geringen Füllungsgrades mit elektrisch leitenden Füller hinsichtlich Abschirmeigenschaften gegen elektromagnetische Wellen oder Leitfähigkeit verbessert ist.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist entsprechend der Erfindung eine elektrisch leitende Paste vorgesehen, bei der die elektrisch leitenden Füller, die aus Kupfermikrofasern be stehen, einem thermoplastischem Harz oder einem in Wärme aus härtenden Harz beigemischt sind.

Die elektrisch leitende Paste gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine höhere elektrische Leitfähigkeit bei einer gerin geren Füllung mit elektrisch leitenden Füllern, als konventio nelle elektrisch leitende Pasten auf, bei denen Kupferpulver als elektrisch leitender Füller, Elektrolytkupferpulver oder dergleichen einem synthetischen Harz beigemischt sind. Zu sätzlich ist die elektrisch leitende Paste gemäß der vorlie genden Erfindung besser bezüglich Abschirmung gegen elektromagnetische Wellen. Als Grund wird folgendes angenom men. Elektrisch leitende Füller, die aus Kupfermikrofasern er zeugt werden, haben nämlich eine fein faserige Gestalt. Es folgt daraus, daß die elektrisch leitenden Füller so in dem Harz verteilt sind, daß sie miteinander verhakt sind. Die elektrisch leitenden Füller haben daher sehr viele Kontakt punkte miteinander. Da des weiteren solche Kontaktbedingungen bei den elektrisch leitenden Füllern erhalten werden, wird ei ne große Anzahl von elektrisch leitenden Pfaden im Verhältnis zu konventionellen elektrisch leitenden Pasten gebildet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das die Meßergebnisse der elektri schen Widerstände der leitenden Beschichtungen im Vergleich darstellt.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Meßergebnisse der elektro magnetischen Wellenabschirmeigenschaften der leitenden Be schichtungen in einem magnetischen Feld im Vergleich dar stellt.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Meßergebnisse bezüglich der elektromagnetischen Wellenabschirmeigenschaften der leitenden Beschichtungen in einem magnetischen Feld im Vergleich dar stellt.

Fig. 4 zeigt ein Elektronenmikroskopbild der Kupfermikrofa sern.

Fig. 5A und 5B zeigen jeweils ein Elektronenmikroskopbild von Kupferpulver bzw. Elektrolytkupferpulver als Vergleichsbei spiele.

Spezifische Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail beschrie ben.

Die leitende Paste gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines spezifischen thermoplastischen Harzes oder in Wärme aushärtenden Harzes begrenzt. Bekannte thermo plastische Harze oder in Wärme aushärtende Harze zur Verwen dung bei einer herkömmlichen leitenden Paste können z. B. ent sprechend der Anwendung und der gewünschten Eigenschaften im festen Zustand ausgewählt werden. Beispiele für thermoplasti sches Harz umfassen Vinylchloridharz, Vinylacetatharz, Poly esterharz, Acrylharz, Polycarbonatharz, Polyamidharz, Poly formaldehydharz, Polystyrenharz, Polyolefinharz, wie zum Bei spiel Polyethylenharz, etc. Andererseits umfassen Beispiele für in Wärme aushärtendes Harz Epoxidharz, Phenolharz, Polyu rethanharz, Melaminharz, ungesättigtes Polyesterharz, Silikon harz, Harnstoffharz, etc.

Kupfermikrofasern, die als leitende Füller bei der vorliegen den Erfindung verwendet werden und in dem Elektronenmikrograph gemäß Fig. 4 gezeigt sind, weisen feinfaserige Körper mit ei nem mittleren Faserdurchmesser von 0,1 µm bis 25 µm und einer mittleren Faserlänge von nicht mehr als 4 cm auf. Die Kupfer fasern weisen im allgemeinen Biegungen, Verengungen, Abzwei gungen, etc. auf. Kupferhaltiges Chlorid wird zum Beispiel durch Ruß zusammen mit Wasserdampf reduziert, so daß solche Kupfermikrofasern in hoher Ausbeute erzielt werden können.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die Kupfermikrofasern für die Verwendung als leitende Füller (nachfolgend "Kupfermi krofaserfüller" genannt) zerkleinert. Hinsichtlich der Gestalt der Kupfermikrofaserfüllern, der Dispersionsfähigkeit in einem Harz oder dergleichen ist es vorteilhaft, wenn der mitt lere Faserdurchmesser auf einen Bereich von 0,1 µm bis 25 µm und die mittlere Faserlänge auf einen ungefähren Bereich von 1 µm bis 1000 µm festgelegt wird. Der Anteil der Kupfermikrofa serfüller wird geeignet in Übereinstimmung mit der benötigten elektrischen Leitfähigkeit festgelegt.

Die elektrisch leitende Paste gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Mischen der Kupfermikrofaserfüller mit dem thermo plastischen Harz oder in dem in Wärme aushärtenden Harz durch bekannte Mischer einfach erzielt werden. Die erzielte elek trisch leitende Paste kann für Anwendungen in verschiedenen Gebieten als elektromagnetischer Wellenabschirmwerkstoff, elektrisch leitende Paste oder dergleichen in der gleichen Weise wie eine herkömmliche elektrisch leitende Paste geeignet verwendet werden.

Beispiel

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend insbesondere auf der Basis von Beispiel 1 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 erläutert. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf das nachfolgende Beispiel begrenzt.

Vorbereitung der Kupfermikrofasern

99 g Kupferchlorid (CuCl, mit einer Reinheit von 99,9%, herge stellt von WAKO PURE CHEMICAL INDUSTRIES, Ltd.) und 12 g Ruß (Ketjenblack EC, hergestellt von LION CORP.) wurden homogen in einem Achatmörser gemischt. Die Mischung wurde in ein Alumini umoxidboot (300 mm lang) gegeben und das Aluminiumoxidboot wurde in einen Tränkabschnitt einer Reaktionsrohre (innerer Durchmesser von 70 mm) eines rohrförmigen elektrischen Ofens gegeben. Sobald die Temperatur des Tränkabschnitts 80°C er reichte, wurde Argongas, das einem Bubbling in destilliertem Wasser bei 80°C unterzogen wurde, mit einer Rate von 200 cm³/min derart zirkuliert, daß Wasserdampf dem Reaktionssystem zugeführt wurde. Die Temperatur des Tränkabschnitts wurde nun mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min auf 630°C erhöht und eine Reaktion wurde in dem Tränkabschnitt für 20 Stunden erzeugt. Eine Reaktionsmischung, die derart erzielt wurde, wurde in einen Becher gegeben, der 1000 cm³ an destilliertem Wasser enthielt. Durch die Verwendung eines Homogenisators wurden Kupfermikrofasern hergestellt. Nachdem die Kupfermikro fasern entwirrt wurden, konnten sie leicht von dem Ruß ge trennt werden. 400 cm³ Benzol wurde dann hinzugeben und ferner erfolgte ein Ultraschallrühren. Die Kupferfasern und das un reagierte CuCl wurden daher im wesentlichen vollständig von dem Ruß getrennt, so daß die Kupfermikrofasern und das unrea gierte CuCl im destillierten Wasser verblieb, während das Ruß im Benzol verblieb. Die Kupfermikrofasern in dem destillierten Wasser wurden dann durch Filtern unter reduziertem Druck ge trennt. Die separierten Kupfermikrofasern wurden in einer de komprimierten Stickstoffatmosphäre getrocknet. Die getrockne ten Kupfermikrofasern wurden ferner einer Wasserstoffreduzie rungsbehandlung bei 400°C für eine 1 Stunde unterzogen. Durch die Reduzierungsbehandlung wurde eine Spur von CuCl, die an den Fasern klebte, zu Cu reduziert.

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 Zubereitung der elektrisch leitenden Paste

Die Kupfermikrofasern, die derart erzielt wurden, wurden für 5 Sekunden mittels eines Mischers mit zwei Schneiden zerkleinert und durch ein Gitter mit einer Öffnungsgröße von 63 µm eines Schallklassierapparates gegeben und gesammelt. Die Kupfermi krofaserfüller wurden derart erzeugt. Die Kupfermikrofaserfül ler wiesen einen Faserdurchmesser von 10 µm bis 20 µm und eine mittlere Faserlänge von 28,32 µm auf.

Die Kupfermikrofaserfüller wurden einem verflüssigten Re solphenolharz (PL-4348, hergestellt von GUNEI CHEMICAL INDU STRY CO., Ltd.) zugefügt, wobei der Füllungsgrad mit Kupfermi krofaserfüllern geändert wurde. Das Harz und die Kupfermikro faserfüller wurden fünfmal durch eine Mühle mit drei Trommeln gegeben, so daß sie gemischt wurden. Die elektrisch leitende Paste wurde derart hergestellt (Beispiel 1). Zum Vergleich wurde kommerziell verfügbares Kupferpulver (Cu-AT-350, herge stellt von FUKUDA METAL FOIL & POWDER CO., LTD, das eine durchschnittliche Partikelgröße von 17,64 µm aufweist - Vergleichsbeispiel 1 -) und kommerziell erhältliches Elektro lytkupferpulver (FCC-SP-99, hergestellt von FUKUDA METAL FOIL & POWDER CO., LTD, mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 11,69 µm - Vergleichsbeispiel 2 -) benutzt, um in der glei chen Art, wie vorbeschrieben, herzustellen. Dabei wurden Kup ferpulver und Elektrolytkupferpulver einer Wasserreduktionsbe handlung und einer Zerkleinerung/Klassifizierung unterzogen, um Bedingungen zu erzielen, die denen bezüglich des Kupfermi krofaserfüllers identisch sind. Fig. 5A zeigt ein Elektronen mikroskopbild des Kupferpulvers und Fig. 5B ein solches des Elektrolytkupferpulvers. Für diese so erhaltenen ausgehärteten Beschichtungen wurden die Eigenschaften bezüglich elektrischer Widerstand und Abschirmung gegen elektromagnetische Wellen ge messen.

Messung des elektrischen Widerstands

Nachdem Glassubstrate jeweils mit einer solchen elektrisch leitenden Paste beschichtet wurden, wurden diese Pasten er wärmt und bei einer Temperatur von 150°C 1 Stunde lang ausge härtet. Auf diese Weise wurden viele elektrisch leitende Be schichtungen vorbereitet. Mittels der DC Vierpolschaltungsver fahren wurde für jede der elektrisch leitenden Beschichtungen der elektrische Widerstand gemessen. Die Ergebnisse sind in dem Diagramm gemäß Fig. 1 wiedergegeben. Die elektrisch leitende Beschichtung mit Kupfermikrofaserfüllern weist einen geringeren elektrischen Widerstand auf als jeglich andere elektrisch leitende Beschichtung. Zum Beispiel macht die Fül lung der Kupfermikrofaserfüller in der elektrisch leitenden Beschichtung ungefähr 400 Teile auf 100 Teile von Harz aus, um einen elektrischen Widerstand von 10^-4Ωcm zu erhalten, während bei Verwendung von Elektrolytkupferpulver 600 Teile auf 100 Teile von Harz gewählt werden müssen. Hieraus ergibt sich, daß die gewünschte elektrische Leitfähigkeit mit einem geringeren Füllungsgrad erreicht werden kann, wenn Kupfermikrofaserfüller verwendet werden.

Messung der Abschirmeigenschaften gegen elektromagnetische Wellen

Für jede der oben genannten elektrisch leitenden Pasten wurden die Abschirmeigenschaften bezüglich elektromagnetischer Wellen mittels KEC-Methode (Kansai Electronic Industry Development Center) gemessen, indem der Füllungsgrad genutzt wurde, der den niedrigsten elektrischen Widerstandswert bei der oben ge nannten Messung des elektrischen Widerstands aufwies. So wurde ein 75 µm dicker PET-Film mit einem 0,08 m dicken Teflonband so abgeklebt, daß ein Eckbereich von 100 mm × 120 mm frei blieb. Dieser Bereich wurde dann jeweils mit einer der oben genannten elektrisch leitenden Pasten beschichtet. Jede elektrisch lei tende Paste wurde bei 150°C für 1 Stunde ausgehärtet. So wurde eine Vielzahl von elektrisch leitenden Beschichtungen vorbe reitet und die Abschirmeigenschaften bezüglich elektromagneti scher Wellen dieser elektrisch leitenden Beschichtungen wurden bei Nahfeldübertragung im elektrischen Feld bzw. magnetischen Feld gemessen. Fig. 2 zeigt die Meßergebnisse bei Nahfeldüber tragung im elektrischen Feld und Fig. 3 die Meßergebnisse bei Nahfeldübertragung im magnetischen Feld.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, zeigten die elektrisch leitenden Beschichtungen unter Nutzung von Kupfermikrofaser füllern und von Elektrolytkupferpulver im elektrischen Feld im wesentlichen gleich hohe Abschirmeigenschaften gegen elektro magnetische Wellen über einen großen Frequenzbereich. Der Wert des Abschirmeffektes gegen elektromagnetische Wellen betrug 80 bis 90 dB bei 500 MHz als Mittelwert des Messbereiches. Ande rerseits zeigte die elektrisch leitende Beschichtung unter Verwendung von Kupferpulver mit einer niedrigen Leitfähigkeit einen geringeren Abschirmeffekt. Bezüglich des Abschirmeffek tes in einem Magnetfeld verhielt sich, wie aus Fig. 3 ersicht lich, die elektrisch leitende Beschichtung, bei der Kupfermi krofaserfüller verwendet wurden, den höchsten (55 dB bei 500 MHz) und die elektrisch leitende Beschichtung, bei der Elek trolytkupferpulver verwendet wurde, die zweit höchste (50 dB bei 500 MHz) und die elektrisch leitende Beschichtung, bei der Kupferpulver verwendet wurde, den schlechtesten (35 dB bei 500 MHz) Abschirmeffekt.

Auch aus den Meßergebnissen bezüglich der Abschirmeigenschaf ten gegen elektromagnetische Wellen kann man entnehmen, daß ein exzellenter Abschirmeffekt mit einem geringeren Füllungs grad erzielbar ist, wenn Kupfermikrofaserfüller verwendet wer den.

Wie oben beschrieben wurde, kann entsprechend der Erfindung eine elektrisch leitenden Paste erzielt werden, die eine ex zellente Leitfähigkeit und ausgezeichnete Abschirmeigenschaf ten gegen elektromagnetische Wellen trotz geringer Füllung mit einem elektrisch leitenden Füller im Verhältnis zu einer kon ventionellen elektrisch leitenden Paste erzielt werden.

Claims

1. Elektrisch leitende Paste umfassend
ein thermoplastisches Harz oder ein in Wärme aushärtendes Harz,
elektrisch leitende Füller, die Kupfermikrofasern enthal ten, wobei die leitenden Füller in das besagte Harz ge mischt werden.

2. Elektrisch leitende Paste gemäß Anspruch 1, wobei die lei tenden Füller, die Kupfermikrofasern enthalten, einen mitt leren Faserdurchmesser in einem Bereich von 0,1 µm bis 25 µm und eine mittlere Faserlänge in einem Bereich von 1 µm bis 1000 µm aufweisen.