DE112019003061T5 - Flexible elektrisch leitfähige Pasten und damit hergstellte Vorrichtungen - Google Patents

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Edmund Francis Schieffer Jr.
Hoang Vi Tran
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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung bereit, die leitfähiges Metallpulver, ein Harzgemisch aus Polyol- und Phenoxyharz, blockiertes aliphatisches Polyisocyanat und ein oder mehrere polare aprotische Lösungsmittel umfasst. Bei einer Ausführungsform wird die Pastenzusammensetzung für die Herstellung von elektrisch leitfähigem Klebstoff verwendet. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Pastenzusammensetzung für die Herstellung eines elektrisch leitfähigen Polymerdickfilms verwendet.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität nach 35 USC 119(e) der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/686,343 , eingereicht am 18. Juni 2018, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/799,394 , eingereicht am 31. Januar 2019. Die Anmeldungen werden beide durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin aufgenommen.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzungen zur Verwendung als flexible elektrisch leitfähige Klebstoffe und zur Herstellung dehnbarer elektrischer Schaltungen auf einem Substrat, sowie Vorrichtungen und Schaltungsbaugruppen, die mit derartigen Zusammensetzungen hergestellt sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es besteht zunehmender Bedarf an dehnbaren elektrischen Leitern und flexiblen elektrisch leitfähigen Klebstoffen („electrically conductive adhesives“, ECA). Ein Trend der In-Mold-Elektronik(IME)-Industrie ist, elektrische Komponenten, wie z. B. LEDs, vor Warmformen an einer Leiterbahn auf einem Substrat zu befestigen. ECA-Paste auf Epoxyduroplast-Basis bietet eine gute Leistung zum Erzielen einer starken Haftstärke an der Leiterbahn. Allerdings lösen sich befestigte Komponenten aufgrund des beschränkten Flexibilitätsgrads der stark vernetzten Zusammensetzung bei Verbiegen oft leicht ab. ECA-Paste auf der Basis von thermoplastischem Bindemittel ist ein guter Weg, das Flexibilitätsproblem zu lösen;
    allerdings entspricht die Haftstärke gewöhnlich nicht der benötigten.
  • Dehnbare Leiter sind für elektrische Schaltungen in tragbaren Kleidungsstücken erforderlich. Diese Leiter müssen dehnbar sein und Wasch- und Trocknungszyklen standhalten können.
  • Es besteht anhaltender Bedarf an verbesserten dehnbaren elektrischen Leitern und flexiblen elektrisch leitfähigen Klebstoffen (ECA).
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung bereit, die umfasst:
    1. (a) leitfähiges Metallpulver;
    2. (b) ein Harzgemisch aus Polyol- und Phenoxyharz, die beide Hydroxygruppen (OH) enthalten;
    3. (c) blockiertes aliphatisches Polyisocyanat, das Isocyanatgruppen (NCO) enthält; und
    4. (d) ein oder mehrere polare aprotische Lösungsmittel, wobei das Harzgemisch und das blockierte aliphatische Polyisocyanat in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln gelöst sind und das Metallpulver in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln dispergiert ist.
  • Bei einer Ausführungsform liegt das Verhältnis der Anzahl von Hydroxygruppen des Harzgemischs zu der Anzahl von Isocyanatgruppen des blockierten aliphatischen Polyisocyanats, OH/NCO, in dem Bereich von 8 bis 25 und liegt das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zu dem Gewicht des Harzgemischs, Metall/Harzgemisch, in dem Bereich von 4 bis 7, wobei die elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung insbesondere für die Verwendung als ECA geeignet ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform liegt das Verhältnis der Anzahl von Hydroxygruppen des Harzgemischs zu der Anzahl von Isocyanatgruppen des blockierten aliphatischen Polyisocyanats, OH/NCO, in dem Bereich von 1 bis 10 und liegt das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zu dem Gewicht des Harzgemischs, Metall/Harzgemisch, in dem Bereich von 7 bis 10, wobei die elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung insbesondere für die Verwendung zum Drucken von dehnbaren elektrischen Leitern geeignet ist. Derartige Leiter sind in elektrischen Schaltungen für tragbare Gegenstände und andere Gegenstände, für die dehnbare Leiter erforderlich sind, verwendbar.
  • Ferner stellt die Erfindung eine elektrische Schaltungsbaugruppe bereit, bei der ein oder mehrere elektrische Schaltungselemente an einem Substrat, das leitfähige Metallbahnen trägt, unter Verwendung der elektrisch leitfähigen Polymerdickschicht-Klebstoffpastenzusammensetzung gemäß der Erfindung befestigt sind, und Gegenstände, die dehnbare elektrische Leiter enthalten, die aus der elektrisch leitfähigen Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung gemäß der Erfindung gebildet sind.
  • Bei einer weiteren Erscheinungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Schaltungselements, das einen Anschluss aufweist, an einem Substrat bereit, das eine erste und eine zweite Hauptoberfläche und eine Leiterbahn auf der ersten Oberfläche aufweist, umfassend die Schritte:
    1. (a) Bereitstellen einer Spritzgussform, die aus einer Vielzahl von Gegenstücken besteht, die, wenn zusammengefügt, gemeinsam einen Innenhohlraum definieren, der dafür ausgelegt ist, geschmolzenes Kunststoffmaterial aufzunehmen, das auf das Substrat geformt werden soll;
    2. (b) Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 auf wenigstens eines von dem Anschluss und einem Verbindungspunkt der Leiterbahn, der mit dem Anschluss elektrisch verbunden werden soll;
    3. (c) Zusammenfügen der Spritzgussform, in der das Substrat und das Schaltungselement eingeschlossen sind, wobei das Schaltungselement an der ersten Oberfläche mit dem Anschluss in Deckung mit dem Verbindungspunkt und in Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Klebstoff angeordnet ist;
    4. (d) anschließend Füllen des Innenhohlraums mit einem geschmolzenen Kunststoffmaterial; und
    5. (e) Erstarrenlassen des Kunststoffmaterials und anschließend Entnehmen des Substrats und des daran befestigten Schaltungselements aus der Spritzgussform,
    und wobei der Hohlraum so gestaltet ist, dass das Kunststoffmaterial, wenn erstarrt, das Schaltungselement wenigstens teilweise einbettet und es an dem Substrat befestigt, wobei der Anschluss elektrisch mit der Leiterbahn verbunden wird.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile werden ersichtlich werden, wenn auf die nachstehende ausführliche Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszahlen ähnliche Elemente in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, und wobei:
    • 1 einen Teil einer Schaltungsbaugruppe nach dem Stand der Technik, die eine elektrische Verbindungselementbaugruppe enthält, die an einem Substrat befestigt ist, in schematischer Querschnittsansicht darstellt; und
    • 2 einen Teil einer Schaltungsbaugruppe, bei der eine elektrische Verbindungselementbaugruppe unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs gemäß der vorliegenden Offenbarung an einem Substrat befestigt ist, in schematischer Querschnittsansicht darstellt; und
    • 3 einen Teil einer weiteren Schaltungsbaugruppe, bei der eine elektrische Verbindungsbaugruppe unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs gemäß der vorliegenden Offenbarung an einem Substrat befestigt ist, in schematischer Querschnittsansicht darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Bei einer Erscheinungsform betrifft die Erfindung eine elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung.
  • Bei einer Ausführungsform ist diese leitfähige Pastenzusammensetzung fähig, ein elektrisches Schaltungselement an ein Substrat anzukleben und eine zufriedenstellende elektrische Verbindung zwischen dem Schaltungselement und Leiterbahnen auf dem Substrat bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die mit einer derartigen Zusammensetzung aufgebaut ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung. Die Zusammensetzung kann bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, einschließlich solcher, bei denen das Basissubstrat warmgeformt werden soll oder während der Endverwendung flexibel bleiben soll.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Pastenzusammensetzung verwendet, um dehnbare elektrische Leiter für Gegenstände wie tragbare Kleidungsstücke und Sitzflächen zu bilden. Ferner stellt die Erfindung Gegenstände bereit, die derartige Leiter enthalten.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Pastenzusammensetzung als „leitfähig“ soll bedeuten, dass die Zusammensetzung zu einer Struktur geformt und anschließend verarbeitet werden kann, um eine elektrische Leitfähigkeit aufzuweisen, die ausreicht, um elektrischen Strom zwischen damit verbundenen Vorrichtungen und Schaltungen oder zwischen Komponenten einer Schaltung zu leiten. In vielen Fällen kann eine mit dem vorliegenden elektrisch leitfähigen Klebstoff (ECA) hergestellte mechanische und elektrische Verbindung eine Alternative zu herkömmlichem Löten darstellen.
  • Verschiedene Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung entsprechen dem Bedarf an elektrisch leitfähigen Klebstoffen, die fähig sind, elektrische Komponenten mit einer ausreichenden Flexibilität an ein Substrat zu binden und damit zu verbinden, um der Herstellung von In-Mold-Elektronik(IME)-Vorrichtungen und -Schaltungsbaugruppen gerecht zu werden.
  • Allgemein gesagt, umfassen IME-Vorrichtungen ein Substrat (gewöhnlich ein Polymer), auf dem verschiedene Halbleiter und andere elektronische Komponenten angebracht sind. Die Komponenten werden unter Verwendung eines ECA an einem Substrat befestigt und mit auf dem Substrat gebildeten metallischen Leiterbahnen elektrisch verbunden. In vielen Fällen weist das Substrat eine komplizierte, nichtplanare Gestalt auf. Beispielsweise werden IME-Vorrichtungen weithin in Armaturentafeln von Automobilen verwendet. Besonders wünschenswert ist die Fähigkeit, die benötigte Gestalt durch Warmformverfahren zu bilden, nachdem die Komponenten an dem Substrat befestigt worden sind. Dies erfordert aber, dass die Verbindungen stark und flexibel sind, um den thermischen und mechanischen Spannungen des Formverfahrens standzuhalten und eine fertige Baugruppe zu ergeben, die im Betrieb robust und zuverlässig ist. Gleichermaßen ist für die fertige Baugruppe bei ihrer Endverwendung, bei der sie vermutlich mechanische Spannung durch Extremtemperaturen, Wärmezyklen, Schwingungen und andere mechanische Kräfte erfährt, mechanische Integrität wichtig. ECA-Formulierungen zeigen bisher im Allgemeinen keine Kombination von ausreichend guter Festigkeit und Flexibilität, um zuverlässige Herstellungsverfahren zu ermöglichen und robuste Eigenschaften für typische Endverwendungen zu erhalten.
  • Bei einer weiteren Erscheinungsform wird die vorliegende ECA-Pastenzusammensetzung bei einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsbaugruppe, wie z. B. einer IME-Vorrichtung, eingesetzt, wobei elektrische Schaltungselemente eines beliebigen gewünschten Typs auf einem Substrat, das geeignete leitfähige Metallbahnen trägt, befestigt werden. Die Verwendung einer ECA-Pastenzusammensetzung ermöglicht die mechanische Fixierung der Schaltungselemente an dem Substrat und die gleichzeitige elektrische Verbindung mit den Leiterbahnen durch einen einfachen Herstellungsvorgang für Schaltungsbaugruppen, der leicht zu automatisieren ist. Eine mechanisch starke Befestigung verbessert vorteilhaft die Zuverlässigkeit und die Ausbeute des Herstellungsvorgangs sowie die Haltbarkeit der Schaltungsbaugruppe bei ihren vorgesehenen Endverwendungen.
  • Eine weitere Erscheinungsform der Offenbarung stellt eine elektrische Schaltungsbaugruppe, wie z. B. eine unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellte, bereit. Ferner stellt sie eine elektrische Schaltungsbaugruppe bereit, bei der elektrische Schaltungselemente unter Verwendung der Pastenzusammensetzung gemäß der Erfindung an einem Substrat, das leitfähige Metallbahnen trägt, befestigt sind. Bei einer Ausführung wird ein Schaltungselement, das unter Verwendung der vorliegenden ECA-Zusammensetzung an einem Substrat befestigt und damit verbunden ist, weiter gesichert, indem es mit einem geeigneten Kunststoffmaterial, das das Schaltungselement wenigstens teilweise einbettet, umspritzt wird. Das Umspritzen kann durch jedes geeignete Verfahren durchgeführt werden, einschließlich, ohne Beschränkung, eines Spritzgussverfahrens.
  • Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „elektrisches Schaltungselement“ ohne Beschränkung jedes aus einer Vielzahl von Halbleitern, Transistoren, integrierten Schaltungen (ICs), diskreten Vorrichtungen, lichtemittierenden Dioden (LED), Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten, Transformatoren, Antennen, mechanischen oder kapazitiven Schaltern, Relais, Verbindungselementen und anderen elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und elektromechanischen Komponenten und Baugruppen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Jede dieser Vorrichtungen weist gewöhnlich Anschlüsse auf, durch die sie mit anderen Schaltungen elektrisch verbunden werden können. Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende ECA-Pastenzusammensetzung insbesondere zum Befestigen und Verbinden von Vorrichtungen, die auf dem Fachgebiet als „oberflächenmontierbare“ Vorrichtungen bekannt sind, geeignet. Obwohl die vorliegende ECA-Pastenzusammensetzung zum Befestigen von Vorrichtungen verwendet werden kann, die manuell auf einem Substrat platziert werden, wird sie vorteilhaft zum Befestigen von Vorrichtungen eingesetzt, die durch „Bestückung“ oder andere derartige automatisierte Verfahren auf einem Substrat angeordnet werden. Alternativ dazu können Vorrichtungen als Teil eines wie nachstehend ausführlicher beschriebenen Umspritzverfahrens angeordnet und befestigt werden.
  • Idealerweise liefert die ECA-Pastenzusammensetzung sowohl eine hohe Bindungsfestigkeit zum Befestigen eines Schaltungselements an einem Substrat als auch eine widerstandsarme Verbindung zwischen den Anschlüssen des Elements und Leiterbahnen auf dem Substrat. Bei der Bereitstellung eines elektrischen Leiters für ein tragbares Kleidungsstück muss die Pastenzusammensetzung einen Leiter ergeben, der dehnbar ist und Wasch- und Trocknungszyklen standhalten kann.
  • Wenn die Pastenzusammensetzung zur Herstellung dehnbarer elektrischer Leiterfilme für Gegenstände wie tragbare Kleidungsstücke und Sitzflächen verwendet wird, muss der aus der Pastenzusammensetzung gebildete elektrisch leitfähige Film gut an dem Substrat haften, auf das er aufgebracht worden ist. Wenn der Gegenstand ein tragbares Kleidungsstück ist, muss der Film seine leitfähigen Eigenschaften bewahren, auch wenn er Wasch- und Trocknungszyklen unterworfen wird.
  • Elektrisch leitfähige Klebstoff(ECA)-Zusammensetzung
  • Die vorliegende elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Klebstoffpastenzusammensetzung umfasst leitfähiges Metallpulver, ein Harzgemisch aus Polyol- und Phenoxyharz, ein blockiertes aliphatisches Polyisocyanat und ein oder mehrere polare, aprotische Lösungsmittel, wobei das Harzgemisch und das blockierte aliphatische Polyisocyanat in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln gelöst sind und das Metallpulver in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln dispergiert ist.
  • Die Pastenzusammensetzung wird als Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung bezeichnet, da das Polymer während der vorgesehenen Endverwendung als elektrisch leitfähiger Klebstoff oder elektrisch leitfähiger Film als Komponente bestehen bleibt. Die verschiedenen Bestandteile der Zusammensetzung werden in den nachstehenden Abschnitten ausführlich beschrieben.
  • Leitfähiges Metallpulver
  • Das hierin verwendete leitfähige Metallpulver ist elektrisch leitfähiges Metallpulver. Zu beispielhaften Metallen gehören, ohne Beschränkung, Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Palladium, Platin, Aluminium und Legierungen und Gemische davon. Bei manchen Ausführungsformen ist das elektrisch leitfähige Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Cu und Pd. Bei einer Ausführungsform besteht das elektrisch leitfähige Metall im Wesentlichen aus Silber, das aufgrund seiner Verarbeitbarkeit und hohen Leitfähigkeit vorteilhaft ist. Es kann aber eine Zusammensetzung, die wenigstens etwas an Nichtedelmetall enthält, verwendet werden, um die Kosten zu verringern oder um andere Eigenschaften zu modifizieren. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann das Metallpulver Kern-Schale-Partikel umfassen, wie z. B. solche, bei denen eine Silberschale mit einer beliebigen Dicke einen Kern aus einem anderen der genannten Metalle, wie z. B. Kupfer, bedeckt. Der Einfachheit halber können derartige Pulverpartikel beispielsweise silberbeschichtetes Kupferpulver genannt werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann Silberpulver mit Silberchloridpulver gemischt sein. Das bei Ausführungsformen der vorliegenden elektrisch leitfähigen Pastenzusammensetzung verwendete leitfähige Metallpulver kann unabhängig von dem Harzgemisch, dem blockierten Polyisocyanat und dem Lösungsmittel, die nachstehend beschrieben werden, und nur abhängig von der Endverwendungsanwendung und den damit verbundenen Herstellungsanforderungen ausgewählt werden.
  • In der vorliegenden Pastenzusammensetzung verwendetes leitfähiges Metallpulver kann als fein verteilte Partikel mit einer beliebigen Morphologie bereitgestellt werden, einschließlich, ohne Beschränkung, einer oder mehrerer der folgenden Morphologien: einer Flockenform, einer sphärischen Form, einer Stäbchenform, einer Körnchenform, einer knotigen Form, einer schichtförmigen oder beschichteten Form und anderer unregelmäßiger Formen. Ferner werden Gemische von Partikeln von mehr als einem dieser Typen und Gemische von Partikeln des gleichen Typs, die unterschiedliche Größenverteilungen aufweisen, in Betracht gezogen. Wenn mehr als ein Typ von Pulver verwendet wird, beispielsweise wenn zwei Typen von Silberpulver verwendet werden, wird vorzugsweise zuerst das Silberpulver mit der kleineren Partikelgröße einverleibt und die Probe wird gewalzt, bevor das Silberpulver mit dem größeren d50 zugegeben wird.
  • Die Partikelgröße des Metallpulvers unterliegt keiner besonderen Beschränkung, solange die benötigten funktionellen Eigenschaften erhalten werden können. Wie hierin verwendet, soll „Partikelgröße“ die „mediane Partikelgröße“ oder d50 bezeichnen, womit die 50%-Volumenverteilungsgröße gemeint ist. Die Partikelgrößenverteilung kann auch durch andere Merkmale charakterisiert werden, wie z. B. d90, mit der Bedeutung, dass 90 Vol.-% der Partikel kleiner als d90 sind, oder d10, mit der Bedeutung, dass 10 % der Partikel kleiner als d10 sind. Alle diese Größencharakteristika der Volumenverteilung können durch verschiedene dem Fachmann bekannte Verfahren bestimmt werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, durch Laserbeugungs- und -streuungsverfahren, die von einem Micro X100-Partikelgrößenanalysator (Montgomeryville, PA) eingesetzt werden. Auch Laserlichtstreuung, z. B. unter Verwendung eines Model LA-910 Partikelgrößenanalysators, der von Horiba Instruments Inc. (Irvine, CA) im Handel erhältlich ist, kann eingesetzt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die mediane Größe der Metallpartikel größer als 0,2 µm und kleiner als 10 µm, oder größer als 0,5 µm und kleiner als 10 µm, oder größer als 1 µm und kleiner als 10 µm, wie gemessen unter Verwendung des Microtrac X100-Analysators.
  • Bei einer Ausführungsform bildet das elektrisch leitfähige Metallpulver von etwa 55 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% der Pastenzusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung. Bei weiteren Ausführungsformen bildet das elektrisch leitfähige Metallpulver von etwa 60 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% der Pastenzusammensetzung. Die Menge an leitfähigem Pulver muss ausreichen, um einen wünschenswerten Leitfähigkeitsgrad zu erzielen, eine zu hohe Pulverbeladung kann sich aber ungünstig auf die Rheologie der Zusammensetzung oder die Eignung zum Aufbringen durch ein gewünschtes Verfahren auswirken.
  • Der benötigte Leitfähigkeitsgrad hängt von der vorgesehenen Endverwendung der Zusammensetzung und der Strommenge, die entsprechend befördert werden muss, ab. Beispielsweise sind Abschirmungs- und Antistatikanwendungen mit vergleichsweise mäßigen Strömen verbunden, während für Verbindungselemente für Vorrichtungen größere Ströme erwartet werden. Ausgedehnte Leiter mit längeren Weglängen erfordern gewöhnlich eine noch höhere Leitfähigkeit, so dass der Spannungsabfall in annehmbaren Grenzen liegt und eine geeignete Störsicherheit bewahrt wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen zeigt der vorliegende ECA in seinem Endzustand einen Flächenwiderstand in einem Bereich von einer Untergrenze von 10, 25, 50, 75 oder 100 mΩ / □ / 25,4 µm (25,4 µm = 1 mil) bis zu einer Obergrenze von 150, 200 oder 250 mΩ / □ / 25,4 µm. Es zeigte sich, dass Formulierungen mit einem Flächenwiderstand von zwischen 100 und 150 mΩ / □ / 25,4 µm zum Verbinden elektrischer Komponenten mit einer Schaltung in einer typischen Endverwendung verwendbar sind. Für ausgedehnte dehnbare Leiter sind Zusammensetzungen mit Flächenwiderstandswerten im Endzustand von unter 50 mΩ / □ / 25,4 µm wünschenswert.
  • Der Flächenwiderstand kann mit bekannten Viersondenverfahren an einem aufgebrachten Film gemessen werden. Alternativ dazu kann der Widerstand einer Serpentinen- oder Mäanderstruktur erzeugt und mithilfe eines herkömmlichen Ohmmeters gemessen werden; beispielsweise wurden Filme gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung einer Serpentinenbahnstruktur charakterisiert, die die Hälfte einer Fläche von 19 mm x 16 mm bedeckt, wobei die Bahn durchgehend etwa 10 µm dick und 1 mm breit war und ihre benachbarten Schenkel 1 mm auseinanderlagen.
  • Harzgemisch von Polyol- und Phenoxyharz
  • Das Harzgemisch ist eines aus Polyol- und Phenoxy(polyhydroxyether)harz.
  • Geeignete Polyolharze enthalten mehrere Hydroxygruppen und reagieren mit Isocyanaten, um Polyurethane zu bilden. Zu derartigen Harzen gehören, ohne Beschränkung, Polyesterdiole. Bei einer Ausführungsform ist der vorliegende ECA mit einem Polyolharz, das ein Molekulargewicht in dem Bereich von 500 bis 5000 g/mol aufweist, formuliert.
  • Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende ECA-Zusammensetzung mit einem Phenoxyharz formuliert, das sekundäre Hydroxygruppen enthält und eine sich wiederholende Grundform mit der folgenden Struktur aufweist:
    Figure DE112019003061T5_0001
    wobei R H oder ein Niederalkan sein kann. Bei einer Ausführungsform gilt R = H, um die folgende sich wiederholende Grundform zu ergeben: -[O-C6H4-C(CH3)2-C6H4-O-CH2CHOHCH2]-.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Phenoxyharz ein mittleres Molekulargewicht Mw von 25.000 - 70.000 Da mit 85 - 250 Wiederholungseinheiten aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform bildet das Harzgemisch von etwa 7 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Pastenzusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung.
  • Bei einer Ausführungsform bildet das Polyol von etwa 1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Pastenzusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung, und bildet das Phenoxyharz von etwa 6 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% der Pastenzusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung.
  • Blockiertes aliphatisches Polyisocyanat
  • Ein blockiertes aliphatisches Polyisocyanat ist ein Isocyanat-Reaktionsprodukt, das bei Raumtemperatur stabil ist, aber beim Erhitzen zerfällt, um Isocyanatfunktionalität zu regenerieren. Die erhaltenen Polyisocyanate können dann mit Verbindungen, die aktives Hydroxy enthalten, in dem Harzgemisch reagieren. Bei einer Ausführungsform setzen die hierin verwendeten blockierten aliphatischen Isocyanate ihre Blockierungsmittel bei Härtungstemperaturen von gewöhnlich 110-160 °C frei.
  • Typische aliphatische Polyisocyanate sind Hexamethylendiisocyanat (HDI) und Isophorondiisocyanat (IPDI).
  • Typische Blockierungsmittel sind 3,5-Dimethylpyrazol (DMP), Diethylmalonat (DEM), Diisopropylamin (DIPA), 1,2,4-Triazol (TRIA) und Methylethylketon (MEKO).
  • Typische blockierte aliphatische Polyisocyanate sind DMP-blockiertes HDI, (DEM)/(DIPA)-blockiertes HDI und DEM-blockiertes Polyisocyanat unter Verwendung von sowohl HDI als auch IPDI.
  • Bei einer Ausführungsform bildet das blockierte aliphatische Polyisocyanat von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Pastenzusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung.
  • Lösungsmittel
  • In der Pastenzusammensetzung sind ein oder mehrere polare aprotische Lösungsmittel vorhanden. Das Harzgemisch und das blockierte aliphatische Polyisocyanat sind in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln gelöst und das Metallpulver ist in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln dispergiert. Der Pastenzusammensetzung kann eine kleine Menge an zusätzlichem Lösungsmittel zugegeben werden, um die Endviskosität zum Ausgeben oder Drucken einzustellen.
  • Typische verwendete Lösungsmittel enthalten, ohne Beschränkung, Dipropylenglycolmethylether, 2-Butoxyethanol und Triethylphosphat.
  • Bei einer Ausführungsform bilden die Lösungsmittel von etwa 15 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% der Pastenzusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung. Die Menge an Lösungsmittel wird typischerweise eingestellt, um eine wünschenswerte Rheologie und andere Eigenschaften, die das gewünschte Verfahren zum Aufbringen ermöglichen, zu erhalten.
  • Herstellung einer elektrisch leitfähigen Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung
  • Das Harzgemisch wird in einem Lösungsmittel dispergiert und gemischt, um das Harzgemisch aufzulösen. Es kann erhitzt, z. B. auf 70 °C, und gerührt werden, um das Harz aufzulösen und ein organisches Medium zu bilden. Teile des Harzgemischs können in verschiedenen Lösungsmitteln oder in dem gleichen Lösungsmittel gelöst werden, um zusätzliche organische Medien zu bilden. Alternativ dazu kann ein einziges organisches Medium verwendet werden. Das blockierte aliphatische Polyisocyanat wird zu einem der organischen Medien zugegeben und gemischt. Das Metallpulver wird zu einem der organischen Medien zugegeben und gemischt. Das Metallpulver wird typischerweise schrittweise unter Mischen nach jeder Zugabe zugegeben, um bessere Benetzung zu gewährleisten. Wenn mehr als ein organisches Medium hergestellt worden ist, können die Medien nach jedem der genannten Schritte kombiniert werden, und die erhaltene Pastenzusammensetzung wird gemahlen. Vor dem Ausgeben oder Drucken der Pastenzusammensetzung kann Lösungsmittel zugegeben werden, um die Viskosität einzustellen.
  • Als ECA verwendete Zusammensetzung
  • Wenn das OH/NCO-Verhältnis in dem Bereich von 8 bis 25 liegt und das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zu dem Gewicht des Harzgemischs, Metall/Harzgemisch, in dem Bereich von 4 bis 7 liegt, dient die elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung als ein ECA. Der ECA dient zum Befestigen elektrischer Komponenten an Leiterbahnen auf einem Substrat.
  • Beispielsweise kann die ECA-Pastenzusammensetzung auf die Leiterbahnen aufgebracht werden und anschließend können elektrische Komponenten, z. B. LEDs, auf dem aufgebrachten ECA platziert werden. Anschließend wird das Substrat erhitzt, z. B. für 30-60 min auf 120-150 °C, um das Lösungsmittel aus der ECA-Zusammensetzung abzudampfen.
  • Zur Herstellung eines dehnbaren Leiters verwendete Zusammensetzung
  • Wenn das OH/NCH-Verhältnis in dem Bereich von 1 bis 10 liegt und das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zu dem Gewicht des Harzgemischs, Metall/Harzgemisch, in dem Bereich von 7 bis 10 liegt, dient die elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung zur Herstellung eines dehnbaren elektrischen Leiters auf einem Substrat. Beispielsweise kann die genannte Pastenzusammensetzung in der gewünschten Leiterstruktur auf ein Substrat gedruckt werden. Anschließend wird das Substrat erhitzt, z. B. auf 120-140 °C, um Lösungsmittel aus der Pastenzusammensetzung abzudampfen.
  • Verwendung von ECA zum Befestigen von Schaltungselementen an Substraten
  • Bei einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden Offenbarung wird die vorliegende ECA-Zusammensetzung verwendet, um elektrische und elektronische Vorrichtungen an einem Substrat zu befestigen und sie mit Leiterbahnen zu verbinden. Diese Befestigung liefert idealerweise verbesserte elektrische und mechanische Zuverlässigkeit.
  • 1 stellt in 10 allgemein eine Schaltungsbaugruppe nach dem Stand der Technik dar, die ohne Verwendung einer ECA-Zusammensetzung gestaltet ist. Die Verbindungselementbaugruppe 12 ist an einem Substrat 28 befestigt, das eine Benutzerseite, die an der unteren Seite der Zeichnung angeordnet ist, und eine gegenüberliegende Komponentenseite aufweist. Eine Graphiktintenschicht 22, die gedruckte Zeichen tragen kann, und eine dielektrische Basisschicht 24 sind zusammen mit leitfähigen Metallbahnen 26, die in einer vorbestimmten Struktur hergestellt sind und einen Teil der Komponentenseite des Substrats 28 einnehmen, an der Komponentenseite einer Basisschicht 20 angeordnet. Wie hierin für eine Schaltungsbaugruppe verwendet, bezeichnet der Begriff „Substrat“ zusammenfassend eine Basisschicht 20 gemeinsam mit anderen vorhandenen Schichten, wie z. B. den in 1 dargestellten Schichten und beliebigen anderen dazwischenliegenden oder auf andere Weise eingeschlossenen funktionellen oder ästhetischen Schichten. Das Substrat 28, einschließlich der Leiterbahnen 26, erstreckt sich gewöhnlich seitlich weiter als in der Figur dargestellt.
  • Die Verbindungselementbaugruppe 12 enthält eine Vielzahl von Verbindungsstiften 14, die jeweils an einem Ende eine Verbindungsfläche 18 aufweisen, die als Anschluss gestaltet ist, der zur elektrischen Verbindung mit einem entsprechenden Verbindungspunkt der Leiterbahn 26 des Substrats 28 vorgesehen ist. Die Stifte 14 bestehen gewöhnlich aus einem elektrisch leitfähigen Metall, meist aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung. Gegenüberliegende Enden 19 der Stifte 14 sind dafür gestaltet, mit einem geeigneten Buchsen-Verbindungselement (nicht gezeigt) zusammenzupassen. Bei manchen Ausführungsformen sind Stifte 14 mit einem Edelmetall, wie z. B. Silber oder Gold, plattiert, um Korrosion zu hemmen, die die elektrische Verbindung mit dem entsprechenden Verbindungselement beeinträchtigen könnte. Die Stifte 14 sind herkömmlich durch Einformen in einem Verbinderkopf 16, der oft aus einem Phenol- oder Polyamidkunststoff besteht, angeordnet und befestigt.
  • Zur einfachen Darstellung zeigt 1 nur einen Teil einer größeren Schaltungsbaugruppe, so dass die Anordnung der Verbindungselementbaugruppe 12 deutlich zu sehen ist. Eine typische Schaltungsbaugruppe enthält weitere elektrische oder elektronische Komponenten anderer Typen, die außerhalb des dargestellten Bereichs auf dem Substrat 28 angeordnet sind. Die Struktur der Leiterbahnen 26 erstreckt sich ebenfalls weiter und wird verwendet, um die verschiedenen Komponenten wie für die vorgesehene Funktionalität erforderlich über Verbindungsflächen 18 miteinander und mit den Stiften 14 der Verbindungselementbaugruppe 12 zu verbinden.
  • Ferner ist in 1 die Verbindungselementbaugruppe 12 durch Umspritzen mit einer Schicht 30 aus Polymermaterial, die die Verbindungselementbaugruppe 12 an der Komponentenseite des Substrats 28 befestigt, mechanisch an dem Substrat 28 befestigt. Bei der gezeigten Ausführung ragt ein Teil jedes Stift über dem Verbinderkopf 16, einschließlich des Endes 19, durch die Umspritzschicht 30 vor und erlaubt die Verbindung mit einem komplementären, passenden Verbindungselement oder eine andere Verbindung mit einer externen Schaltung (nicht gezeigt).
  • Während herkömmliche Materialien der Umspritzschicht eine starke mechanische Befestigung elektrischer oder elektronischer Komponenten an dem Substrat bereitstellen können, hat es sich als schwierig erwiesen, zugleich zuverlässige und robuste elektrische Verbindungen in der fertigen Vorrichtung zu gewährleisten. Bei den meisten Endverwendungen unterliegen das Substrat und alle seine Komponenten Extremtemperaturen, Wärmezyklen und externen Schwingungen. Alles davon kann frühzeitigen Ausfall der elektrischen Verbindungen verursachen.
  • Elektrische Probleme können bei Komponenten jedes Typs auftreten, es wurde aber gefunden, dass sie bei elektrischen Mehrfachstecker-Verbindungselementen besonders akut sind. Beispielsweise könnte die Baugruppe von 1 als Armaturentafel für ein Motorfahrzeug verwendet werden, die verschiedene herkömmliche oder Touchpad-Schalter, Messinstrumente und Anzeigeleuchten enthält. Typischerweise müssen diese Vorrichtungen mit dem Motor und anderen Fahrzeugsystemen elektrisch verbunden sein, wobei die erforderlichen elektrischen Signale oft durch eine Mehrfachverkabelung ankommen. Für eine einfache Herstellung und Wartung endet die Verkabelung gewöhnlich in einem Verbindungselement, das dafür gestaltet ist, mit einem entsprechenden Verbindungselement (wie z. B. einer Verbindungselementbaugruppe 12) an der Armaturentafel zusammenzupassen. Die Verkabelungsverbindung ist besonders anfällig, da Verbiegung der Verkabelung Spannung auf das Verbindungselement überträgt und Kräfte von externen Schwingungen an den Befestigungspunkt eingekoppelt und lokalisiert werden. Ferner kann das Verbindungselement groß sein müssen, um die benötigte Anzahl von einzelnen Leitern bereitzustellen, und es muss mehrere Verbindungs- und Lösungsvorgänge während der Betriebslebensdauer eines Fahrzeugs überstehen. Unzuverlässige Verbindungen zwischen der Verkabelung und der Armaturentafel führen zu Enttäuschung, Unannehmlichkeiten und möglichen Sicherheitsrisiken für den Fahrer sowie zu hohen Herstellungs- und Reparaturkosten für den Fahrzeuganbieter.
  • Die elektrische Zuverlässigkeit der Verbindung könnte im Prinzip durch direktes Löten von Verbindungen zwischen Komponenten und den leitfähigen Metallbahnen 26 verbessert werden, ein derartiges Verfahren ist aber oft sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Herstellbarkeit unpraktisch. Materialien, die oft für die Basisschicht 20 verwendet werden, und andere in dem Substrat 28, wie z. B. Polycarbonate und Polyester, können die zum Löten benötigte Temperatur nicht tolerieren. Viele gewünschte Konfigurationen weisen eine nichtplanare Substratstruktur auf, die gewöhnlich durch Formen einer eines planaren Werkstücks zu einer gewünschten Gestalt erzeugt wird. Die Herstellung eines derartigen Gegenstands wird durch Anordnen der Komponenten und Erzeugen der benötigten Verbindungen auf einem anfangs planaren Substrat erleichtert, erst anschließend wird das erforderliche Form- oder andere Warmformverfahren durchgeführt. Für diesen Ansatz müssen die Befestigungs- und Verbindungsverfahren aber die Temperatur und die mechanischen Spannungen des Formens tolerieren. Andererseits sind die Platzierung und Verlötung von Vorrichtungen nach dem Formen des Substrats durch typische automatisierte Verfahren viel schwieriger durchzuführen.
  • Alternativ dazu könnten Verbindungen unter Verwendung bekannter ECA-Materialien hergestellt werden. ECAs auf der Basis wärmehärtender Polymere, wie z. B. von Epoxiden, könnten zwar gute mechanische Festigkeit und hohe Leitfähigkeit bereitstellen, die Verbindungen sind aber gewöhnlich zu starr, um erforderliche Formverfahren oder Schwingungen im Betrieb zu tolerieren. ECAs auf der Basis von Siliconen können für sich keine ausreichende Festigkeit bereitstellen, weisen oft eine unerwünscht niedrige elektrische Leitfähigkeit auf und können lange Härtungszyklen erfordern, die für die Fertigungseffizienz nachteilig sind.
  • Bei manchen Anmeldungen im Stand der Technik hat es sich als erforderlich erwiesen, weitere externe Einrichtungen bereitzustellen, um ein passendes Verbindungselement oder dergleichen an dem Verbindungselement 12 auf dem Substrat 28 zu sichern. Beispielsweise können Federklemmen verwendet werden, um ein passendes Verbindungselement festzuhalten, oder es könnte ein Gewindebefestigungselement erforderlich sein, das durch ein Schraubenloch verläuft oder in eine Gewindebohrung in dem Substrat 28 (möglicherweise in einem geformten Vorsprung) eingreift.
  • Nun wurde gefunden, dass die Verwendung des vorliegenden ECA die Herstellung zuverlässiger Verbindungen in einer gegenüber 1 modifizierten Konfiguration ermöglicht. Wie in 2 für 40 allgemein dargestellt, ist an Verbindungspunkten 27 eine nachgiebige elektrisch leitfähige Klebstoffschicht 42 zwischen Verbindungsflächen 18 und leitfähigen Metallbahnen 26 angeordnet. Es ist zu beachten, dass die Struktur von leitfähigen Metallbahnen gewöhnlich in Linien mit einer erforderlichen Breite über das Substrat verläuft, wobei Verbindungspunkte 27 gegebenenfalls etwas vergrößert sind, um die einfache Herstellung und zuverlässige Verbindung zu erleichtern. Es wird angenommen, dass die von der vorliegenden ECA-Zusammensetzung gelieferte Festigkeit und Flexibilität ermöglichen, dass die Schaltungsbaugruppe 40 thermischen und mechanischen Spannungen standhält, die mit Umspritzen verbunden sind und die während der Endverwendung auftreten. Die verbesserte Struktur wird in 2 beschrieben und dargestellt. Zur klaren Darstellung zeigt auch 2 nur einen Teil der Baugruppe, der nur eine einzige Komponente enthält, wobei aber zu beachten ist, dass überall auf dem Substrat 28 weitere elektrische oder elektronische Komponenten von jedem Typ und in jeder Anzahl vorhanden sein und unter Verwendung von Leiterbahnen 26verbunden sein können. Gewöhnlich wird eine Vielzahl von Komponenten enthalten sein. Jede davon kann auf die gleiche Weise vorteilhaft unter Verwendung des vorliegenden ECA befestigt und verbunden sein.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Verbindungselementbaugruppe 12 durch eine Umspritzschicht 30 weiter gesichert. Für das Umspritzmaterial gibt keine besonderen Beschränkungen über die Vereinbarkeit mit den gesicherten Komponenten und den Substratmaterialien, einschließlich der Leiterbahnen 26, hinaus. Umspritzen kann für die verschiedenen Komponenten einzeln durchgeführt werden, das Umspritzen aller relevanter Komponenten kann aber aus Effizienzgründen vorteilhaft in einem einzigen Arbeitsschritt durchgeführt werden. Alternativ dazu können manche der Komponenten einer gegebenen Schaltungsbaugruppe durch andere bekannte Verfahren angebracht werden.
  • Auch 2 stellt die Verbindungselementbaugruppe 12 ebenfalls als teilweise in Umspritzmaterial 30 eingeschlossen dar, es ist aber zu beachten, dass der Verbinderkopf 16 vollständig eingebettet sein könnte, solange eine ausreichende Länge der Stifte 14 vorragt, um eine zuverlässige Verbindung zu ermöglichen. Auch Komponenten anderer Typen können teilweise oder vollständig eingebettet sein. 2 wurde unter der Annahme beschrieben, dass alle Komponenten an einer einzigen Seite des Substrats 28 angeordnet sind, es werden aber auch andere Ausführungsformen in Betracht gezogen, bei denen Komponenten unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren an beiden Seiten eines Substrats angebracht sind.
  • Eine Erscheinungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsbaugruppe, wie z. B. der als 40 in 2 gezeigten, bereit. Das Substrat 28 wird ausgehend von einer Basisschicht 20 hergestellt, die aus einem beliebigen Polymermaterial besteht, das die erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften aufweist. Bei Ausführungsformen, bei denen die Schaltungsbaugruppe durch thermische Verarbeitung gestaltet werden soll, um eine nichtplanare Oberfläche bereitzustellen, wird vorteilhaft ein formbares Material verwendet, wie z. B. Polyester oder Polycarbonat. Bei anderen Ausführungsformen kann die Basisschicht 20 aber aus einem beliebigen vereinbaren Material auf Polymerbasis bestehen, einschließlich, ohne Beschränkung, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylfluorid (PVF), Polyamid, Polyimid und Epoxid. Das Material der Basisschicht enthält gegebenenfalls Füllstoffmaterialien zur Verstärkung oder zur Verbesserung des thermischen Verhaltens, wie z. B. partikelförmige oder faserförmige Füllstoffmaterialien.
  • Das vorliegende Befestigungsverfahren unter Verwendung eines nachgiebigen ECA ist insbesondere zum Befestigen von Komponenten an einem Substrat geeignet, das flexibel, dünn und gegebenenfalls nichtplanar ist. Es werden aber auch andere Ausführungen, bei denen das Substrat planar, zu dick, um wesentliche Flexibilität zu zeigen, oder auf andere Weise starr ist, im Umfang der hierin vorgestellten Erfindung betrachtet. Beispielsweise sind sowohl organische als auch anorganische starre Substratmaterialien möglich, einschließlich, ohne Beschränkung, Metalle, wie z. B. Aluminium, und Nichtmetalle, wie z. B. Aluminiumoxid.
  • Das Substrat 28 umfasst ferner eine Struktur von leitfähigen Metallbahnen 26, die dafür gestaltet sind, die benötigten Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten bereitzustellen. Es können auch zusätzliche Schichten, die funktionelle oder ästhetische Eigenschaften bereitstellen, in jeder funktionsfähigen Reihenfolge eingeschlossen sein. Wie in 2 zu sehen ist, sind eine oder mehrere Schichten, die unter Verwendung von Graphiktinte gedruckte Dekoration oder Zeichen enthalten, wie z. B. die Schicht 22, unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens auf der Basisschicht 20 angeordnet. Gewöhnlich ist auf jeder Dekorations- oder Tintenschicht eine dielektrische Schicht 24 angeordnet. Die Struktur von leitfähigen Metallbahnen 26 ist auf der dielektrischen Schicht 24 gebildet. Die Bahnen 26 werden gewöhnlich durch Drucken einer leitfähigen Paste oder Tinte erzeugt, es können aber auch andere Verfahren verwendet werden, einschließlich, ohne Beschränkung, Photolithographie.
  • Es ist zu beachten, dass in jeder Ebene des Stapels, der das Gesamtsubstrat 28 bildet, weitere funktionelle oder dekorative Schichten eingeschlossen sein können. Beispielsweise könnte eine leitfähige Erdungsebene eingeschlossen sein, um die Störsicherheit oder Abschirmung zu verbessern. Bei einer Ausführungsform könnte eine derartige Erdungsebene in der Konfiguration von 2 durch Drucken einer Schicht von leitfähiger Tinte zwischen der Graphiktintenschicht 22 und der dielektrischen Schicht 24 bereitgestellt werden. Bei anderen Ausführungen könnten die Leiterbahnen in mehreren Ebenen mit dazwischenliegendem Dielektrikum bereitgestellt werden, um Überkreuzungen zu ermöglichen und komplexere Schaltungsstrukturen aufzunehmen, die andernfalls nicht konfiguriert werden könnten. Schichten wie das Dielektrikum 24 können die gesamte Fläche der Basisschicht 20 einnehmen, die Bedeckung jeder der Schichten kann aber bei manchen Ausführungen wie für die Funktionalität oder Ästhetik erforderlich strukturiert und auf bestimmte Bereiche beschränkt sein. Beispielsweise kann es erforderlich sein, eine Sperre für die Leiterbahnen bereitzustellen, um elektrische Wechselwirkung und Korrosion oder andere unerwünschte Verschlechterung von chemischen oder mechanischen Eigenschaften zu verhindern.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Verbindungselementbaugruppe 12 unter Verwendung eines Spritzgussschritts, der die Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs umfasst, das aus einer Vielzahl von Gegenstücken besteht, an dem Substrat 28 befestigt. Wenn die Teile zusammengefügt werden, bilden sie einen Innenhohlraum, der das Substrat 28 aufnimmt und ferner einen Hohlraum definiert, in den geschmolzenes Kunststoffmaterial eingespritzt werden soll. Nach dem Härten des eingespritzten Materials umspritzt es die Verbindungselementbaugruppe 12, bettet sie wenigstens teilweise ein und sichert sie an dem Substrat 28. Diese Form des Spritzgusses, bei der ein Substrat in dem Formwerkzeug angeordnet wird und Umspritzmaterial auf eine oder beide seiner Seiten aufgebracht wird, wird oft „Einsatzformen“ genannt.
  • Bei einer Ausführung besteht das Spritzgusswerkzeug aus einem ersten und einem zweiten Gegenstück. Das erste Gegenstück ist mit einer Vertiefung oder einer anderen vergleichbaren Fixierung gestaltet, in der die Verbindungselementbaugruppe 12 vorübergehend aufgenommen wird. Die Vertiefung kann eine Reihe von kleinen Löchern mit einer Struktur aufweisen, die die Gestalt der Stifte 14 aufnimmt und fasst. Wenn die Formwerkzeug-Gegenstücke (einschließlich der darin angeordneten Verbindungselementbaugruppe 12) anschließend um das Substrat 28 zusammengebracht werden, wird die Verbindungselementbaugruppe 12 so angeordnet und gesichert, dass sich jede seiner Verbindungsflächen 18 mit dazwischenliegendem ECA 42 zum Erzeugen der Verbindung geeignet mit einem entsprechenden Verbindungspunkt 27 deckt. Bei einer Ausführungsform ist die Vertiefung gegebenenfalls so gestaltet, dass das Zusammenfügen der Gegenstücke eine leichte Kraft ausübt, die senkrecht auf die Ebene des Substrats 28 gerichtet ist und die Verbindungsflächen 18 in Kontakt mit dem ECA 42 drückt. Bei einer Ausführung ist es von Vorteil, wenn die Kraft ausreicht, um, wie in 2 gezeigt, den Klebstoff leicht zu verformen und einen guten elektrischen Kontakt zu fördern. Anschließend wird ein geeigneter geschmolzener Kunststoff in den Innenhohlraum des Formwerkzeugs eingespritzt, so dass die Verbindungselementbaugruppe 12 wenigstens teilweise in Umspritzkunststoff 30 eingebettet und darin gesichert wird, sobald dieser härtet. Anschließend werden die Gegenstücke des Formwerkzeugs getrennt, um die Verbindungselementbaugruppe 12 aus dem ersten Teil freizugeben und Entnehmen der fertigen Schaltungsbaugruppe 40 zu erlauben. Die Einbettung der Verbindungselementbaugruppe 12 reicht aus, um eine geeignete Befestigung bereitzustellen, während sie genügend von dem Ende 19 jedes Stifts 14 vorstehen lässt, um dessen Verbinden zu erlauben. Bei manchen Ausführungsformen wird der Verbinderkopf 16 vollständig von dem Umspritzkunststoff 30 umschlossen, um die Stärke der Befestigung zu erhöhen. Das Umspritzverfahren liefert die gleiche vorteilhafte mechanische und elektrische Befestigung von Komponenten anderer Typen. Komponententypen, für die keine externe Verbindung erforderlich ist, können gegebenenfalls vollständig umschlossen werden, um eine noch sicherere Befestigung zu ergeben. Während das Umspritzen 30 nur den Oberflächenteil des Substrats 28, der die Verbindungselementbaugruppe 12 und andere zu befestigende Komponenten trägt, vollständig umfassen muss, erstreckt es sich vorteilhaft ausreichend weit, um die gesamte Struktur von Leiterbahnen 26 zu bedecken, und bedeckt vorzugsweise das gesamte Substrat 28, um maximalen Schutz und maximale mechanische Integrität zu gewährleisten.
  • Obwohl die Schaltung auf dem Substrat in manchen Fällen eigenständig sein und von einer plattenintegrierten Batterie oder anderen Quelle mit Strom versorgt werden könnte, wechselwirkt die Schaltung gewöhnlicher mit anderen externen Vorrichtungen oder steuert sie. Beispielsweise könnte das Substrat als Steuerplatine für eine elektrische Anlage eines beliebigen Typs oder als Instrumententafel für ein Motorfahrzeug gestaltet sein, die in der Fahrgastzelle an der Armaturentafel, einer Konsole, einer Tür oder an einem anderen geeigneten Ort angebracht werden soll. Daher muss die plattenintegrierte Schaltung mit diesen Vorrichtungen und gewöhnlich auch mit einer Stromquelle verbunden werden. Gewöhnlich wird diese Verbindung mit einer externen Schaltung durch ein Verbindungselement, das mit der Verbindungselementbaugruppe 12 zusammenpassen soll, erzeugt.
  • Bei manchen Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass die Benutzerseite einer fertigen Schaltungsbaugruppe 40 Vertiefungen, Vorsprünge oder andere Oberflächenelemente aufweist. Beispielsweise könnte ein berührungsempfindlicher kapazitiver Schalter unter einer kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Vertiefung angeordnet sein, um einem Benutzer das Lokalisieren der mit einem Finger zu berührenden Fläche zu erleichtern. Derartige Oberflächenelemente könnten auf eine beliebige geeignete Weise und an verschiedenen Punkten der Abfolge von Schritten zur Herstellung der Schaltungsbaugruppe 40 gebildet werden. In einem Fall könnte das bei dem oben beschriebenen Spritzguss verwendete Formwerkzeug ein Negativbild der gewünschten Elemente enthalten, so dass ein anfangs planares Substrat zugleich mit dem Bilden des Umspritzkunststoffs 30 durch Wärme weich gemacht und wie gewünscht verformt werden könnte. Alternativ dazu wird das Substrat bei dem oben beschriebenen Verfahren durch Heißpressen, Vakuumformen oder dergleichen warmgeformt, nachdem das Substrat 28 durch Anordnen von Schichten wie der Tintenschicht 22, der dielektrischen Schicht 24 und der Leiterbahnen 26 auf der Basisschicht 20 in planarer Form hergestellt worden ist, aber vor dem Umspritzen mit Kunststoff 30.
  • Das Aufbringen des ECA 42 kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, einschließlich, ohne Beschränkung, durch Bürsten, Sprühen, Tintenstrahldrucken, Düsendrucken, Schablonieren, Siebdrucken oder Aufbringen mithilfe einer Spritze. Er kann in dem für die Verbindung vorgesehenen Bereich aufgebracht werden, entweder direkt an Verbindungspunkten 27 einer Leiterbahn 26 oder an einem Anschluss der Komponente, die mit der Bahn verbunden wird, oder an beiden. Das Aufbringen kann bei jeder geeigneten Stufe der Herstellung vor dem Platzieren der Komponente durchgeführt werden. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird der ECA 42 unmittelbar vor dem Spritzgussschritt auf Leiterbahnen 26 aufgebracht.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen könnte die erforderliche Menge an ECA auf einem oder beiden von dem Komponentenanschluss und dem Teil der Leiterbahn, mit der er nach dem Zusammenfügen zusammentrifft, aufgebracht werden. Im Allgemeinen liefert die Verwendung des vorliegenden ECA eine robustere Verbindung als lediglich das Aufbauen einer zusätzlichen Menge des Materials der leitfähigen Metallbahn in dem Bereich, in dem ein Kontakt hergestellt werden soll, da die herkömmlich für die Herstellung von leitfähigen Metallbahnen verwendeten Materialien wesentlich weniger nachgiebig als der ECA sind. Der vorliegende ECA ist aufgrund seiner Nachgiebigkeit auch in der Konfiguration von 2 Formulierungen überlegen, die ein wärmehärtendes Polymer, wie z. B. ein Epoxid, zur Bereitstellung von Haftung einsetzen. Derartige Materialien binden zwar stark, ihre geringere Nachgiebigkeit nimmt aber Spannungen während des Formens oder der Endverwendung weniger gut auf, so dass sie keine Verbindungen liefern, die sowohl fest als auch nachgiebig sind.
  • Das Zwischenschalten von nachgiebigem ECA 42 ist insbesondere bei der Montage von Schaltungselementen vorteilhaft, die mehrere Anschlüsse aufweisen, wie z. B. Formen von Verbindungselementbaugruppen 12 mit mehreren Stiften. Die Herstellungsvariabilität führt unvermeidlich dazu, dass die Unterseite von Verbindungsflächen 18 von verschiedenen entsprechenden Stiften 14 nicht in einer gemeinsamen geometrischen Ebene liegen; stattdessen weisen die Stifte geringfügig verschiedene Längen auf. Wenn die Verbindungselementbaugruppe also in der Konfiguration aus dem Stand der Technik von 1 nach unten in Kontakt mit Leiterbahnen 26 gedrückt wird, kommen die längsten Stifte zuerst in Kontakt und andere Stifte können einen nicht perfekten, diskontinuierlichen oder hochohmigen Kontakt bilden; manche können sogar ihre Leiterbahnen gar nicht erreichen. Dagegen können leichte Längenunterschiede sowohl bei der Erstherstellung als auch bei der Endverwendung durch die Nachgiebigkeit des ECA 42 aufgenommen werden, mit der Folge einer robusteren mechanischen und elektrischen Leistung.
  • Die Dicke der verschiedenen Schichten und Komponenten, die bei der Ausführung von Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, unterliegen gewöhnlich keiner besonderen Beschränkung. Bei einer Ausführungsform könnten die verschiedenen Schichten des in 2 gezeigten Substrats 28 die folgenden Dicken aufweisen: Basisschicht 20 (0,2 - 1 mm); Graphiktinte 22 (1 - 2 µm); dielektrische Schicht 24 (5 - 20 µm); leitfähige Metallbahnen 26 (5 - 40 µm); und ECA-Schicht 42 (20 - 70 µm). Die Zeichnung stellt zwei Stifte 14 einer Verbindungselementbaugruppe 12 dar, es ist aber zu beachten, dass auch andere Konfigurationen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise können Baugruppen einen einzelnen Stift oder eine Vielzahl von Stiften, die in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet sind, aufweisen, am häufigsten enthalten sie aber eine Vielzahl von Stiften, die mit gleichen Abständen entlang einer einzelnen Linie oder entlang von zwei oder mehr parallelen Linien angeordnet sind. Sehr häufig werden Verbindungselementbaugruppen verwendet, bei denen jede der Linien 2 bis 20 stifte enthält, es können aber auch größere Anzahlen vorliegen. Alle diese Verbindungselementtypen sind bekannt und werden bei dem vorliegenden Verfahren in Betracht gezogen.
  • BEISPIELE, VERGLEICHSEXPERIMENTE
  • Der Betrieb und die Wirkungen bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können anhand einer Reihe von nachstehend beschriebenen Beispielen besser verstanden werden. Die Ausführungsformen, auf denen diese Beispiele beruhen, sind lediglich repräsentativ, und die Auswahl der Ausführungsformen zur Veranschaulichung von Erscheinungsformen der Erfindung zeigt nicht an, dass Materialien, Komponenten, Reaktanten, Bedingungen, Verfahren und/oder Konfigurationen, die in den Beispielen nicht beschrieben werden, nicht für die Verwendung hierin geeignet sind oder dass ein in den Beispielen nicht beschriebener Gegenstand aus dem Umfang der anhängenden Ansprüche und Äquivalenten davon ausgeschlossen ist.
  • BEISPIELE 1-6, VERGLEICHSEXPERIMENTE A-B
  • Herstellung von ECA-Pastenzusammensetzungen
  • Die ECA-Pastenzusammensetzungen der Beispiele 1-6 wurden auf die folgende Weise hergestellt:
    • Polymermedium 1 (PM-1) - Hergestellt durch Mischen von 40 Gew.-% Gemisch von Phenoxyharz und Polyesterpolyol (PKHM-301, Gabriel, Akron, OH) mit 60 Gew.-% Dipropylenglycolmethylether (Dowanol™ DPM, Dow Chemical Co., Midland, MI). Der Hersteller gibt an, dass PKHM-301 ein Schmelzgemisch seines festen Phenoxy-PKHC-Harzes und eines oligomeren Polyesterpolyols ist, wobei das Gemisch einen Hydroxygehalt von 334 (OH-Äquivalentgewicht, g/Äq) und ein Molekulargewicht von 39.000 Da aufweist. Das Gemisch von PKHM-301 und Dowanol™ DPM wurde erhitzt, 12 Stunden bei 70 °C gerührt und dann über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, um das gesamte Harz aufzulösen.
    • Polymermedium 2 (PM-2) - Hergestellt durch Mischen von 19 Gew.-% Phenoxyharz (PKHH, Gabriel, Akron, OH) und 19 Gew.-% Gemisch von Phenoxyharz und Polyesterpolyol (PKHM-301, Gabriel, Akron, OH) mit 62 Gew.-% 2-Butyoxyethanol (Butyl Cellosolve™, Dow Chemical Co. Midland, MI). Der Hersteller von PKHH gibt an, dass es einen Hydroxygehalt von 280 (OH-Äquivalentgewicht, g/Äq) und ein Molekulargewicht von 52.000 Da aufweist. Dieses Gemisch wurde erhitzt, 12 Stunden bei 70 °C gerührt und dann über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, um das gesamte Harz aufzulösen.
    • Polymermedium 3 (PM-3) - Hergestellt durch Mischen von 48,2 Gew.-% (1 Gewichtsteil Phenoxyharz (PKHH Gabriel, Akron, OH) und 2 Gewichtsteile PKHM-301-Gemisch (Gabriel, Akron, OH) mit 51,8 Gew.-% 2-Butyoxyethanol (Butyl Cellosolve™, Dow Chemical Co. Midland, MI). Dieses Gemisch wurde erhitzt, 12 Stunden bei 70 °C gerührt und dann über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, um das gesamte Harz aufzulösen.
  • Die verwendeten blockierten aliphatischen Polyisocyanate (BAP) waren:
    • BAP-1 - DMP-blockiertes HDI (Desmodui® PL 350 MPA/SN, Covestro, Äquivalentgewicht = etwa 400 (NCO-Äquivalentgewicht, g/Äq)
    • BAP-2 - (DEM)/(DIPA)-blockiertes HDI (Desmodui® BL 3370 MPA, Covestro, Baytown, TX), Äquivalentgewicht = etwa 470 (NCO-Äquivalentgewicht, g/Äq)
    • BAP-3 - DEM-blockiertes Polyisocyanat unter Verwendung von sowohl HDI als auch IPDI. (Desmodur® BL 3475 BA/SN, Covestro, Baytown, TX), Äquivalentgewicht = etwa 510 (NCO-Äquivalentgewicht, g/Äq)
  • Verwendete Silberpulver waren:
    • Ag-A: Silberpulver, näherungsweise sphärisch mit d50 ~ 5,5 µm und d90 ~ 13 µm
    • Ag-B: Silberpulver, näherungsweise sphärisch mit d50 ~ 2,1 µm und d90 ~ 5,6 µm
  • Verwendete Lösungsmittel waren:
    • S-1 - 2-Butyoxyethanol (Butyl Cellosolve™, Dow Chemical Co., Midland, MI)
    • S-2 - Dipropylenglycolmethylether (Dowanol™ DPM, Dow Chemical Co., Midland, MI)
    • S-3 - Triethylphosphat (Eastman Chemical Co., Kingsport, TN)
  • Das blockierte aliphatische Polyisocyanat und zusätzliches Lösungsmittel werden zu dem bei dem Beispiel verwendeten organischen Medium zugegeben, gefolgt von 30 s Thinky-Mischen bei 1000 U/min. Anschließend wird das Silberpulver zugegeben, gefolgt von 30 s Thinky-Mischen bei 1000 U/min. Die erhaltene Probe wurde dann mehreren Durchläufen durch ein Dreiwalzenwerk unterzogen, um die Herstellung der ECA-Pastenzusammensetzung abzuschließen.
  • Jeder der vorstehend beschriebenen Mischschritte könnte in einem Planeten-Zentrifugalmischer durchgeführt werden. Beispielsweise war ein 30 s bei 1000 U/min betriebener Thinky®-Mischer (erhältlich von Thinky® USA, Inc., Laguna Hills, CA) geeignet. Nach gutem Mischen wurde die Pastenzusammensetzung wiederholt durch ein Dreiwalzenwerk mit einem Spalt von 25 µm geführt, wobei der Druck fortschreitend von 0 auf 150 psi (~1,04 MPa) erhöht wurde. Eine geeignete Mühle ist von Charles Ross and Son, Hauppauge, NY, erhältlich. Wenn mehr als ein Typ von Silber in der Rezeptur verwendet werden soll, wird vorzugsweise zuerst das Silber mit dem kleineren d50 einverleibt. Diese Probe wird dann gewalzt, bevor das/die Silberpulver mit größerem d50 einverleibt wird/werden. Nach dem Zugeben des zweiten Silberpulvers wird die fertige Pastenzusammensetzung erneut mit den gleichen Mahlparametern gemahlen.
  • Der Dispersionsgrad jeder Pastenzusammensetzung kann mithilfe gewerblicher Messgeräte für die Mahlfeinheit (FOG) (z. B. von Precision Gage and Tool, Dayton, Ohio, erhältliche Messgeräte) gemäß ASTM Standard Test Method D 1210-05, bekanntgemacht durch ASTM International, West Conshohocken, PA, und hierin durch Bezugnahme aufgenommen, gemessen werden. Die erhaltenen Daten werden gewöhnlich als durch X/Y dargestellte FOG-Werte ausgedrückt, mit der Bedeutung, dass die Größe des größten erfassten Partikels X µm beträgt und die mediane Größe Y µm beträgt. Bei einer Ausführungsform betragen die FOG-Werte der vorliegenden Pastenzusammensetzungen typischerweise 20/10 oder weniger, was sich gewöhnlich als für gute Druckbarkeit ausreichend erwiesen hat.
  • Gewöhnlich wird die verarbeitete Pastenzusammensetzung vor dem Drucken durch Zugabe einer kleinen Menge Lösungsmittel wie benötigt eingestellt, um eine Viskosität zu erhalten, die zum Ausgeben, Schablonen- oder Siebdruck geeignet ist. Viskositätswerte können unter Verwendung eines Brookfield-Viskosimeters (Brookfield Inc., Middleboro, MA) mit einer #14-Spindel und einem #6-Becher erhalten werden. Typischerweise wird gefunden, dass eine Endviskosität von etwa 60-90 Pa·s (gemessen bei 10 U/min/3 min) gute Ausgabeergebnisse zum Drucken liefert und eine Endviskosität von 25~70 Pa·s (gemessen bei 10 U/min/3 min) gute Siebdruckergebnisse liefert, wobei etwas Variation, beispielsweise ± 30 Pa·s oder mehr, abhängig von der speziellen Druckvorrichtung und den Druckparametern, annehmbar wäre.
  • Die Mengen in Gramm (g) jeder der bei den Beispielen und Vergleichsexperimenten verwendeten Komponenten und die OH/NCO-Verhältnisse werden in Tabelle I gezeigt. TABELLE I
    Probe Polymermedium Blockiertes aliphatisches Polyisocyanat Lösungsmittel Silberpulver Verhältnis OH/NCO Verhältnis Metall/ Harzgemisch
    Beispiel 1 64,29 g PM-3 3,21 g BAP-1 11 g S-1 150,01 g Ag-A 16,42 4,39
    Beispiel 2 64,29 g PM-3 3,21 g BAP-2 11 g S-1 150,01 g Ag-A 20,67 4,39
    Beispiel 3 75,25 g PM-1 3,75 g BAP-1 10,35 g S-2 161,25 g Ag-A 12,82 4,76
    Beispiel 4 75,25 g PM-1 3,75 g BAP-2 10,75 g S-2 161,2 g Ag-A 16,14 4,77
    Beispiel 5 90,3 g PM-1 4,5 g BAP-1 15 g S-2; 3 g S-3 180 g Ag-B 12,82 4,43
    Beispiel 6 117,92 g PM-1 5,88 g BAP-1 23,51 g S-3 252,69 g Ag-A 12,81 4,76
    Vergl. Exp. A 64,29 g PM-3 Keines 14,5 g S-2 150,0 g Ag-A Kein NCO 4,84
    Vergl. Exp. B Henkel (ECA auf Epoxybasis) XCE3104XL
  • Klebstoffcharakterisierung
  • Die Haftleistung der ECA-Pastenzusammensetzungen der Beispiele 1-6 und der Vergleichsexperimente A-B wurde durch das folgende Verfahren gemessen.
    1. 1. Jede ECA-Pastenzusammensetzung wurde in eine 6-ml-Spritze zur Verwendung mit einem Nordson EFD-Fluidausgabesystem überführt. Die Einstellungen des Nordson-EFD wurden eingestellt, um ein einheitliches Volumen an ausgegebenem Material für jeden ECA zu erhalten.
    2. 2. Die ECA-Pastenzusammensetzungen wurden auf die Silberflächen eines Prüfcoupons ausgegeben, der mit leitfähigen Silberbahnen gestaltet war. Die Silberflächen waren 0,050 Inch (1,27 mm) breit, um die Befestigung einer 1206-Package SMD LEDs an den Flächen unter Verwendung des ECA zu ermöglichen, beispielsweise der Vorrichtung Memcon ML153N-RWT. Die Bahnen auf dem Prüfcoupon waren dafür gestaltet, das Anlegen einer Spannung an die LEDs zum Bestätigen des LED-Betriebs zu ermöglichen.
    3. 3. LEDs wurden manuell auf dem ausgegebenen ECA platziert. Ein Haftstärkeprüfungs-Probensatz umfasste wenigstens 30 LEDs.
    4. 4. Der Prüfcoupon wurde in einem Blue-M-Ofen angeordnet und der ECA wurde 20 Minuten bei 120 °C gehärtet.
    5. 5. Zum Bestätigen der Integrität der ECA-Verbindung wurde an jede LED eine Spannung von 3 VDC angelegt, um die LED leuchten zu lassen.
    6. 6. Der Prüfcoupon wurde zum Platzieren in einem Dage 4000-Scherungsprüfer vorbereitet. Der Dage 4000 führt eine Keilscherungsprüfung aus, um die Kraft zu messen, die erforderlich ist, um die LED von ihrer Verbindung mit dem Prüfcoupon abzulösen. Der Dage zeichnet die zum Ablösen der LED erforderliche Kraft in Gramm auf. Die Keilscherungsprüfung wurde für jede LED auf dem Prüfcoupon wiederholt. 30 Wiederholungen der Haftstärkeprüfung bildeten einen vollständigen Haftstärkeprüfungs-Datensatz.
  • Die so gemessenen mittleren Haftstärken werden in Tabelle II für den Datensatz von 30 für jede der ECA-Pastenzusammensetzungen gezeigt. TABELLE II
    Probe Mittlere Haftstärke
    Beispiel 1 1160 g
    Beispiel 2 1353 g
    Beispiel 3 1286 g
    Beispiel 4 1592 g
    Beispiel 5 977 g
    Beispiel 6 1038 g
    Vergl. Exp. A 681 g
    Vergl. Exp. B 2032 g
  • Charakterisierung der Flexibilität
  • Die Flexibilitätsleistung der Proben in Tabelle III wurde wie nachstehend beschrieben gemessen.
    1. 1. ECA-Formulierungen wurden in eine 6-ml-Spritze zur Verwendung mit einem Nordson EFD-Fluidausgabesystem überführt. Die Einstellungen des Nordson-EFD wurden eingestellt, um ein einheitliches Volumen an ausgegebenem Material für jeden ECA zu erhalten.
    2. 2. ECA-Material wurde auf die Silberflächen eines Prüfcoupons ausgegeben, der mit leitfähigen Silberbahnen gestaltet war. Die Silberflächen waren 0,050 Inch (1,27 mm) breit, um die Befestigung einer 1206-Package SMD LEDs an den Flächen unter Verwendung des ECA zu ermöglichen, beispielsweise der Vorrichtung Memcon ML153N-RWT. Die Bahnen auf dem Prüfcoupon waren dafür gestaltet, das Anlegen einer Spannung an die LEDs zum Bestätigen des LED-Betriebs zu ermöglichen.
    3. 3. LEDs wurden manuell auf dem ausgegebenen ECA platziert. Ein Haftstärkeprüfungs-Probensatz umfasste wenigstens 30 LEDs.
    4. 4. Der Prüfcoupon wurde in einem Blue-M-Ofen angeordnet und der ECA wurde 20 Minuten bei 120 °C gehärtet.
    5. 5. Zum Bestätigen der Integrität der ECA-Verbindung wurde an jede LED eine Spannung von 3 VDC angelegt, um die LED leuchten zu lassen.
    6. 6. Ein Ende des Prüfcoupons wurde mit einem Klebeband an ein PVC-Rohr mit einem Durchmesser von 1 Inch (2,54 cm) befestigt. An jedem Prüfcoupon wurden zwei Flexibilitätsprüfungen durchgeführt.
      1. a. Flexibilitätsprüfung 1 - Der Prüfcoupon wurde eng um den Außendurchmesser des PVC-Rohrs gewickelt und dann freigegeben. Das Umwickeln und Freigeben wurde 10-mal wiederholt. An jede LED wurde eine Spannung von 3 VDC angelegt, um zu prüfen, ob sie leuchtet, und das Ergebnis wurde aufgezeichnet.
      2. b. Flexibilitätsprüfung 2 - Der Prüfcoupon wurde eng um den Außendurchmesser des PVC-Rohrs gewickelt und das freie Ende des Prüfcoupons wurde mithilfe von Klebeband an dem Rohr befestigt. Der Prüfcoupon wurde für 15 Minuten beiseitegelegt. Nach 15 Minuten und ohne Ablösen des Prüfcoupons wurde an jede LED eine Spannung von 3 VDC angelegt, um zu prüfen, ob sie in dem gebogenen Zustand leuchtet, und das Ergebnis wurde aufgezeichnet. Nachdem alle LEDs an dem Prüfcoupon geprüft waren, wurde er von dem Rohr abgelöst.
    7. 7. Die Flexibilitätsprüfungen wurden mit ausreichend vielen Prüfcoupons wiederholt, um 30 Wiederholungen der LED-Prüfungen zu erhalten.
  • Die so gemessenen Flexibilitätsdaten werden in Tabelle III gezeigt. TABELLE III Flexibilitätsdaten (Flexibilitätsprüfung 2, N = 30 pro Probe)
    Probe Anzahl von LED-Ausfällen
    Beispiel 1 2
    Beispiel 2 4
    Beispiel 3 0
    Beispiel 4 0
    Beispiel 5 0
    Beispiel 6 0
    Vergl. Exp. A 1
    Vergl. Exp. B 25
  • Die in Tabelle II gezeigten Haftstärkedaten zeigen, dass die mit den Pasten der Beispiele 1-6, die blockiertes Polyisocyanat, Phenoxyharz und flexibles Polyesterpolyol enthalten, befestigten LEDs eine vorteilhaft höhere Haftstärke zeigen als LEDs, die mit dem Vergleichsexperiment A befestigt waren, das kein blockiertes Polyisocyanat in seiner Zusammensetzung aufweist. Die Flexibilitätsdaten in Tabelle III zeigen, dass die Beispiele 1-6, die blockiertes Polyisocyanat, Phenoxyharz und flexibles Polyesterpolyol enthalten, eine bessere Flexibilität mit weniger oder keinen LED-Ausfällen ergeben als Vergleichsexperiment B (epoxygehärtetes System), das zahlreiche LED-Ausfälle zeigte.
  • BEISPIEL 7, VERGLEICHSEXPERIMENT C
  • Herstellung von Prüfplatten mit einem umspritzten elektrischen Verbindungselement
  • Für Beispiel 7 wurde eine Reihe von 25 Schaltungsbaugruppen in der Form von Prüfplatten hergestellt. Sie enthielten verschiedene Typen von Schaltungen und Funktionen, die dafür repräsentativ sind, was in einer Automobil-Armaturentafel eingebaut sein könnte. Die Prüfplatten wurden allgemein in einer Form wie der in 3 dargestellten strukturiert. Nach der Herstellung wurden sie geprüft, um die Wirksamkeit des vorliegenden Herstellungsverfahrens und der dabei verwendeten vorliegenden ECA-Zusammensetzung zu zeigen.
  • Die Struktur 60 in 3 ist eine modifizierte Form der in 2 als 40 gezeigten. Zusätzlich zu den Schichten des Substrats 28 von 2 sind in das Substrat 48 von 3 ferner eine zusätzliche leitfähige Silberschicht 44 und eine dielektrische Basisschicht 46 zwischen einer Übergangsdielektrikumschicht 24 und der Graphiktintenschicht 22 aufgenommen. Die Substrate 28 wurden unter Verwendung einer Basisschicht 20 aus einer Kunststofffolie von etwa 16,5 Quadratzentimeter, auf die eine 1 - 2 µm dicke Schicht 22 einer herkömmlichen druckbaren Graphiktintenzusammensetzung gedruckt wurde, die Benutzerzeichen bereitstellt, einer dielektrischen Basisschicht 46 und einer leitfähigen Silberschicht 44, die eine Erdungsebene bereitstellt, hergestellt. Anschließend wurde eine dielektrische Schicht 24 aus DuPont ME778 Übergangsdielektrikumpaste (im Handel erhältlich von DuPont, Wilmington, DE) durch Siebdruck aufgebracht und auf eine Dicke von etwa 10 µm getrocknet. Schließlich wurde eine Struktur von Leiterbahnen durch Siebdruck von leitfähiger Paste auf Silberbasis DuPont ME602 oder ME603 (im Handel erhältlich von DuPont, Wilmington, DE) auf der Übergangsdielektrikumschicht 24 gebildet. Platten wurden unter Verwendung von 10, 15 oder 20 mil (etwa 250, 375 oder 500 µm) dicken Polycarbonat(PC)-Folien oder einer 7,5 mil (etwa 200 µm) dicken Polyethylenterephthalat(PET)-Folie als Basisschicht hergestellt. Auf jeder der Leiterflächen wurde eine geeignete Menge eines nachgiebigen ECA 42 mit der Zusammensetzung des vorstehenden Beispiels 6 unter Verwendung einer Schablone von 0,008 Inch (200 µm) schablonengedruckt und anschließend getrocknet. Anschließend wurde ein Vakuumformverfahren verwendet, um verschiedene Oberflächenvertiefungen herzustellen, die zehn kapazitiven Berührungsschaltern entsprechen, die in verschiedenen Konfigurationen in den Prüfplatten enthalten waren. Die Prüfplatten 60 wurden durch ein Einsatzformverfahren fertiggestellt, bei dem die verschiedenen Komponenten unter Verwendung von Durastar™ DS1910HF-Polymer (erhältlich von der Eastman Chemical Company, Kingsport, TN) umspritzt wurden.
  • Zu Prüfzwecken waren die Bahnen so angeordnet, dass sie von einem Feld von Verbindungsflächen ausgehen, die als Verbindungspunkte gestaltet sind, die mit einem herkömmlichen oberflächenmontierbaren Verbindungselement (Samtec TSM-110-01-T-DV) verbunden werden sollen, das 2 Reihen von jeweils 10 Stiften in einem Abstand von 0,1 Inch (2,54 mm) aufweist. Von diesen Stiften führten Bahnen zu verschiedenen plattenintegrierten Schaltungselementen. Jede Platte wies zwei Schleifenbahnen mit unterschiedlichen Längen auf, wobei jede Bahn an ihren entsprechenden Enden mit einem Paar der Stifte verbunden war. Bahnen von anderen Stiften führten ebenfalls zu 8 Paaren von benachbarten Flächen, auf denen herkömmliche oberflächenmontierbare LED-Anzeigen angeordnet und verbunden waren.
  • Die Prüfung konnte entweder mithilfe einer benutzerdefinierten Steuerung, die zum Ausführen der verschiedenen Schaltkreisfunktionen gestaltet ist, oder mithilfe herkömmlicher Labormessgeräte und Stromquellen, die manuell mit den Stiften verbunden werden, durchgeführt werden. Die Charakterisierung der Schleifenbahnen und der LEDs ermöglichte die Bestimmung der Wirksamkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem oberflächenmontierbaren Verbindungselement und den davon ausgehenden Leiterbahnen.
  • Für die Schleifenbahnen wurde eine gute Verbindung festgestellt, wenn der mithilfe eines herkömmlichen Ohmmeters mit an den entsprechenden Stiften angebrachten Sonden gemessene Widerstand nahe dem für die Bahn auf der Basis der verwendeten leitfähigen Tinte und ihrer nominellen Abmessungen bei der Herstellung (Länge, Breite und Höhe) lag. Ein höherer Widerstand wurde einer schlechten Verbindung zwischen dem Stiftanschluss und der Bahn zugeschrieben; ein zu niedriger Widerstand war vermutlich die Folge eines Kurzschlusses durch die dazwischenliegende Erdungsplatte.
  • Jede LED wurde sowohl durch Anlegen einer Vorspannung direkt an die beiden Verbindungsstifte, die nominell durch die Leiterbahnen mit ihren Vorrichtungsanschlüssen verbunden waren, und mithilfe der Steuerung geprüft. Für jede LED wurde eine gute Verbindung festgestellt, wenn die Vorrichtung leuchtete und nur dann leuchtete, wenn sie auf die erwartete Weise mit Energie versorgt wurde, und ausgeschaltet war, wenn sie nicht mit Energie versorgt wurde. Eine LED, die unter keinem Energieversorgungszustand arbeitete, könnte einen Fehler an dem Verbindungselement anzeigen, dies könnte aber auch auftreten, wenn die Leiterbahn oder die Verbindung zu der LED selbst fehlerhaft ist. Ähnlich konnte bei LEDs, die entweder ständig eingeschaltet waren oder von der Steuerung nicht auf die erwartete Weise betätigt werden konnten, kein Schluss über das Verbindungselement selbst gezogen werden. Es wurde gesondert sichergestellt, dass keine Kurzschlüsse zwischen benachbarten Stiften des Verbindungselements als Folge des Formvorgangs vorhanden waren.
  • Daten aus dieser Prüfung von Platten, die mit der ECA-Zusammensetzung des vorstehenden Beispiels 6 hergestellte Verbindungen aufweisen, werden in Tabelle IV gezeigt. Ferner werden das für jede Platte verwendete Material der Basisschicht (PC oder PET) und deren Dicke aufgelistet. Ergebnisse für die beiden Schleifenbahnen sind als „+“ gekennzeichnet, wenn beide Bahnen einen Widerstand innerhalb erwarteter Grenzen zeigten. „Offen(n)“ bedeutet, dass „n“ (n = 1 oder 2) Bahnen leerlaufend waren, während „Kurz(n)“ einen Kurzschluss (d. h. einen Widerstand, der viel niedriger als erwartet ist) in „n“ der Bahnen anzeigt. Die Anzahl der korrekt arbeitenden LEDs wird ebenfalls angegeben. TABELLE IV
    Prüfplatte Nr. Substrat Substratdicke (µm) Schleife Betriebsfähige LEDs
    1 PC 375 + 7
    2 PC 375 + 8
    3 PC 375 + 8
    4 PC 375 + 8
    5 PC 375 + 6
    6 PC 375 + 6
    7 PC 375 + 8
    8 PC 375 + 8
    9 PC 375 + 8
    10 PC 375 + 7
    11 PC 375 + 6
    12 PC 375 + 8
    13 PC 375 + 8
    14 PC 375 + 8
    15 PC 375 + 2
    16 PC 375 + 8
    17 PC 375 + 8
    18 PC 375 + 7
    19 PC 375 + 8
    20 PC 375 + 8
    21 PC 375 + 5
    22 PET 190 Offen(2) 0
    23 PET 190 + 4
    24 PET 190 + 6
    25 PET 190 + 6
  • Für das Vergleichsexperiment B wurde eine weitere Reihe von 15 Prüfplatten (nicht gezeigt) unter Verwendung der gleichen Verfahren wie vorstehend beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass der nachgiebige ECA weggelassen wurde. Somit beruhten die Verbindungen zwischen den Leiterbahnen und den verschiedenen LEDs und dem Mehrstift-Verbindungselement ausschließlich auf dem physikalischen Kontakt, der bei dem Umspritzverfahren erzeugt wurde. TABELLE V
    Prüfplatte Nr. Substrat Substratdicke (µm) Schleife Betriebsfähige LEDs
    1 PC 375 Kurz(2) 0
    2 PC 375 Kurz(1) 3
    3 PC 375 Offen(1) 5
    4 PC 375 Kurz(2) 0
    5 PC 375 Kurz(2) 0
    6 PC 500 Kurz(2) 0
    7 PC 500 Kurz(2) 0
    8 PC 250 Kurz(2) 0
    9 PC 250 Kurz(2) 0
    10 PC 250 Offen (2) 0
    11 PC 500 Offen(1) 0
    12 PC 375 Offen(2) 0
    13 PC 500 + 7
    14 PC 500 + 4
    15 PC 500 + 6
  • Ein Vergleich der in den Tabellen IV und V gezeigten Daten zeigt die Wirksamkeit des nachgiebigen ECA für die zuverlässige Herstellung von Verbindungen in Prüfplatten, die eine typische In-Mold-Elektronik-Schaltungsbaugruppe nachahmt.
  • BEISPIEL 8
  • Die Prüfung von Beispiel 7 wurde wiederholt, indem 39 weitere Prüfplatten mit der gleichen Konfiguration (3) hergestellt und geprüft wurden. Alle Verbindungen wurden unter Verwendung der nachgiebigen ECA-Zusammensetzung von Beispiel 6 hergestellt. Es wurde die gleiche Prüfung durchgeführt und lieferte die in Tabelle VI gezeigten Ergebnisse. TABELLE VI
    Prüfplatte Nr. Substrat Substratdicke (µm) Schleife Betriebsfähige LEDs
    1 PC 375 + 8
    2 PC 375 + 8
    3 PC 375 + 3
    4 PC 375 + 1
    5 PC 500 + 8
    6 PC 500 Kurz(2) 7
    7 PC 500 + 2
    8 PC 500 + 6
    9 PC 500 + 0
    10 PC 500 + 0
    11 PC 250 + 7
    12 PC 250 + 2
    13 PC 250 + 6
    14 PC 250 + 8
    15 PC 375 + 8
    16 PC 500 + 8
    17 PC 500 + 6
    18 PC 375 + 8
    19 PC 500 + 8
    20 PC 375 + 4
    21 PC 375 + 7
    22 PC 500 Kurz(1) 0
    23 PC 375 + 7
    24 PC 375 + 8
    25 PC 500 + 8
    26 PC 500 + 5
    27 PC 500 + 8
    28 PC 500 + 7
    29 PC 500 + 8
    30 PC 500 + 5
    31 PC 250 Kurz(2) 8
    32 PC 250 Kurz(2) 6
    33 PC 250 + 3
    34 PET 190 + 5
    35 PET 190 + 8
    36 PET 190 + 8
    37 PET 190 + 7
    38 PET 190 + 8
    39 PET 190 + 6
  • BEISPIEL 9
  • Die Zuverlässigkeit von mit wie vorstehend beschriebenem ECA hergestellten Verbindungen wurde geprüft, indem einige der Prüfplatten einer lang anhaltenden Umgebungsspannung ausgesetzt wurden, entweder bei 85 °C in Laborluft oder bei 85 °C in feuchter Luft (85 % relative Feuchtigkeit). Die Expositionsdauer lag in dem Bereich von 2448 bis 3312 h (102 bis 138 d). Der Widerstand der beiden Schleifenbahnen wurde mithilfe eines Labor-Multimeters am Beginn und nach der Exposition gemessen, wobei die in Tabelle VII aufgelisteten Werte erhalten wurden. Von den 14 Bahnen auf den 7 Platten behielten 13 einen zufriedenstellenden Widerstand, während sich eine der Bahnen auf Platte 7 während der Exposition öffnete. TABELLE VII Umgebungsprüfung von Prüfplatten mit ECA-Verbindungen
    Umgebungs-Prüfprobe Prüfbedingung Gesamtexposition (h) Schleifenwiderstand (Ω)
    Beginn End
    Bahn 1 Bahn 2 Bahn 1 Bahn 2
    1 85 °C/85 % RH 3312 3 11,9 5,7 13,4
    2 85 °C/85 % RH 2448 2,3 8 2,7 6,2
    3 85 °C/85 % RH 2448 2,3 8,4 3,5 5
    4 85 °C 2760 3,6 13 3,5 12,2
    5 85 °C 2760 2,8 12,3 15 85
    6 85 °C 2448 1,9 6,5 2 6,2
    7 85 °C 2448 2 8,3 19,5 Offen
  • Nachdem die Erfindung nun ausführlich beschrieben worden ist, wird klar sein, dass diese Einzelheiten nicht streng eingehalten werden müssen, sondern dass dem Fachmann weitere Veränderungen und Modifikationen nahe liegen können, die alle in den durch die anhängenden Ansprüche definierten Umfang der Erfindung fallen.
  • Wenn hierin ein Bereich von Zahlenwerten genannt oder eingeführt wird, enthält der Bereich dessen Endpunkte und alle ganzen Zahlen und Bruchzahlen in dem Bereich, und enthält auch alle engeren Bereiche, die durch alle verschiedenen möglichen Kombinationen der Endpunkte und internen ganzen Zahlen und Bruchzahlen darin gebildet werden, um Teilgruppen der größeren Gruppe von Werten innerhalb des angegebenen Bereichs zu bilden, zu dem gleichen Umfang, als ob jeder dieser engeren Bereiche ausdrücklich genannt werden würde. Wenn ein Bereich von Zahlenwerten hierin als größer als ein angegebener Wert bezeichnet wird, ist der Bereich dennoch beschränkt und ist an seinem oberen Grenzwert durch einen Wert, der im Zusammenhang der hierin beschriebenen Erfindung anwendbar ist, beschränkt. Wenn ein Bereich von Zahlenwerten hierin als kleiner als ein angegebener Wert bezeichnet wird, ist der Bereich dennoch an seinem unteren Ende durch einen von Null verschiedenen Wert beschränkt.
  • Wenn in der der vorliegenden Beschreibung eine Ausführungsform des Gegenstands davon als bestimmte Merkmale oder Elemente umfassend, einschließend, enthaltend, aufweisend, daraus bestehend oder daraus gebildet genannt oder beschrieben wird, können, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder durch den Zusammenhang der Verwendung anders angezeigt, ein oder mehrere Merkmale oder Elemente zusätzlich zu den ausdrücklich genannten oder beschriebenen in der Ausführungsform vorhanden sein. Eine alternative Ausführungsform des Gegenstands davon kann aber als im Wesentlichen aus bestimmten Merkmalen oder Elementen bestehend bezeichnet oder beschrieben werden, wobei bei dieser Ausführungsform Merkmale oder Elemente, die das Arbeitsprinzip oder die kennzeichnenden Charakteristika der Ausführungsform materiell verändern würden, nicht darin vorhanden sind. Eine weitere alternative Ausführungsform des Gegenstands davon kann als aus bestimmten Merkmalen oder Elementen bestehend bezeichnet oder beschrieben werden, wobei bei dieser Ausführungsform oder bei geringfügigen Variationen davon nur die spezifisch genannten oder beschriebenen Merkmale oder Elemente vorhanden sind. Ferner soll der Begriff „umfassend“ Beispiele einschließen, die von den Begriffen „im Wesentlichen bestehend aus“ und „bestehend aus“ abgedeckt werden. Ähnlich soll der Begriff „im Wesentlichen bestehend aus“ Beispiele einschließen, die von dem Begriff „bestehend aus“ abgedeckt werden.
  • Es ist zu beachten, dass in manchen Fällen hierin Polymere (einschließlich solcher, die als Mikrogele hergestellt sind) durch Bezeichnung der Monomere oder der für die Herstellung der Polymere verwendeten Mengen davon beschrieben werden. Während eine derartige Beschreibung die spezifische Nomenklatur, die zur Beschreibung des fertigen Polymers verwendet wird, nicht enthalten muss oder bestimmte Product-by-Process-Terminologie nicht enthalten muss, ist jede derartige Angabe von Monomeren und Mengen so auszulegen, dass sie bedeutet, dass das Polymer diese Monomere (d. h. copolymerisierte Einheiten dieser Monomere) oder diese Menge der Monomere und die entsprechenden Polymere und Zusammensetzungen davon umfasst.
  • Wenn eine Menge, eine Konzentration oder ein anderer Wert oder Parameter als Bereich, bevorzugter Bereich oder als Liste von oberen bevorzugten Werten und unteren bevorzugten Werten angegeben wird, ist dies als spezifische Offenbarung aller Bereiche zu verstehen, die von jedem Paar von jeder/jedem oberen Bereichsgrenze oder bevorzugten Wert und jeder/jedem unteren Bereichsgrenze oder bevorzugten Wert gebildet werden, unabhängig davon, welche Bereiche gesondert offenbart werden. Wenn hierin ein Bereich von Zahlenwerten genannt wird, soll der Bereich, sofern nicht anders angegeben, die Endpunkte davon und alle ganzen Zahlen und Bruchzahlen in dem Bereich enthalten. Es ist nicht vorgesehen, dass der Umfang der Erfindung bei der Definition eines Bereichs auf die genannten spezifischen Werte beschränkt wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder durch den Zusammenhang der Verwendung anders angezeigt:
    1. (a) können hierin genannte Mengen, Größen, Bereiche, Formulierungen, Parameter und andere Größen und Charakteristika, insbesondere wenn durch den Begriff „etwa“ modifiziert, exakt sein, müssen es aber nicht, und können auch ungefähr und/oder größer oder kleiner (wie gewünscht) als angegeben sein, um Toleranzen, Umwandlungsfaktoren, Rundungen, Messfehler und dergleichen wiederzugeben, sowie in einen angegebenen Wert jene Werte einschließen, die im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung funktionelle und/oder betriebsfähige Äquivalenz zu dem angegebenen Wert aufweisen, und
    2. (b) werden alle Zahlenwerte von Teilen, Anteilen oder Verhältnissen als Gewichtsteile, -prozentwerte oder -verhältnisse angegeben; die angegebenen Gewichtsteile, -prozentwerte oder -verhältnisse können eine Summe von 100 bilden oder auch nicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/686343 [0001]
    • US 62/799394 [0001]

Claims (19)

  1. Elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung, umfassend: (a) leitfähiges Metallpulver; (b) ein Harzgemisch von Polyol- und Phenoxyharz, die beide Hydroxygruppen (OH) enthalten; (c) blockiertes aliphatisches Polyisocyanat, das Isocyanatgruppen (NCO) enthält; und (d) ein oder mehrere polare aprotische Lösungsmittel, wobei das Harzgemisch und das blockierte aliphatische Polyisocyanat in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln gelöst sind und das Metallpulver in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln dispergiert ist.
  2. Pastenzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das leitfähige Metallpulver Silberpulver umfasst.
  3. Pastenzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das leitfähige Metallpulver silberbeschichtetes Kupferpulver umfasst.
  4. Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Pastenzusammensetzung 55-80 Gew.-% leitfähiges Metallpulver, 7-20 Gew.-% Harzgemisch, 0,5-5 Gew.-% blockiertes aliphatisches Polyisocyanat und 15-35 Gew.-% an einem oder mehreren Lösungsmitteln umfasst, wobei die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der Pastenzusammensetzung bezogen sind.
  5. Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis der Anzahl von Hydroxygruppen des Harzgemischs zu der Anzahl von Isocyanatgruppen des blockierten aliphatischen Polyisocyanats, OH/NCO, in dem Bereich von 8 bis 25 liegt und das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zu dem Gewicht des Harzgemischs, Metall/Harzgemisch, in dem Bereich von 4 bis 7 liegt.
  6. Elektrisch leitfähiger Klebstoff, umfassend die Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis der Anzahl von Hydroxygruppen des Harzgemischs zu der Anzahl von Isocyanatgruppen des blockierten aliphatischen Polyisocyanats, OH/NCO, in dem Bereich von 1 bis 10 liegt und das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zu dem Gewicht des Harzgemischs, Metall/Harzgemisch, in dem Bereich von 7 bis 10 liegt.
  8. Elektrisch leitfähige Polymerdickschicht, gebildet unter Verwendung der Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7.
  9. Gegenstand, umfassend: eine elektrische Schaltung, die eine elektrisch leitfähige Einheit enthält, die aus einer elektrisch leitfähigen Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 gebildet ist, die umfasst: (a) leitfähiges Metallpulver; (b) Harzgemisch von Polyol- und Phenoxyharz, die beide Hydroxygruppen (OH) enthalten; (c) blockiertes aliphatisches Polyisocyanat, das Isocyanatgruppen (NCO) enthält; und (d) ein oder mehrere polare aprotische Lösungsmittel, wobei das Harzgemisch und das blockierte aliphatische Polyisocyanat in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln gelöst sind und das Metallpulver in dem einen oder den mehreren Lösungsmitteln dispergiert ist, und wobei die Pastenzusammensetzung gehärtet worden ist.
  10. Gegenstand gemäß Anspruch 9, wobei die Einheit ein elektrisch leitfähiger Klebstoff ist.
  11. Gegenstand gemäß Anspruch 9, wobei die Einheit eine elektrisch leitfähige Polymerdickschicht ist.
  12. Gegenstand gemäß Anspruch 9, wobei der Gegenstand ein tragbares Kleidungsstück ist.
  13. Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Schaltungselements, das wenigstens einen Anschluss aufweist, an einem Substrat, das eine erste und eine zweite Hauptoberfläche und eine Leiterbahn auf der ersten Oberfläche aufweist, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer Spritzgussform, die aus einer Vielzahl von Gegenstücken besteht, die, wenn zusammengefügt, gemeinsam einen Innenhohlraum definieren, der dafür ausgelegt ist, geschmolzenes Kunststoffmaterial aufzunehmen, das auf das Substrat geformt werden soll; (b) Aufbringen eines nachgiebigen elektrisch leitfähigen Klebstoffs auf wenigstens eines von dem wenigstens einen Anschluss und einem Verbindungspunkt der Leiterbahn, der mit dem Anschluss elekrtrisch verbunden werden soll; (c) Zusammenfügen der Spritzgussform, in der das Substrat und das Schaltungselement eingeschlossen sind, wobei das Schaltungselement an der ersten Oberfläche mit dem wenigstens einen Anschluss in Deckung mit dem Verbindungspunkt und in Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Klebstoff angeordnet ist; (d) anschließend Füllen des Innenhohlraums mit einem geschmolzenen Kunststoffmaterial; und (e) Erstarrenlassen des Kunststoffmaterials und anschließend Entnehmen des Substrats und des daran befestigten Schaltungselements aus der Spritzgussform, und wobei der Hohlraum so gestaltet ist, dass das Kunststoffmaterial, wenn erstarrt, das Schaltungselement wenigstens teilweise einbettet und es an dem Substrat befestigt, wobei der wenigstens eine Anschluss elektrisch mit der Leiterbahn verbunden wird.
  14. Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Schaltungselements, das wenigstens einen Anschluss aufweist, an einem Substrat, das eine erste und eine zweite Hauptoberfläche und eine Leiterbahn auf der ersten Oberfläche aufweist, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer Spritzgussform, die aus einer Vielzahl von Gegenstücken besteht, die, wenn zusammengefügt, gemeinsam einen Innenhohlraum definieren, der dafür ausgelegt ist, geschmolzenes Kunststoffmaterial aufzunehmen, das auf das Substrat geformt werden soll; (b) Aufbringen eines nachgiebigen elektrisch leitfähigen Klebstoffs auf wenigstens eines von dem wenigstens einen Anschluss und einem Verbindungspunkt der Leiterbahn, der mit dem Anschluss elektrisch verbunden werden soll; (c) Zusammenfügen der Spritzgussform, in der das Substrat und das Schaltungselement eingeschlossen sind, wobei das Schaltungselement an der ersten Oberfläche mit dem wenigstens einen Anschluss in Deckung mit dem Verbindungspunkt und in Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Klebstoff angeordnet ist; (d) anschließend Füllen des Innenhohlraums mit einem geschmolzenen Kunststoffmaterial; und (e) Erstarrenlassen des Kunststoffmaterials und anschließend Entnehmen des Substrats und des daran befestigten Schaltungselements aus der Spritzgussform, und wobei der Hohlraum so gestaltet ist, dass das Kunststoffmaterial, wenn erstarrt, das Schaltungselement wenigstens teilweise einbettet und es an dem Substrat befestigt, wobei der wenigstens eine Anschluss elektrisch mit der Leiterbahn verbunden wird, und wobei der nachgiebige elektrisch leitfähige Klebstoff die elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 umfasst.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der Innenhohlraum so gestaltet ist, dass das Schaltungselement teilweise in dem erstarrten Kunststoffmaterial eingebettet wird.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der Innenhohlraum so gestaltet ist, dass das Schaltungselement vollständig in dem erstarrten Kunststoffmaterial eingebettet wird.
  17. Schaltungsbaugruppe, umfassend: (i) wenigstens ein elektrisches Schaltungselement, das wenigstens einen Anschluss aufweist, und (ii) ein Substrat, das eine erste und eine zweite Hauptoberfläche und eine Leiterbahnstruktur auf der ersten Oberfläche aufweist, wobei der wenigstens eine Anschluss und die Leiterbahn durch einen dazwischen angeordneten elektrisch leitfähigen Klebstoff, der die elektrisch leitfähige Polymerdickschicht-Pastenzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 umfasst, elektrisch verbunden sind.
  18. Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 17, wobei das elektrische Schaltungselement durch einen umspritzten Kunststoff, in dem das Schaltungselement wenigstens teilweise eingebettet ist, an dem Substrat befestigt ist.
  19. Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 18, wobei das Schaltungselement vollständig in dem umspritzten Kunststoff eingebettet ist.
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