DE2205038C3 - Elektrisch leitender Film - Google Patents

Elektrisch leitender Film

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DE2205038C3 DE2205038A DE2205038A DE2205038C3 DE 2205038 C3 DE2205038 C3 DE 2205038C3 DE 2205038 A DE2205038 A DE 2205038A DE 2205038 A DE2205038 A DE 2205038A DE 2205038 C3 DE2205038 C3 DE 2205038C3
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Description

45
Die Erfindung betrifft einen leitenden Film mit Metallpulver in Dispersion in einem in der Wärme aushärtenden Harz zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, wobei das Metallpulver ein Gemisch aus im wesentlichen schuppenförmigem Silber und wenigstens einem weiteren Metall ist.
Es sind verschiedene elektrisch leitende Filme bekannt, die ein feinverteiltes Metallpulver in Dispersion in einem organischen Bindemittel enthalten. Zum Beispiel ist Silberfarbe, bei der Silberpulver in einem Träger dispergiert ist, der ein organisches Bindemittel enthält, im Handel erhältlich und bildet einen elektrisch leitenden Film nach dem Härten. Bei dieser Silberfarbe ist die Haftung des elektrisch leitenden Films an einer Unterlage um so besser, je größer die Menge des organischen Bindemittels ist, aber desto schlechter ist die Oberflächenleitfähigkeit des Films.
|e größer andererseits die Menge des Silberpulvers ist, desto größer ist zwar die Oberflächenleitfähigkeit, desto schlechter ist aber auch die Haftung an der fc5 Unterlage. Es ist auch bekannt, daß Silber in Abhängigkeit von dem Herstellungs- und Vermahlverfahren teilweise in Dendritenform vorliegt; in elektrisch leitenden Zusammensetzungen zur Herstellung von gedruckten Schaltungen werden im wesentlichen die schuppenförmigen Silberteilchen eingesetzt.
Die deutsche Auslegeschrift 10 78 656 offenbart beispielsweise einen elektrisch leitenden Film, der ein feinverteiltes Metallpulver in Dispersion in einem organischen Bindemittel enthält Dieser leitende Film zeigt jedoch nicht sowohl eine hohe Oberflächenleitfähigkeit als auch eine hohe Haftfestigkeit an der Unterlage.
Die deutsche Auslegeschrifl 12 26 232 erwähnt ein Klebemittel, in dem Silberflocken und ultrafeines Silber in einer Emailleschmelze und nicht in einem organischen Bindemittel eingebettet sind.
Aus der DE-OS 14 90 577 ist eine elektrisch leitende Schicht bekannt in welcher neben Silber auch ein anderes Metall feinverteilt vorgesehen ist Durch diese Maßnahme soll der größte Teil des teuren Silbers durch billigere Metalle wie Kupfer, Zink ersetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines elektrisch leitenden Films, bei dem Metallpulver in einem organischen Bindemittel dispergiert ist wobei der leitende Film sowohl durch eine hohe Oberflächenleitfähigkeit als auch eine gute Haftung an einer Trägerplatte gekennzeichnet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figur näher erläutert, die eine stark vergrößerte Schnittansicht eines leitenden Films gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der Figur kennzeichnet das Bezugszeichen 1 einen isolierenden Träger, wie z. B. ein mit Phenol-, Epoxy-, Melamin-, Harnstoff oder modifiziertem Phenolharz imprägniertes Papier- oder Glasfaserblatt. Ein leitender Film 5 haftet fest an dem isolierenden Träger 1 und enthält Silberschuppen 2 sowie Kupfer- oder Eisenteilchen in Dendritform 3 in Dispersion in einem in der Wärme aushärtenden Bindemittel 4.
Dieser leitende Film 5 hat insofern eine besondere Form, als die Silberschuppen 2 in einer Oberschicht des leitenden Films 5 dichter verteilt sind und dendritförmige Kupfer- oder Eisenteilchen gleichförmig in dem leitenden Film 5 verteilt sind.
Die Silberschuppen haben jeweils einen Durchmesser von 1 bis 10 Mikron und eine Dicke von 0,01 bis 0,1 Mikron.
Der Durchmesser der flachen Oberfläche wird mit Elektronen-Mikrophotographien nach den bekannten Verfahren gemessen. Die Dicke wird gemessen mit Elektronen-Mikrophotographien, die nach dem herkömmlichen Schattenverfahren erhalten werden, bei dem Chrom oder Kohlenstoff unter einem schrägen Winkel auf eine Pulverprobe aufgedampft und auf deren Oberfläche abgelagert wird. Nach diesem Verfahren verbleibt ein Teil der Pulverprobe, auf dem kein Chrom oder Kohlenstoff abgelagert ist. Die Elektronen-Mikrophotographien offenbaren einen weißen Abschnitt. Die Dicke wird berechnet aus der Länge des weißen Abschnittes und der Größe des Winkels, wie es in »Shadow Casting and Surface Replication« des Kap. 13 im Buch »Vacuum Deposition of Thin Films« von L. Holland, 1960 beschrieben ist.
Das schuppenförmige Silberpulver gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt vorzugsweise die folgende Absetzprüi'iing: Eine Glasschüssel von 100 mm Durchmesser und 30 mm Tiefe wird mit Butylalkohol gefüllt, 0,5 g Silberpulver läßt man auf die Oberfläche des
Butylaikohols durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm fallen. Das Silberpulver teilt sich in zwei Gruppen von Teilchen: Die eine schwimmt auf der Oberfläche des Butylaikohols, und die andere setzt sich auf dem Boden der Glasschüssel ab. Das schwimmende Silberpulver wird nach einer Ruhezeit von 1 min durch Dekantierun? in einen Becher abgefüllt und getrocknet Das Gewichtsverhältnis von schwimmendem Silberpulver zu abgesetztem Silberpulver wird hierin später als Schwimmverhältnis bezeichnet Ein bevorzugtes Silberpulver in Schuppenform hat ein Schwimmverhältnis von mehr als 60%.
Das dendritförmige Kupfer- oder Eisenpulver macht den leitenden Film mechanisch fester und thermisch besser geeignet Verwendbare durchschnittliche Teilchengrößen liegen für das dendritförmige Kupfer- oder Eisenpulver im Bereich von 10 bis 15 Mikron.
Der leitende Film gemäß der vorliegenden Erfindung enthält 10 bis 60 Gewichtsprozent Silberschuppen und 40 bis 90 Gewichtsprozent dendritförmiger Kupferoder Eisenteilchen.
Die Zusammensetzung des leitenden Films besteht aus 10 bis 50 Volumprozent des in der Wärme aushärtenden Bindemittels und 50 bis 90 Volumprozent insgesamt des schuppenförmigen Silber- und des dendritförmigen Kupfer- oder Eisenpulvers.
Eine Kombination von schuppenförmigem Silberpulver und dendritförmigem Kupferpulver erzeug einen leitenden Film mit überragender elektrischer Leitfähigkeit, mechanischer Festigkeit und Stabilität.
Das in der Wärme aushärtende Bindemittel besteht im wesentlichen aus einem Harz aus der Gruppe, die von Phenol-, Xylol-, Harnstoff-, Epoxy- und modifiziertem Phenolharz gebildet wird.
Das schuppenförmige Silberpulver kann mit einer geeigneten Zerkleinerungsmaschine hergestellt werden, wie z. B. mit einer Kugelmühle, einem Stampfwerk oder einer Vibrationsmühle. Die Wahl der Type der Zerkleinerungsmaschine muß unter Berücksichtigung der Sprödigkeit der Ausgangsmaterialien getroffen werden. Schuppenförmiges Silberpulver wird vorzugsweise mit einer Kugelmühle hergestellt, und dabei wird elektrolytisches Silberpulver als Ausgangsmaterial verwendet Für die Herstellung der Silberschuppen ist es wichtig, daß 1 bis 20 Gewichtsprozent einer Fettsäure, wie Stearinsäure, zu dem Silberpulver in der Zerkleinerungsmaschine hinzugegeben werden. Die Fettsäure verhindert, daß die Silberteilchen in der Zerkleinerungsmaschine oxydieren und aneinanderkleben. Außerdem erzeugt die Fettsäure ein schuppenförmiges Silberpulver, das mit einem dünnen Fettsäurefilm überzogen ist, was das obengenannte Schwimmverhältnis stark verbessert
Das dendritförmige Kupfer- oder Eisenpulver besteht aus sogenanntem elektrolytischem Kupfer- odor Eisenpulver.
Das schuppenförmige Silber- und das dendritförmige Kupfer- oder Eisenpulver werden in einem flüssigen Träger dispergiert, der hergestellt wird, indem ein in der Wärme aushärtendes Bindemittel in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, um eine leitende Paste herzustellen. Die Dispersion kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren erzielt werden, wie z. B. in einer Dreiwalzenmühle oder einer Kugelmühle. Die Konsistenz der leitenden Paste wird gemäß dem Aufbringungsverfahren eingestellt. Bei dem Aufbringungsverfahren handelt es sich um das Sprühverfahren, das Tauchverfahren, das Bürstenverfahren oder das Siebdruckverfahren. Zum Beispiel erfordert das Siebdruckverfahren eine leitende Paste mit einer Viskosität von 500 bis 2000 Poise.
Die zur Herstellung einer gegebenen Zusammensetzung des fertigen leitenden Films benötigte leitende Paste wird auf einen isolierenden Träger aufgebracht Die leitende Paste wird auf dem Träger bei einer Temperatur ausgehärtet, die von dem in der Wärme aushärtenden Harz abhängt, das in der leitenden Paste enthalten ist, und wird zu einem leitenden Film gemäß
ίο der vorliegenden Erfindung geformt Die Dicke des leitenden Films kann mit dem gewünschten Zweck im Bereich von 15 bis 50 Mikron variieren.
Der leitende Film gemäß der vorliegenden Erfindung kann leicht zu einer gedruckten Schaltung mit gewünschtem Muster geformt werden. Die genannte leitende Paste wird in dem gewünschten Schaltungsmuster auf einen isolierenden Träger, wie z. B. eine Epoxyharzplatte aufgebracht Die aufgetragene leitende Paste wird dann bei einer Temperatur ausgehärtet, die von dem in der Wärme aushärtenden Bindemittel in der leitenden Paste abhängt Die Aufbringung kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren geschehen, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist. Die ausgehärtete leitende Paste mit dem gewünschten Schaltungsmuster bildet einen leitenden Film.
Beispiel 1
Elektrolytisches Silberpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 Mikron wird mit 5 Gewichtsprozent Stearinsäure vermischt und 10 Stunden lang in einem Stampfwerk und anschließend in einer Kugelmühle 5 Tage lang mit einem weiteren Zusatz von 5 Gewichtsprozent Stearinsäure pulverisiert.
100 g Silberpulver werden in 100 ecm Methylalkohol bei Raumtemperatur gegeben und 1 Stunde lang umgerührt Das gewaschene Pulver wird 3 Stunden lang bei 1200C getrocknet Das so erhaltene Silberpulver wird mit einer dünnen Schicht Stearinsäure überzogen. Die Existenz einer dünnen Schicht Stearinsäure wird nach folgendem Verfahren bewiesen: 10 g getrocknetes Silberpulver werden mit 50 ecm kochendem Alkohol in einem Rückfluß-Kondensator 1 Stunde lang gewaschen und gereinigt. Der gekochte Methylalkohol hat einen Säurewert von 3,0, was die Existenz von Stearinsäure in dem Methylalkohol beweist.
Die Silberpulverteilchen sind schuppenförrnig mit einem flachen Durchmesser von etwa 3 Mikron und einer Dicke von 0,03 Mikron, die mit der genannten Elektronen-Mikrophotographie bestimmt wird. Das Schwimmverhältnis dieses Silberpulvers beträgt 75 Gewichtsprozent.
Dendritförmiges Kupferpulver wird nach einem elektrolytischen Ablagerungsverfahren erhalten und hat einen Durchmesser von etwa 12 Mikron. Die Mischungsverhältnisse von schuppenförmigem Silberpulver und dendritförmigem Kupferpulver werden in der Tabelle 1 angegeben.
Das Silberpulver und das Kupferpulver werden gut in einem Träger dispergiert, der 40 Gewichtsprozent Phenolharz als in der Wärme aushärtendes Bindemittel und 60 Gewichtsprozent Carbitol enthält, indem eine Dreiwalzenmühle verwendet wird. Die so erhaltene leitende Paste hat ein Volumenverhältnis von 20% Phenolharz und 80% Silber- und Kupferpulver, nachdem das Carbitol verdampft ist. Die leitende Paste wird auf eine Epoxyharzplatte durch ein Drucksieb mit einer lichten Maschenweite von 0,095 mm aufgetragen und 2 Stunden lane bei 160°C auseehärtet. Die
ausgehärtete Paste bildet einen leitenden Film mit einer Dicke von 25 Mikron. Die Oberfläche des leitenden Films besteht in erster Linie aus Silberpulver und hat ein silbriges Aussehen. Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand und die Haftfestigkeit der leitenden Filme an der Epoxyharzplatte werden in der Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 Spezifischer
Oberflächen
widerstand
(Ohm/Quadrat)
Haftfestigkeit
(kp/cni2)
Mischung
(Gew.-%;
Silber
;sverhältnis
)
Kupfer
0,5
0,3
0,2
Beispiel 2
7,5
6,0
4,5
10
35
40
90
65
60
Elektrolytisches Silberpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 Mikron wird mit 5 Gewichtsprozent Stearinsäure vermischt und 10 Stunden lang in einem Stampfwerk und anschließend 5 Tage lang in einer Kugelmühle bei weiterem Zusatz von 5 Gewichtsprozent Stearinsäure pulverisiert.
Dendritförmiges Eisenpulver wird nach dem elektrolytischen Ablagerungsverfahren gewonnen und hat eine Teilchengröße von etwa 10 Mikron im Durchmesser. Die Pulver werden mit einem Mischungsverhältnis von 35 Gewichtsprozent Silberpulver in Schuppenform und
65 Gewichtsprozent Eisenpulver in Dendritform vermischt.
Das Silberpulver und das Eisenpulver werden gut in einem Träger, der 40 Gewichtsprozent Phenolharz als in der Wärme aushärtendes Bindemittel und 60 Gewichtsprozent Carbitol enthält, unter Verwendung einer Dreiwalzenmühle dispergiert. Die Menge des Trägers relativ zur Gesamtmenge von Silber- und Eisenpulver wird so gewählt, daß leitende Filme gebildet werden, die verschiedene Verhältnisse von Silber- und Eisenpulver gegenüber dem Phenolharz aufweisen, nachdem das Carbitol verdampft ist. Diese Volumenverhältnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt
Die leiiende Paste wird mil einem Sieb mit der lichten Maschenweite von 0,095 mm auf eine Epoxyharzplatte aufgetragen und 2 Stunden lang bei 1600C ausgehärtet. Die ausgehärtete Paste bildet einen leitenden Film mit einer Dicke von 25 Mikron. Die Oberfläche des leitenden Films besteht in erster Linie aus Silberpulver in Schuppenform und hat ein silbriges Aussehen. Der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand und die Haftfestigkeit der leitenden Filme an der Epoxyharzplatte werden in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Volumenverhältnis (%) Spezifischer Haftfestigkeit
Oberflächen
Phenolharz Silber und widerstand
Eisenpulver (kg/cm*)
10 90 0,4
30 70 0,6
50 50 0,8
5,4
10,5
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Leitender Film mit Metallpulver in Dispersion
in einem in der Wärme aushärtenden Harz zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, wobei das Metallpulver ein Gemisch aus im wesentlichen schuppenförmigem Silber und wenigstens einem weiteren Metall ist dadurch gekennzeichnet, daß das Silber als schuppenförmiges Metall- ι ο pulver dichter in der Oberschicht des leitenden Films verteilt ist und daß die dendritförmigen Metallteilchen, welche aus der von Kupfer und Eisen gebildeten Gruppe ausgewählt sind, im wesentlichen gleichförmig in dem leitenden Film verteilt sind.
2. Leitender Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schuppenförmige Metallpulver ein Schwimmverhältnis von mehr als 60% aufweist.
3. Leitender Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schuppenförmige Metallpulver Schuppen mit einem Durchmesser der flachen Oberfläche zwischen 1 und 10 Mikron und einer Dicke zwischen 0,01 und 0,1 Mikron besitzt und das dendritförmige Metallpulver Teilchen mit einer Größe von 10 bis 15 Mikron aufweist.
4. Leitender Film nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schuppenförmige Metallpulver in einer Menge von 10 bis 60 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Metallpulvers und das dendritförmige Metallpulver in einer Menge von 40 bis 90 Gewichtsprozent der Gesamtmenge des Metallpulvers enthalten ist.
5. Leitender Film nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Film eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen 10 bis 50 Volumprozent eines in der Wärme aushärtenden Bindemittels und 50 bis 90 Volumprozent insgesamt des Metallpulvers in Schuppenform und Dendritform enthält.
DE2205038A 1971-02-03 1972-01-31 Elektrisch leitender Film Expired DE2205038C3 (de)

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