DE3627654C2

DE3627654C2 - Elektrisch-anisotropes Haftmittel

Info

Publication number: DE3627654C2
Application number: DE3627654A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kawaguchi; Hideki Suzuki; Tsuneo Usuda
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1986-08-14
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2006-08-15
Also published as: DE3627654A1; GB2179357B; JPS6241277A; JPH0410916B2; GB2179357A; GB8619454D0; US4701279A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch-anisotropes Haftmittel und insbesondere ein elektrisch-anisotropes Haftmittel zur Herstellung einer adhesiven und elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlüssen zweier Schaltkarten durch ein Verfahren, bei dem ein Plättchen des Haftmittels zwischen die Anschlußenden plaziert und unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlußenden bei gleichzeitiger Herstellung einer Haftwirkung verpreßt wird.

Verschiedene Haftmittel zur Herstellung einer adhesiven Bindung zwischen zwei elektrischen oder elektronischen Schaltkarten unter gleichzeitiger Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlüssen der Schaltkarten wurden bisher beschrieben, so zum Beispiel Mischungen aus elektrisch leitendem gekörnten Material und thermoplastischen Polymerisaten, wie zum Beispiel Polyurethanen oder Polyester, oder aushärtbaren Harzen, zum Beispiel Epoxidharzen oder Siliconharzen.

Die bekannten leitenden Haftmittel zeigen jedoch gewisse Nachteile. Beispielsweise kann im Falle thermoplastischer Harze bei erhöhter Temperatur oder hoher Luftfeuchtigkeit die Haftwirkung nachlassen, so daß der Kontakt zwischen den Anschlußenden und den leitenden Partikeln in der thermoplastischen Matrix geschwächt wird, was zu einem instabilen und zunehmenden Widerstand zwischen den durch das Haftmittel verbundenen Anschlußenden führt. Die oben erwähnten aushärtbaren Haftmittel andererseits zeigen auch in verschiedener Hinsicht Nachteile. Bei den Zwei-Komponenten-Haftmitteln besteht die Schwierigkeit, die einzelnen Komponenten des Systems unmittelbar vor Anwendung auszuwiegen und zu vermischen, da bei früherer Abmischung der Komponenten das Haftmittel vorhärtet oder aushärtet. Ein weiterer unmittelbar hiermit zusammenhängender Nachteil ist die relativ kurze Lebenszeit des abgemischten Haftmittels, wodurch die Zeitspanne zur Verarbeitung des Haftmittels begrenzt wird. Ein ähnlicher Nachteil zeigt sich auch bei den sogenannten Einkomponentenhaftmitteln, bei denen sämtliche Bestandteile in einer Einheit vereinigt vorliegen. Ein solches Haftmittel unterliegt einer allmählichen Veränderung unter Viskositätszunahme und Konsistenzzunahme während der Lagerung, so daß die Einstellung der Verarbeitungsbedingungen schwierig ist und außerdem das Haftvermögen nachläßt, während der elektrische Widerstand zwischen den verbundenen Anschlüssen zunimmt. Dies wirkt sich insbesondere bei der Serienfertigung nachteilig aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektrisch-anisotropes Haftmittel der eingangs genannten Art zu schaffen, das nach seiner Verarbeitung über lange Zeit einen konstanten elektrischen Widerstand und gutes Haftvermögen selbst unter ungünstigen äußeren Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit oder erhöhter Temperatur zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 beschriebene Haftmittel gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Haftmittels sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das elektrisch-anisotrope Haftmittel zeichnet sich also dadurch aus, daß seine Matrix aus einer Mischung von Polymerisaten besteht, und zwar aus einem unvernetzten thermoplastischen Elastomer (a1) und einem vernetzten thermoplastischen Elastomer oder einem vernetzten synthetischen Gummi (a2) in einer Menge von mindestens 25 Gew.-% bezogen auf die erstere Komponente (a1). In diese neuartige Matrix sind in an sich bekannter Weise die elektrisch leitenden Partikel eingebettet.

Bei dem thermoplastischen Elastomer handelt es sich bevorzugterweise um Blockcopolymere aus Styrol und Butadien oder Isopren und hydrierter Folgeprodukte, hier als "Elastomere auf Styrolbasis" bezeichnet, um Polyadditionsprodukte aus einem Diol, zum Beispiel einem Polyether oder Polyester und einem aromatischen Diisocyanat, Blockcopolymere aus Polyestern oder Polyethern, Butyl-gepfropfte Polyethylene, Mischungen oder Reaktionsprodukte aus EPDM und Polypropylen oder Copolymere aus Dimethylpolysiloxan und Styrol.

Der synthetische Gummi in vernetzter oder vulkanisierter Form als Komponente (a2) des elektrisch-anisotropen Haftmittels kann ein gummielastisches Polymerisat beispielsweise aus Butadien, Isopren, Chloropren, Silicon oder EPDM sein.

Die Vulkanisierung vor der bestimmungsgemäßen Verarbeitung kann durch Schwefel oder vorteilhafterweise Peroxide wegen deren Eigenschaft, das Polymerisat nicht zu verunreinigen, bewerkstelligt werden. Die Vernetzer oder Vulkanisationsmittel können ebenfalls zur Vernetzung bzw. Vulkanisation eines thermoplastischen Elastomers herangezogen werden, wenn dieses als Komponente (a2) der erfindungsgemäßen Mischung verwendet werden soll.

Die oben beschriebenen Komponenten (a1) und (a2) des erfindungsgemäßen thermoplastischen Haftmittels sollten vorzugsweise so weit als möglich miteinander kompatibel sein, da die Matrix aus thermoplastischem Polymerisat homogen sein sollte. Um dies zu erreichen, sollten die Komponenten in der Weise aufeinander abgestimmt werden, daß die Löslichkeitsparameter (PS-Parameter) des vulkanisierten oder vernetzten thermoplastischen Elastomers bzw. synthetischen Gummis und der Block Copolymereinheit im unvulkanisierten thermoplastischen Elastomer, die die Gummielastizität des Haftmittels unterstützt, ähnlich sind. Wenn beispielsweise das thermoplastische Elastomer ein Elastomer auf Styrolbasis ist, werden vorzugsweise synthetische Gummipolymerisate aus Styrol/Butadien oder ganz aus Butadien gewählt; wenn das thermoplastische Elastomer ein Butyl-gepfropftes Polyethylen ist, sollte ein Gummi auf Butadienbasis herangezogen werden. EPDM-Gummis werden bevorzugt, wenn das thermoplastische Elastomer ein Reaktionsprodukt aus EPDM und Polypropylen ist. Insbesondere wenn das thermoplastische Elastomer ein Gummi auf Styrolbasis ist, der eine Mischung aus einem Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (hier bezeichnet als S-B-S-Copolymer) mit ungesättigten Doppelbindungen im Butadienblock, einem Styrol- Isopren-Styrol-Blockcopolymer (hier bezeichnet als S-I-S-Copolymer) mit ungesättigten Doppelbindungen im Isoprenblock und deren Hydrierungsprodukte in der Art eines Styrol-Ethylbutadien- Styrol-Blockcopolymers, wobei die ungesättigten Brücken gesättigt wurden (hier bezeichnet als S-EB-S) ist, können die ungesättigten Brücken selektiv unter Verwendung eines organischen Peroxides vernetzt werden.

Die Komponente (a2) des elektrisch-anisotropen Haftmittels sollte mindestens 25 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% der Komponente (a1) betragen. Noch günstiger ist es, wenn das Gewichtsverhältnis des unvernetzten thermoplastischen Elastomers (a1) zum vernetzten thermoplastischen Elastomer oder synthetischen Gummi (a2) im Bereich von 3 : 1 bis 1 : 4 liegt. Eine besonders große Menge des vernetzten Polymers in Relation zum vernetzten Polymer sollte vermieden werden, da sonst die Thermoplastizität der Haftmittelmischung weitgehend verlorengeht, so daß also das Haftmittel unter drastischeren Bedingungen, nämlich höheren Temperaturen und Drücken, verarbeitet werden muß, was zu thermischer oder mechanischer Beschädigung der miteinander zu verbindenden Schaltkarten führen kann. Wenn andererseits die Menge des vulkanisierten bzw. vernetzten Polymers zu klein ist, kann bei hoher Temperatur oder hoher Luftfeuchtigkeit der elektrische Widerstand sich als instabil erweisen.

Das Abmischen der Komponenten (a1) und (a2) kann durch Vermischen zweier homogener Lösungen mit dem erforderlichen Gehalt der einzelnen Komponente bewerkstelligt werden. Vorher werden durch Auflösung der einzelnen polymeren Komponente in dem Lösungsmittel unter Verwendung einer geeigneten Mischungsvorrichtung die beiden Lösungen hergestellt. Andererseits kann auch ein Vulkanisierungsmittel, zum Beispiel Schwefel oder ein organisches Peroxid, in einer geeigneten Menge mit einem unvernetzten thermoplastischen Elastomer und einem unvernetzten synthetischen Gummi in einem organischen Lösungsmittel vermischt und die resultierende Lösung auf einen Filmträger zur Erzeugung eines Films aufgebracht werden. Analog kann des Vulkanisierungsmittel mit dem unvernetzten thermoplastischen Elastomer und dem unvernetzten synthetischen Gummi durch Trockenkneten auf einem heißen Walzenstuhl vermischt und dann auf einen Filmträger gebracht werden. Der Elastomerfilm auf dem Filmträger wird dann, gegebenenfalls nach Entfernung des Lösungsmittels, einer Hitzebehandlung in einem Ofen unterzogen, um eine Vulkanisierung des synthetischen Gummis oder eine partielle Vulkanisierung des thermoplastischen Elastomers zu bewirken. Wenn die Menge des Vulkanisierungsmittels adäquat kontrolliert wird, ist die resultierende Polymermischung ein Gemisch eines unvernetzten thermoplastischen Elastomers und eines vernetzten synthetischen Gummis und/oder thermoplastischen Elastomers im oben angegebenen Mischungsverhältnis, ohne daß das vernetzte Polymer im voraus hergestellt werden muß. Als weitere Möglichkeit kann das Mischungsverhältnis des unvernetzten und vernetzten Polymers auch leicht in reproduzierbarer Weise durch Vermischen eines unvernetzbaren thermoplastischen Elastomers und eines vernetzbaren synthetischen Gummis und/oder thermoplastischen Elastomers in einem geeigneten Gewichtsverhältnis mit anschließender selektiver Vulkanisierung des letzteren Polymers bzw. der letzteren Polymeren eingestellt werden.

Die elektrisch leitenden Partikel, die als Komponente (b) der oben beschriebenen thermoplastischen isolierenden Matrix des Haftmittels zugesetzt und in dieser dispergiert werden, können beispielsweise aus Gold, Silber, Palladium, Nickel, Zinn, Wolfram, Lotlegierungen, aus Keramik, wie zum Beispiel Molybdändisilicid MoSi₂, Wolframcarbid WC, Titancarbid TiC oder Kohlenstoff bestehen. Die leitende feste Komponende (b) muß nicht notwendigerweise aus Partikeln bestehen, sondern es sind auch Fasern möglich. Beispielsweise können zerkleinerte Kohlefasern oder Metalldrähte bzw. Keramikdrähte mit befriedigenden Ergebnissen verwendet werden, wobei das Länge/ Breiteverhältnis jedoch innerhalb gewisser Grenzen liegen sollte.

Keramikpartikel sind besonders vorteilhaft, da diese Partikel wegen ihrer besonderen Härte, die größer ist als die der Metalle, beim Zusammenpressen der Anschlüsse bzw. Elektroden der Schaltkarten durch eine auf diesen Anschlüssen haftende aus Verunreinigungen bestehende Schicht durchstoßen bis zum metallischen Untergrund, so daß die Keramikpartikel sozusagen aus sich heraus reinigend wirken, was zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche der Keramikpartikel und der Metallelektrode bzw. des metallischen Anschlusses führt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Partikeln um solche mit einer soweit als möglich angenäherten Kugelgestalt. Die Partikelgröße bzw. der Partikeldurchmesser sollte ein Drittel des Abstandes der Anschlüsse auf der Schaltkarte nicht übersteigen. Vorzugsweise sind 5 bis 30 Gewichtsteile elektrisch leitende Partikel auf 100 Gewichtsteile des thermoplastischen isolierenden Polymergemisches aus dem Komponenten (a1) und (a2) vorgesehen.

Das elektrisch anisotrope Haftmittel kann durch homogenes Vermischen der oben beschriebenen thermoplastischen isolierenden Haftmittelmischung und elektrisch leitender Partikel, gegebenenfalls unter Zumischung spezieller Additive, gewonnen werden. Je nach Bedarf können der Haftmittelmischung Harze zur Unterstützung der Haftwirkung zugemischt werden, so zum Beispiel Cumarin-Indenharze, Methylindenharze, modifiziertes Kolophonium, Terpenharze, Alkylphenolharze oder Alterungsschutzmittel, wie zum Beispiel solche Mittel bekannter Art auf Aminbasis, Hydrochinonbasis, Chinolinbasis oder Phenolbasis oder Vulkanisationsbeschleuniger, so zum Beispiel Metalloxide, Metallcarbonate oder Amine. Die oben erwähnten Harzadditive zur Unterstützung der Haftwirkung des erfindungsgemäßen Haftmittels sollten mit der thermoplastischen isolierenden Haftmittelmischung kompatibel sein; insbesondere ist dabei darauf zu achten, daß die genannten Harzadditive selbst bei Anwendung in großer Menge keine Phasentrennung während der Lagerung des erfindungsgemäßen Haftmittels verursachen. Bevorzugt werden dabei die Harzadditive, die zumindest mit den Butadieneinheiten innerhalb der Moleküle des Elastomers auf Styrolbasis, das als thermoplastisches Elastomer dient, kompatibel sind.

Das elektrisch anisotrope Haftmittel ist bei Raumtemperatur fest. Zur Herstellung einer haftenden und elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Elektroden zweier Schaltkarten wird ein Plättchen des erfindungsgemäßen Haftmittels zwischen die Anschlüsse bzw. Elektroden gebracht und die Schaltkarten mit einem Druck von etwa 5 bis 40 kg/cm² bei einer Temperatur von 130 bis 170°C aneinandergepreßt, so daß die von dem geschmolzenen Haftmittel umgebenen elektrisch leitenden Partikel dabei das Haftmittel verschieben. Dabei spielt es prinzipiell keine Rolle, wie das Haftmittel zwischen die Anschlüsse der Schaltkarten gebracht wird. So kann zum Beispiel eine oder auch beide Schaltkarten mit dem Haftmittel in an sich bekannter Weise, zum Beispiel durch Dickfilmbeschichtung, beschichtet werden. Als besonders zweckmäßig erweisen sich vorgeformte Filme geeigneter Größe, die aus größeren Folien des Haftmittels herausgeschnitten werden können. Solche Filme können mit Hilfe eines Extruders oder Beschichters hergestellt werden. Vorzugsweise sollte die Schichtdicke des Films bzw. der Folie des Haftmittels etwa 0,5 bis 1,5 mal so groß sein wie der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel; insbesondere sollte die Schichtdicke kleiner als der mittlere Partikeldurchmesser sein, da sonst der elektrische Widerstand zwischen dem durch Kontakt mit den Partikeln leitend verbundenen Anschlüssen anwächst. Dies hängt damit zusammen, daß eine Volumenvergrößerung des isolierenden Haftmittels zu einer Erhöhung der isolierenden Haftmittelmasse zwischen den Anschlußenden führt, die nicht beim Verpressen der Schaltkarten verdrängt wird. Andererseits läßt die Haftwirkung nach, wenn die Schichtdicke des Haftmittelfilms bzw. der Haftmittelfolie zu klein ist. Wenn der Haftmittelfilm bzw. die Haftmittelfolie eine zu große Menge an vulkanisiertem synthetischen Gummi oder thermoplastischen Elastomer enthält, ist es insbesondere vorteilhaft, die Dicke des Haftmittelfilms bzw. der Haftmittelfolie im Hinblick auf die geringere Fließfähigkeit der vulkanisierten Komponenten entsprechend einer Verringerung des zu verdrängenden Volumens an Haftmittelmasse klein zu halten.

Im folgenden Ausführungsbeispiel ist das elektrisch-anisotrope Haftmittel der Erfindung näher beschrieben und weiter ein Vergleichsbeispiel gegeben.

Ausführungsbeispiel

30 Gewichtsteile eines geradkettigen Elastomers vom S-EB-S-Typ (Kraton G1657, Produkt der Shell Chemical Co.), 70 Gewichtsteile eines geradkettigen Elastomers vom S-I-S-Typ (Cariflex TR-1117, Produkt der Shell Chemical Co.), 40 Gewichtsteile eines Polyterpenpolymerisates (Wingtack 95, ein Produkt von Goodyear Tire & Rubber Co.), 30 Gewichtsteile eines Cumarin-Indenpolymerisates (V-120, ein Produkt der Nittetsu Chemical Co.), 2,1 Gewichtsteile Dicumylperoxid (Di-cup 40C, ein Produkt der Hercules Inc.), 1 Gewichtsteil eines Alterungsschutzmittels auf Phenolbasis (Irganox 565, ein Produkt der Ciba-Geigy Co.) und 169 Gewichtsteile eines pulverförmigen elektrisch leitenden Wolframcarbids (SL #350, ein Produkt der Fukuda Kinzoku Hakufun Co.) werden in 200 Gewichtsteilen Xylol gelöst und dispergiert. Eine Teflonfolie mit einer Schichtdicke von 0,050 mm wird unter Verwendung eines Rollmessers damit unter Ausbildung eines Films mit einer Dicke von 0,03 mm beschichtet. Anschließend wird der Film bei 100°C 20 min lang zur Verdampfung des Lösungsmittels erhitzt und anschließend weitere 3 min bei 170°C zur Vulkanisierung des S-I-S-Elastomers.

Daraufhin wird der so erhaltene Haftmittelfilm von der Teflonscheibe abgelöst und zwischen eine Schaltkarte mit Anschlüssen im Abstand von 0,2 mm und eine mit Indiumoxid gasphasenbeschichtete Glasplatte mit Anschlüssen im Abstand von 0,2 mm gebracht. Anschließend wird die Schaltkarte gegen die Glasplatte mit einem Druck von 2,94 N/mm²(30 kg/cm²) und bei einer Temperatur von 150°C gepreßt. Im Verlauf von 1000 h wird bei 85°C der elektrische Widerstand zwischen den gegenüberliegenden Anschlüssen der Schaltkarten bzw. der mit Indiumoxid beschichteten Glasplatte gemessen, um Änderungen des Widerstandes festzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten dargestellt.

Zu Vergleichszwecken wird das gleiche Experiment wiederholt mit den Unterschied, daß das Vulkanisierungsmittel Dicumylperoxid weggelassen wird. Es wird ebenfalls der elektrische Widerstand wie oben gemessen, um Widerstandsänderungen festzustellen; die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Claims

1. Elektrisch-anisotrope Haftmittelmischung aus

(a) einer elektrisch isolierenden homogenen Polymerisatmischung als Matrix, bestehend aus
- (a1) einem unvernetzten thermoplastischen Elastomer und
- (a2) einem vernetzten thermoplastischen Elastomer oder einem vernetzten synthetischen Gummi in einer Menge von zumindest 25 Gew.-% bezogen auf die Komponente (a1),
  und
(b) elektrisch leitenden Partikeln, die gleichmäßig in der elektrisch isolierenden polymeren Matrix (a) verteilt sind.

2. Elektrisch-anisotrope Haftmittelmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Elastomer oder der synthetische Gummi durch organische Peroxide vernetzt ist.

3. Elektrisch anisotrope Haftmittelmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Elastomer ein Elastomer auf Styrolbasis ist.

4. Elektrisch-anisotrope Haftmittelmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Gummi vom Styrol-Butadientyp oder vom Styrol-Isoprentyp ist.

5. Elektrisch-anisotrope Haftmittelmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende homogene Polymerisatmischung (a) das unvernetzte thermoplastische Elastomer und das vernetzte thermoplastische Elastomer oder den synthetischen Gummi in einem Gewichtsverhältnis im Bereich zwischen 3 : 1 bis 1 : 4 enthält.