DE4133835A1

DE4133835A1 - Leitungselement

Info

Publication number: DE4133835A1
Application number: DE19914133835
Authority: DE
Inventors: Hiroji Kitagawa
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-10-12
Publication date: 1992-04-16
Also published as: GB2248725A; JPH04150089A; GB9121743D0; JP2708623B2; GB2248725B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitungselement zur Verdrahtung auf Platinen.

Die Verdrahtung auf Platinen bzw. Leiterplatten erfolgt durch Ätzen, Aufdrucken einer Metall enthaltenden Paste oder Ver bindung von Anschlüssen über Leitungen.

Solche bekannten Verfahren zur Verdrahtung sind jedoch arbeits intensiv und führen oft zu Leitungsauftrennungen wegen der ungenügenden Festigkeit der Verdrahtung. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Platine als festes Element mit einer unebenen Oberfläche ausgebildet ist.

Kurzdarstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Leitungs element mit einer ausreichenden Festigkeit zu schaffen.

Andere Ziele der Erfindung bestehen darin, ein Leitungselement zu schaffen, das ohne Schwierigkeit auf Platinen aufgedruckt werden kann.

Die vorstehend genannten und andere entsprechende Ziele werden durch ein Leitungselement zur Verdrahtung auf einer Platine gelöst, das an feinem Pulver eines hochschmelzenden Metalls oder eines Derivats desselben durch Thermolyse von Kohlenwasserstoffen oder Wachstum aus der Dampfphase gewachse ne und mit einem leitfähigen Metall-Laminat plattierte Kohle fasern und einen mit den Kohlefasern vermischten leitfähigen Klebstoff enthält.

Das an der Oberfläche der Kohlefasern angeformte leitfähige Metall-Laminat besteht aus Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Nickel (Ni) oder weist alternativ hierzu mehrere Schichten aus Kupfer und Silber auf.

Der bevorzugte Anteil der mit dem leitfähigen Metall-Laminat plattierten Kohlefasern wird so festgelegt, daß eine Flexibi lität der dünnen Schicht gewährleistet ist, das heißt, 1-5 Gew.% der gesamten Schicht.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Kohlefasern sind nicht gewöhnliche Polyacrylnitril- oder Pechkohlefasern, sondern Whisker-Kristalle, die an feinem Pulver eines hochschmelzen den Metalls oder eines Derivats desselben gewachsen sind, um einen Durchmesser zu erreichen, der faktisch dem des Pulvers entspricht. Die Kohlefasern haben dadurch ausgezeich nete Klebkraft und Dispersionsvermögen für ein Basiselement und sind gleichförmig im Basiselement verteilt und gehalten.

Das hier verwendete hochschmelzende Metall verdampft noch nicht bei Thermolyse-Temperaturen von Kohlenwasserstoffen, das heißt bei 950-1300°C. Beispiele solcher hochschmelzen den Metalle umfassen Metalle aus der Gruppe IVa wie Titan (Ti) und Zirkon (Zr), Metalle aus der Gruppe Va wie Vanadium (V) und Niob (Nb), Metalle aus der Gruppe VIa wie Chrom (Cr) und Molybdän (Mo), Metalle aus der Gruppe VIIa wie Mangan (Mn), Metalle aus der Gruppe VIII wie Eisen (Fe) und Kobalt (Co). Besonders vorzuziehen sind Fe, Co, Ni (Nickel), V, Nb, Ta (Tantal), Ti und Zr. Die Oxide, Nitride oder andere Salze der Metalle können alternativ hierzu ver wendet werden.

Der leitfähige Klebstoff, der einen leitfähigen Füllstoff, ein Bindemittel wie Kunstharz, ein Lösungsmittel und ein Additiv enthält, besitzt eine ausgezeichnete Klebkraft und ist für Kunststoffe und Keramiken verwendbar.

Der in dem leitfähigen Klebestoff enthaltene leitfähige Füllstoff ist beispielsweise Silberpulver, Kupferpulver, Aluminiumpulver, Kohlepulver, Graphit und mit Silber plattier te Partikel . Beispiele für das Bindemittel sind Epoxid-, Phenol-, Acryl-, Polyester-, Alkyd-, Urethan- und Silikon harze.

Das erfindungsgemäße Leitungselement enthält mit Metall- Laminat plattierte Kohlefasern und einen leitfähigen Kleb stoff und besitzt dadurch sowohl eine ausreichende Leit fähigkeit als auch Festigkeit.

Die Kohlefasern, die mit einem leitfähigen Metall-Laminat durch elektrolytisches oder Vakuum-Plattieren plattiert sind, werden gleichmäßig mit einem leitfähigen Klebstoff vermischt, wodurch eine ausreichend leitfähige Verdrahtung auf einer Platine ermöglicht wird, insbesondere auf einer festen Platine mit einer unebenen Oberfläche.

Die Kohlefasern bilden eine geordnete Graphitstruktur und besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, einschließ lich einer geeigneten Zugfestigkeit, um dem Leitungselement eine ausreichende Festigkeit zu geben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer festen Platine mit einem erfindungsgemäßen Leitungselement,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung der Platine gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer im Leitungs element enthaltenen Kohlefaser,

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer anderen Struktur der Kohlefaser und

Fig. 5 eine schematische Ansicht, die die Herstellung der mit einem Metall-Laminat plattierten Kohle fasern zeigt.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ausführlich anhand der Zeichnungen beschrieben.

Ein Leitungselement 1 gemäß der Erfindung ist auf einer festen Platine 2 (oder Leiterplatte) aus einem harten Kunst harz wie ABS-Harz, Polypropylen oder einem Fluor-Kunststoff aufgebracht, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Das Leitungs element 1 und die Platine 2 sind mit einer dünnen Schicht 3 aus einem flexiblen Kunstharz wie Polyethylen oder Poly vinylchlorid überdeckt.

Das Leitungselement 1 ist in einer Nut 4 verlegt, die ent lang der Oberfläche der festen Platine 2 eingeformt ist, wie dies in der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 zu sehen ist. Die dünne Schicht 3 ist auf die Oberfläche des Leitungselements 1 und der festen Platine 2 durch Eintauchen, Aufsprühen oder Schmelzschweißen aufgebracht.

Das Leitungselement 1 enthält folgendes: Kohlefasern 6, die mit einem Kupferlaminat 5 von 0,1-2 µm Dicke plattiert sind, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, und einen leit fähigen Klebstoff mit großer Viskosität. Alternativ hierzu sind die Kohlefasern 6 mit einer Unterschicht aus Kupfer laminat 5 und einer Oberschicht aus Silberlaminat 5′ von 0,1-2 µm Dicke plattiert, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Die Herstellung des Leitungselements 1 und die Verdrahtung der Platine 2 mit dem Leitungselement 1 werden nachfolgend beschrieben.

Die Kohlefasern 6 (Durchmesser: 0,1-10 µm; Länge: 0,1- 1 mm) läßt man an feinem Eisenpulver in einem Ofen bei 950-1300°C durch Thermolyse von Benzol oder durch Wachstum aus der Dampfphase wachsen.

Die Kohlefasern 6 werden dann mit dem leitfähigen Kupfer laminat 5 durch ein bekanntes Verfahren plattiert, wie z. B. durch Vakuum-, elektrolytische oder nichtelektrolytische Plattierung.

Hier bei diesem Ausführungsbeispiel überdeckt das Kupfer laminat 5 die Kohlefasern 6 durch elektrolytische Plattierung. Wie in Fig. 5 dargestellt, werden die Kohlefasern 6 in einen Behälter 7 gebracht, der durch eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe evakuiert wird, und werden mit aus einem Tank 8 fließendem Wasser nach und nach zur Bildung einer Auf schlämmung bzw. eines dünnflüssigen Schlamms vermischt. Die Aufschlämmung wird dann in ein Plattierbad 9 gebracht, die mit einer aus Kupfersulfid/Schwefelsäure im Verhältnis 1 : 10 bestehenden Plattierlösung 10 gefüllt ist, welche bei einer Temperatur von 25°C gehalten und mit Hilfe eines (nicht dargestellten) magnetischen Rührers mit einer solchen Geschwindigkeit durchgerührt wird, daß die Kohlefasern 6 am Boden des Behälters 7 schraubenartig rotiert werden. Eine (nicht dargestellte) Metallplatte ist am Boden des Plattierbads 9 zum besseren Kontakt der Kohlefasern 6 mit einer Kathode 11 angeordnet. Elektrische Energie wird dem Plattierbad 9 10 Minuten lang zugeführt, so daß die Kohle fasern 6 mit Kupfer plattiert werden. Die kupferplattierten Kohlefasern 6 werden mit Wasser gewaschen und durch ein bekanntes Verfahren behandelt.

Der leitfähige Klebstoff gemäß dem Ausführungsbeispiel wird hergestellt durch Vermischen von Silberpulver (Korngröße: 0,3-0,5 µm) als leitfähigen Füllstoff und einem Epoxidharz als Bindemittel in einem Lösungsmittel und Durchführen der Mischung bei reduziertem Druck für 3 Stunden. Das Verhältnis des Silberpulvers und des Epoxidharzes zum Lösungsmittel wird eingestellt, um eine günstige Viskosität zu erreichen. Der spez. Vol.-Widerstand des Klebstoffs beträgt ungefähr 0,02 Ω · cm. Ein Dispergens oder ein grenzflächenaktiver Stoff können hinzugefügt werden, um das Dispersionsvermögen des leit fähigen Füllstoffs zu verbessern, und ein Verstärkungsmittel kann weiterhin zugesetzt werden, um die Klebkraft zu ver bessern.

Die mit dem Kupferlaminat 5 plattierten Kohlefasern 6 und der leitfähige Klebstoff werden miteinander im Verhältnis 30 : 50 Gew.% - 50 : 70 Gew.% vermischt, um das Leitungselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel zu bilden, das eine exzellente Verbundwirkung und einen spezifischen Vol.-Widerstand (0,025- 0,08 Ω · cm) aufweist.

Das so hergestellte Leitungselement 1 wird entlang der Nut 4 auf- bzw. eingedrückt oder in die Nut 4 druckeingespritzt, die zuvor in der festen Platine 2 durch Spritzguß eingeformt wurde. Das getrocknete Leitungselement 1 und die feste Platine 2 werden dann mit der dünnen Schicht 3 überzogen.

Das Leitungselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel , das die mit Kupfer plattierten Kohlefasern 6 und den leitfähigen Klebstoff enthält, ist in günstiger Weise für die Verdrahtung auf festen Platinen anwendbar, die eine unebene Fläche auf weisen.

Die geordnete Graphitstruktur der Kohlefasern 6 ergibt eine ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit für das Leitungs element 1, und die Verdrahtung auf der festen Platine 2 arbeitet effizient für eine lange Zeitperiode, ohne daß Trennstellen auftreten würden.

Das Leitungselement 1 wird anstelle von gewöhnlichen Lei tungen verwendet, wodurch keine arbeitsintensiven Tätigkeiten einschließlich Löten erforderlich werden.

Das Leitungselement 1 mit verschiedenen Komponenten kann als Widerstand oder Heizelement durch Einstellen des Wider stands an die elektrischen Erfordernisse, wie die elektrische Leistung, verwendet werden.

Die dünne, das Leitungselement 1 überdeckende Schicht 3 aus Kunststoffmaterial isoliert das Leitungselement 1 in wirkungsvoller Weise und verhindert, daß sich das Leitungs element 1 ablöst. Die dünne Schicht 3 aus Kunststoffmaterial kann weggelassen werden, wenn dies geeignet erscheint.

Da viele Modifikationen und Abänderungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, ist es nicht das Ziel des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel zu beschränken, sondern die Erfindung deutlicher zu erläutern.

In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel werden die plattierten Kohlefasern 6 mit dem zuvor zubereiteten leitfähigen Kleb stoff vermischt, jedoch können sie auch anderen Komponenten des leitfähigen Klebstoffs zugefügt werden, wenn der Klebstoff hergestellt wird.

Die Nut 4 an der Oberfläche der festen Platine 2 kann beim Spritzguß der Platine oder danach eingeformt werden. Das Leitungselement 1 kann statt in der Nut 4 auch auf einer glatten Fläche der Platine 2 aufgedruckt bzw. aufgedrückt werden.

Claims

1. Leitungselement zur Verdrahtung auf einer Platine (2), das an feinem Pulver eines hochschmelzenden Metalls oder eines Derivats desselben durch Thermolyse von Kohlenwasser stoffen oder Wachstum aus der Dampfphase gewachsene und mit einem leitfähigen Metall-Laminat plattierte Kohlefasern (6) und einen mit den Kohlefasern (6) vermischten leitfähigen Klebstoff enthält.

2. Leitungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein bei Temperaturen der Thermolyse von Kohlenwasserstoffen, nämlich bei 950-1300°C, noch nicht verdampfendes hoch schmelzendes Metall.

3. Leitungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hochschmelzende Metallaus den Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa und VIII der Metalle ausgewählt ist.

4. Leitungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hochschmelzende Metall Titan, Zirkon, Vanadium, Niob, Eisen, Kobalt, Nickel oder Tantal ist.

5. Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Derivat des hochschmelzenden Metalls ein Oxid oder ein Nitrid ist.

6. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Laminat aus Silber, Kupfer und/oder Nickel besteht.

7. Leitungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Laminat mehrere Schichten aus Kupfer und Silber enthält.

8. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Laminat an der Ober fläche der Kohlefasern (6) durch elektrolytische, nichtelektro lytische oder Vakuum-Plattierung angeformt ist.

9. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der mit dem Metall- Laminat plattierten Kohlefasern (6) 1-5 Gew.% des Leitungs elements beträgt.

10. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Klebstoff einen leitfähigen Füllstoff, ein Kunststoff-Bindemittel , ein Lösungs mittel und ein Additiv enthält.

11. Leitungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Füllstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silberpulver, Kupferpulver, Aluminiumpulver, Kohle pulver, Graphit und mit Silber plattierte Partikel enthält.

12. Leitungselement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bindemittel aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Epoxid-, Phenol-, Acryl-, Polyester-, Alkyd-, Urethan- und Silikonharze enthält.

13. Verdrahten auf einer festen Platine, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden einer Nut (4) oder Nuten an der festen Platine (2) zur Verdrahtung,
Aufbringen oder Aufdrucken eines Leitungselements (1) auf oder in die Nut (4) oder Nuten, wobei das Leitungs element an feinem Pulver eines hochschmelzenden Metalls oder eines Derivats desselben durch Thermolyse von Kohle wasserstoffen oder Wachstum aus der Dampfphase gewachsene und mit einem leitfähigen Metall-Laminat plattierte Kohle fasern (6) sowie einen mit den Kohlefasern (6) vermischten leitfähigen Klebstoff enthält, und
Überdecken des Leitungselements (1) und der festen Platine (2) mit einer dünnen Schicht (3) aus Kunststoff.

14. Verdrahten nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Platine (2) aus einem harten Kunstharz herge stellt wird.

15. Verdrahten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein ABS-Harz, Polypropylen oder ein Fluor kunststoff ist.

16. Verdrahten nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (3) aus Polyethylen oder Polyvinylchlorid hergestellt wird.

17. Verdrahten nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (3) aus Kunststoff auf das Leitungselement (1) und die feste Platine (2) durch Eintauchen, Aufsprühen oder Schmelzschweißen aufgebracht wird.