DE60010515T2 - Leitfähige, nichtsilikonische paste für die elektrische industrie und ihre verwendung - Google Patents

Leitfähige, nichtsilikonische paste für die elektrische industrie und ihre verwendung Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie dessen Verwendung.
  • Derartige Materialien sind weit verbreitet und werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Eine besondere Bedeutung hat es beispielsweise im Zusammenhang mit der Abdichtung elektromagnetisch abgeschirmter Gehäuse bei elektronischen Geräten erlangt, die elektromagnetische Strahlung aussenden oder durch von außen eindringende elektromagnetische Strahlung gestört werden können. Um die EMI(Electromagentic Interfurence)- bzw. RFI(Radio Frequenci Interfurence)-Abschirmung zu bewirken und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu verbessern, werden die Gehäuse aus einem elektrisch leitenden oder elektrisch leitend beschichteten Material hergestellt. Um auch im Bereich der Trennfugen, an welchen die Teile des Gehäuses zusammengefügt werden, eine Abschirmung zu bewirken, ist es bekannt, Dichtungen aus einem elektrisch leitfähigen elastischen Material zu verwenden.
  • Ein solches Material ist z. B. aus der US 4,011,360 bekannt. Dieses bekannte Material basiert auf einem Elastomer, nämlich einem Silikongummimaterial, dem elektrisch leitende Partikel beigemengt sind. Dieses Material polymerisiert unter Einwirkung der Luftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur.
  • Aus der DE 43 19 965 C2 ist die Anwendung eines solchen Materials zur Herstellung der eingangs beschriebenen Gehäuse bekannt. Das Ausgangsmaterial wird in pastösem Zustand als Strang unmittelbar im Bereich der Trennfuge auf eines der Gehäuseteile extrudiert und dort zur Bildung der Dichtung polymerisiert. Dieses Verfahren ist auch als Formed-In-Place- Gasket-Verfahren in der Fachwelt bekannt.
  • Weiterhin werden derartige Materialien mit elektrisch leitenden Partikeln dazu verwendet, Kontaktierungspunkte oder -flächen, sogenannte Kontaktierungspads, zu bilden. Sie übernehmen damit die Funktion von Kontaktelementen.
  • Auch ist es möglich, thermisch leitfähige Partikel einzusetzen, um sogenannte thermische Pads zu bilden. Diese haben die Aufgabe, beispielsweise Wärme von einer elektronischen Komponente abzuführen und einem Kühlelement zuzuleiten. Eines der wichtigsten Anwendungsbeispiele ist eine Mikroprozessoreinheit, bei der die vom Prozessor erzeugte Wärme einer von einem Ventilator beaufschlagten Kühlfläche zugeführt werden soll.
  • Derartige Materialien auf Silikonbasis weisen trotz ihrer unbestrittenen nützlichen Eigenschaften einige Nachteile auf.
  • Als besonders problematisch gilt in diesem Zusammenhang die Eigenschaft des Silikons, kurze Molekülketten "auszugasen". Diese Bestandteile kondensieren an (benachbarten) Metallteilen oder kalten Oberflächenabschnitten. Der Niederschlag in Form von Silikonöl bewirkt eine (meist unerwünschte) elektrische Isolierung der Oberfläche. Beispielsweise wurde beobachtet, dass bei Kontaktrelais ein derartiger Niederschlag deren Funktion erheblich beeinträchtigt oder zerstört. Selbst bei mechanisch geschlossenem Kontakt kann der niedergeschlagene Silikonölfilm einen elektrischen Kontakt vollständig verhindern. Die Telefonindustrie hat deshalb silikonhaltige Materialien trotz der anerkannten positiven Eigenschaften weitgehend eliminiert.
  • Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Silikonölfilm die Haftfähigkeit der Oberfläche drastisch verschlechtert. Dieses Problem tritt in besonderem Maße in der Kraftfahrzeugindustrie auf, wo häufig Oberflächen lackiert oder beschichtet werden. Bereits geringe Mengen eines Silikonniederschlags reichen aus, um das Anhaften von Lack zu beeinträchtigen.
  • Der Erfindung lag deshalb das Problem zugrunde, ein Material der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die geschilderten Probleme nicht mehr auftreten. Es sollte ein Material zur Verfügung gestellt werden, das unter Beibehaltung der positiven Eigenschaften der eingangs genannten Materialien auf Silikonbasis eine uneingeschränkte Anwendung zuläßt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Material mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Varianten des Materials sowie dessen Verwendung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
  • Die Erfindung basiert auf der Idee, anstelle des Silikons ein Elastomer vom Typ Polyoxypolyolefin zu verwenden gemäß der Formel:
    Figure 00030001
    worin R : ein Alkyl, bevorzugt Methyl oder Ethyl ist,
    worin R' : ein Alkyl, bevorzugt Methyl oder Ethyl ist,
    worin POP: ein Polyoxyolefin bevorzugt Polyoxypropylen ist.
  • Dieses Material zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus und eignet sich in besonderem Maße für das Formed-In-Place-Gasket-Verfahren, um Dichtungs- oder Dämpfungselemente für Gehäuse von elektronischen oder Telekommunikationsgeräten auszubilden. Die auf diese Weise hergestellten Dichtungs- oder Dämpfungselemente sind nach der Polymerisation weich, elastisch und nicht klebrig, haften jedoch besonders gut auf der aufgebrachten Unterlage. Der Auftrag kann entweder manuell oder über computergesteuerte Einrichtungen oder Roboter vorgenommen werden.
  • Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften kann das Material aber auch durch weitere, an sich bekannte Verfahren verarbeitet werden, wie beispielsweise (Form)Gießen, Sprühen, Dispensieren oder Bedrucken.
  • Schließlich besitzt das Material eine gute Umweltverträglichkeit, da es frei von Halogenen und nicht-toxisch ist. Auch entstehen im Falle eines Brandes keinerlei gefährliche Gase.
  • Das erfindungsgemäße Material liegt als pastöse Masse vor, so dass es einerseits leicht verarbeitbar ist und durch die oben beschriebenen Verarbeitungstechniken in die gewünschte Form gebracht werden kann. Andererseits ist die Viskosität derart, dass speziell bei der Anwendung des Formed-In-Place-Gasket-Verfahrens der erzeugte Strang eine ausreichende Formstabilität aufweist, so dass er ohne zusätzliche Maßnahmen die erzeugte Kontur beibehält. Auf diese Weise kann die Polymerisation unter Ungebungsbedingungen erfolgen.
  • Die Beimengungen leitender Partikel stellen ein Füllmaterial dar, das es erlaubt, durch Variation von Menge, Größe und Zusammensetzung der Partikel die gewünschte Produkteigenschaft zu erzielen. Neben den rein mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Elastizität oder zu erzielenden Dichtungsfunktion, die nach der Polymerisation erreicht werden muß, steht die Frage der erzielbaren Leitfähigkeit im Vordergrund.
  • In diesem Zusammenhang wird bei den hier in Rede stehenden Materialien entsprechend dem vorgesehenen Einsatzzweck nach verschiedenen Arten von Leitfähigkeit differenziert.
  • Einer der bedeutendsten Anwendungsfälle bezieht sich auf die Herstellung von Dichtungen an Gehäusen, Gehäuseabschnitten, Leiterplatten oder dergleichen, um eine Abschirmung gegen hochfrequente elektromagnetische Wellen zu erzielen. Hierfür werden Beimengungen in Form von beispielsweise Nickel-, Silber- oder Goldpulver bzw. entsprechende Stäube verwendet. Der Abschirmeffekt läßt sich aber auch mit Pulvern oder Stäuben aus anderen Materialien, wie beispielsweise auf der Basis von Aluminium, Kupfer, Nickel, Eisen oder Stahl erzielen, sofern diese geeignet ummantelt oder beschichtet werden. Als Material für die Ummantelung oder Beschichtung kommen wiederum Nickel, Silber oder Gold in Frage. Auch ist es möglich, nichtleitende Partikel, wie beispielsweise auf der Basis von Glas, Glimmer oder Kunststoff zu verwenden, sofern diese wie oben beschrieben ummantelt oder beschichtet werden, und die für einen derartigen Anwendungsfall erforderliche elektrische Leitfähigkeit der Partikel erreicht wird.
  • Auch hinsichtlich der geometrischen Form der Partikel besteht weitgehende Gestaltungsfreiheit. Neben regelmäßig oder unregelmäßig geformten kompakten Partikeln sind insbesondere Fasern von Interesse, mit denen sich die Festigkeit des polymerisierten und damit gehärteten Endprodukts signifikant erhöhen läßt. Es versteht sich von selbst, dass je nach verwendetem Fasermaterial wiederum eine geeignete Beschichtung oder Ummantelung vorhanden sein muß.
  • Als weitere Gruppe geeigneter Beimengungen sind Partikel auf der Basis von Grafit, insbesondere Nickelgrafit oder Ferrit von Bedeutung, die elektromagnetische Wellen äußerst effektiv absorbieren. Sie werden deshalb für elektromagnetisch wirkende Dämpfungs- und Dichtungselemente eingesetzt.
  • Eine letzte Gruppe von Beimengungen wird zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Hierzu werden Materialien mit besonders hoher thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Boritoxid oder Magnesium verwendet. Diese werden ebenso wie die vorstehend beschriebenen Materialien als Partikel bzw. Füllmaterial dem Basiselastomer beigemengt.
  • Üblicherweise wird das leitfähige pastöse Material als sogenanntes Einkomponentenmaterial aufgebaut, das unter Umgebungsbedingungen bei Raumtemperatur aushärtet. Die Aushärtzeit kann gewünschtenfalls durch Einwirkung von Wärme verkürzt werden, um den Produktionsprozeß im Falle einer Massenfertigung zu optimieren. Darüber hinaus ist es ebenso möglich, das leitfähige pastöse Material in an sich bekannter Weise als Zweikomponentenmaterial zu konzipieren.
  • Gemäß einer konkreten, beispielhaften Anwendung ist vorgesehen, das leitfähige pastöse Material zur Herstellung einer elastischen Dichtung für ein elektromagnetisch abgeschirmtes Gehäuse zu verwenden. Eine Paste des Materials wird mittels einer bahngesteuerten Düse unmittelbar auf ein Gehäuseteil in dem Bereich aufgebracht, in welchem sich eine abzudichtende Trennfuge des Gehäuses befindet. Beim Ausbringen des Kunststoffmaterials wird die Düse mittels einer computergesteuerten Handlingseinrichtung über das Gehäuseteil bewegt. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung von Düse und Gehäuseteil ist durch die Viskosität des pastösen Materials, durch die Durchtrittsmenge und -geschwindigkeit des Materials aus der Düse, den Durchtrittsquerschnitt der Düse, den gewünschten Profilquerschnitt der zu erzeugenden Dichtung und die Zusammensetzung des Materials bestimmt.
  • Der auf diese Weise dispensierte Strang des Materials polymerisiert unter Umgebungsbedingungen bei Raumtemperatur. Dieser Vorgang dauert relativ lange, kann aber durch gezielte Wärmeeinwirkung beschleunigt werden.
  • Als Ausgangsmaterial wird Polyoxypolyolefin verwendet, dem ein Pulver aus elektrisch leitenden Partikeln beigemengt ist. Das Material ist als Einkomponentenmaterial konzipiert und härtet unter Umgebungsbedingungen bei normaler Raumtemperatur aus.
  • Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall dieser Materialien liegt in der Herstellung von Kontaktierungspads, die an sich beliebig, beispielsweise als Fläche oder punktförmig, gestaltet werden können.
  • In vergleichbarer Weise wird ein wärmeleitendes Kontaktierungselement hergestellt, wobei das pastöse Material eine Beimengung von hochwärmeleitfähigen Partikeln enthält. Das auf diese Weise erhaltene Element ist hochgradig wärmeleitfähig und verhindert einen Wärmestau an der aufgebrachten Oberfläche.

Claims (16)

  1. Leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie mit einem Elastomer und einer Beimengung von leitenden Partikeln, wobei das Elastomer vom Typ Polyoxypolyolefin gemäß der Formel:
    Figure 00080001
    ist, worin R ein Alkyl, R' ein Alkyl und POP ein Polyoxypolyolefin ist.
  2. Material nach Anspruch 1, worin R Methyl oder Ethyl ist.
  3. Material nach Anspruch 1 oder 2, worin R' Methyl oder Ethyl ist.
  4. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin POP Polyoxypropylen ist.
  5. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beimengung aus elektrisch leitfähigen Partikeln besteht.
  6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beimengung ein Nickel-, Silber- oder Goldpulver ist.
  7. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beimengung ein Aluminium-, Kupfer-, Nickel-, Eisen- oder Stahlpulver ist, dessen Partikel mit Nickel, Silber oder Gold ummantelt oder beschichtet sind.
  8. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beimengung aus nicht leitenden Partikeln besteht, die mit Nickel, Silber oder Gold ummantelt oder beschichtet sind.
  9. Material nach Anspruch 8, wobei die Partikel Fasern aus Glas, Glimmer oder Kunststoff sind.
  10. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beimengung ein Graphit-, Ferrit- oder Nickel-Graphit-Pulver ist.
  11. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beimengung aus thermisch leitfähigen Partikeln besteht.
  12. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Partikel aus Aluminiumoxid, Boritoxid oder Magnesium bestehen.
  13. Elektromagnetisch abgeschirmtes Gehäuse, das wenigstens zwei Gehäuseteile aufweist, die an einer Trennfuge mit einer Dichtung zusammengefügt werden, wobei die Dichtung als Strang des Materials mittels einer Düse im Bereich der Trennfuge auf wenigstens eines der Gehäuseteile unmittelbar aufgebracht wird und dort polymerisiert, wobei die Dichtung aus einem Elastomer und einer Beimengung von leitfähigen Partikeln gebildet ist, wobei das Elastomer ein Elastomer wie in Anspruch 1 definiert ist.
  14. Kontaktelement gebildet aus einem Elastomer und einer Beimengung von leitenden Partikeln, wobei das Elastomer ein Elastomer wie in Anspruch 1 definiert ist.
  15. Wärmeleitendes Element das ein Elastomer und eine Beimengung von leitenden Partikeln aufweist, wobei das Elastomer ein Elastomer wie in Anspruch 1 ist, wobei die Beimengung aus thermisch leitenden Partikeln gebildet ist.
  16. Wärmeleitendes Element mit einem Elastomer und einer Beimengung von leitenden Partikeln, wobei das Elastomer ein Elastomer wie in Anspruch 1 definiert ist, wobei die Partikel gebildet sind aus Aluminiumoxid, Boritoxid oder Magnesium.
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