DE69427371T2

DE69427371T2 - Ylektrisch leitende strukturierte bahn

Info

Publication number: DE69427371T2
Application number: DE69427371T
Authority: DE
Inventors: D. Calhoun; C. Koskenmaki
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: TW330338B; JP3339863B2; US5522962A; US5443876A; EP0737375A1; CN1139499A; WO1995018476A1; JPH09507113A; DE69427371D1; KR970700384A; EP0737375B1

Description

Diese Erfindung betrifft elektrisch leitende Schichten, die Säulen elektrisch leitender Teilchen aufweisen. Die Teilchensäulen sind so angeordnet, daß die Schicht über die Dicke leitend ist, jedoch in seitlichen Richtungen elektrisch isoliert.
Mit kleiner werdenden elektronischen Bauelementen steigt der Bedarf an genauen elektrischen Verbindungen bei sehr geringen Abständen weiter an. Beispielsweise werden Halbleiter in der Art integrierter Schaltungen auf Wafern hergestellt, die dann zu Einzelchips oder Chips zerteilt werden, welche einzeln auf Substraten angebracht werden können. Das Substrat weist typischerweise feine elektrisch leitende Schaltungsleitungen auf, und es muß zwischen dem Substrat und dem Chip elektrischer und thermischer Kontakt hergestellt werden. Weil elektronische Geräte, wie Computer, Bandspielgeräte, Fernsehgeräte, Telefone und andere Geräte, kleiner, dünner und besser tragbar werden, werden die Größenanforderungen an Halbleiter und die Mittel zum Bereitstellen elektrischer Verbindungen zwischen Halbleitern und Substraten oder zwischen flexiblen Schaltungen und starren gedruckten Schaltungen zunehmend höher.
Ein Verfahren zum Bereitstellen einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen zwei elektrischen Elementen besteht darin, ein entlang der Z-Achse leitendes Schichtmaterial, beispielsweise einen entlang der Z-Achse orientierten Klebstoff, zu verwenden. Unabhängig davon, ob das Schichtmaterial ein Elastomer oder ein Klebstoff ist, besteht die Herausforderung weiterhin darin, mit der in der elektronischen Industrie stattfindenden Minituarisierung Schritt zu halten. Die Leitfähigkeit entlang der Z-Achse kann durch eine Anzahl von Maßnahmen einschließlich des Dispergierens leitender Teilchen über einen Bindemittelgrundstoff bzw. -matrix erreicht werden. Wenn eine elektrische Verbindung bei sehr geringen Abständen erforderlich ist, können die leitenden Elemente nur dort angeordnet werden, wo sich die Elektroden befinden, wobei typischerweise ein Indizieren der leitenden Schicht bezüglich der Elektroden erforderlich ist, oder die leitenden Elemente können bezüglich des Abstands der Elektroden in so geringen Abständen angeordnet werden, daß ein Indizieren nicht erforderlich ist. In US-A-5 087 494 (Calhoun u. a.) ist ein Beispiel eines elektrisch leitenden Klebebands angegeben, bei dem leitende Teilchen an genau festgelegten Orten bei einem geringen Abstand angeordnet sind. Im Patent mit der Endnummer 494 von Calhoun u. a. werden auch eine Anzahl verfügbarer Optionen für elektrisch leitende Klebebänder erörtert.
In US-A-4 008 300 (Ponn) und in US-A-3 680 037 (Nellis u. a.) ist ein dielektrisches Schichtmaterial mit mehreren komprimierbaren, elastischen, leitenden Pflöcken offenbart, die sich zwischen den Flächen der Schicht erstrecken. Die Schicht kann zwischen Schaltungen angeordnet werden, um zwischen ihnen einen elektrischen Kontakt herzustellen. Die leitenden Pflöcke von Ponn und Nellis sind Dispersionen leitender Teilchen in einem Bindemittel.
In anderen Patenten, wie beispielsweise in US-A-4 448 837 (Ikade u. a.), in US-A-4 546 037 (King), in US-A-4 54 8 862 (Hartman), in US-A-4 644 101 (Jin u. a.) und in US-A-4 838 347 (Dentinni), ist das Orientieren in einem Bindemittel dispergierter magnetischer Teilchen durch Anlegen eines Magnetfelds dargelegt. Die Verteilung der Teilchen nach dem Orientieren und Härten ist ausreichend gleichmäßig, um für bestimmte Anwendungen funktionsfähig zu sein, sie ist jedoch für andere Anwendungen nicht ausreichend. Falls die Anzahl der in diesen Artikeln verwendeten Teilchen in einem Versuch, geringere Abstände für Verbindungen mit feineren Teilungen zu erreichen, erhöht werden würde, würde wahrscheinlich ein Anhäufen auftreten, wodurch Kurzschlüsse hervorgerufen werden. Dementsprechend ist eine Einrichtung mit einer feinen Teilung erforderlich, um elektrische Verbindungen zwischen zwei Flächen bei einer sehr feinen Teilung genau bereitzustellen.
US-A-5 045 249 betrifft eine elektrische Verbindung durch ein zusammengesetztes Medium, und es ist darin ein polymerisches Lagen- oder Schichtmedium offenbart, das Ketten magnetisch ausgerichteter, elektrisch leitender Teilchen in einem nicht leitenden Grundmaterial aufweist. Endteilchen dieser Ketten stehen aus der Oberfläche des Mediums heraus. Die Anordnung der Ketten hängt von der Stärke des während des Bildens der Ketten angelegten Magnetfelds, der Reinheit des Materials, dem Vorhandensein von Blasen und anderen Faktoren ab. Demgemäß sind mit der in US-A-5 045 249 offenbarten elektrischen Verbindung beim Erreichen einer feinen Teilung ähnliche Probleme verbunden wie sie oben erörtert wurden.
Ein weiterer Mangel bei früheren Versuchen zum Herstellen einer elektrischen Verbindung unter Verwendung elektromagnetischer Teilchen besteht darin, daß die Verbindungsfläche einer einfachen Verbindung zwischen zwei leitenden Flächen nicht dienlich ist.
Die vorliegende Erfindung ist durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale definiert.
Die vorliegende Erfindung sieht, ein elektrisch leitendes Schichtmaterial vor, welches aufweist: eine polymerische Schicht mit einer ersten und einer zweiten Fläche, wobei die erste Fläche eine regelmäßige Anordnung von sich davon erstreckenden Vorsprüngen aufweist, sowie mehrere magnetische Säulen, wobei jede Säule individuelle elektrisch leitende ferromagnetische Teilchen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß zwischen der ersten und der zweiten Fläche eine zusammenhängende Säule gebildet ist. Die magnetischen Säulen sind mit den Vorsprüngen ausgerichtet, wobei sich jede Säule von einem Vorsprung zur zweiten Fläche erstreckt. Die zwischen den Vorsprüngen und der zweiten Fläche liegenden Bereiche werden hier als "leitende Durchgänge" bezeichnet, während der die leitenden Durchgänge umgebende Bereich als ein "dielektrischer Bereich" bezeichnet wird.
Die zweite Fläche kann auch mehrere Vorsprünge aufweisen, so daß jede magnetische Säule in einem leitenden Durchgang ausgerichtet ist, der sich zwischen einem Vorsprung in der ersten Fläche und einem Vorsprung in der zweiten Fläche erstreckt. Die polymerische Schicht kann ein Klebstoff, ein Elastomer oder ein anderer Typ eines Polymers sein, und sie kann wahlweise darin dispergierte ferromagnetische oder andere Metallteilchen aufweisen. Ablösbares Kaschierpapier kann an einer oder beiden Flächen des Schichtmaterials bereitgestellt sein. Das ablösbare Kaschierpapier weist typischerweise mehrere Vertiefungen auf, die der regelmäßigen Anordnung sich von einer Fläche aus erstreckender Vorsprünge entsprechen, wobei jeder Vorsprung in einer Vertiefung positioniert ist, so daß der Vorsprung und die magnetische Säule geschützt werden. "Regelmäßige Anordnung" bedeutet hier eine Anordnung, die nicht zufällig ist sondern vielmehr ein wiederholbares Muster aufweist.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein elektrisch leitendes Schichtmaterial vor, das eine polymerische Schicht mit einer ersten und einer zweiten Fläche aufweist, wobei die erste Fläche eine erste Gruppe sich in Längsrichtung erstreckender, darin ausgebildeter paralleler Erhebungen bzw. Grate aufweist und die zweite Fläche eine zweite Gruppe solcher darin ausgebildeter Grate aufweist. Die erste Gruppe von Graten kreuzt oder schneidet die zweite Gruppe von Graten vorzugsweise senkrecht. Mehrere magnetische Säulen erstrecken sich von der ersten Fläche zur zweiten Fläche, wobei jede Säule individuelle elektrisch leitende ferromagnetische Teilchen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß eine zusammenhängende Säule gebildet ist, wobei die magnetischen Säulen an den Gitterpunkten der ersten und der zweiten Gruppe von Graten positioniert sind. "Gitterpunkte" sind hier die Punkte, an denen die erste Gruppe von Graten die zweite Gruppe von Graten schneiden würde, falls die Grate in der gleichen Ebene lägen. Mit anderen Worten würde es beim Betrachten des Schichtmaterials von oben und senkrecht zu einer der Flächen so scheinen, daß die Gitterpunkte die Schnittpunkte zwischen den jeweiligen Gruppen von Graten sind. Auf einer oder beiden Flächen des Schichtmaterials kann ablösbares Kaschierpapier bereitgestellt sein, das den mehreren Graten entsprechende Rillen aufweist.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Bilden elektrisch leitender Schichtmaterialien vor, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Trägerstoffs, der in einer ersten Fläche mehrere Vertiefungen aufweist, Bereitstellen ferromagnetischer Teilchen in den Vertiefungen, Bereitstellen einer Bindemittelschicht über der ersten Fläche und Anlegen eines Magnetfelds, das zum Ausrichten der ferromagnetischen Teilchen zu zusammenhängenden magnetischen Säulen ausreicht, wobei sich jede Säule von einer Vertiefung im Trägerstoff aus erstreckt. Die ferromagnetischen Teilchen werden typischerweise mit einer Aufschlämmung von Teilchen und Bindemittel ausgebracht, wobei das in der Aufschlämmung verwendete Bindemittel das gleiche sein kann, das auf die erste Fläche aufgebracht wird. Nach dem Aushärten bzw. Trocknen oder auf andere Weise erfolgenden Härten kann die Bindemittellage eine Klebstofflage, eine elastomere Lage oder ein anderer Typ eines dielektrischen Materials sein. Ein zweiter Trägerstoff mit einer zweiten Fläche, die wahlweise mehrere Vertiefungen aufweist, kann über der Bindemittellage bereitgestellt werden. Die Vertiefungen in der zweiten Fläche können wahlweise darin bereitgestellte ferromagnetische Teilchen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Bilden elektrisch leitender Schichtmaterialien vor, das die Schritte des Bereitstellens eines ersten Trägerstoffs mit einer ersten Gruppe darin ausgebildeter paralleler Rillen und des Beschichtens einer Dispersion in einer Bindemittellage enthaltener ferromagnetischer Teilchen in die Rillen aufweist. Ein zweiter Trägerstoff mit einer zweiten Gruppe paralleler Rillen ist in einer schneidenden Anordnung zur ersten Gruppe von Rillen, vorzugsweise senkrecht dazu, angeordnet. Eine Dispersion ferromagnetischer Teilchen in einer Bindemittellage kann in der zweiten Gruppe von Rillen bereitgestellt werden. Es wird ein Magnetfeld angelegt, das zum Ausrichten der magnetischen Teilchen zu zusammenhängenden magnetischen Säulen ausreicht, wobei die magnetischen Säulen an den Gitterpunkten der ersten und der zweiten Gruppe von Rillen positioniert sind. Eine zusätzliche Bindemittellage kann zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Rillen angeordnet werden, um die Dicke des Schichtmaterials zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren vor, durch das elektrisch leitende Schichtmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden können, welches die Schritte des Bereitstellens eines ersten Trägerstoffs, der in einer ersten Fläche eine erste Gruppe zusammenhängender Vertiefungen aufweist, des Beschichtens bzw. Aufbringens ferromagnetischer Teilchen in einer Bindemittellage auf die erste Fläche, sowie des Bereitstellens eines zweiten flexiblen Trägerstoffs mit einer zweiten Fläche, die wahlweise eine zweite Gruppe zusammenhängender Vertiefungen aufweist, über der Bindemittellage aufweist. Es wird ein Magnetfeld angelegt, das zum Ausrichten der ferromagnetischen Teilchen zu zusammenhängenden magnetischen Säulen ausreicht, wobei sich jede Säule von einer Vertiefung in der ersten Fläche aus erstreckt. Wenn auch in der zweiten Fläche Vertiefungen bereitgestellt sind, erstrecken sich die zusammenhängenden Säulen von einer Vertiefung in der ersten Fläche zu einer Vertiefung in der zweiten Fläche. Der Ausdruck "Zusammenhängende Vertiefungen " bezeichnet hier eine Fläche mit mehreren Vertiefungen, die mit angrenzenden Vertiefungen derart verbunden sind, daß eine von planaren Bereichen im wesentlichen freie Fläche gebildet ist.Beispielsweise würde ein Gitter vierseitiger Pyramiden oder Würfelecken eine zusammenhängende Vertiefungen aufweisende Fläche bereitstellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4A ist eine perspektivische Ansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorstufe eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Ausrichten der magnetischen Teilchen,
Fig. 5A ist eine schematische Schnittansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht eines elektrisch leitenden Schichtmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung sieht elektrisch leitende Schichtmaterialien vor, die mehrere magnetische Säulen aufweisen, wobei jede Säule individuelle magnetische Teilchen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß eine zusammenhängende leitende Säule gebildet wird, die sich über die Dicke des elektrisch leitenden Schichtmaterials erstreckt. Die vorliegende Erfindung sieht auch Verfahren vor, durch die solche elektrisch leitenden Schichtmaterialien hergestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung sieht eine strukturierte dielektrische Aufnahme- oder Bindemittellage vor, bei der leitende Elemente in einem vorgegebenen Muster angeordnet sind, das Vorsprüngen auf der mikrostrukturierten Oberfläche der dielektrischen Aufnahme entspricht. Die leitenden Elemente verlaufen an den Vorsprüngen, die typischerweise die dicksten Abschnitte der dielektrischen Lage sind, über die ganze Dicke der dielektrischen Aufnahme. Die leitenden magnetischen Säulen können in einer regelmäßigen Anordnung bereitgestellt sein, die den Vorsprüngen in der Fläche des dielektrischen Bindemittels entspricht. Es sind leitende Durchgänge ausgebildet, die sich von einem Vorsprung in einer Fläche zur entgegengesetzten Fläche des Bindemittels erstrecken. Vorsprünge können in beiden Seitenflächen der Bindemittellage ausgebildet sein, wobei sich die leitenden Durchgänge von einem Vorsprung in der ersten Fläche bis zu einem damit ausgerichteten Vorsprung in der zweiten Fläche erstrecken. Idealerweise bildet sich in einem leitenden Durchgang eine einzige zusammenhängende magnetische Kette, die die zwei Seitenflächen der Bindemittellage überbrückt. Ein leitender Durchgang kann jedoch beispielsweise eine verzweigte Kette oder eine Doppelkette aufweisen, die beispielsweise durch Unregelmäßigkeiten in der Form der magnetischen Teilchen hervorgerufen sein kann.
Die vorliegende Erfindung kann leitende Wege mit einem sehr geringen Abstand in einer genauen, regelmäßigen Anordnung bereitstellen. Die zusammenhängende magnetische Ketten enthaltenden leitenden Durchgänge können mit hoher Genauigkeit in einem gewünschten Muster und bei einem sehr geringen Abstand zwischen jeweiligen leitenden Durchgängen angeordnet sein. Ein dielektrischer Bereich umgibt die Anordnung leitender Durchgänge, und er kann anders als zufällige Anordnungen magnetischer Säulen so ausgebildet sein, daß er im wesentlichen von magnetischen Teilchen oder magnetischen Säulen frei ist. Unerwünschte zufällige Ketten oder Teilchen können einen Kurzschluß oder andere einer elektrischen Verbindung zugeordnete Probleme hervorrufen.
Zum Herstellen leitender Schichtmaterialien gemäß der Erfindung können Vertiefungen in einem geprägten Trägerstoff mit einer Dispersion eines Bindemittels und leitender ferromagnetischer Teilchen aufgefüllt werden. Es gibt eine vollständige Kontrolle darüber, wo sich die Vertiefungen befinden, und es können jede beliebige geometrische Form oder Mischung von Formen, jede beliebige Größe oder Mischung von Größen und jede beliebige Trennung oder Familie von Trennungsabständen erreicht werden. Das Anordnen der Vertiefungen bestimmt auch das Anordnen der magnetischen Säulen. Die mit Teilchen und dem Bindemittel gefüllten Vertiefungen können mit einer zusätzlichen Bindemittelbeschichtung aus einem Klebstoff, einem Elastomer oder einem anderen Typ eines Polymers bedeckt werden. Eine wahlweise vorgesehene zweite geprägte Schicht (wobei ihre Vertiefungen wahlweise mit einer Aufschlämmung ferromagnetischer Teilchen und Bindemittel gefüllt sind) kann auf die erste Schicht laminiert werden, oder es kann eine nicht geprägte Deckschicht verwendet werden. Die Anordnung wird dann in ein Magnetfeld gegeben, um Teilchenketten zu bilden, die die vorstehenden Mikrostrukturen auf jeder Seite des Bindemittels verbinden, und das dielektrische Bindemittel wird getrocknet oder auf andere Weise gehärtet, während es sich in diesem magnetischen Orientierungszustand befindet. Es ist möglicherweise erforderlich, zwischen den Vertiefungen in einer ersten Fläche und den Vertiefungen in einer zweiten Fläche eine Indizierung bereitzustellen, um das Bilden sich von einer Fläche zur anderen erstreckender einzelner magnetischer Säulen zu fördern. Eine Option, bei der das Indizieren nicht erforderlich ist, umfaßt das Bereitstellen feinmaßigerer Vertiefungen in der zweiten Fläche, um zu gewährleisten, daß jede Vertiefung in der ersten Fläche mit mindestens einer Vertiefung in der zweiten Fläche ausgerichtet ist.
Es wurde herausgefunden, daß dann, wenn die Vertiefungen im Trägerstoff Rillen sind, eine oder beide Gruppen von Rillen mit einer Dispersion aufgefüllt werden können, in die leitende magnetische Teilchen eingebracht sind, und daß die zwei gleichen Schichten in Kontakt miteinander gebracht werden können, wobei der Winkel zwischen den Rillen vorzugsweise 90 Grad beträgt. Magnetische Säulen werden an den Gitterpunkten der Gruppen von Rillen gebildet. Eine zusätzliche Bindemittellage kann zwischen den zwei Gruppen mit Rillen versehener Trägerstoffe bereitgestellt werden, um die Dicke des endgültigen Schichtmaterials zu erhöhen.
Wenn eine Dispersion magnetischer Teilchen zwischen zwei Trägerstoffen aufgebracht wird, wobei in mindestens einem der Trägerstoffe eine Anordnung zusammenhängender Vertiefungen ausgebildet ist, werden die zusammenhängenden magnetischen Säulen auch durch Anlegen eines Magnetfelds an die Teilchen zur Bildung sich von den Vertiefungen in den Trägerstoffen erstreckender zusammenhängender magnetischer Säulen gebildet. Es wurde herausgefunden, daß in einem ausreichenden Magnetfeld angeordnete magnetische Teilchen Ketten zu bilden versuchen, die parallel zu den magnetischen Flußlinien die maximal mögliche Länge aufweisen. Es besteht dementsprechend eine Tendenz, daß sich die Säulen so bilden, daß sie sich von den Vertiefungen im Trägerstoff derart erstrecken, daß die Länge der Kette möglichst lang ist. Es ist bevorzugt, daß die Vertiefungen in einem zusammenhängenden Muster gebildet werden, wenn eine Dispersion ferromagnetischer Teilchen auf den ganzen Trägerstoff aufgebracht wird und nicht eine Dispersion von Teilchen direkt in die Vertiefungen eingebracht wird. Falls der Trägerstoff zwischen den Vertiefungen planare Flächen aufweist, können sich zwischen den Vertiefungen unerwünschte außerhalb ihrer Position liegende Säulen bilden.
Zum Erreichen der gewünschten regelmäßigen Anordnung in einem genau festgelegten Abstand angeordneter Säulen wird ein Muster zusammenhängender Vertiefungen verwendet, so daß sich die Ketten gewöhnlich nur in den Vertiefungen und nicht zwischen ihnen bilden.
Beim Gebrauch wird das ablösbare Kaschierpapier (Trägerstoffe) von dem strukturierten, leitenden Schichtmaterial mit orientierten Teilchen gemäß der Erfindung entfernt. Falls das in dem leitenden Schichtmaterial verwendete dielektrische Bindemittel ein Klebstoff ist, kann die Schicht zwei Elektrodengruppen verbinden und elektrisch zusammenschalten. Wenn das dielektrische Bindemittel kein Klebstoff ist, ist es möglicherweise erforderlich, eine Klemmkraft zu verwenden, um das leitende Schichtmaterial zwischen zwei Elektrodengruppen zu halten.
In Fig. 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes elektrisch leitendes Schichtmaterial dargestellt. Das Schichtmaterial 10 weist einen ersten Trägerstoff 12, in dem Vertiefungen 13, 13A, 13B und 13C ausgebildet sind, und einen zweiten Trägerstoff 14 auf. Typischerweise weisen Vertiefungen eine einzige Größe und Form auf, in Fig. 1 sind jedoch einige der vielen möglicherweise verwendbaren Vertiefungen dargestellt. Eine Bindemittelschicht 11 ist zwischen den Trägerstoffen 12 und 14 bereitgestellt. Leitende Durchgänge 18 sind als der Bereich zwischen den Vertiefungen 13, 13A, 13B, 13C und dem Stoff 14 festgelegt. Der dielektrische Bereich 17 ist der Rest des Bindemittels 11, wobei sich zwischen den Vertiefungen 13, 13A, 13B, 13C und dem zweiten Trägerstoff 14 leitende magnetische Säulen 19 erstrecken.
In Fig. 2 ist ein allgemein mit 20 bezeichnetes elektrisch leitendes Schichtmaterial dargestellt. Das Schichtmaterial 20 weist einen ersten Trägerstoff 22 mit darin ausgebildeten Vertiefungen 23 und einen zweiten Trägerstoff 24 mit darin ausgebildeten Vertiefungen 25 auf. Eine Bindemittellage 21 ist zwischen den Trägerstoffen 22 und 24 ausgebildet und weist einen dielektrischen Bereich 27 und leitende Durchgänge 28 auf. Leitende magnetische Säulen 29 erstrecken sich zwischen den Vertiefungen 23 und den Vertiefungen 25, die in den leitenden Durchgängen 28 liegen.
In Fig. 3 ist ein allgemein mit 30 bezeichnetes elektrisch leitendes Schichtmaterial dargestellt. Das Schichtmaterial 30 weist einen ersten Trägerstoff 32 mit mehreren darin ausgebildeten Rillen 33 und einen zweiten Trägerstoff 34 mit mehreren darin ausgebildeten Rillen 35 auf. Die Rillen 33 sind so positioniert, daß sie senkrecht zu den Rillen 35 verlaufen. Ein Bindemittel 31 ist in den Rillen 33 und 35 zwischen den Trägerstoffen 32 und 34 bereitgestellt, so daß Grate 36 bzw. 38 gebildet sind. Wie in Fig. 3A dargestellt ist, erstrecken sich magnetische Säulen 39 an den Punkten zwischen den Graten 36 und den Graten 38, an denen sich die Grate kreuzen oder schneiden würden, falls die Rillen in der gleichen Ebene (also den Gitterpunkten) lägen.
In den Fig. 4 und 4A ist ein allgemein mit 40 bezeichnetes elektrisch leitendes Schichtmaterial dargestellt. Das Schichtmaterial 40 weist einen ersten Trägerstoff 42 mit darin ausgebildeten Rillen 43, die ferromagnetische Teilchen (nicht dargestellt) enthalten, und einen zweiten Träger 44 mit darin ausgebildeten Rillen 45 auf. Eine Bindemittellage 47 ist zwischen dem Trägerstoff 42 und dem Grate 46 und 48 bildenden Träger 44 in den Rillen 43 und 45 bereitgestellt. Wie in Fig. 4A dargestellt ist, erstrecken sich magnetische Säulen 49 zwischen den Graten 46 und den Graten 48.
In Fig. 5 ist eine Vorstufe bzw. ein Vorläufer eines allgemein mit 50 bezeichneten elektrisch leitenden Schichtmaterials dargestellt. Das Schichtmaterial 50 weist einen ersten Trägerstoff 52 mit Vertiefungen 53 und einen zweiten Trägerstoff 54 mit Vertiefungen 55 auf. Ein Bindemittel 57 ist zwischen dem ersten Trägerstoff 52 und dem zweiten Trägerstoff 54 bereitgestellt. Ferromagnetische Teilchen 59 sind im Bindemittel 57 dispergiert.
In Fig. 5A ist ein allgemein mit 60 bezeichnetes elektrisch leitendes Schichtmaterial dargestellt. Das Schichtmaterial 60 weist einen ersten Trägerstoff 62 mit Vertiefungen 63 und einen zweiten Träger 64 mit Vertiefungen 65 auf. Ein Bindemittel 67 ist zwischen dem ersten Träger 62 und dem zweiten Trägerstoff 64 bereitgestellt. Magnetische Säulen 69 erstrecken sich zwischen den Vertiefungen 63 und den Vertiefungen 65. Das elektrisch leitende Schichtmaterial 60 aus Fig. 5A wird durch Anlegen eines Magnetfelds an das in Fig. 5 dargestellte Schichtmaterial 50 hergestellt. Die magnetischen Säulen 69 werden in den Vertiefungen 63 und 65 gebildet, weil hierdurch die größtmögliche Länge für die magnetischen Säulen 69 ermöglicht wird.
In Fig. 6 ist ein allgemein mit 70 bezeichnetes elektrisch leitendes Schichtmaterial dargestellt. Das Schichtmaterial 70 weist einen ersten Trägerstoff 72 mit darin ausgebildeten Vertiefungen 73 und eine über einer ersten Fläche 74 des Stoffs 72 und über leitenden magnetischen Säulen 79 bereitgestellte Bindemittellage 75 auf. Die leitenden magnetischen Säulen 79 erstrecken sich von den Vertiefungen 73 aus. Eine zusätzliche Bindemittellage, beispielsweise eine Klebstofflage (nicht dargestellt) kann über der Bindemittellage 75 bereitgestellt werden.

Der mikrostrukturierte Trägerstoff

Der mikrostrukturierte Trägerstoff kann ein Stoff bzw. eine Bahn, eine Rolle, ein endloser Riemen oder eine andere Struktur sein, bei der sich Vertiefungen in einer planaren Fläche befinden. Der Trägerstoff kann aus einer Vielzahl von Materialien bestehen und durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Die Funktion des Trägerstoffs besteht darin, magnetische Säulen im elektrisch leitenden Schichtmaterial genau anzuordnen. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, einen Träger bereitzustellen, der die gewünschte Anordnung von Vertiefungen aufweist, die Oberfläche mit einer Aufschlämmung ferromagnetischer Teilchen zu übergießen und mit einem Streichmesser zu wischen, so daß Teilchen in den Vertiefungen bleiben.
Die Vertiefungen können eine große Vielzahl von Formen und Größen aufweisen. Die Formen umfassen Halbkugeln, Würfel, abgeschnittene Kegel, Pyramiden, dreiseitige Pyramiden, vierseitige Pyramiden, Würfelecken (siehe beispielsweise US-A-3 924 929), Rechtecke, zweiseitige 90º-Rillen, Rinnen mit einem rechtwinkligen Boden und jede beliebige andere gewünschte Form, die dem jeweiligen Zweck dient.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, magnetische Säulen an genau festgelegten, sich in einem geringen Abstand befindenden Stellen, und typischerweise etwa 50-500 Säulen/cm oder 2500-250000 Säulen/cm² bereitzustellen. Der Abstand der Säulen wird vom Abstand der Vertiefungen vorgeschrieben. Wenn die Vertiefungen Rillen sind, lokalisieren sich die Säulen an den Gitterpunkten der Gruppen quer schraffierter Rillen in der ersten und der zweiten Fläche. Die Größe der Rille hängt stark vom gewünschten Abstand der Säulen ab. Wenn die Vertiefungen diskrete Formen (beispielsweise Halbkugel, abgeschnittene Kegel) aufweisen, sollte das Volumen der Vertiefung unter Berücksichtigung der Größe des Teilchens und der Dicke des Schichtmaterials ausgewählt werden.
Es ist bevorzugt, daß eine Vertiefung vollständig mit Teilchen aufgefüllt wird, so daß das Niveau der Teilchen mit der Fläche des Trägerstoffs abschließt. Idealerweise bilden kugelförmige Teilchen einer einzigen Größe eine einzige zusammenhängende Teilchenkette, in der Praxis sind die Teilchen jedoch nicht vollkommen kugelförmig und weisen auch keine einzige Größe auf. Ein Weg zum Auswählen des Volumens der Tasche besteht darin, die gewünschte Länge der Kette (die Dicke des Schichtmaterials) und die gewünschte Teilchengröße zu berücksichtigen und das zum Halten der Teilchen, die eine Kette der gewünschten Länge bilden, erforderliche Volumen der Vertiefung zu bestimmen.
Es scheint so, daß es eine zum Abstand proportionale Grenze für die Höhe der Säulen gibt. Falls der Abstand der Säulen in bezug auf die Länge der Säulen zu gering ist, treten ein Verzweigen und andere ähnliche Probleme auf. Ein Längenverhältnis (Höhe der Säule. Teilung) von etwa 2 l kann bei typischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine allgemeine Obergrenze sein.
Der Trägerstoff ist vorzugsweise ein flexibles polymerisches Schichtmaterial. Der Trägerstoff mit in einer Seitenfläche ausgebildeten Vertiefungen kann bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um ein elektrisch leitendes Schichtmaterial zu bilden, wobei der Trägerstoff an seinem Ort bleibt, bis das elektrisch leitende Schichtmaterial zum elektrischen Verbinden zweier Bauelemente verwendet wird. Die Dicke des Trägerstoffs beträgt typischerweise etwa 25 um - 250 um.
Ein bevorzugter Träger ist eine geprägte Bahn, die durch Prägen einer existierenden Bahn oder durch Gießprägen auf eine texturierte Kühltrommel hergestellt werden kann. Übliche Beispiele geprägter Bahnen sind mit Polyethylen oder Polypropylen beschichtetes Kraftpapier oder Polyester- oder thermoplastische Filme, wie Polypropylen. Andere geeignete Trägerstoffe umfassen andere filmbildende Polymere unter Einschluß von Polyolefinen, Polymethylmethacrylaten, Polyurethanen und dergleichen.

Das Bindemittel

Allgemein ausgedrückt sollte die Bindemittelkomponente der elektrisch leitenden Schichtmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung ein dielektrisches Material sein, das in seinem ungetrockneten, ungehärteten oder geschmolzenen Zustand eine Flüssigkeit mit einer ausreichend geringen Viskosität ist, um das Ausrichten der beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten ferromagnetischen Teilchen zu ermöglichen. Das dielektrische Bindemittel kann fast jedes Material sein, das schichtförmig aufgebracht werden kann, während des Schritts des Orientierens der magnetischen Teilchen eine ausreichend geringe Viskosität aufweist und einem Trocknungs- oder einem anderen Härtungsschritt unterzogen werden kann, um die Orientierung der Teilchen im Endprodukt aufrechtzuerhalten.
Das Bindemittel kann nach Wunsch klebende oder elastomere Eigenschaften aufweisen. Wenn das dielektrische Bindemittel ein Klebstoff ist, ist es für Haftklebstoffe besonders gut angepaßt. Wenn das Bindemittel kein Klebstoff ist und das leitende Schichtmaterial zum elektrischen Verbinden von Elektroden auf starren Substraten verwendet wird, können darin Vorteile bestehen, wenn das Bindemittel komprimierbar ist, wobei ein bevorzugtes Material ein Elastomer, wie Silikonkautschuk, ist. Ein Elastomer ist ein vernetztes, amorphes Polymer bei einer Temperatur oberhalb von Tg.
Wenn die dielektrische Bindemittelphase nicht mit einer Nachgiebigkeit versehen werden muß, kann eine Anzahl von Materialien verwendet werden, deren Auswahl auf anderen gewünschten Eigenschaften beruht, und es kann vorteilhaft sein, Polyimid oder Epoxidharz als das dielektrische Material zu verwenden, falls das leitende Schichtmaterial beispielsweise für Einbrenntests elektrischer Bauelemente verwendet wird, bei denen erhöhte Temperaturen verwendet werden.
Bei einem elektrisch leitenden Schichtmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann mehr als ein Typ eines Bindemittels verwendet werden. Beispielsweise kann ein Klebstoff als eine Aufschlämmung magnetischer Teilchen in Rillen in einem Trägerstoff eingebracht werden, wobei eine elastomere Lage oder eine Lage, die nicht aus Klebstoff besteht, über der Klebstofflage bereitgestellt wird. Es kann jede Kombination geeigneter dielektrischer Bindemittel verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß überall in einem elektrisch leitenden Schichtmaterial ein einziges Bindemittel verwendet wird.
Bei Schichtmaterialien gemäß der Erfindung nützliche Klebstoffe können aus thermoplastischen und wärmehärtbaren Klebstoffen, Kautschukharz-Klebstoffen, Haftklebstoffen und dergleichen ausgewählt werden.
Ein bevorzugte Klasse Haftklebstoffe sind Acrylatklebstoffe. Sie können Monomere und/oder Oligomere, wie (Meth)acrylate, (Meth)acrylamide, Vinylpyrrolidon und Azlactone sein. Diese Monomere umfassen Mono-, Di- oder Polyacrylate sowie Methacrylate.
Bevorzugte Acrylate sind typischerweise Alkylacrylate, vorzugsweise monofunktionale ungesättigte Acrylatester nicht tertiärer Alkylalkohole, deren Alkylgruppen 1 bis etwa 14 Kohlenstoffatome aufweisen. In dieser Klasse von Monomeren liegen beispielsweise Isooctylacrylat, Isononylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Dodecylacrylat, n-Butylacrylat und Hexylacrylat.
Bevorzugte Monomere umfassen Isooctylacrylat, Isononylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat sowie Butylacrylat. Die Alkylacrylatmonomere können zum Bilden von Homopolymeren verwendet werden, oder sie können mit polaren copolymerisierbaren Monomeren copolymerisiert werden.
Die polaren copolymerisierbaren Monomere können aus stark polaren Monomeren, wie monoolefinischen Mono- und Dicarboxylsäuren, Hydroxyalkylacrylaten, Cyanoalkylacrylaten, Acrylamiden oder substituierten Acrylamiden oder aus gemäßigt polaren Monomeren, wie N-Vinylpyrrolidon, Acrylnitril, Vinylchlorid oder Diallylphtalat, ausgewählt werden.
Wenn überragende Kohäsionsfestigkeiten erwünscht sind, kann das Haftklebstoff-Bindemittel auch vernetzt sein. Bevorzugte Vernetzungsmittel für das Acryl-Haftklebstoff- Bindemittel sind Multiacrylate, wie 1,6-Hexanedioldiacrylat.
Eine weitere bevorzugte Klasse Haftklebstoffe sind Siloxan-Haftklebstoffe, beispielsweise "DC 284", der von Dow Corning erhältlich ist, und Poly(diphenylsiloxan) enthaltende Haftklebstoffe, beispielsweise "GE 6574", der von General Electric Company erhältlich ist.
Ein nützlicher Klebstoff, der bei erhöhten Temperaturen druckempfindlich bzw. haftend wird, ist in US-A-4 880 693 (Stow) offenbart, und nützliche wärmehärtbare Klebstoffe sind in US-A-3 733 755 und in US-A-3 326 741 (beide von Olson) offenbart.
Andere nützliche Materialien, die in das Bindemittel eingemischt werden können, sind unter anderem Pigmente, Weichmacher, Klebrigmacher, Schäumungsmittel, Antioxidantien, Stabilisatoren, Feuerhemmittel und Fließfähigkeitsmodifizierer.
Geeignete Elastomere, die als Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, umfassen Naturkautschuk, Styrenbutadienkautschuk, Styrenacrylnitrilkautschuk, Neopren, Butylkautschuk, Polybutadien, Polyisopren, Ethylenpropylencopolymerkautschuk (EPDM), Polyfluorkohlenstoffelastomere, Silikonelastomere, Polyepichlorohydrin und andere geeignete Elastomere.

Die Teilchen

Es ist erforderlich, daß ein Teil der leitenden Teilchen, vorzugsweise ein Teil von jedem der leitenden Teilchen, ferromagnetisch ist. Es ist bevorzugt, daß die ferromagnetischen Teilchen kugelförmig oder annähernd kugelförmig sind, die magnetischen Teilchen können jedoch jede beliebige Form aufweisen. Sie können massive oder hohle Teilchen sein. Geeignete magnetische Materialien umfassen Nickel, Kobalt sowie Eisen und ihre magnetischen Legierungen. Die Teilchen können einen ferromagnetischen Kern und eine Beschichtung aus einem leitenden Material aufweisen, die nicht ferromagnetisch sein muß, oder sie können eine magnetische Beschichtung über einem nicht magnetischen Kern aufweisen.
Bei der vorliegenden Erfindung sind Teilchen aus einem breiten Bereich von Größen nützlich, die magnetischen Teilchen weisen jedoch typischerweise eine Größe von etwa 5 um - 50 um auf. Es ist möglicherweise wünschenswert, Teilchen bereitzustellen, die klein genug sind, damit sie die Punkte oder Bodenabschnitte einer Vertiefung ausfüllen, bevor die kleineren Teilchen, die zuerst in die Vertiefungen eingebracht wurden, mit größeren magnetischen Teilchen überzogen werden. Durch Bereitstellen kleinerer Teilchen im oberen Teil oder am Boden einer Vertiefung wird verhindert, daß ein Klebstoff oder ein anderes Bindemittel die schließliche Verbindungsstelle im elektrisch leitenden Schichtmaterial belegt. Es kann auch wünschenswert sein, Vertiefungen zu haben, deren Radius am Boden der Vertiefung etwa der Größe der gewählten Teilchen gleicht.
Die Erfindung wird weiter durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele beschrieben, wobei alle Teile nach Gewicht bemessen sind, soweit nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Ein elektrisch leitendes Schichtmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung wurde nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Ein 75 um dicker, zweiachsig orientierter Poly(ethylenterephtalat)-Film (PET) wurde auf beiden Seiten mit 37 um Polyethylen geringer Dichte beschichtet. Eine Fläche dieses Films wurde so geprägt, daß sie in einer quadratischen Gitteranordnung eingerichtete 98 Vertiefungen je Zentimeter aufwies, so daß 9604 Vertiefungen je Quadratzentimeter bereitgestellt wurden. Jede Vertiefung war eine abgeschnittene Pyramide mit einem quadratischen Boden (etwa 37 um auf einer Seite), einer quadratischen Spitze (etwa 47 um auf einer Seite) und einer Tiefe von etwa 37 um. Die geprägte Oberfläche wurde mit einem Silikonablösemittel "SYL-OFF" 292 (Dow Corning, Midland, MI) beschichtet. Die Silikon-Ablösebeschichtung wurde durch Sprühen einer 0,1 Gewichtsprozent Feststoffe enthaltenden Lösung aus einem 90 Teile "PENOLA" 100 (Simonsons C. F., Sons; Philadelphia, PA), 5 Teile Isopropanol und 5 Teile Toluen enthaltenden Lösungsmittel aufgebracht, bis die Oberfläche des geprägten Films feucht war. Der Film wurde bei Zimmertemperatur getrocknet und dann bei 95ºC für 10 Minuten gehärtet.
Eine aus 1 g Isooctylacrylat-(IOA)-Homopolymersirup (100 Teile unter Verwendung von 0,04 Teilen 2,2-Dimethoxy-2- phenylacetophenon und UV-Licht bis zu einer Konvertierung von 5-10% polymerisiertes IOA-Monomer), 4 g zusätzlichem IOA- Monomer und 22,5 g INCO-123-Nickelpulver (von NOVAMET, Wyckoff, NJ) bestehende Aufschlämmung wurde auf den geprägten Film gegossen und dann mit einem Poly(tetrafluorethylen)- Messer gewischt, so daß die Aufschlämmung im wesentlichen in den Vertiefungen des geprägten Films vorhanden war. Der Film wurde dann mit 50 um eines aus (90 Teile IOA, 10 Teile unter Verwendung von 0,04 Teilen 2, 2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon und UV-Licht bis zu einer Konvertierung von 5 bis 10% copolymerisierte Acrylsäure) 0,1 Teilen Hexanedioldiacrylat und zusätzlichen 0,2 Teilen 2, 2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon bestehenden Sirups überzogen. Die mit Silikon beschichtete Seite des ablösbaren Kaschierpapiers (50 um PET, als "CERAPEEL mit eine Seite überziehendem BK" von Toray) wurde auf den Klebstoff laminiert. Das Laminat wurde nachfolgend für fünf Minuten der Reihe nach durch Magnetfelder von 2000 Oersted und UV-Licht bewegt. Das Laminat wurde für weitere 3 Minuten unter UV-Licht gehärtet. Das in diesem Beispiel verwendete UV-Licht rührte von einer zwei UV-Lampen (General Electric F15T8 BL) aufweisenden Tischlampe her.
Ein Abschnitt wurde aus dem Laminat ausgeschnitten und mit einem Lichtmikroskop untersucht. Es gab an jeder Vertiefung im geprägten Film eine bis drei Ketten von Nickelteilchen. Diese Teilchenketten erstreckten sich über die Dicke des Klebstoffs. Einige Teilchenketten wurden auch zwischen den Vertiefungen beobachtet, es wurden jedoch keine Teilchenklumpen, die zu einem Überbrücken oder Kurzschließen geprägter Stellen führen könnten, beobachtet. Es schien anhand dieser Untersuchung so, daß dieses Material einen leitenden Transferklebstoff mit einer nutzbaren Teilung von 98 leitenden Stellen je Zentimeter bereitstellt.
Der leitende Transferklebstoff aus diesem Beispiel wurde zum Bilden einer 10 mm mal 20 mm messenden Verbindung zwischen zwei 1 mm dicken Aluminiumstreifen verwendet. Der Widerstand der Verbindung reichte abhängig von der auf die Verbindung ausgeübten Beanspruchung von 20 bis 2000 Ohm, wobei der Widerstand beispielsweise durch Zusammendrücken der Aluminiumstreifen verringert wird. Nach dem über Nacht bei Zimmertemperatur erfolgenden Altern stabilisierte sich der Widerstand bei etwa 20 Ohm.

Beispiel 2

Ein elektrisch leitendes Schichtmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung wurde nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Eine 45 cm mal 45 cm messende und 1 mm dicke Nickelschicht wurde durch Galvanisieren aus einer Acrylkunststoffschicht mit einem diamantbearbeiteten Muster in eine Seite eingearbeiteter paralleler Grate hergestellt. Das Muster wies einen gleichmäßigen Querschnitt auf, der an den Graten und Rillen interplanare Winkel von 90º und einen Abstand von 50 um von Grat zu Grat aufwies. Diese durch Galvanisieren hergestellte Nickelschicht wurde dann um einen Dorn herum geformt, um eine 45 cm breite Prägerolle mit einem Durchmesser von 15 cm herzustellen. Diese Prägerolle wurde zum Prägen des Gratmusters in eine 200 um dicke, 30 cm breite und 10 m lange Polypropylenschicht verwendet. Das Prägen wurde bei einer Bahngeschwindigkeit von 1 m/min und einem Druck von 280 kPa ausgeführt. Die Prägerolle wurde auf 145ºC vorgewärmt. Zwei 5 cm mal 5 cm messende quadratische Stücke wurden aus dem Polypropylen ausgeschnitten und so angeordnet, daß die geprägte Seite eines Stücks gegen die geprägte Seite des anderen angeordnet war, jedoch so gewendet, daß die geprägten Grate der zwei Stücke unter 90º zueinander standen. Vor dem Zusammenbringen der Polypropylenstücke wurden 3 Tropfen (etwa 0,15 g) einer flüssigen Aufschlämmung in die Mitte eines Stücks gegeben. Die Aufschlämmung wurde durch Mischen von 1 g feiner silberbeschichteter Nickelteilchen (mit einem Durchmesser von 20 um und weniger) mit 2,63 g eines ungehärteten bei Zimmertemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuks hergestellt. Die silberbeschichteten Nickelteilchen wurden von Novamet aus Wyckoff, New Jersey erhalten (mit 15 Gewichtsprozent Silber, von Novamet als "fines" bezeichnet). Der ungehärtete Silikonkautschuk wurde folgendermaßen hergestellt: RTV 609 von General Electric, ein Polymethylsiloxan mit einer endständigen Vinylgruppe, das ein Molekulargewicht von 40 000 aufweist, wurde mit 2 Gewichtsprozent eines Polymethylhydrosiloxans mit einem Verhältnis von 2. 1 inaktiver (CH&sub3;)&sub2;SiO-Stellen zu aktiven CH&sub3;HSiO- Stellen und durchschnittlich 50 Si-O-Einheiten je Molekül als Vernetzungsmittel gemischt. Weiterhin wurden 2 Gew.-% einer Lösung von 99 Gewichtsprozent Aceton und 1 Gewichtsprozent Cyclopentadienyltrimethylplatin (wie von S.D. Robinson und B.L. Shawwin J. Chem. Soc. 1965, S. 1529-30 beschrieben ist) mit dem RTV 609 und dem Vernetzungsmittel als Katalysator gemischt. Nach dem Mischen wurde dieses Material in einem Vakuum ausgegast, um das Aceton und eingeschlossene Luftblasen zu entfernen. Die zwei Polypropylenstücke und die Aufschlämmung bildeten eine sandwichförmige Anordnung, wobei die Aufschlämmung zwischen den zwei Polypropylenstücken vorhanden war. Diese sandwichförmige Anordnung wurde komprimiert, indem sie zwischen der Fläche eines Permanentmagneten und einem Glasträger angeordnet wurde. Der Magnet erzeugte ein Magnetfeld mit einer geschätzten Stärke von 1500 Oersted, wobei die magnetischen Flußlinien senkrecht zur Fläche des Magneten verliefen. Der Glasträger wurde mit einer ausreichenden Kraft (einer Kraft von etwa 100 g) gegen die sandwichförmige Anordnung gedrückt, um die Aufschlämmung auszubreiten, so daß sie ein kreisförmiges Scheibchen mit einem Durchmesser von etwa 3 cm und einer durchschnittlichen Dicke von etwa 100 um bildet. Innerhalb der Aufschlämmung bildeten die Nickelteilchen durch die Dicke des Polymers und in einer quadratischen Anordnung Ketten mit einem Abstand von 50 um, wobei die oberen und die unteren Teile der Ketten in den Rillen der Polypropylenunterlage lagen. Außerhalb der Rillen wurden keine Ketten gebildet. Das Silikon wurde dann unter Bildung eines Elastomers gehärtet, indem es 3 cm von der sandwichförmigen Polypropylenanordnung durch den Glasträger für 5 Minuten 25 Watt UV-Licht ausgesetzt wurde, woraufhin es für 15 Minuten bei 90ºC in einem Ofen gehärtet wurde. Die Polypropylenunterlagen wurden dann von dem gehärteten Silikon abgehoben.
Das sich ergebende Elastomer wies durch die Dicke eine elektrische Leitfähigkeit auf, es wies jedoch keine meßbare Querleitfähigkeit auf. Die Membran wurde mit verschiedenen Kräften zwischen einer Kupferschicht und einer flachen Sonde eines Widerstandsmeßgeräts, die eine Kreisfläche von 0,48 mm² aufwies, komprimiert. Der Widerstand von der Mitte der Probe als Funktion der Zeit betrug:

Druck (kPa) Widerstand (Ohm)

41 40
157 5,1
271 3,8
424 3,0
638 1,4
1000 0,7
1220 0,7
1230 0,6

Beispiel 3

Ein elektrisch leitendes Schichtmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung wurde nach den Verfahren hergestellt, die den im Beispiel 2 beschriebenen im wesentlichen ähneln, wobei das geprägte Muster jedoch aus mehreren dreiseitigen umgekehrten Pyramiden mit einem 100 um betragenden Abstand von Mitte zu Mitte und einer Tiefe von 61 um bestand. Die geprägten Polypropylenunterlagen wurden durch Betrachten der Moire- Muster, die durch durch das Polypropylen hindurchtretendes Licht gebildet wurden und durch dann erfolgendes Bewegen der Stücke zueinander, bis das Moire-Muster beseitigt war und die maximale Menge Licht durch die Konstruktion hindurchtrat, so ausgerichtet, daß die gegenüberliegenden Vertiefungen einander direkt gegenüberlagen. Nachdem die Probe gehärtet worden war und die geprägten Unterlagen entfernt worden waren, wurde gemessen, daß die Membrandicke zwischen den Vorsprüngen an gegenüberliegenden Flächen der sich ergebenden Membran 150 mm betrug. Alle Vorsprünge erstreckten sich von den Vertiefungen aus. Der Widerstand durch die Probe einer Fläche von 0,48 mm² in der Mitte der Probe als Funktion des Drucks betrug:

Druck (kPa) Widerstand (Ohm)

169 37
204 23
292 7,8
516 5,0
824 3,1
1040 2,4
1250 1,8

Vergleichsbeispiel A

Ein elektrisch leitendes Schichtmaterial wurde nach den im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei jedoch statt des Verwendens geprägter Unterlagen glatte Stücke von PET als Unterlagen verwendet wurden. Die Absicht bestand darin, einen Vergleich zwischen den unter Verwendung der geprägten Unterlage gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten leitenden Schichtmaterialien und ohne geprägte Unterlagen hergestellten leitenden Schichtmaterialien vorzunehmen. Es wurde herausgefunden, daß die Probendicke 100 um betrug. Der Widerstand durch eine 0,48 mm² messende Fläche der Probe als Funktion des Drucks betrug:

Druck (kPa) Widerstand (Ohm)

61 161
137 71
245 20
286 16
367 12
632 5,6
795 5,5
969 4,3
1030 4,7
Dieses Beispiel zeigt, daß die elektrische Leitfähigkeit durch das leitende Schichtmaterial erhöht wird, indem dafür gesorgt wird, daß die leitenden Ketten an Vorsprüngen auf der Oberfläche der leitenden Schichten enden.

Claims

1. Elektrisch leitendes Schichtmaterial (10, 20, 60, 70), aufweisend:

eine polymerische Schicht (11, 21, 67, 75) mit einer ersten und einer zweiten Fläche,

wobei die erste Fläche eine regelmäßige Anordnung sich von dieser erstreckender Vorsprünge aufweist, wobei die Vorsprünge leitende Durchgänge (18, 28) bilden, die zwischen den Vorsprüngen und der zweiten Fläche liegen, wobei ein dielektrischer Bereich (17, 27) die leitenden Durchgänge (18, 28) umgibt,

mehrere magnetische Säulen (19, 29, 69, 79), wobei jede Säule individuelle elektrisch leitende ferromagnetische Teilchen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß eine zusammenhängende Säule gebildet ist, wobei die magnetischen Säulen in den leitenden Durchgängen (18, 28) liegen, die sich von Vorsprüngen in der ersten Fläche zur zweiten Fläche erstrecken, wobei der dielektrische Bereich zwischen den leitenden Durchgängen im wesentlichen von elektrisch leitenden ferromagnetischen Teilchen frei ist, wodurch eine elektrische Leitfähigkeit zwischen angrenzenden leitenden Durchgängen verhindert ist.

2. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 1, welches weiter mehrere Vorsprünge in der zweiten Fläche aufweist, wobei sich die leitenden Durchgänge (28) zwischen einem Vorsprung in der ersten Fläche und einem Vorsprung in der zweiten Flächen erstrecken.

3. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 1, welches weiter ein ablösbares Kaschiermaterial (12, 22, 62, 72) aufweist, das über der ersten Fläche positioniert ist, die den sich von der ersten Fläche aus erstreckenden Vorsprüngen entsprechende Vertiefungen (13, 23, 63, 73) aufweist.

4. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 2, welches weiter ein Paar ablösbarer Kaschiermaterialien (22, 24, 62, 64) aufweist, die über der ersten und der zweiten Fläche bereitgestellt sind, wobei die ablösbaren Kaschiermaterialien den Vorsprüngen entsprechende Vertiefungen (23, 25, 63, 65) aufweisen.

5. Elektrisch leitendes Schichtmaterial (30, 40), aufweisend:

eine polymerische Schicht (31, 47) mit einer ersten und einer zweiten Fläche,

wobei die erste Fläche eine erste Gruppe sich in Längsrichtung erstreckender, darin ausgebildeter paralleler Grate (36, 46) aufweist,

wobei die zweite Fläche eine zweite Gruppe sich in Längsrichtung erstreckender, darin ausgebildeter paralleler Grate (38, 48) aufweist,

wobei die Grate der ersten Fläche unter einem Winkel zu den Graten der zweiten Fläche stehen,

wobei Gitterpunkte in den Graten der ersten und der zweiten Fläche den Punkten entsprechen, an denen sich die Grate schneiden würden, falls sie in der gleichen Ebene lägen, und

mehrere magnetische Säulen (39, 49), wobei jede Säule individuelle elektrisch leitende ferromagnetische Teilchen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß eine zusammenhängende Säule gebildet ist, die sich von der ersten Fläche zu der an den Gitterpunkten der ersten und der zweiten Gruppe von Graten positionierten zweiten Fläche erstreckt, so daß eine regelmäßige Anordnung der magnetischen Säulen bereitgestellt ist.

6. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 1 oder 5, wobei die polymerische Schicht ein Klebstoff ist.

7. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 1 oder 5, wobei die polymerische Schicht ein Elastomer ist.

8. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 5, welches weiter ein Paar von ablösbaren Kaschiermaterialien (32, 34, 42, 44) aufweist, die über der ersten und der zweiten Fläche bereitgestellt sind, wobei die ablösbaren Kaschiermaterialien mehrere den Graten (36, 38, 46, 48) in der ersten und der zweiten Fläche entsprechende Rillen (33, 35, 43, 45) aufweisen.

9. Schichtmaterial (70), aufweisend:

einen Trägerstoff (72) mit einer ersten Fläche (74), die eine regelmäßige Anordnung darin ausgebildeter Vertiefungen (73) aufweist,

ein dielektrisches Material, das im wesentlichen von elektrisch leitenden ferromagnetischen Teilchen frei ist,

mehrere magnetisch ausgerichtete, elektrisch leitende ferromagnetische Säulen (79), wobei jede Säule individuelle elektrisch leitende ferromagnetische Teilchen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß eine zusammenhängende Säule gebildet ist, die von dem dielektrischen Material umgeben ist, wobei sich die Säulen von den Vertiefungen (73) aus in einer regelmäßigen Anordnung erstrecken und sich zwischen ihnen das dielektrische Material befindet, und

eine erste polymerische Lage (75), die über der ersten Fläche (74) und den mehreren Säulen (79) bereitgestellt ist, wobei die Schicht in Querrichtung elektrisch nichtleitend ist.

10. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 9, welches weiter eine zweite polymerische Lage aufweist.

11. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 10, wobei die magnetischen Säulen aus der zweiten polymerischen Lage vorstehen.

12. Elektrisch leitendes Schichtmaterial nach Anspruch 10, wobei die zweite polymerische Lage ein Klebstoff ist.

13. Verfahren zum Bilden eines elektrisch leitenden Schichtmaterials mit den Schritten:

(a) Bereitstellen eines ersten Trägerstoffs, der in einer ersten Fläche eine regelmäßige Anordnung von Vertiefungen aufweist,

(b) Einbringen elektrisch leitender ferromagnetischer Teilchen in die Vertiefungen,

(c) Bereitstellen einer Bindemittellage über der ersten Fläche oder eines über den Teilchen und dem ersten Trägerstoff positionierten zweiten Trägerstoffs und

(d) Anlegen eines Magnetfelds, das ausreicht, um die ferromagnetischen Teilchen zu zusammenhängenden magnetischen Säulen auszurichten, wobei sich die magnetischen Säulen von Vertiefungen im Trägerstoff aus erstrecken.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Bindemittellage aus Klebstoff besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Bindemittellage aus einem Elastomer besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 13, welches weiter den Schritt des Bereitstellens eines zweiten Trägerstoffs, der mehrere Vertiefungen in einer zweiten Fläche aufweist, über der Bindemittellage vor dem Ausrichten der magnetischen Teilchen, wobei die magnetischen Säulen zischen Vorsprüngen in der ersten Fläche und Vorsprüngen in der zweiten Fläche ausgerichtet werden, aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei im ersten Trägerstoff eine erste Gruppe paralleler Rillen ausgebildet ist und wobei im zweiten Trägerstoff eine zweite Gruppe paralleler Rillen ausgebildet ist und wobei die zweite Gruppe von Rillen in einer sich schneidenden Anordnung zu der ersten Gruppe von Rillen im zweiten Trägerstoff positioniert wird, wobei die elektrisch leitenden ferromagnetischen Teilchen als eine Dispersion eines Bindemittels und von Teilchen aufgebracht werden, und wobei die Säulen an einem Gitterpunkt der ersten und der zweiten Gruppe von Rillen gebildet werden, so daß eine regelmäßige Anordnung der magnetischen Säulen gebildet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, welches weiter das Einbringen einer Dispersion von Bindemittel und ferromagnetischen Teilchen in die zweite Gruppe von Rillen aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, welches weiter den Schritt des Bereitstellens einer zweiten Bindemittellage zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Rillen aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bindemittel unter Bildung einer Klebstofflage gehärtet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bindemittel unter Bildung einer elastomeren Lage gehärtet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei die elektrisch leitenden ferromagnetischen Teilchen als eine Dispersion eines Bindemittels und von Teilchen aufgebracht werden und wobei in dem ersten Trägerstoff eine erste Gruppe zusammenhängender Vertiefungen ausgebildet ist und in dem zweiten flexiblen Trägerstoff eine zweite Gruppe zusammenhängender Vertiefungen ausgebildet ist und wobei der zweite Trägerstoff über der Dispersion ferromagnetischer Teilchen positioniert wird.

23. Elektrisch leitende Schicht nach Anspruch 3, wobei die Vertiefungen zusammenhängende Vertiefungen sind.