DE69706015T2

DE69706015T2 - Beschichtung für wärmeisolierende Materialien, Verfahren und Verwendung davon zur Herstellung von Abschirmungen für Isolierstoffgehäuse

Info

Publication number: DE69706015T2
Application number: DE69706015T
Authority: DE
Inventors: Paul Berger; Christophe Heau
Original assignee: Tecmachine SA
Current assignee: Tecmachine SA
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: CN1098025C; ATE204031T1; EP0834600A1; KR100296376B1; MY116978A; FR2753725B1; ES2159093T3; EP0834600B1; KR19980024896A; CA2215223C; MX9707349A; GR3037068T3; JPH10102239A; CA2215223A1; JP3290389B2; TW360878B; PT834600E; DE69706015D1; BR9706213A; CN1185089A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oberflächenüberzug für isolierende Materialien. Genauer bezieht sich die Erfindung auf einen Oberflächenüberzug, der dazu bestimmt ist, einen Schutz gegen elektromagnetische Wirkungen in korrosiver Umgebung für Gegenstände aus Isoliermaterial zu gewährleisten.
Diese Isoliermaterialien sind insbesondere Polymermaterialien oder Kompositmaterialien, die beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein Harz auf der Grundlage eines Polymermaterials mit verstärkenden Fasern enthalten.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere die Schaffung einer elektromagnetischen Abschirmung für Gehäuse von elektrischen oder elektronischen Bauteilen aus Polymermaterialien oder Kompositmaterialien zur Anwendung. Die Erfindung betrifft demnach auch solche Gehäuse von elektrischen oder elektronischen Bauteilen aus Polymermaterialien oder Kompositmaterialien, die eine Abschirmung aufweisen.
Die vorliegende Erfindung hat weiter die Schaffung einer Schutzschicht für Teile zur Anwendung, die strengen Anforderungen unterworfen sind, wie Korrosion, die das Vorhandensein einer Metallschutzschicht verlangen, die eine erhöhte Adhäsion aufweisen, oder was sonst die äußeren Anforderungen sind. Man kennt schon industrielle Verfahren zur Metallisierung von Teilen aus Polymermaterial, insbesondere das als nasser Weg bezeichnete Verfahren und das als Vakuumverdampfungsverfahren bezeichnete oder auch die Applikation von Lacken, die mit metallischen Teilchen gefüllt sind.
Das Verfahren auf nassem Weg besteht im allgemeinen darin, eine geeignete Aufbereitung der Oberfläche vorzunehmen, die die Schritte der Satinierung und Aktivierung umfaßt, dann eine Kupferschicht in zwei Schritten aufzubringen, die erste durch chemische Umwandlung, die zweite durch Elektrolyse.
Das Vakuumverdampfungsverfahren, das auf dem Gebiet der Dekoration sehr gängig ist, besteht darin, auf dem zu beschichtenden Teil durch Verdampfung im Vakuum einen sehr dünnen Metallfilm, im allgemeinen von Aluminium, aufzubringen. Daher wird dieser danach oft mit einem Firnis geschützt.
In gewissen Fällen geht der Metallisation manchmal eine Aktivierungsbehandlung durch ein atmosphärisches Plasma oder im Vakuum voraus.
Schließlich werden manchmal Leitlacke verwendet, die aus Harzen bestehen, die Metallpartikel enthalten, zum Beispiel aus Kupfer, Aluminium, Silber etc., aber sie weisen erhöhte Widerstände auf und die Dicke der Beschichtung wird nicht mit großer Präzision beherrscht.
Die technischen Fortschritte und die mehr und mehr vorangetriebenen Leistungserfordernisse bewirken, dass die aktuellen Lösungen an ihrer Grenze sind, in zahlreichen Fällen nicht verwendet werden können.
Insbesondere die neuen elektronischen Anwendungen führen dazu, dass tragbare Apparate verwendet werden, unter mehr und mehr unterschiedlichen Bedingungen, speziell außerhalb der Gebäude, derart, dass eine neue Forderung entsteht, der der Widerstand gegenüber verschiedenen Formen der Korrosion ist. Tatsächlich kann dieses Phänomen einen Abbau, sogar einen Verzehr der Metallschicht mit sich bringen, wie dies der Fall ist bei Aluminium und Kupfer, es kann auch am Anfang eines Abbaus der Zwischenschicht zwischen dem Polymersubstrat und dem Metallüberzug verantwortlich sein für ein teilweises oder komplettes Abheben des letzteren. In beiden Fällen ist der elektromagnetische Schutz der Komponenten nicht mehr sicher.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen Oberflächenüberzug zur Verfügung zu stellen, der, indem er gleichzeitig ausgezeichnete Adhäsion an den Plastik- und Kompositmaterialien aufweist und für einen bemerkenswerten Widerstand gegenüber Korrosion, vor allem durch Salze Zeugnis ablegt, einen hochwertigen Schutz gegen elektromagnetische Wirkungen gewährleistet, und dessen Adhäsion durch Exposition gegenüber einer korrosiven Atmosphäre nicht beeinträchtigt wird.
Die Anmelderin hat eine Zusammensetzung zum Überziehen einer Oberfläche über einem Substrat aus isolierendem Material entwickelt, die dem vorstehenden Ziel entspricht, indem sie Dauerhaftigkeit des elektromagnetischen Schutzes auch in korrosiver Umgebung gewährleistet.
Um der Erfindung zu entsprechen, muß der Überzug unbedingt gleichzeitig die folgenden Eigenschaften besitzen: er ist zusammengesetzt aus zwei übereinander gelagerten Schichten, die äußere ist auf der Grundlage von metallischem Silber oder einer seiner Legierungen, die tieferliegende, die zwischen der letzteren und dem isolierenden Substrat liegt, besteht aus einer Legierung auf der Grundlage von Nickel, die ungefähr 80 bis 98 Gew.-% Nickel und 2 bis 20 Gew.-% mindestens eines Metalles der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente enthält.
Die Erfindung liefert demnach eine Oberflächenbeschichtung auf einem Substrat aus einem isolierenden Material, die dazu bestimmt ist, einen Schutz gegen die elektromagnetischen Angriffe in einem korrosiven Umfeld zu bilden, die aus einem Stapel von zwei metallischen Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der zwei genannten Schichten, das Substrat berührend, eine Schicht aus einer Legierung auf der Grundlage von Nickel mit ungefähr 80 bis 98 Gew.-% Nickel und mindestens einem Metall der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente mit einem Anteil zwischen ungefähr 2 und 20 Gew.-% ist und daß die zweite der zwei genannten Schichten, die Oberfläche bildend, eine Schicht auf der Grundlage von metallischem Silber oder einer seiner Legierungen ist.
Erfindungsgemäß enthält die Legierung auf der Grundlage von Nickel mindestens ein Element, das der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente angehört, wobei das gängigste Vanadium ist, in einer Menge von zwischen ungefähr 2 und 20 Gew.-%. Vorteilhaft liegt der Gehalt der Nickellegierung an dem Metall der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente zwischen ungefähr 5 und 10 Gew.-%.
In noch ungeklärter Weise sind die gleichzeitigen Eigenschaften des Schutzes gegen elektromagnetische Einwirkungen, Widerstand gegen Korrosion und Adhäsion optimal wenn die Legierungsschicht auf der Grundlage von Nickel und die Grundschicht aus metallischem Silber Dicken zwischen 0,02 und 1 Mikrometer und 0,2 und 2 Mikrometer haben. Diese Qualitäten neigen dazu, sich zu verschlechtern, wenn die Dicken höher als die angegebenen sind. Für geringere Dicken ist die Adhäsion ausgezeichnet, aber der Korrosionswiderstand und der elektromagnetische Schutz sind ungenügend.
Es ist dem Fachmann wohlbekannt, dass die Legierungen auf der Grundlage von Silber einen größeren Widerstand haben als den des metallischen Silbers. Folglich muß man im Falle einer Legierung auf der Grundlage von Silber den Wert für die Dicke der Schicht mit "n" multiplizieren, wobei "n" der Wert des Verhältnisses zwischen Widerstand dieser Legierung auf der Grundlage von Silber und dem Widerstand des metallischen Silbers ist.
WO-A-94/21099 beschreibt ein Verfahren zur elektromagnetischen Abschirmung von Gehäusen aus plastischem Material, das darin besteht, auf seine Oberfläche ein Produkt vom Typ metallisierte Folie aufzuplattieren.
Dieses Dokument lehrt die Fabrikation eines Oberflächenüberzugs auf einem Substrat aus isolierendem Material, das in der Stapelung zweier metallischer Schichten besteht.
Der Korrosionswiderstand des überzogenen Stücks ist nicht gewährleistet.
GB-A-2 270 421 beschreibt einen Wellenleiter, bestehend aus einem mit einer Unterschicht aus reinem Nickel überzogenen Polymersubstrat, die ihrerseits mit einem leitfähigen Metall überzogen ist.
Der Schutz gegen elektromagnetische Wirkungen in korrosiver Atmosphäre ist nicht gewährleistet.
Der Oberflächenüberzug der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft und leistungsfähig, denn, gleichzeitig
- gewährleistet er einen hochwertigen Schutz gegen elektromagnetische Wirkungen, dank einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit,
- weist er eine ausgezeichnete Haftung auf den Plastik- und Kompositmaterialien auf,
- weist er eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber Salzkorrosion auf,
- seine Haftung wird keinesfalls durch Exposition einer korrosiven Atmosphäre beeinträchtigt.
Der zweischichtige Oberflächenüberzug, der Gegenstand der Erfindung ist, kann durch beliebige geeignete Techniken oder Behandlungsverfahren erzeugt werden, ohne dass seine Eigenschaften davon beeinträchtigt werden. Jedoch kann der Überzug, der Gegenstand der Erfindung ist, nach einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsform mittels einer Technik des Aufbringens im Vakuum verwirklicht werden, wobei die besten Ergebnisse mit der Technik der kathodischen Zerstäubung erzielt werden.
Die erfindungsgemäßen Oberflächenüberzüge finden Anwendung als Schutz für die Gehäuse von elektrischen und elektronischen Bauteilen, insbesondere für Gehäuse von Mobiltelefonen.
Die nachstehend beschriebenen, nicht begrenzenden Beispiele erläutern die Erfindung:

BEISPIELE

In allen nachstehenden Beispielen wurden Polymerproben beschichtet. Es wurde zunächst ein Test zur Messung des elektrischen Oberflächenwiderstands, oder Widerstand je Quadrat, notiert als R , vorgenommen, der für den Schutz gegen elektromagnetische Einwirkungen repräsentativ ist und es wurde die Haftung des Überzugs mittels des standardisierten Abreißtests mit einem Klebeband nach kreuzweisem Einschneiden bewertet. Die Proben wurden anschließend für 48 Stunden dem beschleunigten "Salznebel"-Korrosionstest unterworfen, der nach der Norm NF C 20-711 durchgeführt wurde. Nachdem die Proben gewaschen und getrocknet worden waren, wurden sie von Neuem dem Test zur Messung des elektrischen Oberflächenwiderstands und der Haftung nach dem standardisierten Abreißtest NF T 30-038 unterworfen. Das Ergebnis ermöglicht es, den Grad des durch den Überzug erzielten Schutzes und seine Dauerhaftigkeit zu bewerten.

BEISPIEL 1 (Vergleich)

An einem Satz von 5 Proben wird zunächst eine Aktivierung mit einem Sauerstoffplasma vorgenommen, dann bringt man durch Vakuumverdampfung eine Aluminiumschicht einer Dicke von 3 Mikrometern auf.
Vor dem Korrosionstest ist der mittlere Widerstand R gleich 60 mΩ , die Haftung ist ausgezeichnet (kein Abreißen im Zugtest). Nach der Salznebelexposition, ist der Widerstand R gleich 150 mΩ , je nach Messpunkt, was durch visuelle Beobachtung bestätigt wird: der Überzug ist, mindestens an der Oberfläche, in mehr oder weniger hydratisiertes, isolierendes Aluminiumoxid umgewandelt. Gleichzeitig ist die Haftung sehr gering geworden, det Überzug läßt sich mit dem Klebeband leicht abziehen.

BEISPIEL 2 (Vergleich)

An einem zweiten Satz von 5 Proben bringt man einen Überzug von Kupfer mit einer Dicke von 5 Mikrometern mit einer klassischen Technik in wässriger Phase auf: Satinieren, Aktivieren, chemische Vorverkupferung, elektrolytische Verkupferung.
Vor dem Korrosionstest ist der mittlere Widerstand R gleich 10 mW und die Haftung ausgezeichnet.
Nach der Salznebel-Exposition zeigt der Anblick des Überzugs ausgedehntes Vorkommen von Grünspan, der Widerstand R liegt zwischen 20 mΩ und 80 mΩ , die Haftung ist nicht messbar, weil der Überzug an zahlreichen Stellen der Proben teilweise abgelöst und abgeblättert ist.

BEISPIEL 3 (Vergleich)

Auf einem dritten Satz der Proben bringt man einen Leitlack, Kennziffer 599-Y 2000, auf, der von BECKER INDUSTRIES erhalten worden war, der anschließend nach den Empfehlungen des Herstellers polymerisiert wurde. Die mittlere Dicke des Films ist 35 ± 10 Mikrometer.
Vor dem Korrosionstest ist der mittlere Widerstand R gleich 50 mΩ , die Haftung ist ausgezeichnet, denn der Zugtest zeigt keine Abreißstelle.
Nach Korrosion hat sich das Aussehen des Überzugs wenig verändert, der Widerstand R liegt zwischen 320 und 450 mΩ . Die Haftung ist teilweise verändert, denn der Test zeigt einige Abrisse.

BEISPIEL 4

Man teilt einen vierten Satz von I5 Proben in drei Gruppen A, B und C von jeweils 5 Proben. Jeder Satz erhält nacheinander eine erste Schicht von Nickel, der 8% Vanadium (Schicht in Kontakt mit dem Substrat) enthält, gefolgt von einer Schicht von metallischem Silber (Oberflächenschicht), wobei die beiden Schichten nacheinander durch Kathodenzerstäubung im Vakuum aufgebracht worden waren.
Die betreffenden Dicken der auf den Proben der drei Gruppen aufgebrachten Schichten sind in der nachstehenden Tabelle beschrieben. Tabelle 1
Die Ergebnisse der Oberflächenwiderstands- und Haftungstests vor und nach Korrosion sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
Man bemerkt, daß keine Probe der drei Gruppen ihr Aussehen nach Korrosion verändert hat, die Haftung ist ausgezeichnet, da der Test keinerlei Abreißstellen für die Gruppen A und B zeigt, einige Abreißstellen für die Gruppe C, denn die möglicherweise zu hohe Stärke der Überzüge hat es nicht ermöglicht, eine Zwischenschicht von perfekter Qualität auszubilden. Der Widerstand R ist bemerkenswert stabil. Die für die Gruppen B und C gemessenen sehr geringen Werte von R sind Zeichen eines ausgezeichneten Schutzniveaus; die für die Gruppe A gemessenen Werte von R , obwohl akzeptabel, sind von etwas geringerer Qualität, wahrscheinlich verursacht durch die geringe Dicke der Schichten.
Der Fachmann wird verstehen, daß, obwohl die Erfindung für bestimmte Ausführungsformen beschrieben und erläutert worden ist, zahlreiche Abwandlungen, immer im Rahmen der Erfindung, vorgesehen werden können, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist.

Claims

1. Oberflächenbeschichtung auf einem Substrat aus einem isolierenden Material, die dazu bestimmt ist, einen Schutz gegen die elektromagnetischen Angriffe in einem korrosiven Umfeld zu bilden, die aus einem Stapel von zwei metallischen Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der zwei genannten Schichten, das Substrat berührend, eine Schicht aus einer Legierung auf Nickelbasis mit ungefähr 80 bis 98 Gew.-% Nickel und mindestens einem Metall der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente mit einem Anteil zwischen ungefähr 2 und 20 Gew.-% ist und daß die zweite der zwei genannten Schichten, die Oberfläche bildend, eine Schicht auf Grundlage von metallischem Silber oder einer seiner Legierungen ist.

2. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil in der Legierung auf Nickelbasis an Elementen der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente zwischen ungefähr 5 und 10 Gew.-% liegt.

3. Oberflächenbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe V B des Periodensystems der Elemente Vanadium ist.

4. Oberflächenbeschichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus der Legierung auf Nickelbasis zwischen 0,02 und 1 Mikrometer liegt.

5. Oberflächenbeschichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in der die Oberflächenschicht aus metallischem Silber ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht auf Basis des genannten metallischen Silbers zwischen 0,2 und 2 Mikrometern liegt.

6. Oberflächenbeschichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in der die Oberflächenschicht eine Legierung auf Silberbasis ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht auf Grundlage der Silberlegierung zwischen n · (0,2 und 2 Mikrometern) liegt, wobei "n" der Wert des Verhältnisses zwischen dem spezifischen Widerstand der genannten Legierung auf Silberbasis und dem spezifischen Widerstand des metallischen Silbers ist.

7. Oberflächenbeschichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material aus den Polymerwerkstoffen und den Verbundwerkstoffen gewählt ist.

8. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff aus einem Polymeren und Verstärkungsfasern besteht.

9. Oberflächenbeschichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus der Legierung auf Nickelbasis und die Oberflächenschicht auf Silberbasis mit einem Vakuumablägerungsverfahren hergestellt werden.

10. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumablagerungsverfahren die Kathodenzerstäubung ist.

11. Gehäuse mit elektrischen oder elektronischen Komponenten aus isolierendem Material mit einer Abschirmung, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abschirmung aus einer Oberflächenbeschichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 besteht.