DE972888C - Verfahren zur Herstellung eines Kupferleiters mit einer Isolierhuelle - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 22. OKTOBER 1959

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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Leiter, die mit einem harzartigen elektrischen Isolierungsüberzug versehen sind. Die Erfindung befaßt sich im besonderen mit Kupferleitern, die mit einer elektrischen Isolierung aus synthetischem Material ü1>erzogen sind. Diese Art von Isolierungen zeigt in gewissem Außmaß unerwünschte chemische Reaktionen mit dem Kupfer, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.

Harzartige Fluorkohlenstoffverbindungen, insbesondere Trifluormonochloräthylenharz und in etwas geringerem Ausmaße Tetrafluoräthylenharz, sind hierfür als Beispiele anzusehen.

Die chemische Reaktion zwischen dem Kupfer-'leiter oder einem anderen Kupferträger und einem Überzug aus synthetischem Harzmaterial ist der Hauptgrund für die Zerstörung der physikalischen Eigenschaften des Überzugs während der Tätigkeit elektrischer Apparaturen bei erhöhten Temperaturen. Die Überzüge werden wertlos, spröde und lösen aich von dem Kupfer ab. Obwohl diese chemische Reaktion im besonderen zwischen Kupfer und harzartigen Fluorkohlenstoffverbindungen deutlich sichtbar stattfindet, treten ähnliche, wenn auch weniger hervortretende chemische Wirkungen zwischen Kupfer und anderen Arten synthetischen

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Überzugsmaterials bei elektrischen Leitern auf. Organopolysiloxanharze und Polyvinylacetalharze steilen andere Beispiele dar. Bei all diesen Fällen findet auch ein gewisser Angriff auf das Kupfer durch den durch die IsoHerungsschicht bei erhöhten Temperaturen hindurch diffundierenden atmosphärischen Sauerstoff statt. Dies ist unerwünscht, weil es den wirksamen Durchmesser des Leiters verringert und seinen elektrischen Widerstand erhöht, ίο besonders bei sehr feinen Drahtstärken.

Es ist bereits bekannt, eine metallische Schutzschicht, z. B. eine Nickeäschicht, zwischen dem Kupferkörper und der Umhüllung oder dem Überzug aus Harzmaterial, das infolge Reaktion mit dem Kupfer einer Zersetzung unterworfen ist, anzubringen. Diese Schutzschichten haben jedoch die auftretenden Schwierigkeiten nicht wirksam überwunden. Ein Nachteil 'bestand darin, daß die IsoHerungsschicht nicht fest mit dem Metall der Schutzao schicht verbunden war. Um eine bessere Haftung zu erreichen, war es auch bekannt, einen unterbrochenen netzartigen Metallüberzug, z. B. aus Nickel, aufzubringen. Dies führte jedoch wiederum dazu, daß die Isolierungshülle infolge partieller Berührung mit der Oberfläche des Kupferleiters teilweise oxydiert wurde.

Man hat auch das Aufbringen einer Schutzmetall-Zwischenschieht aus Aluminium, die gegebenenfalls noch mit einer Oxydschicht versehen wurde, zum Schutz von Polytrifluormonochloräthylenisolierungen gegen die schädliche Wirkung des Kupfers vorgeschlagen. Da jedoch das gegebenenfalls oberflächlich zu oxydierende Aluminium nur in einer relativ großen Dicke aufgetragen werden kann, werden die elektrischen Eigenschaften des Leiters wegen des größeren spezifischen Widerstandes des Aluminiums gegenüber einem nur aus Kupfer bestehenden Leiter verändert, wobei noch als Nachteil hinzukommt, daß sich das Kupfer allmählich mit dem Aluminium unter Bildung eines brüchigen Mischmetalls legiert.

Alle diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß man bei dem Verfahren zur Herstellung eines Kupferleiters mit einer insbesondere aus harzartigem Material bestehenden Isolierungsumhüllung, der eine Zwischenschicht aus Nickel als Schutzmetall in einer Stärke von etwa 0,001 bis 0,0125 ^mm aufweist, gemäß der Erfindung den Kupferleiter zunächst mit einer matten Oberfläche versieht, auf welche die geschlossene Nickelschicht in an sich bekannter Weise aufgetragen wird, so> daß diese die matte Oberflächenstruktur der darunterliegenden Leiteroberfläche wiedergibt.

Diese einheitliche matte Struktur des Zwischenmetallfilms wird durch elektrolytisches Auftragen der dünnen Nickelschicht auf die aufgerauhte oder mattierte Oberfläche des Kupferleiters erhalten, d. h. auf eine Oberfläche, die Unregelmäßigkeiten und kleine Zwischenräume aufweist, wodurch diese Oberflächeneigenschaft dann auch auf den Metallfilm übertragen wird.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erwünschte matte Oberfläche auf dem Kupferleiter durch Ablagern einer vorbereitenden Elektrolytkupferschicht auf dessen Oberfläche erreicht, wobei solche Bedingungen der Abscheidung eingehalten werden, daß der Überzug eine aufgerauhte, matte bzw. mattierte Oberfläche aufweist. Die erwünschte matte Kupferoberfläche kann jedoch auch auf andere Weise erhalten werden, z. B. durch mechanisches Abschleifen mittels Sandbestrahlung. Die Anwesenheit einer KupferüberzugsschichtkanndieBindung zwischen der abgeschiedenen Nickelschutzschicht und der darunterliegenden Kupfermasse verstärken. Was jedoch noch wichtiger ist, ist das, daß die entsprechende äußere Oberflächenstruktur der auf der rauhen Kupferüberzugsschicht abgeschiedenen Nickelschicht die Haftung oder Bindung zwischen der Nickelschicht und der darüberliegenden Harz-■isolierung wesentlich verbessert. Dies ist besonders deshalb wichtig, weil bei der Herstellung von elektrischen Apparaturen der isolierte Draht einer beträchtlichen mechanischen Beanspruchung widerstehen muß, ohne daß hierbei ein Durchlöchern oder Abschleifen der IsoHerungsschicht eintreten darf. Diese Abnutzungs verhältnis se sind besonders dann ausgeprägt, wenn automatische Drahtwickelmaschinen verwendet werden, wie dies bei der Herstellung elektrischer Apparaturen der Fall ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird der Kern eines elektrischen Leiters 1 mit einer dünnen Schicht 2 aus mattem oder rauhem Kupfer, der auf elektrolytischem Wege in einem Kupferverbindungen enthaltenden, geeigneten Galvanisierbad aufgetragen wird, versehen. Ein geeignetes Bad besteht aus einer üblichen wäßrigen Lösung, die Kupfercyanid, Natriumcyanid und Natriumcarbonat enthält. Die Bedingungen, welche zur Bildung einer matten Kupferabscheidung führen, schließen insbesondere eine relativ hohe Stromdichte mit ein. Ein relativ hoher Gehalt an Carbonat und eine relativ niedere Konzentration an Cyanid können auch zu rauhen, mattierten bzw. matten Überzügen führen. In gleicherweise kann eine saure Standardlösung zur galvanischen Verkupferung, die 248 g Kupfersulfat und 60 g konzentrierte Schwefelsäure je Liter enthält, verwendet werden, um in einem geeigneten Bereich der Spannung und Stromdichte matte Überzüge zu ergeben.

Es ist leicht zu erkennen, daß die besonderen' Bedingungen, die zur Abscheidung der gewünschten Überzüge führen, teilweise von solchen Variablen abhängen, wie von der Zusammensetzung des Galva-. nisierbades sowie von der Badtemperatur und davon, ob das Verfahren auf kontinuierlicher Basis durchgeführt wird. Es können z. B. mit einem sauren Kupfergalvanisierbad und feststehenden Kupferdrahtproben festhaftende, matte Überzüge innerhalb einer Zeit von 30 bis 40 Sekunden bei 0,5 bis 0,7 Volt Spannung erhalten werden: Spannungen von ι Volt und darüber führen, unter den besonderen Bedingungen des Versuchs, zu einer lockeren., nicht haftenden Abscheidung. Spannungen, die wesentlich unter 0,5 Volt liegen, führen zu Ab-Scheidungen, die nicht so matt sind, wie dies

wünschenswert ist. Es sei jedoch festgestellt, daß unter anderen Plattierungsbedingungen auch andere Spannungsbereiche die geeignetsten Bedingungen für die Herstellung matter Oberflächenüberzüge einschließen können.

Die Dicke des auf den Drähten abgeschiedenen Kupfers kann im allgemeinen 0,0125 bis 0,075 ^mrn betragen. Diese Dicke ist jedoch nicht entscheidend, vorausgesetzt, daß der nötige Grad an Mattheit erreicht ist. Die dünneren Überzüge werden im allgemeinen bevorzugt, da sie wirtschaftlicher auf kontinuierlicher Grundlage erhalten werden können. Der ursprüngliche Kupferdraht muß vor dem Plattierungsverfahren kräftig gereinigt werden, um eine maximal© Haftfestigkeit der anschließend abgeschiedenen dünnen Schichten auf dem Leiter zu sichern.

Dann wird eine Nickelschutzschicht auf die mattierte Oberfläche des Kupferüberzugs aufgetragen, wobei das übliche Nickelplattieirungsverfahren sowohl hinsichtlich der Badzusammensetzung als auch der Plattierungsvorschrift bezüglich Strom und Zeit angewendet wird. Dieses Verfahren kann auch leicht der kontinuierlichen Herstellung plattierter Drähte angepaßt werden. Die Dicke des Nickelüberzugs betragt ungefähr ab 0,001 mm, was ungefähr die minimale Dicke ist, welche nötig ist, um einen !geeigneten Schutz für den Überzug aus Polytrifluormonochloräthylenharz gegen die zerstörende Wirkung des Kupfers in 18 Stunden bei 250⁰ zu ergeben. Er kann auch in einer Dicke bis zu 0,0125· mm abgeschieden werden. Es sei-jedoch erwähnt, daß die nötige Nickel dicke etwas verschieden sein wird, je nach dem besonderen verwendeten Harz. So sind bei Polyorganosiloxanharz, das weniger empfindlich gegen die zerstörenden chemischen Einflüsse des Kupfers bei erhöhten Temperaturen ist als das obenerwähnte Fluorkohlenstoffharz, etwas dünnere Nickelfilme ausreichend und können daher aus wirtschaftlichen Gründen angewendet werden.

Die dünne Nickelschicht, die auf der matten Oberfläche abgeschieden wird, nimmt entsprechend der aufgerauhten, mattierten Kupferoberfläche eine matte Oberflächenstruktur an. Dieser matte Charakter der Oberfläche wird graduell vermindert, wenn man den Nickelfilm auf zu große Schichtdicken hat anwachsen lassen. Nichtsdestoweniger ist aber innerhalb eines für den Schutz der Harzsthicht gegenüber dem Kupfer angemessenen Dickehereiches die Mattierung ausreichend, um ein gutes Haften der Harzschicht auf dem Leiter zu sichern, was eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Abschürfung und mechanische Verletzung des isolierten Leiters sichert.

Auf der matten Nickeloberfläche weist ein Überzug 4 aus Harz, z. B. aus Polytrifluormonochloräthylen, eine verbesserte Stabilität bei erhöhten Temperaturen auf, haftet zäher und zeigt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen abschleifende oder abkratzende Wirkungen der damit in Berührung kommenden Gegenstände. Auch andere Harzüberzüge zeigen bei erhöhten Temperaturen bis zu 250⁰ eine ausgezeichnete Hitzewiderstandsfähigkeit und Haftung des Harzüberzugs auf der Nickelöberfläche.

So werden z. B. thermoplastische. synthetische Harze der Organopolysiloxangruppe, wenn man sie als Isolierungsschichten auf Kupferleiter aufgetragen hat, durch den wie beschrieben aufgetragenen Nickelschutzüberzug vor den chemischen Einflüssen des Kupfers bei erhöhten Temperaturen geschützt und in ihrer Lage fest verankert. Diese Siloxanharze enthalten durchschnittlich 1 bis 2, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 Kohlenwasserstoffgruppen je Siliciumatom.

Polyvinylacetalharze, vorzugsweise Polyvinylformalharze, Superpolyamidharze, Alkydharze und Mischungen von Alkydharz mit anderen Harzen, z. B. Polyorganosiloxanharzen, stellen andere Beispiele von Harzen dar, die in Verbindung mit der Erfindung zu verwenden sind.

Nickel läßt sich elektrolytisch einfach auftragen. Es scheint bei erhöhten Temperaturen gegenüber einer großen Anzahl Isolierungsharzen Widerstands- ' fähig zu sein, schützt den Kupferleiter selbst vor Oxydation bei erhöhten Temperaturen in ausreichendem Maße, zeigt einen hohen Grad am, Biegsamkeit, und das Ausmaß des gegenseitigen Diffundierens von Nickel und Kupfer bei erhöhten Temperaturen go ist ungewöhnlich gering, verglichen mit.der Diffusion verschiedener anderer Metalle, die als Schutzüberzüge Anwendung gefunden haben. Dies ist sehr wichtig, da eine Diffusion des Schutzmetalls in den Kupferleiter oder umgekehrt bei erhöhten Temperatüren sowohl die Leitfähigkeit des Leiters verändern als auch zu chemischer und physikalischer Zerstörung der Harzisolierungsschicht führen kann. Andere Metalle sind hinsichtlich einer oder mehrerer der soeben angeführten Kategorien als Schutzüberzüge unzulänglich.

Es wäre auch möglich, ein drittes Metall zn -verwenden, um eine matte Unterlage für die nachfolgende Abscheidung der Nickelschutzschicht zu erhalten. Jedoch dürfte dies nicht besonders sinnvoll sein, da das Kupferplattierungsverfahren sehr wirtschaftlich ist und nicht die Leitfähigkeit des Drahtes oder Leiters verringert, wie dies bei einem anderen Metall der Fall wäre, das man als Mattierungsmittel verwenden würde. Die sehr dünnen u._o Nickelschichten zeigen keinen wesentlichen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften des endgültigen Leiters.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Verfahren zur Herstellung eines Kupferleiters mit einer insbesondere aus harzartigem Material bestehenden Isolierungsumhüllung, der eine Zwischenschicht aus Nickel als Schutzmetall in einer Stärke von etwa 0,001 bis 0,0125 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kupferleiter zuerst mit einer matten Oberfläche versieht, auf welche die geschlossene Nickelzwischenschicht in an sich bekannter Weise aufgetragen wird, so daß diese die matte

   Oberflächenstruktur der darunterliegenden Lederoberfläche wiedergibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch 'gekennzeichnet, daß die matte Oberfläche auf dem Kupferleiter durch elektrolytisches Überziehen des Kupfeirleiters mit einer Kupferschicht von matter Struktur erreicht wird, auf welche die Zwischenmetallschicht aufgetragen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem elektrolytischen Auftragen, des Kupferüberzugs eine hohe Stromdichte angewendet wird, um die matte Oberfläche zu ergeben.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bei dem Auftragen des Kupferüberzugs verwendete, in an sich bekannter Weise Kupfercyanid, Natriumcyanid und Natriumcarbonat enthaltende Elektrolytbad einen relativ hohen Gehalt an Carbonat und eine niedere Konzentration an Cyanid aufweist, um die matte Oberfläche zu ergeben.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 421278, 806866; französische Patentschrift Nr. 940 375.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 577/349 7.56 (909 624/11 10.59)