ES2213321T3

ES2213321T3 - Lamina adhesiva termoplastica y termoactivable, electroconductiva.

Info

Publication number: ES2213321T3
Application number: ES99119499T
Authority: ES
Inventors: Ronald Dr. Pfaff
Original assignee: Tesa SE
Current assignee: Tesa SE
Priority date: 1998-11-21
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2004-08-16
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: DE59908241D1; DE19853805A1; US6447898B1; DE19853805B4; EP1002844A3; EP1002844B1; EP1002844A2; ATE257506T1

Abstract

Lámina adhesiva conductora, termoactivable para implantar móculos eléctricos en tarjetas que contiene un polímero termoplástico, un adhesivo, una resina epoxi, partículas metalizadas y partículas espaciadoras duras con un alto punto de fusión. Lámina adhesiva electroconductora, termoactivable a base de polímero termoplástico, resina adhesiva, resina epoxi y partículas metalizadas, contiene también partículas espaciadoras no deformables que no se funden a al temperatura de enlace de la lámina. Lámina adhesiva electroconductora, termoplástica, termoactivable que contiene: (i) al menos un 30% en peso de polímero termoplástico, (ii) de 5 a 50% en peso de resina(s) adhesiva(s), (iii) de 5 a 40% en peso de resinas epoxi con endurecedores y opcionalmente también aceleradores, (iv) de 0,1 a 40% en peso de partículas metalizadas y (v) de 1 a 10% en peso de partículas espaciadoras que no se deforman o lo hacen solo con dificultad y que no se funden a la temperatura de enlace de la lámina.

Description

Lamina adhesiva termoplástica y termoactivable, electroconductiva.

La invención describe una lámina adhesiva electroconductiva, termoplástica y termoactivable, como la que se emplea para una unión permanente de dos objetos.

Los componentes electrónicos son cada día más pequeños, de manera que su manejo y tratamiento es cada vez más difícil. Sobre todo al fabricar contactos eléctricos entre componentes y /o conexiones, se ha demostrado que la soldadura convencional de los contactos correspondientes ya no es tan simple y económica.

La adherencia de componentes electrónicos mediante capas de adhesivo electroconductivas es una alternativa.

En el sector de las cintas adhesivas electroconductivas se conoce el empleo de pigmentos conductores como el negro de humo, polvo de metal, la unión iónica entre otros en masas adhesivas. En cantidades suficientes las partículas se ponen en contacto, unas con otras y se produce la posibilidad de flujo de la corriente de partícula a partícula. El flujo de corriente no está orientado en una dirección (isótropo).

Para aplicaciones especiales como interruptores electrónicos, contacto de conductores etc... existe, sin embargo, el requisito de conseguir conductividad eléctrica solamente en la dirección del grosor (dirección z) a través de la cinta adhesiva, y ninguna conductividad en la extensión superficial (plano x-y) de la capa adhesiva.

En casos especiales se ha de garantizar y se requiere que los puntos conductores a través de la capa adhesiva (en la dirección z)

-: se distribuyan de forma homogénea, de manera que lleguen a cualquier punto de la cinta adhesiva

-: se empleen de forma idéntica y conduzcan a los mismos resultados,

-: tengan pequeñas secciones, para poder unir en el sector de la electrónica las pistas conductoras contiguas de forma selectiva sin peligro de cortocircuitos y

-: los puntos conductores estén separados unos de otros de forma que se rellenen las zonas intermedias con materiales no conductores.

La US 3.475.213 describe las partículas esféricas distribuidas estadísticamente en una masa autoadhesiva, que se componen íntegramente de un metal conductor o bien están provistas de una capa electroconductiva. Los mejores resultados se consiguen con partículas, que solamente son algo menores que el grosor de capa de la composición adhesiva.

Según la US 5.300.340 mediante un procedimiento de fabricación especial con un tambor giratorio se incorporan las partículas electroconductivas a la composición adhesiva, donde las partículas son algo mayores al grosor de capa de la composición adhesiva.

Las soluciones descritas con anterioridad reducen por un lado la resistencia a la adherencia, por otro lado crean una distancia de la cinta adhesiva a la superficie, puesto que las partículas sobresalen en un cierto grado de la superficie, lo que es un inconveniente para la resistencia a la adherencia, pero es deseable para mejorar la conductividad eléctrica.

La US 4.606.962 trata de una mejoría del contacto eléctrico. Se ha descrito que el empleo de partículas esféricas, blandas, en lugar de bolitas de vidrio esféricas plateadas permite unos contactos electroconductivos duraderos a través de la capa de composición adhesiva. Esto se basa en que las partículas blandas, que no son más duras que la plata pura a una temperatura de activación del adhesivo, se aplanan por las cargas en las zonas de contacto y por tanto incrementan las superficies de contacto.

En los ensayos podía observarse que las partículas que sobresalen conducen siempre a unas inclusiones de aire no deseadas en la junta para pegar, lo que reduce sensiblemente la fuerza de adherencia y por tanto conduce a que las partículas pierdan contacto en caso de cargas mecánicas en una junta para pegar elástica, que inicialmente podrá fabricarse de nuevo mediante una nueva unión a presión.

Sobre todo en aparatos electrónicos, que son pequeños y flexibles, como los que se emplean en juguetes electrónicos o tarjetas de chips, la unión adhesiva electroconductiva frecuentemente no está protegida por una carcasa rígida y debe resistir cargas de flexión, sin perder el contacto eléctrico.

Los métodos anteriormente planteados muestran o bien resistencias de unión poco satisfactorias para contactos eléctricos o bien el contacto electroconductivo no puede garantizarse de forma permanente.

De la DE 195 19 499 se deduce que se ha de implantar además una lámina termoplástica de adhesivo de módulos eléctricos en un cuerpo de tarjetas, que se ha provisto de una escotadura, en la cual se dispone un módulo electrónico, que presenta en el primer lado varias zonas de contacto y en el segundo lado opuesto al primer lado un componente IC, cuyos puntos de conexión están unidos a las zonas de contacto por conductores eléctricos, donde la lámina de adhesivo sirve para la unión del segundo lado del módulo con el cuerpo de tarjetas. La lámina adhesiva presenta la siguiente combinación de componentes:

i): un polímero termoplástico con una proporción en peso del 50 hasta el 100% y para ello

ii): una o varias resinas adherentes con una proporción en peso del 0 hasta el 50% o bien

iii): resinas epoxi con endurecedores en una proporción del 0 hasta del 40% en peso.

De la JP 06 187 834 se conoce una composición adhesiva, en la cual existen partículas que garantizan una conductividad a través de la composición adhesiva.

Las partículas equivalen a una mezcla de pequeñas partículas de plástico, recubiertas de metal, y partículas metálicas de mayor tamaño de poca dureza. Ambos tipos de partículas son deformables, en particular las partículas metálicas más grandes.

La invención tiene el cometido de conseguir una adherencia buena y duradera en la unión de un elemento soporte a soportes de datos o bien componentes electrónicos, con ayuda de una capa adhesiva termoactivable, fabricando al mismo tiempo un contacto electroconductivo.

Este cometido se resuelve mediante una lámina adhesiva como la que se caracteriza en la reivindicación principal. El objetivo de las subreivindicaciones son las configuraciones preferidas del objeto de la invención.

Según la invención la lámina de plástico termoactivable y termoplástica, electroconductiva contiene

i): un polímero termoplástico en una proporción mínima de un 30% en peso,

ii): una o varias resinas adhesivas en una proporción en peso del 5 al 50%, y /o

iii): resinas epoxi con endurecedores, con o sin aceleradores, en una proporción del 5 al 40% en peso,

iv): partículas metalizadas en una proporción en peso del 0,1 al 40%, en particular del 10%,

v): partículas de separación no deformables o bien difícilmente deformables con una proporción del 1 hasta el 10% en peso, que a la temperatura de adherencia de la lámina adhesiva no se funden.

Preferiblemente, la lámina adhesiva presenta un grosor de 10 hasta 500 \mum.

La lámina adhesiva es una mezcla de resinas reactivas que se reticulan a temperatura ambiente y forman una estructura polimérica tridimensional muy rígida, y de elastómeros permanentemente elásticos que compensan la fragilidad del producto y facilitan por tanto las cargas continuadas del producto (compactaciones, dilataciones).

El elastómero procede preferiblemente del grupo de las poliolefinas, poliésteres, poliuretanos o poliamidas o bien puede ser un caucho modificado como por ejemplo el caucho de nitrilo o también el butirato de polivinilo, formato de polivinilo, acetato de polivinilo, polímero SEBS carboxilado o epoxilado.

Mediante la reacción química de reticulación (a base de epóxidos o de una condensación de resinas fenólicas) de las resinas a una temperatura elevada se consiguen grandes resistencias entre la película adhesiva y la superficie que va a ser adherida y una elevada resistencia interior del producto.

La adición de sistemas endurecedores /resinas reactivas conduce también a una disminución de la temperatura de reblandecimiento de los polímeros anteriormente mencionados, lo que disminuye su temperatura y velocidad de tratamiento. El producto adecuado es un producto autoadhesivo a temperatura ambiente o a unas temperaturas algo elevadas. Al calentar el producto se produce una disminución de la viscosidad de manera que el producto puede también mojar superficies rugosas.

Mediante la mezcla adecuada de resinas /sistemas endurecedores y polímeros se consigue una característica que permite que al pegar bajo presión y calor se modifique de forma significativa el grosor de la capa de composición adhesiva. Así por ejemplo, con un producto de 65 \mum de grosor puede fabricarse fácilmente una junta para pegar de 45 \mum de grosor.

La composición adhesiva "en exceso" se elimina, lo que se tiene en cuenta en la construcción de objetos de unión en la confección de adhesivo. Por ejemplo, en tarjetas de chips la composición adhesiva puede apartarse fácilmente en los lugares huecos colindantes bajo el módulo.

Las composiciones para la lámina adhesiva pueden variar dependiendo del tipo y de la proporción de materia bruta. Asimismo pueden conseguirse otras propiedades del producto como, por ejemplo, color, conductividad térmica o eléctrica mediante adiciones determinadas de sustancias de relleno orgánicas o minerales, por ejemplo, dióxido de silicio y /o polvos metálicos o de carbono.

Las partículas conductoras blandas que se encuentran en la lámina de adhesivo permiten únicamente una conductividad en una dirección z; en el plano x-y existe poca conductividad debido a la falta de contacto. La blandura de las partículas hace que las partículas se aplanen en las zonas de contacto con los sustratos, lo que incrementa el área de contacto, y puedan adaptarse a la carga mecánica.

Las partículas electroconductivas demasiado duras en dilataciones, compactaciones y flexiones sirven para desprender la película adhesiva del sustrato cerca de las partículas y perder por sí solas el contacto. Por tanto es preferible el empleo de partículas metalizadas, esféricas, elásticas o blandas, cuyo núcleo sea de metal o de plástico, y puedan adaptarse al grosor de la capa de composición adhesiva tras la compresión, ya que el núcleo puede deformarse a las temperaturas de adherencia. Estas partículas pueden ser bolitas metálicas - por ejemplo, de oro, níquel, plata-, bolitas metálicas plateadas o preferiblemente bolitas de elastómero o polímeros metalizados o recubiertos de metal, como bolitas de plástico, de estireno, donde el revestimiento se lleva a cabo con un buen metal conductor (oro, plata, cobre, níquel). Además, las bolitas metálicas o de plástico pueden recubrirse de un polímero conductor.

Preferiblemente, el diámetro de las partículas metalizadas es inferior al grosor de la capa de composición adhesiva, y las partículas son más duras que la composición adhesiva a la temperatura de adherencia (>60ºC).

Para conseguir un pegado sencillo (sin partículas que sobresalgan) y una adherencia total sin inclusiones de aire, se eligen las partículas conductoras menores que la capa de composición adhesiva. Pero para crear una conductividad en la dirección z, se necesita una presión de apriete a una temperatura elevada y una determinada viscosidad de la composición adhesiva a esta temperatura, para desplazar la composición adhesiva y facilitar el contacto entre las partículas conductoras y las superficies de sustrato.

El problema que se plantea es que al presionar se comprime la composición adhesiva, la capa de composición adhesiva se vuelve más fina y las partículas conductoras resultan dañadas. Una solución a este conflicto consiste en la utilización adicional de partículas de separación mezcladas. Estas se encargan de conseguir un grosor de junta apropiado para la adherencia y protegen a las partículas blandas de una compresión demasiado fuerte, lo que por ejemplo, en el caso de partículas poliméricas metalizadas conduciría a una alteración de la capa metálica.

Para evitar una deformación demasiado fuerte de la lámina adhesiva es necesario mezclar las partículas de separación en una proporción del 1-10% en peso (en una zona de adherencia media preestablecida del orden de 1 cm^{2}). Las partículas separadoras tienen una geometría esférica y constan de un material duro, que a una temperatura de adherencia elevada no se funde y no es deformable o bien solo difícilmente. Las partículas de separación pueden ser asimismo conductoras, pero deben ser más duras que las partículas metalizadas. Además, deberían tener un diámetro más pequeño que las partículas conductoras.

El grosor de las partículas de separación equivale al grosor deseado de la capa de composición adhesiva tras la compresión de la unión. Presentan por tanto un diámetro que es algo inferior al grosor de la lámina adhesiva. Permiten un ajuste exacto de este grosor durante el proceso de adherencia a una temperatura y presión y la paralelidad de caras del sello de presión, incluso cuando estos parámetros de adherencia oscilan. Los separadores o espaciadores mencionados son partículas duras, preferiblemente esféricas, como por ejemplo bolitas de vidrio. Una capa metálica de estas bolitas es posible pero no necesaria porque las partículas metalizadas blandas crean suficiente conductividad y por tanto ya existe un sistema conductor.

Puede emplearse preferiblemente la lámina adhesiva conforme a la invención para implantar módulos eléctricos en un cuerpo de tarjetas, que se ha provisto de una escotadura, en la cual se dispone el módulo electrónico, que en el primer lado presenta varios puntos de contacto y en el segundo lado opuesto al primer lado presenta un componente IC, cuyos puntos de conexión están unidos a las zonas de contacto por conductores eléctricos, donde la lámina adhesiva sirve para unir el segundo lado del módulo al cuerpo de tarjetas.

A través del grosor reproducible de la junta de adherencia el módulo empleado queda íntimamente cerrado con la superficie de tarjetas de chip y no resalta. Además por medio de la película adhesiva electroconductiva se crea un contacto electroconductivo entre el módulo y por ejemplo una antena en el cuerpo de tarjetas sin que se produzca un cortocircuito.

En este caso la lámina adhesiva tiene preferiblemente las mismas dimensiones que el módulo y se presenta como un rollo.

Además también es posible utilizar la lámina adhesiva para el pegado estructural, si fuera preciso con un endurecimiento térmico adicional.

Para la fabricación de la lámina adhesiva se vierte la masa que forma la lámina como una solución sobre un sustrato flexible (lámina de separación o papel de separación) y se seca, de manera que la masa pueda separarse fácilmente del sustrato.

Tras la correspondiente elaboración los rollos esta lámina adhesiva se pueden adherir al sustrato a temperatura ambiente o a una temperatura algo elevada (componente electrónico, módulo, etc..).

Las resinas reactivas mezcladas no deberían sufrir ninguna reacción química a una temperatura ligeramente elevada. Así la adherencia no debe realizarse como un procedimiento de una sola etapa, sino que a uno de los dos sustratos puede pegarse inicialmente la lámina adhesiva, como en una cinta autoadhesiva, que luego se laminará por calor. En el propio proceso de adherencia por calor con el segundo sustrato la resina se endurece total o parcialmente y la junta que se pega alcanza la resistencia a la adherencia máxima, bastante por encima de la de los sistemas de adherencia. La lámina adhesiva es por lo demás especialmente apropiada para una compresión en caliente a temperaturas superiores a 60ºC, en particular entre 120 y 200ºC.

Por otro lado como adhesivos líquidos conductores o bien pastas adhesivas, que son principalmente adecuados para la unión conductora isótropa, la lámina adhesiva descrita se endurece pero no da lugar a una película frágil, sino que permanece debido a la equilibrada relación de la resina reticulante y el caucho elástico en un estado viscoelástico, donde pueden entenderse claramente los movimientos de desenrollado y las exigencias. La mayor ventaja de la película adhesiva descrita equivale en general al soporte, donde hasta el momento se ha realizado una adherencia o fijación y una unión electroconductiva en dos capas distintas. Esto significa que en la mayor parte de los casos incluso una necesidad alta de lugar para la fijación y el acoplamiento conductor, es un inconveniente en los componentes electrónicos más pequeños. La etapa de adherencia realizada por separado necesita un equipo caro y especial.

La invención describe una lámina adhesiva electroconductiva, termoplástica y termoactivable, como la que se emplea para una unión duradera de dos objetos. Contrariamente a las adherencias con una cinta autoadhesiva, aquí las resistencias, tal como se necesitan en el sector de la construcción, deben ser duraderas y mantenerse en caso de cargas químicas, térmicas o climáticas.

La invención describe un producto que

- consigue elevadas resistencias

- puede adaptarse a las dilataciones y aplastamientos de la junta adhesiva, sin desprenderse,

- contiene partículas que producen una conductividad eléctrica, que asimismo pueden adaptarse a estas cargas mecánicas, sin perder el contacto

- puede pegarse fácilmente con poco calor, puesto que ninguna partícula sobresale de la masa adhesiva, lo que podría llevar a inclusiones de aire,

- tras una adherencia bajo presión se obtiene una unión conductora sin inclusiones de aire; (esto es importante puesto que debido a la elevada presión de apriete las burbujas de aire atrapadas, que sobre todo se observan en un microscopio óptico para partículas plateadas, ya no pueden prensarse más),

- mediante las partículas de separación añadidas da siempre una junta para pegar constante en grosor y homogénea, incluso en caso de parámetros de trabajo oscilantes (presión, temperatura, paralelidad de caras de las herramientas).

Las láminas adhesivas conforme a la invención se caracterizan por tanto de una serie de ventajas:

- Poseen una elevada cohesión y elasticidad a temperatura ambiente.

- Presentan una elevada adherencia a los materiales convencionales de las tarjetas de chips como por ejemplo PVC, PC, PET o ABS.

- Son activables por debajo de la temperatura de reblandecimiento de los materiales de las tarjetas.

- Se dejan comprimir a una temperatura y presión de trabajo adecuadas, de manera que el grosor de capa de la adherencia se sitúa por debajo del grosor de capa de la lámina adhesiva empleada.

- Producen una conductividad eléctrica debido a las partículas añadidas, que son blandas pero de dureza superior a la masa adhesiva a la temperatura de adherencia.

- Contienen adicionalmente partículas de separación, que establecen el grosor de capa mínimo de la junta de masa adhesiva, para no deformar considerablemente y dañar las partículas conductoras.

- Pueden ser tratadas en las máquinas de elaboración convencionales para la fabricación de Smart Cards, como las que ofrecen las empresas Mühlbauer o Ruhlamat.

Además, las tarjetas de chips, cuyos módulos se han pegado con una lámina adhesiva conforme a la invención, presentan una resistencia especialmente elevada a la flexión. Esto se ha comprobado en un ensayo de fatiga a la flexión en un cambio constante de carga según DIN EN 20 178 con una prueba de funcionamiento posterior.

A continuación con ayuda de un ejemplo puede aclararse la lámina adhesiva conforme a la invención sin que la invención descrita se encuentre limitada de forma innecesaria.

Ejemplo 1

Se emplea una fórmula convencional de lámina adhesiva en una solución al 30% en una mezcla de cetonas con las siguientes partículas de separación conductoras y se seca sobre papel separador como una lámina adhesiva.

La fórmula de la lámina adhesiva presenta la composición siguiente:

	Porcentaje en peso
Caucho de nitrito	52
Resina fenólica	30
Bolitas de vidrio	10
Bolitas de poliestireno recubiertas de oro	8

Grosor de la lámina adhesiva secada	60 \mum	ASTM D 1000
Peso de la lámina adhesiva	58 g/m^{2}	ASTM D 1000

Mediante una adherencia breve a 190ºC, 1 seg., presión: 60N/cm^{2} se presiona la lámina a una fuga para pegar de 45 \mum y presenta los siguientes resultados:

Resistencia al paso	3,5 m\Omega	ASTM D 2739
Resistencia específica	0,30\Omegam	ASTM D 2739
Resistencia de la unión	9,0 N/mm^{2}	DIN EN 1465

Claims

1. Lámina adhesiva electroconductiva, termoplástica y termoactivable que contiene

i) un polímero termoplástico en una proporción mínima de un 30% en peso,

ii) una o varias resinas adhesivas en una proporción en peso del 5 al 50%, y /o

iii) resinas epoxi con endurecedores, con o sin aceleradores, en una proporción del 5 al 40% en peso,

iv) partículas metalizadas en una proporción en peso del 0,1 al 40%,

v) partículas de separación no deformables o bien difícilmente deformables con una proporción del 1 hasta el 10% en peso, que a la temperatura de adherencia de la lámina adhesiva no se funden.

2. Lámina adhesiva conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque el polímero termoplástico puede ser una poliolefina, poliéster, poliuretano o poliamida termoplástica o bien cauchos modificados, como los cauchos de nitrilo.

3. Lámina adhesiva conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque la lámina adhesiva se mezcla con uno o varios aditivos como colorantes, materiales de relleno minerales o bien orgánicos, por ejemplo, el dióxido de silicio, polvos de carbono y polvos metálicos.

4. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque la lámina adhesiva presenta un grosor de 10 hasta 500 \mum.

5. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partículas conductoras son bolitas de plástico o metálicas revestidas de un polímero conductor o metalizadas.

6. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partículas conductoras tienen un diámetro mayor que las partículas de separación.

7. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partículas de separación son más duras que las partículas conductoras.

8. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque la lámina adhesiva es adecuada para una compresión en caliente a temperaturas superiores a 60ºC, especialmente a 100 hasta 220ºC.

9. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque tiene las mismas dimensiones que el módulo y tiene una forma de sección perforada.

10. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque el diámetro de las partículas de separación es ligeramente menor que el espesor de la lámina adhesiva.

11. Lámina adhesiva termoplástica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partículas de separación son de geometría esférica.

12. Utilización de una lámina adhesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 11 para implantar módulos eléctricos en un cuerpo de tarjetas, que se ha provisto de una escotadura, en la que se dispone un módulo electrónico, que presenta en el primer lado varios puntos de contacto y en el segundo lado opuesto al primer lado un componente IC, cuyos puntos de conexión están unidos a las zonas de contacto por conductores eléctricos, donde la lámina adhesiva sirve para la unión del segundo lado del módulo con el cuerpo de tarjetas.

13. Uso de una lámina adhesiva conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11 para el enlace estructural, con o sin el posterior endurecimiento térmico.