ES2216739T3 - Cintas adhesivas conductoras y su preparacion. - Google Patents

Abstract

Cinta adhesiva conductora (1) caracterizada porque: a) tiene zonas conductoras anisótropas (2) en dirección z (en la dirección del espesor de la cinta adhesiva A), que b) están impresas partiendo de pastas conductoras, de tal modo que c) los espacios intermedios entre las zonas conductoras (2) están rellenos de una masa autoadhesiva.

Description

Cintas adhesivas conductoras y su preparación.

La presente invención se refiere cintas adhesivas conductoras y a su preparación.

Introducción

Las piezas electrónicas cada vez son de tamaño más pequeño, lo cual dificulta su manejo y su elaboración. Sobre todo, al confeccionar contactos eléctricos entre las piezas y/o las conexiones resulta que la soldadura convencional ya no sirve para unir los contactos de manera sencilla y económica.

Por lo tanto, el pegado de piezas electrónicas con capas de adhesivo eléctricamente conductor es una alternativa que se está desarrollando con rapidez.

En el estado técnico actual, para el sector de las cintas adhesivas eléctricamente conductoras se emplean en las masas adhesivas pigmentos conductores como el negro de humo, polvos metálicos, enlaces iónicos, entre otros. En cantidades suficientes, las partículas se tocan entre sí, permitiendo el flujo de corriente de partícula a partícula. En este caso, el flujo de corriente no está orientado en una dirección determinada (es isótropo); para las aplicaciones especiales, como conmutadores electrónicos, contactos entre conductores, etc, debe lograrse que la conducción eléctrica solo tenga lugar en la dirección del espesor (dirección Z), a través de la cinta adhesiva, pero de ningún modo en la dimensión plana (superficie x-y) de la capa adhesiva. En casos especiales también hay que asegurar/exigir que los puntos conductores a través de la capa adhesiva (en dirección Z)

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estén distribuidos ordenada y homogéneamente, de manera que cualquier zona de la cinta adhesiva se pueda usar idénticamente y dé los mismos resultados;

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tengan una sección pequeña, para poder unir selectivamente, también en el sector de la electrónica, las pistas de conductores muy próximas entre sí, sin peligro de cortocircuitos, y

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estén aislados entre sí, rellenando los espacios intermedios con materiales no conductores.

Estado técnico

Algunos sistemas conocidos ya consiguen la conductividad anisótropa en dirección z, pero no aseguran una distribución homogénea ni/o una gran resolución espacial de las posibilidades de contacto. La patente US 3,475,213 describe partículas esféricas estadísticamente repartidas, que constan de un metal conductor o van provistas de una capa eléctricamente conductora. Los mejores resultados se obtienen con partículas cuyo tamaño sea solo un poco menor que el espesor de la masa adhesiva.

Según la patente US 5,300,340, mediante un proceso de elaboración especial con un tambor giratorio se fijan partículas eléctricamente conductoras en la masa adhesiva. Por un lado las bolas de vidrio eléctricamente recubiertas, necesarias para ello, deben ser de mucha calidad en cuanto a la distribución del tamaño de partícula; por otro, la técnica de fabricación es muy costosa y apenas es posible una implantación o incorporación perfecta de las bolas conductoras en la masa adhesiva: cada punto defectuoso en la superficie significa que luego, durante el uso, no se establece un contacto conductor en dicho punto, es decir, existe un fallo. Evitarlo supone emplear un procedimiento de fabricación muy complicado y costoso, tanto de materiales como de realización técnica.

La patente WO 94/24704 A1 describe recubrimientos eléctricamente conductores en dirección z, que poseen zonas estructuradas conductoras juntos a zonas de masa adhesiva. Se emplean exclusivamente adhesivos térmicamente activables, no se menciona ninguna masa autoadhesiva.

Por tanto, el objeto de la presente invención era conseguir cintas adhesivas adecuadas y, sobre todo, encontrar un procedimiento de fabricación seguro y económico, universalmente utilizable, para los elevados requerimientos de las cintas adhesivas con una conductividad eléctrica anisótropa. Sorprendentemente se demostró mediante ensayos que resultaba adecuado el camino de la tecnología de impresión, sobre todo de la serigrafía, para formar zonas conductoras en dirección z dentro de la capa adhesiva.

La serigrafía no solo se usa como técnica de impresión, sino que también constituye una tecnología especial de recubrimiento. Así por ejemplo, desde hace años, en el sector textil se aplican adhesivos termofusibles por serigrafía. De las patentes EP 356 777, EP 328 925 y EP 149 135 también es conocido que mediante la tecnología serigráfica, implantando estructuras regulares y definidas de masas autoadhesivas, se pueden conseguir propiedades muy específicas como reversibilidad, fuerzas de adherencia controladas, pegados exentos de burbujas y materiales lisos, etc.

En el sector electrotécnico/electrónico se imprimen por serigrafía pistas de conductores para conexiones, usando pastas conductoras comercialmente disponibles, como p.ej. la Ablebond 8175 de la firma Ablestik, sobre substratos planos como las placas de circuitos integrados, siendo generalmente las dimensiones: longitud >> anchura > altura. Conforme a la presente invención se aplican mediante esta técnica pastas conductoras ya conocidas, para imprimir estructuras tridimensionales conductoras sobre un soporte.

Las formas geométricas y las distribuciones pueden ajustarse dentro de amplios márgenes, por un lado, seleccionando los tamices y, por otro lado, ajustando adecuadamente la reología de la pasta conductora.

Primero se forman las zonas conductoras en dirección z de la masa adhesiva, aplicando las pastas conductoras, especialmente por serigrafía; a continuación se rellenan los espacios intermedios con masa autoadhesiva. Como soportes se pueden elegir materiales lisos conductores, por ejemplo láminas metálicas, o bien láminas o papeles de separación. En el primer caso se obtienen cintas adhesivas directamente conductoras, p.ej. para las aplicaciones de apantallamiento; en el segundo caso soportes de transferencia eléctricamente conductores, adhesivos por ambas caras, para contactos y uniones.

En comparación con el estado técnico, el procedimiento de la presente invención para elaborar cintas adhesivas conductoras es ventajoso, sencillo y fácil de dominar.

Además, la pasta conductora también puede aplicarse directamente sobre la capa adhesiva, p.ej. por serigrafía. Si la diferencia de solidez entre la pasta conductora seca y la capa adhesiva seca es suficiente, las estructuras conductoras pueden penetrar en la masa adhesiva. Si la altura de la capa adhesiva y de las estructuras conductoras es adecuada, puede obtenerse, así tan fácilmente, un soporte de transferencia o una cinta adhesiva que sean conductores.

Para el recubrimiento puede escogerse, sobre todo, entre la serigrafía plana y la serigrafía rotativa continua; sin embargo, para la fabricación de cintas adhesivas en forma de rollo se prefiere la serigrafía rotativa, porque permite un recubrimiento sin raportado de rollo a rollo.

Para obtener recubrimientos de espesor análogo al de la capa adhesiva posterior, es decir, concretamente entre 10 y 200 \mum, sobre todo entre 25 y 100 \mum, hay que escoger tamices cuya pared tenga un espesor parecido; para este caso son apropiados los tamices de galvanizado que fabrica y vende p.ej. la firma Storck Screens / NL con un amplio surtido.

Mientras que el espesor de pared, entre otros factores, permite influir en la altura posterior del bloque conductor (es decir en cada una de las estructuras conductoras), la cantidad de bloques conductores por unidad de superficie y su sección se puede regular mediante el número de agujeros y la relación nervio/agujero de los tamices elegidos.

En lugar de usar las costosas bolas de vidrio, casi siempre recubiertas de plata, según el estado técnico actual, para llevar a cabo la presente invención se puede recurrir a las pastas conductoras disponibles comercialmente y empleadas desde hace años, como p.ej. las de la firma Heraeus: PC860005 o variantes con mayor temperatura de endurecimiento: pastas Ablebond con diversas cargas (p.ej. plata, oro, cobre) y temperaturas de curado, p.ej. Ablebond 84-1 LMITI1.

Según el tipo de carga contenido se logran conductividades diferentes: si las exigencias son moderadas, basta con las pastas a base de aluminio o de níquel, si no, se dispone, entre otras, de pastas que llevan cobre, plata y oro. Como que las pastas conductoras son líquidas o pastosas, hay que elegir la viscosidad y la reología de manera que, tras la impresión, concretamente tras el prensado a través del tamiz, la forma geométrica pretroquelada por el agujero del tamiz se mantenga al máximo sin dispersarse. Para ello es deseable una viscosidad elevada en caso de estructuras planas y cuando las pastas tienen un comportamiento tixotrópico da buen resultado un tiempo de relajación lo más corto posible. Eso puede favorecerse solidificando los ligantes de las pastas conductoras tras el proceso de recubrimiento, al menos superficialmente, fijando así la forma geométrica inicial: esto se puede lograr evaporando disolventes de bajo punto de ebullición, mediante un choque térmico desencadenado por reacción química o, preferiblemente, por irradiación, en este caso, sobre todo, con radiación UV.

Se pretende obtener formas geométricas como estructuras cilíndricas, pues entonces se dispone de superficies de contacto mayores para unir ambas direcciones y por lo tanto es mayor la probabilidad de establecer una unión conductora.

Los bloques conductores se pueden aplicar directamente sobre materiales de soporte eléctricamente conductores, pudiéndose emplear, además de láminas metálicas de aluminio, cobre, estaño, plomo, hierro, etc., tejidos y velos dotados de conductividad. También se pueden aplicar sobre papeles o láminas de separación.

La elaboración del producto básico se acaba con el relleno de los espacios intermedios con masas autoadhesivas apropiadas - según los requisitos de la cinta adhesiva posterior pueden utilizarse masas autoadhesivas con distintos perfiles de propiedades, como las comercialmente conocidas p.ej. del surtido de productos tesa. El corte y acabado en función de las medidas deseadas para el usuario final constituye el paso final en la elaboración de la cinta adhesiva conductora.

Junto a una distribución muy homogénea de los bloques conductores por toda la superficie, tal como se describe arriba detalladamente, la tecnología serigráfica ofrece especialmente otras posibilidades. Implantando un diseño sobre el tamiz se pueden aplicar dichos bloques conductores en zonas exactamente definidas, dejando otras libres. Así, por tanto, tras el subsiguiente recubrimiento de los espacios libres con masas autoadhesivas pueden formarse estructuras superficiales más grandes, que en ciertas zonas tienen conductividad anisótropa y pegajosidad, pero en otras tan solo adhesividad. Como aplicaciones cabe mencionar, por ejemplo, las láminas de los teclados, que en las zonas de las teclas poseen conductividad anisótropa selectiva, y en las zonas intermedias se trata de una cinta adhesiva normal que pega por las dos caras, con la cual la lámina del teclado se fija al substrato. En este caso no solo se ofrece la posibilidad de aunar en un sistema dos sistemas separados hasta ahora (contactos para las conexiones de la lámina del teclado), sino que, frente a la alternativa de fijar toda la lámina del teclado mediante un film eléctricamente conductor y adherente por ambas caras, se ahorra considerablemente en pigmentos conductores.

Ejemplo 1

Se empleó una pasta conductora de plata, la pasta Heraeus PC 860005, viscosidad: 46,9 Pa\cdots (gradiente 30,0/s; a 25ºC). Se imprimió con una plantilla de la firma Storck (NL), tipo: ST 70, número de mallas 70 (con un espesor de 100 \mum, un diámetro de orificio de 140 \mum y una distancia entre los orificios de 220 \mum) sobre un papel separador siliconado y se curó durante unos pocos minutos a 110ºC.

Se obtienen partículas en forma de cono truncado, con un espesor máximo de unas 85 \mum y una anchura máxima de unas 200 \mum. La distancia mínima entre los segmentos es de 150 \mum.

Sobre papel separador se aplicó un film de adhesivo (VCA 456 (FG 45%) + 20% de resina adherente DT 110 + 0,6% de un reticulante de quelato de Al), formado por un terpolímero de acrilato de 2-etilhexilo, acrilato de butilo y ácido acrílico (47:47:6), partiendo de una disolución acetona/bencina 60/95 y se evaporó el disolvente. Dicha capa de adhesivo (de 50 \mum de espesor) se aplicó a la pasta conductora de plata anteriormente impresa y curada sobre el papel separador siliconado, y se recubrió con una lámina de poliéster siliconada. Bajo una ligera presión aparece una capa de masa adhesiva con segmentos eléctricamente conductores en forma de conos ligeramente achatados e incrustados en el adhesivo.

La fuerza de adherencia de la tira adhesiva es de 3,9 N/cm según norma ASTM D 1000, el espesor es de unas 50 \mum y la resistencia a la perforación de 0,13 m\Omega según norma ASTM 2739.

Ejemplo 2

Igual que el ejemplo 1, con la diferencia de que la capa de adhesivo se obtiene aplicando y secando sobre la capa de pasta conductora, impresa y curada según el ejemplo 1, una solución del adhesivo del ejemplo 1, con una fuerza de adherencia 4,0 N/cm, un espesor de aprox. 60 \mum y una resistencia a la perforación de 0,18 m\Omega.

En las figuras se representan de manera ideal unas formas de ejecución de cintas adhesivas, apropiadas según la presente invención:

Fig. 1 muestra una sección a través de una cinta adhesiva de tal tipo,

Fig. 2 muestra una vista superior de un fragmento de una cinta adhesiva según la figura 1, y

Fig. 3 muestra una sección a través de otra cinta adhesiva del mismo tipo.

La Fig. 1 muestra en detalle una cinta adhesiva con zonas conductoras 2 rodeadas de masa adhesiva 3. La Fig. 2 muestra cómo estas zonas 2 están rodeadas de masa adhesiva 3 y por tanto no son conductoras en el plano x-y, pero sí en la dirección z (flecha A en la figura 1). La Fig. 3 muestra otra variante de la cinta adhesiva 1, que lleva su lado inferior recubierto con un soporte conductor 4. Gracias a este soporte conductor 4, esta cinta adhesiva también es conductora en el plano x-y. Sobre todo se prefieren las cintas adhesivas cuyas zonas conductoras 2 tienen forma redonda.

Claims (11)

1. Cinta adhesiva conductora (1) caracterizada porque

a)

tiene zonas conductoras anisótropas (2) en dirección z (en la dirección del espesor de la cinta adhesiva A), que

b)

están impresas partiendo de pastas conductoras, de tal modo que

c)

los espacios intermedios entre las zonas conductoras (2) están rellenos de una masa autoadhesiva.

2. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque las zonas conductoras (2) son térmicamente conductoras o, sobre todo, eléctricamente conductoras.

3. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque las zonas conductoras (2) están impresas por serigrafía, partiendo de pastas conductoras.

4. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque la cinta adhesiva (1) es de 10 - 200 \mum de espesor, de modo que tanto la masa autoadhesiva (3) como las zonas conductoras (2) también tienen 10 - 200 \mum de espesor y son del mismo grosor, y, sobre todo, no difieren en más de 20 \mum del espesor de la capa autoadhesiva.

5. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque las zonas conductoras (2) están impresas partiendo de pastas conductoras a base de aluminio, níquel, cobre, plata u oro, o de aleaciones de, especialmente, dichos metales.

6. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque las zonas conductoras (2) están solidificadas y fijadas, concretamente por calor y/o radiación, sobre todo por radiación UV.

7. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque la masa autoadhesiva (3) está formada por un adhesivo al disolvente o por un adhesivo termofusible.

8. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque la masa autoadhesiva (3) está basada en poliacrilato.

9. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque presenta un papel o una lámina de separación como soporte protector.

10. Cinta adhesiva según la reivindicación 1, caracterizada porque la cinta adhesiva (1) presenta por un lado un soporte (4), sobre todo uno de tipo conductor.

11. Procedimiento para elaborar una cinta adhesiva según una de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque se imprimen zonas conductoras sobre un soporte auxiliar, partiendo de pastas conductoras, y luego las zonas impresas se solidifican y se fijan, sobre todo por calor y/o radiación, tras lo cual se aplica una masa autoadhesiva sobre los espacios intermedios del soporte auxiliar, con el mismo espesor que las zonas conductoras, eliminando, si es preciso, el disolvente, y después se retira el soporte auxiliar, pegando, si es preciso, un soporte conductor; o bien la pasta conductora se imprime, se solidifica y se fija, formando zonas conductoras sobre la masa autoadhesiva, y luego se hace penetrar en dicha masa o, dado el caso, se recubre por encima con un soporte conductor.