ES2246579T3 - Film adhesivo electroconductor, termoplastico y termoactivable. - Google Patents

Film adhesivo electroconductor, termoplastico y termoactivable.

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ES2246579T3
ES2246579T3 ES99939977T ES99939977T ES2246579T3 ES 2246579 T3 ES2246579 T3 ES 2246579T3 ES 99939977 T ES99939977 T ES 99939977T ES 99939977 T ES99939977 T ES 99939977T ES 2246579 T3 ES2246579 T3 ES 2246579T3
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Ronald Pfaff
Hans Karl Engeldinger
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Tesa SE
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Abstract

Film adhesivo electroconductor, termoplástico y termoactivable que contiene: i) un polímero termoplástico en una proporción del 30 hasta el 89, 9% en peso ii) una o varias resinas taquificantes en una proporción del 5 hasta el 50% en peso y/o iii) resinas epoxi con endurecedores, y eventualmente con acelerantes, en una proporción del 5 hasta el 40% en peso, iv) esferas de vidrio plateadas en una proporción del 0, 1 hasta el 40% en peso, v) de modo que el diámetro de las esferas de vidrio es, como mínimo, igual al espesor del film adhesivo.

Description

Film adhesivo electroconductor, termoplástico y termoactivable.
La presente invención describe un film adhesivo, electroconductor, termoplástico y termoactivable, como el que se usa para el pegado duradero de dos objetos.
Las piezas electrónicas son de tamaño cada vez más pequeño, lo cual dificulta su manejo y elaboración. Concretamente, para preparar contactos eléctricos entre las piezas y/o las conexiones, la soldadura convencional ya no permite unirlos de manera sencilla y económica.
El pegado de piezas electrónicas mediante capas de adhesivo conductoras es por tanto una alternativa en desarrollo.
Según el estado técnico, para las masas adhesivas destinadas al sector de las cintas adhesivas electroconductoras se utilizan pigmentos conductores como el negro de humo, metales en polvo, uniones iónicas y similares.
En cantidades suficientes, las partículas se tocan entre sí, permitiendo que la corriente fluya 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 solo haya conductividad eléctrica en la dirección del espesor (dirección Z), a través de la cinta adhesiva, pero de ninguna manera 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 la dirección Z)
-
estén distribuidos homogéneamente, de manera que cualquier zona de la cinta adhesiva se use idénticamente y dé los mismos resultados;
-
tengan secciones pequeñas, para poder unir selectivamente - incluso en el sector de la electrónica - pistas de conductores muy próximas entre sí, sin peligro de cortocircuitos, y
-
estén aislados entre sí, rellenando los espacios intermedios con materiales no conductores.
La patente US 3,475,213 describe partículas esféricas estadísticamente repartidas y formadas totalmente por un metal conductor o provistas de una capa eléctricamente conductora. Los mejores resultados se obtienen con partículas, cuyo tamaño solo es un poco menor que el espesor de la masa adhesiva.
Con la patente US 5,300,340 las partículas eléctricamente conductoras se fijaron en la masa adhesiva mediante un proceso de elaboración especial con un tambor giratorio.
Las dos cintas autoadhesivas arriba descritas están basadas en masas autoadhesivas de polímeros de acrilato y no pueden unir dos substratos con la resistencia que requiere un pegado duradero. Sobre todo, las uniones sometidas permanente o repetidamente a esfuerzos tales como tracción, torsión o cizalla muestran al cabo de poco tiempo signos de desprendimiento. Según el estado técnico citado, ello es debido a que la fuerza de adherencia, generalmente baja, de las cintas con adhesivo sensible a la presión se ve aún más disminuida por la adición de partículas electroconductoras. Por lo tanto las técnicas de pegado no bastan para asegurar una unión duradera de los contactos electrónicos sometidos a cargas mecánicas.
Por una parte las partículas añadidas disminuyen la resistencia del pegado y por otra separan la cinta adhesiva del substrato, porque sobresalen en cierto grado de la superficie, lo cual se desea precisamente para mejorar la conductividad eléctrica.
En un producto estructurado tal como se describe en la patente US 5,300,340 esto se hace ex profeso, incorporando partículas de mayor tamaño cuyo diámetro supera el espesor de la masa adhesiva.
Los métodos arriba indicados no solo producen unas uniones de resistencia insuficiente para los contactos eléctricos sometidos a cargas mecánicas, sino que además pueden despegarse, lo cual permite manipulaciones y puede lesionar fácilmente derechos de autor, sobre todo en el caso de piezas electrónicas sensibles.
En el caso especial de los dispositivos electrónicos pequeños y flexibles que se usan en juguetes electrónicos o tarjetas con chip, la unión adhesiva electroconductora no suele protegerse con una envoltura rígida, pues debe resistir esfuerzos de flexión sin perder el contacto eléctrico, y es susceptible de dichas manipulaciones.
La presente invención tiene el objetivo de alcanzar una unión buena y duradera, al mismo tiempo que se establece un contacto electroconductor, pegando un elemento portador en soportes informáticos o en piezas electrónicas mediante una capa de adhesivo termoactivable.
\newpage
Este objetivo se consigue mediante un film adhesivo como el descrito en la reivindicación principal. Son objetivo de las reivindicaciones siguientes los perfeccionamientos del objeto de la presente invención.
Según la presente invención, el film adhesivo electroconductor, termoplástico y termoactivable contiene
i)
un polímero termoplástico en una proporción del 30 hasta el 89,9% en peso,
ii)
una o varias resinas taquificantes en una proporción del 5 hasta el 50% en peso y/o
iii)
resinas epoxi con endurecedores, y eventualmente con acelerantes, en una proporción del 5 hasta el 40% en peso,
iv)
esferas de vidrio plateadas en una proporción del 0,1, con mayor preferencia del 10% en peso, hasta el 40% en peso.
El film adhesivo es una mezcla formada por resinas reactivas, que reticulan a temperatura ambiente formando una red polimérica tridimensional muy resistente, y por elastómeros de elasticidad permanente, que impiden una fragilización del producto. El elastómero puede proceder, preferentemente, del grupo formado por poliolefinas, poliésteres, poliuretanos o poliamidas, o bien puede ser un caucho modificado como, por ejemplo, caucho nitrílico.
Los poliuretanos termoplásticos (TPU) - preferidos especialmente - son conocidos como los productos de reacción de poliéster-polioles o poliéter-polioles con diisocianatos orgánicos como el difenilmetandiisocianato. Están mayormente formados por macromoléculas lineales. Tales productos pueden adquirirse del comercio, generalmente en forma de granulados elásticos, por ejemplo de Bayer AG bajo la marca "Desmocoll".
Combinando los TPU con resinas compatibles escogidas se puede rebajar la temperatura de reblandecimiento del film adhesivo, excluyendo así la posibilidad de que la pieza se deforme durante el proceso de fabricación. Paralelamente se produce también un incremento de la adhesión. Como resinas apropiadas han dado buen resultado, por ejemplo, algunas de colofonia, de hidrocarburo y de cumarona.
Como alternativa, la reducción de la temperatura de reblandecimiento también se puede lograr combinando los TPU con resinas epoxi seleccionadas, a base de bisfenol A y/o F y un endurecedor latente. Un film adhesivo basado en un sistema como este permite un postendurecimiento de la juntura, ya sea de modo paulatino a temperatura ambiente, sin otra influencia externa, o breve mediante un tratamiento térmico adecuado del soporte ya fabricado. Así se impide que el chip pueda separarse con intenciones delictivas, sin destruirse, por ejemplo usando una plancha corriente. La reacción química de reticulación de las resinas proporciona grandes resistencias entre el film adhesivo y la superficie pegada y una gran consistencia interna del producto.
La adición de estos sistemas reactivos de resina/endurecedor también produce una disminución de la temperatura de reblandecimiento de los polímeros arriba citados, lo cual reduce ventajosamente su temperatura y velocidad de transformación. El producto apropiado es autoadherente a temperatura ambiente o a temperatura ligeramente elevada. Al calentarlo también disminuye brevemente su viscosidad, lo cual permite asimismo la humectación de superficies rugosas.
Las esferas contenidas en el film adhesivo solo dan conductividad en la dirección z; en el plano x-y no hay ninguna conductividad por falta de contacto entre ellas.
Las composiciones de los filmes adhesivos se pueden variar ampliamente cambiando el tipo y porcentaje de materias primas. También pueden conseguirse otras propiedades del producto, como por ejemplo color y conductividad térmica o eléctrica, mediante adiciones adecuadas de colorantes, de cargas minerales y/u orgánicas y/o de carbón o metales en polvo.
El film adhesivo tiene, preferentemente, un espesor de 20 hasta 500 \mum.
Según una primera forma de ejecución ventajosa de la presente invención, el diámetro de las esferas de vidrio plateadas es como mínimo igual al espesor del film adhesivo, pero también puede ser un poco mayor que el espesor del film adhesivo que debe elaborarse.
Según otra forma de ejecución ventajosa del film adhesivo, el diámetro de las esferas de vidrio es entre 10 \mum y 20 \mum inferior al espesor del film adhesivo.
El diámetro de las esferas de vidrio elegido según la presente invención depende del uso al que vaya destinado el film adhesivo.
Cuando el diámetro de las esferas de vidrio supera el espesor del film adhesivo, las bolas de vidrio que sobresalen del film adhesivo pueden provocar la inclusión de aire en la juntura, disminuyendo así la resistencia de la unión. En condiciones desfavorables, si la juntura es elástica, las esferas de vidrio pueden perder el contacto por los esfuerzos mecánicos, y entonces solo puede restablecerse apretando otra vez.
Por lo tanto en algunas aplicaciones importa más la resistencia de la unión que la conductividad. En tal caso hay que efectuar el pegado a presión y temperatura elevadas. En este caso especial se puede prescindir de esferas de vidrio electroconductoras que sobresalgan del film adhesivo.
Entonces las esferas de vidrio electroconductoras pueden ser de 10 a 20 \mum menores que el espesor del film adhesivo, facilitando así el pegado sobre toda la superficie sin dejar aire atrapado.
No obstante se establece el contacto eléctrico, pues en estas condiciones de pegado la viscosidad de la masa adhesiva disminuye tanto, que se desplaza y el grosor de la unión queda reducido. Esto sucede, por ejemplo, al pegar módulos en tarjetas pequeñas. En este caso se elige una presión de 60 N por módulo y una temperatura de prensado de aprox. 200ºC. En esas condiciones las esferas de vidrio conductoras hacen contacto eléctrico, porque la masa adhesiva resulta desplazada y puede pasar a un espacio hueco bajo el módulo del chip.
Esto es importante, por ejemplo, al implantar módulos en una tarjeta que lleve una antena en el soporte.
El film adhesivo de la presente invención se puede utilizar ventajosamente para implantar módulos eléctricos en un cuerpo de tarjeta provisto de una cavidad, en la cual debe colocarse un módulo electrónico, que en la primera cara presenta varias superficies de contacto y en la segunda cara, opuesta a la primera, un elemento IC cuyos puntos de conexión están unidos con las superficies de contacto mediante conductores eléctricos, de manera que el film adhesivo sirve para unir la segunda cara del módulo con el cuerpo de la tarjeta.
En este caso el film adhesivo tiene preferentemente las mismas medidas que el módulo y es una pieza troquelada.
Asimismo, el film adhesivo se puede utilizar para uniones estructurales, con un curado térmico posterior, si es preciso.
La presente invención describe un film adhesivo electroconductor, termoplástico y termoactivable, como el que se usa para el pegado permanente de dos objetos. Al contrario que en las uniones con una cinta autoadhesiva se logran unas resistencias duraderas, del mismo orden que las requeridas en el ámbito constructivo, que se mantienen incluso en caso de cargas de tipo químico, térmico o climático.
Para elaborar el film adhesivo, la masa que debe formarlo se vierte sobre un substrato flexible (una lámina o papel separador), de modo que pueda retirarse fácilmente del mismo.
Una vez confeccionado adecuadamente se pueden pegar piezas troquelados o rollos de este film adhesivo, a temperatura ambiente o algo elevada, sobre el substrato correspondiente (pieza electrónica, módulo, etc.).
Las resinas reactivas incorporadas no deben experimentar ninguna reacción química a la temperatura ligeramente alta. Por tanto el pegado no debe efectuarse como un proceso de una sola etapa, sino que, para mayor sencillez, primero se fija el film adhesivo sobre uno de ambos substratos, como si fuera una cinta autoadhesiva, laminando en caliente. Durante el verdadero proceso de pegado en caliente, con el segundo substrato, la resina endurece total o parcialmente y la unión alcanza una gran resistencia, muy superior a las de los sistemas adhesivos sensibles a la presión. El film adhesivo es por tanto especialmente adecuado para un prensado en caliente a temperaturas inferiores a 120ºC, sobre todo de 80 a 100ºC.
Al contrario que los adhesivos fluidos o pastosos con cargas conductoras, apropiados mayormente para una unión conductora isótropa, el film adhesivo descrito no se endurece formando una película rígida, sino viscoelástica, gracias a la proporción equilibrada entre resina reticulada y caucho elástico, que le permite resistir bien, sobre todo, los movimientos y cargas de arrancado. El film adhesivo resulta muy ventajoso en todos aquellos casos donde hasta ahora un pegado o fijación y una unión electroconductora tenían que llevarse a cabo en dos pasos separados. En la mayor parte de los casos esto también implica mayor necesidad de espacio para la fijación y empalme conductor, lo que es un inconveniente para las piezas electrónicas más pequeñas. El paso de pegado realizado aparte requiere asimismo un equipo especial y máquinas caras.
Los filmes adhesivos según la presente invención se caracterizan así por una serie de ventajas:
\bullet
Poseen una gran cohesión y elasticidad a temperatura ambiente.
\bullet
Muestran una gran adhesión sobre los materiales usuales de tarjetas-chip, como por ejemplo PVC, PC, PET o ABS.
\bullet
Se pueden activar a unas temperaturas inferiores a la temperatura de reblandecimiento de los materiales de la tarjeta.
Además, las tarjetas-chip cuyos módulos van pegados con un film adhesivo según la presente invención, poseen una resistencia a la flexión especialmente alta, lo que demuestra la realización de un ensayo de fatiga por flexión bajo carga continua, según la norma DIN EN 20 178.
A continuación, el film adhesivo según la presente invención se ilustra mediante varios ejemplos, sin pretender limitar innecesariamente dicha invención.
Ejemplo 1
Los siguientes componentes se disolvieron en una mezcla de acetona/metil-etil-cetona y la solución se aplicó sobre un papel siliconado y luego se secó.
Marca comercial % en peso
PU termoplástico (TPU) Desmocoll 400 55
Resina epoxi (de bisfenol A) Rütapox 0164 25
Diciandiamida Dyhard 100 S 5
(SKW Trostberg) 15
Esferas de vidrio plateadas Conductofil 20-60
Espesor del film adhesivo seco 58 \mum ASTM D 1000
Peso del film adhesivo 55 g/m^{2} ASTM D 1000
Resistencia de paso 3,5 m\Omega ASTM D 2739
Resistencia específica 0,30 \Omegam ASTM D 2739
Resistencia del pegado 10 N/mm^{2} DIN EN 1465
Ejemplo 2
Los siguientes componentes se disolvieron en una mezcla de acetona/metil-etil-cetona y la solución se aplicó sobre un papel siliconado y luego se secó.
Tipo de sustancia % en peso
Caucho nitrilo 55
Resina fenólica 29,8
Antioxidante 0,2
Esferas de vidrio plateadas 15
Espesor del film adhesivo seco 59 \mum ASTM D 1000
Peso del film adhesivo 55 g/m^{2} ASTM D 1000
Resistencia de paso 3,5 m\Omega ASTM D 2739
Resistencia específica 0,32 \Omegam ASTM D 2739
Resistencia del pegado 7,0 N/mm^{2} DIN EN 1465

Claims (8)

1. Film adhesivo electroconductor, termoplástico y termoactivable que contiene
i)
un polímero termoplástico en una proporción del 30 hasta el 89,9% en peso,
ii)
una o varias resinas taquificantes en una proporción del 5 hasta el 50% en peso y/o
iii)
resinas epoxi con endurecedores, y eventualmente con acelerantes, en una proporción del 5 hasta el 40% en peso,
iv)
esferas de vidrio plateadas en una proporción del 0,1 hasta el 40% en peso,
v)
de modo que el diámetro de las esferas de vidrio es, como mínimo, igual al espesor del film adhesivo.
2. Film adhesivo según la reivindicación 1, caracterizado porque se trata de un polímero termoplástico de poliolefinas, poliésteres, poliuretanos o poliamidas, o de cauchos modificados, como, sobre todo, los cauchos nitrílicos.
3. Film adhesivo según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque está mezclado con uno o varios aditivos, como colorantes, cargas minerales u orgánicas, por ejemplo dióxido de silicio, carbón o metales en polvo.
4. Film adhesivo termoplástico según las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque presenta un espesor de 20 hasta 500 \mum.
5. Film adhesivo termoplástico según las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque es adecuado para un prensado en caliente a temperaturas inferiores a 120ºC, sobre todo entre 80 y 100ºC.
6. Film adhesivo termoplástico según las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque tiene las mismas medidas que el módulo y es una pieza troquelada.
7. Empleo de un film adhesivo según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, para implantar módulos eléctricos en un cuerpo de tarjeta provisto de una cavidad, en la cual debe colocarse un módulo electrónico, que en la primera cara presenta varias superficies de contacto y en la segunda cara, opuesta a la primera, un elemento IC cuyos puntos de conexión están unidos con las superficies de contacto mediante conductores eléctricos, de manera que el film adhesivo sirve para unir la segunda cara del módulo con el cuerpo de la tarjeta.
8. Empleo de un film adhesivo según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, para pegados estructurales, con un curado térmico posterior, si es preciso.
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