JP2006527462A - 導電性接着剤を有する耐久電子アセンブリ - Google Patents
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Abstract
Description
「機能維持された(functionally maintained)」は、電子要素の間の接着力が著しく悪影響を及ぼされることがなく、この結合部を必要とする電子アセンブリの構造的結合性が維持されると同時に、第1の電子要素と第2の電子要素との間の少なくとも1つの電気経路が、(以下に定義された)曲げサイクルの少なくとも一部、すなわち、少なくとも1つのモードでの少なくとも1回の曲げの間維持されることを意味し、
「曲げサイクル(Flexural Cycle)」は、4つのモード、すなわち、(約8.5cmの長さ、約5.4cmの幅、および約0.8mmの厚さの寸法を有する)業界標準試料のスマートカードの長さ(x方向)において上に1回、下に1回、同じ試料カードの幅(y方向)において上に1回、下に1回、の各々の1組の曲げを意味する。有用な機器およびより詳細な手順を以下に記載する。
エラストマー ブタジエン−アクリロニトリルコポリマー(結合アクリロニトリル含有量41重量パーセント(重量%)、英国、サウスグラモーガン、サリーのゼオン・ケミカル・ヨーロッパ社(Zeon Chemicals Europe,Ltd.,Sully,South Glamorgan,UK)からBREON N41H80として入手可能)。
A.接着剤の試験
1)PVCおよびPETFからの180°剥離接着力
約200mmの長さおよび約25mmの幅を有する接着フィルムの試料を、加熱プレスを用いて、190℃の温度および3バール(3×105Pa)の圧力および5秒の結合時間を用いてポリ塩化ビニル(PVC)の試験板(フランス、ラ・ガレン・コロンブ(La Garenne Colombes,France)のALTからW/M2XB190μmとして入手可能なカード)またはポリエチレンテレフタレート(PETF)(デラウェア州、ウィルミントンのデュポンカンパニー(DuPont Co.,Wilmington,DE)からメリネックス・コアー(MELINEX Core)1として入手可能な厚さ307μmのポリマーフィルム)に結合した。次に、同様な第2のシートを積層によって接着フィルムの露出面に結合した。次いで、180°の剥離の測定を実施するために、試料の露出端を把持し、インストロン(Instron)モデル4301(マサチューセッツ州、カントンのインストロン・コーポレーション(Instron Corp.,Canton,MA)製)を用いて150mm/分の速度において180°で剥離した。試験を3つの試料について行い、平均の結果をニュートン/センチメートル(N/cm)単位で記録した。
動的機械的熱分析(DMTA)を使用して、接着剤のガラス転移温度(Tg)(℃単位)を示す。ニュージャージー州、ピスキャタウエィのレオメトリック・サイエンティフィック社(Rheometric Scientific,Inc.,Piscataway,NJ)から入手可能な動的機械的熱分析器(Dynamic Mechanical Thermal Analyzer)Vを用いて、フィルム試料を−100℃〜200℃の範囲にわたって毎分2℃の率で加熱し、熱転移を1ヘルツの周波数および0.05%の歪において記録した。試験を引張モードで行なった。試験を少なくとも2つの試料について行い、平均の結果が報告された。
レオメトリー・サイエンティフィックから入手可能なレオメトリクス・ダイナミック・アナライザ(RDA)を用いて貯蔵剪断弾性率(G’)、損失剪断弾性率(G”)、およびガラス転移温度Tgを25℃および1ヘルツ(Hz)において決定した。ASTM D5279は概して、この試験方法のための計測について記載する。試料フィルムを層状に重ね、厚さ1〜3mmの試料を得た。試料を直径8mmの平行なプレート間のRDA内に置き、RDAを6.28ラジアン/秒(1ヘルツ)の剪断速度において動作させた。貯蔵剪断弾性率(G’)および損失剪断弾性率(G”)をダイン/cm2において記録し、メガパスカル(MPa)に変換し、ガラス転移温度Tgを度(摂氏)(℃)単位で記録した。
長さ約200mmおよび幅約25mmの接着フィルムの試料を、エッチングされたアルミニウムの試験板に結合し、25mm×25mmの結合領域を形成した。結合部を、接着剤1ベースの実施例1、2、およびC1については5分間140℃および2バール(2×105Pa)の圧力において製造し、接着剤2ベースの実施例3、4、およびC2については5分間、160℃および2バール(2×105Pa)の圧力において製造し、(下記の)実施例5、6、およびC3の接着剤については5分間190℃および5バールの圧力(5×105Pa)において製造した。結合部を2.5mm/分のクロスヘッド速度において試験した。試験を3〜4の試料について行い、平均の結果をMPa単位で記録した。
埋め込まれた粒子によって覆われた表面積を顕微鏡を用いて測定した。それらの表面の上に埋め込み粒子を有する物品を、ビデオカメラを備えたオリンパス(OLYMPUS)BX60F5(日本のオリンパス光学工業社(Olympus Optical Co.Ltd.,Japan)から入手可能)顕微鏡を用いて20倍の倍率において検査した。ランダムに選択された領域の写真を撮り、画像を後で検査するためにデジタルフォーマットで記録した。各々が約1mm2の領域を有するいくつかの画像を、シグマスキャン(SIGMASCAN)PRO5画像処理ソフトウェア(イリノイ州、シカゴのSPSS社(SPSS Inc.,Chicago.IL)から入手可能)を用いて分析し、粒子によって覆われた面積を得た。覆われた面積のパーセンテージを求めるために、試料中のすべての粒子の平均面積を画像化領域の全面積で割った。この数を100で乗じてパーセンテージを得た。試験を3つの試料について行い、平均の結果が報告された。
カードの作製および電気抵抗
内部に埋め込みアンテナおよび電子配線を有するデュアル・インターフェースPVCカードブランク(フランス国、パレソ・セデのACGフランス(ACG France,Palaiseau Cedex,France)からデュアル・インターフェース・バージョン・オーネ・モデュール・メンゲ(Dual interface Version Ohne Modul Menge) S13として入手可能)を、工業規格に記載された結合手順を用いて、すなわち、180℃および9バール(9×105Pa)の圧力において5秒間、自動モデュール結合装置(モデルENC3000G4としてデータカードから入手で可能)を用いて、ダミーマイクロプロセッサーモデュールに結合した。実施例において作製された接着フィルムを用いて、各実施例の接着剤を有する合計で約200の結合されたカードを製造した。ダミーモデュール上に設けられた2つの露出した測定点を接触させることによって、電気抵抗をオーム単位でオーム・メータ(ワシントン州、エバレットのフルーク・コーポレーション(Fluke Corp.,Everett,WA)製のフルーク(Fluke)83IIIマルチメータ)を用いて測定した。抵抗には、ダミーモデュールおよび埋め込みアンテナの抵抗が含まれる。カードのすべての抵抗を最初と応力試験の1つを行なった後に測定した。
電気抵抗を、結合後にすぐに測定した。試験を各実施例の接着剤から作製された80〜150のカードについて行い、全てのカードの平均を記録した。
結合されたカードを、データカード(Datacard)から「トゥイスター(Twister)」として入手可能な試験装置を用いてISO¥ICE10373第1−3部によって試験した。試験には、23℃において4つのモードで屈曲することが含まれる。モードは次の通りである。すなわち、(各カードの端を保持するジョーをカードの中心の方向に移動させることによって長さにおいて)20mm上に曲げ、その後に元の位置に戻し、250回反復することと、(各カードの側面を保持するジョーをカードの中心の方向に移動させることによって幅において)10mm上に曲げ、その後に元の位置に戻し、250回反復することと、同様に(長さにおいて)20mm下に曲げ、その後に元の位置に戻し、250回反復することと、同様に(幅において)10mm下に曲げ、その後に元の位置に戻し、250回反復することである。これによって1000回の曲げサイクルが行なわれ、約20分かかる。この試験を反復して、記載したように1000回の単位で数千の曲げサイクルを行い、結果を以下に記載する。試験を各実施例の接着剤から作製された最低20のカードについて行なった。
結合されたカードを10日間、65℃および95%の相対湿度に暴露した。試験を各実施例の接着剤から作製された最低20のカードについて、湿潤環境から除去された数分以内に行なった。
結合されたカードを15分間−35℃の温度に暴露し、次いで(1分以内に)低温環境から70℃の温度の炉に移動させ、そこにカードを15分間、保持した。次いでカードを(1分以内に)炉から低温環境(−35℃)に移動させた。この温度サイクルを50サイクル反復した。熱衝撃サイクルの終了から数分以内に試験を行なった。試験を各実施例の接着剤から作製された最低20のカードについて行なった。
上に記載されたようにモデュールをカードに結合した(カードの作製)。次いで、モデュール下のカードの小片を切り取り、モデュールの後部へのアクセスを可能にする。次に、カードを引張試験機内のジグに保持し、直径6.5mmの平らな端部を有する円筒プローブを、10mm/分のクロスヘッド速度においてカードの後側から結合モデュールの方へ送った。結合部の破損時の最大力をニュートン単位で記録した。試験を実施例の接着剤ごとに3〜4のカードについて行い、平均の結果が報告された。
これは、耐タンパー性の尺度である。モデュールをカードから除去すると、自己破壊するかまたはモデュールに損傷を与えることができ、それを使用不能にするかまたはデータを別のカードに移すことを不可能にするのがよい。試験は、カード−モデュール結合の耐タンパー性の主観的な指標である。一般的なタンパー技術は、モデュールを無損傷に除去するために使用される。これらには、手作業で剥離することが含まれる。モデュールを除去すると常にそれを破壊する結合されたアセンブリは、「+」として示された。モデュールおよび/またはカードに損傷を与えずにモデュールを除去することができる結合されたアセンブリは、「−」として示された。モデュールおよび/またはカードに若干の損傷を与えるがそれを完全には破壊せずにモデュールを除去することができる結合されたアセンブリは、「(+/−)」の中間結果として示された。
実施例1〜6において、様々な被覆ウェブに、リザーバを撹拌するための手段および粒子の分配を促進するためのブラシと共に篩を有するリザーバを備えた機器を用いて粒子を埋め込んだ。適した機器の1つの例は、米国特許第6,569,494号明細書に完全に記載されている。より具体的には、電気接地された熱板を用いて、接着剤を粘着性状態に軟化させ、次いで粒子をリザーバから接着剤ウェブ上に散布した。このリザーバは、(接着剤ウェブに最も近い)その前壁の矩形の開口を有した。開口を、スクリーン印刷に一般に用いられるナイロンスクリーン(80μmの大きさ、ニューヨーク州、サマースのサーティ・アメリカのマジェスティク・デヴィジョン(Saati America’s Majestic Division,Somers,NY)から販売されている)で覆った。粒子を高電圧(一般に7kV)において電気帯電させ、散布中にそれらを十分に分散された状態に保つ。合成繊維のフェルト裏材から製造された塗装ローラーブラシ(ニューヨーク州、ニューヨークのコリンズ&エイトケン・カンパニー(Collins & Aitken Co.,New York.NY)から販売されている)をナイロンスクリーンと接触させたまま回転させてスクリーンを通して粒子を分配させるのを助けた。ブラシの回転速度を変えるために、毎分3〜90回転(rpm)でブラシを回転させるモーターにDC電圧(0.6V〜12Vの範囲)を印加し、分配速度を制御した。4V(29rpm)の値によって、10%〜14%の表面積のパーセントが得られた。均一な分配を容易にするために、リザーバ内の粒子を機械的に撹拌した。粒子を散布した後、ウェブを2つのロールのニップに通過させ、分散された粒子を接着剤ウェブにさらに埋め込んだ。
ECP1粒子を、上述の一般的方法および装置を用いて接着剤1のフィルムに埋め込んだ。下記のパラメーターを用いた。すなわち、ウェブ速度が0.46メートル/分(m/min)(1.5フィート/分(fpm))、熱板温度が90℃、ブラシ上のチャージワイヤと熱板との間の距離が30mm、およびブラシを回転させるための動作電圧が4ボルト(V)である。7kVの負のDC電位を分配装置に印加した。被覆された接着フィルムを、1平方インチ(psi)当たり20ポンド(0.138MPa)のニップ圧力に設定された2つのシリコーンゴムロールのニップ中に送った。
実施例3において、実施例1において使用されたのと本質的に同じ方法によってECP1粒子を接着剤2に適用し、他方、実施例4において、実施例2の粒子混合物を、実施例2の方法によって接着剤2に適用した。
55重量部(pbw)のエラストマーと45pbwの樹脂との溶液を調製するために、最初にエラストマーをメチルエチルケトン(MEK)に溶解し、次いで樹脂を添加した。混合によって溶解を終えた後、溶媒の比がMEK/トルエン80/20pbw重量となるようにトルエンを添加した。溶液の粘度は約5,000〜10,000mPa.secであった。
接着剤1、接着剤2、および実施例5の接着剤配合物を有する接着フィルムにそれぞれ、銀被覆ガラス球だけがそれらの表面に埋め込まれる方法を実施した。作業変数は繊維と球との混合物に使用された作業変数と同じであった。すなわち、:熱板の温度90℃、ウェブ速度4.6m/分(15ft/分)、14SA%の粒子を提供するための回転ブラシ(12rpm)の動作電圧1.8V、負のDC電位7kVおよびシリコーンロールニップ圧力20psi(0.138MPa)を使用した。
Claims (36)
- 第1の電子要素と、
第2の電子要素と、
それらの間の耐久柔軟結合部と、を含み、前記結合部が、
細長い電気伝導性粒子を含む異方性導電性接着剤と、
細長いコンタクト領域によって設けられた、前記第1の電子要素と前記第2の電子要素との間の少なくとも1つの電気経路とを含み、
前記結合部が少なくとも約200回の曲げサイクルの間、機能維持される、電子アセンブリ。 - 前記細長い電気伝導性粒子が、非球形粒子、楕円粒子、繊維、およびフレーク、ならびにそれらの組み合わせから選択される、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記電気伝導性粒子が、電気伝導性コーティングを有する繊維から選択される、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記結合部が少なくとも約500、少なくとも約1000、少なくとも約2000、少なくとも約4000、および少なくとも約5000から選択される多数の曲げサイクルの間、機能維持される、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤が硬化性である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤が構造用接着剤である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤のTgが、硬化後に25℃を超えて変化しない、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤が約100MPa未満、約75MPa未満、および約50MPa未満から選択される貯蔵剪断弾性率を有する、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤が約210℃より低い温度において約10秒未満で硬化可能である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤が熱可塑性である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤が、ポリエステル、コ−ポリアミド、ポリエーテル−コ−ポリアミド、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項10に記載の電子アセンブリ。
- 前記結合部が耐湿性である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記結合部が耐熱衝撃性であり、および/または少なくとも約100時間、約200℃を超える温度に耐性がある、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤がエラストマーを約30〜約70重量部、相応して硬化性ポリマーを約70〜30重量部含む、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記エラストマーが、天然ゴムおよび合成ゴム、フルオロエラストマー、およびシリコーンエラストマー、並びにそれらの組み合わせから選択される、請求項14に記載の電子アセンブリ。
- 前記エラストマーがブタジエン−アクリロニトリルコポリマーから選択され、任意選択的に、前記硬化性ポリマーが、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、およびそれらの組み合わせから選択され、フェノール樹脂が必要とされる場合、前記樹脂が任意選択的に、ヘキサメチレンテトラミン(HMTA)を含有してもよい、請求項14に記載の電子アセンブリ。
- 前記フェノール樹脂が約90〜約110℃の間の融点を有する、請求項16に記載の電子アセンブリ。
- 前記フェノール樹脂のHMTA含有量が、約5〜15%の範囲、任意選択的に約6〜10%の範囲である、請求項16に記載の電子アセンブリ。
- 前記フェノール樹脂が、約2%未満、約1%未満、および約0.2%未満から選択される遊離フェノール量を有する、請求項16に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤がエラストマーを約30〜約60重量部および硬化性ポリマーを少なくとも約40重量部含む、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤がエラストマーを少なくとも約50重量部および硬化性ポリマーを少なくとも約30重量部含む、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤がエラストマーを約45〜約60重量部および硬化性ポリマーを少なくとも約40重量部含む、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記接着剤がエラストマーおよび熱可塑性ポリマーを含む、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 1つの電子要素が集積回路のチップコンタクトである、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 1つの電子要素がフレキシブル電子回路である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 1つの電子要素が硬質である、請求項25に記載の電子アセンブリ。
- スマートカードであるか、またはスマートカードに含有される、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 1つの電子要素が高周波デバイスであるか、または高周波デバイスに含有され、それが任意選択的にRFIDタグである、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 1つの電子要素が、移動電話、パーソナル・デジタル・アシスタント、カメラ、コンピュータ、タイマー、およびそれらの組み合わせから任意選択的に選択される携帯用電子デバイスに含有される、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記電子アセンブリが耐タンパー性である、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 細長でない粒子をさらに含み、前記細長でない粒子が任意選択的に、電気伝導性粒子を含む、請求項1に記載の電子アセンブリ。
- 前記細長でない粒子が、前記細長い電気伝導性粒子の小さいほうの寸法の平均粒度よりも小さい主寸法の平均粒度を有する、請求項31に記載の電子アセンブリ。
- 前記細長い粒子が、重量を基準として細長い粒子と細長でない粒子との合計の大部分を占める、請求項31に記載の電子アセンブリ。
- 湿度試験の合格率が少なくとも約10%、熱衝撃試験の合格率が少なくとも約15%、および5000回の曲げサイクル試験の合格率が少なくとも約60%である、請求項31に記載の電子アセンブリ。
- 第1の電子要素と第2の電子要素との間の耐久柔軟結合部を設ける工程を含み、前記結合部が、細長い電気伝導性粒子を含む異方性導電性接着剤と、細長いコンタクト領域によって設けられた、前記第1の電子要素と前記第2の電子要素との間の少なくとも1つの電気経路とを含み、前記結合部が少なくとも約200回の曲げサイクルの間、機能維持される、電子アセンブリの製造方法。
- 前記接着剤が硬化性であり、前記接着剤を硬化させる工程をさらに含む、請求項35に記載の方法。
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