JP4558847B2 - カプセルを密封するための積層体 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、デリケートな電気機器の保護に関し、特に、かかる機器のためのカプセル化に適している積層体に係わり、また、かかる積層体を製造する方法にも関する。
発明の背景
困難な環境で用いられるべき機械機器及び電気機器は、それの機能が損傷を受けないために、あるいは、中断されないために、しばしば、その困難な環境から保護しなければならない。
多くの場合、プラスチック形式の包囲体が用いられている。より需要のある適用例には、例えば、確立された技術分野では、いくつかのプラスチック材料、あるいは、プラスチック及び金属板のような他の材料からなる積層体が用いられている。プラスチック及び金属の積層体は、水蒸気の拡散に対し透過性でなく、電気シールド性のものであるという利点を有している。金属層に依存して、特に、その厚みに依存して、可撓性で堅い積層体を得ることができる。その後者のものは、ある材料組成の場合、深絞りもすることができ、それにより箱及び蓋を密封してカプセル化する簡単な製造方法を提供する。
プラスチック／金属からなる積層体の製造は、通常、以下の２つの態様のうちの１つで行われる：
1．接合されるべき面のうちの１つを、粘着性のコンシステンシーを有するポリウレタンの接着剤で被覆し、その後、表面を互いに熱で押圧する。接着剤は溶剤を含んでおり、大きな空間を占める乾燥機械でその接着剤付けされた材料を乾燥させることにより該溶剤を除去しなければならない。更に、接着剤を硬化させるべく該接着剤に水を拡散するために、二ヶ月ほど積層体を貯蔵し、それにより、その接着剤の後硬化をしなければならない。接着剤接合部は劣悪な湿度抵抗性を有している。
2．金属板経路上に、プラスチック層を薄い層の形で押し出す。用いられる幅広いスリット形式のノズルには高い要求が加えられている。更に、市場で用いられている押出器並びにそれらのスクリューは大きく、その結果、別の材料を押し出すための再調整は困難で、その時の事情に左右され、また、その再調整をするには非常に時間が掛かる。このことは、例えば、デリケートな電子回路のための異なる形式のカプセルを作る場合のごとく融通のきく製造方法を必要とする場合、小規模なシリーズで用いられるべき積層された材料を製造するには適していない。
また、金属層への接合を、その接合層も完全に積層体のプラスチック成分であり得る場合、イオノマープラスチックの層により得ることに関連し、プラスチック／金属の積層体を製造することができる（例えば、ヨーロッパ特許願第ＥＰ−Ａ２ ０ ０５７ ９９４号、米国特許第ＵＳ−Ａ ５，３７６，４４６号、米国特許第ＵＳ−Ａ ４，４３９，８１０号、米国特許第ＵＳ−Ａ ３，７２５，１６９号及びドイツ国公告特許願第ＤＥ ２ ２３３ ９５８号を参照されたい）。
発明の記述
本発明の目的は、確立されている技術に関連している上述した問題点を解決することである。
具体的には、本発明の目的は、電気及び電子構成要素を機械的に保護し、電気的にシールドするのに適した積層体を提供することである。
別の目的は、安価に、小規模なシリーズで製造することができる電気構成要素を保護するための積層体を提供することである。
別の目的は、小規模シリーズで用いられる電気構成要素に、合理的な価格で、用いることができるかかる積層体を製造する方法を提供することである。
別の目的は、デリケートな電気構成要素を確実な態様で保護する方法を提供することである。
密封及びシールドを行う場合、金属板および（または）板に接合されたイオノマープラスチックの層を含む積層体を用いる。かくて、プラスチック層及び金属面との間に何等の接着剤を加えることなく接合を行い、十分きれいにされた金属面に、熱で、プラスチック層を押圧することによりその接合を得る。使用される金属は、空気中に貯蔵する場合、それら金属の表面を酸化するようになっていなければならない。かくて、多層積層体が提供され、その多層積層体においては、１つの金属層により優れた電気シールド作用が得られ、また最も外側の金属層により優れた機械的強度および（または）腐食に対する化学的抵抗性が得られる。積層体の内側でのプラスチック層は金属からなる電気コネクタの周縁で直接、同じ態様で、接合されている。
一般に、目的物を、汎用的な方法により密封する際に用いられる積層体は、金属層とポリマー層とを有しており、特に、表面上で空気に酸化された金属からなる第１の層と、イオノマープラスチック材料からなる第２の層とを有している。これらの層は互いに直接接合され、特に、圧縮中熱により互いに直接接合されている。圧縮中の温度は、イオノマープラスチック層の材料が半分だけ溶かされ、あるいは、極めて粘性のある状態のものであるべきである。熱での圧縮後、より高い温度での熱処理を有利な態様で行い、その際、イオノマープラスチック層は、圧縮時よりも著しくより流動性のあるものであり、金属層とポリマー層との間の接着性がかなり増大する。第２の層は熱可塑性層上の、特に、ポリテン（polythene）あるいはポリプロペン（polypropene）からなる表面材料層であり得、該表面層は熱可塑性層の適宜の処理により得られた。
積層体は金属の第３の層を更に有しており、該第３の層も空気中で表面上で酸化される。この第３の層はイオノマープラスチック材料の層に直接接合され、該イオノマープラスチック材料は、熱可塑性層の他方の側の第２の層、即ち表面材料層であり得る。
更に、イオノマープラスチック材料の第４の層が存在することができ、特に該第４の層は第３の層に接合され、それによりこの第４の層は積層体の内層であり、あるいは、それは熱可塑性のベース層上の表面材料層である。
積層体は電子構成要素の密封及びカプセル化に意図されており、特に電子構成要素が装荷された電子回路盤に意図されており、次に、第１に、外方金属層は、箔の層、あるいは、Ｎｉの板材、あるいは鋼板のような機械的に強いおよび（または）耐腐食の金属材料である。次に、第３の層は、特にＡｌあるいはＣｕのような優れた電気伝導度を有する金属層である。更に、金属材料層は、深絞りに適した種類であるのが有利であり、それにより、例えば、堅いカプセルを形成することができる。
異なる層は実質的に同じ厚みを有することができ、また、例えば、異なる層は約５０μｍの厚みを有することができる。
かかる積層体間の接合部の、特別に優れた電気シールドを必要とする場合、例えば、参考としてここに組み込まれている国際特許願ＰＣＴ／ＳＥ９４／００２５５に記載されている方法により、その接合部を短絡させることができる。
図面の説明
さて、本発明を、添付図面を参照して非限定的実施例により詳細に説明する。それにおいて、
−図１は、積層体が底板として用いられているプリント回路基板のためのカプセル化を示している分解斜視図であり、
−図２ａと図２ｂは、カプセル化に用いられ、および（または）、シールドのために用いられる２つの接合積層体の周縁区域の断面図であり、
−図３ａと図３ｂは、図２ａの積層体のための製造手順を示している。
好適詳細な説明
加熱された場合に、多くの金属表面に対して優れた密着性を有する材料は、イー．アイ．デュポン．デ．ネモア（E．I．Du Pont de Nemours）社からの「サーリン（Surlyn）」という名前で市場で入手可能な形式のプラスチック材料、例えば、形式１６５２、あるいは会社エクソン化学アメリカズ（Company Exxon Chemical Americas）社からの「イオテック（Iotek）」のような熱可塑性のイオノマーである。これらの熱可塑性材料は、カルボキシル側基_-ｃｏｏ^-を有する炭素チェーンを含んでおり、これらのカルボキシル基は亜鉛イオンＺｎ²⁺により、および（または）、ナトリウムイオンＮａ⁺のような他の材料により相互接続されている。金属面への接合は、原則として、少なくとも部分的に酸化される金属面で酸素原子に関係づけられた負の電荷に金属イオンが引きつけられることにより生ずると考えることができる。この機構が活動するのは、金Ａｕの表面のような酸化されていない金属面に対する非接合または劣悪な接続が得られ、またＮａ⁺のようなより少ない電荷を有するイオンもＺｎ²⁺よりも劣った接合を与えるという事実により、確認されている。それ故、亜鉛イオンに基づいたイオノマー材料がここでは好ましく、しかし、もちろん、金属面に上述した優れた密着性を与えるならば、他の金属イオンに基づいた熱可塑性イオノマーを用いることができる。
従って、イオノマー層の優れた密着性のためには、使用される金属の表面を極めて充分に清浄に洗浄する必要はないが、塵、油及び起こり得る粒子をその表面から除去しておくだけの必要がある。酸化層は金属表面に残しておかなかればならない。金属層あるいは面に使用されるべき代表的な材料はニッケル、アルミニウム、鋼の形態の鉄、例えば、深絞りされた鋼、亜鉛を含む鋼、アルジンク（aluzinc）、銅等のような保護層で覆われた鋼である。金属は、イオノマー層が接合される剛体金属板、可撓性金属板あるいは金属箔の形をして存在することができる。
図１において、電子回路基板１１に適しているカプセル化の分解斜視図が示されている。回路基板１１は底部１３に取り付けられ、該底部１３は、例えば、ニッケルで作られた下方金属板、即ち、金属板１５と、それに取り付けられたイオノマープラスチック層１７からなる。該イオノマー層１７は、以下に述べる通り、熱での押圧により、金属板１５に取り付けることができる。外部の電気コネクタ端子（図示せず）を、下方板１３に備えることができる。また、頂部部分、即ち、蓋１９が備えられており、該蓋１９は、回路基板１１に装荷された電子構成要素を包囲するためのボウル形をした中心位置部分２０と、上方部１９の円周全体に沿って延在し、かつ平坦な下面を有しているフランジ、即ち、周縁部分２１とを有している。回路基板１１を密封しカプセル化する際、上方部１９は下方部１３上の所定の場所に置かれ、それのフランジ２１の下面はイオノマープラスチック層１７の周縁部分に接触する。次に、圧縮力及び熱を、周縁領域全体に適用し、それにより下方部１３に対する蓋１９の堅固な密封及び機械的固定即ちセメント化が得られる。
高周波で用いられるべき電子構成要素をカプセル化する際、そのカプセル化するものの内側の構成要素の完全な電気シールドを得ることが望ましい。上述した方法では、完全にしっかりしたカプセル化というものは得られず、プラスチック材料１７のところにわずかな区域が得られ、そこでは、回路基板１１上の、さもなくば充分にシールドされた電子回路に、あるいは該電子回路から電波を漏洩することができる。次に、周縁領域のシールド掛けを、上述した国際特許願に記載された態様で得ることができる。次に、下方部と上方部１３、１９の間で密封が得られる周辺区域に挿入される、突出部分を有している接触素子が用いられる。この場合、カプセル化材料からなる２つの金属層を準備しておくのが有利である。かかる装置に適した積層体２２、２２’は、２つの同じ積層体の周縁接合部の断面図を示している図２ａに示されている。かかる積層体２２の最外方には、ニッケルのような耐腐食金属の外層２３が存在している。この層の内側には、イオノマープラスチック層２５があり、またそれの内側には別の金属層２７がある。該金属層２７は優れた電気導体であるべきで、従ってアルミニウムを選定することができる。最内方には、イオノマープラスチックの更に別の層２９がある。積層体での異なる層はほぼ同じ厚みを有することができ、例えば５０μｍの厚みを用いることができる。
図２ａに示されている積層体は、例えば、図１による蓋１９を製造するための深絞りの次元に、即ち上記した次元に少なくとも充分適している。周縁領域の電気シールド掛けにおいて、例えば、同じ種類の２つの積層体２２、２２’が、互いに接触した自由イオノマープラスチック層２９、２９’を有して置かれている。積層体の周縁区域間には、細長い導電材料が、例えば、スクリュー形状に曲げられている薄い金属帯体の形をした突出部を有する細長い導電材料が、図２ａの３１で示されているように置かれている。積層体の周縁区域を圧縮し、かつ加熱する際、次に、金属帯体３１の複数部分は積層体２２及び２２’内を通り、適宜の材料次元及び材料選択に対し、その複数部分は内方イオノマープラスチック層２９、２９’及び、例えば、アルミニウムからなる内方金属層２７、２７’に押圧され貫通する。次に、積層体２２、２２’におけるシールド用内方金属層２７、２７’に対して電気接触が得られる。次に、接触材料３１は、特に外方保護材料層２３、２３’がニッケル箔のように高い機械的強度を有している材料からなる場合、それら外方保護材料層２３、２３’には貫通しない。
図１によるシールド用包囲体を製造するための積層体２２、２２’を用いる場合、内方イオノマープラスチック層２９あるいは２９’を、可能性として、電気コネクタ端子が配備されるべき区域を除いて除外することができる。何故なら、それらはイオノマープラスチック層に対する熱での圧縮により、縁部に沿って適宜密封されるからである。２つの異なる積層体２２”及び２２’でなされるカプセル化の周縁区域の断面図は図２ｂに示されている。
図１、図２ａあるいは図２ｂによる積層体は、例えば図３ａに概略的に示されているように、熱での圧縮により簡単に作ることができる。図２ａによる実施例に従って積層体２２を作るために、適宜の形状に切断された異なるシート２３−２９を、プレスにおける押圧板３３の加熱された圧縮面間に置く。あるいは、シートあるいは箔を、加熱されたシリンダ３５間に一体に積層することができる（図４ｂ参照）。圧縮後、プラスチックと金属との間の密着性を更に高めるために、より高温で熱処理を行う。
金属板に対するイオノマープラスチック層の密着性を試験する実験において、アルミニウム板からなる表面層を有する積層体、１６５２サーリン形のイオノマープラスチックからなる中間シート、追加アルミニウム板、及び底部のところのイオノマープラスチック層を製作した。現存する全ての層は５０μｍの厚みを有していたし、また、それらを、図４に示された種類の加圧板間で、１００°の温度、１・１０⁶Ｎ／ｍ²の圧縮力で、１分の時間押圧した。その際、１４０°の温度を有する釜に、１時間その積層体を維持することにより、圧縮することなく、熱処理を行った。冷却後、こうして得られた積層体を、水での沸騰により、１５時間、再び試験した。層割れの痕跡は認められなかったし、特にイオノマープラスチックと金属との間の境界部のところで何等水の浸込みの痕跡は無かった。ポリウレタン接着剤を用い、接着接合により、従来の態様で金属板に接合されたポリテンシートの対応する処理において、プラスチックと金属との間の境界部のはっきりした加水分解は、５分間の水での沸騰後、明らかに認められた。
また、８５％の相対湿度の湿度大気に、そして８５°の高温に積層体を保ってその積層体に対する実験も行った。イオノマープラスチック積層体の場合、１５００時間の貯蔵後、何等変化は認められなかった。一方、従来通り製作された対応する積層体の場合、２００時間後、プラスチックと金属板との間の接合区域に変化が生じた。
積層体の押圧は可能な限り高い温度で、即ちイオノマープラスチック層がまだ半分だけ溶けて、余りにも液体でない時に行われるべきである。金属とイオノマープラスチック層との間の優れた密着性は、プラスチック材料が低い粘度を有していて容易に流動する温度でなされるべき最終熱処理によりかなり改良される。最終熱処理が低温で、例えば１２０°でなされる場合、最大の密着性は得られず、一方、１６０°のような高い温度を用いる場合、プラスチック層は乳白色となり、プラスチック材料の熱分解を示す。

Claims (7)

1. 密封された積層体であって、
   第１の積層体と、
   第２の積層体と、
   熱可塑性プラスチックのイオノマー材料からなる最も内側の層と、
   前記第１の積層体と前記第２の積層体との間に配された電子回路板と、を備え、
   前記第１の積層体は、
   機械的に強くおよび（または）耐腐食性の金属材料の外方金属層であって、Ｎｉのシートあるいは箔の層、あるいは鋼板の層と、
   前記外方金属層の内側に位置し、イオノマープラスチック材料のみを有している層と、
   前記イオノマープラスチック材料の層の内側に位置する、前記外方金属層の材料とは異なる金属材料からなる層であって、優れた電気伝導度を有するＡｌあるいはＣｕからなる層と、を有し、
   前記第２の積層体は、
   機械的に強くおよび（または）耐腐食性の金属材料の外方金属層であって、Ｎｉのシートあるいは箔の層、あるいは鋼板の層と、
   前記外方金属層の内側に位置し、少なくともイオノマープラスチック形式の表面層を有し、イオノマープラスチック材料のみを有している層と、
   前記イオノマープラスチック材料の層の内側に位置する、優れた電気伝導度を有する金属材料からなる層であって、ＡｌあるいはＣｕからなる層と、を備え、
   前記電子回路板は、
   その上に複数の電子構成要素が配されており、前記積層体の他の層の表面領域よりも少ない表面領域を有しており、前記第１の積層体及び前記第２の積層体が、周縁部において互いがヒートシールされることにより、前記密封された積層体の周囲において、前記電子回路板の周りが密封されることを特徴とする積層体。
2. 請求の範囲第１項記載の密封された積層体において、前記金属材料の層は深絞りに適した種類のものであることを特徴とする積層体。
3. 請求の範囲第１項記載の密封された積層体において、異なる層は、同じ厚みを有しており、該異なる層は５０μｍの厚みを有していることを特徴とする積層体。
4. 請求の範囲第１項記載の密封された積層体において、前記第２の積層体の最内方層は、熱可塑性のベース層上の表面材料層であることを特徴とする積層体。
5. 電子構成要素を密封し、かつカプセル化する、電子構成要素が装荷されている電子回路板を密封し、かつカプセル化する方法であって、
   −−機械的に強くおよび（または）耐腐食性の金属材料からなる外方金属層であって、Ｎｉのシートあるいは箔の層、あるいは鋼板の層と、
   −−少なくともイオノマープラスチック形式の表面層を有しているプラスチック材料の外方金属層の内側の層であって、イオノマープラスチック材料だけを有する層と、
   −−優れた電気伝導度を有する金属材料であって、ＡｌあるいはＣｕからなるプラスチック金属層の内側の層と、
   −を有している第１の積層体を提供する工程と、
   −−機械的に強くおよび（または）耐腐食性の金属材料からなる外方金属層であって、ＮｉのシートあるいはＮｉの箔の層、あるいは鋼板の層と、
   −−少なくともイオノマープラスチック形式の表面層を有しているプラスチック材料の外方金属層の内側の層であって、イオノマープラスチック材料だけを有する層と、
   −−優れた電気伝導度を有する金属材料であって、ＡｌあるいはＣｕからなるプラスチック金属層の内側の層と、
   −−熱可塑性イオノマー材料からなる最内方層と、
   −を有している第２の積層体を提供する工程と、
   −内方区域で、前記電気構成要素を前記積層体のうちの１つの頂部に置く工程と、
   −各積層体の周縁区域を互いに熱で押圧し、前記積層体の前記内方層は互いに面しており、これにより該積層体の縁部に沿って密封を提供し、この結果、電気構成要素の密封された包囲体を提供する工程と、
   を有していることを特徴とする方法。
6. 請求の範囲第５項記載の方法において、前記第１の積層体を提供する際、該第１の積層体に熱可塑性イオノマー材料からなる最内方層も与えていることを特徴とする方法。
7. 請求の範囲第５項記載の方法において、加圧工程の前に、前記積層体のうちの少なくとも１つを適宜の形状に深絞りすることを特徴とする方法。

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