KR100421334B1 - 전기 전도성 충전재 - Google Patents

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Abstract

고도로 도전성이 금속 외피가 있는 입자로 이루어져 있는, 도전성 플라스틱재용 전기 도전성 충전자에 관한 것으로, 여기서 상기 입자는 가스-충전식, 압축-탄성, 특히 압축성인 것으로 양태화 된다.

Description

전기 전도성 충전재{Electrically conductive filler}
스팟상에서 전자기성 스크리닝 작용을 갖는 하우징 밀봉재 또는 가스켓의 생산을 위한 도전성 충전 특성을 갖는 실리콘-기재 전기 전도성 봉함재{"몰드-인-플레이스 가스켓(mold-in-place gaskets)"=MIPG 또는 "폼-인-플레이스 가스켓(form-in-place gaskets)"=FIPG)가 공지되어 있다.
90년대 초까지, 이들은 특히 스크리닝 하우징의 각 부품을 접착식으로 밀봉하거나 하우징 조립중 미리 제작된 스크리닝 밀봉재 또는 가스켓상에 붙이는 데 사용되었으며, 이들은 이들의 특성에 대응하게 조절되었다. 대응하는 제품에 대해서는 다음 데이터 쉬트를 참조할 수 있다. : CS-723 "Conductive Caulking Systems" (1972) from Tecknit, USA, Technical Bulletin 46 "CHO-BOND 1038" (1987) from Comerics, USA, 및 DE-A-39 36 534.
DE-A-39 34 845에는 탄성 담체 및 도전성이 큰 커버층을 포함하며, 조립전에 밀봉재 또는 가스켓을 사용한 하우징 부품의 선-제작 및 또한 최초 폐쇄후 하우징의 반복 개봉을 허용하는, 다중-파트 스크리닝 밀봉재 또는 가스켓이 기재되어 있다. 상기 구조는 특히 물질의 도전성을 제공하는 금속 입자의 고밀도로 인하여 발생하는, 비-균질성 문제점에 대항하기 위한 것이다. 그러나, 상기 다성분 밀봉재 또는 가스켓의 생산은 값이 비싸다.
그러므로, EP-B-0 629 114에 기재된 공정은 대량 생산시 일반적인 허용을 목표로 하는 것으로, 여기서는 초기 페이스트상의 도전성 물질을 바늘 또는 노즐로부터 압력에 의해 직접 하우징 영역상에 도포하고 동시에 도전성이고 탄성인 쉴딩 프로필 부재가 형성되도록 하는 방식으로(성형 구조물이 없는) 이의 표면에 부착하도록 탄성적으로 고정시킨다. 쉴딩 프로필 부재의 배열은 교차-단면 형태 및 크기 및 바늘 또는 노즐의 스위프 속도의 적합한 선택, 및 또한 점도, 틱소트로피 및 경화 또는 가교-결합 비율의 조절에 의한 방법으로 미리 결정된다.
공지된, 도전성이 높은 봉함재의 경우, 사용되는 충전재는 특히 덩어리상의 귀금속, 예를 들어 은 입자, 기재 코어를 갖는 귀금속-피복된 입자(예, Ag- 또는 Pt-피복된 Cu 또는 Ni-입자), 기재 금속의 복합물(예, Ni-피복된 Cu-입자), 또는 귀금속-피복된 유리 또는 세라믹 입자이다. 또한 공지되어 있는 탄소-기재 충전재는 도전성에 있어서 현재의 요구조건을 만족시킬 수 없다.
고도로 효과적인 선별성으로 신뢰할 수 있게 작동하는 전자 장비의 대규모 사용 및 가격 하락중, 스크리닝 하우징재의 생산이 높은 수준으로 단가 압력을 주는데, 이는 특히 가공이 용이하고 특성을 가변적으로 조절할 수 있는 밀봉재의 생산을 가능케 하는 값싼 충전재를 추구하도록 압력을 준다.
본 발명은 특허청구의 범위 제1항의 분류 영역에 기재된 바와 같은 도전성 플라스틱 물질용 전기 전도성 충전재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 플라스틱 물질용의 향상된 전기 전도성 충전재 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 목적은 특허 청구의 범위 제1항에 명시된 특징을 갖는 충전재 및 제10항 또는 제12항의 특징을 갖는 공정에 의해 성취된다.
본 발명은 탄성적으로 이형 가능한 금속 케이싱을 갖는, 저밀도의 가스-충전된 미세-중공체로부터 충전재를 형성시키는 기본적인 개념을 포함한다.
미세-중공체의 벽은 탄성재를 포함하는 내부 케이싱이 있는, 이중 층 특성이고 실질적으로 가스가 새어들지 않는 것이 바람직한데, 이는 함께 충전체에 고도의 탄성, 특히 탄성 압축성을 부여한다. 플라스틱 내부 케이싱이 있는 구조에 대한 대안이 있지만, 상기 벽은 또한 실질적으로 폐쇄된 금속층으로만 이루어질 수 있다.
모든 수요에 채택될 수 있는 체적 도전성을 갖는, 상기와 같은 유출성 충전재 - 더욱 특히 도전성 봉함재 또는 도전성 갭-충전 접착제 또는 도전성 코팅재 -로 충전된 열가소성 또는 열고정 물질은 금속 함량이 상대적으로 낮고, 밀도가 낮으며 탄성과 레질리언시 수준이 낮아 전자기 스크리닝 분야뿐만 아니라 기타 분야의 수많은 목적에 있어서 매우 적합하다.
미세-중공체의 직경 범위는 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 특히 15 ㎛ 내지 50 ㎛인 것이 유리하고, 가장 단순한 경우 대략 상압 또는 대기압하에서 공기 충전성을 갖는다. 그러나, 각각의 생산 공정에 따라서, 다른 충전 가스, 예를 들어 질소 또는 이산화탄소가 존재할 수 있다. 탄성에 실질적으로 영향을 주는 변수인 내부압은 또한 상압과 다를 수 있으며, 특히 완만하게 상승하는 압력일 수 있다.
현재, 중공체는 대략 중공 구형으로 가장 단순하게 생산할 수 있다. 매트릭스 물질을 수득하기 위하여 상기 중공체 형태에 충전재를 가함으로써 등방성 기계 및 전기 특성을 갖는 봉함재 또는 가스켓 물질이 수득된다.
대조적으로, 미세-중공체의 적어도 일부가 대략적으로 타원형, 원통형 또는 각주상 배열(단광상 배열 또는 플레이크 형태를 또한 포함)로, 타원의 최장 주축의 길이가 다음으로 큰 주축의 1.5배 이상이거나 원통의 높이가 지름의 1.5배 이상이거나 각주의 높이가 최대 기재 측 표면 길이의 1.5배 이상인 충전재는 기계적 및 전기적으로 비등방성인 봉함 및 스크리닝재가 생산되도록 한다. 특히 상기와 같은 물질이 바늘 또는 노즐로부터 방출될 때 또는 상기 물질이 조절기 또는 스퀴즈에 의해 도포될 때, 더욱 상세하게는, 역동적인 계면 배향 효과로 인하여, 기다란 미세-중공체의 배향 정렬이 발생할 수 있으며, 이어서 기판상에서 경화되어 상기 배향이 보존된다.
금속 케이싱(금속층)이 미세-중공체의 표면적을 전부 덮고 있는 것이 바람직하다. 따라서 가스가 스며들지 않는 집결도가 보증되어 형태에 있어서 탄성에 실질적으로 나쁘게 영향을 주지 않고 이들이 실질적으로 압축될 수 없도록 한다. 평균 두께 범위는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛으로, 이는 피복된 미세-중공체의 유효 밀도가 도전성 충전재가 사용될 플라스틱 매트릭스의 밀도의 수배인 미세-중공체의 치수와 매치된다.
목적하는 평균 밀도를 충족시키는 방식으로 서로 매치되는, 미세-중공체의 크기 및 평균 케이싱 두께는 일반적으로 설정된 수준의 체적 도전성을 성취하기 위한 전체적인 목적으로 선택된다. 이에 대해 매트릭스중 충전재의 도전성은 또한 피복물의 구조에 의해 실질적으로 영향을 받는 것으로 관찰된다(이후 참조).
금속 케이싱이 외층만이 귀금속층인, 2개 이상의 층을 포함하는 양태에서 특히 높은 재료 단가 절감이 가능하다.
금속 피복물의 표면은 봉함재중 매트릭스로의 친밀한 연결과 - 매트릭스중에서 서로 인접하는 중공체의 조직적인 인터로킹 방식에 의해 - 상대적으로 낮은 충전도에서도, 높은 수준의 체적 도전성을 확고히 하는, 결정상 또는 수지상 또는 성상의, 실질적으로 피복재로부터 방사상으로 배향된 연장부를 갖는 과도하게 구조화된 피복재로 다운되는, 거칠거나 다공성인 것이 바람직하다.
상기와 같은 종류의 뚜렷한 표면 구조는 진공 코팅 공정, 예를 들면, 진공하에서의 증착, 또는 스퍼터링 공정에 의해 유리하게 형성된다.
도전성 피복물은 전류-없는식 및(또는) 전기분해적 액상 금속화 공정 또는 아연도금 공정에 의해 값싸게 형성시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 도전성 피복물 - 플라스틱 물질을 포함하는 미세-중공체상에 도전성 피복물을 형성시키는 공정은 바람직하게는 전류-없는식 금속화 공정으로 제1 금속화 층을 형성시키는 제1 단계 및 전기분해적 금속화 공정으로 제2 금속화 층을 형성시키는 제2 단계를 포함한다.
금속화 욕중에서의 코팅에 대한 대안으로서, 가스상 금속화 공정, 특히 진공 증착 또는 반응성 스퍼터링에 의해 도전성 피복물을 형성시킨다.
특히 액체상 변형법에서, 상기 공정은 도전성 피복물의 형성 전 또는 후에, 표면 부식 또는 미세-중공체의 표면 에칭 단계를 1개 이상 포함하여 표면까지 거칠게 하거나 다공성으로 만든다. 금속화 공정전에 상기와 같은 처리를 하면 금속층의 접착이 향상되거나 특정 열가소성 재료의 경우 먼저 이들이 충분한 접착성이 되도록 한다.
본 발명의 유리한 개발은 또한 첨부되는 특허청구의 범위에서 특징화되며 본 발명의 바람직한 양태의 기술과 관련하여 이후 더욱 상세하게 설명된다.
제1 양태로, 충전재는 평균 직경이 약 20 ㎛이고, 과도하게 결정상 구조화되고, 특수 벌크재 샘플 홀더에서 도모된 중공구상에 가스상으로부터 침전된, 평균 두께(중량 또는 밀도로부터 산정)가 약 300 ㎚ 내지 1 ㎛인 Ag-피복물을 갖는 플라스틱 중공구(예, PVDC = 폴리비닐리덴 클로라이드, PTFE = 폴리테트라플루오로에틸렌, 아크릴로니트릴 또는 폴리프로필렌)를 포함한다. 상기 독특한 표면 구조는 공정 변수, 예를 들면, HF-전압, 샘플 홀더의 온도 및 재료 및 담체 가스 조성 및 스퍼터링 공정에서의 유속을 적합하게 조정함으로써, 특별한 예비 또는 후속 처리 없이 성취할 수 있다.
그러나, 상기 제1 양태의 변형법에서는, 자체 공지된 크로모황산 또는 알칼리 수산화물 에칭욕중에서 초기 중공구를 표면 에칭시킴으로써 플라스틱 표면에 초기 구조를 생성시킬 수 있으며, 이후 플라스틱 표면상에는 코팅 단계에서 적합한 가공 실행에 의해 생산된 Ag-층의 제2 구조가 유리하게 형성되어, - 평균 입자 직경에 대해서 - 거대한 피크-대-피크 공간이 성취될 수 있다. 상기 종류의 충전재는 상대적으로 낮은 수준의 농도에서도, 합성 수지-기재 봉함재에 충분히 높은 수준의 도전성을 부여하며, 또한 특히 낮은 침강 경향을 갖도록 한다.
제2의 양태로, 충전재는 "단부" 길이 범위가 10 내지 40 ㎛인 대략 입방형의 열가소성 중공체{예를 들면 상기 언급한 중합체 및(또는) 폴리이미드중 하나}와 총 두께가 약 2 ㎛인 Ni-층과 그 위의 다공성 Ag-층을 포함하는 금속화층을 포함한다. Ni-층은 초기 중공체를 크로모황산욕중에서 에칭시키고, 세정용에서 세정하여 Pd-포함 활성화욕중에서 전류-없는식 공정으로 귀금속 활성화시키며, Ag-층을 전기분해적으로 침착시킨 후 도포한다. 이 경우 중공체 충전은 각 경우 적합하게 미세한-메쉬 벽이 있는 침지 드럼에서 이루어진다.
제3의 양태로, 중공체는 벽 두께가 4 내지 5 ㎛인 Ni- 또는 Ni/Ag-금속 케이싱만으로 이루어져 있으며 이들은 적합한 직경의 플라스틱 입자에 금속층을 도포하고 이어서 플라스틱 코어를 열분해에 의해 제거함으로써 형성된다.
본 발명은 이의 실행에 있어서 전술한 바람직한 양태로 제한되지 않는다. 반대로, 상이한 종류의 배열에서도 첨부되는 특허 청구의 범위에 따라서 기재되는 원리를 이용하도록 하는 별개의 수많은 배열을 구상할 수 있다.
본 발명의 플라스틱 물질용의 향상된 전기 전도성 충전재는 가공이 용이하고 특성을 가변적으로 조절할 수 있는 밀봉재의 생산을 가능케 한다.

Claims (12)

  1. 고도로 도전성인 금속 케이싱을 갖는, 가스-충전된 미세-중공체로 이루어진 도전성 플라스틱 물질용 전기 전도성 충전재에 있어서,
    상기 미세-중공체는 탄성적으로 압축성이고 가스가 스며들지 않으며, 플라스틱 물질의 내부 케이싱을 가짐을 특징으로 하는 도전성 플라스틱 물질용 전기 전도성 충전재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 미세-중공체의 직경 범위가 5 ㎛ 내지 100 ㎛을 특징으로 하는 충전재.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 미세-중공체의 양 중 적어도 일부가 대략적으로 중공 구형의 형태의 것임을 특징으로 하는 충전재.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 미세-중공체의 양 중 적어도 일부가 대략 타원형, 원통형 또는 각주상 배열의 것으로, 여기서 타원의 최장 주축의 길이가 다음으로 큰 주축의 1.5배 이상이거나 원통의 높이가 지름의 1.5배 이상이거나 또는 각주의 높이가 최대 기재 측 표면 길이의 1.5배 이상임을 특징으로 하는 충전재.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 금속 케이싱은 상기 미세-중공체의 표면 전체를 덮고 있으며, 가스가 스며들지 않도록 상기 미세-중공체의 표면 전체를 둘러싸고 있음을 특징으로 하는 충전재.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 금속 케이싱이 2개 이상의 층을 포함함을 특징으로 하는 충전재.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서, 금속 케이싱이 방사식으로 배향된 결정상 구조를 갖는 거친 표면을 가짐을 특징으로 하는 충전재.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서, 금속 케이싱의 평균 두께 범위가 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛이며, 여기서 평균 두께는 미세-중공체의 유효 밀도 범위가 0.3 내지 3 g/㎤인 미세-중공체의 치수에 매치되는 것임을 특징으로 하는 충전재.
  11. 삭제
  12. 삭제
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