WO2010028950A1 - Verfahren zur verklebung zweier konststoffoberflächen - Google Patents

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WO2010028950A1
WO2010028950A1 PCT/EP2009/060992 EP2009060992W WO2010028950A1 WO 2010028950 A1 WO2010028950 A1 WO 2010028950A1 EP 2009060992 W EP2009060992 W EP 2009060992W WO 2010028950 A1 WO2010028950 A1 WO 2010028950A1
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heat
resins
adhesive
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Marc Husemann
Markus Brodbeck
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Tesa Se
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Definitions

  • the invention relates to a heat-activatable adhesive with high repulsion resistance, especially at temperatures up to + 85 0 C and their use in plastic / plastic bonding in consumer electronics components.
  • flexible printed circuit boards are used to control the camera lens or for taillight illumination units for LCD displays (liquid crystal displays, liquid crystal displays).
  • LCD displays liquid crystal displays, liquid crystal displays
  • the trend is increasing the diversity of designers, as more and more components can be designed flexibly and still remain electrically connectable.
  • the use of flexible printed circuit boards also requires new adhesive tape solutions, since flexible printed circuit boards are often partially fixed even in the housing.
  • pressure-sensitive adhesives or double-sided pressure-sensitive adhesive tapes are usually used.
  • the stresses are relatively high, since a constant Repulsionskraft acts by the bending stiffness of the flexible circuit board, the Compensate for pressure-sensitive adhesive.
  • consumer electronic devices are often also subjected to a climate change test to simulate external climatic influences.
  • a temperature range of -40 0 C to +85 0 C is usually covered. While lower temperatures are not a problem since the PSA hardens and thus the internal strength increases, especially high temperatures are a problem, since the PSAs are becoming more flowable, lose internal strength and cohesively split the PSAs or pressure-sensitive adhesive tapes under the Repulsionskraft. Despite this difficult environment, a large number of pressure-sensitive adhesive tapes have already been developed. For example, the company Nitto Denko offers the products 5606R or 5608R for this purpose. It is also possible to increase the layer thickness of the pressure-sensitive adhesive or of the pressure-sensitive adhesive tape, since the adhesive strength also increases with increasing application of the composition.
  • Heat-activatable adhesives can be divided into two categories: a) thermoplastic heat-activatable films b) reactive heat-activatable films
  • Heat-activatable films have a particularly high bond strength, but must be activated by temperature. Therefore, they are usually used for metal-metal or metal-plastic bonds. Here, the metal side allows to bring in the heat needed for activation. For plastic-plastic bonds, this is not possible because plastics act as a thermal barrier and usually deformed first before the required heat reaches the heat-activatable adhesive.
  • the invention is based on the object of providing an adhesive film for fastening flexible circuit boards to plastic components for portable consumer goods electronic articles, in particular in view of this prior art a) from -40 to +85 0 C can be used and in this temperature range withstands the repulsion force of the flexible printed circuit board b) is characterized by bond strengths greater than 15 N / cm on polyimide c) can be activated by heat, without the plastic to be bonded on the surface be damaged.
  • the object is achieved by a method for bonding two plastic surfaces using an adhesive or an adhesive film, comprising at least one heat-activatable adhesive.
  • At least one of the Kunststoffzstoffoberfest should very preferably belong to a substrate having a heat conductivity which is large enough to transfer the necessary for bonding activation energy of the heat-activated adhesive.
  • the adhesive is very preferably based on i) at least one thermoplastic with a softening temperature or
  • Melting temperature in the range between 90 and 120 0 C, ii) optionally up to 20 wt .-% of at least one tackifying resin and / or iii) optionally up to 30 wt .-% of one or more reactive resins, that is, those resins which are capable of to react with itself, with other reactive resins and / or with the thermoplastic.
  • the adhesive is limited to the aforementioned components, but it may also be advantageous according to the invention if it has further constituents.
  • At least one of the plastic surfaces must belong to a substrate which has a thermal conductivity which is large enough to transmit the activation energy of the heat-activatable adhesive necessary for the bonding
  • Thermoplastics are understood to mean those compounds as defined in the Römpp (online version, edition 2008, document identifier RD-20-01271).
  • the adhesive should very preferably have a crossover point (identity of memory module and Verlusimodui) measured by test method C (see experimental section) of greater than 100 0 C and less than 125 ° C exhibit.
  • a crossover point identity of memory module and Verlusimodui measured by test method C (see experimental section) of greater than 100 0 C and less than 125 ° C exhibit.
  • thermoplastic materials are used, which achieve a good wetting to the plastic surfaces by their melting.
  • the following polymers are used with particular preference, wherein in this list no claim to completeness exists: polyurethanes, polyesters, polyamides, ethylene vinyl acetates, copolyamides, copolyesters, polyolefins.
  • polyolefins examples include polyethylenes, polypropenes, polybutenes, polyhexenes or copolymers of polyethylene, polypropene, polybutene or polyhexene.
  • Different polyolefins are offered by Degussa under the trade name Vestoplast TM, differentiating between propene-rich and butene-rich types.
  • polyamides and copolyamides are used as a further preferred class of substances.
  • Polyamides or copolyamides can also be used as a mixture.
  • Polyamides or copolyamides are usually based on dicarboxylic acid and diamines prepared via polycondensation reactions. In order to achieve the required melting range, preference is given to using dicarboxylic acids, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid or dimer fatty acid.
  • the dicarboxylic acids mentioned can also be combined with one another.
  • the diamines used are preferably ethylenediamine, hexamethylenediamine, 2,2,4-triemethylhexamethylenediamine, piperazine or isophoronediamine.
  • diamines can be combined with each other.
  • Commercially e.g. Polyamides and copolyamides under the brand name Platamid® from Arkema or under the brand name Vestamelt® Evonik Degussa available.
  • polyesters and copolyesters are used as a further preferred class of substances.
  • Polyesters or copolyesters are based on dicarboxylic acid and diols, which are then reacted in a polycondensation reaction.
  • phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or adipic acid are particularly preferably used as dicarboxylic acids.
  • the dicarboxylic acids mentioned can also be combined with one another. Being diols 1, 2-Ethand ⁇ ol, 1, 4-butanediol, neopentyl glycol, 1, 6-hexanediol, cyclohexanedimethanol or diethylene glycol are particularly preferably used.
  • the diols mentioned can also be combined with each other.
  • copolyesters commercially available under the brand name Dynapol® S from Evonik.
  • the monomers used and their amounts are also here again preferably selected such that when using the Fox equation (G1) results in the desired temperature.
  • the molecular weight can be varied.
  • polymers with a medium or low molecular weight are used.
  • low molecular weight and high molecular weight polymers can be mixed together.
  • polyethylenes, polypropenes, polybutenes, polyhexenes or copolymers of polyethylene, polypropene, polybutene or polyhexene are used.
  • thermoplastic To optimize the adhesive properties and / or the activation range of the thermoplastic, it is possible to add tackifying resins or reactive resins.
  • tackifying resins are all prior art tackifier resins described in the literature. Representative are the pinene, indene and rosin resins, their disproportionated, hydrogenated, polymerized, esterified derivatives and salts, the aliphatic and aromatic hydrocarbon resins, terpene resins and terpene-phenolic resins and C5 Any combinations of these and other resins can be used to adjust the properties of the resulting adhesive as desired.
  • all compatible with the corresponding thermoplastic (soluble) resins can be used, in particular reference is made to all aliphatic, aromatic, alkylaromatic hydrocarbon resins, hydrocarbon resins based on pure monomers, hydrogenated hydrocarbon resins, functional hydrocarbon resins and natural resins.
  • reactive resins e.g. Phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, isocyanate-functional resins, or mixtures of the above-mentioned resins.
  • Phenolic resins e.g. Phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, isocyanate-functional resins, or mixtures of the above-mentioned resins.
  • a variety of other resins, fillers, catalysts, anti-aging agents, etc. can be added.
  • a very preferred group includes epoxy resins.
  • the molecular weight of the epoxy resins varies from 100 g / mol to a maximum of 10,000 g / mol for polymeric epoxy resins.
  • the epoxy resins include, for example, the reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin, the reaction product of phenol and formaldehyde (novolak resins) and epichlorohydrin, glycidyl ester, the reaction product of epichlorohydrin and p-amino phenol.
  • Preferred commercial examples are e.g. Araldite TM 6010, CY-281 TM, ECN TM 1273, ECN TM 1280, MY 720, RD-2 from Ciba Geigy, DER TM 331, THE TM 732, THE TM 736, THE TM 432, THE TM 438, THE TM 485 from Dow Chemical, Epon TM 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871, 872,1001, 1004, 1031 etc. from Shell Chemical and HPT TM 1071, HPT TM 1079 also from Shell Chemical.
  • Examples of commercial aliphatic epoxy resins are e.g. Vinylcyclohexane dioxides such as ERL-4206, ERL-4221, ERL 4201, ERL-4289 or ERL-0400 from Union Carbide Corp.
  • novolak resins e.g. Epi-Rez TM 5132 from Celanese, ESCN-001 from Sumitomo Chemical, CY-281 from Ciba Geigy, DEN TM 431, DEN TM 438, Quatrex 5010 from Dow Chemical, RE 305S from Nippon Kayaku, Epiclon TM N673 from DaiNipon Ink Chemistry or Epicote TM 152 from Shell Chemical.
  • reactive resins and melamine resins such as Cymel TM 327 and 323 from Cytec.
  • reactive resins and terpene phenolic resins such as NIREZ TM 2019 by Arizona Chemical.
  • reactive resins may also be phenolic resins, e.g. YP 50 from Toto Kasei, PKHC from Union Carbide Corp. And BKR 2620 from Showa Union Gosei Corp. deploy.
  • phenolic resins e.g. YP 50 from Toto Kasei, PKHC from Union Carbide Corp.
  • BKR 2620 from Showa Union Gosei Corp. deploy.
  • polyisocyanates such as e.g. Use Coronate TM L from Nippon Polyurethane Ind., Desmodur TM N3300 or Mondur TM 489 from Bayer.
  • crosslinkers and accelerators to the mixture.
  • Suitable accelerators are e.g. Imidazoles, commercially available as 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505, L07N from Shikoku Chem. or Curezol 2MZ from Air Products.
  • amines in particular tert. -Amine use for acceleration.
  • the heat-activatable adhesive is provided for further processing and bonding to a release paper or release liner.
  • the coating can be made from solution or from the melt.
  • the solvent is preferably removed in a concentration extruder under reduced pressure, for which single or twin screw extruder can be used, preferably distilling off the solvent in different or the same vacuum stages and a feed preheating feature. Then is coated via a melt nozzle or an extrusion die, where appropriate, the adhesive film is stretched to the optimum To achieve coating thickness.
  • a kneader or a twin-screw extruder can be used for mixing.
  • the adhesive As temporary support materials for the adhesive, the familiar and customary materials such as films (polyester, PET, PE, PP, BOPP, PVC, polyimide) and release papers (glassine, HDPE, LDPE) are used.
  • the substrates should be equipped with a release layer.
  • the release layer in a very preferred embodiment of the invention, consists of a silicone release varnish or a fluorinated release varnish.
  • the inventive method is ideal for bonding of flexible printed circuit boards, especially in plastic housings of electronic components or devices.
  • the flexible printed circuit board in this case has a thermal conductivity which is large enough to transmit the activation energy of the heat-activable adhesive necessary for the bonding.
  • the heat-activatable films preferably have the product design shown in FIG. 1, wherein:
  • the product structure shown in FIG. 1 comprises the coating on both sides of the heat-activatable adhesive (1, 3) on a carrier material (2).
  • the overall composite is preferably protected with at least one temporary carrier (4) in order to enable the unwinding of the heat-activatable adhesives from the roll.
  • both adhesive mass sides (1, 3) are covered with a temporary carrier (not shown here).
  • carrier material (2) is provided with one or more functional coatings (for example primers, adhesion promoters, etc.).
  • the adhesive layers on both sides of the carrier material (2) can be identically equipped; but it is also possible that the two adhesive layers differ, in particular with regard to their chemical compositions and / or thicknesses.
  • the adhesive mass application per side is preferably between 5 and 250 g / m 2 .
  • the product structure shown in FIG. 2 comprises the one-sided coating of the heat-activable adhesive on a temporary carrier.
  • the heat-activatable adhesive (1) is preferably covered with at least one temporary carrier (4) in order to allow the tape to roll off or to improve the punching behavior. In another embodiment, both sides are covered with a more temporary carrier (not shown here).
  • the adhesive composition is preferably between 5 and 250 g / m 2 .
  • carrier material As a carrier material here are the familiar and common to those skilled materials such as films (polyester, PET, PE, PP, BOPP, PVC, polyimide, polymethacrylate, PEN, PVB, PVF, polyamide), nonwovens, foams, fabrics and fabric films.
  • Flexible circuit boards are represented in a variety of electronic devices, such as mobile phones, car radios, computers, etc. Generally, they consist of layers of copper or aluminum (electrical conductor) and polyimide (electrical insulator). As an electrical insulator but other plastics are used, such as Polyethylennaphtphalat (PEN) or Liquid Crystal Polymers (LCP). Due to the fact that the flexible electrical components connect to each other, they must be flexible. But since more and more electrical components must be connected to each other, the computing power of the flexible circuit boards increases, resulting in multi-layered designs. The layer thickness of the flexible printed circuit board can therefore vary from 50 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • PEN Polyethylennaphtphalat
  • LCP Liquid Crystal Polymers
  • flexible printed circuit boards Since the flexible printed circuit board consists of a composite of insulator and electrical conductor and both materials have different properties, flexible printed circuit boards have a relatively high flexural rigidity. This can still be increased by equipping, such as with ICs or by partial reinforcements. In order to avoid uncontrolled movements, or to minimize space requirements, flexible printed circuit boards are glued within the housing of electronic devices. As a rule, various plastics are available as materials to be bonded. For example, polycarbonates (PC), ABS, ABS / PC blends, polyamides, Glass fiber reinforced polyamides, polyethersulfones, polystyrene or the like used. Although not in the sense of the invention, glass or metals, such as aluminum or stainless steel, may also be used as substrates.
  • PC polycarbonates
  • ABS ABS
  • ABS / PC blends polyamides
  • Glass fiber reinforced polyamides polyethersulfones
  • polystyrene polystyrene or the like used.
  • glass or metals such as aluminum or
  • a typical use is the bonding of flexible printed circuit boards on the backlighting of LCD displays shown in FIG. 3. Due to the tight bend, a constant bending force is created which the heat-activatable adhesive must absorb. Flexible printed circuit boards usually have a bending angle of at least 90 °, in particular 180 °, when used in electronic components.
  • FIG. 3 shows an example of the bonding of a flexible printed circuit board with a heat-activable adhesive, wherein the bending angle of the flexible printed circuit board is 180 °.
  • diecuts of the heat-activatable adhesive are produced and these are placed on the plastic part.
  • the stamped product is manually placed on the plastic part, e.g. placed with tweezers.
  • the diecut can be shaped differently.
  • the heat activatable adhesive tape diecut after manual positioning is treated with a heat source, e.g. in the simplest case with an iron. This increases the adhesion to the plastic.
  • the stamped product is still equipped with a temporary carrier.
  • bonds are usually made on metal substrates.
  • the metal part is placed on the heat-activatable adhesive tape diecut. The placement takes place on the open side. On the back is still the temporary carrier. Subsequently, heat is introduced through the metal into the heat-activatable adhesive tape by a heat source. As a result, the adhesive tape becomes tacky and adheres more strongly to the metal than to the temporary support.
  • the amount of heat must be well dosed.
  • the softening temperature must be achieved for the adhesive tape die to begin to adhere.
  • a heating press is used in a preferred embodiment.
  • the stamp of the heating press is made of eg aluminum, brass or bronze and adopts the external shape of the stamped product. Furthermore, the stamp may have moldings, for example, to avoid partial heat damage.
  • the pressure and the temperature are introduced as evenly as possible. Pressure, temperature and time are adapted and varied to the materials (metal, metal thickness, type of heat-activatable film).
  • the usual process window for the prelamination is 1.5 to 10 seconds activation time, 1 .5 bar to 5 bar contact pressure and at 100 0 C to 150 0 C Schustkovtemperatur. Bonding of the substrates
  • the bonding process between the flexible printed circuit board and the plastic part is preferably carried out with a heating press.
  • the heat is preferably introduced from the side of the flexible printed circuit board, since this usually has the better thermal conductivity.
  • pressure and temperature are applied simultaneously. This is done by a heating punch, which consists of a material with good thermal conductivity. Usual materials are e.g. Copper, brass, bronze or aluminum. But it can also be used other alloys.
  • the hot stamping die should preferably assume the shape of the top side of the bond area. This shape can again be 2-dimensional or 3-dimensional nature.
  • the pressure is usually applied via a printing cylinder. However, the application does not necessarily have to be done via air pressure. Also, e.g. hydraulic pressing devices or electromechanical (spindles, actuators or actuators) possible. Furthermore, it may be advantageous to apply multiple pressure and temperature, e.g. by series connection or rotation principle to increase the process throughput.
  • the hot stamping dies do not all have to be operated at the same temperature and / or pressure.
  • the contact time may be different.
  • the process times usually amount to 2.5 to 15 s per press die step, even better to a maximum of 5 s. Furthermore, it may also be necessary to vary the pressure. Very high pressures can squeeze the heat-activatable film. This one would like to minimize in the rule. Suitable pressures amount to 1.5 to 10 bar calculated on the bond area. Again, the stability of the materials and the flow behavior of the heat-activatable film plays a major role in the choice of pressure.
  • a 100 ⁇ m thick polyimide film is cut out as a flexible printed circuit board substitute in 10 cm x 1 cm.
  • the one end of the polyimide film is then bonded to a polycarbonate (3 mm thick, 1 cm wide, 3.5 cm long).
  • tesa® 4965 is used for bonding.
  • the polyimide film is then bent around the polycarbonate sheet in a loop and bonded to the heat-activatable film at a distance of 20 mm from the end.
  • the heat-activatable film has a width of 10 mm and a length of 3 mm for the bonding.
  • the composite is stored in a drying oven at 85 ° C or at -40 ⁇ C. The test is considered to have passed if the bond does not come off within 72 hours due to the bending stiffness of the polyimide film.
  • the polyimide film is drawn off at a constant drawing angle of 90 ° drawing angle at a speed of 50 mm / min with a Zwick tensile testing machine and the force measured in N / cm.
  • the measurement is carried out at 23 ° C under 50% humidity. The measured values are determined in triplicate and are averaged.
  • the measurement was carried out with a rheometer from Rheometrics Dynamic Systems (RDA II).
  • the sample diameter was 8 mm, the sample thickness was between 1 and 2 mm. It was measured with the plate on plate configuration.
  • the temperature sweep was recorded from 0 - 150 0 C with a frequency of 10 rad / s.
  • the thermoplastics were measured rheologically and the crossover point was determined.
  • thermoplastic heat-activatable films were carried out in a hot press with 150 0 C stamping temperature, 10 sec. Contact time and a pressure of 5 bar based on the bond area.
  • Reference Example 1 The bonding of the thermoplastic heat-activatable films were carried out in a hot press with 150 0 C stamping temperature, 10 sec. Contact time and a pressure of 5 bar based on the bond area.
  • Dynapol® S EP 1408 (copolyester from Evonik, melting temperature 80 0 C) was placed between two layers of glassine release paper siliconized 100 .mu.m at 140 0 C squeezed. The determined according to test method C crossover is 91 0 C.
  • Dynapol® S 361 (copolyester from Evonik, melting temperature of 175 0 C) was placed between two layers of glassine release paper siliconized 100 .mu.m at 230 ° C squeezed. The determined according to test method C crossover is 178 ° C.
  • Dynapol® S 1218 (copolyester from Evonik, melting temperature 115 ° C) was pressed between two sheets of siliconized glassine release paper 100 microns at 160 0 C. The determined according to test method C crossover is 1 10 ° C.
  • Vestamelt® 470 AG copolyamide from Evonik Degussa, melting point 12-12 ° C was pressed between two layers of siliconized Glassine release paper to 100 microns at 160 ° C. The determined according to test method C crossover is 108 ° C.

Abstract

Verfahren zur Verklebung zweier Kunststoffoberflächen miteinander, wobei die Verklebung durch eine hitzeaktivierbare Klebemasse bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als hitzeaktivierbare Klebemasse eine solche auf Basis i) zumindest eines Thermoplasten mit einer Erweichungstemperatur oder Schmelztemperatur im Bereich zwischen 90 und 120 °C eingesetzt wird, wobei zumindest eine der zu verklebenden Kunststoffoberflächen zu einem Substrat gehört, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die groß genug ist, um die zur Verklebung notwendige Aktivierungsenergie der hitzeaktivierbaren Klebemasse zu übertragen.

Description

Beschreibung
VERFÄHREN ZUR VERKLEBUNG ZWEIER KONSTSTOFFOBΞRFLACHΞN
Die Erfindung betrifft eine Hitze-aktivierbare Klebemasse mit hohem Repulsionswiderstand insbesondere bei Temperaturen bis + 85 0C sowie deren Verwendung in Kunststoff/Kunststoff Verklebungen in Konsumgüterelektronikbauteilen.
Zur Verklebung von Kunststoffbauteilen in Konsumgüterelektronikgeräten werden üblicher Weise doppelseitige Haftklebebänder eingesetzt. Die hierfür erforderlichen Klebkräfte genügen einer Fixierung und Befestigung. Für portable Konsumgüterelektronikartikel steigen jedoch stetig die Anforderungen. Zum einen werden diese Artikel immer kleiner, so dass damit auch die Verklebungsflächen geringer werden. Zum anderen muss die Verklebung zusätzliche Anforderungen erfüllen, da portable Artikel in einem größeren Temperaturbereich eingesetzt werden und zudem mechanischer Belastung (Stöße, Stürze usw.) ausgesetzt werden können. Eine weiterer Trend ist die Verwendung von flexiblen Leiterplatten. Diese weisen gegenüber bestehenden festen Leiterplatten den Vorteil auf, dass Sie deutlich flacher sind und eine Vielzahl von flexiblen elektrischen Bauteilen miteinander kombiniere können. So werden FPCs (Flexible printed circuits; flexible Leiterplatten) häufig zur Ansteuerung von Displays eingesetzt, die insbesondere bei Notebooks als auch bei Klapphandys flexibel sind. Auch werden flexible Leiterplatten zur Ansteuerung der Kameralinse oder für Rückleuchtenbeleuchtungseinheiten für LCD Displays (Liquid Crystal Displays, Flüssigkristalldatenanzeigen) eingesetzt. Der Trend verstärkt die Vielfalt der Designer, da immer mehr Bauteile flexibel gestaltet werden können und trotzdem elektrisch verbindbar bleiben. Die Verwendung von flexiblen Leiterplatten erfordert aber auch neue Klebebandlösungen, da flexible Leiterplatten auch im Gehäuse häufig partiell fixiert werden. Hierfür werden üblicherweise Haftklebemassen bzw. doppelseitige Haftklebebänder eingesetzt. Hier sind die Beanspruchungen aber relativ hoch, da durch die Biegesteifigkeit der flexiblen Leiterplatte eine konstante Repulsionskraft wirkt, die die Haftklebemasse kompensieren muss. Hinzu kommt, dass Konsumgüterelektronikgeräten häufig auch ein Klimawechseltest unterzogen wird, um äußere Klimaeinflüsse zu simulieren. Hier wird üblicherweise ein Temperaturbereich von -40 0C bis +85 0C abgedeckt. Während tiefere Temperaturen kein Problem darstellen, da hier sich die Haftklebemasse verhärtet und somit die innere Festigkeit steigt, sind insbesondere hohe Temperaturen ein Problem, da hier die Haftklebemassen immer fließfähiger werden, innere Festigkeit verlieren und die Haftklebemassen oder Haftklebebänder kohäsiv unter der Repulsionskraft spalten. Trotz dieses schwierigen Umfeldes sind bereits eine Vielzahl von Haftklebebändern entwickelt worden. So werden z.B. von der Firma Nitto Denko die Produkte 5606R oder 5608R hierfür ausgelobt. Auch besteht die Möglichkeit, die Schichtdicke der Haftklebemasse oder des Haftklebebandes zu erhöhen, da mit steigendem Masseauftrag auch die Klebefestigkeit ansteigt.
Eine weitere Möglichkeit zur Verklebung von Bauteilen im Bereich der Konsumgüterelektronik sind Hitze-aktivierbare Folien. Hitze-aktivierbare Klebemassen können in zwei Kategorien unterschieden werden: a) thermoplastische hitzeaktivierbare Folien b) reaktive hitzeaktivierbare Folien
Hitze-aktivierbare Folien weisen eine besonders hohe Klebkraft auf, müssen aber durch Temperatur aktiviert werden. Daher werden Sie in der Regel für Metall-Metall- oder Metall-Kunststoffverklebungen eingesetzt. Hierbei ermöglicht die Metallseite, die Wärme, die zur Aktivierung benötigt wird, einzubringen. Bei Kunststoff-Kunststoff Verklebungen ist dies nicht möglich, da Kunststoffe als thermische Barriere wirken und üblicher Weise zuerst deformiert bevor die benötigte Wärme die Hitze-aktivierbare Klebemasse erreicht.
Die beschriebenen Erläuterungen zeigen, dass für die Verklebung von FPCs der Bedarf für eine Klebemasse oder ein Klebeband besteht, welches die Repulsionskraft absorbieren kann, und zwar auch bei Schichtdicken unterhalb 100 μm, da die Konsumgüterelektronikgeräte immer kleiner und schmaler werden.
Der Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Klebstofffolie zum Befestigen von flexiblen Leiterplatten auf Kunststoffbauteilen für portable Konsumgüterelektronikartikel zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere a) von -40 bis +85 0C einsetzbar ist und in diesem Temperaturbereich die Repulsionskraft der flexiblen Leiterplatte standhält b) sich durch Klebkräfte größer 15 N/cm auf Polyimid auszeichnet c) durch Wärme aktiviert werden kann, ohne dass die zu verklebenden Kunststoffe oberflächlich geschädigt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Verklebung zweier Kunststoffoberflächen unter Einsatz einer Klebmasse oder einer Klebfolie, aufweisend zumindest eine hitzeaktivierbare Klebmasse.
Zumindest eine der Kunstzstoffoberflächen sollte dabei sehr bevorzugt zu einem Substrat gehören, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die groß genug ist, um die zur Verklebung notwendige Aktivierungsenergie der hitzeaktivierbaren Klebemasse zu übertragen.
Sehr bevorzugt basiert die Klebmasse auf i) zumindest einem Thermoplasten mit einer Erweichungstemperatur oder
Schmelztemperatur im Bereich zwischen 90 und 120 0C, ii) optional bis zu 20 Gew.-% zumindest eines klebrigmachenden Harzes und/oder iii) optional bis zu 30 Gew.-% eines oder mehrerer Reaktivharze, also solche Harze, die befähigt sind, mit sich selbst, mit anderen Reaktivharzen und/oder mit dem Thermoplasten zu reagieren.
In einer günstigen Ausführungsvariante beschränkt sich die Klebmasse auf die vorgenannten Bestandteile, es kann aber auch erfindungsgemäß vorteilhaft sein, wenn sie weitere Bestandteile aufweist.
Zumindest eine der Kunststoffoberflächen muss zu einem Substrat gehören, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die groß genug ist, um die zur Verklebung notwendige Aktivierungsenergie der hitzeaktivierbaren Klebemasse zu übertragen
Als Thermoplaste werden solche Verbindungen verstanden, wie sie im Römpp (Online Version; Ausgabe 2008, Dokumentkennung RD-20-01271 ) definiert sind.
Die Klebemasse sollte sehr bevorzugt einen nach Testmethode C (siehe experimenteller Teil) gemessenen crossover-Punkt (Identität von Speicher- modul und Verlusimodui) von größer 1000C und kleiner 125°C aufzuweisen. Am erossover-Punkt schneiden sich die Kur- ven von Speichermodu! G' und Verlustmodui G": physikalisch ist dies als Übergang von elastischem zu viskosem Verhalten zu interpretieren.
In einer bevorzugten Auslegung werden thermoplastische Materialien eingesetzt, die durch Ihr Aufschmelzen eine gute Benetzung zu den Kunststoffoberflächen erreichen. Hier werden besonders bevorzugt folgende Polymere eingesetzt, wobei bei dieser Aufzählung kein Anspruch auf Vollständigkeit besteht: Polyurethane, Polyester, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Copolyamide, Copolyester, Polyolefine.
Beispiele für Polyolefine sind Polyethylene, Polypropene, Polybutene, Polyhexene oder Copolymerisate aus Polyethylen, Polypropen, Polybuten oder Polyhexen. Es werden von der Firma Degussa unter dem Handelsnamen Vestoplast™ verschiedene Polyolefine angeboten, wobei zwischen Propen-reichen als auch Buten-reichen Typen differenziert wird.
Als weitere bevorzugte Substanzklasse werden Polyamide und Copolyamide eingesetzt. Polyamide oder Copolyamide können auch als Gemisch eingesetzt werden. Polyamide oder Copolyamide basieren üblicher Weise Dicarbansäure und Diaminen, die über Polykondensationsreaktionen hergestellt werden. Um den geforderten Schmelzbereich zu erreichen, werden bevorzugt als Dicarbonsäuren, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebazinsäure oder Dimerfettsäure eingestzt. Die genannten Dicarbonsäuren können auch miteinander kombiniert werden. Als Diamine werden bevorzugt Ethylendiamin, Hexamethylendiamin , 2,2,4-Triemethylhexamethylendiamin, Piperazin oder Isophorondiamin eingesetzt. Auch hier können verschiedene Diamine miteinander kombiniert werden. Kommerziell sind z.B. Polyamide und Copolyamide unter dem Markennamen Platamid® von der Firma Arkema oder unter dem Markennamen Vestamelt® der Firma Evonik Degussa erhältlich.
Als weitere bevorzugte Substanzklasse werden Polyester und Copolyester eingesetzt. Polyester oder Copolyester basieren auf Dicarbonsäure und Diolen, die dann in einer Polykondensationsreaktion umgesetzt werden. Um den bevorzugten Aktivierungsbereich zu erreichen, werden besonders bevorzugt als Dicarbonsäuren Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure oder Adipinsäure eingesetzt. Die genannten Dicarbonsäuren können auch miteinander kombiniert werden. Als Diole werden besonders bevorzugt 1 ,2-Ethandιol, 1 ,4-Butandiol, Neopentylglykol, 1 ,6-Hexandιol, Cyclohexandimethanol oder Diethylenglykol eingesetzt. Die genannten Diole können auch miteinander kombiniert werden. Kommerziell sind z.B. Copolyester unter dem Markennamen Dynapol® S von der Firma Evonik erhältlich.
Zur Erzielung der gewünschten statischen Glasübergangstemperatur T0 A oder des Schmelzpunktes TS A werden die eingesetzten Monomere sowie deren Mengen auch hier bevorzugt wieder derart gewählt, daß bei Anwendung der Fox-Gleichung (G1 ) die gewünschte Temperatur resultiert.
Neben der Monomer bzw. Comonomerzusammensetzung zur Steuerung der Glasubergangstemperatur kann das Molekulargewicht variiert werden. Um eine niedrige statische Glasubergangstemperatur TG A oder Schmelzpunkt TS A einzustellen, werden Polymere mit einem mittleren oder niedrigen Molekulargewicht eingesetzt. Auch können niedermolekulare und hochmolekulare Polymere miteinander gemischt werden. In besonders bevorzugten Auslegungen werden Polyethylene, Polypropene, Polybutene, Polyhexene oder Copolymerisate aus Polyethylen, Polypropen, Polybuten oder Polyhexen eingesetzt.
Zur Optimierung der klebtechnischen Eigenschaften und/oder des Aktivierungsbereiches des Thermoplasten lassen sich Klebkraft-steigernde Harze oder Reaktivharze hinzusetzten.
Als zuzusetzende klebrigmachende Harze sind ausnahmslos alle vorbekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar Genannt seien stellvertretend die Pinen-, Inden- und Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte, veresterte Derivate und Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und Terpenphenolharze sowie C5-, C9- sowie andere Kohlenwasserstoffharze Beliebige Kombinationen dieser und weiterer Harze können eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebmasse wunschgemäß einzustellen. Im allgemeinen lassen sich alle mit dem entsprechenden Thermoplasten kompatiblen (löslichen) Harze einsetzen, insbesondere sei verwiesen auf alle aliphatischen, aromatischen, alkylaromatischen Kohlenwasserstoffharze, Kohlenwasserstoffharze auf Basis reiner Monomere, hydrierte Kohlenwasserstoffharze, funktionelle Kohlenwasserstoffharze sowie Naturharze. Auf die Darstellung des Wissensstandes im „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989) sei ausdrücklich hingewiesen.
Als Reaktivharze eigenen sich z.B. Phenolharze, Epoxy Harze, Melaminharze, Harze mit Isocyanatfunktionen oder Mischungen aus den obengenannten Harzen. In Kombination mit den Reaktivsystemen lassen sich auch eine Vielzahl anderer Harze, Füllmaterialien, Katalysatoren, Alterungsschutzmittel etc. zusetzen.
Eine sehr bevorzugte Gruppe umfasst Epoxy-Harze. Das Molekulargewicht der Epoxy- Harze variiert von 100 g/mol bis zu maximal 10.000 g/mol für polymere Epoxy-Harze.
Die Epoxy-Harze umfassen zum Beispiel das Reaktionsprodukt aus Bisphenol A und Epichlorhydrin, das Reaktionsprodukt aus Phenol und Formaldehyd (Novolak Harze) und Epichlorhydrin, Glycidyl Ester, das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und p-Amino Phenol.
Bevorzugte kommerzielle Beispiele sind z.B. Araldite™ 6010, CY-281™, ECN™ 1273, ECN™ 1280, MY 720, RD-2 von Ciba Geigy, DER™ 331 , DER™ 732, DER™ 736, DEN™ 432, DEN™ 438, DEN™ 485 von Dow Chemical, Epon™ 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871 , 872,1001 , 1004, 1031 etc. von Shell Chemical und HPT™ 1071 , HPT™ 1079 ebenfalls von Shell Chemical.
Beispiele für kommerzielle aliphatische Epoxy-Harze sind z.B. Vinylcyclohexandioxide, wie ERL-4206, ERL-4221 , ERL 4201 , ERL-4289 oder ERL-0400 von Union Carbide Corp.
Als Novolak-Harze können z.B. eingesetzt werden, Epi-Rez™ 5132 von Celanese, ESCN-001 von Sumitomo Chemical, CY-281 von Ciba Geigy, DEN™ 431 , DEN™ 438, Quatrex 5010 von Dow Chemical, RE 305S von Nippon Kayaku, Epiclon™ N673 von DaiNipon Ink Chemistry oder Epicote™ 152 von Shell Chemical.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze auch Melamin-Harze einsetzen, wie z.B. Cymel™ 327 und 323 von Cytec. Weiterhin lassen sich als Reaktivharze auch Terpenphenolharze, wie z.B. NIREZ™ 2019 von Arizona Chemical einsetzen.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze auch Phenolharze, wie z.B. YP 50 von Toto Kasei, PKHC von Union Carbide Corp. Und BKR 2620 von Showa Union Gosei Corp. einsetzen.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze auch Polyisocyanate, wie z.B. Coronate™ L von Nippon Polyurethan Ind. , Desmodur™ N3300 oder Mondur™ 489 von Bayer einsetzen.
Um die Reaktion zwischen den beiden Komponenten zu beschleunigen, lassen sich auch Vernetzer und Beschleuniger in die Mischung zu additivieren.
Als Beschleuniger eignen sich z.B. Imidazole, kommerziell erhältlich unter 2 M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505, L07N von Shikoku Chem. Corp. oder Curezol 2MZ von Air Products.
Weiterhin lassen sich auch Amine, insbesondere tert. -Amine zur Beschleunigung einsetzen.
Verfahren zur Herstellung
Die Hitze-aktivierbare Klebemasse wird zur weiteren Verarbeitung und zur Verklebung auf einem Trennpapier oder einer Trennfolie zur Verfügung gestellt. Die Beschichtung kann aus Lösung oder aus der Schmelze erfolgen. Bei der Beschichtung aus Lösung wird - wie bei der Verarbeitung von Klebemassen aus Lösung üblich - bevorzugt mit der Rakeltechnik gearbeitet, wobei hier alle dem Fachmann bekannten Rakeltechniken eingesetzt werden dürfen. Für den Auftrag aus der Schmelze wird - falls das Polymer in Lösung vorliegt - das Lösemittel bevorzugt in einem Aufkonzentrationsextruder unter vermindertem Druck abgezogen, wozu beispielsweise Ein- oder Doppelschneckenextruder eingesetzt werden können, die bevorzugt das Lösemittel in verschiedenen oder gleichen Vakuumstufen abdestillieren und über eine Feedvorwärmung verfügen. Dann wird über eine Schmelzdüse oder eine Extrusionsdüse beschichtet, wobei gegebenenfalls der Klebefilm gereckt wird, um die optimale Beschichtungsdicke zu erreichen. Für die Vermischung der Harze kann ein Kneter oder ein ein Doppelschneckenextruder zur Vermischung eingesetzt werden.
Als temporäre Trägermaterialien für die Klebemasse werden die dem Fachmann geläufigen und üblichen Materialien, wie Folien (Polyester, PET, PE, PP, BOPP, PVC, Polyimid) sowie Trennpapiere (Glassine, HDPE, LDPE) verwendet. Die Trägermaterialien sollten mit einer Trennschicht ausgerüstet sein. Die Trennschicht besteht in einer sehr bevorzugten Auslegung der Erfindung aus einem Silikontrennlack oder einem fluorierten Trennlack.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hervorragend zur Verklebung von flexiblen Leiterplatten, insbesondere in Kunststoffgehäusen von elektronischen bauteilöen oder Geräten. Die flexible Leiterplatte weist dabei eine Wärmeleitfähigkeit auf, die groß genug ist, um die zur Verklebung notwendige Aktivierungsenergie der hitzeaktivierbaren Klebemasse zu übertragen.
Produktaufbauten:
Die hitzeaktivierbaren Folien weisen bevorzugt das in Fig. 1 dargestellte Produktdesign auf, wobei:
1 = Hitzeaktivierbare Klebemasse
2 = Trägermaterial
3= Hitzeaktivierbare Klebemasse 4 = Temporärer Träger
Der in Fig. 1 dargestellte Produktaufbau umfasst die beidseitige Beschichtung der hitzeaktivierbaren Klebemasse (1 , 3) auf einem Trägermaterial (2). Der Gesamtverbund wird bevorzugt mit zumindest einem temporären Träger (4) geschützt, um das Abrollen der hitzeaktivierbaren Klebemassen von der Rolle zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform werden beide Klebemassenseiten (1 , 3) mit einem temporären Träger abgedeckt (hier nicht dargestellt). Des Weiteren ist es möglich, dass Trägermaterial (2) mit einer oder mehreren Funktionsbeschichtungen versehen ist (beispielsweise Primer, Haftvermittler, usw). Die Klebemassenschichten auf beiden Seiten des Trägermaterials (2) können identisch ausgestattet sein; es ist aber auch möglich, dass sich die beiden Klebemassenschichten unterscheiden, insbesondere in Hinblick auf ihre chemischen Zusammensetzungen und/oder Dicken. Der Klebemassenauftrag je Seite beträgt bevorzugt zwischen 5 und 250 g/m2.
Der in Fig. 2 dargestellte Produktaufbau umfasst die einseitige Beschichtung der hitzeaktivi erbaren Klebemasse auf einem temporären Träger. Die Bedeutung der Positionsziffern entspricht dabei derjenigen bei Fig. 1 (1 = hitzeaktivierbare Klebemasse, 4 = temporärer Träger). Die hitzeaktivierbaren Klebemasse (1 ) wird bevorzugt mit zumindest einem temporären Träger (4) abgedeckt, um das Abrollen des Klebebandes zu ermöglichen bzw. das Stanzverhalten zu verbessern. In einer weiteren Ausführungsform werden beide Seiten mit einem temporäreren Träger abgedeckt (hier nicht dargestellt). Der Klebemassenauftrag beträgt bevorzugt zwischen 5 und 250 g/m2.
Als Trägermaterial lassen sich hierbei die dem Fachmann geläufigen und üblichen Materialien, wie Folien (Polyester, PET, PE, PP, BOPP, PVC, Polyimid, Polymethacrylat, PEN, PVB, PVF, Polyamid), Vliese, Schäume, Gewebe und Gewebefolien verwenden.
Verwendung:
Flexible Leiterplatten sind in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, wie z.B. Mobilfunktelefone, Autoradios, Computer, etc. vertreten. Generell bestehen Sie aus Schichten von Kupfer oder Aluminium (elektrischer Leiter) und Polyimid (elektrischer Isolator). Als elektrischer Isolator werden aber auch andere Kunststoffe eingesetzt, wie z.B. Polyethylennaphtphalat (PEN) oder Liquid Crystal Polymers (LCP). Durch die Tatsache, dass die flexible elektrische Bauteile miteinander verbinden, müssen Sie flexibel gestaltet sein. Da aber immer mehrere elektrische Bauteile miteinander verbunden werden müssen, nimmt die Rechenleistung der flexiblen Leiterplatten zu, was in mehrschichtigen Ausführungen resultiert. Die Schichtdicke der flexiblen Leiterplatte kann daher von 50 μm bis 500 μm variieren. Da die flexible Leiterplatte aus einem Verbund aus Isolator und elektrischem Leiter besteht und beide Materialien unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, besitzen flexible Leiterplatten eine relativ hohe Biegesteifigkeit. Dies kann noch durch Bestückungen, wie z.B. mit ICs oder durch partielle Verstärkungen noch gesteigert werden. Um nun unkontrollierte Bewegungen zu vermeiden, oder um den Platzbedarf zu minimieren werden flexible Leiterplatten innerhalb des Gehäuses von elektronischen Geräten verklebt. Hierbei stehen in der Regel verschiedene Kunststoffe als zu verklebende Materialien zur Verfügung. So werden sehr häufig Polycarbonate (PC), ABS, ABS/PC Blends, Polyamide, Glasfaserverstärkte Polyamide, Polyethersulfone, Polystyrol oder Ähnliches eingesetzt. Wenn auch nicht im Sinne der Erfindung können aber auch als Substrate Glas oder Metalle, wie z.B. Aluminium oder Edelstahl, eingesetzt werden.
Eine typische Verwendung stellt die in Fig. 3 dargestellte Verklebung von flexiblen Leiterplatten auf der Rückseitenbeleuchtung von LCD Displays dar. Bedingt durch die enge Biegung entsteht eine konstante Biegekraft, die die hitzeakti vi erbare Klebemasse absorbieren muss. Flexible Leiterplatten weisen in der Anwendung in elektronischen Bauteilen üblicherweise einen Biegewinkel von mindestens 90 °, insbesondere von 180 ° auf.
Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Verklebung einer flexiblen Leiterplatte mit einer Hitze- aktivierbaren Klebemasse, wobei der Biegewinkel der flexiblen Leiterplatte 180 ° beträgt. Dabei bedeuten:
31 = Gehäuse zur Rückseitenbeleuchtung
32 = LCD-Panel
33 = Flexible Leiterplatte
34 = Hitzeaktivierbare Klebemasse bzw. hitzeaktivierbares Klebeband (erfindungsgemäße Verwendung)
35 = optische Filme.
Des Weiteren muss berücksichtigt werden, dass häufig die elektronischen Geräte einem wechselndem Klima ausgesetzt sind. Dies bedeutet im Extremfall, dass die Klebkraft auch bei 85 0C hoch genug ist, um ein Ablösen der flexiblen Leiterplatte zu vermeiden. Weiterhin sollte die Hitze-aktiviebare Folie in einem relativ geringen Prozessfenster verarbeitbar sein, damit zum einen bei 85 0C noch eine genügend hohe Steifigkeit erhalten bleiben muss, aber noch die Temperaturaktivierung möglich sein muss. Häufig sind die zu verklebenden Substrate nur bis 130 0C Temperaturstabil. Zudem muss berücksichtigt werden, dass die flexiblen Leiterplatten bereits mit Elektronik bestück sind und diese ebenfalls Temperaturempfindlich ist. Die unterscheidet den Prozess von z.B. der Verklebung von Versteifungsmaterialien zur partiellen Versteifung, der bereits während des Herstellungsprozesses der flexiblen Leiterplatte stattfindet. Letztlich muss ebenfalls berücksichtigt werden, dass durch die hohen Stückzahlen das Verarbeitungsfenster limitiert ist, d.h. die Wärme muss relativ schnell eingebracht werden. Verklebung:
Prelaminierung
Üblicherweise werden Stanzlinge der hitzeaktivierbaren Klebemasse hergestellt und diese auf das Kunststoffteil platziert. Im einfachsten Fall wird der Stanzling auf dem Kunststoffteil manuell z.B. mit einer Pinzette platziert. Der Stanzling kann unterschiedlich ausgeformt sein. Weiterhin kann es aus konstruktiven Gründen auch erforderlich sein, vollflächige Stanzlinge einzusetzen. In einer weiteren Ausführung wird der Hitze- aktivierbare Klebebandstanzling nach der manuellen Positionierung mit einer Wärmequelle behandelt, z.B. im einfachsten Fall mit einem Bügeleisen. Hierdurch erhöht sich die Haftung zum Kunststoff. Hierfür ist es auch von Vorteil, wenn der Stanzling noch mit einem temporären Träger ausgestattet ist.
Im Stand der Technik werden Verklebungen üblicherweise auf Metallsubstraten vorgenommen. Hierbei wird zunächst das Metallteil auf den Hitze-aktivierbaren Klebebandstanzling platziert. Die Platzierung erfolgt auf der offenen Seite. Auf der Rückseite befindet sich noch der temporäre Träger. Anschließend wird durch eine Wärmequelle Wärme durch das Metall in das Hitze-aktivierbare Klebeband eingebracht. Dadurch wird das Klebeband tackig und haftet stärker am Metall als an dem temporären Träger.
Für das erfindungsgemäße Verfahren muss die Wärmemenge wohl dosiert sein. Für thermoplastische Klebemassen muss die Erweichungstemperatur erreicht werden, damit der Klebebandstanzling anfängt zu haften. Für die Einbringung der Wärme wird in einer bevorzugten Auslegung eine Heizpresse eingesetzt. Der Stempel der Heizpresse ist aus z.B. Aluminium, Messing oder Bronze gefertigt und nimmt die Außenform des Stanzlings an. Weiterhin kann der Stempel nach Ausformungen aufweisen, um z.B. partielle Wärmeschädigungen zu vermeiden. Der Druck und die Temperatur werden möglichst gleichmäßig eingebracht. Druck, Temperatur und Zeit werden den Materialien (Metall, Metalldicke, Art der Hitze-aktivierbare Folie) angepasst und variiert. Das übliche Prozessfenster für die Prelaminierung liegt bei 1.5 bis 10 Sekunden Aktivierungszeit, 1 .5 bar bis 5 bar Anpressdruck und bei 100 0C bis 150 0C Heizstempeltemperatur. Verklebung der Substrate
Der Verklebungsprozess zwischen der flexiblen Leiterplatte und dem Kunststoffteil wird bevorzugt mit einer Heizpresse durchgeführt. Hierfür wird die Wärme bevorzugt von der Seite der flexiblen Leiterplatte eingebracht, da diese in der Regel die bessere thermische Leitfähigkeit aufweist.
In der Regel werden Druck und Temperatur gleichzeitig appliziert. Dies erfolgt durch einen Heizstempel, der aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit besteht. Übliche Materialien sind z.B. Kupfer, Messing, Bronze oder Aluminium. Es können aber auch andere Legierungen eingesetzt werden. Des Weiteren sollte bevorzugt der Heizpressstempel die Form der Oberseite des Verklebungsfläche einnehmen. Diese Form kann wiederum 2-dimensionaler oder 3-dimensionaler Natur sein. Der Druck wird üblicher Weise über einen Druckzylinder aufgebracht. Die Applizierung muss aber nicht unbedingt über Luftdruck erfolgen. Auch sind z.B. hydraulische Pressvorrichtungen oder elektromechanische (Spindeln, Stellantriebe oder Stellglieder) möglich. Des Weiteren kann es von Vorteil sein, mehrfach Druck und Temperatur einzubringen, um z.B. durch Reiheschaltung oder Rotationsprinzip den Prozessdurchsatz zu erhöhen. Die Heizpressstempel müssen in diesem Fall nicht alle mit der gleichen Temperatur und/oder gleichem Druck betrieben werden. Weiterhin kann auch - wenn auch nicht immer von Vorteil - die Kontaktzeit unterschiedlich sein. Des Weiteren kann es auch von Vorteil sein, in einem letzten Prozessschritt nur Druck mit einem auf Raumtemperatur-gekühlten Pressstempel oder einem gekühlten Pressstempel einzubringen.
Die Prozesszeiten belaufen sich üblicher Weise auf 2.5 bis 15 s pro Presstempelschritt, noch besser auf maximal 5 s. Weiterhin kann es auch erforderlich sein, den Druck zu variieren. Durch sehr hohe Drücke kann die Hitze-aktivierbare Folie ausquetschen. Dies möchte man in der Regel minimieren. Geeignete Drücke belaufen sich auf 1.5 bis 10 bar berechnet auf die Verklebungsfläche. Auch hier spielt die Stabilität der Materialien sowie das Fließverhalten der Hitze-aktivierbaren Folie einen großen Einfluss auf den zu wählenden Druck.
Experimenteller Teil
Testmethoden: Repulsionstest A
Eine 100 μm dicke Polyimidfolie wird als flexibler Leiterplattenersatz in 10 cm x 1 cm ausgeschnitten. Das eine Ende der Polyimidfolie wird dann an einer Polycarbonat (3 mm Dicke, 1 cm Breite, 3,5 cm Länge verklebt). Zur Verklebung wird tesa® 4965 eingesetzt. Die Polyimidfolie wird dann um die Polycarbonatplatte in einer Schlaufe gebogen und mit einem Abstand von 20 mm vom Ende mit der Hitze-aktivierbaren Folie verklebt. Die Hitze-aktivierbare Folie weist für die Verklebung eine Breite von 10 mm und eine Länge von 3 mm auf. Nach der Verklebung wird der Verbund in einen Trockenschrank bei 85°C oder bei -40ΛC eingelagert. Der Test gilt als bestanden, wenn sicher innerhalb von 72 Stunden die Verklebung durch die Biegesteifigkeit der Polyimidfolie nicht löst.
90° Klebkraft Test B
Auf eine 3 mm dicke Polycarbonatplatte mit 5 cm Breite und 20 cm Länge wird mit der Hitze-aktivierbaren Folie eine 1 cm breiter, 100 μm dicker und 10 cm langer Streifen Polyimidfolie verklebt.
Anschließend wird mit einer Zugprüfmaschine der Fa. Zwick die Polyimidfolie im konstanten Ziehwinkel von 90° Ziehwinkel mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min abgezogen und die Kraft in N/cm gemessen. Die Messung wird bei 23°C unter 50 % Feuchtigkeit durchgeführt. Die Messwerte sind dreifach bestimmt und werden gemittelt.
Rheologie Test C
Die Messung wurde mit einem Rheometer der Fa. Rheometrics Dynamic Systems (RDA II) durchgeführt. Der Probendurchmesser betrug 8 mm, die Probendicke betrug zwischen 1 und 2 mm. Es wurde mit der Platte auf Platte Konfiguration gemessen. Es wurde der Temperatur-Sweep von 0 - 1500C mit einer Frequenz von 10 rad/s aufgenommen. Die Thermoplasten wurden rheologisch vermessen und der crossover-Punkt bestimmt.
Verklebung
Die Verklebung der thermoplastischen Hitze-aktivierbaren Folien wurden in einer Heizpresse mit 1500C Stempeltemperatur, 10 sec. Kontaktzeit und einem Druck von 5 bar bezogen auf die Verklebungsfläche durchgeführt. Referenzbeispiel 1 )
Dynapol® S EP 1408 (Copolyester der Firma Evonik, Schmelztemperatur 800C) wurde zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine-Trennpapier auf 100 μm bei 1400C ausgepresst. Der nach Testmethode C bestimmte Crossover liegt bei 910C.
Referenzbeispiel 2)
Dynapol® S 361 (Copolyester der Firma Evonik, Schmelztemperatur 1750C) wurde zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine-Trennpapier auf 100 μm bei 230°C ausgepresst. Der nach Testmethode C bestimmte Crossover liegt bei 178°C.
Referenzbeispiel 3) tesa® 4982 (100 μm Dicke, 12 μm PET Träger, Harz-modifizierte Acrylathaftklebemasse, 2 x 46 g/m2) wurde als Haftklebemasse mituntersucht. Das Produkt wurde bei 23°C aufgebracht, aber mit 5 bar Druck und 10 sec. Verklebungszeit.
Beispiel 1 )
Dynapol® S 1218 (Copolyester der Firma Evonik, Schmelztemperatur 115°C) wurde zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine-Trennpapier auf 100 μm bei 1600C ausgepresst. Der nach Testmethode C bestimmte Crossover liegt bei 1 10°C.
Beispiel 2)
Vestamelt® 470 AG (Copolyamid der Firma Evonik Degussa, Schmelztemperatur 1 12°C) wurde zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine-Trennpapier auf 100 μm bei 160°C ausgepresst. Der nach Testmethode C bestimmte Crossover liegt bei 108°C.
Ergebnisse:
Zunächst wurde mit allen Beispielen der Repulsionstest A durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Figure imgf000016_0001
*Hitze-aktivierbare Folie ließ sich nicht aufschmelzen. **Die Verklebung öffnete sich innerhalb dieses Zeitraumes
Die Ergebnisse belegen, dass mit den Hitze-aktivierbaren Beispielen 1 bis 2 eine sehr gute Repulsionsbeständigkeit bei 850C und bei -400C erreicht werden können. In allen Fällen hielt die Verklebung größer 72 Stunden. Referenzbeispiel 3 belegt dagegen, dass Haftklebemassen nicht sehr gut geeignet sind. Hier öffnete sich die Verklebung bereits innerhalb von 2 Stunden bei 85°C. Referenzbeispiel 2 ließ sich unter den Standardbedingungen nicht aufschmelzen. Nur nach Erhöhung der Temperatur auf 21O0C wurde ein Aufschmelzen erreicht. Unter diesem Temperaturen trat aber bereits eine Deformierung des Polycarbonates auf, so dass dieser Thermoplast nicht ohne Beschädigung der Substrate aufgebracht werden kann. Referenzbeispiel 1 zeigte hier ein deutlich leichteres Aufschmelzen, aber die Verklebung öffnete sich bei 850C bereits nach 6 Stunden. Der Thermoplast ist zu weich für diese Anwendung.
In einer weiteren Prüfung wurde die Verklebungsfestigkeit nach Testmethode B bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2
Figure imgf000016_0002
*Hitze-aktivierbare Folie ließ sich nicht aufschmelzen. Die Werte aus Tabelle 2 belegen, dass mit allen erfinderischen Beispielen 1 bis 2 sehr hohe Verklebungsfestigkeiten erzielt wurden und somit eine gute Haftung auf Polyimid und Polycarbonat aufgebaut wurde. Referenzbeispiel 3 verdeutlicht, dass mit Haftklebemassen deutlich geringer Verklebungsfestigkeiten erzielt werden. Referenzbeispiel 2 ließ sich unter den Standardbedingungen nicht aufschmelzen. Nur nach Erhöhung der Temperatur auf 21 O0C wurde ein Aufschmelzen erreicht. Unter diesen Temperaturen trat aber bereits eine Deformierung des Polycarbonates auf, so dass dieser Thermoplast nicht ohne Beschädigung der Substrate aufgebracht werden kann.
Den Messwerten kann entnommen werden, dass alle erfinderischen Beispiele die wichtigsten Kriterien für eine flexible Leiterplattenverklebung erfüllen. Die erfinderischen Beispiele sind somit sehr gut für diese Anwendung geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verklebung zweier Kunststoffoberflächen miteinander, wobei die Verklebung durch eine hitzeaktivierbare Klebemasse bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als hitzeaktivierbare Klebemasse eine solche auf Basis i) zumindest eines Thermoplasten mit einer Erweichungstemperatur oder
Schmelztemperatur im Bereich zwischen 90 und 120 °C eingesetzt wird, wobei zumindest eine der zu verklebenden Kunststoffoberflächen zu einem Substrat gehört, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die groß genug ist, um die zur Verklebung notwendige Aktivierungsenergie der hitzeaktivierbaren Klebemasse zu übertragen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemasse ii) bis zu 20 Gew.-% eines oder mehrere klebrigmachende Harze und/oder iii) bis zu 30 Gew.-% eines oder mehrerer Reaktivharze enthält.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zu verklebenden Kunststoffoberflächen zu einer flexiblen Leiterplatte gehört.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte einen Biegewinkel von mindestens 90 °, insbesondere von 180 ° aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Thermoplast gewählt wird aus der Gruppe, umfassend Polyurethane, Polyester, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Copolyamide, Copolyester, Polyolefine.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Reaktivharzkomponente gewählt wird aus der Gruppe der Reaktivharze umfassend Phenolharze, Epoxyharze, Melaminharze, Novolakharze.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Aktivierungsenergie zur Verklebung und die Verklebung innerhalb eines Zeitraums von maximal 15 s, insbesondere maximal 5 s, erfolgt.
8. Klebeverbund, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
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