DE4228608C2

DE4228608C2 - Elektrisch leitender Kleber, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE4228608C2
Application number: DE4228608A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Phys Eifert; Bernd Dr Rer Nat Guenther
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2012-08-29
Also published as: DE4228608A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch leitenden Kleber gemäß dem Oberbegriff des Haupt anspruches.

Aus der DE-OS 40 36 274 ist ein derartiger Kleber bekannt. Er enthält ein in einem schrumpfbaren Träger dispergiertes Metallpulver. Die Verbindung der einzelnen Metallpulverpartikel untereinander ist die Voraussetzung für die Herstellung einer leitfähigen Klebeschicht bzw. eines leitfähigen Kle bers. Durch die rauhe Oberflächencharakteristik der Metallpulverpartikel wird die Verbindung die ser zu Agglomeraten durch den Schrumpfprozeß des Trägers begünstigt. Der Metallanteil des beschriebenen Klebers beträgt 70 bis 78 Gew.-%. Deshalb haben derartige Kleber nicht nur ein hohes Gewicht, sie sind auch aufgrund des hohen Metallanteils, wobei es sich um Edelmetall handelt, teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch leitenden Kleber auf Kunststoffbasis mit einem geringen Metallgehalt anzugeben.

Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die dem Träger bzw. den Trägerkomponenten zu gegebenen elektrisch leitenden Metallpulverpartikel in Aggregatform vorliegen, d. h. einen Verbund miteinander verwachsener Metallpulverpartikel darstellen. Der Metallgehalt des erfindungsge mäßen Klebers kann dadurch herabgesetzt werden und im Unterschied zum gattungsbildenden Stand der Technik wird kein schrumpfbarer Träger benötigt. Die einzelnen Metallpulverpartikel sind bereits bei ihrer Zugabe in die Trägermasse zu Aggregaten verwachsen und bilden einen elektrisch leitenden Verbund. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Metallpulveraggregate wird erreicht, daß der Metallgehalt, der zur Einstellung eines metallisch leitfähigen Pfades durch ein Polymer notwendig ist, sich hierbei um den Anteil der Poren innerhalb der Aggregate bis auf weniger als 15 Vol.% verringert. Die Poren werden dabei von dem Klebstoff infiltriert. Da die Aggregate eine lockere Struktur aufweisen, ist die Anzahl der Poren hoch und der Anteil an festen Partikeln gering. Vorteilhaft ist, wenn die Metallpulveraggregate aus Edelmetallpulver hergestellt werden. Dabei werden hauptsächlich Kupfer, Gold, Platin, Silber, Palladium oder deren Legierungen eingesetzt. Die Metallpulverpartikelgröße liegt zwischen 10 und 200 nm, die Größe der Agglomerate beträgt 20 bis 500 µm.

Durch die Herstellung der Pulverpartikel im Verfahren der Inertgasverdampfung, bei dem sich bei der Kondensation von thermisch verdampfenden Metallatomen ohne verunreinigende Gase, wie z. B. Sauerstoff und Stickstoff Metallpulverpartikel ausbilden, sind diese frei von Oxyd oder ande ren Umhüllungen. Bei der Berührung zweier Partikel unter diesen hochreinen Bedingungen bildet sich sofort eine feste Verbindung aus. Die Vielzahl der sich berührenden Partikel führt zu einem sehr lockeren, hochporösem Netzwerk und festen Verbindungen zwischen den Partikeln. Es wer den Metallpulveraggregate gebildet, welche eine an den Wandungen des Vakuumbehälters abge schiedene poröse Schicht bilden. An einem solchen Netzwerk können mehrere Tausend von ein zelnen Partikeln teilnehmen. Bei der Weiterverarbeitung wird diese poröse Schicht von den Be hälterwandungen entfernt und gesiebt. Die Siebung führt zu einer Zerteilung des Netzwerkes, die Größe der Aggregate wird durch die Maschenweite des Siebes bestimmt. Die so hergestellten Aggregate werden zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes zu gleichen Anteilen, z. B. in Epoxidharz und in den Härter meistens durch Rühren eingemischt. Bei Benutzung wird das Harz und der Härter gemischt und aufgetragen. Nach der entsprechenden Aushärtezeit entsteht eine mechanisch und elektrisch stabile Verklebung oder Beschichtung. In manchen Anwen dungsfällen, wie z. B. im Siebdruckverfahren, bei dem jedes Metallpulverpartikel kleiner als 20 µm sein muß, kann es von Vorteil sein, wenn die Metallpulveraggregate nach Zugabe in die Träger masse des Klebers noch weiter zerkleinert werden. Um das zu erreichen, wird die Trägermasse mit den eingerührten Metallpulveraggregaten mit hohen Scherkräften belastet, z. B. durch Kugel mahlen oder Hochgeschwindigkeitsrühren, wodurch die Aggregate noch zusätzlich zerrupft werden.

Dadurch, daß die Metallpulveraggregate einen sehr lockeren Verbund bilden, ist eine sehr geringe Klopfdichte erreichbar, sie liegt zwischen 1 und 20% der theoretischen Festkörperdichte. Diese ge ringe Klopfdichte ist u. a. auch durch eine sehr geringe Partikelgröße erreichbar.

Die erfindungsgemäßen Kleber auf Kunststoffbasis weisen eine elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung auf, die der normalen Leitfähigkeit der metallischen Werkstoffe entspricht.

Als Träger für elektrisch leitende Klebstoffe eignen sich Polyurethane, Silikone oder ther moplastische Kunststoffe.

In Bild 1 ist ein Silberaggregat dargestellt, wie es gemäß der Erfindung in den Träger bzw. die Trä gerkomponenten eingemischt wird. Derartige Metallpulveraggregate sind besonders gut riesel- und schüttfähig. Sie sind auch durch organische Flüssigkeiten gut benetzbar.

Im nachfolgenden Beispiel werden die Mengenverhältnisse eines erfindungsgemäßen Kleb stoffes beschrieben.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes auf Epoxydbasis wurde das Metallpulveraggregat in die beiden Epoxydkomponenten eingerührt. Es wurden zwei Mischungen hergestellt: mit 49 Gew.-% Silber im Epoxidharz und 49 Gew.-% Silber im Härter. Diese Mischungen wurden einzeln gelagert. Bei Benutzung wurden das Harz und der Härter gemischt, wodurch ein Klebstoff mit 10 Vol.% Silberanteil entsprechend 49 Gew.-% entstanden ist.

Claims

1. Elektrisch leitender Kleber auf Kunststoffbasis mit einem Füllstoff enthaltenden Träger, wobei der Füllstoff aus elektrisch leitenden Metallpulverpartikeln besteht, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Metallpulverpartikel miteinander verwachsen sind und als Metallpulveraggregate vorliegen, wobei die Metallpulver partikel eine Größe zwischen 10 nm und 200 nm aufweisen und die Größe der ein gesetzten Pulveraggregate zwischen 20 µm und 500 µm liegt.

2. Elektrisch leitender Kleber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpulver aggregate Kupfer, Silber, Gold, Platin, Palladium oder deren Legierungen sind.

3. Elektrisch leitender Kleber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die eingesetzten Metallpulveraggregate eine Klopfdichte zwischen 1 und 20% der theoretischen Festkörperdichte aufweisen.

4. Elektrisch leitender Kleber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Träger Epoxydharz, Silikon oder Polyurethan ist.

5. Elektrisch leitender Kleber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Metallgehalt des Klebers kleiner als 15 Vol.-% ist.

6. Elektrisch leitender Kleber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit ρ_{p spez.} 10^-1 Ω cm ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Klebers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit folgenden Schritten:

- Herstellung von Metallpulveraggregaten im Verfahren der Inertgasverdampfung, wobei die gewünschte Partikelgröße durch die Prozeßparameter, Inertgasdruck und Verdampfungstemperatur eingestellt wird.
- Entfernen der in einer lockeren Schichtung an den Wandungen des Vakuum behälters abgeschiedenen Metallpulveraggregate.
- Sieben der entfernten Metallpulveraggregate durch Siebe mit einer Maschenweite, die der gewünschten Größe des Metallpulveraggregates entspricht.
- Einrühren der Metallpulveraggregate in die Trägermasse des Klebstoffes.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einmischen der Metallpulveraggregate in die Trägermasse diese mit hohen Scherkräften belastet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Träger aus Epoxydharz die Metallpulveraggregate in gleichem Verhältnis in den Härter und in das Epoxydharz eingerührt werden.

10. Verwendung eines elektrisch leitenden Klebers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 zum Auftragen auf eine zu beschichtende Oberfläche.