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DE19959262A1 - Leitfähiges pastöses Material und dessen Verwendung - Google Patents

Leitfähiges pastöses Material und dessen Verwendung

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DE19959262A1
DE19959262A1 DE19959262A DE19959262A DE19959262A1 DE 19959262 A1 DE19959262 A1 DE 19959262A1 DE 19959262 A DE19959262 A DE 19959262A DE 19959262 A DE19959262 A DE 19959262A DE 19959262 A1 DE19959262 A1 DE 19959262A1
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conductive particles
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El Cadi Mohamed Ait
Jean-Alec Ducros
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Abstract

Es wird ein leitfähiges pastöses Material auf der Basis eines Elastomers des Typs Polyoxypolyolefin oder eines Mitglieds der Polyolefin-Familie beschrieben, das in der Elektronikindustrie zur Herstellung eines Dichtungs-, Kontakt- oder Wärmeleitelements mit einer Beimengung leitender Partikel versehen ist. Dieses Material eignet sich besonders zur Herstellung von EMI-RFI-Dichtungen und besitzt gegenüber den bisher bekannten Materialien auf der Basis von Silikon verbesserte Anwendungs- und Umwelteigenschaften.

Description

Die Erfindung betrifft ein leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie dessen Verwendung.
Derartige Materialien sind weit verbreitet und werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Eine besondere Bedeutung hat es beispielsweise im Zusammenhang mit der Abdichtung elek­ tromagnetisch abgeschirmter Gehäuse bei elektronischen Geräten erlangt, die elektromagnetische Strahlung aussenden oder durch von außen eindringende elektromagnetische Strahlung gestört werden können. Um die EMI(Electromagentic Interfurence) - bzw. RFI(Radio Frequenci Interfurence)-Abschirmung zu bewirken und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu verbessern, werden die Gehäuse aus einem elektrisch leitenden oder elek­ trisch leitend beschichteten Material hergestellt. Um auch im Bereich der Trennfugen, an welchen die Teile des Gehäuses zusammengefügt werden, eine Abschirmung zu bewirken, ist es bekannt, Dichtungen aus einem elektrisch leitfähigen elasti­ schen Material zu verwenden.
Ein solches Material ist z. B. aus der US 4,011,360 bekannt. Dieses bekannte Material basiert auf einem Elastomer, nämlich einem Silikongummimaterial, dem elektrisch leitende Partikel beigemengt sind. Dieses Material polymerisiert unter Einwir­ kung der Luftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur.
Aus der DE 43 19 965 C2 ist die Anwendung eines solchen Mate­ rials zur Herstellung der eingangs beschriebenen Gehäuse be­ kannt. Das Ausgangsmaterial wird in pastösem Zustand als Strang unmittelbar im Bereich der Trennfuge auf eines der Gehäuseteile extrudiert und dort zur Bildung der Dichtung polymerisiert. Dieses Verfahren ist auch als Formed-In-Place- Gasket-Verfahren in der Fachwelt bekannt.
Weiterhin werden derartige Materialien mit elektrisch leiten­ den Partikeln dazu verwendet, Kontaktierungspunkte oder -flä­ chen, sogenannte Kontaktierungspads, zu bilden. Sie übernehmen damit die Funktion von Kontaktelementen.
Auch ist es möglich, thermisch leitfähige Partikel einzuset­ zen, um sogenannte thermische Pads zu bilden. Diese haben die Aufgabe, beispielsweise Wärme von einer elektronischen Kompo­ nente abzuführen und einem Kühlelement zuzuleiten. Eines der wichtigsten Anwendungsbeispiele ist eine Mikroprozessorein­ heit, bei der die vom Prozessor erzeugte Wärme einer von einem Ventilator beaufschlagten Kühlfläche zugeführt werden soll.
Derartige Materialien auf Silikonbasis weisen trotz ihrer unbestrittenen nützlichen Eigenschaften einige Nachteile auf.
Als besonders problematisch gilt in diesem Zusammenhang die Eigenschaft des Silikons, kurze Molekülketten "auszugasen". Diese Bestandteile kondensieren an (benachbarten) Metallteilen oder kalten Oberflächenabschnitten. Der Niederschlag in Form von Silikonöl bewirkt eine (meist unerwünschte) elektrische Isolierung der Oberfläche. Beispielsweise wurde beobachtet, dass bei Kontaktrelais ein derartiger Niederschlag deren Funk­ tion erheblich beeinträchtigt oder zerstört. Selbst bei mecha­ nisch geschlossenem Kontakt kann der niedergeschlagene Sili­ konölfilm einen elektrischen Kontakt vollständig verhindern. Die Telefonindustrie hat deshalb silikonhaltige Materialien trotz der anerkannten positiven Eigenschaften weitgehend eli­ miniert.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Silikonölfilm die Haftfähigkeit der Oberfläche drastisch verschlechtert. Dieses Problem tritt in besonderem Maße in der Kraftfahrzeugindustrie auf, wo häufig Oberflächen lackiert oder beschichtet werden. Bereits geringe Mengen eines Silikonniederschlags reichen aus, um das Anhaften von Lack zu beeinträchtigen.
Der Erfindung lag deshalb das Problem zugrunde, ein Material der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die geschilder­ ten Probleme nicht mehr auftreten. Es sollte ein Material zur Verfügung gestellt werden, das unter Beibehaltung der positi­ ven Eigenschaften der eingangs genannten Materialien auf Sili­ konbasis eine uneingeschränkte Anwendung zuläßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Material mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Varianten des Materials sowie dessen Verwendung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Die Erfindung basiert auf der Idee, anstelle des Silikons ein Elastomer vom Typ Polyoxypolyolefin oder ein Mitglied der Polyolefin-Familie zu verwenden gemäß der Formel:
worin R: ein Alkyl, bevorzugt Methyl oder Ethyl ist,
worin R': ein Alkyl, bevorzugt Methyl oder Ethyl ist,
worin POP: ein Polyoxyolefin bevorzugt Polyoxypropylen ist.
Dieses Material zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus und eignet sich in besonderem Maße für das Formed-In-Place-Gasket-Verfahren, um Dichtungs- oder Dämp­ fungselemente für Gehäuse von elektronischen oder Telekommuni­ kationsgeräten auszubilden. Die auf diese Weise hergestellten Dichtungs- oder Dämpfungselemente sind nach der Polymerisa­ tion weich, elastisch und nicht klebrig, haften jedoch be­ sonders gut auf der aufgebrachten Unterlage. Der Auftrag kann entweder manuell oder über computergesteuerte Einrichtungen oder Roboter vorgenommen werden.
Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften kann das Material aber auch durch weitere, an sich bekannte Verfahren verarbei­ tet werden, wie beispielsweise (Form)Gießen, Sprühen, Dispen­ sieren oder Bedrucken.
Schließlich besitzt das Material eine gute Umweltverträglich­ keit, da es frei von Halogenen und nicht-toxisch ist. Auch entstehen im Falle eines Brandes keinerlei gefährliche Gase.
Das erfindungsgemäße Material liegt als pastöse Masse vor, so dass es einerseits leicht verarbeitbar ist und durch die oben beschriebenen Verarbeitungstechniken in die gewünschte Form gebracht werden kann. Andererseits ist die Viskosität derart, dass speziell bei der Anwendung des Formed-In-Place-Gasket- Verfahrens der erzeugte Strang eine ausreichende Formstabili­ tät aufweist, so dass er ohne zusätzliche Maßnahmen die er­ zeugte Kontur beibehält. Auf diese Weise kann die Polymerisa­ tion unter Umgebungsbedingungen erfolgen.
Die Beimengungen leitender Partikel stellen ein Füllmaterial dar, das es erlaubt, durch Variation von Menge, Größe und Zusammensetzung der Partikel die gewünschte Produkteigenschaft zu erzielen. Neben den rein mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Elastizität oder zu erzielenden Dichtungs­ funktion, die nach der Polymerisation erreicht werden muß, steht die Frage der erzielbaren Leitfähigkeit im Vordergrund.
In diesem Zusammenhang wird bei den hier in Rede stehenden Materialien entsprechend dem vorgesehenen Einsatzzweck nach verschiedenen Arten von Leitfähigkeit differenziert.
Einer der bedeutendsten Anwendungsfälle bezieht sich auf die Herstellung von Dichtungen an Gehäusen, Gehäuseabschnitten, Leiterplatten oder dergleichen, um eine Abschirmung gegen hochfrequente elektromagnetische Wellen zu erzielen. Hierfür werden Beimengungen in Form von beispielsweise Nickel-, Silber- oder Goldpulver bzw. entsprechende Stäube verwendet. Der Abschirmeffekt läßt sich aber auch mit Pulvern oder Stäu­ ben aus anderen Materialien, wie beispielsweise auf der Basis von Aluminium, Kupfer, Nickel, Eisen oder Stahl erzielen, sofern diese geeignet ummantelt oder beschichtet werden. Als Material für die Ummantelung oder Beschichtung kommen wiederum Nickel, Silber oder Gold in Frage. Auch ist es möglich, nicht­ leitende Partikel, wie beispielsweise auf der Basis von Glas, Glimmer oder Kunststoff zu verwenden, sofern diese wie oben beschrieben ummantelt oder beschichtet werden, und die für einen derartigen Anwendungsfall erforderliche elektrische Leitfähigkeit der Partikel erreicht wird.
Auch hinsichtlich der geometrischen Form der Partikel besteht weitgehende Gestaltungsfreiheit. Neben regelmäßig oder un­ regelmäßig geformten kompakten Partikeln sind insbesondere Fasern von Interesse, mit denen sich die Festigkeit des poly­ merisierten und damit gehärteten Endprodukts signifikant erhö­ hen läßt. Es versteht sich von selbst, dass je nach verwende­ tem Fasermaterial wiederum eine geeignete Beschichtung oder Ummantelung vorhanden sein muß.
Als weitere Gruppe geeigneter Beimengungen sind Partikel auf der Basis von Grafit, insbesondere Nickelgrafit oder Ferrit von Bedeutung, die elektromagnetische Wellen äußerst effektiv absorbieren. Sie werden deshalb für elektromagnetisch wirkende Dämpfungs- und Dichtungselemente eingesetzt.
Eine letzte Gruppe von Beimengungen wird zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Hierzu werden Materialien mit besonders hoher thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Boritoxid oder Magnesium verwendet. Diese werden ebenso wie die vorstehend beschriebenen Materia­ lien als Partikel bzw. Füllmaterial dem Basiselastomer beige­ mengt.
Üblicherweise wird das leitfähige pastöse Material als so­ genanntes Einkomponentenmaterial aufgebaut, das unter Umge­ bungsbedingungen bei Raumtemperatur aushärtet. Die Aushärtzeit kann gewünschtenfalls durch Einwirkung von Wärme verkürzt werden, um den Produktionsprozeß im Falle einer Massenferti­ gung zu optimieren. Darüber hinaus ist es ebenso möglich, das leitfähige pastöse Material in an sich bekannter Weise als Zweikomponentenmaterial zu konzipieren.
Gemäß einer konkreten, beispielhaften Anwendung ist vorgesehen, das leitfähige pastöse Material zur Herstellung einer ela­ stischen Dichtung für ein elektromagnetisch abgeschirmtes Gehäuse zu verwenden. Eine Paste des Materials wird mittels einer bahngesteuerten Düse unmittelbar auf ein Gehäuseteil in dem Bereich aufgebracht, in welchem sich eine abzudichtende Trennfuge des Gehäuses befindet. Beim Ausbringen des Kunst­ stoffmaterials wird die Düse mittels einer computergesteuerten Handlingseinrichtung über das Gehäuseteil bewegt. Die Ge­ schwindigkeit der Relativbewegung von Düse und Gehäuseteil ist durch die Viskosität des pastösen Materials, durch die Durch­ trittsmenge und -geschwindigkeit des Materials aus der Düse, den Durchtrittsquerschnitt der Düse, den gewünschten Profil­ querschnitt der zu erzeugenden Dichtung und die Zusammenset­ zung des Materials bestimmt.
Der auf diese Weise dispensierte Strang des Materials polyme­ risiert unter Umgebungsbedingungen bei Raumtemperatur. Dieser Vorgang dauert relativ lange, kann aber durch gezielte Wär­ meeinwirkung beschleunigt werden.
Als Ausgangsmaterial wird Polyoxypolyolefin verwendet, dem ein Pulver aus elektrisch leitenden Partikeln beigemengt ist. Das Material ist als Einkomponentenmaterial konzipiert und härtet unter Umgebungsbedingungen bei normaler Raumtemperatur aus.
Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall dieser Materialien liegt in der Herstellung von Kontaktierungspads, die an sich belie­ big, beispielsweise als Fläche oder punktförmig, gestaltet werden können.
In vergleichbarer Weise wird ein wärmeleitendes Kontaktie­ rungselement hergestellt, wobei das pastöse Material eine Beimengung von hochwärmeleitfähigen Partikeln enthält. Das auf diese Weise erhaltene Element ist hochgradig wärmeleitfähig und verhindert einen Wärmestau an der aufgebrachten Oberflä­ che.

Claims (12)

1. Leitfähiges pastöses Material für die Elektroindustrie auf der Basis eines Elastomers und einer Beimengung leitender Partikel, dadurch gekennzeichnet, dass das Elasto­ mer vom Typ Polyoxypolyolefin oder ein Polyolefin ist.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimen­ gung aus elektrisch leitfähigen Partikeln besteht.
3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimen­ gung ein Nickel-, Silber oder Goldpulver ist.
4. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimen­ gung ein Aluminium-, Kupfer-, Nickel-, Eisen- oder Stahlpulver ist, dessen Partikel mit Nickel-, Silber oder Gold ummantelt oder beschichtet sind.
5. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimen­ gung aus nichtleitenden Partikeln besteht, die mit Nickel, Silber oder Gold ummantelt oder beschichtet sind.
6. Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel Fasern aus Glas, Glimmer oder Kunststoff sind.
7. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimen­ gung ein Grafit-, Ferrit- oder Nickel-Grafit-Pulver ist.
8. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimen­ gung aus thermisch leitfähigen Partikeln besteht.
9. Material nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus Aluminiumoxid, Boritoxid oder Magnesium bestehen.
10. Verwendung des Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung einer elastischen Dichtung für ein elektro­ magnetisch abgeschirmtes Gehäuse, das wenigstens zwei Gehäuse­ teile aufweist, die an einer Trennfuge mit der Dichtung zu­ sammengefügt werden, wobei die Dichtung als Strang des Materi­ als mittels einer Düse im Bereich der Trennfuge auf wenigstens eines der Gehäuseteile unmittelbar aufgebracht wird und dort polymerisiert.
11. Verwendung des Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung einer Kontaktierungsfläche, insbesondere eines Kontaktierungspads.
12. Verwendung des Materials nach Anspruch 8 oder 9 zur Her­ stellung eines wärmeleitenden Elements, insbesondere eines wärmeleitenden Pads.
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