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DE4343509A1 - Leitfähiges Element für einen elektrischen Stromkreis, elektrische Schaltungsanordnung und Verfahren zum Herstellen beider - Google Patents

Leitfähiges Element für einen elektrischen Stromkreis, elektrische Schaltungsanordnung und Verfahren zum Herstellen beider

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DE4343509A1
DE4343509A1 DE4343509A DE4343509A DE4343509A1 DE 4343509 A1 DE4343509 A1 DE 4343509A1 DE 4343509 A DE4343509 A DE 4343509A DE 4343509 A DE4343509 A DE 4343509A DE 4343509 A1 DE4343509 A1 DE 4343509A1
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electrical circuit
carbon
plastic
graphite fibers
circuit arrangement
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DE4343509A
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Toshiaki Kanno
Makoto Katsumata
Hidenori Yamanashi
Hitoshi Ushijima
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leichtgewichtiges leitfähiges Element für einen elektrischen Stromkreis, das hervorragende Herstellungs- und Verarbeitungseigenschaften aufweist, ferner auf die mit einem solchen Leiterelement versehene elektrische Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser beiden Gegenstände.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren werden elektronische Einrichtungen auf allen gewerblichen Gebieten verwendet, wie z. B. in elektrischen Haushaltsgeräten, in Motorfahrzeugen, in der Luftfahrt usw. Mit zunehmender Nachfrage nach Miniaturisierung, hoher Dichte und persönlichem Gebrauch wurden die elektrischen Schaltkreise, die für elektronische Einrichtungen oder Einheiten auf diesen Gebieten verwendet werden, nicht mehr in herkömmlicher elektrischer Verdrahtungsweise erstellt, sondern mittels einer gedruckten Schaltungsplatine (PC: printed circuit board) oder einer flexiblen gedruckten Schaltungsplatine (FPC), bei denen Stromkreismuster zweidimensional gebildet werden, indem leitfähiges Material, wie etwa Metall, auf einem isolierenden Trägermaterial verwendet wird. Diese gedruckten Schaltungsplatinen werden wie folgt hergestellt. Zunächst wird eine Mehrschichtplatte erstellt, die aus einem isolierenden Trägermaterial, z. B. Epoxidharz oder Phenolharz, und einer darauf aufgebrachten leitenden Kupferfolie besteht. Auf einer solchen Platte werden die erforderlichen Stromkreismuster abgedeckt, und dann wird die Platte einem Ätzprozeß unterworfen, um die Teile der Kupferschicht zu entfernen, die nicht zum Stromkreismuster gehören. Auf diese Weise wird der gewünschte elektrische Stromkreis ausgebildet. Die kupfernen Stromkreisbestandteile werden zum Schutz vor Korrosion mit einem organischen Hochpolymer beschichtet oder mit Nickel, Zinn, Lötzinn, Silber oder Gold überzogen. Im übrigen verwenden flexible gedruckte Schaltungen ein isolierendes Trägermaterial aus flexibler Kunststoffolie anstelle des bei gedruckten Platinen benutzten Schichtmaterials aus Epoxidharz oder Phenolharz. Flexible gedruckte Schaltungen werden an gekrümmten Abschnitten oder in Bereichen eingesetzt, wo ein Stromkreis dreidimensional ausgebildet werden soll.
Ferner sind in den letzten Jahren mehrere Techniken vorgeschlagen worden, mittels derer ein Stromkreismuster auf unmittelbar einem isolierenden Trägermaterial hergestellt wird, ohne eine aus dem isolierenden Material und einer Kupferfolie zusammengesetzte Platte zu verwenden. Dazu gehören ein Kunststoffbeschichtungsverfahren (japanische Offenlegung JP-A-1/91363), eine physikalische Aufdampfung (PVD: physical vapor deposition) und eine chemische Aufdampfung (CVD) (JP- A-61/47015) Aber diesen Verfahren haften die folgenden Nachteile an. Beim Kunststoffbeschichtungsverfahren kann eine elektrolytische Beschichtung bei Kunststoffen, die natürliche Isolationseigenschaften aufweisen, nicht mit hoher Folienbildungsgeschwindigkeit, gleichmäßiger Folienstärke und ausgezeichnetem innigem Kontakt durchgeführt werden. Aus diesem Grund wird für eine Kunststoffoberfläche im allgemeinen zunächst eine nicht-elektrolytische Beschichtung vorgenommen und erst danach die elektrolytische Beschichtung durchgeführt. Die gewöhnliche nicht-elektrolytische Beschichtung von Kunststoff, bei der die Anwesenheit eines Katalysators in der Kunststoffoberfläche unabdingbar ist, erfordert jedoch viele komplizierte Herstellungsschritte, wie zum Beispiel die Adsorption des Katalysators an der Oberfläche (Aktivierungsbearbeitung) und die Vergröberung der Kunststoffoberfläche zum Verbessern der innigen Haftung zu der überziehenden Schicht (JP-A-60/67675).
Die physikalischen und chemischen Aufdampfungsverfahren sind kostenaufwendig, da sie in einer Verarbeitungseinrichtung mit hochentwickeltem Vakuumsystem durchgeführt werden. Da ferner die Schichtbildungsgeschwindigkeit bei diesen Verfahren geringer ist als bei dem oben genannten chemischen Beschichtungsverfahren können sie auf die Schaltungsanordnung nur mit einem vergleichsweise kleinen Strom angewendet werden, für den ein hoher Strombahnwiderstand der Schaltungsanordnung kein Problem darstellt. Ferner ist auch ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem eine Schaltungsanordnung gebildet wird, indem auf ein isolierendes Material zum Beschichten eine Flüssigkeit oder Lösung von leitfähigem Kunststoff oder ein Anstrich leitfähigen Materials aus Metallpartikeln oder - flocken, zum Beispiel aus Gold, Silber, Kupfer oder Nickel, zusammen mit einem synthetischen Bindemittel auf gedruckt wird. Wenn ein solcherart metallisiertes leitfähiges Kunststoffmaterial an einem gekrümmten Abschnitt einer flexiblen gedruckten Schaltung verwendet wird, wird der Strombahnwiderstand im allgemeinen unstabil. Außerdem ist der Anstrich, der das leitfähige Material mit Edelmetallen enthält, zwar hervorragend hinsichtlich seiner Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, aber kostspielig.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines leitfähigen Elements für einen elektrischen Stromkreis, das aufgrund seiner einfachen Herstellung und ausgezeichneten Verarbeitbarkeit nicht nur in einer zweidimensionalen ebenen Schaltung, sondern leicht auch in einem dreidimensionalen Stromkreis ausgebildet werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines leitfähigen Elements für einen elektrischen Stromkreis, auf das der dünne Metallüberzug mit hoher Geschwindigkeit aufgebracht und von dem sich der Metallüberzug wegen seiner innigen Verbindung schwer löst.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Schaltungsanordnung für elektrische/elektronische Geräte, welche die obigen leitfähigen Elemente aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zum Herstellen des obigen leitfähigen Elements und der elektrischen Schaltungsanordnung.
Die vorliegende Erfindung schafft nach einem ersten Gesichtspunkt für einen elektrischen Stromkreis ein leitfähiges Element, bei dem wenigstens eine Art von Metallschicht zumindest auf einer Teiloberfläche eines leitfähigen Kunststoffgußteils aufgebracht wird, das verteilt beigegeben Carbonfasern oder Graphitfasern enthält, insbesondere solche mit einem Durchmesser von 5 µm oder weniger und einer Länge von 100 µm oder weniger. Die Carbonfasern oder Graphitfasern, die in dem erfindungsgemäßen leitfähigen Element für elektrische Stromkreise verwendet werden, können wie folgt gewonnen werden. Zum Beispiel wird ein Vorläufer eines Hochpolymers der Kohlenstoffreihe aus einer Schmelze gezogen, zur Vermeidung einer Verschmelzung in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt und zur Carbonisierung bei einer Temperatur von 1000°C in einer inerten Gasatmosphäre wärmebehandelt, um Carbonfasern oder Graphitfasern mit einem Durchmesser von 5 µm oder weniger, vorzugsweise 0,5 µm oder weniger, zu erzeugen. Die auf diese Weise erhaltene Faser wird durch Schneiden und Brechen in kurze Faserstücke mit einer Länge von 100 µm oder weniger, vorzugsweise 50 µm oder weniger, geteilt. Der Vorläufer eines Hochpolymers der Kohlenstoffreihe kann ein Kunstharz sein, wie z. B. Polyacrylnitril, Reyon, Polyvinylalkohol, Vinylchlorid, Phenol, Polyamid, Arramid (Warenzeichen), Polyimid oder ein Hochpolymer aus einer Kohle- oder Öl-Fraktion.
Ferner können auch Carbonfasern verwendet werden, die aus einer Dampfphase wie folgt gewonnen werden. Material aus einer Kohlenstoffliefernden Quelle wird in Gasform gebracht, und das Gas wird seinerseits in Kontakt mit ultraf einen metallischen Partikeln (aus einem Übergangsmetall, wie Eisen, Nickel, Cobalt, und mit einem Teilchendurchmesser von 300 Angström oder weniger) oder einem Katalysator (z. B. aus einer flüssigen, gelösten oder verdampfbaren metallorganischen Verbindung, wie Metalocen) gebracht und zusammen mit einem Trägergas, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, in einem Reaktionsbereich von 900 bis 1500°C zerlegt. Die aus der Dampfphase gewinnbare Carbonfaser hat eine Länge von 1000 µm oder weniger und einen Durchmesser von 1 µm oder weniger. Die oben genannte Kohlenstoff liefernden Quelle kann zum Beispiel durch folgende Stoffe gegeben sein: aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Methan, Äthan, Propan oder Propylen; ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Äthylen, Propylen, Allen oder Acetylen; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Benzen oder Toluen; alizyklische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Zyklohexan oder Zyklooktan; organische Säuren, wie etwa Äthanol, Butanol oder Oktanol; Ester, wie etwa Butylphthalat; Ketone, wie etwa Äthylisobutyl oder Zyklohexan; stickstoffhaltige organische Verbindungen, wie etwa Haxylamin; schwefelhaltige organische Verbindungen, wie etwa Octylmercaptan; oder chlorhaltige organische Verbindungen, wie etwa Kohlenstofftetrachlorid.
Die vorgenannten aus der Dampfphase gewonnenen Carbonfasern können bei einer Temperatur von 1500 bis 3500°C (vorzugsweise 2500°C oder mehr) 3 bis 120 Minuten lang (vorzugsweise 30 Minuten oder länger) in einer Atmosphäre aus inertem Gas oder Edelgas, z. B. Argon, wärmebehandelt werden. Auch die so gewonnene Graphitfaser mit ausgeprägter Graphitstruktur kann bevorzugt verwendet werden. Es sei bemerkt, daß diese aus der Dampfphase gezogenen Carbonfasern und Graphitfasern je nach Bedarf in Faserstücke geringer Länge von 100 µm oder weniger gebrochen werden.
Die Hochtemperatur-Wärmebehandlung dieser Carbonfasern wird bevorzugt, da sie es ermöglicht, einen späteren Beschichtungsarbeitsgang mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und die Überzugsschicht gleichmäßig auszubilden.
Hinsichtlich des für die erzeugte elektrische Schaltung zulässigen Stroms wird die Verwendung von Graphitfasern bevorzugt, da Graphit eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Der Kunststoff, der als Bindemittel für das Einstreuen der vorgenannten Carbon- oder Graphitfasern in das erfindungsgemäße leitfähige Element für einen elektrischen Stromkreis verwendet wird, kann zum Beispiel aus folgender Gruppe von Stoffen gewählt werden: thermoplastisches Harz, wie etwa Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Äthylenvinylacetatcetatcopolymer oder Äthyenacrylsäureestercopolymer; sich thermisch verfestigendes Harz, wie etwa Silikonharz, Phenolharz, Ureaharz, Epoxidharz oder Urethanharz; und Gummi, wie etwa Chlorschwefeläthylen, chloriertes Polyäthylen, Äthylen/Propoylengummi, Chloroprengummi, Acrylgummi, Silikongummi oder Fluorgummi.
Das Verfahren zum Einbringen der Carbon- oder Graphitfasern ist nicht besonders beschränkt. Es kann mit einer bekannten Knetmaschine durchgeführt werden, wie etwa mit einer Doppelmischrolle, Dreifachmischrolle, einem Mixer, einem Banbury-Mixer oder einem ein- oder zweiachsigen Kneter.
Bei dem elektrisch leitfähigen Kunststoff, der in dem erfindungsgemäßen leitfähigen Element für elektrische Stromkreise verwendet wird, sollte das Mischungsverhältnis von Carbon- oder Graphitfasern zum Kunststoff nicht besonders beschränkt sein. Bevorzugt beträgt der Fasergehalt 10 bis 80 Gewichtsprozent. Andererseits ist es tendenziell so, daß bei einem späteren Arbeitsgang zur elektrolytischen Beschichtung ein elektrisch leitfähigeres Material einen dünnen Überzug mit höherer Geschwindigkeit und mit gleichmäßigerer Schichtstärke zu bilden ermöglicht, und der infolge der beigemengten Fasern gröbere Oberflächenzustand ergibt eine bessere Haftung der auf gebrachten Beschichtung. Mithin ergibt eine vermehrte Beigabe an Carbon- oder Graphitfasern eine bessere Beschichtung, wohingegen ein Übermaß an Fasern die Gießeigenschaften des Kohlenstoffelements verschlechtert.
Infolgedessen ist ein Fasergehalt von 30 bis 60 Gewichtsprozent vorzuziehen.
Je nach Art des verwendeten Harzes und des Einsatzbereichs kann ein derartiger elektrisch leitfähiger Kunststoff einen Zusatz, eine Komponente oder ein Lösungsmittel enthalten, wie etwa ein Füllmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Platifizierungsmittel, Antioxidationsmittel oder Vernetzungsmittel.
Ein erfindungsgemäßes leitfähiges Element für einen elektrischen Stromkreis kann aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff durch ein beliebiges Gießverfahren gebildet werden, wie etwa durch Extrusionsgießen, Spritzgießen, Transfergießen oder Druckgießen. Die Art des Gießverfahrens kann je nach Eigenschaft des Kunststoffs und Gestalt des Gußteils wahlfrei ausgesucht werden. Außerdem kann in dem gußgeformten leitfähigen Element eine metallische Fläche oder ein Metalldraht oder -geflecht als Verstärkungsmittel oder elektrisch leitfähiges Hilfselement im Bereich von Anschlußstellen oder Belastungskonzentrationen eingefügt werden.
Das leitfähige Element weist eine zumindest teilweise mit wenigstens einer Metallart beschichtete Oberfläche auf. Die Beschichtung kann mit jeder beliebigen bekannten Methode oder einer beliebigen Kombination bekannter Methoden erfolgen. Folgende Methoden kommen in Betracht: elektrolytisches Beschichten durch Elektrolyse einer Metallsalzlösung nicht­ elektrolytisches Beschichten unter Nutzung der reduzierenden Wirkung des in einer Metallsalzlösung enthaltenen Reduktionsmittels; physikalische Aufdampfverfahren, wie z. B. Vakuummetallisieren durch Verdampfen oder Ionisieren von Metall oder einer Metallverbindung in Vakuum, Sputter- und Ionenbeschichtungs-Verfahren; und chemische Aufdampfverfahren, bei denen Dampf einer chemischen Verbindung (hauptsächlich eines Metallhalids) eines für die Beschichtung verwendeten Materials, das zusammen mit einem Trägergas zugeführt wird, in der Oberfläche eines Gegenstands thermisch gespalten wird, so daß es an der Oberfläche des Gegenstands zu einem Niederschlag kommt oder das Metall durch Wasserstoffreduktion abgelagert wird. Solche Beschichtungsarbeitsgänge können in einem beliebigen Herstellungsstadium eines leitfähigen Elements durchgeführt werden, z. B. nach dem Formgießen oder nachdem das Gußteil sich auf einem isolierenden Trägermaterial befindet.
Das leitfähige Element für einen elektrischen Stromkreis kann, nachdem es gemäß dem vorgenannten Verfahren in Stromkreisgestalt gegossen und dem Beschichtungsprozeß unterworfen worden ist, wahlweise auf der Oberfläche eines isolierenden Trägers angeordnet werden, und zwar z. B. durch mechanisches Befestigen, Aufdrücken, Verbinden oder Aufschmelzen, wodurch eine elektrische Schaltungsanordnung entsteht. Alternativ kann vor dem Gießen des elektrisch leitfähigen Kunststoffs zu einem Stromkreis der isolierende Träger in die Gußform eingebracht werden, so daß das gegossene leitfähige Element eine Einheit mit dem isolierenden Träger bildet und danach dem Beschichtungsprozeß unterworfen werden kann, um eine elektrische Schaltungsanordnung herzustellen. Wenn der elektrisch leitfähige Kunststoff eine flüssige oder gelöste leitfähige Farbe oder Beschichtung aus Carbonfasern oder Graphitfasern und flüssigem (oder in Lösungsmittel gelöstem) Kunstharz ist, kann die Flüssigkeit bzw. Lösung ferner auf die Oberfläche des isolierenden Trägers gedruckt werden, um ein elektrisches Stromkreismuster zu bilden, und kann dann einem Aushärtungsprozeß unterworfen werden, indem man etwa die Anordnung bei Raumtemperatur stehen läßt oder erwärmt und das Lösungsmittel durch Druckminderung entfernt. Danach kann das elektrische Stromkreismuster zusammen mit dem isolierenden Träger als Ganzes einem Beschichtungsverfahren unterworfen werden, um eine elektrische Schaltungsanordnung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine elektrische Schaltungsanordnung beliebiger Gestalt leicht hergestellt werden, indem elektrisch leitfähiger Kunststoff verwendet wird, und die Schaltungsanordnung weist wegen der Verankerungswirkung eines Füllmaterials mit Kleinstcarbonfasern eine gute Haftung der Metallschicht auf.
Die vorgenannten und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den bei liegenden Zeichnungen noch deutlicher hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung; und
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Prüfen der Biegebeständigkeit einer flexiblen gedruckten elektrischen Schaltungsanordnung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Bezugsbeispiel 1
Polyacrylnitril wurde zum Ziehen einer Faser aus der Schmelze erhitzt. Es wurde in Luftatmosphäre bei 250°C unter gleichzeitiger Ausübung einer Dehnkraft oxidiert und in inerter Gasatmosphäre bei 3000°C wärmebehandelt. Die so gewonnenen Fasern wurden in Faserstücke mit einer Länge von 1 bis 0,5 mm geschnitten, die unter Verwendung einer Kugelmühle weiter zerkleinert wurden. Auf diese Weise wurden Carbonfasern A mit einer Durchschnittslänge von 10 µm und einem Durchmesser von 4 µm erhalten.
Bezugsbeispiel 2
Eine mesophase Ölfraktion mit einem Schmelzpunkt von 280°C und einer optischen Anisotropie von 100% wurde zum Ziehen einer Faser aus der Schmelze erhitzt. Sie wurde in Luftatmosphäre bei 330°C unter gleichzeitiger Ausübung einer Dehnkraft oxidiert und in inerter Gasatmosphäre bei 3000°C wärmebehandelt. Die so gewonnenen Fasern wurden in Faserstücke mit einer Länge von 1 bis 0,5 mm geschnitten, die unter Verwendung einer Kugelmühle weiter zerkleinert wurden. Auf diese Weise wurden Carbonfasern B mit einer Durchschnittslänge von 30 µm und einem Durchmesser von 4 µm erhalten.
Bezugsbeispiel 3
Unter Verwendung von Benzen als Kohlenstoffquelle für Carbonfasern und Ferrocen als Katalysator wurden Carbonfasern mit einer Länge von 50 µm und einem Durchmesser von 0,01 bis 0,5 µm aus einer Dampfphase bei 1100°C in einer Atmosphäre aus Wasserstoffals Trägergas gewonnen. Die so erhaltenen Carbonfasern wurden bei 3000°C in einer Argongas-Atmosphäre wärmebehandelt, um aus der Dampfphase gezogene Graphitfasern C zu erzeugen.
Ausführungsbeispiel 1
Die im Bezugsbeispiel 1 gewonnenen Carbonfasern A wurden mittels einer zweiachsigen Knetmaschine einem Polypropylenharz (Nihon Petroleum Chemical Co. Ltd., J650G) beigegeben, so daß sich ein Fasergehalt von 40 Gewichtsprozent ergab. Auf diese Weise wurde ein elektrisch leitfähiger Kunststoff zum Spritzgießen mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 1×10 Ωcm zubereitet. Aus dem leitfähigen Kunststoff wurde durch Spritzgießen ein streifenförmiges Musterstück mit folgenden Abmessungen erstellt: 100 mm Länge×25 mm Breite×1 mm Dicke. Das Musterstück wurde zur Beschichtung in ein Kupfer- Elektrolysebad (CuSO4 5H2O: 200 g/Liter, H2SO4: 500 g/Liter) getaucht und mit einer Stromdichte von 0,02 bis 3 A/dm2 galvanisiert. Es wurde ein elektrisch leitfähiges Stromkreiselement I erhalten, dessen Oberfläche mit Kupfer beschichtet war. Die Ablösefestigkeit (Kgf/cm) der erhaltenen Überzugsschicht wurde nach dem durch JIS-C-6481 definierten Verfahren gemessen. Tabelle 1 zeigt die Auswertungsergebnisse.
Ausführungsbeispiel 2
Auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 - mit der Ausnahme, daß anstelle der Carbonfasern A die im Bezugsbeispiel 2 gewonnenen Carbonfasern B in einem Anteil von 40 Gewichtsprozent beigegeben wurden - wurde ein elektrisch leitfähiger Kunststoff mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 5×10° Ωcm zubereitet. Unter Verwendung dieses leitfähigen Kunststoffs wurde ein elektrisch leitfähiges Stromkreiselement II mit kupferbeschichteter Oberfläche gebildet. Die Ablösefestigkeit der Überzugsschicht wurde in der gleichen Weise gemessen wie beim Ausführungsbeispiel 1. Tabelle 1 zeigt auch diese Auswertungsergebnisse.
Ausführungsbeispiel 3
Auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 - mit der Ausnahme, daß anstelle der Carbonfasern A die im Bezugsbeispiel 3 gewonnenen Carbonfasern C in einem Anteil von 40 Gewichtsprozent beigegeben wurden - wurde ein elektrisch leitfähiger Kunststoff mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 4×10° Ωcm zubereitet. Unter Verwendung des auf diese Weise hergestellten leitfähigen Kunststoffs und des im Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Polypropylenharzes wurde ein Spritzgußverfahren durchgeführt, um ein Gußteil herzustellen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, bei dem eine elektrisch leitfähige Strombahn 2 von 10 mm Breite auf einem Polypropylen- Gußteil 1 als isolierendem Träger ausgebildet ist. Das so hergestellte Gußteil wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 elektrolytisch beschichtet. Auf diese Weise wurde eine elektrische Schaltungsanordnung III erzielt, bei der das isolierende Trägermaterial mit seiner nach außen liegenden, kupferbeschichteten Oberfläche des leitfähigen Kunststoffs sowie der Leiter selbst als eine Einheit in einem dreidimensionalen Aufbau gegossen sind. Die Ablösefestigkeit der Überzugsschicht wurde in der gleichen Weise gemessen wie beim Ausführungsbeispiel 1. Tabelle 1 zeigt auch diese Auswertungsergebnisse.
Ausführungsbeispiel 4
5 Gewichtsteile eines Härtemittels (YUKA SHELL EPOXY Co. Ltd., DICY-7) und 20 Gewichtsteile Carbonfasern C wurden 100 Gewichtsteilen eines Epoxidharzes (YUKA SHELL EPOXY Co. Ltd., epi-coat 828) unter Verwendung einer dreifachmischenden Rollenknetmaschine beigemengt, wodurch eine elektrisch leitfähige Paste hergestellt wurde. Durch Siebdruck (Maschendichte 120) wurde die Paste auf ein Phenolglasharz gedruckt, um einen elektrischen Stromkreis mit einem Muster zu bilden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die gedruckte Schaltung wurde durch einstündige Wärmebehandlung bei 160°C ausgehärtet. Das Trägermaterial wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 mit Kupfer beschichtet, um eine gedruckte elektrische Schaltungsanordnung IV zu bilden.
Die Ablösefestigkeit der Überzugsschicht wurde in der gleichen Weise gemessen wie beim Ausführungsbeispiel 1. Tabelle 1 zeigt auch diese Auswertungsergebnisse.
Ausführungsbeispiel 5
Eine flexible gedruckte elektrische Schaltungsanordnung V wurde auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel 4 gewonnen mit der Ausnahme, daß beim Siebdrucken die Strombahn anstatt auf einen Phenolglasträger auf eine Polyimidfolie (75 µm stark) gedruckt wurde.
Die Biegebeständigkeitsprüfung der solcherart erhaltenen flexiblen gedruckten Schaltung wurde gemäß der in Fig. 3 dargestellten Methode durchgeführt, nämlich in der Weise, daß zusammen mit einem Muster 5 der flexiblen gedruckten Schaltung, das mit einem Zuggewicht 4 (100 g) belastet ist, eine schwenkende Klemmeinrichtung 5 wiederholt um 180° geschwenkt wird. Die Anzahl der Biegungen bis zur Unterbrechung oder bis zum Riss der Strombahn wurde gemessen, um die Biegebeständigkeit der flexiblen gedruckten Schaltung auszuwerten. Tabelle 2 zeigt die Anzahl von Biegungen bis zur Unterbrechung der Strombahn.
Vergleichsbeispiel 1
Auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 - mit der Ausnahme, daß anstelle der Carbonfasern A im Handel erhältliche Carbonfasern (Toray Industries, Inc. TOREKA T300MLD30, 30 µm Länge, 7 µm Durchmesser) in einem Anteil von 40 Gewichtsprozent beigegeben wurden - wurde ein elektrisch leitfähiger Kunststoff zubereitet. Obwohl die Schaltungsanordnung in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 gegossen und mit Kupfer beschichtet wurde, war die resultierende Überzugsschicht nicht gleichmäßig und ihre Haftung war schwach. Infolgedessen konnte kein gutes leitfähiges Element für eine elektrische Strombahn erzielt werden.
Vergleichsbeispiel 2
Auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 - mit der Ausnahme, daß anstelle der Carbonfasern A im Handel erhältliche Carbonfasern (Nihon Kanka Co. Ltd., SPG40, mittlerer Durchmesser 4 µm) in einem Anteil von 40 Gewichtsprozent beigegeben wurden - wurde ein elektrisch leitfähiger Kunststoff zubereitet. Die gegossene Schaltung mit dreidimensionaler Struktur wurde auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel 3 hergestellt. Das Gußteil wurde mit Kupfer beschichtet, um eine elektrische Strombahn C-1 zu ergeben. Die Ablösefestigkeit der resultierenden Überzugsschicht wurde in der gleichen Weise gemessen wie beim Ausführungsbeispiel 1. Tabelle 1 zeigt auch diese Auswertungsergebnisse.
Vergleichsbeispiel 3
Als leitfähige Paste wurde eine elektrisch leitfähige Silberpaste (Fujikura Kasei Co. Ltd.) verwendet und mittels Siebdruck (Maschendichte 250) eine Strombahn auf eine Polyimidfolie gedruckt, um eine gedruckte Schaltung wie im Ausführungsbeispiel 5 zu bilden. Die Schaltungsanordnung wurde durch halbstündige Wärmebehandlung bei 150°C ausgehärtet, wodurch eine flexible gedruckte elektrische Schaltungsanordnung C-II geschaffen wurde. An der flexiblen gedruckten Schaltung wurde die gleiche Biegebeständigkeitsprüfung wie im Ausführungsbeispiel 5 durchgeführt. Tabelle 2 zeigt auch diese Auswertungsergebnisse.
Vergleichsbeispiel 4
Die flexible gedruckte elektrische Schaltungsanordnung C- II, die im Vergleichsbeispiel 3 erhalten wurde, wurde mit Kupfer beschichtet. Die sich ergebende Überzugsschicht war gleichmäßig ausgebildet, aber ihre Haftung war schwach. Infolgedessen konnte keine wunschgemäße elektrische Schaltungsanordnung erzielt werden.
TABELLE 1
TABELLE 2
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine elektrische Schaltungsanordnung beliebiger Gestalt mit ausgezeichneter Beschichtungshaftung und Biegebeständigkeit mit einer bekannten Gußtechnik auf leichte Weise hergestellt werden.

Claims (13)

1. Leitfähiges Element (2) für einen elektrischen Stromkreis, mit einem leitfähigen Kunststoffgußteil, in dem Carbonfasern oder Graphitfasern verteilt enthalten sind; und einer metallischen Schicht, die zumindest teilweise an der Oberfläche des leitfähigen Kunststoffgußteils angeordnet ist.
2. Elektrische Schaltungsanordnung mit dem leitfähigen Element (2) nach Anspruch 1, wobei dieses Element auf einem elektrisch isolierenden Trägermaterial (1) angeordnet ist.
3. Verfahren zum Herstellen eines leitfähigen Elements (2) für einen elektrischen Stromkreis, mit folgenden Schritten: Herstellen eines Gußteils aus leitfähigem Kunststoff durch Spritzgießen eines thermoplastischen Kunststoffs, in welchem Carbonfasern oder Graphitfasern verteilt enthalten sind; und Beschichten eines Bereichs der Oberfläche des Gußteils mit Metall.
4. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung, mit folgenden Schritten: ein leitfähiger Kunststoff, in dem Carbonfasern oder Graphitfasern verteilt enthalten sind, wird durch Spritzgießen einstückig auf ein isolierendes Trägermaterial (1) aufgebracht, um ein Mehrschichtgußteil aus dem leitfähigen Kunststoff und dem Trägermaterial zu bilden; und ein Bereich der Oberfläche des Kunststoffs des Gußteils wird mit Metall beschichtet.
5. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung, mit folgenden Schritten: Aufdrucken einer Lösung in Form einer Flüssigkeit oder Paste, in der Carbonfasern oder Graphitfasern verteilt enthalten sind, auf ein isolierendes Trägermaterial (1), um dadurch ein elektrisches Stromkreismuster zu bilden; Aushärtenlassen und Entfernen von Lösungsmittel vom Trägermaterial; und Beschichten eines Bereichs der Oberfläche des Musters mit Metall.
6. Leitfähiges Element (2) nach Anspruch 1, bei dem die Carbon- oder Graphitfasern einen Durchmesser von 5 µm oder weniger und eine Länge von 100 µm oder weniger haben.
7. Verfahren zum Herstellen eines leitfähigen Elements (2) nach Anspruch 3, wobei die Carbon- oder Graphitfasern einen Durchmesser von 5 µm oder weniger und eine Länge von 100 µm oder weniger haben.
8. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Carbon- oder Graphitfasern einen Durchmesser von 5 µm oder weniger und eine Länge von 100 µm oder weniger haben.
9. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Carbon- oder Graphitfasern einen Durchmesser von 5 µm oder weniger und eine Länge von 100 µm oder weniger haben.
10. Leitfähiges Element (2) nach Anspruch 6, wobei der Gehalt an Carbon- oder Graphitfasern in dem Kunststoff 10 bis 80 Gewichtsprozent beträgt.
11. Verfahren zum Herstellen eines leitfähigen Elements (2) nach Anspruch 7, wobei der Gehalt an Carbon- oder Graphitfasern in dem Kunststoff 10 bis 80 Gewichtsprozent beträgt.
12. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei der Gehalt an Carbon-oder Graphitfasern in dem Kunststoff 10 bis 80 Gewichtsprozent beträgt.
13. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, wobei der Gehalt an Carbon-oder Graphitfasern in dem Kunststoff 10 bis 80 Gewichtsprozent beträgt.
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