SE504195C2 - Laminat för förslutning och kapsling av elektroniska komponenter, samt sätt för dess framställning - Google Patents

Description

c;- /Û 504 195 2 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att lösa de ovan nämnda problemen, som är förknippade med etablerad teknik.

För förslutning och skärmning används ett laminat innefattande ett jonomerplastskikt bundet mot en metallfolie eller metallski- va. Bindningen åstadkoms utan tillsats av några vidhäftningsmedel mellan plastskiktet och metallyta utan erhålls genom pressning av plastskiktet i värme mot en väl rengjord metallyta. Metallen skall vara av sådant slag, att dess yta oxideras vid förvaring i luft. Flerskiktslaminat kan men fördel användas, där ett metall- skikt ger god elektrisk skärmning och ett yttersta metallskikt ger god mekanisk hållfasthet. Plastskiktet på insidan av ett la- minat binder på samma sätt direkt vid kanter på elektriska kopp- lingsdon utförda av metall.

Allmänt innefattar ett laminat för diffusionstät förvaring av fö- remål metallskikt och polymerskikt, särskilt med ett första skikt av en metall, som i luft oxideras på sin yta, och ett andra skikt av ett jonomerplastmaterial. Dessa skikt är direkt bundna till ,- varandra, särskilt genom uppvärmning under presstryck. Temperatu- _ ren vid sammanpressningen skall vara sådan, att materialet i jo- nomerplastskiktet endast är halvsmält eller mycket trögflytande.

Efter sammanpressningen i värme utförs med fördel en värmebehand- ling vid högre temperatur, vid vilken jonomerplastskiktet är be- tydligt mer lättflytande än vid sammanpressningen under tryck, vilket avsevärt ökar vidhäftningen mellan metall- och polymer- skikt. Det andra skiktet kan vara ett ytmaterialskikt på ett _ skikt av en termoplast, särskilt polyeten eller polypropen, vil- ket ytskikt har erhållits genom lämplig behandling termoplast- skiktet.

Laminatet kan vidare ha ett tredje skikt av en liknande eller samma metall, som i luft oxideras på sin yta. Detta tredje skikt är direkt bundet till ett skikt av ett jonomerplastmaterial, som kan vara det andra skiktet eller ett ytmaterialskikt på andra si- dan av termoplastskiktet.

Vidare kan ett fjärde skikt av ett jonomerplastmaterial finnas, 504 195 3 som är bundet till det tredje skiktet, särskilt så att detta fjärde skikt är ett ytterskikt i laminatet eller så att det är ett ytmaterialskikt på ett basskikt av termoplast.

När laminatet är avsett för förslutning och kapsling av elekt- roniska komponenter, särskilt för ett elektriskt kretskort med därpå anordnade elektroniska komponenter, kan det första, yttre metallskiktet vara av mekaniskt hållfast och/eller korrosionsfast metallmaterial, såsom ett skikt av folie eller ark av Ni eller av stålplåt. Det tredje skiktet kan då vara av ett metallmaterial med god elektrisk ledningsförmåga, särskilt av Al eller Cu. Vida- re är med fördel skikten av metallmaterial av det slag, som är lämpligt för djupdragning, så att exempelvis styva kapslar kan formas.

De olika skikten kan ha väsentligen lika tjocklek och exempelvis kan de olika skikten ha en tjocklek av omkring 50 um. vid behov av extra god elektrisk skärmning av en fog mellan såda- na laminat kan fogen kortslutas, exempelvis genom teknik, som be- skrivs i vår svenska patentansökan nr 9300966-O, "Anordning för elektrisk kontaktering i fogar samt sätt att framställa anord- ningen", inlämnad 24 mars 1993, vilken här införlivas som refe- rETlS .

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i anslutning till ej be- gränsande utföringsexempel i samband med de bifogade ritningarna, i vilka: - Fig. 1 visar en sprängvy i perspektiv av en kapsling för ett kretskort, där för en bottenplatta ett laminat används, - Fig. 2a och 2b visar sektioner av kantområden av två hopfogade laminat använda för kapsling och/eller skärmning, - Fig. 3a och 3b åskådliggör framställningssätt för laminatet en- ligt fig. 2a.

BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRr-IER Ett termoplastmaterial, som vid upphettning har god vidhäftning mot många metallytor, är termoplastisk jonomerplast, såsom de /Ö 504 195 plasttyper, vilka är kommersiellt tillgängliga under namnet 4 "Surlyn" från Du Pont, exempelvis typ 1652, eller "Iotech" från Exxon. Kännetecknande för dessa är att de innehåller kolkedjor med sidogrupper av karboxyl - CO0' och att karboxylgrupperna är tvärbundna med hjälp av zinkjoner Zn2+ och i vissa fall natrium- joner Na*. Bindningen till metallytor kan i princip tänkas för- siggå, genom att metalljonen attraheras till negativa laddningar förknippade med syreatomer hos en åtminstone delvis oxiderad me- tallyta. Att denna mekanism är verksam stöds av det faktum att ingen eller dålig bindning fås till ej oxiderade metallytor, så- som ytor av guld Au, och att också joner med lägre laddning såsom Na* ger sämre bindning än Zn2*. Därför föredras här jonomerplas- ter baserade på zinkjoner, men givetvis kan jonomerplaster base- rade på andra metalljoner användas, förutsatt att de ger den ovan nämnda goda vidhäftningen.

För god vidhäftning av jonomerplasten behöver de använda metall- ytorna sålunda inte vara extremt väl rengjorda utan de behöver bara befrias från smuts, olja och eventuella partiklar. Ett oxid- skikt måste finnas kvar på metallytorna. Typiska material för me- tallerna är nickel, aluminium, järn i form av stål, exempelvis djupdragen stålplåt, stålplåt överdragen med skyddsskikt såsom förzinkad stålplåt, aluzink, koppar, etc. Metallen kan föreligga i form av styva metallskivor, flexibla metallark eller metallfo- lie, till vilken jonomerplasten binds.

I fig. 1 visas en sprängvy i perspektiv av en kapsling lämplig för ett elektroniskt kretskort 11. Kretskortet 11 är anbragt på en underdel 13, som består av en undre metallskiva eller ett me- tallark 15, exempelvis av nickel, och ett därpå fastgjort skikt 17 av jonomerplast. Jonomerplastskiktet 17 kan ha anbragts på metallarket 15 genom pressning i värme, såsom skall beskrivas med nedan. Elektriska yttre förbindningar, ej visade, kan finnas i den undre plattan 13. Vidare finns en överdel eller ett lock 19, som innefattar en skålformad, centralt belägen del 20 för omslu- tande av elektronikkomponenter monterade på kretskortet 11 och en fläns 21 eller kant, som sträcker sig längs hela överdelens 19 omkrets med en plan undre yta. Vid förslutning och kapsling av kretskortet 11 sätts överdelen 19 på plats på underdelen 13, så /Û 504 195 5 att de undre ytorna hos dess flänsar 21 anligger mot kantpartier- na av jonomerplastskiktet 17. Därefter anbringas presstryck och värme på hela kantpartiet, varigenom en tät förslutning och en mekanisk fixering eller fastlimning av locket 19 åstadkoms mot underdelen 13.

Vid kapsling av elektronikkomponenter för användning vid höga frekvenser kan det vara önskvärt att åstadkomma en fullständig elektrisk skärning av komponenterna inuti kapslingen. Med meto- derna ovan fås ingen helt tät kapsling utan ett smalt område fås ju vid plastmaterialet 17, där radiovågor kan läcka ut och in till de för övrigt väl skärmade elektroniska kretsarna på krets- kortet 11. En skärmning av kantområdet kan då åstadkommas på det sätt, som beskrivs i den ovan nämnda svenska patentansökningen.

Härvid används ett kontaktelement med utskjutande delar, som in- pressas i de kantområden, där själva förslutningen mellan under- och överdel 13, 19 åstadkoms. Det kan i detta fall vara fördelak- tigt att anordna två metallskikt i det kapslande materialet. La- minat 22, 22' lämpliga för en sådan anordning visas i fig. 2a med en sektion av en kantförbindning mellan två likadana laminat. Här finns längst ut i ett sådant laminat 22 ett yttre skikt 23 av en korrosionsfast metall, såsom nickel. Innanför detta skikt finns ett jonomerplastskikt 25 och innanför detta ännu ett metallskikt 27. Metallskiktet 27 skall vara en god elektrisk ledare och här kan väljas aluminium. Längst in ligger ytterligare ett skikt 29 av jonomerplast. De olika skikten i laminatet kan ha ungefär sam- ma tjocklek och t ex kan tjocklekar av ca 50 um användas.

Laminatet som visas upptill i fig. 2a lämpar sig med de angivna dimensionerna väl för djupdragning för exempelvis framställning av ett lock 19 enligt fig. 1. Vid en elektrisk skärmning av kant- området placeras två laminat 22, 22' av exempelvis samma slag med de fria jonomerplast skikten 29, 29' mot varandra. Mellan lamina- tens kantområden inläggs det långsträckta elektriskt ledande ma- terialet med utskjutande delar, exempelvis i form av en till skruvform vriden tunn metallremsa, som visas vid 31 i fig. 2a.

Vid hoppressning och uppvärmning av laminatens kantområden kommer då delar av metallremsan 31 att passera in i laminaten 22 och 22' och med lämpliga materialdimensioner och materialval tryckas in i (7 / få 504 195 6 och tränga genom de inre jonomerplastskikten 29, 29' och de inre, exempelvis av aluminium utförda metallskikten 27, 27'. Elektrisk kontakt erhålls då med de skärmande metallskikten 27, 27' i lami- naten 22, 22'. Kontaktmaterialet 31 tränger härvid inte igenom de yttre skyddande materialskikten 23, 23', särskilt inte om dessa är av nickelfolie, eftersom denna har hög mekanisk hållfasthet.

Vid användning av laminaten 22, 22' för tillverkning av en skär- mande inneslutning enligt fig. 1 kan det inre jonomerplastskiktet 29 eller 29' eventuellt uteslutas, dock inte i den del, i vilken elektriska anslutningar ordnas, eftersom de lämpligen försluts längs sina kanter genom pressning i värme mot ett jonomerplast- skikt. En sektion genom ett kantområde av en inneslutning gjord av två olika laminat 22" och 22' visas i fig. 2b.

Laminaten enligt fig. 1, 2a eller 2b kan enkelt framställas genom pressning i värme, såsom exempelvis visas schematiskt i fig. 3a.

För tillverkning av ett laminat 22 enligt utförandet i fig. 2a inläggs de olika arken 23 - 29 tillskurna i lämpligt format mel- lan uppvärmda pressytor hos backar 33 i en press. Alternativt kan arken eller folierna lamineras samman mellan uppvärmda valsar 35, se fig. 4b. Efter sammanpressningen utförs en värmebehandling vid högre temperatur för att ytterligare öka vidhäftningen mellan plast och metall.

Vid ett försök för att prova vidhäftningen av ett jonomerplast- skikt mot ett metallskikt framställdes ett laminat innefattande ett ytskikt av aluminiumfolie, en mellanliggande folie av jono- merplast av typ 1652 Surlyn, en ytterligare aluminiumfolie och underst ett jonomerplastskikt. Alla de ingående skikten hade en tjocklek av 50 pm och de pressades samman under en tid av 1 minut vid ett presstryck av 1.105 N/m2 vid en temperatur av 100° mellan pressbackar av det i fig. 4 visade slaget. Därefter utfördes en värmebehandling utan presstryck genom att laminatet fick uppehål- la sig i en ugn med temperaturen 140° under 1 timme. Efter kyl- ning provades åter de så erhållna laminatet genom kokning under vatten i 15 timmar. Inga spår av delaminering var märkbar och särskilt fanns inga spår av vatteninträngning i gränsytan mellan jonomerplast och metall. Vid motsvarande behandling av polyeten- ua 504 195 7 folie bunden till metallfolie på konventionellt sätt genom lim- ning med polyuretanlim var en framskriden hydrolys av gränsområ- det mellan plast och metall klart märkbar efter kokning i vatten under 5 minuter.

Försök har även utförts med samma laminat genom att det har fått uppehålla sig i fuktig atmosfär - 85% relativ fuktighet - och hög temperatur - 85°. För jonomerplastlaminatet var ingen förändring märkbar efter förvaring i 1500 timmar medan för motsvarande kon- ventionellt framställda laminat en förändring av bindningsområdet mellan plast- och metallfolie inträdde efter 200 timmar.

Pressningen av laminatet bör ske vid så hög temperatur som möj- ligt, dvs när fortfarande jonomerplastskiktet eller -skikten är halvsmälta och inte alltför flytande. Den goda vidhäftningen mel- lan metall och jonomerplastskikt förbättras avsevärt av den av- slutande värmebehandlingen. Om denna utförs vid lägre temperatur, exempelvis 120°, erhålls inte maximal vidhäftning, medan om högre temperaturer såsom 160 används, plastskiktet eller -skikten blir vitmjölkiga, vilket tyder på en termisk nedbrytning av plasten.

Claims (9)

s- 504 195 8 9 PATENTKRAV _

1. Laminat för förslutning och kapsling av elektroniska komponen- ter, särskilt för ett elektriskt kretskort med därpå anordnade elektroniska komponenter, innefattande metallskikt och polymer- skikt, k ä n n e t e c k n a t av - ett yttre metallskikt av mekaniskt hållfast och/eller korro- sionsfast metallmaterial, särskilt ett skikt av folie eller ark av Ni eller av stålplåt, - ett skikt därinnanför av plastmaterial med åtminstone ytskikt av jonomerplasttyp, särskilt ett helt skikt av jonomerplastmate- rial, - ett skikt därinnanför av ett metallmaterial med god elektrisk ledningsförmåga, särskilt av Al eller Cu.

2. Laminat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att skikten av metallmaterial är av det slag, som är lämpligt för djupdrag- ning.

3. Laminat enligt ett av krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a t av att de olika skikten har väsentligen lika tjocklek, särskilt att de olika skikten har en tjocklek av väsentligen 50 um.

4. Laminat för förslutning och kapsling av elektroniska komponen- ter, särskilt för ett elektriskt kretskort med därpå anordnade elektroniska komponenter, innefattande metallskikt och polymer- skikt, k ä n n e t e c k n a t av - ett yttre metallskikt av mekaniskt hållfast och/eller korro- sionsfast metallmaterial, särskilt ett skikt av folie eller ark av Ni eller av stålplåt, - ett skikt därinnanför av ett termoplastmaterial, särskilt ett jonomerplastmaterial eller ett termoplastmaterial med ytskikt av jonomerplasttyp, - ett skikt därinnanför av ett metallmaterial med god elektrisk ledningsförmåga, särskilt av Al eller Cu, och - ett innersta skikt av ett termoplastiskt jonomerplastmaterial.

5. Laminat enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att det innersta skiktet är ett ytmaterialskikt på ett basskikt av termo- plast. ' 9

6. Laminat enligt ett av krav 4 - 5, k ä n n e t e c k n a t av att skikten av metallmaterial är av det slag, som är lämpligt för djupdragning.

7. Laminat enligt ett av krav 4 - 6, k ä n n e t e c k n a t av att de olika skikten har väsentligen lika tjocklek, särskilt att de olika skikten har en tjocklek av väsentligen 50 pm.

8. Sätt att framställa laminat för diffusionstät förvaring av föremål, vilket laminat innefattar metallskikt och polymerskikt, varvid ett första skikt av en metall, som i luft oxideras på sin yta, och ett andra skikt av ett jonomerplastmaterial pressas samman i värme med direkt anliggning mellan en yta hos metallskiktet och en yta hos jonomerplastskiktet, k ä n n e - t e c k n a t av att efter sammanpressningen i värme utförs en värmebehandling vid högre temperatur, vid vilken jonomerplastskiktet är betydligt mer lättflytande än vid sammanpressningen under tryck.

9. Sätt enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att tempera- turen vid sammanpressningen är sådan, att materialet i jonomer- plastskiktet endast är halvsmält eller mycket trögflytande.