DE102009011538A1 - Producing conductive structures on surface of polymer molded bodies, comprises providing polymer molded body from a polymer phase containing carbon nanotubes and thermally treating a surface of the polymer molded body - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatten-Anordnung, umfassend mindestens eine Leiterplatte mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn und mindestens einem elektronischen Bauelement, wobei die Leiterplatte einen Polymerformkörper mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes (CNT), bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, aufweist, und wobei das mindestens eine elektronische Bauelement durch eine organische Klebstoff-Zusammensetzung enthaltend 0,05–10 Gew.-% Carbon-Nanotubes (CNT), bezogen auf die Masse der Klebstoff-Zusammensetzung, und/oder durch eine Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material, insbesondere eine oder mehrere Carbon Nanotubes (CNT) enthaltende Polymerphasen, umfasst, und/oder durch eine Lötverbindung mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist.The The invention relates to a printed circuit board assembly comprising at least a printed circuit board with at least one electrically conductive Conductor track and at least one electronic component, wherein the printed circuit board a polymer molding with 0.1-10 % By weight of carbon nanotubes (CNT), based on the mass of the polymer phase (s), and wherein the at least one electronic component by an organic adhesive composition containing 0.05-10 % By weight of carbon nanotubes (CNT), based on the mass of the adhesive composition, and / or by a bond containing carbon nanotubes (CNT) Material, in particular one or more carbon nanotubes (CNT) containing polymer phases comprises, and / or by a solder joint with at least one electrically conductive conductor track the circuit board is connected.
Des Weiteren betrifft die Erfindung Leiterplatten-Anordnungen die Leiterplatten aus Polymerformkörpern umfassen, wobei die Leiterbahnen eine Kupferschicht aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatten-Anordnungen.Of Furthermore, the invention relates to printed circuit board assemblies the printed circuit boards comprising polymer moldings, wherein the conductor tracks have a copper layer. The invention also relates to methods for Production of the printed circuit board arrangements according to the invention.
Elektrisch
leitfähige Kunststoffe sind seit langem bekannt.
Ein
anderes Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitfähiger
Strukturen auf beliebigen Substratmaterialien wird in der
Die
Um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu erzielen, sind bei all diesen Verfahren ausreichende Mengen an Zusatzstoffen erforderlich und die Leitfähigkeit ist weitgehend gleichmäßig über das Volumen der Kunststoffformteils verteilt. Mit dem steigenden Füllgrad ist aber im Regelfall eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften verbunden, so dass bei hohen Füllgraden beispielsweise die Zähigkeit sowie Zug- und Reißfestigkeit deutlich reduziert sind.Around To achieve a good electrical conductivity are at All these procedures require sufficient amounts of additives and the conductivity is largely uniform across the volume of the plastic molding distributed. With the rising Filling degree is but usually a deterioration of associated with mechanical properties, so at high fill levels for example, toughness and tensile and tear strength are significantly reduced.
Eine
weitere Möglichkeit zur Erzeugung elektrisch leitfähiger
Strukturen auf Oberflächen wurde von
Elektronische Schaltkreise werden in der Regel durch Aufbringen einer Kupferschicht auf ein Substrat hergestellt, wobei die für den Schaltkreis nicht benötigten Teile der Kupferschicht durch chemische Prozesse weggeätzt werden. Die Herstellung solcher Schaltkreise ist in der Regel sehr aufwändig und umfasst viele Verfahrensschritte.electronic Circuits are usually made by applying a copper layer made on a substrate, taking care of the circuit unneeded parts of the copper layer by chemical Processes are etched away. The production of such circuits is usually very complex and involves many process steps.
Bei der Erzeugung von leitfähigen Strukturen kann insbesondere das Galvanisierverfahren eingesetzt werden. Um dieses Verfahren auch für Kunststoffoberflächen verwenden zu können, muss auf der Kunststoffoberfläche zuerst eine leitende Schicht aufgebracht werden, bevor auf galvanischem Wege eine metallische Schicht abgeschieden werden kann. Hierzu geeignete Verfahren sind bekannt und umfassen mehrere einzelne Behandlungsschritte, die aufwändig und umständlich sind. Es wäre daher vorteilhaft, wenn die Kunststoffoberflächen direkt galvanisiert werden könnten.at in particular, the generation of conductive structures the electroplating process can be used. To this procedure also to use for plastic surfaces, must first have a conductive on the plastic surface Layer are applied before galvanically a metallic layer can be deposited. Suitable methods for this purpose are known and include several individual treatment steps that are laborious and are awkward. It would therefore be advantageous when the plastic surfaces are galvanized directly could.
Eine Variante von Kunststoffbauteilen, die unter Verwendung des Galvanisierverfahrens erzeugt werden können sind Molded Interconnect Devices (MIDs). Bei diesen spritzgegossenen Bauteilen werden metallische Leiterbahnen auf Kunststoffträger aufgebracht. Diese MIDs können auf unterschiedliche Arten hergestellt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Schaltungsträger im Zweikomponentenspritzguss herzustellen. Ein Kunststoff bildet hierbei den Grundkörper, ein weiterer ist metallisierbar und bildet das Leiterbahnlayout ab. In dem SKW-Verfahren wird zunächst die Leiterbahnstruktur als Vertiefung aus der nichtmetallisierbaren Komponente gespritzt. Anschließend werden diese Bereiche mit der metallisierbaren Komponente aufgefüllt. In den nachfolgenden Schritten werden die entsprechenden Metalle auf den metallisierbaren Kunststoff aufgebracht. Hierbei wird zunächst die Oberfläche des metallisierbaren Kunststoffs aktiviert. Auf diese Oberfläche wird galvanisch Kupfer bis zur gewünschten Stärke aufgebracht.A Variant of plastic components made using the galvanizing process can be generated are Molded interconnect devices (MIDs). In these injection molded components are metallic Printed conductors applied to plastic substrates. These MIDs can be made in different ways. A Possibility is the circuit carrier in two-component injection molding. A plastic forms in this case the main body, another is metallizable and maps the trace layout. In the SKW procedure becomes first the conductor track structure as a recess of the non-metallizable component injected. Subsequently, these areas with the metallizable Component filled. In the following steps will be the corresponding metals applied to the metallizable plastic. Here, first, the surface of the metallizable Plastic activated. On this surface becomes galvanic Copper applied to the desired thickness.
Ein
weiteres Problem in der Technik stellt das Befestigen der elektronischen
Bauteile oder elektronischen Bauelemente auf den Leiterplatten dar.
Die Bauteile oder Bauelemente müssen hierbei auf einfache Weise
so befestigt werden, dass hervorragende oder optimale elektrische
Eigenschaften erzielt werden können. Hierzu geeignete Klebstoffe
sind beispielsweise aus der
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher Leiterplatten-Anordnungen bereitzustellen, wobei die Leiterplatten Polymerformkörper umfassen, die elektrisch leitfähige Strukturen aufweisen, wobei die elektrisch leitfähigen Strukturen gegebenenfalls Kupfer enthalten. Zudem soll ein einfaches Verfahren zum Verbinden von elektronischen (oder anderen) Bauteilen bzw. elektronischen (oder anderen) Bauelementen mit den Leiterplatten zur Verfügung gestellt werden.A Object of the present invention is therefore printed circuit board assemblies to provide, wherein the printed circuit boards polymer molding comprise, which have electrically conductive structures, where appropriate, the electrically conductive structures Copper included. In addition, a simple method for connecting of electronic (or other) components or electronic (or other) components with the printed circuit boards available be put.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher einen Polymerformkörper mit leitfähigen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Strukturen auf der Oberfläche, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Polymerformkörper.In In a first aspect, therefore, the invention relates to a polymer molding with conductive, in particular electrically conductive, Structures on the surface, as well as a method for Production of these polymer moldings.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die bekannten Verfahren zur Erzeugung von leitfähigen Strukturen auf Polymerformkörpern zu vereinfachen und zu verbessern und insbesondere Polymerformkörper mit besonders guten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.A Object of the present invention was the known methods for the production of conductive structures on polymer moldings to simplify and improve and in particular polymer moldings to provide with particularly good properties.
Die oben beschriebene Aufgabe wird durch die hierin definierten Polymerformkörper und das Verfahren zu deren Herstellung gelöst.The The object described above is achieved by the shaped polymer bodies defined herein and solved the process for their preparation.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, dass das partielle Anschmelzen der Oberfläche eines Polymerformkörpers, der Carbon Nanotubes enthält, zu einer Migration der CNT an die Oberfläche des Polymerformkörpers führt. Durch gezieltes Anschmelzen der Oberfläche in definierten Bereichen ist es somit auf vorteilhafte Weise möglich, die Konzentration der CNT in diesen Bereichen zu erhöhen und die elektrische und thermische Leitfähigkeit dieser Bereiche zu erhöhen. Ein Nachweis für die höhere Konzentration der CNT in den elektrisch leitfähigen (thermisch behandelten) Bereichen kann z. B. über lichtmikroskopische oder elektronenmikroskopische Aufnahmen geliefert werden. Hierbei erscheinen beispielsweise bei einem Polymerformkörper aus Polycarbonat und CNT im Lichtmikroskop die Stellen mit hoher CNT-Dichte in schwarzer Farbe, wohingegen die Stellen mit geringer CNT-Dichte weiß sind.in the The scope of the present invention has been surprisingly found that the partial melting of the surface a polymer molding containing carbon nanotubes, to a migration of the CNT to the surface of the polymer molding leads. By targeted melting of the surface in defined areas, it is thus possible in an advantageous manner to increase the concentration of CNT in these areas and the electrical and thermal conductivity of these Increase areas. A proof of the higher Concentration of CNT in the electrically conductive (thermal treated) areas may z. B. on light microscopic or electron micrographs. in this connection appear, for example, in a polymer molding Polycarbonate and CNT in the light microscope, the sites with high CNT density in black color, whereas those with low CNT density are white.
Im
Gegensatz dazu wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise
festgestellt, dass die Verwendung von Polymerformkörpern
mit anderen elektrisch leitenden Zusatzstoffen nicht zu einer Migration
der leitfähigen Stoffe an die Oberfläche führt.
Beispielsweise führte das Anschmelzen von Polymerformkörpern
mit leitfähigen Fasersystemen, wie z. B. Aluflakes (Hersteller
Alufllakes der Fa. Silverline, GB; verwendete Polymermischung Polycarbonat/Polypropylen,
siehe Beispiel) oder Stahlfasern nicht zu einer Migration der leitfähigen
Fasern an die Oberfläche. Bei diesen Polymerformkörpern
ist daher nur das oben beschriebene Verfahren aus
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Geschwindigkeit der Migration sowohl von der Viskosität der Polymerphasen, durch die sich die CNT bewegen müssen, als auch von der jeweilige Kompatibilität der Oberflächen der CNT und der Polymerphasen, und von der Behandlungsdauer, d. h. der Zeit, die den CNT zur Verfügung steht, um durch das aufgeschmolzene Polymer an die Oberfläche vorzudringen, abhängig. Je länger die Anschmelzung erfolgt, desto besser können die CNT an die Oberfläche wandern, und desto besser ist auch die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit in den thermisch behandelten Bereichen.at the method according to the invention is the speed the migration of both the viscosity of the polymer phases, through which the CNT must move, as well as from the respective compatibility of the surfaces of the CNT and the polymer phases, and the duration of treatment, d. H. currently, which is the CNT available to melt through the Polymer to advance to the surface, depending. The longer the melting, the better the CNTs go to the surface, and the better the increase in electrical conductivity in the thermally treated areas.
Des Weiteren wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich durch Dehnen oder Verbiegen des Polymerformkörpers der Oberflächenwiderstand desselben ändert. Insbesondere wird der Oberflächenwiderstand größer je mehr der Polymerformkörper gedehnt wird. Dies ermöglicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Polymerformkörper in Dehnungsmessstreifen.Of Furthermore, it was surprisingly found that by stretching or bending the polymer molding of the Surface resistance of the same changes. Especially the surface resistance becomes larger the more the polymer molding is stretched. this makes possible the application of the polymer molding according to the invention in strain gauges.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher nach einem Aspekt Polymerformkörper mit leitfähigen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Strukturen auf der Oberfläche, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Polymerformkörper.The The present invention therefore relates in one aspect to polymer moldings with conductive, in particular electrically conductive, Structures on the surface, as well as a method for Production of these polymer moldings.
Ein Polymerformkörper im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein beliebig geformter dreidimensionaler Körper oder eine Polymerschicht aus einem oder mehreren verschiedenen Polymeren, die nachfolgend sowohl für das erfindungsgemäße Verfahren als auch für die erfindungsgemäßen Polymerformkörper beschrieben werden.One Polymer molding in the context of the present invention an arbitrarily shaped three-dimensional body or a Polymer layer of one or more different polymers, the following both for the inventive Process as well as for the invention Polymer moldings are described.
Erfindungsgemäß geeignete Polymere sind Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere sowie anorganische Polymere und Mischungen daraus, bevorzugt werden Thermoplaste und Duroplaste verwendet. Bevorzugte Polymere sind Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide wie Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polyamid 6.4 (PA 6.4)), Polyamid 12 (PA 12), aromatisches Polyamid, Polyvinylchlorid, Nylon 6,6, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polyphenylenether, Polystyrol, Polyolefine wie Polypropylen oder Polyethylen, Polysulfon, thermoplastisches Polyurethan, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, thermoplastische Elastomerlegierungen, Acetal, Styrol-Maleinsäureanhydrid, Butadien-Styrol, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polytetrafluorethen, Polyalkylacrylate, Polymethylmethacrylat, ungesättigte Polyester, Polylactone, Polyepoxide, Polyamide, Polybutadiene, Polyphosphazene, Styrolmaleinsäureanhydrid (SMA), Styrolmethylmethacrylat (SMMA), Polysulfon, Polyvinylacetat und Polyacrylamid. Des Weiteren kann Phenolharz, Polyesterharz, natürlicher oder synthetischer Kautschuk oder Silikonkautschuk verwendet werden. Spezielle Beispiele anorganischer Polymere umfassen Phosphor basierte Verbindungen und Silikone. Die vorstehend aufgezählten Polymere können auf dem Fachmann bekannte Weise hergestellt und verarbeitet werden. Bevorzugterweise werden mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, verschiedene Polymere zur Herstellung des Polymerformkörpers verwendet.According to the invention suitable Polymers are thermoplastics, thermosets, elastomers and inorganic Polymers and mixtures thereof, are preferred thermoplastics and Thermosets used. Preferred polymers are polycarbonate, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyamides such as polyamide 6 (PA 6), polyamide 6.6 (PA 6.6), polyamide 6.4 (PA 6.4)), polyamide 12 (PA 12), aromatic polyamide, polyvinyl chloride, Nylon 6,6, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyphenylene ether, Polystyrene, polyolefins such as polypropylene or polyethylene, polysulfone, thermoplastic polyurethane, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, thermoplastic Elastomer alloys, acetal, styrene-maleic anhydride, Butadiene-styrene, polyetheretherketone, polyethersulfone, polytetrafluoroethene, Polyalkylacrylates, polymethyl methacrylate, unsaturated Polyesters, polylactones, polyepoxides, polyamides, polybutadienes, polyphosphazenes, Styrene maleic anhydride (SMA), styrene methyl methacrylate (SMMA), polysulfone, polyvinyl acetate and polyacrylamide. Furthermore Can be phenolic resin, polyester resin, more natural or synthetic Rubber or silicone rubber can be used. Special examples Inorganic polymers include phosphorus based compounds and Silicones. The polymers listed above may be prepared and processed in a manner known to those skilled in the art. preferably, be at least two, more preferably at least three, different Polymers used to produce the polymer molding.
Bevorzugte
Polymerblends sind: Polycarbonat/Polyolefin (insbesondere Polypropylen
oder Polyethylen), Polyethylenterephthalate (PET)/Polyvinylidenfluorid,
PET/Nylon 6,6, PET/Polypropylen, PET/Polyethylenmischungen mit hoher
Dichte, Polyamid 6 (PA6)/Acrylonitril-Butadiene-Styrol und Polycarbonat/Polyolefine (bevorzugt
Polypropylen), Polyamid 6 (PA6)/Polyamid 12 (PA 12), Polyamid 6.6
(PA 6.6)/Polyamid 12 (PA 12), aromatisches Polyamid/Polyamid 12
(PA 12), Polybutylenterephthalat/thermoplastisches Polyester, und
Polyethylenterephthalat/thermoplastisches Polyester. Geeignete Polymerblends
wurden beispielsweise von
Erfindungsgemäß besteht der Polymerformkörper bevorzugt aus mindestens zwei miteinander im Wesentlichen nicht mischbaren (phasenunverträglichen) Polymeren. Werden zwei oder mehr phasenunverträgliche Polymere verwendet, so können diese selbst nach dem Anschmelzen des Polymerformkörpers ein zwei- oder mehrphasiges System ausbilden. Phasenunverträgliche Systeme sind dem Fachmann bekannt. Werden die beiden Polymersorten vermengt, liegen sie in getrennten Phasen nebeneinander vor. Wird eine derartige Mischung über einen längeren Zeitraum in der Schmelze gehalten, koaleszieren die aus jeweils einer Polymersorte gebildeten Domänen, d. h. es findet eine Phasenseparierung statt.According to the invention, the polymer molding preferably consists of at least two mutually substantially immiscible polymers (phase incompatible). If two or more phase-incompatible polymers are used, they can form a two-phase or multi-phase system even after the polymer molding has melted on. Phase-incompatible systems are known to the person skilled in the art. Become the two types of polymer blended, they are in separate phases next to each other. If such a mixture is kept in the melt for an extended period of time, the domains formed from one particular type of polymer coalesce, ie a phase separation takes place.
Beispielsweise sind Polymere, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol (PS), Polymethylmetacrylat (PMMA) und Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS), sowie thermoplastischen Polyestern, wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), und Polycarbonate nicht mischbar mit Polypropylen und/oder Polypropylencopolymeren. Des Weiteren sind Polystyrol und Polyamid-6 nicht mit Polyethylen oder Polypropylen mischbar. Kombinationen aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Polymere sind erfindungsgemäß bevorzugt, wobei die Verwendung von Polycarbonat in Kombination mit Polypropylen besonders bevorzugt ist.For example are polymers selected from the group consisting of Polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), as well as thermoplastic polyesters, such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT), and polycarbonates not miscible with polypropylene and / or polypropylene copolymers. Of Further, polystyrene and polyamide-6 are not polyethylene or Polypropylene miscible. Combinations of two or more of the above mentioned polymers are preferred according to the invention, the use of polycarbonate in combination with polypropylene is particularly preferred.
Bei Verwendung von Polypropylen und/oder einem Polypropylencopolymer in einem Gemisch mit dazu phasenunverträglichen Polymeren ist es bevorzugt, jeweils bezogen auf die gesamte Masse des Polymergemisches (inklusive der eventuell verwendeten Hilfsstoffe und Carbon Nanotubes), mindestens 40 Gew.-% weiter bevorzugt mindestens 60 Gew.-% noch weiter bevorzugt mindestens 80 Gew.-% weiter bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, und am meisten bevorzugt mindestens 99 Gew.-% Polypropylen und/oder Polypropylencopolymer zu verwenden. Weitere bevorzugte Mengenbereich sind: 40 bis 99 Gew.-%, weiter bevorzugt 60 bis 95 Gew.-%, noch weiter bevorzugt 70 bis 95 Gew.-%, Polypropylen und/oder Polypropylencopolymer.at Use of polypropylene and / or a polypropylene copolymer in a mixture with phase-incompatible polymers it is preferred, in each case based on the total mass of the polymer mixture (including any auxiliary substances and carbon nanotubes), at least 40% by weight more preferably at least 60% by weight still more preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight, and most preferably at least 99% by weight of polypropylene and / or polypropylene copolymer. Further preferred Amount range are: 40 to 99 wt .-%, more preferably 60 to 95 Wt .-%, more preferably 70 to 95 wt .-%, polypropylene and / or Polypropylene copolymer.
Carbon Nanotubes (CNT), auch Kohlenstoffnanoröhrchen oder Kohlenstoffnanotubes genannt, sind aus Kohlenstoffatomen in bestimmter molekularer Anordnung ausgebildete, faserartige Strukturen. CNT bestehen aus Wandabschnitten, die Hohlräume umschließen. Die Wände sind hierbei aus Kohlenstoffatomen mit jeweils drei Bindungspartnern aufgebaut, die eine wabenartige Struktur aus Sechsecken bilden. Je nach Anordnung der Wandstrukturen spricht man von einlagigen Kohlenstoffnanotubes (single wall carbon nanotubes, SWCNT), die aus einzelnen Röhren aufgebaut sind und einen Innendurchmesser von 1–3 nm aufweisen, oder von mehrlagigen Kohlenstoffnanotubes (multi wall carbon nanotubes, MWCNT), die aus mehreren konzentrisch ineinander geschachtelten Röhren bestehen. Die Außendurchmesser der Carbon Nanotubes betragen zwischen 1 nm und 400 nm, wobei Carbon Nanotubes mit einem Außendurchmesser zwischen 10 und 400 nm häufig als Kohlenstoffnanofaser (Carbon Nano Fibre, CNF) bezeichnet werden.carbon Nanotubes (CNT), also carbon nanotubes or carbon nanotubes called, are made of carbon atoms in a certain molecular arrangement trained, fibrous structures. CNTs consist of wall sections, enclose the cavities. The walls are here made of carbon atoms with three bonding partners constructed, which form a honeycomb-like structure of hexagons. Depending on the arrangement of the wall structures one speaks of single-layered Kohlenstoffnanotubes (single wall carbon nanotubes, SWCNT), the are constructed of individual tubes and an inner diameter of 1-3 nm, or of multi-layered carbon nanotubes (multi wall carbon nanotubes, MWCNT) consisting of several concentric consist of nested tubes. The outside diameter The carbon nanotubes are between 1 nm and 400 nm, with carbon Nanotubes with an outer diameter between 10 and 400 nm often as a carbon nanofiber (Carbon Nano Fiber, CNF).
Die
Herstellung von Carbon Nanotubes ist dem Fachmann bekannt und kann
beispielsweise im Lichtbogenverfahren (
Erfindungsgemäß werden bevorzugt CNT mit einem mittleren Durchmesser von 2 bis 100 nm, weiter bevorzugt 5 bis 80 nm, und besonders bevorzugt 6 bis 50 nm verwendet. Bevorzugt werden MWCNT verwendet. Des Weiteren ist dem Fachmann bekannt, dass die Carbon Nanotubes je nach Symmetrie bzw. Anordnung der Kohlenstoffsechsecke in den Röhrenwänden unterschiedliche Elektronenzustände aufweisen und somit Eigenschaften von Me tallen oder Halbleitern aufweisen können. Je nach Anwendung wird der Fachmann daher die geeigneten, in der Literatur beschriebenen, Carbon Nanotubes auswählen können.According to the invention preferably CNT with an average diameter of 2 to 100 nm, more preferably 5 to 80 nm, and more preferably 6 to 50 nm used. Preference is given to using MWCNT. Furthermore, the Skilled in the art that the carbon nanotubes depending on the symmetry or Arrangement of carbon hexagons in the tube walls have different electronic states and thus Properties of metals or semiconductors. Depending on the application, the person skilled in the art, therefore, the appropriate, in the Literature described, carbon nanotubes can select.
Erfindungsgemäß können
auch „funktionalisierte Carbon Nanotubes” verwendet
werden, solange diese Carbon Nanotubes sich nicht derart mit den
Polymeren verbinden, dass eine Migration verhindert wird. „funktionalisierte
Carbon Nanotubes” weisen eine modifizierte Oberfläche
auf und sind beispielsweise in
Anstelle von oder zusätzlich zu den Carbon Nanotubes können nach einer möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform auch Graphene anstelle der CNTs oder zusammen mit diesen eingesetzt werden. Graphene und Verfahren zu deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Graphene sind einatomare Graphitschichten, die beispielsweise durch epitaktisches Aufwachsen auf einem Siliziumoxid-Substrat hergestellt werden können. CNTs sind erfindungsgemäß jedoch bevorzugt.Instead of of or in addition to the carbon nanotubes after a possible inventive Embodiment also graphene instead of the CNTs or together be used with these. Graphene and process for its preparation are known in the art. Graphenes are monatomic graphite layers, for example by epitaxial growth on a silica substrate can be produced. However, CNTs are according to the invention prefers.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden Carbon Nanotubes in einem Mengenanteil (bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerphase/n des Polymerformkörpers) verwendet, so dass der Polymerformkörper ohne die erfindungsgemäßen leitfähigen Strukturen nicht oder nur gering leitfähig ist. Bei reinen Polycarbonatwerkstoffen können daher beispielsweise insgesamt nur weniger als etwa 5 Gew.-% an CNT eingesetzt werden. Für Polypropylen können maximal etwa 8–10 Gew.-% CNT verwendet werden. Ein Fachmann wird je nach Anwendung des erfindungsgemäßen Polymerformkörpers die geeignete Gesamtmenge an CNT durch Testversuche bestimmen.According to the invention preferred are carbon nanotubes in a proportion (based on the total mass the polymer phase (s) of the polymer molding), so that the polymer molding without the inventive conductive structures not or only slightly conductive is. For pure polycarbonate materials, therefore, for example in total, only less than about 5% by weight of CNT can be used. For Polypropylene can not exceed about 8-10 wt .-% CNT be used. A person skilled in the art will depend on the application of the invention Polymer molding the appropriate total amount of CNT Determine test experiments.
Zusätzlich
bevorzugt können im erfindungsgemäßen
Verfahren bzw. in den erfindungsgemäßen Polymerformkörpern
Nanocomposits verwendet werden. Derartige Stoffe und deren Anwendung
sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in der
Zusätzlich bevorzugt kann/können die Polymerphase/n des Polymerformkörpers weitere Stoffe enthalten, die die elektrische Leitfähigkeit des Polymerformkörpers erhöhen können. Beispielsweise können metallbeschichtete Carbonfaser oder ähnliches enthalten sein.additionally Preferably, the polymer phase (s) of the polymer molding can / can Other substances that contain the electrical conductivity of the polymer molding can increase. For example, metal-coated carbon fiber or the like be included.
Zusätzlich bevorzugt enthält der Polymerformkörper außer polymeren Bestandteilen, CNT und Nanocomposits maximal 20 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 10 Gew.-%, an weiteren Stoffen wie Verarbeitungshilfsmittel, Dispergierhilfsmittel, Haft- und Verträglichkeitsvermittler, Licht- und Alterungsschutzmittel, Farbstoffe etc.additionally Preferably, the polymer molding contains except polymeric constituents, CNT and nanocomposites not more than 20% by weight, more preferably not more than 10% by weight, of other substances, such as processing aids, Dispersing agents, adhesion and compatibilizer, Light and aging inhibitors, dyes, etc.
Der Ausdruck „elektrisch leitfähig”, so wie hier verwendet, bezeichnet einen Körper mit einem Oberflächenwiderstand von weniger als 109, bevorzugt weniger als 107 Ohm, weiter bevorzugt weniger als 105, und besonders bevorzugt weniger als 104 Ohm. Dementsprechend betreffen die Ausdrücke „nicht elektrisch leitfähig” und „gering elektrisch leitfähig”, so wie hier verwendet, einen Körper mit einem Oberflächenwiderstand von mehr als 109 Ohm, bevorzugt mehr als 107 Ohm, weiter bevorzugt mehr als 105, und besonders bevorzugt mehr als 104 Ohm. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den Oberflächenwiderstand in definierten Bereichen um den Faktor 10, insbesondere 100, insbesondere 1000 oder mehr zu verringern, um elektrisch leitfähige Strukturen zu erzeugen.The term "electrically conductive" as used herein refers to a body having a surface resistance of less than 10 9 , preferably less than 10 7 ohms, more preferably less than 10 5 , and most preferably less than 10 4 ohms. Accordingly, the terms "non-electrically conductive" and "low electrical conductivity" as used herein refer to a body having a surface resistance of greater than 10 9 ohms, preferably greater than 10 7 ohms, more preferably greater than 10 5 , and most preferably more than 10 4 ohms. The method according to the invention makes it possible to reduce the surface resistance in defined regions by a factor of 10, in particular 100, in particular 1000 or more, in order to produce electrically conductive structures.
Eine elektrisch leitfähige Struktur im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine geometrische Anordnung von elektrisch leitfähigen Bereichen auf der Oberfläche eines Polymerformkörpers, wobei die elektrisch leitfähigen Bereiche an elektrisch nicht leitfähige Bereiche auf der Oberfläche angrenzen. Insbesondere können die elektrisch leitfähigen Strukturen für elektronische Anwendungen ausgebildet sein. Die elektrisch leitfähigen Strukturen können daher beliebige geometrische Formen aufweisen, insbesondere die Form von Linien, Flächen oder Mustern, vorzugsweise immer abgegrenzt durch nicht behandelte (und somit nicht elektrisch leitfähige) Bereiche.A electrically conductive structure in the sense of the present Invention is a geometric arrangement of electrically conductive Areas on the surface of a polymer molding, wherein the electrically conductive regions to electrically adjoin non-conductive areas on the surface. In particular, the electrically conductive Structures for electronic applications be formed. The electrically conductive structures can therefore have any geometric shapes, in particular the shape of Lines, areas or patterns, preferably always delimited by untreated (and thus not electrically conductive) Areas.
Zusätzlich zu der elektrischen Leitfähigkeit erhöht sich auch die thermische Leitfähigkeit der thermisch behandelten Bereiche der Oberfläche des Polymerformkörpers. Dies ermöglicht weitere technische Anwendungsmöglichkeiten.additionally to the electrical conductivity increases also the thermal conductivity of the thermally treated Regions of the surface of the polymer molding. This allows further technical applications.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Bereitstellen eines Polymerformkörpers aus mindestens einer Polymerphase, die Carbon Nanotubes (CNT) enthält.The inventive method comprises in a first Step, providing a polymer molding at least one polymer phase containing carbon nanotubes (CNT).
Hierbei
wird/werden ein oder mehrere der oben aufgeführten Polymere,
unter Schmelzen der Polymere, mit den Carbon Nanotubes vermischt.
Die Vermischung der einzelnen Bestandteile kann in an sich beliebiger
Weise erfolgen. Bekannte Verfahren zur Herstellung von Polymeren
mit CNT bestehen darin, das synthetisierte Polymer, welches regelmäßig
als Granulat, Pulver oder auch in Blockform vorliegt, durch Wärmezufuhr aufzuschmelzen
und so in einen flüssig-viskosen Zustand zu überführen.
Dadurch kann die Viskosität des Polymers abgesenkt, und
die CNT in das Polymer eingemischt werden. Ein solches Verfahren
kann der
Zum Einmischen von Stoffen in niederviskose Kunststoffvorprodukte können beispielsweise die bekannten Dispergierverfahren unter Verwendung einer Perlmühle, Ultraschallsonde, einem Dreirollenwalzwerk oder einem Hochdruckdispergator eingesetzt werden. Zum Einmischen in hochviskose Kunststoffschmelzen finden die bekannten Verfahren wie z. B. der Einsatz von gleichlaufenden Doppelschneckenextrudern z. B. von der Fa. Coperion (DE) oder Fa. Leistritz (DE), von gegenläufigen Doppelschneckenextrudern Fa. Pomini (IT) und Fa. Farell (US) oder der von der Fa. Buss (CH) hergestellte Ko-Kneter Verwendung.To the Mixing of substances in low-viscosity plastic precursors can for example, the known dispersing using a bead mill, ultrasonic probe, a three-roll mill or a high-pressure disperser can be used. To interfere in high-viscosity plastic melts find the known methods such as z. B. the use of co-rotating twin-screw extruders z. B. from the company. Coperion (DE) or Fa. Leistritz (DE), of opposing Twin screw extruders from Pomini (IT) and Farell (US) or the co-kneader made by the company Buss (CH) use.
Diese Verfahren können auch eingesetzt werden, wenn phasenunverträgliche Polymere verwendet werden. Beispielsweise können Polypropylen und/oder Polypropylencopolymer mit phasenunverträglichen Polymeren auf diese Weise vermischt und dann gemeinsam aufgeschmolzen und vermengt werden. Bei Verwendung von Nanocomposits können diese ebenfalls vor oder während dem Aufschmelzen zugegeben werden.These Methods can also be used if phase incompatible Polymers are used. For example, polypropylene and / or polypropylene copolymer with phase incompatible Polymers are mixed in this way and then melted together and be mixed up. When using nanocomposites can these also added before or during the melting become.
Bevorzugterweise wird/werden die Polymerphase/n durch Vermischen von geschmolzenem Polymer mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerphase/n des Polymerformkörpers, hergestellt.preferably, The polymer phase (s) are / are prepared by mixing molten Polymer with 0.1-10% by weight of carbon nanotubes, based on the total mass of the polymer phase (s) of the polymer molding, produced.
Zudem
ist es möglich, das Vermischen aller Bestandteile in mehreren,
aufeinander folgenden Arbeitsschritten durchzuführen. Beispielsweise
kann zunächst ein Polymer mit den Carbon Nanotubes unter
Schmelzen vermischt und das so erhaltene Masterbatch in einem nachfolgenden
Schritt, beispielsweise nach dem Abkühlen und Granulieren,
mit den übrigen Polymeren vermischt und geschmolzen werden.
Die Herstellung derartiger Ma sterbatches ist z. B. in
Hierbei ist es zusätzlich bevorzugt, dass der Polymerformkörper durch Verschmelzen mindestens einer Polymerphase, die Carbon Nanotubes (CNT) in einem Anteil (bezogen auf die Polymerphase) zwischen 1 und 40 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 5 und 30 Gew.-%, weiter bevorzugt 15 und 30 Gew.-%, enthält, mit mindestens einer weiteren Polymerphase mit geringerem Carbon Nanotubes(CNT)-Anteil, erhalten wird. Hierbei sollte der Gesamtgehalt an CNT dennoch nicht so hoch sein, dass der Polymerformkörper bereits ohne die erfindungsgemäßen leitfähigen Strukturen leitfähig ist. Die Polymerphasen mit unterschiedlichen Carbon Nanotubes(CNT)-Anteilen können hierbei, wie oben beschrieben, unter Verschmelzen der Polymere oder Polymergemische mit den Carbon Nanotubes erhalten werden. Weiter bevorzugt wird die Polymerphase mit dem höheren Carbon Nanotubes-Anteil in geringeren Gewichtsanteilen als die Polymerphasen mit niedrigeren Carbon Nanotubes-Anteilen verwendet. Bevorzugt weisen die Polymerphasen mit niedrigeren Carbon Nanotubes-Anteilen zwischen 0 und 10 Gew.-% CNT (bezogen auf die Polymerphase), weiter bevorzugt zwischen 0 und 5 Gew.-% CNT, auf. Bevorzugterweise wird die Polymerphase mit dem höheren Carbon Nanotubes-Anteil in einem Anteil zwischen 0,5 und 40 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 1 und 40 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 1 und 30 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 1 und 20 Gew.-%, und am meisten bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerphasen des Polymerformkörpers, enthalten sein.in this connection it is additionally preferred that the polymer molding by fusing at least one polymer phase, the carbon nanotubes (CNT) in a proportion (based on the polymer phase) between 1 and 40 wt .-%, more preferably between 5 and 30 wt .-%, more preferably 15 and 30 wt .-%, containing at least one other Polymer phase with lower carbon nanotubes (CNT) content, obtained becomes. Nevertheless, the total content of CNT should not be that high be that the polymer molding already without the inventive conductive structures is conductive. The polymer phases with different carbon nanotube (CNT) proportions here, as described above, with melting of the polymers or Polymer blends with the carbon nanotubes are obtained. Further preferred is the polymer phase with the higher carbon Nanotubes content in lower proportions by weight than the polymer phases used with lower carbon nanotube proportions. Preferably have the polymer phases with lower carbon nanotube portions between 0 and 10 wt .-% CNT (based on the polymer phase), more preferably between 0 and 5 wt .-% CNT, on. Preferably, the polymer phase with the higher carbon nanotubes share in one share between 0.5 and 40% by weight, more preferably between 1 and 40% by weight, more preferably between 1 and 30% by weight, more preferably between 1 and 20% by weight, and most preferably between 1 and 10% by weight, based on the total mass of the polymer phases of the polymer molding, be included.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Verwendung von zwei phasenunverträglichen Polymerphasen, von denen eine Polymerphase einen hohen Carbon Nanotubes-Anteil aufweist, eine besonders hohe Leitfähigkeit der erzeugten Strukturen ermöglicht. Es hat sich hierbei gezeigt, dass die Polymerphasen auch nach dem Schmelzen (bei der Herstellung des Polymerformkörpers) noch unterschiedliche Carbon Nanotubes-Anteile aufweisen. Im Gegensatz dazu führt die bekannte Verwendung von Masterbatches mit erhöhtem Ruß-Anteil, beispielsweise bei Verfahren zur Einfärbung von Polymerformkörpern, zu einer gleichmäßigen Verteilung der Rußpartikel auf die Polymerphasen.It Surprisingly, it has been shown that the use of two phase incompatible polymer phases, of which a polymer phase has a high carbon nanotube content, a particularly high conductivity of the structures produced allows. It has been shown here that the polymer phases also after the Melting (in the production of the polymer molding) still have different carbon nanotubes shares. In contrast this is due to the familiar use of masterbatches increased soot content, for example, in processes for coloring polymer moldings, to a uniform distribution of the soot particles on the polymer phases.
Weiter bevorzugt wird hierbei die Polymerphase, die Carbon Nanotubes (CNT) in einem höheren Anteil enthält, aus einem oder mehreren Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonat, Polystryrol, Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid (SMA), Styrolmethylmethacrylat (SMMA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polyamid 6.4 (PA 6.4), Polyamid 12 (PA 12), aromatischem Polyamid, Polysulfon, hergestellt. Bevorzugterweise besteht diese Polymerphase zu mindestens 50 Gew.-%, weiter bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, weiter bevorzugt zu mindestens 70 Gew.-%, noch weiter bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-%, und am meisten bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% aus Polycarbonat.Further preferred here is the polymer phase containing carbon nanotubes (CNT) in a higher proportion of one or more polymers selected from the group consisting of polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), styrene-maleic anhydride (SMA), styrene methyl methacrylate (SMMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyamide 6 (PA 6), polyamide 6.6 (PA 6.6), polyamide 6.4 (PA 6.4), polyamide 12 (PA 12), aromatic polyamide, Polysulfone, manufactured. Preferably, this polymer phase is at least 50 wt%, more preferably at least 60 wt%, more preferably at least 70 wt%, even more preferably at least 80 wt%, and most preferably at least 90 Wt .-% of polycarbonate.
Die gewünschten Polymerformkörper können dann auf übliche Weise durch Extrusions- oder Spritzgussverfahren aus den Polymergemischen erhalten werden.The desired polymer molding can then in the usual way by extrusion or injection molding are obtained from the polymer mixtures.
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine thermische Behandlung mindestens einer Oberfläche des Polymerformkörpers zur Erzeugung der leitfähigen, insbesondere der elektrisch leitfähigen, Strukturen auf der Oberfläche des Polymerformkörpers, wobei die thermische Behandlung das Erhitzen des Bereichs der Oberfläche auf eine Temperatur umfasst, die mindestens der Schmelztemperatur der mindestens einen Polymerphase entspricht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Abkühlen der thermisch behandelten Bereiche (bis sich die Polymerphasen wieder verfestigt haben), eine (oder auch mehrere) weitere thermische Behandlung derselben Bereiche.In a second step of the method according to the invention a thermal treatment of at least one surface takes place of the polymer molding to produce the conductive, in particular the electrically conductive structures the surface of the polymer molding, wherein the thermal treatment heating the area of the surface to a temperature that is at least the melting temperature which corresponds to at least one polymer phase. After a preferred Embodiment takes place after cooling the thermally treated areas (until the polymer phases are again solidified), one (or more) further thermal treatment same areas.
Bevorzugterweise erfolgt die thermische Behandlung der Oberfläche/n des Polymerformkörpers durch Kontakt mit einem erhitzten Körper, Gas (z. B. Heißluft) oder Flüssigkeit, oder durch elektromagnetische Strahlung oder unter Verwendung des erfindungsgemäßen Geräts (das unten beschrieben wird). Ein Fachmann kann das jeweils geeignete Mittel auswählen, um einen definierten Bereich der Oberfläche anzuschmelzen.preferably, the thermal treatment of the surface (s) of the Polymer molding by contact with a heated body, Gas (eg hot air) or liquid, or through electromagnetic radiation or using the invention Device (described below). A specialist can select each appropriate means to a defined Melt area of the surface.
Hierbei ist es möglich, die thermische Behandlung entweder nach vorhergehender Erzeugung des Polymerformkörpers, d. h. nachdem der Polymerformkörper das „Formwerkzeug” verlassen hat, oder bereits bei der Herstellung eines solchen Formkörpers im Formwerkzeug, durchzuführen. Es sind bereits Werkzeuge bekannt, bei denen einzelne Teile eines Formkörpers im Werkzeug gezielt erhitzt oder länger heiß gehalten werden können.in this connection is it possible to either post the thermal treatment previous generation of the polymer molding, d. H. after the polymer molding leave the "molding tool" has, or already in the production of such a shaped body in the mold, perform. There are already tools known in which individual parts of a shaped body in Tool specifically heated or kept hot for longer can be.
Bevorzugterweise
wird jedoch elektromagnetische Strahlung zur thermischen Behandlung
der Oberfläche des Polymerformkörpers verwendet.
Weiter bevorzugt ist es hierbei, Laserstrahlung oder IR-Strahlung, weiter
bevorzugt Laserstrahlung, zu verwenden. Hierbei können
bekannte Lithographieverfahren zur gezielten Bestrahlung von definierten
Bereichen von Substratoberflächen eingesetzt werden. Verfahren
zur gezielten Bestrahlung von Oberflächen sind dem Fachmann
bekannt und beispielsweise in der
Geeignete Laser für das erfindungsgemäße Verfahren sind: He-Ne-Laser, Nd:YAG-Laser, Kohlendioxidlaser (CO2-Laser), Kohlenmonoxidlaser (CO-Laser), Stickstofflaser (N2-Laser), Argon- Ionen-Laser, Helium-Cadmium-Laser (HeCd-Laser), Krypton-Ionen-Laser, Sauerstoff-Ionen-Laser, Xenon-Ionen-Laser, Mischgas-Laser (beispielsweise mit Argon und Krypton), Excimerlaser, Metalldampflaser (beispielsweise Kupferdampflaser) und Metallhalogenid-Laser (beispielsweise Kupferbromid-Laser), bevorzugt sind Kohlendioxidlaser (CO2-Laser) und Nd:YAG-Laser.Suitable lasers for the method according to the invention are: He-Ne laser, Nd: YAG laser, carbon dioxide laser (CO 2 laser), carbon monoxide laser (CO laser), nitrogen laser (N 2 laser), argon ion laser, helium Cadmium lasers (HeCd lasers), krypton ion lasers, oxygen ion lasers, xenon ion lasers, mixed gas lasers (eg, argon and krypton), excimer lasers, metal vapor lasers (eg, copper vapor lasers), and metal halide lasers (For example, copper bromide laser), preferred are carbon dioxide (CO 2 ) laser and Nd: YAG laser.
Bevorzugterweise wird eine Stelle der Oberfläche des Polymerformkörpers für 0,001 bis 1 Sekunde erhitzt. Die Zeitdauer des Erhitzens bezieht sich hierbei auf die Zeitdauer, in der sich die Oberfläche des Polymerformkörpers in geschmolzenem Zustand befindet. Diese Zeitdauer kann vom Fachmann für die gewünschte Anwendung und die verwendeten Polymere leicht gewählt werden. Insbesondere ist es möglich, durch die Zeitdauer des Erhitzens, in der die Oberfläche angeschmolzen ist, den Oberflächenwiderstand einzustellen. Je länger die Oberfläche angeschmolzen wird und umso tiefer sich der angeschmolzene Bereich in die Oberfläche hinein erstreckt, desto mehr Carbon Nanotubes migrieren an die Oberfläche, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Struktur erhöht wird.preferably, becomes a position of the surface of the polymer molded body heated for 0.001 to 1 second. The period of heating refers to the length of time in which the surface of the polymer molding is in a molten state. This period of time can be selected by the person skilled in the art Application and the polymers used are easily chosen. In particular, it is possible, by the duration of the heating, in which the surface is melted, the surface resistance adjust. The longer the surface melted and the deeper the melted area gets into the surface extends into it, the more carbon nanotubes migrate to the surface, whereby the electrical conductivity of the structure increases becomes.
Es ist zusätzlich bevorzugt, dass die Oberfläche des Polymerformkörpers auf eine Temperatur erhitzt wird, die zum Schmelzen der Polymerphase/n ausreicht, jedoch nicht zu einem merklichen Verdampfen der Polymerphase/n führt. Der Ausdruck „merkliches Verdampfen” bedeutet hierbei, dass die erzeugte leitfähige Struktur weniger als 1 Mikrometer, weiter bevorzugt weniger als 500 nm, tief in der Oberfläche des Polymerformkörpers liegt.It is additionally preferred that the surface of the polymer molding is heated to a temperature which is sufficient to melt the polymer phase (s), but not too a noticeable evaporation of the polymer phase / s leads. Of the Expression "appreciable evaporation" means that the generated conductive structure is less than 1 micron, more preferably less than 500 nm, deep in the surface of the polymer molding is.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Herstellung von elektronischen Schaltkreisen auf der Oberfläche des Polymerformkörpers verwendet werden. Somit können auf einfache Weise insbesondere sehr kleine Bauteile, beispielsweise als MIDs (moulded interconnected devices) hergestellt werden. Hierbei werden die Polymerformkörper erfindungsgemäß beispielsweise in einem Standard-Spritzgießverfahren als beliebige Formteile hergestellt und anschließend die elektrisch leitfähigen Strukturen erzeugt.The inventive method can in particular for Production of electronic circuits on the surface be used of the polymer molding. Thus, you can in a simple way, in particular very small components, for example as MIDs (molded interconnected devices) are produced. in this connection For example, the polymer moldings are used according to the invention in a standard injection molding as any moldings and then the electrically conductive Structures generated.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Polymerformkörper, umfassend mindestens eine Polymerphase und zwischen 0,01 und 10 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 0,1 und 8 Gew.-%, und am meisten bevorzugt zwischen 0,1 und 6 Gew.-%. Carbon Nanotubes (CNT) (bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerphase/n des Polymerformkörpers), wobei der Polymerformkörper auf der Oberfläche elektrisch oder thermisch, bevorzugt elektrisch, leitfähige Strukturen aufweist, wobei die Konzentration der CNT in den Bereichen der leitfähigen Oberflächenstrukturen höher ist als in den nicht leitfähigen Oberflächenbereichen.Of Furthermore, the invention relates to a polymer molding, comprising at least one polymer phase and between 0.01 and 10 Wt .-%, preferably between 0.1 and 10 wt .-%, more preferably between 0.1 and 10 wt .-%, more preferably between 0.1 and 8 wt .-%, and am most preferably between 0.1 and 6 wt .-%. Carbon nanotubes (CNT) (based on the total mass of the polymer phase (s) of the polymer molding), wherein the polymer molding is on the surface electrically or thermally, preferably electrically, conductive Having structures, wherein the concentration of CNT in the areas the conductive surface structures higher is as in the non-conductive surface areas.
Bevorzugterweise besteht der Polymerformkörper aus den im Vorangegangenen beschriebenen, insbesondere als bevorzugt erwähnten, Polymeren. Insbesondere bevorzugt enthält der Polymerformkörper mindestens eine Polymerphase die ein Polymer enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polycarbonat, Polystryrol, Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid (SMA), Styrolmethylmethacrylat (SMMA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polyamid 6.4 (PA 6.4), Polyamid 12 (PA 12), aromatischem Polyamid und Polysulfon, Polypropylen.preferably, the polymer molding consists of the above described, in particular as preferred mentioned, polymers. Particularly preferably, the polymer molding contains at least one polymer phase containing a polymer selected from the group consisting of: polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), styrene-maleic anhydride (SMA), styrene methyl methacrylate (SMMA), Polymethyl methacrylate (PMMA), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyamide 6 (PA 6), polyamide 6.6 (PA 6.6), polyamide 6.4 (PA 6.4), polyamide 12 (PA 12), aromatic polyamide and polysulfone, Polypropylene.
Zusätzlich bevorzugt enthält der Polymerformkörper Nanocomposits. Geeignete Nanocomposits und geeignete Mengen wurden im Vorangegangenen beschrieben.additionally The polymer molding preferably contains nanocomposites. Suitable nanocomposites and appropriate amounts have been previously mentioned described.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Polymerformkörper mindestens zwei getrennte Polymerphasen auf. Besonders bevorzugt enthält der Polymerformkörper mindestens zwei, weiter bevorzugt zwei, Polymerphasen, wobei die eine Polymerphase aus Polymeren besteht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol (PS), Polymethylmetacrylat (PMMA) und Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS), sowie thermoplastischen Polyestern, wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), und Polycarbonat, sowie Mischungen daraus. Die zweite Polymerphase besteht aus Polypropylen und/oder Polypropylencopolymeren. Alternativ dazu können die beiden Polymerphasen aus Polystyrol und/oder Polyamid-6 in Kombination mit Polyethylen und/oder Polypropylen bestehen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Polycarbonat in Kombination mit Polyolefinen, insbesondere Polypropylen. Die bevorzugten Mengenanteile der Polypropylen und/oder Polypropylencopolymere sind im Vorangegangenen beschrieben.In a further preferred embodiment of the invention the polymer molding has at least two separate polymer phases on. Particularly preferably, the polymer molding contains at least two, more preferably two, polymer phases, wherein the a polymer phase consists of polymers selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), as well as thermoplastic polyesters, such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT), and polycarbonate, as well as mixtures thereof. The second polymer phase consists of polypropylene and / or polypropylene copolymers. alternative For this purpose, the two polymer phases of polystyrene and / or Polyamide-6 in combination with polyethylene and / or polypropylene consist. Particularly preferred is the use of polycarbonate in combination with polyolefins, in particular polypropylene. The preferred ones Amounts of polypropylene and / or polypropylene copolymers are described above.
Die Analyse des fertig gestellten Polymerformkörpers hinsichtlich der vorhandenen Polymerphase/n ist im Methodenteil beschrieben. Die leitfähigen Strukturen (mit erhöhtem CNT Anteil) auf der Oberfläche des Polymerformkörpers können, wie bereits erwähnt, mit üblichen optischen Messmethoden nachgewiesen werden. Weiter bevorzugt enthält eine der Polymerphasen einen höheren Anteil an Carbon Nanotubes (CNT) als die andere/n Phasen.The Analysis of the finished polymer molding in terms of the existing polymer phase (s) is described in the Methods section. The conductive structures (with increased CNT content) on the surface of the polymer molding, as already mentioned, with conventional optical measuring methods be detected. More preferably, one of the Polymer phases have a higher proportion of carbon nanotubes (CNT) as the other phases.
Es ist zudem bevorzugt, dass die elektrisch leitfähigen Strukturen des Polymerformkörpers maximal bis 10 μm, bevorzugt maximal bis 1 μm, weiter bevorzugt maximal bis 100 nm in das Innere des Polymerformkörpers (von der äußeren Oberfläche an gerechnet) hineinreichen.It is also preferred that the electrically conductive structures of the polymer molding to a maximum of 10 microns, preferably not more than 1 μm, more preferably not more than 100 nm in the inside of the polymer molding (from the outer Surface on).
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
enthält der Polymerformkörper eine Polypropylenphase
und eine Polycarbonatphase, wobei bevorzugterweise zwischen 50 und
80 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 60 und 80 Gew.-%, und noch
weiter bevorzugt zwischen 70 und 80 Gew.-% Polypropylen, bezogen
auf die gesamte Masse des Polymergemisches, verwendet werden. Besonders
geeignete Polycarbonate können, wie beispielsweise in
Der erfindungsgemäße Polymerformkörper kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass dessen elektrisch leitfähigen Oberflächenstrukturen Leiterbahnen bzw. elektronische Schaltkreise darstellen. Damit kann der Polymerformkörper als Platine oder Leiterplatte in einem elektronischen Bauteil oder Gerät verwendet werden. Auf diese Platine oder Leiterplatte können nach herkömmlichen Verfahren, wie beispielsweise Löten, Verkleben, Verkleben, gefolgt von einem Verlöten, Schweißen oder Ultraschall-Schweißen, beliebige Bauteile oder (elektronische) Bauelemente aufgebracht werden. Auch kann eine Anbringung durch eine dem Fachmann bekannte Bestückungsvorgehensweise, z. B. über einen Durchkontaktierungsvorgang erfolgen. Insbesondere können Löcher bzw. Bohrungen in der Leiterplatte erzeugt werden, durch welche die Bauelemente durchgeführt und anschließend auf der Leiterplatte, insbesondere der ”Rückseite” der Leiterplatte, angebracht, beispielsweise verklebt oder verlötet werden.Of the Polymer molding according to the invention can be designed in particular so that its electrically conductive Surface structures Circuits or electronic circuits represent. Thus, the polymer molding as a board or printed circuit board in an electronic component or device be used. On this board or PCB can according to conventional methods, such as soldering, Gluing, gluing, followed by soldering, welding or ultrasonic welding, any components or (electronic) Components are applied. Also, an attachment by a known to those skilled Bestückungsvorgangsweise, z. B. via a Durchkontaktierungsvorgang. Especially can holes or holes in the circuit board be generated, through which the components performed and then on the circuit board, in particular the "back" of Printed circuit board, attached, for example glued or soldered become.
Eine besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Möglichkeit zur An- bzw. Aufbringung von Bauteilen auf den erfindungsgemäßen Polymerformkörpern wird hierin noch näher erläutert. Kurz gesagt, wird dabei der Bereich des Polymerformkörpers, in dem das Bauteil an- bzw. aufgebracht werden soll, direkt oder indirekt angeschmolzen oder aufgeschmolzen, sodass eine Anhef tung des Bauteils ermöglicht wird. Es wurde überraschend gefunden, dass dadurch gleichzeitig eine sehr gut leitfähige Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Polymerformkörper ermöglicht wird.A particularly advantageous possibility according to the invention for the attachment or application of components to the polymer moldings according to the invention is explained in more detail herein. In short, it will be the Area of the polymer molding in which the component is to be applied or applied, directly or indirectly melted or melted, so that an attachment of the device is made possible. It has surprisingly been found that at the same time a very good conductive connection between the component and the polymer molding is made possible.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Gerät zur oben beschriebenen thermischen Behandlung mindestens einer Oberfläche des Polymerformkörpers zur Erzeugung der leitfähigen, insbesondere der elektrisch leitfähigen, Strukturen auf der Oberfläche des Polymerformkörpers.One Another aspect of the invention relates to a device for above described thermal treatment of at least one surface of the polymer molding to produce the conductive, in particular the electrically conductive structures the surface of the polymer molding.
Dieses Gerät zum Erzeugen einer Struktur an einem zu bearbeitenden Körper weist eine Energiequelle auf. Die Energiequelle weist mindestens eine Elektrode auf, über die Energie abgegeben werden kann. Diese abgegebene Energie erwärmt zumindest teilweise den zu bearbeitenden Körper und ermöglicht das oben beschriebene Aufschmelzen des Polymerformkörpers, um die gewünschten leitfähigen Strukturen zu erzeugen.This Device for creating a structure on a to be processed Body has an energy source. The energy source has at least one electrode, discharged via the energy can be. This released energy heats up at least partially the body to be processed and allows the above-described melting of the polymer molding, to produce the desired conductive structures.
Die Erfindung ist besonders geeignet, wenn der Körper ein Polymerformkörper aus mindestens einer Polymerphase ist, die Carbon-Nanotubes enthält, da in diesem Körper durch Anlegen einer Energie an ganz spezifischen Positionen die Leitfähigkeit verändert werden kann. Somit lassen sich Leiterbahnen auf einem zu bearbeitenden Körper ohne Aufbringen einer leitfähigen Materialschicht und anschließendem Wegätzen der nicht-benötigten Bereiche der leitfähigen Materialschicht herstellen. Auf diese Weise werden Arbeitsschritte eingespart, die Produktion der Leiterplatte beschleunigt und so die Wirtschaftlichkeit der Produktion erhöht.The Invention is particularly suitable when the body is a polymer molding is at least one polymer phase containing carbon nanotubes, there in this body by applying an energy to very specific Positions the conductivity are changed can. Thus, tracks can be processed on one Body without application of a conductive material layer and then erasing the unneeded Create areas of the conductive material layer. On this way work steps are saved, the production of the PCB accelerates and so the profitability of the production elevated.
Der zu bearbeitende Körper lässt sich besonders effektiv erzeugen, wenn die Energiequelle mindestens zwei Elektroden aufweist, die an den zu bearbeitenden Körper anlegbar sind, wobei mit den zwei Elektroden ein Strom durch den zu bearbeitenden Körper leitbar ist bzw. eine Spannung anlegbar ist, der den zu bearbeitenden Körper aufwärmt und, wie weiter unten näher beschrieben, vorzugsweise in definierten Bereichen z. B. an der Oberfläche aufgeschmolzen. Durch diese einfache technische Maßnahme lassen sich am zu bearbeitenden Körper nach einer möglichen Ausführungsform auch dreidimensionale Strukturen erstellen, da die beiden Elektroden beispielsweise an der Vorderseite und an der Rückseite des zu bearbeitenden Körpers anlegbar sind. Beispielsweise lassen sich so auf einfache Weise Löcher in den zu bearbeitenden Körper einbrennen oder, im Falle der zuvor beschriebenen Leiterplatte, Kontaktierungen zwischen zwei Ebenen herstellen. Somit lassen sich mit dem Gerät der vorliegenden Erfindung kostengünstig Multilayer-Leiterplatten herstellen.Of the The body to be processed is particularly effective generate if the energy source has at least two electrodes, which can be applied to the body to be processed, wherein with the two electrodes, a current through the body to be processed conductive is or a voltage can be applied, the body to be processed warms up and, as further described below, preferably in defined areas z. B. on the surface melted. Through this simple technical measure can be on the body to be machined after a possible Embodiment also create three-dimensional structures, because the two electrodes, for example, on the front and on the back of the body to be machined applied are. For example, holes can be easily made in this way burn in the body to be processed or, in the case the printed circuit board described above, contacts between two Create layers. Thus can be with the device of present invention cost multilayer printed circuit boards produce.
Zum Herstellen einfacher Leiterbahnen in einer Ebene des zu bearbeitenden Körpers kann eine Elektrode der Energiequelle an einem Punkt fixiert werden, wobei die andere Elektrode auf dem Körper beliebig bewegt wird, wodurch insbesondere im Falle einer Leiterplatte die elektrischen Leiterbahnen erzeugt werden. Alternativ können aber auch beide oder mehrere Elektroden gleichzeitig bewegt werden. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die beiden Elektroden auch mit einem Abstandshalter auf einem vorbestimmten Abstand zueinander gehalten werden, so dass beide Elektroden gemeinsam über den zu bearbeitenden Körper bei der Erzeugung der Struktur bewegt werden. Die Elektroden bzw. die dem Polymerformkörper zugewandten Teile davon, z. B. in Stiftform, können grundsätzlich jede beliebige Form aufweisen, wobei die Form in Hinblick auf die Form der gewünschten zu erzeugenden Leiterbahnen vom Fachmann frei wählbar ist. Auch die angelegte Spannung bzw. der Strom können frei gewählt werden, wobei der Fachmann in Abhängigkeit von dem verwendeten Polymerformkörper, dessen Zusammensetzung sowie dem Grad und Bereich der gewünschten Erwärmung des Formkörpermaterials die geeigneten Werte einfach empirisch ermitteln kann. In vielen Fällen wird z. B. eine Spannung von mehr als 500 V. insbesondere von 1000 V oder mehr günstig sein.To the Create simple traces in a plane of the machined Body can connect one electrode of the energy source to one Point to be fixed, with the other electrode on the body is moved arbitrarily, whereby, in particular in the case of a printed circuit board the electrical conductors are generated. Alternatively you can but also both or more electrodes are moved simultaneously. According to a further embodiment of the invention the two electrodes also with a spacer on a predetermined Distance apart, so that both electrodes together via the body to be processed in the creation of the structure to be moved. The electrodes or the polymer molding facing parts thereof, z. B. in pencil form, in principle have any shape, wherein the shape in terms of Shape of the desired conductor tracks to be produced by a person skilled in the art is freely selectable. The applied voltage or the Electricity can be chosen freely, with the expert depending on the polymer molding used, its composition and the degree and range of the desired Heating the molding material the appropriate Simply empirically determine values. In many cases is z. B. a voltage of more than 500 V. In particular of 1000 V or more favorable.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine erste Elektrode in einem ersten Bereich des Polymerformkörpers (bzw. seiner Oberfläche) an dem bereits eine Leitfähigkeit besteht bzw. erzeugt wurde, angelegt, während eine zweite Elektrode ausgehend von einem Punkt auf dem Polymerformkörpers (bzw. seiner Oberfläche), der in dem gleichen leitfähigen Bereich liegt, oder der mit diesem Bereich über einen leitfähigen Bereich (z. B. eine Leiterbahn) verbunden ist, über den Polymerformkörpers (bzw. seiner Oberfläche) bewegt, um eine (neue) Leiterbahn zu erzeugen, den leitfähigen Bereich zu vergrößern oder zwei bestehende leitfähige Bereiche (z. B. Leiterbahnen) zu verbinden. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine große Flexibilität bei der Erzeugung bzw. Gestaltung der leitfähigen Strukturen auf dem Polymerformkörper.To a preferred embodiment of the invention becomes a first electrode in a first region of the polymer molding (or its surface) on the already a conductivity exists or created, while a second Electrode starting from a point on the polymer molding (or its surface), in the same conductive Range, or with this area via a conductive Area (such as a track) is connected via the Polymer molding (or its surface) moves, to create a (new) trace, the conductive Enlarge area or two existing conductive ones To connect areas (eg tracks). This approach allows a great deal of flexibility the generation or design of the conductive structures on the polymer molding.
Das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann nach einer möglichen Ausführungsform besonders effektiv in einen Plotter, in einen Matrixdrucker oder in einen Stift eingebaut werden. In einem Verfahren zum Erzeugen einer Struktur auf einem zu bearbeitenden Körper wird der zu bearbeitende Körper durch eine Energiequelle mit mindestens einer Elektrode, die zum Abgeben einer Energie vorgesehen ist, wenigstens teilweise erwärmt.The device according to the present invention can, according to one possible embodiment, be installed particularly effectively in a plotter, in a matrix printer or in a pen. In a method for producing a structure on a body to be processed, the body to be processed is represented by an En An energy source with at least one electrode, which is provided for discharging an energy, at least partially heated.
In dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich die zuvor genannten Vorrichtungsmerkmale wirkungsgleich anwenden.In the method according to the invention can be apply the aforementioned device characteristics with the same effect.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to two non-limiting Embodiments described in more detail. In the Drawings show:
In den Figuren werden folgende Bezugszeichen verwendet:In the figures use the following reference numerals:
- 1010
- Gerätdevice
- 12, 1412 14
- Stiftepencils
- 16, 1816 18
- Kontakt StiftContact pen
- 20, 2220 22
- Kontakt SteckerContact plug
- 2424
- Steckerplug
- 2626
- Polymerkörperpolymer body
- 2828
- Leiterbahnconductor path
- 3030
- Umgebungsbereichsurrounding area
- 3232
- Gezeichnete Liniendrawn lines
- 3434
- Kontaktstellecontact point
- 3636
- Unterseitebottom
- 3838
- Gerätdevice
- 4040
- Stiftpen
- 4242
- Heizspiraleheating coil
- 4444
- Schutzkörperprotective body
- 4646
- Steckerplug
In
einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in
den
Beim
Anlegen der Kontakte
Auf
praktische Weise können nach einer möglichen Ausführungsform
die zu erzeugenden Leiterbahnen auf dem Polymerkörper
In
den
Im
Einsatz wird das Gerät
Mit der Erfindung lassen sich auf einfache Weise Strukturen auf einem Körper erzeugen, ohne dass es dem Auftragen eines Grundmaterials und dem Entfernen der nicht benötigten Stellen des Grundmaterials bedarf. Dadurch werden Prozessschritte bei der Herstellung gespart, so dass die Produktion des zu bearbeitenden Körpers wirtschaftlicher wird. Demnach betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung die Verwendung der vorstehend beschriebenen Geräte, Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung von (leitfähigen) Strukturen auf Polymerformkörpern.With The invention can be easily structures on a Create body without it applying a base material and removing the unneeded locations of the base material needed. As a result, process steps are saved in the production, so that the production of the body to be worked more economically becomes. Accordingly, another aspect of the present invention relates the use of the devices, devices described above and methods for producing (conductive) structures on polymer moldings.
Die vorstehenden Geräte, Vorrichtungen und Verfahren bieten besondere Vorteile bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Polymerformkörper mit leitfähigen Strukturen auf der Oberfläche, wobei auch Verfahren, zu dessen Herstellung beschrieben werden.The provide the above devices, devices and methods particular advantages in the use of the invention Polymer moldings with conductive structures on the surface, including processes for its preparation to be discribed.
Für technische Anwendungen müssen elektronische Bauteile oder Bauelemente auf den leitfähigen Strukturen der erfindungsgemäßen Polymerformkörper aufgebracht werden. Hierzu ist es einerseits notwendig, dass eine ausreichende Stabilität der Bauteile oder Bauelemente auf den Leiterplatten gewährleistet und andererseits eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Leiterbahnen und den elektronischen Bauteilen oder Bauelementen hergestellt wird.For Technical applications must be electronic components or Components on the conductive structures of the invention Be applied polymer molding. For this it is necessary on the one hand that sufficient stability of the components or components guaranteed on the circuit boards and on the other hand a electrically conductive connection between the tracks and the electronic components or components is manufactured.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschend festgestellt, dass besonders vorteilhafte Leiterplatten-Anordnungen hergestellt werden können, wenn Polymerformkörper mit CNTs als Leiterplatten verwendet werden und auf die durch thermische Behandlung erzeugten leitfähigen Strukturen bzw. Leiterbahnen unter Verwendung einer erfindungsgemäßen organischen Klebstoff-Zusammensetzung, die ebenfalls CNTs enthält, elektronische Bauelemente aufgebracht werden. Überraschenderweise ermöglicht die Verwendung eines CNT-haltigen Klebstoffes auf einer CNT-haltigen Leiterplatte eine besonders gute Fixierung der elektronischen Bauteile oder Bauelemente. Hingegen führt die Verwendung von Klebstoffen mit leitfähigen Stoffen wie beispielweise Silberpartikeln zu einer schlechten Adhäsion auf CNT-haltigen Substraten.in the Within the scope of the present invention, it has surprisingly been found that produces particularly advantageous printed circuit board assemblies can be when polymer moldings with CNTs can be used as printed circuit boards and on by thermal Treatment generated conductive structures or tracks using an organic according to the invention Adhesive composition, which also contains CNTs, electronic components are applied. Surprisingly allows the use of a CNT-containing adhesive on a CNT-containing circuit board a particularly good fixation the electronic components or components. On the other hand leads the use of adhesives with conductive substances such as silver particles to a bad adhesion on CNT-containing substrates.
Hierbei hat sich gezeigt, dass besonders gute elektrische Eigenschaften durch die kombinierte Verwendung eines CNT-haltigen Klebstoffs und einer CNT-haltigen Leiterplatte erzielt werden.in this connection has been shown to have particularly good electrical properties by the combined use of a CNT-containing adhesive and a CNT-containing circuit board can be achieved.
Überraschenderweise können Bauelemente zudem in sehr zuverlässiger und belastbarer Weise mit geringem Arbeitszeitaufwand durch Herstellung einer Bindung, die CNT umfassendes Material enthält, und/oder durch eine Lötverbindung auf einer Leiterplatte, die einen CNT-haltigen Polymerformkörper umfasst, angebracht werden, wie nachstehend detailliert erläutert. Der Begriff „Bindung” umfasst dabei jegliche Anheftung oder Anbindung unter Verwendung von CNT enthaltendem Material, insbesondere einem CNT-haltigen Polymermaterial. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem CNT umfassenden Material um das Material des hierin beschriebenen Polymerformkörpers.Surprisingly In addition, components can be very reliable and resilient way with low labor costs through production a bond containing material comprising CNT, and / or through a solder joint on a circuit board, the one CNT-containing polymer molding comprises, be attached as explained in detail below. The term "binding" includes while any attachment or connection using CNT containing material, in particular a CNT-containing polymer material. Most preferably, the material comprising CNT is around the material of the polymer molding described herein.
Eine bevorzugte Leiterplatten-Anordnung umfasst daher mindestens eine Leiterplatte mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn und mindestens einem elektronischen Bauelement, wobei die Leiterplatte einen Polymerformkörper mit 0,1–10 Gew.-%, weiter bevorzugt 1–10 Gew.-%, und noch weiter bevorzugt 5–10 Gew.-%, Carbon Nanotubes (CNT), bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, umfasst, und wobei das mindestens eine elektronische Bauelement durch eine organische Klebstoff-Zusammensetzung enthaltend 0,05–10 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,1–10 Gew.-%, weiter bevorzugt 1–10 Gew.-%, und am meisten bevorzugt 5–10 Gew.-%, Carbon-Nanotubes (CNT), bezogen auf die Masse der Klebstoff-Zusammensetzung, und/oder durch eine Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material, insbesondere eine oder mehrere Carbon Nanotubes (CNT) enthaltende Polymerphasen, umfasst, und/oder durch eine Lötverbindung mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist. Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen werden hierbei durch Bereiche der Oberfläche des Polymerformkörpers gebildet, die eine erhöhte CNT-Konzentration aufweisen.A preferred printed circuit board arrangement therefore comprises at least one printed circuit board with at least one electrically conductive strip conductor and at least one electronic component, wherein the printed circuit board has a polymer molded article with 0.1-10% by weight, more preferably 1-10% by weight, and still more preferably 5-10 wt.%, of carbon nanotubes (CNT), based on the mass of the polymer phase (s), and wherein the at least one electronic component is comprised of an organic adhesive composition containing 0.05-10 wt. , more preferably 0.1-10% by weight, more preferably 1-10% by weight, and most preferably 5-10% by weight of carbon nanotubes (CNT), based on the weight of the adhesive composition , and or by a bond containing carbon nanotubes (CNT) containing material, in particular one or more carbon nanotubes (CNT) containing polymer phases, and / or is connected by a solder joint with at least one electrically conductive trace of the circuit board. In this case, the electrically conductive printed conductors are formed by regions of the surface of the polymer molded article which have an increased CNT concentration.
Für die Leiterplatten-Anordnung können alle erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzungen, die hier beschrieben sind, verwendet werden. Besonders bevorzugt wird ein Urethanacrylat-Klebstoff verwendet. Weiter bevorzugt weist die Verbindung zwischen der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leiterbahn und dem mindestens einen elektronischen Bauelement einen elektrischen Widerstand von weniger als 50 Ohm auf.For the circuit board assembly can all of the invention Adhesive compositions described herein are used become. More preferably, a urethane acrylate adhesive is used. Further Preferably, the connection between the at least one electrically conductive trace and the at least one electronic Component has an electrical resistance of less than 50 ohms on.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Klebstoff-Zusammensetzung enthaltend 0,05–10 Gew.-% Carbon-Nanotubes (CNT). Die Klebstoff-Zusammensetzung kann durch Vermischen der CNTs mit den Klebstoff-Komponenten erfolgen. Hierzu geeignete Verfahren sind dem Fachmann bekannt.Of Furthermore, the invention relates to an adhesive composition containing 0.05-10 wt% carbon nanotubes (CNT). The adhesive composition can be done by mixing the CNTs with the adhesive components. Suitable methods for this purpose are known to the person skilled in the art.
Bevorzugterweise kommen hierbei solche Klebstoffe zum Einsatz, welche eine Substanz enthalten, die unter Einfluss von Strahlung oder Wärme reagieren oder eine Substanz freisetzen, die mit den reaktiven Bestandteilen des Klebstoffs reagieren oder deren Polymerisation auslösen oder katalysieren. Bevorzugt enthält die Klebstoff-Zusammensetzung Acrylat-Klebstoffe, Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe, Silicon-Klebstoffe, oder Polyurethan-Klebstoffe, bevorzugt Acrylat-Klebstoffe. Weiter bevorzugt ist die Klebstoffzusammensetzung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyanacrylat-Klebstoffen, Methylmethacrylat-Klebstoffen, Urethanacrylat-Klebstoff, Butylacrylat, und strahlenhärtbaren Acrylat-Klebstoffen, insbesondere wird ein Urethanacrylat-Klebstoff verwendet. Besonders bevorzugt besteht die erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung nur aus CNTs und den vorgenannten Klebstoffen oder Gemischen davon.preferably, In this case, such adhesives are used, which are a substance contain those under the influence of radiation or heat react or release a substance containing the reactive ingredients react the adhesive or initiate their polymerization or catalyze. Preferably, the adhesive composition contains Acrylate adhesives, phenol-formaldehyde resin adhesives, silicone adhesives, or polyurethane adhesives, preferably acrylate adhesives. Further Preferably, the adhesive composition is selected from the group consisting of cyanoacrylate adhesives, methyl methacrylate adhesives, urethane acrylate adhesive, Butyl acrylate, and radiation curable acrylate adhesives, In particular, a urethane acrylate adhesive is used. Especially The adhesive composition according to the invention preferably exists only from CNTs and the aforementioned adhesives or mixtures thereof.
Bevorzugterweise beträgt der elektrische Widerstand der Klebstoff-Zusammensetzung weniger als 100, insbesondere weniger als 50 Ohm.preferably, is the electrical resistance of the adhesive composition less than 100, especially less than 50 ohms.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzung zum elektrisch leitfähigen Verbinden eines elektronischen Bauelements mit einem anderen elektrisch leitfähigen Bauteil oder Formteil, insbesondere einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder einem elektrisch leitfähigen Bereich auf einer Leiterbahn.The The present invention also relates to the use of a method according to the invention Adhesive composition for electrically conductive bonding an electronic component with another electrically conductive Component or molded part, in particular an electrically conductive Conductor or an electrically conductive area a trace.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen mindestens eines elektronischen Bauelements auf eine Leiterplatte umfassend die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer Leiterplatte mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder mindestens einem elektrisch leitfähigen Bereich, wobei die Leiterplatte einen Polymer formkörper mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes (CNT), bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, darstellt,
- b) Bereitstellen mindestens eines elektronischen Bauelements, und
- c) Verbinden, vorzugsweise thermisch und/oder elektrisch leitfähiges Verbinden, des elektronischen Bauelements mit der elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzung und/oder durch Herstellen einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material, insbesondere eine oder mehrere Carbon Nanotubes (CNT) enthaltende Polymerphasen, umfasst, und/oder durch Herstellen einer Lötverbindung.
- a) providing a printed circuit board with at least one electrically conductive trace or at least one electrically conductive region, wherein the printed circuit board is a polymer molding with 0.1-10 wt .-% carbon nanotubes (CNT), based on the mass of the polymer phase / s represents .
- b) providing at least one electronic component, and
- c) bonding, preferably thermally and / or electrically conductive bonding, of the electronic component to the electrically conductive trace or the at least one electrically conductive region using the adhesive composition according to the invention and / or by producing a bond containing the carbon nanotubes (CNT) Material, in particular one or more carbon nanotubes (CNT) containing polymer phases comprises, and / or by preparing a solder joint.
Bevorzugterweise wird in Schritt a) des Verfahrens der Polymerformkörper mit elektrisch leitfähigen Strukturen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie im Vorangegangenen beschrieben, hergestellt. Bevorzugterweise wird hierbei mit dem erfindungsgemäßen Gerät eine leitfähige Struktur erzeugt.preferably, in step a) of the process, the polymer molding with electrically conductive structures with the invention Process as described above. preferably, is in this case with the device according to the invention generates a conductive structure.
Geeignete elektronische Bauteile oder Bauelemente, die auf Leiterplatten aufgebracht werden können, sind dem Fachmann bekannt. Diese Bauteile oder Bauelemente können üblicherweise „metallische Beinchen” aufweisen, die in Kontakt mit der Leiterplatte bzw. den hierauf befindlichen leitfähigen Strukturen gebracht werden müssen oder können. Beispiele für elektronische Bauteile oder Bauelemente sind insbesondere oberflächenmontierbare Bauteile (surface-mounted devices, SMDs). Oberflächenmontierbare Bauteile (SMDs) können insbesondere über ihre Anschlüsse, insbesondere ihre Anschlussflächen, auf einer Leiterplatte angebracht werden. Die Anbringung kann über dem Fachmann bekannte Verfahren der Oberflächenmontagetechnik (surface-mounting technology) erfolgen. Vorgehensweisen zur Anbringung von Bauelementen, insbe sondere SMDs, die hervorragende Ergebnisse in Kombination mit Leiterplatten, die einen CNT umfassenden Polymerformkörper aufweisen, ergeben, sind nach- und vorstehend erläutert. Bei den SMDs kann es sich beispielsweise um Widerstände, Spulen, Kondensatoren, insbesondere Keramik-Kondensatoren, Tantal-Elkos, Aluminium-Elkos, Quarze, Dioden, Transistoren, Spannungsregler, Leuchtdioden, Potentiometer, Trimmer, Taster, Optokoppler, Reedkontakte oder Integrierte Schaltungen handeln.Suitable electronic components or components that can be applied to printed circuit boards are known to the person skilled in the art. These components or components can usually have "metallic legs" which must or can be brought into contact with the printed circuit board or the conductive structures located thereon. Examples of electronic components or components are in particular surface-mounted components (surface-mounted devices, SMDs). Surface mountable components (SMDs) can be mounted on a printed circuit board in particular via their connections, in particular their connection surfaces. The attachment can be carried out by methods known in the art of surface mounting technology (surface-mounting technology). Procedures for mounting components, in particular special SMDs, which give excellent results in combination with printed circuit boards, which have CNT comprising a polymer molded body, are explained in the following and above. The SMDs may be, for example, resistors, coils, capacitors, in particular ceramic capacitors, tan talcs, aluminum electrolytic capacitors, quartz, diodes, transistors, voltage regulators, light-emitting diodes, potentiometers, trimmers, buttons, optocouplers, reed contacts or integrated circuits.
Insbesondere können die elektronischen Bauteile oder Bauelemente Anschlüsse an mindestens einer, insbesondere einer, zwei, drei oder vier Flächen, insbesondere Seitenflächen des Gehäuses aufweisen. Der Begriff ”Beinchen eines Bauelements”, sowie die Begriffe ”Abschnitt des elektronischen Bauelements”, insbesondere ”Abschnitt des elektronischen Bauelements, der mit dem zumindest teilweise geschmolzenen Abschnitt des Polymerformkörpers oder der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs in Kontakt kommt oder in Kontakt gebracht wird”, wie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet, umfasst insbesondere Anschlüsse von oberflächenmontierbaren Bauteilen (SMDs), die beispielsweise in Form von Stäbchen oder Plättchen oder in Form von Anschlussflächen vorliegen können. Die Anschlüsse können dabei vorzugsweise eine oder mehrere Biegungen umfassen, und beispielsweise in ”Gull-Wing”- oder ”J-Lead”-Form vorliegen.Especially Can the electronic components or components connections on at least one, in particular one, two, three or four surfaces, in particular have side surfaces of the housing. The term "legs of a component", as well the terms "section of the electronic component", in particular "section of the electronic component, the with the at least partially melted portion of the polymer molding or the electrically conductive path or the electrical conductive area in contact or brought into contact "as used in the present application, includes in particular connections of surface mountable Components (SMDs), for example, in the form of rods or platelets or in the form of pads may be present. The connections can be preferably comprise one or more bends, and for example in "Gull-Wing" or "J-Lead" form available.
Elektronische Bauteile oder Bauelemente, die auf Leiterplatten aufgebracht werden können, können SMD-Bauformen oder SMD-Gehäuse aufweisen.electronic Components or components that are applied to printed circuit boards can, SMD designs or SMD housing exhibit.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Bauelemente, die insbesondere eine Bauform oder ein Gehäuse aufweisen können, die/das ausgewählt ist unter MELF (Metal Electrode Faces), Chip-Bauform, V-Chip-Bauform, SOD (Small Outline Diode), SOT (Small Outline Transitor), DIL (Dual-In-Line), SOIC (Small-Outline Integrated Circuit), SOP (Small Outline Package), PLCC (plastic leaded chip carrier), QFP (Quad Flat Package), MLP (Micro Leadframe Package), MLF (Micro Lead Frame), QFN (Quad Flat pack No leads), LGA (Land Grid Array), BGA (Ball Grid Array) und deren Kombinationen, auf einer Leiterplatte, insbesondere einer einen Carbon Nanotubes umfassenden Polymerformkörper aufweisenden Leiterplatte, angebracht werden.in the Within the scope of the present invention, one or more Components, in particular a design or a housing which is selected under MELF (Metal Electrode Faces), chip design, V-chip design, SOD (Small Outline Diode), SOT (Small Outline Transitor), DIL (Dual-In-Line), SOIC (Small-Outline Integrated Circuit), SOP (Small Outline Package), PLCC (plastic leaded chip carrier), QFP (Quad Flat Package), MLP (Micro Leadframe Package), MLF (Micro Lead Frame), QFN (Quad Flat pack No leads), LGA (Land Grid Array), BGA (Ball Grid Array) and their Combinations, on a printed circuit board, especially one Carbon Nanotubes comprehensive polymer moldings having PCB, to be attached.
Die Anbringung der Bauelemente, insbesondere der SMDs, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung, beispielsweise unter Verwendung von Klebstoffen, insbesondere Carbon Nanotubes umfassenden Klebstoffzusammensetzungen, die vorzugsweise 0,05 bis 10 Gew.-% Carbon-Nanotubes umfassen, und/oder unter Verwendung von Lötverbindungen und/oder durch eine Bindung, die Carbon Nanotubes enthaltendes Material umfasst, erfolgen.The Attachment of the components, in particular the SMDs, can be done in the frame of the present invention, for example using Adhesives, in particular carbon nanotubes comprising adhesive compositions, which preferably comprise 0.05 to 10 wt .-% carbon nanotubes, and / or using solder joints and / or by a Binding comprising carbon nanotubes containing material carried out.
Die Lötverbindung kann insbesondere unter Verwendung eines Lots, insbesondere einer Lötpaste hergestellt werden, das z. B. Zinn und/oder Blei umfassen kann. Als Lötverfahren kann ein dem Fachmann bekanntes Lötverfahren angewendet werden. Eine sehr gute Befestigung kann bei der Anbringung des Bauelements durch Anwendung des Reflow-Lötverfahrens erhalten werden. Hierbei kann zunächst ein Lot in Form einer Lötpaste auf die Leiterplatte aufgetragen werden, anschließend kann das Bauelement auf eine mit Lötpaste versehene Stelle der Leiterplatte aufgebracht werden und weiter anschließend die Lötpaste mindestens auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der es zu einem Schmelzen der Lötpaste kommt.The Soldering can in particular by using a Lots, in particular a solder paste are produced, the z. B. tin and / or lead may include. As a soldering process can be a known to those skilled soldering applied become. A very good attachment may be in the attachment of the device obtained by using the reflow soldering method. Here, first, a solder in the form of a solder paste can be applied to the circuit board, then can the device on a provided with solder paste point of Printed circuit board are applied and continue afterwards the solder paste is heated to at least one temperature, in which it comes to a melting of the solder paste.
Klebstoffe und/oder Lötpaste (zur Herstellung einer Lötverbindung, insbesondere beim Reflow-Löten) können gemäß dem allgemeinen Fachwissen aufgebracht werden. Sehr gute Ergebnisse können insbesondere verwendet werden, wenn Lötpaste oder Klebstoff mittels Siebdruck aufgebracht wird oder in kleinen Portionen, insbesondere unter Verwendung von Dosiervorrichtungen, aufgebracht wird.adhesives and / or solder paste (for making a solder joint, especially in reflow soldering) can according to the general expertise. Very good results can be used in particular if solder paste or adhesive is applied by screen printing or in small Portions, in particular using dosing devices, is applied.
Da die erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung leitfähig ist, kann sich auch Klebstoff zwischen den Beinchen und der leitfähigen Struktur befinden. Um die Bauteile oder Bauelemente auf die Leiterplatte aufzubringen, können die Beinchen der Bauteile oder Bauelemente beispielsweise in die Klebstoff-Zusammensetzung eingetaucht werden und anschließend auf die Leiterplatte aufgesetzt werden. Dabei muss die Menge an Klebstoff so gewählt werden, dass eine ausreichende Stabilität zwischen dem Bauteil oder Bauelement und der Leiterplatte erzeugt wird, jedoch keine benachbarten Leiterbahnen mit Klebstoff in Kontakt kommen. Das Aushärten der Klebstoff-Zusammensetzung kann dann auf übliche Weise, beispielsweise unter Verwendung einer UV-Lampe, erfolgen.There the adhesive composition of the invention Conductive is also adhesive between the legs and the conductive structure are located. To the components or to apply components to the circuit board can the legs of the components or components, for example, in the Dipped adhesive composition and then be placed on the circuit board. It must be the amount of Adhesive should be chosen so that sufficient stability generated between the component or component and the circuit board is, but no adjacent conductive traces in contact with adhesive come. The curing of the adhesive composition can then in the usual way, for example using a UV lamp, done.
Das Verbinden, vorzugsweise das thermisch und/oder elektrisch leitfähige Verbinden, des elektronischen Bauelements mit dem Polymerformkörper oder der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich kann weiterhin durch Herstellen einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material, insbesondere eine oder mehrere Carbon Nanotubes (CNT) enthaltende Polymerphasen, umfasst, erfolgen. Besonders vorteilhaft ist nach dieser Ausführungsform der Erfindung die Anbringung des Bauteils in einem Arbeitsschritt, ggf. im gleichen Arbeitsschritt wie die Erzeuging der Leiterbahnen auf dem Polymerformkörper, die dauerhafte Verbindung und die Vermeidung von Lot.The bonding, preferably the thermally and / or electrically conductive bonding, of the electronic component to the polymer molding or the at least one electrically conductive trace or the at least one electrically conductive region can be further characterized by producing a bond, the material containing carbon nanotubes (CNT), in particular one or more carbon nanotubes (CNT) containing polymer phases, carried out. Particularly advantageous according to this embodiment of the invention, the attachment of the component in one step, possibly in the same step as the generating the tracks on the polymer molding, the permanent connection and the avoidance of solder.
Zudem kann das Verbinden des elektronischen Bauelements mit dem Polymerformkörper oder der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich auch durch Herstellen einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material umfasst, in Kombination mit einer Verwendung einer erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzung und/oder einer Lötverbindung, erfolgen.moreover may be the bonding of the electronic component to the polymer molding or the at least one electrically conductive conductor track or the at least one electrically conductive region as well by forming a bond containing carbon nanotubes (CNT) Material, in combination with a use of an inventive Adhesive composition and / or a solder joint, respectively.
Insbesondere kann mindestens ein erster Abschnitt des Bauelements unter Verwendung der erfindungsgemäßen Klebstoff-Zusammensetzung und zudem mindestens ein zweiter Abschnitt des Bauelements unter Herstellung einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material umfasst, angebracht werden. Die jeweils geeignete Weise des Verbindens kann ein Fachmann auf Basis seines allgemeinen Fachwissens, sowie auf Basis der jeweils herzustellenden Leiterplattenanordnung und den anzubringenden elektronischen Bauelementen auswählen.Especially For example, at least a first portion of the device may be used the adhesive composition according to the invention and also at least a second portion of the device below Preparation of a Bond Containing Carbon Nanotubes (CNT) Material includes, be attached. The appropriate way a person skilled in the art can, on the basis of his general knowledge, and on the basis of each printed circuit board assembly to be produced and select the electronic components to be attached.
Der Begriff ”Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material” umfasst im Rahmen der vorliegenden Anmeldung insbesondere ein- oder mehrphasige Zusammensetzungen, die Carbon Nanotubes umfassen, insbesondere Zusammensetzungen, die ein oder mehrere Polymere, sowie Carbon Nanotubes, insbesondere mindestens zwei oder mehr phasenunverträgliche Polymere, sowie Carbon Nanotubes, umfassen.Of the Term "carbon nanotube (CNT) containing material" in the context of the present application, in particular mono- or multiphase Compositions comprising carbon nanotubes, in particular compositions, the one or more polymers, as well as carbon nanotubes, in particular at least two or more phase incompatible polymers, as well as carbon Nanotubes, include.
Zum Herstellen einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material umfasst, kann zunächst ein Zuführen von Energie zu mindestens einem Abschnitt, insbesondere einem Oberflächenabschnitt, des CNT enthaltenden Polymerformkörpers oder der elektrisch leitfähigen, insbesondere CNT enthaltenden Bahn oder des elektrisch leitfähigen, insbesondere CNT enthaltenden Bereichs erfolgen, wobei der Abschnitt des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, dem die Energie zugeführt wurde, zumindest teilweise schmilzt.To the Making a bond containing carbon nanotubes (CNT) Material may include, first, a feeding of Energy to at least a portion, in particular a surface portion of the CNT-containing polymer molding or the electrically conductive, in particular CNT containing web or the electrically conductive, in particular CNT containing area be carried out, wherein the portion of the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive Area to which the energy was supplied, at least partially melts.
Das Zuführen von Energie kann insbesondere durch Kontakt mit einem erhitzten Körper, Gas (z. B. Heißluft) oder Flüssigkeit, oder durch elektromagnetische Strahlung erfolgen. Ein Fachmann kann das jeweils geeignete Mittel auswählen, um Energie zuzuführen bzw. einen definierten Bereich der Oberfläche anzuschmelzen.The Supplying energy can be done in particular by contact with a heated body, gas (eg hot air) or Liquid, or by electromagnetic radiation. A person skilled in the art can select the appropriate means to supply energy or a defined range of To melt the surface.
Der Begriff ”zumindest teilweise schmilzt” umfasst im Rahmen der vorliegenden Anmeldung neben einem teilweisen oder vollständigen Schmelzen, auch jegliches Anschmelzen, insbesondere jegliches partielle Anschmelzen, sowie jegliche Veränderung des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, die ein Einsinken des Abschnitts (oder eines Teilbereichs hiervon) des anzubringenden Bauelements in das Material des Polymerformkörpers oder der leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs oder ein Benetzen hiermit ermöglicht. Insbesondere kann der Abschnitt des Polymerformkörpers, der leitfähigen Bahn oder des leitfähigen Bereichs auf eine Temperatur erhitzt werden, die mindestens der Schmelztemperatur des Materials bzw. mindestens der niedrigsten Schmelztemperatur der jeweiligen Materialien des Polymerformkörpers oder der leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs entspricht.Of the Term "at least partially melts" in the context of the present application in addition to a partial or complete melting, including any melting, in particular any partial melting, as well as any change of the polymer molding, the electrically conductive Or electrically conductive area, the one Subsidence of the portion (or portion thereof) of the one to be attached Component in the material of the polymer molding or the conductive path or the electrically conductive Range or wetting hereby allows. Especially may be the portion of the polymer molding that is conductive Track or conductive area to a temperature be heated, at least the melting temperature of the material or at least the lowest melting temperature of the respective Materials of the polymer molding or the conductive Rail or electrically conductive area corresponds.
Der Schritt des Zuführens von Energie zu mindestens einem Abschnitt, insbesondere einem Oberflächenabschnitt, des CNT enthaltenden Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, kann insbesondere dadurch erfolgen, dass ein Erwärmen eines Abschnitts des elektronischen Bauelements, der mit dem Polymerformkörper, der elektrisch leitfähigen Bahn oder dem elektrisch leitfähigen Bereich in Kontakt steht oder für ein in Kontakt kommen mit einem Abschnitt des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs ausgelegt ist und nach dem Erwärmen mit diesem in Kontakt gebracht wird, erfolgt und/oder dass ein Erwärmen mindestens eines Abschnitts des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs erfolgt. Der Begriff ”Abschnitt eines elektronischen Bauelements”, insbesondere ”Abschnitt des elektronischen Bauelements, der mit dem zumindest teilweise geschmolzenen Abschnitt des Polymerformkörpers oder der elektrisch leit fähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs in Kontakt kommt oder in Kontakt gebracht wird”, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebige für eine Anbringung auf einer Leiterplatte durch einen Fachmann ausgewählte Abschnitte eines elektronischen Bauelements umfassen. Insbesondere umfassen diese Begriffe einen oder mehrere Anschlüsse beliebiger Form eines oberflächenmontierbaren Bauteils (SMD), insbesondere in Form einer Anschlussfläche, vorzugsweise in Form eines ”Beinchens” oder einen oder mehrere Anschlüsse eines anderen Bauelements, die insbesondere die Form eines ”Beinchens” aufweisen können. Derartige Abschnitte von Bauelementen, insbesondere Anschlüsse von SMDs, können ein oder mehrere Metalle, insbesondere metallische Legierungen, umfassen oder hieraus bestehen.The step of supplying energy to at least one section, in particular a surface section, of the CNT-containing polymer shaped body, the electrically conductive path or the electrically conductive area can be effected, in particular, by heating a portion of the electronic component which is in contact with the polymer shaped body electrically conductive path or the electrically conductive region is in contact or is designed for coming into contact with a portion of the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive region and is brought into contact after heating takes place, and / or a heating of at least a portion of the polymer shaped body, the electrically conductive path or the electrically conductive region takes place. The term "portion of an electronic component", in particular "portion of the electronic component, which is in contact with or brought into contact with the at least partially melted portion of the polymer molding or the electrically conductive path or the electrically conductive region", can be used in the context of The present invention includes any portions of an electronic component selected by a person skilled in the art for attachment to a printed circuit board. In particular, these terms include one or more terminals of any shape of a surface mountable device (SMD), in particular in the form of a pad, preferably in the form of a "leg" or one or more terminals of another device, which may in particular have the shape of a "little bone". Such sections of components, in particular terminals of SMDs, one or more metals, esp special metallic alloys, include or consist of.
Das Erwärmen des Abschnitts des elektronischen Bauelements und/oder des mindestens einen Abschnitts des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs kann dabei in direkter Weise erfolgen, in dem mit einer Energiequelle, z. B. elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung oder IR-Strahlung, auf den jeweiligen Abschnitt des elektronischen Bauelements und/oder des mindestens einen Abschnitt des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs eingewirkt wird, oder kann in indirekter Weise erfolgen, in dem auf eine Einrichtung oder einen weiteren Abschnitt des Bauelements eingewirkt wird, die oder der in thermisch und/oder elektrisch leitfähiger Weise mit dem zu erwärmenden Abschnitt des elektronischen Bauelements verbunden ist.The Heating the portion of the electronic component and / or the at least one section of the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive This area can be done directly, in the one with Energy source, z. B. electromagnetic radiation, in particular Laser radiation or IR radiation, on the relevant section of the electronic component and / or the at least one section of the polymer molding, the electrically conductive Track or the electrically conductive area acted is, or may be done indirectly, in a facility or another portion of the device is acted, the or in a thermally and / or electrically conductive manner with the portion of the electronic component to be heated connected is.
In einem nächsten Schritt kann ein in Kontakt Kommen oder in Kontakt Bringen eines Abschnitts des elektronischen Bauelements, beispielsweise eines Beinchens des Bauelements, mit dem zumindest teilweise geschmolzenen Abschnitt des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs erfolgen.In a next step can come in contact or bringing a portion of the electronic component into contact for example, a little bit of the device, with the at least partially melted portion of the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive Area.
Bei einem in Kontakt kommen kann sich insbesondere der Abschnitt des anzubringenden Bauelements bereits auf der Leiterplatte, insbesondere dem Polymerformkörper, vorzugsweise der elektrisch leitfähigen Bahn oder dem elektrisch leitfähigen Bereich befinden und dort mit der Schmelze in Kontakt kommen. Beispielsweise kann der Abschnitt des anzubringenden Bauelements erhitzt werden, was dazu führt, dass an diesen Bauelement-Abschnitt angrenzendes CNT umfassendes Material, insbesondere des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, durch den Kontakt mit dem erhitzten Abschnitt schmilzt, und/oder es kann an den Abschnitt des Bauelements angrenzendes CNT umfassendes Material, insbesondere des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, zum Schmelzen gebracht werden, wobei dies dazu führt, dass CNT umfassende Schmelze dann mit dem Abschnitt des anzubringenden Bauelements in Kontakt kommt.at In particular, the section of the. can come into contact to be mounted component already on the circuit board, in particular the polymer molding, preferably the electrically conductive Railway or the electrically conductive area are located and there come in contact with the melt. For example, the Be heated portion of the component to be attached, causing this leads that adjacent to this component section CNT comprehensive material, in particular the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive Area through which contact with the heated section melts, and / or it may be CNT adjacent to the portion of the device comprehensive material, in particular the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive region, be melted, with the result that CNT comprehensive melt then with the section of the to be attached Component comes into contact.
Insbesondere kann auch ein CNT umfassender Abschnitt des Polymerformkörpers, der benachbart zu einer elektrisch leitfähigen Bahn oder einem elektrisch leitfähigen Bereich ist, derart angeschmolzen werden, dass nach dem Ausbilden der Bindung ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen der Bindung bzw. dem Bauelement und der elektrisch leitfähigen Bahn oder dem elektrisch leitfähigen Bereich vorliegt. Gegebenenfalls kann nach der Ausbildung der Bindung gemäß den vorstehend erwähnten Verfahren eine zusätzliche elektrisch leitfähige Bahn erstellt werden, welche die Bindung mit der elektrisch leitfähigen Bahn oder dem elektrisch leitfähigen Bereich, insbesondere in elektrisch oder thermisch leitfähiger Weise verbindet.Especially can also be a CNT comprehensive section of the polymer molding, adjacent to an electrically conductive path or an electrically conductive region is so fused be that after forming the bond an electrically conductive Contact between the bond or the device and the electrical conductive path or the electrically conductive Area is present. Optionally, after the formation of the bond according to the above-mentioned methods created an additional electrically conductive path which are the bond with the electrically conductive Web or the electrically conductive region, in particular connects in an electrically or thermally conductive manner.
In einem nächsten Schritt erfolgt dann ein Ausbilden oder Ausbilden lassen einer Bindung, insbesondere einer elektrisch leit fähigen Bindung, zwischen dem Abschnitt des elektronischen Bauelements und dem mindestens einen Abschnitt des Polymerformkörpers, der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs. Sehr vorteilhaft ist, dass die Bildung der Bindung auch ohne weitere Maßnahmen oder Schritte einfach beim Erkalten lassen der Schmelze, die mit einem Abschnitt des Bauelements in Kontakt steht, erfolgen kann. Optional kann ein Fachmann weitere Maßnahmen ergreifen, die den Kontakt zwischen der Schmelze und dem Abschnitt des Bauelements weiter verbessern.In a next step is then a training or Forming a bond, in particular an electrically conductive capable Binding, between the section of the electronic component and the at least one section of the polymer molding, the electrically conductive path or the electrically conductive Range. Very beneficial is that the formation of the bond as well without further action or steps simply when cooling down leave the melt with a section of the device in Contact stands, can be done. Optionally, a specialist can add more Take measures that affect the contact between the melt and further improve the portion of the device.
Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform das Bauelement auf die Leiterplatte, vorzugsweise auf den Polymerformkörper, aufgebracht werden, wobei der anzubringende Abschnitt des Bauelements vorzugsweise vollständig oder zumindest teilweise mit der elektrisch leitfähigen Bahn oder dem elektrisch leitfähigen Bereich in Kontakt steht. Anschließend kann dann mit einer Licht- oder Wärmequelle (wie z. B. einem Laser) auf einen Abschnitt des Bauelements, beispielsweise auf ein Beinchen des Bauelements, das in thermisch leitender Verbindung mit einem hieran angrenzenden Bereich des Polymerformkörpers, insbesondere der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, steht, eingewirkt werden, so dass dieser aufschmilzt und die Schmelze mit dem Beinchen in Kontakt kommt.For example According to one embodiment, the Component on the printed circuit board, preferably on the polymer molding, be applied, wherein the portion to be attached to the device preferably completely or at least partially with the electrically conductive path or the electrically conductive Area is in contact. Then can then with a Light or heat source (such as a laser) on a Section of the device, for example on a little bit of the device, in thermally conductive connection with an adjacent thereto Area of the polymer molding, in particular the electric conductive path or the electrically conductive Area, stands, is acted upon, so that this melts and the melt comes into contact with the leg.
Zusätzlich oder alternativ zu einem Einwirken auf einen Abschnitt des Bauelements kann mit einer Licht- oder Wärmequelle (wie z. B. einem Laser) auf einen an den Abschnitt des Bauelements, beispielsweise an ein Beinchen des Bauelements, angrenzenden Bereich des Polymerformkörpers, insbesondere der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs, eingewirkt werden, so dass dieser aufschmilzt und die Schmelze mit dem Beinchen in Kontakt kommt.additionally or alternatively to acting on a portion of the device can with a light or heat source (such as a Laser) on one to the portion of the device, for example a little bit of the device, adjacent region of the polymer molding, in particular the electrically conductive path or the electrical conductive area, be acted upon, leaving this melts and the melt comes into contact with the leg.
Beim Abkühlen und bei dem dabei erfolgenden Verfestigen der Schmelze, kommt es dann zu einer Ausbildung einer Bindung zwischen dem Abschnitt des Bauelements, beispielsweise eines Beinchens, und der Leiterplatte, insbesondere dem Polymerformkörper, vorzugsweise der elektrisch leitfähigen Bahn oder des elektrisch leitfähigen Bereichs. Auf diese Weise kann in sehr vorteilhafter Weise und mit geringem Arbeitsaufwand gleichzeitig ein Bauelement befestigt und eine sehr gut elektrisch leitfähige Verbindung bereitgestellt werden.Upon cooling and thereby solidifying the melt, it then leads to a formation of a bond between the portion of the device, such as a leg, and the Printed circuit board, in particular the polymer molded body, preferably the electrically conductive path or the electrically conductive region. In this way, in a very advantageous manner and with little effort at the same time a component attached and a very good electrically conductive connection can be provided.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann mit einer Licht- oder Wärmequelle (z. B. einem Laser) auf den Polymerformkörper, insbesondere eine elektrisch leitfähige Bahn oder einen elektrisch leitfähigen Bereich hiervon, eingewirkt werden, wobei es an der Stelle der Licht- oder Wärmeeinwirkung zu einem lokal begrenzten Schmelzen, insbesondere eines Oberflächenabschnitts hiervon, kommt. Anschließend werden ein oder mehrere Abschnitte des anzubringenden Bauelements, beispielsweise ein oder mehrere Beinchen des Bauelements, dann mit dieser Schmelze umfassenden Stelle in Kontakt gebracht. Beim Abkühlen und bei dem dabei erfolgenden Verfestigen der Schmelze, kommt es zu einer Ausbildung einer Bindung zwischen dem Abschnitt des Bauelements, beispielsweise eines Beinchens, und der Leiterplatte, insbesondere dem Polymerformkörper, vorzugsweise der elektrisch leitfähigen Bahn oder dem elektrisch leitfähigen Bereich. Auf diese Weise kann in sehr vorteilhafter Weise und mit geringem Arbeitsaufwand ein Bauelement gleichzeitig befestigt und eine sehr gut elektrisch leitfähige Bindung bereitgestellt werden.According to one Another embodiment may be with a light or heat source (For example, a laser) on the polymer molding, in particular an electrically conductive track or an electrically conductive track Range of which, where it is at the location of the light or heat to a localized melting, especially a surface portion thereof, comes. Subsequently, one or more sections of the to be attached Component, for example one or more legs of the component, then contacted with this melt comprising site. Upon cooling and during the resulting solidification the melt, there is a formation of a bond between the portion of the device, such as a leg, and the printed circuit board, in particular the polymer molding, preferably the electrically conductive path or the electrically conductive Area. In this way, in a very advantageous way and with low workload a component attached simultaneously and provided a very good electrically conductive bond become.
Wenn erwünscht, können gemäß einer weiteren Ausführungsform sowohl ein Abschnitt des Bauelements, beispielsweise ein Beinchen hiervon, als auch ein Abschnitt der Leiterplatte, insbesondere des Polymerformkörpers, insbesondere einer elektrisch leitfähi gen Bahn oder eines elektrisch leitfähigen Bereichs hiervon, erwärmt werden.If desired, according to a further embodiment, both a portion of the device, for example, a little bit of it, as well as a section of Printed circuit board, in particular of the polymer molding, in particular an electrically conductive web or an electrical conductive portion thereof, are heated.
Das Erwärmen kann insbesondere auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Materials des Abschnitts an den das Bauelement unter Ausbildung einer Bindung angebracht werden soll, erfolgen.The Heating may in particular be at a temperature above the melting point of the material of the section to the device to be attached to form a bond, done.
Je länger und mit je größerer Energiemenge die Oberfläche des Polymerformkörpers angeschmolzen wird, um so tiefer erstreckt sich der angeschmolzene Bereich, wie vorstehend detailliert erläutert, in die Oberfläche hinein und desto mehr Carbon Nanotubes migrieren an die Oberfläche, wobei hierdurch die elektrische Leitfähigkeit der Struktur erhöht wird. Durch die Wahl der Dauer des Erhitzens und der Menge der zugeführten Energie kann auf diese Weise die Leitfähigkeit der Bindung zwischen dem Abschnitt des Bauelements und dem Polymerformkörper, insbesondere einer elektrisch leitfähigen Bahn oder eines elektrisch leitfähigen Bereichs hiervon, beeinflußt werden.ever longer and with ever greater amount of energy the surface of the polymer molding is melted, the deeper the molten area extends, as above explained in detail, into the surface and the more carbon nanotubes migrate to the surface, whereby thereby the electrical conductivity of the structure is increased. By choosing the duration of heating and The amount of energy supplied can be this way the conductivity of the bond between the section of the Component and the polymer molding, in particular a electrically conductive path or an electrically conductive Range of which are affected.
Sehr gute Ergebnisse und eine hohe Verlässlichkeit der Anbringung können insbesondere erhalten werden, wenn der vorstehend erläuterte Schritt des Zuführens von Energie beziehungsweise des Erwärmens unter Verwendung eines Lasers erfolgt.Very good results and high reliability of installation can be obtained in particular if the above explained step of dispensing energy respectively heating is performed using a laser.
Geeignete Laser für das Verfahren des Aufbringens des elektronischen Bauelements sind: HeNe-Laser, Nd:YAG-Laser, Kohlendioxidlaser (CO2-Laser), Kohlenmonoxidlaser (CO-Laser), Stickstofflaser (N2-Laser), Argon-Ionen-Laser, Helium-Cadmium-Laser (HeCd-Laser), Krypton-Ionen-Laser, Sauerstoff-Ionen-Laser, Xenon-Ionen-Laser, Mischgas-Laser (beispielsweise mit Argon und Krypton), Excimerlaser, Metalldampflaser (beispielsweise Kupferdampflaser) und Metallhalogenid-Laser (beispielsweise Kupferbromid-Laser), bevorzugt sind Kohlendioxidlaser (CO2 Laser) und Nd:YAG-Laser.Suitable lasers for the method of applying the electronic component are: HeNe laser, Nd: YAG laser, carbon dioxide laser (CO 2 laser), carbon monoxide laser (CO laser), nitrogen laser (N 2 laser), argon ion laser , Helium-cadmium lasers (HeCd lasers), krypton ion lasers, oxygen ion lasers, xenon ion lasers, mixed gas lasers (eg with argon and krypton), excimer lasers, metal vapor lasers (eg copper vapor lasers) and metal halide Lasers (for example, copper bromide lasers), carbon dioxide lasers (CO 2 lasers) and Nd: YAG lasers are preferred.
Die Bindung kann eine oder mehrere Carbon Nanotubes (CNT) enthaltende Polymerphasen umfassen oder aus diesen bestehen, wobei dies, wenn erwünscht, von einem Fachmann durch die Wahl der Dauer des Erhitzens und der Menge an zugeführter Energie, sowie das Material des Polymerformkörpers, das vorstehend detailliert erläutert wurde, variiert werden kann.The Binding can contain one or more carbon nanotubes (CNTs) Include or consist of polymer phases, this being when desired by a specialist by the choice of the duration heating and the amount of energy supplied, as well as the material of the polymer molding detailed above has been explained, can be varied.
Zudem kann das Herstellen der Bindung derart erfolgen, dass die Bindung mindestens eine Carbon Nanotubes (CNT) enthaltende Polymerphase umfasst oder aus dieser besteht, die einen Gehalt von 0,05–10 Gew.-% Carbon Nanotubes (CNT), vorzugsweise von 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes (CNT), bevorzugt von 0,2–10 Gew.-% Carbon Nanotubes (CNT), jeweils bezogen auf die Masse der Polymerphase, aufweist.moreover the binding can be made such that the bond at least one carbon nanotube (CNT) containing polymer phase comprising or consisting of a content of 0.05-10% by weight Carbon nanotubes (CNT), preferably from 0.1-10% by weight Carbon nanotubes (CNT), preferably from 0.2-10% by weight of carbon Nanotubes (CNT), in each case based on the mass of the polymer phase, having.
Der Begriff ”Bauelement, verbunden mit der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich durch eine Klebstoff-Zusammensetzung und/oder durch eine Bindung und/oder durch eine Lötverbindung”, kann insbesondere umfassen, dass das Bauelement unmittelbar und/oder über eine oder mehrere Verbindungsvorrichtungen mit der Klebstoff-Zusammensetzung und/oder der Bindung und/oder der Lötverbindung in Kontakt steht, sowie dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Leiterbahn oder der mindestens eine elektrisch leitfähige Bereich unmittelbar und/oder über eine oder mehrere Verbindungsvorrichtungen mit der der Klebstoff-Zusammensetzung und/oder der Bindung und/oder der Lötverbindung in Kontakt steht.The term "component connected to the at least one electrically conductive track or the at least one electrically conductive area by an adhesive composition and / or by a bond and / or by a solder connection" may in particular include that the component directly and / or is in contact with the adhesive composition and / or the binding and / or the solder connection via one or more connection devices, and that the at least one electrically conductive track or the at least one electrically conductive area directly and / or via a or a plurality of connecting devices is in contact with the adhesive composition and / or the bond and / or the solder joint.
Weiterhin kann ein Bauteil oder (elektronisches) Bauelement insbesondere dadurch angebracht werden, dass zunächst eine elektrisch leitfähiges Material umfassende Verbindungsvorrichtung auf einer Leiterplatte, insbesondere auf einer Leiterplatte mit einem Carbon Nanotubes umfassenden Polymerformkörper derart angebracht wird, dass die Verbindungsvorrichtung mit einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Leiterbahn(en) und/oder elektrisch leitfähigen Bereich(en) in elektrisch leitfähigem Kontakt steht. Anschließend wird auf dieser Verbindungsvorrichtung das Bauteil oder (elektronische) Bauelement, beispielsweise durch Verlöten oder Verkleben, derart aufgebracht, dass das Bauteil oder (elektronische) Bauelement in elektrisch leitfähiger Weise mit der einen oder den mehreren elektrisch leitfähigen Leiterbahn(en) und/oder elektrisch leitfähigen Bereich(en) verbunden ist.Farther can a component or (electronic) component in particular by be attached that first an electrically conductive Material comprehensive connection device on a printed circuit board, especially on a circuit board with a carbon nanotubes comprehensive Polymer molding is mounted such that the connecting device with one or more electrically conductive track (s) and / or electrically conductive area (s) in electrical conductive contact. Then it will open this connection device the component or (electronic) component, for example, by soldering or gluing, so applied, that the component or (electronic) component in an electrically conductive manner with the one or more electrically conductive Trace (s) and / or electrically conductive area (s) connected is.
Bei der leitfähiges Material umfassenden Verbindungsvorrichtung kann es sich um eine ein oder mehrere Metall(e) oder Legierungen umfassende oder hieraus bestehende Vorrichtung handeln. Insbesondere kann die leitfähiges Material umfassende Verbindungsvorrichtung eine Öse oder eine Schicht auf dem Polymerformkörper sein, auf der beispielsweise durch Verkleben oder Verlöten z. B. ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD) angebracht wird.at the conductive material comprising connecting device It can be a one or more metal (s) or alloys comprehensive or existing device act. In particular, can the conductive material connecting device an eyelet or a layer on the polymer molding be on the example by gluing or soldering z. As a surface mountable component (SMD) attached becomes.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Leiterplattenanordnung eine Lötverbindung, optional in Kombination mit einer CNT enthaltendes Material umfassenden Bindung und/oder einer durch eine CNT umfassende organische Klebstoffzusammensetzung hergestellten Verbindung umfassen. Durch die Lötverbindung kann eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen mindestens einem Abschnitt eines Bauelements, insbesondere mindestens einem Abschnitt eines SMDs, weiter insbesondere mindestens einem Anschluss eines SMD und dem Polymerformkörper, insbesondere den elektrisch leitfähigen Bahnen und Bereichen auf und/oder in dem Polymerformkörper, hergestellt werden. Insbesondere kann die Lötverbindung das Bauelement mit einer Schicht, die Metall, insbesondere Kupfer und/oder Zinn umfasst, die auf der Leiterplatte, insbesondere dem Polymerformkörper angeordnet ist und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn oder einem elektrisch leitfähigen Bereich hiervon steht, in elektrisch leitfähiger Weise verbinden.According to one Embodiment, the circuit board assembly, a solder joint, optionally in combination with CNT-containing material Binding and / or an organic adhesive composition comprising a CNT compound produced. Through the solder connection can be an electrically conductive connection between at least a section of a component, in particular at least one Section of an SMD, in particular at least one connection an SMD and the polymer molding, in particular the electrical conductive webs and areas on and / or in the polymer molding, getting produced. In particular, the solder joint the device with a layer, the metal, especially copper and / or tin, which on the circuit board, in particular the polymer molding is arranged and in electrically conductive contact with an electrically conductive trace or an electrical conductive region thereof is in electrically conductive Connect way.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Leiterplatten-Anordnung, wobei die Leiterplatte einen erfindungsgemäßen Polymerformkörper umfasst. Der erfindungsgemäße Polymerformkörper kann, wie oben beschrieben, hergestellt und mit elektrisch leitfähigen Strukturen bzw. Leiterbahnen versehen werden. Bei dieser Leiterplatten-Anordnung kann die Anbringung von Bauelementen, insbesondere der vorstehend Genannten, gemäß einer der zuvor angegebenen Vorgehensweisen erfolgen. Um die elektrische Leitfähigkeit der Strukturen mit erhöhter CNT-Konzentration weiter zu erhöhen ist es bevorzugt, eine Kupferschicht aufzubringen.One Another aspect of the invention relates to a printed circuit board assembly, wherein the circuit board according to the invention Polymer molding comprises. The inventive Polymer molding may be prepared as described above and with electrically conductive structures or conductor tracks be provided. In this circuit board assembly, the attachment of components, in particular of the aforementioned, according to a the procedures given above. To the electric Conductivity of structures with increased CNT concentration To further increase, it is preferable to have a copper layer applied.
Überraschenderweise
wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die
Polymerformkörper mit den elektrisch leitfähigen
Strukturen direkt in einem Galvanisierverfahren verwendet werden können
und eine Kupferschicht direkt gezielt auf die Polymerformkörper
aufgebracht werden kann. Im Vergleich zu bisher verwendeten Galvanisierverfahren
für Polymerformkörper entfallen daher die bislang
notwendigen folgenden Schritte: Beizen, Aktivieren und Erzeugung
einer Zwischenschicht (siehe beispielsweise
Überraschenderweise ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen Polymerformkörper mittels badfreier Galvanisierung mit einem Metall zu beschichten. Hier kann auf das übliche Eintauchen der zu beschichtenden Werkstücke in elektrolytgefüllte Behälter, die so genannten Galvanisierbäder, verzichtet werden. Stattdessen werden die benötigten Elektrolyte von saugfähigen Materialien aufgenommen, die wiederum von Beschichtungswerkzeugen gehalten werden. Durch Anpressen der Werkzeuge an die zu beschichtende Oberfläche, insbesondere Bauteiloberfläche, wird die Abscheidung ermöglicht, wobei der benötigte Gleichstrom ebenfalls vom Werkzeug übertragen wird.Surprisingly it is also possible, the invention Polymer moldings by means of bath electroplating with to coat a metal. Here can be on the usual Immersion of the workpieces to be coated in electrolyte-filled Containers, the so-called galvanizing, waived become. Instead, the required electrolytes of Absorbent materials added, in turn, by coating tools being held. By pressing the tools to be coated Surface, in particular component surface, is the deposition allows, with the required DC is also transmitted from the tool.
Hierbei
wird die Leiterplatte mit den leitfähigen Strukturen auf übliche
Weise in ein elektrolytisches Galvanisierungsbad eingebracht (siehe
beispielsweise
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es auf einfache Weise möglich, leitfähige Strukturen auf einer Leiterplatte zu erzeugen, ohne dass beispielsweise das Abdecken von Bereichen, die nicht mit Kupfer beschichtet werden sollen, notwendig ist. Da das Kupfer gezielt auf die bereits vorhandenen leitfähigen Strukturen aufgebracht wird, muss zudem anschließend auch kein Ätzprozess zum Entfernen von überschüssigem Kupfer durchgeführt werden.With The process of the invention is based on simple Way possible, conductive structures on one To produce circuit board without, for example, the covering of areas not to be coated with copper is. Because the copper targeted to the already existing conductive In addition, structures must also be applied afterwards no etching process to remove excess copper be performed.
Eine erfindungsgemäß bevorzugte Leiterplatten-Anordnung umfasst mindestens eine Leiterplatte mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn, wobei die Leiterplatte einen Polymerformkörper mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes (CNT), bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, aufweist, und die mindestens eine elektrisch leitfähige Leiterbahn eine Kupferschicht aufweist. Der Begriff ”Kupfer” (bzw. ”Zinn” bzw. ”Gold”) umfasst im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sowohl reines Kupfer (bzw. Zinn bzw. Gold), übliche Verunreinigungen aufweisendes Kupfer (bzw. Zinn bzw. Gold), sowie Legierungen und Zusammensetzungen, die Kupfer (bzw. Zinn bzw. Gold), beispielsweise mindestens 20 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-% Kupfer (bzw. Zinn bzw. Gold), weiter insbesondere mindestens 98 Gew.-% Kupfer (bzw. Zinn bzw. Gold), bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung oder Zusammensetzung, aufweisen.A According to the invention preferred circuit board assembly includes at least one printed circuit board with at least one electrically conductive trace, wherein the printed circuit board is a polymer molding with 0.1-10 wt .-% carbon nanotubes (CNT), based on the Mass of the polymer phase / s, and having at least one electrical conductive trace has a copper layer. Of the Term "copper" (or "tin" or "gold") in the context of the present application, both pure copper (or Tin or gold), usual impurities exhibiting Copper (or tin or gold), as well as alloys and compositions, the copper (or tin or gold), for example at least 20% by weight, in particular at least 90% by weight of copper (or tin or gold), more particularly at least 98 wt .-% copper (or tin or Gold), based on the total weight of the alloy or composition, exhibit.
Optional kann die Kupferschicht vollständig oder abschnittsweise mit einer weiteren Schicht, die ein oder mehrere Metalle oder Legierungen umfasst oder aus diesen besteht, versehen sein. Insbesondere kann die Kupferschicht eine Zinn oder Gold umfassende Schicht aufweisen, insbesondere verzinnt oder vergoldet sein. Eine Zinn oder Gold umfassende Schicht kann insbesondere an Stellen angeordnet sein, auf denen Abschnitte des anzubringenden Bauelements, vorzugsweise SMD-Anschlüsse, angeordnet werden.optional The copper layer can be completely or partially with another layer containing one or more metals or alloys comprises or consists of, be provided. In particular, the Copper layer have a layer comprising tin or gold, especially tinned or gilded. A tin or gold comprehensive Layer may be arranged in particular at locations on which Sections of the component to be attached, preferably SMD connections, to be ordered.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Leiterplatten-Anordnung mindestens ein elektronisches Bauelement aufweist, das durch eine erfindungsgemäße organische Klebstoff-Zusammensetzung, wie sie nachfolgend beschrieben wird, und/oder durch Herstellen einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material umfasst, und/oder durch Herstellen einer Lötverbindung, mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist. Durch die Lötverbindung kann eine Verbindung zwischen einem Bauelement, insbesondere zwischen mindestens einem Abschnitt eines Bauelements, vorzugsweise zwischen mindestens einem Abschnitt, z. B. mindestens einem Anschluss, eines SMDs, und dem Polymerformkörper, hergestellt werden. Insbesondere kann die Lötverbindung das Bauelement mit einer Schicht, die Metall, insbesondere Kupfer umfasst, die auf den leitfähigen Strukturen mit erhöhter CNT-Konzentration auf der Oberfläche des Polymerformkörpers, beispielsweise wie vorstehend beschrieben, aufgebracht wurde, verbinden. Als Lötverfahren können hierzu beispielsweise dem Fachmann bekannte Verfahren, insbesondere Reflow-Verfahren, verwendet werden.Of Further, it is preferable that the circuit board assembly at least has an electronic component that by an inventive organic adhesive composition as described below is, and / or by making a bond, the carbon nanotubes Comprising (CNT) containing material, and / or by producing a Solder joint, with at least one electrically conductive Conductor of the circuit board is connected. Through the solder connection can be a connection between a component, in particular between at least a portion of a component, preferably between at least one section, e.g. B. at least one port, one SMDs, and the polymer molding. Especially the solder joint, the device with a layer, the metal, in particular copper, which covers the conductive Structures with increased CNT concentration on the surface of the polymer molding, for example as described above, was applied, connect. As soldering can For this example, the skilled person known method, in particular Reflow process, to be used.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatten-Anordnung, umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen eines Polymerformkörpers aus mindestens einer Polymerphase die Carbon Nanotubes (CNT) enthält,
- b) Thermisches Behandeln mindestens einer Oberfläche des Polymerformkörpers zur Erzeugung der leitfähigen Strukturen auf der Oberfläche des Polymerformkörpers, wobei die thermische Behandlung ein Erhitzen auf eine Temperatur umfasst, die mindestens der Schmelztemperatur der mindestens einen Polymerphase entspricht, und
- c) Galvanisieren der elektrisch leitfähigen Strukturen. Wenn erwünscht, kann auch nur ein Galvanisieren von Teilbereichen der elektrisch leitfähigen Strukturen erfolgen.
- a) providing a polymer molding comprising at least one polymer phase containing carbon nanotubes (CNT),
- b) thermally treating at least one surface of the polymer shaped body to produce the conductive structures on the surface of the polymer molded body, the thermal treatment comprising heating to a temperature which corresponds at least to the melting temperature of the at least one polymer phase, and
- c) electroplating the electrically conductive structures. If desired, only partial plating of the electrically conductive structures can be performed.
Zusätzlich bevorzugt wird in dem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatten-Anordnung in einem zusätzlichen Schritt d) mindestens ein elektronisches Bauteil oder Bauelement unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzung mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte und/oder durch Herstellen einer Bindung, die Carbon Nanotubes (CNT) enthaltendes Material umfasst, mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte verbunden, und/oder durch Herstellen einer Lötverbindung, mit mindestens einer Leiterbahn der Leiterplatte verbunden, insbesondere elektrisch und/oder thermisch leitfähig verbunden.additionally is preferred in the process for preparing a novel Circuit board arrangement in an additional step d) at least one electronic component or component using an adhesive composition according to the invention with at least one conductor track of the printed circuit board and / or by Making a bond containing carbon nanotubes (CNT) Material includes, with at least one trace of the circuit board connected, and / or by making a solder joint, connected to at least one conductor track of the printed circuit board, in particular connected electrically and / or thermally conductive.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerformkörpers, z. B. durch Spritzguss, erhabene oder vertiefte Bereiche vorgesehen sein, die z. B. als Leiterbahnen oder auch zur Befestigung von Bauelementen dienen können. Solche Bereiche können beispielsweise als Klemmen, Clips, Bohrungen oder dergleichen ausgebildet sein und ein einfaches Befestigen bzw. Einklemmen der Bauteile ermöglichen. Weiter bevorzugt kann dann der zur Befestigung genutzte Bereich des Polymerformkörpers direkt oder indirekt erhitzt werden, um die vorstehend beschriebene (leitfähige) Bindung zwischen dem Polymerformköper bze einem Bereich davon und dem Bauteil zu erzeugen.To another aspect of the present invention in the preparation of the polymer molding according to the invention, z. B. by injection molding, raised or recessed areas provided be, the z. B. as traces or for the attachment of components can serve. Such areas can be, for example be designed as terminals, clips, holes or the like and allow easy mounting or clamping of the components. More preferably, then used for attachment area the polymer molding are heated directly or indirectly, around the above-described (conductive) bond between the Polymerformköper bze a range thereof and the component to create.
METHODENMETHODS
Zur
Bestimmung der Parameter der erfindungsgemäßen
Polymerformkörper werden die nachstehenden Methoden eingesetzt:
Die
Bestimmung der elektrischen Oberflächenleitfähigkeit
erfolgte anhand der Messung des Oberflächenwiderstands
mit einem Ohmmeter ”Metra Hit Plus” der Firma
Gossen Metrawatt GmbH nach Angaben des Herstellers. Es wurde sowohl
der Widerstand auf der unbehandelten Oberfläche als auch
jeweils an verschiedenen Stellen der mit dem Laser behandelten Oberflächenausschnitte
mittels zweier Elektroden im Abstand von 2 mm gemessen. Zum Vergleich
wurde die Oberfläche an einer Stelle mechanisch abgetragen
und der elektrische Widerstand im Material gemessen.The following methods are used to determine the parameters of the polymer shaped bodies according to the invention:
The determination of the electrical surface conductivity was based on the measurement of the surface resistance with an ohmmeter "Metra Hit Plus" from Gossen Metrawatt GmbH according to the manufacturer. Both the resistance on the untreated surface and in each case at different points of the laser-treated surface sections were measured by means of two electrodes at a distance of 2 mm. For comparison, the surface was mechanically removed at one point and the electrical resistance in the material was measured.
Die
Analyse ob ein Polymerformkörper getrennte Polymerphasen
aufweist kann unter Verwendung der Differential-Scanning-Calorimetry
(DSC) nach
Die
Bestimmung der Schmelztemperatur der Polymerphasen bzw. des Polymerformkörpers
kann gemäß
Der
Gesamtgehalt an CNT im Polymerformkörper kann durch das
pyrolytische Messverfahren gemäß
BEISPIELEEXAMPLES
1. Herstellung eines Polymerformkörpers mit leitfähigen Strukturen1. Preparation of a polymer molding with conductive structures
Es wird eine Polymermischung aus 75% Polypropylen (Repol HP-12 der Firma Reliance, Indien), 3,75 CNT (Baytubes C 150 P, Fa. Bayer) und 21,25 Gew.-% Polycarbonat (Makrolon 2805, Fa. Bayer) hergestellt.It is a polymer blend of 75% polypropylene (Repol HP-12 of Reliance, India), 3.75 CNT (Baytubes C 150 P, Bayer) and 21.25 wt .-% polycarbonate (Makrolon 2805, Fa. Bayer).
Die Mischung wird in einem ZSE 27/44D Doppelschneckenextruder der Firma Leistritz, Nürnberg mit einem Durchmesser von 27 mm und einem Verhältnis LID von 44 bei einem Durchsatz von 10 kg/h mit einer Leistung von 18 kWh aufgeschmolzen und vermengt. Im Extruder wurde ein von 200°C auf 260°C ansteigendes Temperaturprofil eingestellt. Anschließend erfolgte eine Granulierung.The Mixture is in a ZSE 27 / 44D twin screw extruder company Leistritz, Nuremberg with a diameter of 27 mm and a ratio LID of 44 at a throughput of 10 kg / h with a capacity of 18 kWh melted and mixed. In the extruder was from 200 ° C to 260 ° C increasing Temperature profile set. Subsequently, a Granulation.
Der
Polymerformkörper wurde im Spritzgussverfahren (Gerätetyp:
Arburg 270) bei einer Temperatur von 220–240°C
in der Form von runden Plattchen mit 4 cm Durchmesser ausgeformt.
Für die thermische Behandlung wurde ein CO2-Laser
verwendet. Die Messwerte der Oberflächenwiderstände
sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Tabelle:
2. Herstellung einer Leiterplatten-Anordnung mit elektronischen Bauteilen2. Production of a printed circuit board arrangement with electronic components
Beispiel a)Example a)
Zunächst wird eine erfindungsgemäße Klebstoff-Zusammensetzung hergestellt. Diese besteht aus 35 g Photobond PB 437 (Hersteller: Delo, Deutschland), 0,35 g Nanocyl 7000 (Hersteller: Nanocyl, Belgien). Die Komponenten der Klebstoff-Zusammensetzung werden für 20 min bei 45°C unter Verwendung einer Heizplatte IKA RH-KT/C mit einem Rührer (Heidolph RZ RO/4) bei 300 U/min gerührt.First becomes an adhesive composition according to the invention produced. This consists of 35 g Photobond PB 437 (Manufacturer: Delo, Germany), 0.35 g Nanocyl 7000 (manufacturer: Nanocyl, Belgium). The components of the adhesive composition are used for 20 min at 45 ° C using a hot plate IKA RH-KT / C with a stirrer (Heidolph RZ RO / 4) stirred at 300 U / min.
Der Kleber wurde zur Bestimmung des elektrischen Widerstands auf eine nicht leitende Oberfläche aufgebracht und unter einer UV-Lampe (Siemens UV Lampe 6ES5985-1AA11) für 7 min ausgehärtet. Anschließend wurde mit dem Messgerät Messcontrol M-860 D ein Widerstand von 57 Ohm/cm gemessen.Of the Adhesive was used to determine the electrical resistance on a non-conductive surface applied and under a UV lamp (Siemens UV lamp 6ES5985-1AA11) cured for 7 min. Subsequently, with the measuring device Messcontrol M-860 D measured a resistance of 57 ohms / cm.
Um eine Diode auf eine Leiterplatte aufzubringen, wurden die Metallbeinchen der Diode in die Klebstoff-Zusammensetzung eingetaucht und die Moden in Kontakt mit der Leiterplatte gebracht, so dass der Klebertropfen eine Verbindung zwischen der Leiterbahn und den Beinchen herstellt. Durch Aushärten mit der UV-Lampe ergab sich eine feste Verbindung. Nach Anlegen einer Spannung von 50 V leuchtete die Diode.Around To apply a diode to a printed circuit board, the metal legs were the diode immersed in the adhesive composition and the modes brought into contact with the circuit board, leaving the glue drop creates a connection between the track and the legs. By curing with the UV lamp resulted in a solid Connection. After applying a voltage of 50 V, the diode lit up.
Beispiel b)Example b)
Um eine Diode auf eine einen Carbon Nanotubes enthaltenden Polymerformkörper aufweisende Leiterplatte aufzubringen, wurde die Diode in Kontakt mit der Leiterplatte gebracht, und mit einem Laser wurden eine oder mehrere einem Beinchen der Diode benachbarte Stellen des Polymerformkörpers angeschmolzen, so dass Schmelze eine Verbindung zwischen der Leiterbahn und den Beinchen herstellt. Nach Abkühlen auf 20°C ergab sich eine mechanisch belastbare und elektrisch leitfähige Bindung.Around a diode on a carbon nanotube-containing polymer molding applying the printed circuit board, the diode was in contact brought with the circuit board, and with a laser were one or a plurality of locations of the polymer molding body adjacent to a minor part of the diode melted, allowing melt to connect between the conductor track and makes the legs. After cooling to 20 ° C. resulted in a mechanically strong and electrically conductive Binding.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die erfindungsgemäßen Polymerformkörper können für die erfindungsgemäßen Leiterplatten-Anordnungen verwendet werden. Das erfindungsgemäße Gerät ist zur thermischen Behandlung der Oberfläche des Polymerformkörpers geeignet (Schritt b des Verfahrens zur Erzeugung leitfähiger Strukturen).
- 1. Verfahren zur Erzeugung leitfähiger Strukturen auf der Oberfläche von nicht oder nur gering leitfähigen Polymerformkörpern, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Polymerformkörpers aus mindestens einer Polymerphase, die Carbon Nanotubes (CNT) enthält; b) thermische Behandlung mindestens einer Oberfläche des Polymerformkörpers zur Erzeugung der leitfähigen Strukturen auf der Oberfläche des Polymerformkörpers, wobei die thermische Behandlung ein Erhitzen auf eine Temperatur umfasst, die mindestens der Schmelztemperatur der mindestens einen Polymerphase entspricht. Verfahren gemäß Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerphase/n durch Vermischen von geschmolzenem Polymer mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes, bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, erhalten wird/werden.
- 2. Verfahren gemäß Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerphase/n durch Vermischen von geschmolzenem Polymer mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes, bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, erhalten wird/werden.
- 3. Verfahren gemäß Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerformkörper durch Verschmelzen mindestens einer Polymerphase, die Carbon Nanotubes (CNT) in einem Anteil zwischen 1 und 40 Gew.-% enthält, mit mindestens einer weiteren Polymerphase mit geringerem Carbon Nanotubes (CNT)-Anteil, erhalten wird.
- 4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerphase, die Carbon Nanotubes (CNT) in einem Anteil zwischen 1 und 40 Gew.-% enthält, ein oder mehrere Polymer/e umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonat, Polystryrol, Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid (SMA), Styrolmethylmethacrylat (SMMA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polyamid 6.4 (PA 6.4), Polyamid 12 (PA 12), aromatischem Polyamid und Polysulfon.
- 5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung der Oberflä che/n des Polymerformkörpers durch Kontakt mit einem erhitzten Körper, Gas oder Flüssigkeit, oder durch elektromagnetische Strahlung erfolgt.
- 6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung Laserstrahlung oder IR-Strahlung verwendet wird.
- 7. Polymerformkörper, umfassend mindestens eine Polymerphase mit Carbon Nanotubes (CNT), wobei der Polymerformkörper auf der Oberfläche elektrisch oder thermisch leitfähige Strukturen aufweist, wobei die Konzentration der CNT in den Bereichen der elektrisch leitfähigen Oberflächenstrukturen höher ist als in den nicht elektrisch leitfähigen Oberflächenbereichen.
- 8. Polymerformkörper gemäß Punkt 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Polymerphase ein Polymer enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polycarbonat, Polystryrol, Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid (SMA), Styrolmethylmethacrylat (SMMA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polyamid 6.4 (PA 6.4), Polyamid 12 (PA 12), aromatischem Polyamid und Polysulfon.
- 9. Polymerformkörper gemäß einem der Punkte 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 0,01 und 10 Gew.-% CNT, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerphase/n des Polymerformkörpers, enthalten sind.
- 10. Polymerformkörper gemäß einem der Punkte 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerformkörper mindestens zwei getrennte Polymerphasen enthält.
- 11. Polymerformkörper gemäß einem der Punkte 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Polymerphasen einen höheren Anteil an Carbon Nanotubes (CNT) als die andere/n Phasen aufweist.
- 12. Polymerformkörper gemäß einem der vorstehenden Punkte, wobei für den Polymerformkörper eine Polymerblend aus Polycarbonat mit Polyolefin, insbesondere mit Polypropylen oder Polyethylen, verwendet wird.
- 13. Verfahren gemäß Punkt 1, worin die die Polymerphase/n durch Vermischen von geschmolzenem Polymer mit 0,1–10 Gew.-% Carbon Nanotubes, bezogen auf die Masse der Polymerphase/n, erhalten wird/werden.
- 14. Gerät zum Erzeugen einer Struktur an einem zu bearbeitenden Körper gekennzeichnet durch eine Energiequelle mit mindestens einer Elektrode, die zum Abgeben einer Energie vorgesehen ist, mit welcher der zu bearbeitenden Körper wenigstens teilweise erwärmbar ist. Bevorzugterweise dient das Gerät zur thermischen Behandlung der Oberfläche von Polymerformkörpern, wobei an den thermisch behandelten Stellen definierte elektrisch leitfähige Strukturen entstehen.
- 15. Gerät nach Punkt 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bearbeitende Körper ein Polymerformkörper aus mindestens einer Polymerphase ist, die Carbon-Nanotubes enthält.
- 16. Gerät nach Punkt 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle eine elektrische Energiequelle ist.
- 17. Gerät nach Punkt 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle mindestens zwei Elektroden aufweist, die an den zu bearbeitenden Körper anlegbar sind, wobei mit den zwei Elektro den ein Strom durch den zu bearbeitenden Körper leitbar ist, der den zu bearbeitenden Körper aufwärmt.
- 18. Gerät nach Punkt 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle eine Spannungsquelle vorzugsweise mit einer Leerlaufspannung größer als 500 V und insbesondere mit einer Leerlaufspannung von 1000 V ist.
- 19. Gerät nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erzeugende Struktur ein elektronischer Schaltkreis ist.
- 20. Gerät nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einer Ebene oder in zwei verschiedenen Ebenen des zu bearbeitenden Körpers angeordnet sind.
- 21. Gerät nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode weniger als 1 mm ist.
- 22. Gerät nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter, der die erste und zweite Elektrode miteinander verbindet.
- 23. Vorrichtung zum Erzeugen einer Struktur auf einem zu bearbeitenden Körper mit dem zu bearbeitenden Körper und einem Gerät, nach einem der Punkte 1–9, das den zu bearbeitenden Körper wenigstens teilweise erwärmt.
- 24. Plotter mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Punkte.
- 25. Matrixdrucker mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Punkte als Druckmatrix.
- 26. Stift mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Punkte als Stiftspitze.
- 27. Verfahren zum Erzeugen einer Struktur auf einem zu bearbeitenden Körper, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei verschiedenen Punkten des zu bearbeitenden Körpers eine elektrische Energie geleitet wird.
- 1. A process for producing conductive structures on the surface of non-conductive or only slightly conductive polymer moldings, comprising the following steps: a) providing a polymer molding of at least one polymer phase containing carbon nanotubes (CNT); b) thermal treatment of at least one surface of the polymer molding to produce the conductive structures on the surface of the polymer molding, wherein the thermal treatment comprises heating to a temperature which corresponds at least to the melting temperature of the at least one polymer phase. Process according to item 1, characterized in that the polymer phase (s) is / are obtained by mixing molten polymer with 0.1-10% by weight of carbon nanotubes, based on the mass of the polymer phase (s).
- 2. Method according to item 1, characterized in that the polymer phase (s) is / are obtained by mixing molten polymer with 0.1-10% by weight of carbon nanotubes, based on the mass of the polymer phase (s).
- 3. The method according to item 1 or 2, characterized in that the polymer molded article by fusion of at least one polymer phase containing carbon nanotubes (CNT) in an amount between 1 and 40 wt .-%, with at least one further polymer phase with a lower carbon nanotubes ( CNT) portion.
- 4. Method according to one of the preceding points, characterized in that the polymer phase, comprising carbon nanotubes (CNT) in an amount between 1 and 40% by weight, comprising one or more polymers selected from the group consisting of polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), styrene-maleic anhydride (SMA) , Styrene methyl methacrylate (SMMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyamide 6 (PA 6), polyamide 6.6 (PA 6.6), polyamide 6.4 (PA 6.4), polyamide 12 (PA 12), aromatic Polyamide and polysulfone.
- 5. The method according to any one of the preceding points, characterized in that the thermal treatment of Oberflä surface / n of the polymer molding is effected by contact with a heated body, gas or liquid, or by electromagnetic radiation.
- 6. Method according to one of the preceding points, characterized in that laser radiation or IR radiation is used as the electromagnetic radiation.
- 7. A polymer molding comprising at least one polymer phase with carbon nanotubes (CNT), wherein the polymer molding has electrically or thermally conductive structures on the surface, wherein the concentration of CNT is higher in the regions of the electrically conductive surface structures than in the non-electrically conductive surface regions.
- 8. The polymer molding according to item 7, characterized in that at least one polymer phase contains a polymer selected from the group consisting of: polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), styrene maleic anhydride (SMA), styrene methyl methacrylate (SMMA), polymethyl methacrylate ( PMMA), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyamide 6 (PA 6), polyamide 6.6 (PA 6.6), polyamide 6.4 (PA 6.4), polyamide 12 (PA 12), aromatic polyamide and polysulfone.
- 9. Polymer molding according to one of the items 7 or 8, characterized in that between 0.01 and 10 wt .-% CNT, based on the total mass of the polymer phase / n of the polymer molding, are included.
- 10. Polymer molding according to one of the items 7 to 9, characterized in that the polymer molding contains at least two separate polymer phases.
- 11. Polymer molding according to one of the items 7 to 10, characterized in that one of the polymer phases has a higher proportion of carbon nanotubes (CNT) than the other phases.
- 12. Polymer molding according to one of the preceding points, wherein for the polymer molding a polymer blend of polycarbonate with polyolefin, in particular polypropylene or polyethylene, is used.
- 13. The method according to item 1, wherein the polymer phase (s) is / are obtained by mixing molten polymer with 0.1-10% by weight of carbon nanotubes, based on the mass of the polymer phase (s).
- 14. An apparatus for producing a structure on a body to be processed characterized by a power source having at least one electrode which is provided for discharging an energy with which the body to be processed is at least partially heated. Preferably, the device is used for the thermal treatment of the surface of shaped polymer bodies, wherein at the thermally treated sites defined electrically conductive structures arise.
- 15. Apparatus according to item 14, characterized in that the body to be processed is a polymer molding of at least one polymer phase containing carbon nanotubes.
- 16. Apparatus according to item 14 or 15, characterized in that the energy source is an electrical energy source.
- 17. Device according to item 16, characterized in that the energy source has at least two electrodes which can be applied to the body to be processed, with the two electric a current through the body to be processed can be conducted, which warms up the body to be processed.
- 18. Device according to item 16 or 17, characterized in that the electrical energy source is a voltage source, preferably with an open circuit voltage greater than 500 V and in particular with an open circuit voltage of 1000 V.
- 19. Device according to one of the preceding points, characterized in that the structure to be generated is an electronic circuit.
- 20. Device according to one of the preceding points, characterized in that the first electrode and the second electrode are arranged in one plane or in two different planes of the body to be machined.
- 21. Device according to one of the preceding points, characterized in that the distance between the first and second electrode is less than 1 mm.
- 22. Device according to one of the preceding points, characterized by a spacer which connects the first and second electrodes together.
- 23. A device for producing a structure on a body to be processed with the body to be processed and a device, according to any of the items 1-9, which at least partially heats the body to be processed.
- 24. Plotter with a device according to one of the preceding points.
- 25. Dot matrix printer with a device according to one of the preceding points as a pressure matrix.
- 26. Pen with a device according to one of the above points as a pen tip.
- 27. A method for producing a structure on a body to be machined, characterized in that between two different points of the body to be processed an electrical energy is passed.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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