CN103910991B - 用于可热成型电路的防潮层电介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物厚膜防潮层电介质组合物，所述组合物包含热塑性聚氨酯树脂、热塑性苯氧基树脂、二丙酮醇和热解法二氧化硅。由所述组合物制成的电介质可用于多种电子应用中以保护电元件，并且尤其用于电容式开关应用中以隔离和保护其上方的导电性可热成型银和其下方的聚碳酸酯基底。

Description

用于可热成型电路的防潮层电介质
技术领域
本发明涉及聚合物厚膜防潮层电介质组合物。由所述组合物制成的电介质可用于多种电子应用中以保护电元件，并且尤其用于电容式开关中以隔离和保护其上方和下方的导电性可热成型银使其不受水分影响。
背景技术
长久以来，电介质已被用于保护电元件。它们也已被用作隔离层。虽然它们已在这些类型的应用中使用多年，但在热成型程序期间将电介质用作防潮层并不常见。这在使用高导电性银的可热成型电容电路中尤其重要，并且必须防止水分与银导体相互作用。本发明的目的之一是减轻这些问题并制备可热成型的电容构造，其中印刷的银可用于选择的基底上，例如聚碳酸酯。
发明内容
本发明涉及聚合物厚膜防潮层电介质组合物，所述组合物包含：
(a)第一有机介质，所述第一有机介质包含溶解于有机溶剂中的10-50重量%的热塑性聚氨酯树脂，其中所述重量百分比是以第一有机介质的总重量计的；
(b)第二有机介质，所述第二有机介质在有机溶剂中包含10-50重量%的热塑性苯氧基树脂，其中所述重量百分比是以第二有机介质的总重量计的；
(c)1-20重量%的二丙酮醇，其中所述重量百分比是以组合物的总重量计的；和
(d)0.1-5.0重量%的热解法二氧化硅，其中所述重量百分比是以组合物的总重量计的。
本发明还涉及使用防潮层电介质组合物以在可热成型的电容电路中形成保护层和/或绝缘层。
具体实施方式
本发明涉及用于热成型电路中的聚合物厚膜防潮层电介质组合物。将一层防潮层电介质印刷在基底上并干燥，以便保护该基底使其不受随后沉积在该防潮层电介质上的其它层的影响。
常用于聚合物厚膜可热成型电容电路中的基底是聚碳酸酯(PC)。PC通常为优选的，因为其可容易地热成型。然而，PC对沉积在其上的层中使用的溶剂非常敏感。不适当的溶剂能够并且将造成PC基底中的裂缝或裂纹。
聚合物厚膜(PTF)防潮层电介质组合物由下列物质组成：(i)包含两种溶解于相同或不同有机溶剂中的热塑性聚合物树脂的两种有机介质，(ii)二丙酮醇有机溶剂和(iii)热解法二氧化硅粉末。另外，可将粉末和印刷辅助物添加到组合物中。在一个实施例中，聚合物厚膜防潮层电介质组合物也可描述为包含热塑性聚氨酯树脂、热塑性苯氧基树脂、二丙酮醇和热解法二氧化硅。
所述聚合物厚膜防潮层电介质组合物提供可印刷的防潮层，该防潮层与聚碳酸酯相容、可热成型并且可经受注塑、且减轻水分渗透。
有机介质
第一有机介质由溶解于有机溶剂中的热塑性聚氨酯弹性体树脂组成。聚氨酯树脂必须实现对电元件（例如沉积在其上的银层）以及聚氨酯树脂在其上沉积的下面的基底两者的良好粘附性。聚氨酯弹性体还必须提供用于热成型的弹性。其必须与电元件的性能相容并且不会不利地影响电元件的性能。在一个实施例中，聚氨酯树脂为第一有机介质的总重量的10-50重量%。在另一个实施例中，聚氨酯树脂为第一有机介质的总重量的25-45重量%，并且还在另一个实施例中，聚氨酯树脂为第一有机介质的总重量的15-25重量%。在一个实施例中，聚氨酯树脂为聚氨酯弹性体。在另一个实施例中，聚氨酯树脂为基于聚酯的共聚物。
第二有机介质由溶解于溶剂中的热塑性苯氧基树脂组成，所述溶剂可与第一介质中所使用的溶剂相同。也可以使用其它溶剂。苯氧基树脂向组合物添加高温能力并改善水分渗透性。也就是说，其帮助阻止水分穿过组合物的过程。在一个实施例中，苯氧基树脂为第二有机介质的总重量的10-50重量%。
虽然制备两种单独的有机介质是优选的，但如果对两种介质使用相同的溶剂，则可以使用等价于上述两种有机介质的单一有机介质。
通常通过机械混合将聚合物树脂添加到有机溶剂中以形成介质。适用于聚合物厚膜组合物的有机介质中的溶剂是本领域技术人员已知的，并且包括乙酸酯和萜烯，例如卡必醇乙酸酯和α-萜品醇或β-萜品醇，或它们与其它溶剂的混合物，例如煤油、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和高沸点醇以及醇酯。此外，可以包含挥发性液体，以促进在施用于基底上之后快速硬化。在本发明的许多实施例中，可以使用溶剂例如乙二醇醚、酮、酯和相似沸点（在180℃至250℃范围内）的其它溶剂、以及它们的混合物。对这些溶剂和其它溶剂的各种组合进行配制，以获得所需的粘度和挥发性要求。所使用的溶剂必须使树脂溶解。
二丙酮醇有机溶剂
聚合物厚膜防潮层电介质组合物还包含二丙酮醇。这种特定溶剂已显示与PC相容并且不会造成基底的任何可感知的裂纹。在一个实施例中，二丙酮醇为以组合物的总重量计1-20重量%。在另一个实施例中，二丙酮醇为以组合物的总重量计3-10重量%的总重量，并且还在另一个实施例中，二丙酮醇为以组合物的总重量计4-6重量%。
附加粉末
可将各种粉末添加到PTF防潮层电介质组合物中以改善粘附性、改变流变特性并增加低剪切粘度从而改善印刷适性。一种此类粉末是热解法二氧化硅，已发现其显著改善水分渗透抗性。
PTF防潮层电介质组合物的施用
通常将也称为“浆料”的PTF防潮层电介质组合物沉积在一定程度上对气体和水分不可渗透的基底上，例如聚碳酸酯。基底也可为由塑性片材与沉积在其上的任选的金属或电介质层的组合组成的复合材料片材。
通常通过丝网印刷进行PTF防潮层电介质组合物的沉积，但也可使用其它沉积技术，如孔版印刷、注射式滴涂或涂覆技术。在使用丝网印刷的情况下，筛网的目尺寸控制沉积的厚膜的厚度。
一般来讲，厚膜组合物包含赋予组合物适当电功能性质的功能相。功能相包含分散在有机介质中的电功能粉末，所述有机介质充当功能相的载体。一般来讲，焙烧组合物以烧尽有机介质的聚合物和溶剂并赋予电功能性质。然而，在使用聚合物厚膜的情况下，有机介质的聚合物部分在干燥后仍作为组合物的整体部分。
可在除去所有溶剂所必需的时间和温度下加工PTF防潮层电介质组合物。例如，通过暴露于130℃的热下通常10-15分钟来干燥沉积的厚膜。
电容电路构造
使用的底部基底通常为10密耳厚的聚碳酸酯。按照上述条件印刷并干燥防潮层电介质。可印刷并干燥多个层。然后在用于阻隔层的相同条件下印刷并干燥可热成型的导电银组合物，例如DuPont5042。然后可将防潮层印刷在银导体之上，从而形成保护夹层。可包括热成型整个单元的后续步骤在3D电路的生产中是典型的。如果不使用防潮层电介质，银组合物将经受水分渗透穿过聚碳酸酯基底并且功能电路将受到损害，这常常导致寿命减少。
实例和比较实验
实例1
按以下方式制备PTF防潮层电介质组合物。通过将20.0重量%的Desmocoll540聚氨酯(Bayer Material Science LLC(Pittsburgh,PA))与80.0重量%的二元酯（购自DuPontCo.(lmington,DE)）有机溶剂混合来制备有机介质。树脂的分子量为大约40,000。将该混合物在90℃下加热1-2小时以溶解所有树脂。通过将27.0重量%的PKHH树脂(InChem Inc.)加入73.0重量%的二元酯（购自DuPont Co.(Wilmington,DE)）有机溶剂中来制备第二有机介质，并如上加热。然后加入0.5%热解法二氧化硅(Cabot Corp.)。加入5%二丙酮醇（购自Eastman Chemical(Kingsport,TN)）并将整个组合物混合。然后将组合物在三辊磨上以150磅/平方英寸研磨一个循环。
以组合物的总重量计，组成为：
实例2
如下制造电路：在10密耳厚的聚碳酸酯基底上，用200不锈钢筛网印刷来自实例1的组合物的覆盖层印刷物并在120℃下干燥10分钟。然后印刷并干燥组合物的第二印刷物。使用280目的不锈钢筛网用DuPont银浆5042(DuPont Co.(Wilmington,DE))印刷银线图案。在强制风箱炉中将图案化的线在120℃下干燥15分钟。检查所述部分，并且未发现下面的基底产生裂纹或变形的证据。然后使电路经受热成型条件(160℃/10sec)。然后测量并记录阻抗。然后使该部分经受85℃/85%相对湿度100小时以模拟加速老化条件，并再次测量阻抗。将模拟老化导致的阻抗变化记录为ΔR并示于表1中。
比较实验1
严格地如实例2中所述制备电路。唯一的差别是未使用防潮层电介质组合物。将模拟老化导致的阻抗变化记录为ΔR并示于表1中。
实例3
严格地如实例2中所述制备电路。唯一的差别是将防潮层电介质组合物印刷在5042银导体的下方和上方。将模拟老化导致的阻抗变化记录为ΔR并示于表1中。
从表1中所示结果看，防潮层电介质引起的性能改善是显而易见的。
表1

Claims (8)

1.聚合物厚膜阻隔层电介质组合物，包含：
(a)第一有机介质，所述第一有机介质包含溶解于有机溶剂中的10-50重量％的热塑性聚氨酯树脂，其中所述重量百分比是以所述第一有机介质的总重量计的；
(b)第二有机介质，所述第二有机介质在有机溶剂中包含10-50重量％的热塑性苯氧基树脂，其中所述重量百分比是以所述第二有机介质的总重量计的；
(c)1-20重量％的二丙酮醇，其中所述重量百分比是以所述组合物的总重量计的；和
(d)0.1-5.0重量％的热解法二氧化硅，其中所述重量百分比是以所述组合物的总重量计的。
2.根据权利要求1所述的聚合物厚膜阻隔层电介质组合物，其中所述热塑性聚氨酯树脂为聚氨酯弹性体。
3.根据权利要求2所述的聚合物厚膜阻隔层电介质组合物，其中所述热塑性聚氨酯树脂为基于聚酯的聚氨酯树脂。
4.电容式开关电路，包含由权利要求1的聚合物厚膜阻隔层电介质组合物形成的阻隔层电介质。
5.根据权利要求4所述的电容式开关电路，其中所述热塑性聚氨酯树脂为聚氨酯弹性体。
6.根据权利要求4所述的电容式开关电路，其中所述热塑性聚氨酯树脂为基于聚酯的聚氨酯树脂。
7.根据权利要求4所述的电容式开关电路，其中所述电路为热成型的。
8.根据权利要求5所述的电容式开关电路，其中所述电路为热成型的。
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