JP2014526573A - Ｒｆｉｄ回路のためのバリア層誘電体 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物に関する。組成物から製造された誘電体を様々な電子用途において使用して、電気素子を保護することができ、特に、ＲＦＩＤ用途においてその上の導電性銀アンテナおよびその下のポリカーボネート基材の両方を絶縁および保護することができる。
Description
本発明は、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物に関する。この組成物から製造された誘電体を様々な電子用途において使用して、電気素子を保護することができ、特に、高周波識別（ＲＦＩＤ）用途においてその上の導電性アンテナ銀およびその下のポリカーボネート基材の両方を絶縁および保護することができる。
長い間、誘電体は電気素子を保護するために使用されている。また、それらは単離層として使用されている。それらはこれらの種類の用途のために長年使用されているが、熱成形工程の間に誘電体をバリア層として使用することは一般的でない。これは、高導電性銀アンテナが使用されると共に銀が下地基材と適合していないＲＦＩＤ回路においては特に重要である。本発明の目的の一つは、これらの問題を軽減すること、および印刷された銀アンテナをポリカーボネートなどの好ましい基材上で使用することができるＲＦＩＤアンテナ構造物を製造することである。
本発明は、
（ａ）第１の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％の熱可塑性ウレタン樹脂を含む８０〜９８ｗｔ％の有機媒体（有機媒体の重量パーセントが、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量に基づいており、熱可塑性ウレタン樹脂の重量パーセントが有機媒体の全重量に基づいている）と、
（ｂ）２〜２０ｗｔ％の第２の有機溶剤（第２の有機溶剤がジアセトンアルコールであり、第２の有機溶剤の重量パーセントが、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量に基づいている）と
を含む、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物に関する。
（ａ）第１の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％の熱可塑性ウレタン樹脂を含む８０〜９８ｗｔ％の有機媒体（有機媒体の重量パーセントが、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量に基づいており、熱可塑性ウレタン樹脂の重量パーセントが有機媒体の全重量に基づいている）と、
（ｂ）２〜２０ｗｔ％の第２の有機溶剤（第２の有機溶剤がジアセトンアルコールであり、第２の有機溶剤の重量パーセントが、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量に基づいている）と
を含む、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物に関する。
本発明はさらに、ポリマー厚膜バリア層誘電体を使用して、ＲＦＩＤ電気回路に、そして特に、全構造物の熱成形において保護および／または絶縁層を形成することに関する。
本発明は、電気回路、特に、ＲＦＩＤ回路を熱成形する時に使用するためのポリマー厚膜バリア層誘電体組成物に関する。バリア層誘電体の層を印刷し、基材上で乾燥させて、その後にバリア層誘電体上に堆積される他の層からその基材を保護する。
ポリマー厚膜ＲＦＩＤ回路において一般に使用される基材は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等である。ＰＣは、熱成形され得るので概して好ましい。しかしながら、ＰＣは、その上に堆積される層において使用される溶剤に非常に影響を受けやすい。
ポリマー厚膜（ＰＴＦ）バリア層誘電体組成物は、（ｉ）第１の有機溶剤に溶解されたポリマー樹脂を含む有機媒体と（ｉｉ）第２の有機溶剤とからなる。さらに、粉末および印刷補助剤を添加して組成物を改良してもよい。
有機媒体
有機媒体は、第１の有機溶剤に溶解された熱可塑性ウレタン樹脂からなる。一実施形態において有機媒体はポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の８０〜９８ｗｔ％である。ウレタン樹脂は、その上に堆積される電気素子、例えば、ＲＦＩＤ銀層および下地基材の両方に対する十分な接着性を達成しなければならない。それは、電気素子の性能に適合しなければならず、これに悪影響を与えてはならない。
有機媒体は、第１の有機溶剤に溶解された熱可塑性ウレタン樹脂からなる。一実施形態において有機媒体はポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の８０〜９８ｗｔ％である。ウレタン樹脂は、その上に堆積される電気素子、例えば、ＲＦＩＤ銀層および下地基材の両方に対する十分な接着性を達成しなければならない。それは、電気素子の性能に適合しなければならず、これに悪影響を与えてはならない。
一実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂は有機媒体の全重量の１０〜５０ｗｔ％である。別の実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂は有機媒体の全重量の２５〜４５ｗｔ％であり、さらに別の実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂は有機媒体の全重量の１５〜２５ｗｔ％である。一実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂はウレタンホモポリマーである。別の実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂はポリエステルベースのコポリマーである。
典型的にポリマー樹脂を機械混合によって有機溶剤に添加して媒体を形成する。ポリマー厚膜組成物に使用するために適した溶剤は当業者によって認識され、例えばカルビトールアセテートおよびアルファ−またはベータ−テルピネオールなどのアセテートおよびテルペン、または例えばケロシン、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコールおよび高沸点アルコールおよびアルコールエステルなどの他の溶剤とのそれらの混合物などがある。さらに、基材上に適用後に急速な硬化を促進するための揮発性液体が含有されてもよい。本発明の多くの実施形態において、グリコールエーテル、ケトン、エステルなどの溶剤および同様な沸点（１８０℃〜２５０℃の範囲）のその他の溶剤、およびそれらの混合物を用いてもよい。これらとその他の溶剤との様々な組み合わせを配合して望ましい粘度および揮発性の要件を得る。使用された溶剤は、樹脂を可溶化しなければならない。
第２の有機溶剤
第２の有機溶剤はジアセトンアルコールである。一実施形態においてジアセトンアルコールは、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の２〜２０ｗｔ％である。別の実施形態においてジアセトンアルコールはポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の４〜１８ｗｔ％であり、さらに別の実施形態においてジアセトンアルコールはポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の８〜１２ｗｔ％である。
第２の有機溶剤はジアセトンアルコールである。一実施形態においてジアセトンアルコールは、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の２〜２０ｗｔ％である。別の実施形態においてジアセトンアルコールはポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の４〜１８ｗｔ％であり、さらに別の実施形態においてジアセトンアルコールはポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量の８〜１２ｗｔ％である。
付加的な粉末
様々な粉末をＰＴＦバリア層誘電体組成物に添加して接着性を改善し、レオロジーを改良し、低剪断粘度を増加させ、それによって印刷適性を改良することができる。１つのこのような粉末はヒュームドシリカである。
様々な粉末をＰＴＦバリア層誘電体組成物に添加して接着性を改善し、レオロジーを改良し、低剪断粘度を増加させ、それによって印刷適性を改良することができる。１つのこのような粉末はヒュームドシリカである。
ＰＴＦバリア層誘電体組成物の適用
「ペースト」とも称されるＰＴＦバリア層誘電体組成物は典型的に、ガスおよび湿分を通さない例えばポリカーボネートなどの基材上に堆積される。また、基材は、プラスチックシートとその上に堆積された任意選択の金属または誘電体層との組み合わせから構成された複合材料のシートであってもよい。
「ペースト」とも称されるＰＴＦバリア層誘電体組成物は典型的に、ガスおよび湿分を通さない例えばポリカーボネートなどの基材上に堆積される。また、基材は、プラスチックシートとその上に堆積された任意選択の金属または誘電体層との組み合わせから構成された複合材料のシートであってもよい。
ＰＴＦバリア層誘電体組成物の堆積は典型的にスクリーン印刷によって行われるが、ステンシル印刷、シリンジ分配またはコーティング技術などの他の堆積技術を利用することができる。スクリーン印刷の場合、スクリーン網目の大きさが堆積された厚膜の厚さを制御する。
一般に、厚膜組成物は、適切な電気的機能性を組成物に与える機能相を含む。機能相は、機能相のためのキャリアとして作用する有機媒体中に分散された電気的機能性粉末を含む。一般に、組成物を焼成して有機媒体のポリマーと溶剤との両方を焼尽させ、電気的機能性を与える。しかしながら、ポリマー厚膜の場合、有機媒体のポリマー部分は、乾燥後に組成物の一体部分として残る。
ＰＴＦバリア層誘電体組成物は、全ての溶剤を除去するために必要な時間および温度において加工される。例えば、堆積された厚膜は、典型的に１０〜１５分間１４０℃の熱暴露によって乾燥される。
ＲＦＩＤ回路構造物
使用された基礎基材は典型的に厚さ１０ミルのポリカーボネートである。バリア層誘電体を上に説明された条件の通りに印刷し、乾燥させる。いくつかの層を印刷し、乾燥させることができる。次に、バリア層のために使用されるのと同じ条件下でＤｕＰｏｎｔ５０６４などの高導電性ＲＦＩＤ銀アンテナ組成物を印刷し、乾燥させる。ユニット全体を熱成形する工程を包含してもよい後続の工程は、３Ｄアンテナ回路の製造において典型的である。バリア層誘電体が使用されない場合、銀アンテナ組成物は、ポリカーボネート基材にひび割れを生じるかまたは変形させ、機能回路をつくることができない。
使用された基礎基材は典型的に厚さ１０ミルのポリカーボネートである。バリア層誘電体を上に説明された条件の通りに印刷し、乾燥させる。いくつかの層を印刷し、乾燥させることができる。次に、バリア層のために使用されるのと同じ条件下でＤｕＰｏｎｔ５０６４などの高導電性ＲＦＩＤ銀アンテナ組成物を印刷し、乾燥させる。ユニット全体を熱成形する工程を包含してもよい後続の工程は、３Ｄアンテナ回路の製造において典型的である。バリア層誘電体が使用されない場合、銀アンテナ組成物は、ポリカーボネート基材にひび割れを生じるかまたは変形させ、機能回路をつくることができない。
実施例１
ＰＴＦバリア層誘電体組成物を以下の方法で調製した。有機媒体を調製するために、２０．０ｗｔ％のＤｅｓｍｏｃｏｌｌ ５４０ポリウレタン（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＬＬＣ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）を８０．０ｗｔ％の二塩基性エステル（ＤｕＰｏｎｔＣｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから得られる）有機溶剤と混合した。樹脂の分子量は約２０，０００であった。この混合物を１〜２時間９０℃において加熱して全ての樹脂を溶解した。１０ｗｔ％のジアセトンアルコール（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮから得られる）を９０ｗｔ％の有機媒体に添加し、混合した。
ＰＴＦバリア層誘電体組成物を以下の方法で調製した。有機媒体を調製するために、２０．０ｗｔ％のＤｅｓｍｏｃｏｌｌ ５４０ポリウレタン（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＬＬＣ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）を８０．０ｗｔ％の二塩基性エステル（ＤｕＰｏｎｔＣｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから得られる）有機溶剤と混合した。樹脂の分子量は約２０，０００であった。この混合物を１〜２時間９０℃において加熱して全ての樹脂を溶解した。１０ｗｔ％のジアセトンアルコール（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮから得られる）を９０ｗｔ％の有機媒体に添加し、混合した。
ＰＴＦバリア層誘電体組成物は、組成物の全重量に基づいて、
９０．００ｗｔ％ 有機媒体
１０．００ｗｔ％ ジアセトンアルコール溶剤
この組成物を遊星形ミキサーで３０分間混合した。
９０．００ｗｔ％ 有機媒体
１０．００ｗｔ％ ジアセトンアルコール溶剤
この組成物を遊星形ミキサーで３０分間混合した。
次に、ＲＦＩＤ回路を以下のように製造した。厚さ１０ミルのポリカーボネート基材上に、上記のＰＴＦバリア層誘電体組成物のブランケットプリントを、２８０ステンレス鋼スクリーンを使用して印刷し、１０分間１２０℃で乾燥させた。一連の相互にかみ合せた銀線のパターンを、２８０メッシュステンレス鋼スクリーンを使用してＤｕＰｏｎｔ銀ペースト５０６４（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）で印刷した。パターン化された線を強制空気箱形炉内で１５分間１２０℃において乾燥させた。部品が検査され、下地基材のひび割れまたは歪みの形跡は見出されなかった。
比較実験１
ＲＦＩＤ回路を実施例１に説明したように正確に製造した。唯一の違いは、ＰＴＦバリア層誘電体組成物を使用しなかったことである。基材の検査は、銀組成物が、ポリカーボネート下地基材にひび割れを生じ、激しく変形させたことを示す。
ＲＦＩＤ回路を実施例１に説明したように正確に製造した。唯一の違いは、ＰＴＦバリア層誘電体組成物を使用しなかったことである。基材の検査は、銀組成物が、ポリカーボネート下地基材にひび割れを生じ、激しく変形させたことを示す。
比較実験２
ＲＦＩＤ回路を実施例１に説明したように正確に製造した。唯一の違いは、使用されたＰＴＦバリア層誘電体組成物が一切のジアセトンアルコール溶剤を含有しないことであった。基材の検査は、ＰＴＦバリア層誘電体および銀組成物の両方が、ポリカーボネート下地基材にひび割れを生じ、激しく変形させたことを示す。
ＲＦＩＤ回路を実施例１に説明したように正確に製造した。唯一の違いは、使用されたＰＴＦバリア層誘電体組成物が一切のジアセトンアルコール溶剤を含有しないことであった。基材の検査は、ＰＴＦバリア層誘電体および銀組成物の両方が、ポリカーボネート下地基材にひび割れを生じ、激しく変形させたことを示す。
バリア層誘電体の結果として性能の改良が、上に示された結果から明らかである。さらに、ジアセトンアルコール溶剤を使用する保護効果は非常に明らかである。
Claims (6)
- ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物であって、
（ａ）第１の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％の熱可塑性ウレタン樹脂を含む８０〜９８ｗｔ％の有機媒体であって、前記有機媒体の重量パーセントが、前記ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量に基づいており、前記熱可塑性ウレタン樹脂の重量パーセントが前記有機媒体の全重量に基づいている、有機媒体と、
（ｂ）２〜２０ｗｔ％の第２の有機溶剤であって、前記第２の有機溶剤がジアセトンアルコールであり、前記第２の有機溶剤の重量パーセントが、前記ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物の全重量に基づいている、第２の有機溶剤と
を含む、ポリマー厚膜バリア層誘電体組成物。 - 前記熱可塑性ウレタン樹脂がウレタンホモポリマーまたはポリエステルベースのコポリマーである、請求項１に記載のポリマー厚膜バリア層誘電体組成物。
- 前記熱可塑性ウレタン樹脂がポリエステルベースのコポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜バリア層誘電体組成物。
- ヒュームドシリカをさらに含む、請求項１に記載のポリマー厚膜バリア層誘電体組成物。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリマー厚膜バリア層誘電体組成物から形成されるバリア層誘電体を含むＲＦＩＤ回路。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリマー厚膜バリア層誘電体組成物から形成されるバリア層誘電体を含むＲＦＩＤ回路であって、熱成形されるＲＦＩＤ回路。
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