JP5792413B2 - 湿度に敏感な電子デバイス用の乾燥剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は高分子マトリクス中に分散された乾燥剤材料パウダーに存在し、パッケージされた電子デバイスの早期故障及び／または性能の劣化を防ぐために、パッケージされた電子デバイス内の湿度レベルを制御するのに適した、改善した乾燥剤組成物に関連する。

様々な電子デバイス及び産業デバイスは水蒸気が約０．１から５０００ｐｐｍの範囲の湿度レベルを要求する。性能が湿気に影響されるためである。これらのデバイスの例は、マイクロ電気機械装置（ＭＥＭＳ）及びマイクロ光学電気機械装置（ＭＯＥＭｓ）、テレコム用途用の光学電子デバイス、医学上のインプラント可能なデバイス（ペースメーカー、除細動器）、ＯＬＥＤ及びＯＬＥＴ等の有機電子デバイスである。

典型的にはデバイスの保護は、湿気に敏感なデバイスを含むエンクロージャ内への乾燥剤組成物の挿入とともに、外部環境から湿気の伝達を減らすのに適したシーラントを用いるデバイスのカプセル化によって達成される。

モレキュラーシーブ、シリカゲル及びアルミノシリケートは湿度を物理吸着することができ、それらは上記範囲内の湿度レベルを維持するために使用される典型的な乾燥剤材料である。しかしそれらは比較的低い水分容量を有し、さらに水分容量はデバイスのエンクロージャ内の温度の関数である：室温で吸着された湿気は、エンクロージャ内が、例えば６０℃から１００℃の範囲の、より高い温度に到達すると、不必要に放出され得り、そのような温度はデバイスが運転モードの際に非常に平凡に達成される。

アルカリ及びアルカリ土類酸化物、硫酸塩、金属ハライド、及び過塩素酸塩は、しばしば物理吸着物質よりも低い最小平衡値及び高い水分容量で、湿気を化学的に吸収する。しかし、それらは比較的高い湿気濃度に曝露されると（例えば、電子デバイスの製造プロセス中）、それらは飽和してしまい、従ってデバイスの故障または劣化を防ぐのに効果がなくなってしまい得る。実際、物理吸着材料と異なり、化学吸着材料は通常、再生温度を必要とし、再生温度が高温すぎるために、再生プロセスはデバイスの製造中または製造後に適用不可能である。

特許文献１は、湿気ゲッタリング特性を有し、水蒸気を透過可能なバインダ中に細かく分散した乾燥剤材料中に存在する組成物を記述する。バインダは高分子、多孔質セラミック、または多孔質ガラスであり得、それらはいずれも、可能な限り吸湿速度に影響を与えないという必要条件を有する。従って特許文献１は乾燥剤組成物の吸着特性を維持することに焦点をあてているが、デバイス製造プロセスに要求される期間の間（すなわち４〜２４時間）乾燥剤を湿度に曝露することを許容しつつ、この目標を達成する方法については言及していない。

特許文献２は、電子デバイスのハウジング内に位置することができる、湿気吸収体を開示している。上記吸収体は、樹脂状材料中に分散した、主なガス吸収パウダーとしての酸化カルシウム（ＣａＯ）に存在し、吸収体の湿気吸収性能をよりうまく制御するために、樹脂状のバインダ中に分散されたＣａＯに存在する吸収シートの片面、または両面上の追加的なコーティング層と関連され得る。たとえ高感度なデバイスを閉じる前の湿度への曝露による飽和の減少を達成できたとしても、特許文献２は、この保護効果を吸着特性の維持、即ち、最終用途に対する残留水分容量（最大で全容量の８０％）と関連付けるために、それを最適化する方法については言及していない。さらに、樹脂状バインダ上で均一且つ制御された薄膜を得ることは非常に難しく、従って、それを電子デバイス中の使用に適したものにし、製造プロセス内で簡単に使用可能なものとする、最終的な吸収特性を達成することが保証されない。

米国特許第５５９１３７９号明細書 米国特許第６６７３４３６号明細書

本発明の目的は、エンクロージャ内にシールされた湿気に敏感な電子デバイスを囲む環境を乾燥させるのに適し、シールステップ前に非乾燥環境下への組成物の曝露を伴う製造プロセスで操作され、使用されるのに適した高分子組成物を提供し、従来の技術に存在した欠点を解消することである。

第一の態様において、本発明は高分子バインダを含む乾燥剤組成物及び上記高分子バインダ中に分散した少なくとも一つの乾燥剤材料の第一の量のパウダーの分散体に関連し、上記第一のパウダーは上記高分子バインダと直接接触し、上記乾燥剤組成物はさらに少なくとも一つの乾燥剤材料の第二の量のパウダーの分散体を含み、上記第二のパウダーは、上記高分子バインダと異なる組成を有するカプセル化材料のシェルによって囲まれた凝集体の形態である。

本発明は、望ましい効果を達成するのに適した組成物の構造特性を概略的に表した、図１と関連して記述される。図１中の異なるコンポーネントは、本発明の主な技術的特徴の理解を改善するように表されており、それらの間の実際の寸法比率を維持する意図はない。

望ましい効果を達成するのに適した組成物の構造特性を概略的に表した図である。

従って、湿気吸着組成物１０は、高分子マトリクス３中に分散した乾燥剤パウダー１，２に存在する。しかし、従来の技術と異なり、上記パウダーは二つの異なる形態で存在する：「そのまま」分散した第一の量の第一乾燥剤パウダー１は、カプセル化された形態で分散した第二の量の第二乾燥剤パウダー２とともに、高分子マトリクス３中に存在する。このカプセル化された形態は、バインダ３と異なる化学組成を有する高分子シェル４に囲まれたパウダー粒子２に存在し、パウダー粒子を包含するのに適したマイクロメートル寸法の高分子カプセルの一種となる。

本発明に係る第一及び第二の乾燥剤材料１，２は、酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、モレキュラーシーブ及びアルミノシリケート等のアルカリおよびアルカリ土類酸化物から選択可能であるが、それらに限定はされない。一般的に、それらは二つの異なる種類の湿度吸収パウダーであり得るが、本発明を実行するために、両者が同じ場合もいずれにせよ適切に考慮される。実際、同じ種類の乾燥剤材料が使用される場合、少なくともカプセル化された乾燥剤材料パウダー２と、少なくともフリーまたはカプセル化されていない乾燥剤材料パウダー１が共存していることが、吸収レートを効果的に制御すること、すなわち湿気に敏感なデバイス中に組成物が挿入された際に、飽和すること、または吸収レートが過度に低下することなしに、所望の期間、大気中への曝露を可能にすること、を達成するための本発明に係る主な特徴である。

本発明の好ましい実施形態において、乾燥剤組成物中の総固形分（すなわち、組成物中に含まれる総乾燥剤パウダー重量）は、組成物重量に対して重量で３０から６０％の間である。さらに、カプセル化された形態の乾燥剤材料と、カプセル化されていない形態の乾燥剤材料との重量比率は、１：２から１：６の間で選択され、好ましくは１：２から１：５の間であり、カプセル化された形態の乾燥剤材料の重量は、パウダーの重量と、それを包含する高分子カプセル化材料の重量の合計として意図される。

本発明の対象の組成物の配合処方中で使用されるのに適した乾燥剤パウダーは、好ましくは１００ｎｍから１０μｍの間の寸法を有することができ、高分子シェル４内にカプセル化された上記乾燥剤パウダー２に存在するマイクロカプセルは通常５から５０μｍの間、好ましくは１０から４０μｍの寸法を有する。上記マイクロカプセルはスプレー乾燥、振動ノズル（アトマイゼーション）、界面及び乳化重合によって、選択された乾燥剤パウダーから出発して事前に得られ得る。代替的な実施形態において、組成物の高分子コンポーネント（すなわち高分子バインダまたは高分子シェル）中の分散均一性を改善するために、適切な有機基での表面修飾を有する上記第一及び第二の乾燥剤材料（１，２）の少なくとも一つを使用することが有益であり得る。

好ましい実施形態において、本発明の乾燥剤組成物は分配可能な組成物であり、１００００から１００００００ｃＰの間の粘度を有し、高分子バインダ３は、例えばエポキシ樹脂、エポキシアクリル樹脂、パーフルオロポリエーテル樹脂およびシロキサンマトリクスから適切に選択されることができる。一方カプセル化材料４はアクリル樹脂、ポリイミド、ポリスチレン及びポリスルホンから選択され、５から５０μｍ、好ましくは１０から３０μｍの厚さを有するシェルに存在する。

本発明に係る乾燥剤組成物は、製造プロセス及び実験室プロセスで通常使用される方法、例えばニードルディスペンス、ジェットディスペンス、スクリーン印刷、ドクターブレード法及びディッピング、を通して分配されるのに適している。最終的に乾燥剤体またはフィルムは、通常８０〜２００℃の、熱処理によって簡単に得られる。

上記乾燥剤体またはフィルムは基本的には上記分配可能な乾燥剤組成物と同じ化学的性質を維持するが、コンソリデーション重合機構に起因する小さな変化のみ観察され得る。それらの配合処方に溶媒が使用されないからである。

乾燥剤組成物の堆積または予備成形体若しくはフィルムの挿入は、電子デバイスの製造プロセス中に適切に実行され得り、電子デバイスの保護のための性能を無効にしてしまい得る、水分吸着特性の劣化が起こることなく、環境湿度への最大で２４時間にもなる延長された期間の曝露が起こり得る。

以下の、限定的ではない実施例によって本発明が説明される。

［実施例１］
本発明に係る高分子カプセル化された乾燥剤は、カプセル化高分子（ＰＭＭＡ、５２．５ｇ）が溶解した適当な懸濁化剤（トルエン、１４２５ｇ）中に分散された乾燥剤パウダー粒子（ＣａＯ、２２．５ｇ）を含む原液をスプレー乾燥して生産される。溶液は懸濁化剤（トルエン、１２０℃）の素早い蒸発を促進するために高温でスプレーされる。

収集されたパウダー（５ｇ）は、カプセル化されていない乾燥剤（ＣａＯ、１７．５ｇ）とともに高分子マトリクス（エポキシ樹脂、２７．５ｇ）に添加される。混合物は機械的に混合され、冷却され、乾燥した雰囲気で保存される。

その後、ステンレス鋼基板上でドクターブレード法を実行し、最終的に１５０℃、１時間でキュアリングをして乾燥剤サンプルが得られる。

乾燥剤サンプルの吸着特性は、２２℃、５５％Ｒ．Ｈ．における重量分析試験によって試験され、２４時間の曝露後に、８０％の残留吸着容量が維持されることを示した。

［実施例２］
本発明に係る高分子カプセル化された乾燥剤は、カプセル化高分子（ポリスルホン ＰＳＵ、５２．５ｇ）が溶解した適当な懸濁化剤（トルエン、１４２５ｇ）中に分散された乾燥剤パウダー粒子（ＣａＯ、２２．５ｇ）を含む原液をスプレー乾燥して生産される。溶液は懸濁化剤（トルエン、１２０℃）の素早い蒸発を促進するために高温でスプレーされる。

収集されたパウダー（７．５ｇ）は、カプセル化されていない乾燥剤（Ｌｉ_２Ｏ、１７．５ｇ）とともに高分子マトリクス（エポキシ樹脂、２７．５ｇ）に添加される。混合物は機械的に混合され、冷却され、乾燥した雰囲気で保存される。

その後、ステンレス鋼基板上でドクターブレード法を実行し、最終的に１５０℃、１時間でキュアリングをして乾燥剤サンプルが得られる。

乾燥剤サンプルの吸着特性は、２２℃、５５％Ｒ．Ｈ．における重量分析試験によって試験され、２４時間の曝露後に、８５％の残留吸着容量が維持されることを示した。

［実施例３−比較例］
高分子カプセル化された乾燥剤は、高分子マトリクス（エポキシ樹脂、２５ｇ）中にカプセル化されていない乾燥剤（ＣａＯ、２５ｇ）を分散して生産される。混合物は機械的に混合され、冷却され、乾燥した雰囲気で保存される。要すれば、三本ロールミルによる均一化ステップが実施される。

その後、ステンレス鋼基板上でドクターブレード法を実行し、最終的に１５０℃、１時間でキュアリングをして乾燥剤サンプルが得られ、実施例１と同じ条件で試験された。２４時間の曝露後に、たった７０％未満の残留吸着容量が観察された。

［実施例４−比較例］
高分子カプセル化された乾燥剤は、実施例３と同様に生産されるが、サンプル表面を覆うＰＭＭＡ層の堆積ステップをさらに含む。ＰＭＭＡ層は、トルエン中の高分子溶液（３５ｗｔ％）のドクターブレード法を実行し、続いて軽い熱処理（５分、６０℃）によって溶媒を除去して得られる。

その後、乾燥剤サンプルは実施例１及び２と同じ条件で試験される。２４時間の曝露後に、たった７０％未満の残留吸着容量が観察され、上述した実施例３の吸着特性と非常に類似する。

１ 第一の乾燥剤材料
２ 第二の乾燥剤材料
３ 高分子マトリクス
４ 高分子シェル
１０ 湿気吸着組成物

Claims (13)

1. 高分子バインダと、
   前記高分子バインダ中に分散された、少なくとも一つの乾燥剤材料の第一の量のパウダーの分散体と、
   少なくとも一つの乾燥剤材料の第二の量のパウダーの分散体と、を含む乾燥剤組成物であって、前記第二の量のパウダーが、前記高分子バインダと異なる組成を有するカプセル化材料のシェルに囲まれた凝集体の形態であり、
   前記カプセル化材料が、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリスチレン、及びポリスルホンからなる群より選択される乾燥剤組成物。
2. 前記第一の量のパウダー及び前記第二の量のパウダーの両方が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、モレキュラーシーブ及びアルミノシリケートからなる群より選択される、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
3. 前記アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物が、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムまたはバリウムの酸化物からなる群より選択される、請求項２に記載の乾燥剤組成物。
4. 前記第一の量のパウダー及び前記第二の量のパウダーが同じ化学組成を有する、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
5. 前記第一の量のパウダーまたは前記第二の量のパウダーの少なくとも一つが、有機基で表面修飾される、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
6. 前記第一の量のパウダー及び前記第二の量のパウダーの合計が、総組成物重量に対して３０％から６０％の重量濃度に対応する、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
7. 前記第一の量のパウダーと前記第二の量のパウダーとの間の重量比が、２：１から６：１の間であり、前記第二の量のパウダーの重量はカプセル化材料の重量も含む、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
8. 前記重量比が２：１から５：１の間である、請求項７に記載の乾燥剤組成物。
9. 前記高分子バインダが、エポキシ樹脂、エポキシアクリル樹脂、パーフルオロポリエーテル樹脂およびシロキサンマトリクスからなる群より選択される、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
10. カプセル化材料の前記シェルが、５μｍから５０μｍの厚さを有する、請求項１に記載の乾燥剤組成物。
11. 前記厚さが１０μｍから３０μｍである、請求項１０に記載の乾燥剤組成物。
12. 請求項１に記載の乾燥剤組成物からなる乾燥剤体またはフィルムを含む、デバイス。
13. 前記デバイスが、マイクロ電気機械装置、マイクロ光学電気機械装置、テレコム用途用の光学電子デバイス、医学上のインプラント可能なデバイス及び有機電子デバイスの群から選択される、請求項１２に記載のデバイス。

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