JP6125905B2 - 熱形成性回路のための水分障壁層誘電体 - Google Patents

Description

本発明は、ポリマー厚膜水分障壁層誘電体組成物に関する。この組成物から製造される誘電体を、電気素子を保護するため、特に、容量性スイッチにおいて水分からその上下の伝導性熱形成性銀を絶縁して保護するために、様々な電子機器用途で使用することができる。

誘電体は、電気素子を保護するために古くから使用されている。それらは絶縁層としても使用されている。それらはこれらの種類の用途で長年使用されてきたが、熱形成手順の間の水分障壁としての誘電体の使用は一般的ではない。これは、高伝導性銀が使用され、そして水分が銀導体と相互作用することを防止しなければならない熱形成性容量性回路において特に重要である。本発明の目的の１つは、これらの問題を緩和することであり、そして印刷された銀を、ポリカーボネートなどの選択された基板上で使用することができる熱形成性容量性構造を製造することである。

本発明は、ポリマー厚膜障壁層誘電体組成物に関し、
（ａ）有機溶媒に溶解された、１０〜５０重量％の熱可塑性ウレタン樹脂を含む第１の有機媒体であって、前記重量パーセントが前記第１の有機媒体の全重量に基づくものである第１の有機媒体、
（ｂ）有機溶媒中、１０〜５０重量％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含む第２の有機媒体であって、前記重量パーセントが第２の有機媒体の全重量に基づくものである第２の有機媒体、
（ｃ）１〜２０重量％のジアセトンアルコールであって、前記重量パーセントが組成物の全重量に基づくものであるジアセトンアルコール、及び
（ｄ）０．１〜５．０重量％のヒュームドシリカであって、前記重量パーセントが組成物の全重量に基づく重量パーセントであるヒュームドシリカ
を含む。

さらに本発明は、熱形成性容量性電気回路において保護および／または絶縁層を形成するために、水分障壁層誘電体組成物を使用することに関する。

本発明は、電気回路の熱形成において使用するためのポリマー厚膜水分障壁層誘電体組成物に関する。水分障壁層誘電体上にその後析出される他の層から基板を保護するために、水分障壁層誘電体の層を基板上で印刷し、乾燥させる。

ポリマー厚膜熱形成性容量性回路で一般に使用される基板は、ポリカーボネート（ＰＣ）である。ＰＣは、一般に、容易に熱形成可能であるため好ましい。しかしながら、ＰＣは、その上に析出される層で使用される溶媒に対して非常に感応性である。不適切な溶媒は、ＰＣ基板に亀裂またはひび割れを生じる可能性がある。

ポリマー厚膜（ＰＴＦ）水分障壁層誘電体組成物は、（ｉ）同一または異なる有機溶媒に溶解された２種の熱可塑性ポリマー樹脂を含む２種の有機媒体と、（ｉｉ）ジアセトンアルコール有機溶媒と、（ｉｉｉ）ヒュームドシリカ粉末とを含む。追加的に、粉末および印刷助剤を組成物に添加してもよい。一実施形態において、ポリマー厚膜水分障壁層誘電体組成物を、熱可塑性ウレタン樹脂、熱可塑性フェノキシ樹脂、ジアセトンアルコールおよびヒュームドシリカを含むと記載することもできる。

ポリマー厚膜水分障壁層誘電体組成物は、ポリカーボネートと適合性があり、熱形成可能であり、そして射出成形が可能であり、そして水分浸透を緩和する印刷可能な水分障壁層を提供する。

有機媒体
第１の有機媒体は、有機溶媒に溶解された熱可塑性ウレタンエラストマー樹脂を含む。ウレタン樹脂は、ウレタン樹脂の上に析出される電気素子、例えば銀の層、およびその上にウレタン樹脂が析出される下層基板の両方に対して良好な接着力を達成しなければならない。ウレタンエラストマーは、熱形成するための弾力も提供しなければならない。それは、電気素子の性能に適合性でなければならず、そして悪影響を及ぼしてはいけない。一実施形態において、ウレタン樹脂は、第１の有機媒体の全重量の１０〜５０重量％である。もう１つの実施形態において、ウレタン樹脂は、第１の有機媒体の全重量の２５〜４５重量％であり、そしてなおもう１つの実施形態において、ウレタン樹脂は、第１の有機媒体の全重量の１５〜２５重量％である。一実施形態において、ウレタン樹脂は、ウレタンエラストマーである。もう１つの実施形態において、ウレタン樹脂は、ポリエステルをベースとするコポリマーである。

第２の有機媒体は、第１の媒体で使用されたものと同一であってもよい溶媒に溶解された熱可塑性フェノキシ樹脂から構成される。他の溶媒が使用されてもよい。フェノキシ樹脂は組成物に高温性能を与え、水分透過性を改善する。すなわち、組成物を通る水分の進行を阻害するために役立つ。一実施形態において、フェノキシ樹脂は、第２の有機媒体の全重量の１０〜５０重量％である。

２種の別々の有機媒体の調製が好ましいが、両媒体に同一溶媒が使用される場合、上記２種の有機媒体に等しい単一有機媒体が使用されてもよい。

典型的にポリマー樹脂を機械的混合によって有機溶媒に添加して、媒体を形成する。ポリマー厚膜組成物の有機媒体のために適切な溶媒は当業者に認識され、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、あるいはケロシン、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、ならびに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媒とのそれらの混合物が含まれる。加えて、基板上に塗布後に急速硬化を促進するための揮発性の液体が含まれてもよい。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、エステルおよび同様の沸点（１８０℃〜２５０℃の範囲）を有する他の溶媒などの溶媒、ならびにそれらの混合物が使用されてもよい。これらおよび他の溶媒の様々な組み合わせは、所望の粘度および揮発性の必要条件を得るために調製される。使用される溶媒は、樹脂を可溶性にしなければならない。

ジアセトンアルコール有機溶媒
ポリマー厚膜水分障壁層誘電体組成物はジアセトンアルコールも含有する。この特定の溶媒は、ＰＣと適合性があることが示されており、基板のあらゆる感知できるひび割れを生じない。一実施形態において、ジアセトンアルコールは組成物の全重量に基づき１〜２０重量％である。もう１つの実施形態において、ジアセトンアルコールは組成物の全重量に基づく全重量の３〜１０重量％であり、そしてなおもう１つの実施形態において、ジアセトンアルコールは組成物の全重量に基づき４〜６重量％である。

追加的な粉末
接着力を改善するため、レオロジーを変更するため、そして低い剪断粘度を増加させ、それによって印刷適性を改善するために、様々な粉末をＰＴＦ水分障壁層誘電体組成物に添加してもよい。そのような粉末の１つは、水分浸透に対する抵抗を大幅に向上させることが発見されたヒュームドシリカである。

ＰＴＦ水分障壁層誘電体組成物の塗布
「ペースト」とも呼ばれるＰＴＦ水分障壁層誘電体組成物を、典型的に、気体および水分にいくらか不浸透性であるポリカーボネートなどの基板上に析出する。基板は、その上に析出された任意選択の金属または誘電層を有するプラスチックシートの組み合わせから構成される複合材料のシートであることも可能である。

ＰＴＦ水分障壁層誘電体組成物の析出は、典型的にスクリーン印刷によって実行されるが、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析出技術を使用することもできる。スクリーン印刷の場合、スクリーンメッシュサイズによって、析出する厚膜の厚さが制御される。

一般に、厚膜組成物は、組成物に適切な電気的機能特性を与える機能相を含む。機能相は、機能相の担体として作用する有機媒体に分散された電気的機能性粉末を含む。一般に、組成物は焼成されて、ポリマーおよび有機媒体の溶媒を燃焼し、そして電気的機能特性がもたらされる。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、乾燥後の組成物の必要不可欠な部分として残存する。

ＰＴＦ水分障壁層誘電体組成物は、全ての溶媒を除去するために必要な時間および温度で処理される。例えば、析出される厚膜は、典型的に１０〜１５分間、１３０℃での熱に曝露することによって乾燥される。

容量性回路構造
使用される底基板は、典型的に厚さ１０ミルのポリカーボネートである。水分障壁層誘電体は、上記の条件に従って印刷され、乾燥される。いくつかの層を印刷および乾燥することができる。次いで、ＤｕＰｏｎｔ ５０４２などの熱形成性伝導性銀組成物を、障壁層に使用されたものと同一条件で印刷し、乾燥させる。次いで、水分障壁層を銀導体の上に印刷し、保護サンドイッチを形成してもよい。全ユニットの熱形成を含み得るその後のステップは、３Ｄ回路の製造において典型的である。水分障壁層誘電体が使用されない場合、銀組成物は、ポリカーボネート基板を通して水分浸透を受け、機能回路が損なわれ、しばしば寿命の低下へと繋がる。

実施例および比較実験
実施例１
ＰＴＦ水分障壁層誘電体組成物を以下の方法で調製した。２０．０重量％のＤｅｓｍｏｃｏｌｌ ５４０ポリウレタン（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＬＬＣ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）と、８０．０重量％の二塩基性エステル（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手した）有機溶媒とを混合することによって、有機媒体を調製した。樹脂の分子量は約４０，０００であった。この混合物を１〜２時間９０℃で加熱し、全ての樹脂を溶解した。２７．０重量％のＰＫＨＨ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ Ｉｎｃ．）を、７３．０重量％の二塩基性エステル（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手した）有機溶媒に添加することによって、第２の有機媒体を調製し、そして上記のとおり加熱した。次いで、０．５％のヒュームドシリカ（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．）を添加した。５％のジアセトンアルコール（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮから入手した）を添加し、全組成物を混合した。次いで、１５０ｐｓｉで１サイクル、３本ロールミルで組成物を処理した。

組成物は、組成物の全重量に基づき、
４７．５０重量％ 第１の有機媒体
４７．００ 第２の有機媒体
５．００ ジアセトンアルコール溶媒
０．５０ ヒュームドシリカ
であった。

実施例２
回路を以下の通りに製造した。厚さ１０ミルのポリカーボネート基板上で、２００ステンレス鋼スクリーンを用いて実施例１からの組成物のブランケット印刷を印刷し、そして１０分間にわたって１２０℃で乾燥させた。次いで、組成物の第２の印刷を印刷し、乾燥させた。２８０メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、ＤｕＰｏｎｔ ｓｉｌｖｅｒ ｐａｓｔｅ ５０４２（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）によって銀線パターンを印刷した。パターン化された線を、強制空気ボックスオーブン中で１５分間にわたって１２０℃で乾燥させた。一部を検査したところ、下層基板のひび割れまたは変形の証拠は発見されなかった。次いで、回路に熱形成条件（１６０℃／１０秒）を受けさせた。次いで、抵抗を測定し、記録した。次いで、一部に１００時間にわたって８５℃／８５％相対湿度を受けさせて、促進老化条件をシミュレーションして、再び抵抗を測定した。シミュレーションされた老化の結果としての抵抗の変化をデルタＲとして記録し、表１に示す。

比較実験１
実施例２に記載されるように、正確に回路を製造した。唯一異なる点は、水分障壁層誘電体組成物が使用されなかったということであった。シミュレーションされた老化の結果としての抵抗の変化をデルタＲとして記録し、表１に示す。

実施例３
実施例２に記載されるように、正確に回路を製造した。唯一異なる点は、水分障壁層誘電体組成物が５０４２銀導体上下の両方に印刷されたということであった。シミュレーションされた老化の結果としての抵抗の変化をデルタＲとして記録し、表１に示す。

水分障壁層誘電体の結果としての性能の改善は、表１に示される結果から明白である。

Claims (7)

1. ポリマー厚膜障壁層誘電体組成物であり、
   （ａ）有機溶媒に溶解された、１０〜５０重量％の熱可塑性ウレタン樹脂を含む第１の有機媒体であって、前記重量パーセントが前記第１の有機媒体の全重量に基づくものである第１の有機媒体、
   （ｂ）有機溶媒中、１０〜５０重量％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含む第２の有機媒体であって、前記重量パーセントが第２の有機媒体の全重量に基づくものである第２の有機媒体、
   （ｃ）１〜２０重量％のジアセトンアルコールであって、前記重量パーセントが組成物の全重量に基づくものであるジアセトンアルコール、及び
   （ｄ）０．１〜５．０重量％のヒュームドシリカであって、前記重量パーセントが組成物の全重量に基づく重量パーセントであるヒュームドシリカ
   を含むポリマー厚膜障壁層誘電体組成物。
2. 前記熱可塑性ウレタン樹脂が、ウレタンエラストマーまたはポリエステルをベースとするコポリマーである、請求項１に記載のポリマー厚膜障壁層誘電体組成物。
3. 前記熱可塑性ウレタン樹脂が、ポリエステルをベースとするコポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜障壁層誘電体組成物。
4. 請求項１に記載のポリマー厚膜水分障壁層誘電体組成物から形成される障壁層誘電体を含む容量性スイッチ回路。
5. 前記熱可塑性ウレタン樹脂が、ウレタンエラストマーまたはポリエステルをベースとするコポリマーである、請求項４に記載の容量性スイッチ回路。
6. 前記回路が熱形成される、請求項４に記載の容量性スイッチ回路。
7. 前記回路が熱形成される、請求項５に記載の容量性スイッチ回路。