KR101546207B1 - 감습성 전자 장치를 위한 건조제 조성물 - Google Patents

Abstract

중합체성 결합제(3) 및 건조제 물질(1, 2)의 분말의 분산물을 함유하며, 여기서 건조제 분말(1, 2)은 적어도 부분적으로는, 중합체성 결합제(3)에 대해 상이한 조성을 갖는 중합체성 캡슐화 물질(4)에 의해 둘러싸인 건조제 입자(2)의 미세-응집체의 형태로 분산되어 있는 것인 건조제 조성물이 제공된다.

Description

감습성 전자 장치를 위한 건조제 조성물 {DESICCANT COMPOSITION FOR MOISTURE-SENSITIVE ELECTRONIC DEVICES}

본 발명은 중합체성 매트릭스에 분산된 건조제 물질 분말로 이루어지고, 포장된 전자 장치 내부의 습도 수준을 조절하기에 적합하여, 상기 장치의 때 이른 파손 및/또는 그의 성능 저하를 방지하기 위한 개선된 건조제 조성물에 관한 것이다.

다양한 전자 및 공업 장치는 그들의 성능이 수분에 의해 영향을 받기 때문에 수증기 약 0.1 내지 5,000 ppm 범위의 습도 수준을 요구한다. 이러한 장치의 예는 미세-전자기계 장치 (MEM) 및 미세-광학-전자기계 장치 (MOEM), 텔레콤 응용분야를 위한 광학-전자 장치, 의료용 이식형 장치 (맥박조정기, 제세동기), OLED 및 OLET와 같은 유기 전자 장치이다.

이들의 보존은 전형적으로 감습성 장치를 포함하는 용기 내부로의 건조제 조성물의 삽입과 함께, 외부 환경으로부터의 수분 투과를 감소시키는 데 적합한 실란트를 사용하는 장치의 캡슐화에 의해 이루어진다.

분자체, 실리카겔 및 알루미노실리케이트는 수분을 물리적으로 흡착시킬 수 있고, 이들은 수분 수준을 상기 범위 내로 유지하기 위해 사용되는 전형적인 건조제 물질이다. 그러나 이들은 비교적 낮은 수분 용량을 가질 뿐 아니라, 장치의 용기 내부 온도에 좌우된다: 실온에서 흡수된 수분은 용기 내에서, 예를 들어 장치가 작동 모드에 있을 때 매우 흔하게 얻어지는 60 내지 100℃ 범위의, 보다 높은 온도에 도달할 경우 바람직하지 못하게 방출될 수 있다.

알칼리 및 알칼리토 산화물, 황산염, 금속 할로겐화물 및 과염소산염은 종종 물리적 흡착 물질보다 더 낮은 최소 평형 값 및 더 높은 수분 용량을 가지고 수분을 화학적으로 흡수한다. 그러나, 비교적 높은 수분 농도에 노출될 경우 (예, 전자 장치의 제조 공정 도중), 이들은 포화될 수 있고, 따라서 장치의 파손 또는 열화를 방지하는 데 효과적이지 못하게 된다. 사실 상, 물리적 흡착 물질과는 달리, 화학적 흡수 물질은 통상적으로 너무 높은 재활성화 온도를 필요로 하고 따라서 재활성화 공정은 장치의 제조 도중 또는 후에 적용 불가능하게 된다.

미국 특허 US 5,591,379는 수분 제거 특성을 가지며, 수증기 투과성인 결합제에 미세하게 분산된 건조제 물질 분말로 이루어진 조성물을 기재한다. 결합제는 중합체, 다공성 세라믹 또는 다공성 유리일 수 있으며, 이들은 모두 가능한 한 수분 흡수 속도에 적은 영향을 미칠 것을 요건으로 한다. 그러므로 US 5,591,379는 건조제 조성물의 흡수 특성을 유지하는 데 중점을 두고 있지만, 이러한 목표를 이루기 위한 방법에 대해서는 침묵하는 한편, 장치 제조 공정에 요구되는 시간 동안 (즉 4 - 24 시간) 건조제의 수분에 대한 노출을 허용하고 있다.

미국 특허 US 6,673,436은 전자 장치의 하우징 내에 위치할 수 있는 수분 흡수체를 개시한다. 흡수체는 주요 기체-흡수 분말로서 수지상(resinous) 물질에 분산된 산화칼슘 (CaO)으로 이루어지고, 상기 흡수체의 수분 흡수 성능이 더 잘 조절되도록 상기 수지상 결합제에 분산된 CaO로 이루어진 흡수 시트의 단면 또는 양면 상에서 추가의 코팅 층과 결합될 수 있다. 민감한 장치를 닫기 전 수분에 노출되는 것으로 인해 포화의 감소가 이루어질 수 있다 하여도, US 6,673,436은 이러한 보호 효과를 흡수 특성, 즉 최종 응용을 위한 잔류 수분 용량 (전체 용량의 80% 이하)의 보존과 결합시키기 위해 그것을 어떻게 최적화하는지에 대해서는 침묵하고 있다. 더욱이, 수지상 결합제 상에 균일하고 조절된 박막을 수득하기가 매우 어렵고 따라서 전자 장치에 사용하기에 적합하고 그 제조 공정에 쉽게 사용가능하게 하는 최종 흡수 특성을 수득할 것이 보장되지 않는다.

본 발명의 목적은 용기에 실링된 감습성 전자 장치를 둘러싸는 환경을 건조시키기 적합하고, 상기 조성물을 실링 단계 이전에 비-건조 환경에 노출시키는 것을 수반하는 제조 공정에서 취급 및 사용하기에 적합하여, 선행 기술에 존재하는 단점을 극복하게 하는 중합체성 조성물을 제공하는 것이다.

제1 측면에서, 본 발명은 중합체성 결합제, 및 상기 중합체성 결합제에 분산된 제1 양의 적어도 1종의 건조제 물질의 분말의 분산물을 함유하는 건조제 조성물에 관한 것이며, 상기 제1 분말은 중합체성 결합제와 직접 접촉하고, 상기 건조제 조성물은 또한 제2 양의 적어도 1종의 건조제 물질 분말의 분산물을 함유하며, 상기 제2 분말은 중합체성 결합제에 대해 상이한 조성을 갖는 캡슐화 물질의 쉘에 의해 둘러싸인 응집체의 형태이다.

원하는 효과를 수득하기에 적합한 조성물의 구조적 특성을 도식적인 방식으로 나타내는 도 1을 참고하여 본 발명을 기재할 것이다. 도 1에서 상이한 성분들이 본 발명의 주된 기술적 특징의 이해를 돕는 데 적합한 방식으로 나타내었으며, 그들 간의 실제 치수 비율을 유지하고자 의도하는 것은 아니다.

그러므로 수분 흡수 조성물(10)은 중합체성 매트릭스(3)에 분산된 건조제 분말(1, 2)로 이루어지지만, 당업계의 최신 기술과는 달리, 상기 분말은 두 가지 상이한 형태로 존재하며; "그대로" 분산된 제1 양의 제1 건조제 분말(1)이 중합체성 매트릭스(3)에서, 캡슐화된 형태로 분산된 제2 양의 제2 건조제 분말(2)과 함께 존재한다. 상기 캡슐화된 형태는 결합제(3)과 상이한 화학 조성을 갖는 중합체성 쉘(4)에 의해 둘러싸인 분말 입자(2)로 이루어져, 분말 입자를 함유하기에 적합한 마이크로미터 치수를 갖는 일종의 중합체성 캡슐을 초래한다.

본 발명에 따른 제1 및 제2 건조제 물질(1, 2)은 산화리튬, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화바륨과 같은 알칼리 및 알칼리토 산화물, 분자체 및 알루미노실리케이트로부터 선택될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일반적으로, 이들은 2 가지 상이한 종류의 수분 흡수 분말일 수 있지만, 이들이 동일한 종류일 경우도 본 발명을 수행하기 위해 어떤 식으로든 적합하게 고려될 수 있다. 사실 상, 동일한 종류의 건조제 물질이 사용될 경우, 적어도 1종의 캡슐화된 건조제 물질 분말(2)과 적어도 1종의 유리 또는 캡슐화되지 않은 건조제 물질 분말(1)의 공존이 흡수율의 효과적인 조절을 얻기 위한, 즉 상기 조성물이 감습성 장치에 삽입될 때 포화 또는 흡수율의 과도한 감소 없이 원하는 시간 동안 공기에 대한 노출을 허용할 수 있게 하는 본 발명에 따른 주된 특징이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 건조제 조성물 중 총 고체 함량 (즉 조성물에 함유된 전체 건조제 분말 중량)은 조성물 중량에 대하여 30 내지 60 중량%에 포함된다. 더욱이, 건조제 물질의 캡슐화된 형태 및 건조제 물질의 캡슐화되지 않은 형태의 중량비는 1:2 내지 1:6, 바람직하게는 1:2 내지 1:5로부터 선택되며, 여기에서, 건조제 물질의 캡슐화된 형태의 중량은 분말의 중량과 그를 함유하는 중합체성 캡슐화 물질의 중량의 합으로 의도된다.

본 발명의 목적에 따른 조성물의 배합에 사용되기 적합한 건조제 분말은 바람직하게는 100 nm 내지 10 μm에 포함되는 치수를 가질 수 있고, 중합체성 쉘(4)에 캡슐화된 상기 건조제 분말(2)로 이루어진 마이크로-캡슐은 통상적으로 5 내지 50 μm, 바람직하게는 10 내지 40 μm에 포함되는 치수를 갖는다. 상기 마이크로-캡슐은 분무-건조, 진동 노즐 (분무화), 계면 및 유화 중합에 의해, 선택된 건조제 분말로부터 출발하여 미리 수득될 수 있다. 또 다른 실시양태에서는, 조성물의 중합체성 성분 (즉, 중합체성 결합제 또는 중합체성 쉘)에서 분산 균질성을 개선하기에 적합한 유기 기를 이용한 표면 개질을 갖는 상기 제1 및 제2 건조제 물질(1, 2) 중 적어도 하나를 사용하는 것이 유용할 수 있다.

바람직한 실시양태에서, 본 발명의 건조제 조성물은 10,000 내지 1,000,000 cP에 포함되는 점도를 갖는 분배가능한 조성물이며, 상기 중합체성 결합제(3)는 예를 들어 에폭시 수지, 에폭시아크릴 수지, 퍼플루오로폴리에테르 수지 및 실록산 매트릭스에서 적합하게 선택될 수 있는 반면, 캡슐화 물질(4)은 아크릴 수지, 폴리이미드, 폴리스티렌 및 폴리술폰으로부터 선택되고, 5 내지 50 μm, 바람직하게는 10 내지 30 μm에 포함되는 두께를 갖는 쉘로 이루어진다.

본 발명에 따른 건조제 조성물은 제조 및 실험실 공정에 일반적으로 사용되는 방법, 예를 들어 바늘 분배, 분사 분배, 스크린 인쇄, 블레이드 도포, 침지와 같은 방법에 의해 분배되기 적합하다. 건조제 바디 또는 필름은 최종적으로, 통상 80 내지 200℃에 포함되는 열 처리에 의해 쉽게 수득될 수 있다.

상기 건조제 바디 또는 필름은 근본적으로 분배가능한 건조제 조성물과 동일한 화학성을 유지하며, 그 배합물에 용매가 사용되지 않으므로, 통합 중합(consolidation polymerization) 메카니즘으로 인한 작은 변화만이 관찰될 수 있다.

건조제 조성물의 침착 또는 미리-형성된 바디 또는 필름의 삽입은 전자 장치의 제조 공정에서 적합하게 수행될 수 있고, 여기서 주변 습도에 대한 노출은 연장된 시간 동안, 심지어 24시간까지, 전자 장치의 보호를 위한 그의 성능에 대하여 효과를 상실시킬 수 있는 수분 흡수 특성의 저하 없이 일어날 수 있다.

본 발명을 이제 이하의 비제한적 실시예에 의해 설명할 것이다.

실시예 1

본 발명에 따른 중합체-캡슐화된 건조제를, 캡슐화 중합체가 그 안에 용해되어 있는 (PMMA, 52.5 그램) 적합한 현탁화제 (톨루엔, 1425 그램)에 분산된 건조제 분말 입자 (CaO, 22.5 그램)를 함유하는 저장 용액을 분무-건조시킴으로써 제조하였다. 상기 용액을 고온에서 분무하여 현탁화제 (톨루엔, 120℃)의 빠른 증발을 촉진시켰다.

수거된 분말 (5 그램)을 캡슐화되지 않은 건조제 (CaO, 17.5 그램)와 함께 중합체 매트릭스 (에폭시 수지, 27.5 그램)에 첨가하였다. 혼합물을 기계적으로 혼합하고 냉각 건조된 분위기 중에 보관하였다.

다음, 건조제 샘플을, 스테인레스 스틸 기판 상에 블레이드 도포하고 최종적으로 150℃에서 1시간 동안 경화시킴으로써 수득하였다.

건조제 샘플의 흡수 특성을 22℃ 및 55% R.H.에서 중량측정 시험에 의해 시험하였고, 24시간의 노출 후, 80%의 잔류 흡수 용량이 유지됨을 나타냈다.

실시예 2

본 발명에 따른 중합체-캡슐화된 건조제를, 캡슐화 중합체가 그 안에 용해되어 있는 (폴리술폰 PSU, 52.5 그램) 적합한 현탁화제 (톨루엔, 1425 그램)에 분산된 건조제 분말 입자 (CaO, 22.5 그램)를 함유하는 저장 용액을 분무-건조시킴으로써 제조하였다. 상기 용액을 고온에서 분무하여 현탁화제 (톨루엔, 120℃)의 빠른 증발을 촉진시켰다.

수거된 분말 (7.5 그램)을 캡슐화되지 않은 건조제 (Li₂O, 17.5 그램)와 함께 중합체 매트릭스 (에폭시 수지, 27.5 그램)에 첨가하였다. 혼합물을 기계적으로 혼합하고 냉각 건조된 분위기 중에 보관하였다.

다음, 건조제 샘플을 스테인레스 스틸 기판 상에 블레이드 도포하고 최종적으로 150℃에서 1시간 동안 경화시킴으로써 수득하였다.

건조제 샘플의 흡수 특성을 22℃ 및 55% R.H.에서 중량측정 시험에 의해 시험하였고, 24시간의 노출 후, 85%의 잔류 흡수 용량이 유지됨을 나타냈다.

실시예 3 - 비교

캡슐화되지 않은 건조제 (CaO, 25 그램)를 중합체 매트릭스 (에폭시 수지, 25 그램) 내에 분산시킴으로써 중합체-캡슐화된 건조제를 제조하였다. 상기 혼합물을 기계적으로 혼합하고 냉각 건조된 분위기 중에 보관하였다. 필요에 따라, 3-롤 밀을 이용한 균질화 단계를 수행하였다.

다음, 건조제 샘플을, 스테인레스 스틸 기판 상에 블레이드 도포하고 최종적으로 150℃에서 1시간 동안 경화시킴으로써 수득하였으며, 실시예 1에서와 같은 조건으로 시험하였다. 24시간의 노출 후, 단지 70%의 잔류 흡수 용량이 관찰되었다.

실시예 4 - 비교

샘플 표면을 덮는 PMMA 층의 추가의 침착 단계를 갖는 것 외에는 실시예 2에서와 같은 방식으로 중합체-캡슐화된 건조제를 제조하였다. PMMA 층은 톨루엔 중 중합체 용액 (35 중량%)을 블레이드 도포한 다음, 온화한 열 처리 (60℃에서 5분)에 의해 용매를 제거함으로써 수득하였다.

다음, 건조제 샘플을 실시예 1 및 2와 같은 조건으로 시험하였다. 24시간의 노출 후, 70%의 잔류 흡수 용량이 관찰되었으며, 앞에 기재된 샘플 3의 흡수 특성과 매우 유사하였다.

Claims (14)

1. a. 중합체성 결합제,
   b. 상기 중합체성 결합제에 분산된 제1의 적어도 1종의 건조제 물질의 분말의 분산물, 및
   c. 제2의 적어도 1종의 건조제 물질의 분말의 분산물
   을 함유하며, 여기서 상기 제2 분말이 중합체성 결합제에 대해 상이한 화학 조성을 갖는 캡슐화 물질의 쉘에 의해 둘러싸인 응집체의 형태인 건조제 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 건조제 물질이 알칼리 산화물, 알칼리토 산화물, 분자체 및 알루미노실리케이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 건조제 조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 알칼리 및 알칼리토 산화물이 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 또는 바륨 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 건조제 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 건조제 물질이 동일한 화학적 조성을 갖는 것인 건조제 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 건조제 물질 중 적어도 하나가 유기 기로 표면 개질된 것인 건조제 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 건조제 물질의 합이 총 조성물 중량에 대하여 30 내지 60%의 중량 농도에 상응하는 것인 건조제 조성물.
7. 제1항에 있어서, 제1 건조제 물질 및 제2 건조제 물질의 중량비가 2:1 내지 6:1에 포함되고, 제2 건조제 물질의 중량은 또한 캡슐화 물질의 중량을 포함하는 것인 건조제 조성물.
8. 제7항에 있어서, 제1 건조제 물질 및 제2 건조제 물질의 중량비가 2:1 내지 5:1인 것인 건조제 조성물.
9. 제1항에 있어서, 상기 중합체성 결합제가 에폭시 수지, 에폭시아크릴 수지, 퍼플루오로폴리에테르 수지 및 실록산 매트릭스로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 건조제 조성물.
10. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 물질의 쉘이 5 내지 50 μm의 두께를 갖는 것인 건조제 조성물.
11. 제10항에 있어서, 상기 캡슐화 물질의 쉘이 10 내지 30 μm의 두께를 갖는 것인 건조제 조성물.
12. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 물질이 아크릴 수지, 폴리이미드, 폴리스티렌 및 폴리술폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 건조제 조성물.
13. 제1항에 따른 건조제 조성물로 이루어진 건조제 바디 또는 필름을 함유하는 감습성 장치.
14. 제13항에 있어서, 미세전자기계(micro-electromechanical) 장치, 미세광학전기기계(micro-opto-electromechanical) 장치, 텔레콤 응용분야를 위한 광학전자(opto-electronic) 장치, 의료용 이식형 장치 및 유기 전자 장치의 군으로부터 선택된 감습성 장치.

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