KR101901430B1 - 폴리이미드를 포함하는 렌즈를 갖는 광학 물품 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 개시된 것은 0.1 ㎜ 내지 100 ㎜의 폭, 0.5 ㎜ 내지 500 ㎜의 길이, 및 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는 렌즈를 포함하는 물품이며; 상기 렌즈는 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시키며, 상기 렌즈는 폴리머를 포함하고 상기 폴리머는 화합물의 특정 조합으로부터 유도된 구조 단위를 포함하는 폴리이미드를 포함하고, 상기 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더(lead free solder) 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지된다.

Description

폴리이미드를 포함하는 렌즈를 갖는 광학 물품{Optical article with lens comprising polyimide}
폴리이미드를 포함하는 광학 물품이 본 명세서에 개시된다.
섬유 광학 기술은 전통적으로 원거리 통신용으로 사용되어왔으나, 대량의 데이터 전송을 위한 인터넷 사용이 증가하면서, 존재하는 광학 네트워크 내 대부분의 대역폭(bandwidth)이 더 높은 비율로 이러한 데이터 통신을 위하여 사용된다. 갈수록 섬유 광학 물품은, 심지어 더 짧은 거리에서, 컴퓨터 네트워크가 막대한 데이터의 요구 및 더 높은 데이타 전송 속도를 충족시킬 수 있도록 연결하는 데 사용될 것이다.
광학 커넥터 즉 트랜스시버(transceiver)는 광학 네트워크의 부품으로, 이는 서버를 연결하기 위해 사용되며, 트랜스시버는 빛을 전기적 신호로 그리고 전기적 신호를 다시 빛 신호로 전환하는 기능을 한다. 광학 서브 어셈블리(optical sub assembly, OSA)로 지칭되는, 이러한 장치 내 광학 물품은 현재 폴리에테르이미드로 제조되며, 이는 렌즈 및 광학 하우징 어셈블리로서 기능을 한다. 이러한 트랜스시버는 플러그형(pluggable) 및 자립형(stand alone) 부품이다.
접속 가능한 트랜스시버에서 보드 상의 트랜스시버 시스템으로 이동하는 것 및 백플레인(backplane) 상의 광학 도파관 또는 광 파이프(light pipe)를 사용하여, 버스(bus)로서의 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 상의 보드 및 도파관(waveguide)을 연결하여 데이터 전송률을 증가시키는 것이 갈수록 바람직해지고 있다. 이러한 응용은 높은 유리 전이 온도의 폴리머를 요구한다.
이러한 장치는 사출 성형된 폴리머 마이크로 렌즈 및 도파관을 요구하는데, 이러한 제조 공정이 대량 생산 및 저 비용으로 제조하기에 상당히 적합하기 때문이다. 렌즈는 240 ℃ 이상의 온도에서 그의 형태를 유지하는 것이 요구되는데, 이는 레이저 트랜스미터(transmitter)/트랜스시버 모듈은 솔더 리플로우 공정(solder re-flow) 공정 또는 솔더 배쓰(solder bath), 특히 무연 솔더(lead free solder) 공정에 의해 인쇄 회로 기판 상에 배치되는 동안 고온에 노출되기 때문이다. 이러한 이유에서, 오직 높은 유리 전이 온도를 갖는 폴리머만이 사용될 수 있다. 부가적으로, 이러한 렌즈 또는 도파관은 레이저 다이오드, 광 검출기(photo detector) 및 섬유 광학 물품 사이의 광 경로(light path)의 기능을 수행하기 때문에, 이러한 폴리머는, 특히, 광 통신에서 사용되는 전형적인 통신 파장인 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위에서 높은 투과도를 가져 깨끗하고, 투명해야하며 그리고 습기에 노출된 후에도 광학 특성을 유지하고 치수적으로(dimensionally) 안정할 수 있어야 한다.
이에 따라 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위에서 높은 투과도를 가지고, 습기에 노출된 후조차 치수 안정성(dimensional stability)을 가지며, 무연 솔더 공정을 견디는 것이 가능한 폴리머를 포함하는 광학 물품에 대한 미충족 요구(unmet need)가 존재한다.
본 명세서에 개시된 것은 0.1 ㎜ 내지 100 ㎜의 폭, 0.5 ㎜ 내지 500 ㎜의 길이, 및 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는 렌즈를 포함하는 물품으로서; 상기 렌즈는 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시키고, 상기 렌즈는 폴리머를 포함하며, 상기 폴리머는:
(A) (ⅰ) 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐술폰, 또는
(ⅱ) 옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물, 및 전술한 이무수물들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물 및 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린, 및 전술한 디아민들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 디아민을 포함하는 이무수물/디아민 페어(pair);
(B) 클로로 치환된 프탈산 무수물, 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된 디아민, 및 디하이드록시 페놀 염; 또는
(C) (A) 및 (B)의 조합;으로부터 유도된 구조 단위(structural unit)를 포함하는 폴리이미드를 포함하고,
상기 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며 (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되는 물품이다.
본 명세서에 개시된 것은 렌즈를 포함하는 물품이다. 상기 렌즈는 0.1 ㎜ 내지 100 ㎜의 폭, 0.5 ㎜ 내지 500 ㎜의 길이, 및 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖고; 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시킨다. 이러한 범위 이내에서 렌즈는 특히 1310 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시킬 수 있다. 또한 이러한 범위 이내에서 렌즈는 특히 1550 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시킬 수 있다. 또한 이러한 범위 이내에서 렌즈는 특히 850 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시킬 수 있다.
작업 실시예 이외에 또는 달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구의 범위에서 사용되는 성분의 양, 반응 조건 등을 지칭하는 모든 수 또는 표현은 모든 경우에 용어 "약"에 의하여 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 수치 범위가 본 특허 출원에 개시된다. 이들 범위는 연속적이기 때문에, 이들은 최소값과 최대값 사이의 모든 값을 포함한다. 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 본 출원에서 특정된 다양한 수치 범위는 근사값이다.
본 명세서에서 용어 “제1", "제2" 등, 및 "1차", "2차" 등은 어떤 순서, 양, 또는 중요도를 표시하는 것이 아니라, 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위하여 사용된다. 단수로 표시된 용어는 양의 제한을 표시하는 것이 아니라, 언급된 아이템이 하나 이상 존재함을 표시한다. "선택적인" 또는 "선택적으로"는 나중에 설명될 사건 또는 상황이 일어나거나 일어나지 않는다는 것, 및 설명은 사건이 일어나는 경우와 사건이 일어나지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다. 같은 성분 또는 특성을 가리키는 모든 범위의 종점(end point)은 종점을 포함하고 독립적으로 결합가능하다. 명세서를 통한 "일 구현예", "다른 구현예", "구현예", "일부 구현예" 등에 대한 언급은 상기 구현예와 관련되어 설명된 특정한 요소(예를 들어, 특징, 구조, 특성, 및/또는 성질)는 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 구현예에 포함되고, 다른 구현예에는 존재하거나 또는 존재하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 부가적으로, 설명된 요소(들)은 다양한 구현예에서 임의의 적합한 수단으로 결합될 수 있다고 이해된다.
화합물은 표준 명명법을 사용하여 설명된다. 예를 들어, 임의의 표시된 기에 의해 치환되지 않은 임의의 위치는 표시된 결합, 또는 수소 원자에 의해 채워진 원자가를 갖는 것으로 이해된다. 2 개의 문자 또는 기호 사이에 있지 않은 대시("-")는 치환기에 대해 치환 지점을 표시하는 것으로 사용된다. 예를 들어, -CHO는 카보닐 그룹의 탄소를 통하여 부착된다.
용어 "알킬"은 C1 -30 분지쇄형 및 직쇄형 모두의, 특정 탄소 원자수를 갖는 불포화 지방족 탄화 수소기를 포함하는 것으로 의도된다. 알킬의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, s-부틸, t-부틸, n-펜틸, s-펜틸, n- 및 s-헥실, n- 및 s-헵틸, 그리고 n- 및 s-옥틸을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 용어 "아릴"은 페닐, 트로폰, 인다닐, 또는 나프틸과 같은, 특정 탄소 원자수를 포함하는 방향족 모이어티(moiety)를 의미하는 것으로 의도되나, 이에 한정되지는 않는다.
용어 " 투명성"은 본 발명의 물품이 3.2 ㎜ 두께, 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위의 파장에서 30% 이상의 투과도(transmission)를 갖는 것을 의미하고, 여기서 "두께"는 렌즈와 같은 물품의 두께를 지칭한다.
용어 "치수적으로 안정한"은 본 발명의 물품이, J-STD-020-C(2004)에 의해 정의된 어떠한 크랙(팝코닝 이펙트, popcorning effect)도 나타내지 않는 표면 외관을 나타내는 것을 의미한다.
렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지된다. 렌즈는 후술하는 바와 같이 폴리이미드를 포함하는 폴리머를 포함한다. 렌즈는 후술하는 바와 같이 폴리이미드 또는 조합 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
렌즈는 (a) 120 시간 동안 85℃/85% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 260 ℃에서 30 초 동안 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정할 수 있다.
렌즈는 2 ㎜ 두께에서 40% 이상의 투명성을 가질 수 있다.
폴리이미드는 (A) (ⅰ) 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐술폰, 또는 (ⅱ) 옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물, 및 전술한 이무수물들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물, 및 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린, 및 전술한 디아민들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 디아민을 포함하는 이무수물/디아민 페어; (B) 클로로 치환된 프탈산 무수물, 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된 디아민, 및 디하이드록시 페놀 염; 또는 (C) (A) 및 (B)의 조합;으로부터 유도된 구조 단위를 포함한다.
폴리이미드는 (A)(ⅰ) 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐술폰, 또는 (ⅱ) 옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물, 및 전술한 이무수물들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물, 및 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린, 및 전술한 디아민들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 디아민을 포함하는 이무수물/디아민 페어; (B) 클로로 치환된 프탈산 무수물, 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된 디아민, 및 디하이드록시 페놀 염; 또는 (C) (A) 및 (B)의 조합;으로부터 유도된 구조 단위로 이루어질 수 있다.
옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐술폰으로부터 유도된 구조 단위는 하기 화학식을 가지며,
Figure 112013053694342-pct00001
여기서 Ar1 및 Ar2는 페닐기이다.
옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물 및 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린으로 이루어진 군으로부터 선택된 디아민으로부터 유도된 구조 단위는 하기 화학식을 가지며,
Figure 112013053694342-pct00002
R1은 옥시(oxy)기이거나 또는 하기의 구조 중 하나를 가질 수 있고
Figure 112013053694342-pct00003
또는
Figure 112013053694342-pct00004
R2는 하기의 구조 중 하나를 가질 수 있다
Figure 112013053694342-pct00005
클로로 치환된 프탈산 무수물, 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된 디아민, 및 디하이드록시 페놀 염으로부터 유도된 구조 단위는 하기 화학식을 가지며,
Figure 112013053694342-pct00006
여기서 R2는 전술한 바와 같이 정의되고 R4는 디하이드록시 페놀로부터 유도된다. 적합한 디하이드록시 페놀은 하기 화학식을 갖는 것들을 포함하며,
Figure 112013053694342-pct00007
여기서 A2는 하기와 같은, 2가의(divalent) 방향족 탄화수소 라디칼이며,
Figure 112013053694342-pct00008
Figure 112013053694342-pct00009
및
Figure 112013053694342-pct00010
여기서 Q는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수임), 및 퍼플루오로알킬렌기를 포함한 이들의 할로겐화된 유도체를 포함하는 2가 모이어티를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
렌즈는 비-디라미네이트된(non-delaminated) 블렌드를 형성하는 2종의 폴리이미드 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 용어 "비-디라미네이트된"은 조성물 또는 상기 조성물로부터 유도된 물품의 특성을 지칭하는데, 이는 물품 또는 조성물에 플레이킹(flaking) 또는 어니언 스킨 효과(onion skin effect)로 보이는 표면층의 시각적으로 관찰되는 분리가 나타나지 않는 것이다. 비-디라미네이트된 물품은 또한 "본질적으로 디라미네이션(delamination)이 없는"으로서 본 명세서에서 지칭될 수 있다.
제 1 폴리이미드는 50 내지 99 중량%의 함량으로 존재할 수 있고; 제 2 폴리이미드는 1 내지 50 중량%의 함량으로 존재할 수 있으며; 상기 열가소성 조성물은 충전제, 강화제, 첨가제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 성분의 0 내지 70 중량%를 더 포함할 수 있고; 상기 제 1 폴리이미드, 제 2 폴리이미드, 및 성분은 총 100 중량%로 존재하며, 단 이러한 경우 상기 조성물로부터 제조된 렌즈는 0.2 ㎜ 이상 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되어야 한다.
렌즈가 2종의 폴리이미드를 포함하는 경우, 제 1 폴리이미드 폴리머는 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐 술폰으로부터 유도된 구조 단위를 포함할 수 있고; 제 2 폴리이미드 폴리머는 (ⅰ) 3,3 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰, (ⅱ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 메타페닐렌 디아민, (ⅲ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 파라-페닐렌디아민, (ⅳ) 4,4 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰, 및 (ⅴ) (ⅰ) 내지 (ⅳ)의 이무수물/디아민 페어들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물/디아민 페어로부터 유도된 구조 단위를 포함할 수 있다.
선택적으로, 렌즈는 2종의 폴리이미드를 포함하고, 제 1 폴리이미드 폴리머는 3,3 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰으로부터 유도된 구조 단위를 포함할 수 있고; 제 2 폴리이미드 폴리머는 (ⅰ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 메타페닐렌 디아민, (ⅱ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 파라-페닐렌디아민, (ⅲ) 4,4 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐술폰, 및 (ⅳ) (ⅰ) 내지 (ⅲ)의 이무수물/디아민 페어들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물/디아민 페어로부터 유도된 구조 단위를 포함할 수 있다.
렌즈는 폴리이미드가 아닌 폴리머를 더 포함할 수 있다는 것 또한 고려된다. 비-폴리이미드 폴리머는 폴리에스테르, 폴리에스테르카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리벤즈이미디졸, 폴리케톤, 및 전술한 폴리머들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 단 이러한 경우 폴리머의 블렌드로부터 제조된 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며 (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되어야 한다. 일 구현예에 있어서, 상기 조성물은 폴리케톤을 포함하고, 폴리케톤은 조성물 중량 기준, 20 중량% 미만의 함량으로 존재한다.
폴리머 또는 폴리머 블렌드는 (ASTM E 831-06에 의할 때) 5 ℃/분의 열 램프 속도(thermal ramp rate)를 갖는 열 기계 분석(thermal mechanical analysis)으로 측정 시 30 ℃ 내지 200 ℃ 에서 100 ppm/℃ 이하의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion)를 가질 수 있다.
폴리머 또는 폴리머 블렌드는 150 ℃ 이상의 연속 사용 온도를 가질 수 있다.
또한 본 명세서에 개시된 것은 폴리머를 포함하는 오목 렌즈를 포함하는 물품으로서, 상기 렌즈는 0.1 ㎜ 내지 10 ㎜의 폭, 0.1 ㎜ 내지 50 ㎜의 길이, 및 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 가지며; 렌즈는 850 ㎚ 내지 1550 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시키고, 상기 폴리머는:
(A) (ⅰ) 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐술폰,
(ⅱ) 옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물, 및 전술한 이무수물들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물, 및 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린, 및 전술한 디아민들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 디아민을 포함하는 이무수물/디아민 페어;
(B) 클로로 치환된 프탈산 무수물, 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌디아민, 디아미노디페닐 술폰, 옥시디아닐린 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 디아민; 및 디하이드록시 페놀 염; 또는
(C) (A) 및 (B)의 조합;으로부터 유도된 구조 단위를 포함하는 폴리이미드를 포함하고; 및 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며 (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되는 물품이다.
다음의 실시예는 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 추가적인 안내를 제공하기 위해 포함된다. 제공되는 실시예는 단지 대표하는 것이며, 임의의 방법으로, 첨부된 청구항을 한정함으로써, 본 발명을 제한하기 위한 의도는 아니다.
실시예
실시예 1 내지 44
실시예 1 내지 44의 목적은 후술할 국제반도체표준협의기구/합동 전자 장치 엔지니어링 협의회(Joint Electronic Device Engineering Council, JEDEC) 표준 테스트 프로토콜에 의하여, 여러가지 폴리이미드 물질의 표면 실장(surface mount) 능력을 결정하기 위한 것이다.
실시예 1 내지 44에 사용된 물질은 하기 표 1에서 보여진다.
모노머 공급처
폴리이미드 1 비스페놀 A 이무수물 및
m-페닐렌 디아민		 SABIC INNOVATIVE
PLASTICS*
폴리이미드 2 3-클로로프탈산 무수물,
비스페놀 A 및 디아미노디페닐 술폰		 SABIC INNOVATIVE PLASTICS*
폴리이미드 3 옥시디프탈산 무수물 및
디아미노디페틸 술폰		 SABIC INNOVATIVE PLASTICS*
폴리이미드 4 4,4-비스페놀 A 이무수물 및
디아미노디페닐 술폰		 SABIC INNOVATIVE PLASTICS*
Lexan SLX 이소프탈레이트 테레프탈산 및
레조르시놀 코폴리머		 SABIC INNOVATIVE PLASTICS*
PEEK Victrex PEEK 150G 로서
Victrex로부터 상업적으로 입수가능한
폴리에테르에테르 케톤		 VICTREX**
PPSU RADEL R SOLVAY***
* 상표명 ULTEM 및 EXTEM으로 SABIC Innovatice Plastic에 의해 시판됨.
** 일반명 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 VICTREX에 의해 시판됨.
*** 상표명 RADEL-R로 SOLVAY LLC에 의해 시판됨.
렌즈 제조 방법
각각의 조성물을 사출 성형하여 렌즈 형태의 샘플을 제조하였다. 0.1 ㎜ 내지 3.2 ㎜로 두께를 달리하여 상기 렌즈를 성형하였다.
시험 프로토콜
"비-밀폐형 고체 상태 표면 실장 장치를 위한 수분/리플로우 민감도 분류(Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Non-hermetic Solid State Surface Mount Devices)"라는 제목의 IPC/JEDEC J-STD-202C에 따라서, 렌즈에 무연 솔더 테스트 온도 프로파일을 실시하였다.
0.1 ㎜ 내지 3.2 ㎜ 범위에서 상이한 두께를 갖는 렌즈 형태로 몰딩된 샘플을 하기 표에서 보여지는 특정 숫자의 시간 동안 60 ℃/60RH(상대 습도)의 습도 챔버에 두었다. 그 다음 이러한 샘플을 오븐 챔버 상에 장착하고, IPC/JEDEC J-STD-202C 열적 프로파일에 따라서 무연 솔더 표면 실장 기술(surface mount technology, SMT) 공정을 시뮬레이션하였다.
분광광도계(spectrophotometer)를 사용하여 다양한 파장에서 투과도를 측정하였다. 850, 1310, 및 1500 ㎚에서 투과도를 각각 측정하였다. 상기 렌즈가 0.1 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 (왜곡 없이) 유지되는 경우, 샘플이 JEDEC 표준 프로토콜을 통과하는 것으로 생각하였다.
실시예 1 내지 12
실시예 1 내지 12에 대하여, 상기 표 1에 설명된 폴리이미드 2를 사용하여 렌즈를 제조하였다. 전술한 바와 같이 렌즈의 치수 안정성을 테스트하였다. 결과는 또한 표 2 내지 3에 보여진다.
실시예 번호 1 2 3 4 5 6
샘플 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2
무연
솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 0.4 0.8 1.2 1.6 2 3.2
조건
(RH/온도)*		 건조 건조 건조 건조 건조
 건조
최고 온도 260 260 260 260 260 260
무연 솔더 리플로우 테스트 결과 통과 통과 통과 통과 통과 통과
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 >72 >72 >72 69 68 50
1310 ㎚에서
투과도, %		 >85 >85 >85 83 82 77
1550 ㎚에서
투과도, %		 >85 >85 >85 83 82 77
* 조절 온도는 150 ℃였다.
실시예 번호 7 8 9 10 11 12
샘플 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2		 폴리
이미드 2
무연
솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 0.4 0.8 1.2 0.4 0.8 1.2
조건
(RH/온도)		 60/60 60/60 60/60 85/85 85/85 85/85
최고 온도 260 260 260 260 260 260
무연 솔더 리플로우 테스트 결과 통과 통과 통과 통과 통과 통과
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 >72 >72 >72 >72 >72 >72
1310 ㎚에서
투과도, %		 >85 >85 >85 >85 >85 >85
1550 ㎚에서
투과도, %		 >85 >85 >85 >85 >85 >85
실시예 1 내지 12에 대한 논의
결과는 렌즈가 JEDEC 프로토콜을 통과하는 것으로 나타났으며, 즉 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하였고, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되었다.
실시예 13 내지 18
실시예 13 내지 18에 대하여, 상기 표 1에 설명된 폴리이미드 3을 사용하여 렌즈를 제조하였다. 렌즈에 대해 전술한 바와 같이 치수 안정성을 테스트하였다. 결과는 하기 표 4에 보여진다.
실시예 번호 13 14 15 16 17 18
샘플 폴리
이미드 3		 폴리
이미드 3		 폴리
이미드 3		 폴리
이미드 3		 폴리
이미드 3		 폴리
이미드 3
무연
솔더
리플로우
테스트 		두께 (㎜) 1.6 2 3.2 1.6 2 3.2
조건
(RH/온도)		 건조* 건조* 건조* 60/60 60/60 60/60
최고 온도 260 260 260 260 260 260
무연 솔더 리플로우
테스트 결과		 통과 통과 통과 통과 통과 통과
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 >70 65 60 >70 65 60
1310 ㎚에서
투과도, %		 >82 81 81 >82 81 81
1550 ㎚에서
투과도, %		 >82 81 81 >82 81 81
* 조절 온도는 150 ℃였다.
실시예 13 내지 18에 대한 논의
결과는 렌즈가 JEDEC 프로토콜을 통과하는 것으로 나타났으며, 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하였고, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되었다.
실시예 19 내지 24
실시예 19 내지 24에 대하여, 하기 표 5에 설명된 조성에 따라서 렌즈를 제조하였다. 렌즈에 대해 전술한 바와 같이 치수 안정성을 테스트하였다. 결과 또한 하기 표 5에 보여진다.
실시예 번호 19 20 21 22 23 24
샘플 폴리
이미드 3/
폴리
이미드 4
60/40 wt%		 폴리
이미드 3/
폴리
이미드 4
60/40 wt%		 폴리
이미드 3/
폴리
이미드 4
60/40 wt%		 폴리
이미드 3/
폴리
이미드 4
60/40 wt%		 폴리
이미드 3/
폴리
이미드 2
60/40 wt%		 폴리
이미드 3/
폴리
이미드 2
60/40 wt%
무연
솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 1.6 3.2 1.6 3.2 1.6 3.2
조건
(RH/온도)		 건조* 건조* 60/60 60/60 60/60 60/60
최고 온도 260 260 260 260 260 260
무연 솔더 리플로우
테스트 결과		 통과 통과 통과 통과 통과 통과
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 76 66 76 66 66 55
1310 ㎚에서
투과도, %		 85 84 85 84 82 79
1550 ㎚에서
투과도, %		 84 82 84 82 82 79
* 조절 온도는 150 ℃였다.
실시예 19 내지 24에 대한 논의
결과는 렌즈가 JEDEC 프로토콜을 통과하는 것으로 나타났으며, 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하였고, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되었다.
실시예 25 내지 33
실시예 25 내지 33에 대하여, PEEK 및 폴리이미드 2의 블렌드를 사용하여 렌즈를 제조하였다. 조성물 총 중량 기준, PEEK는 30 중량%의 함량으로 존재하였고, 폴리이미드 2는 70 중량%의 함량으로 존재하였다. 렌즈에 대해 전술한 바와 같이 치수 안정성을 테스트하였다. 결과는 하기 표 6 및 표 7에 보여진다.
실시예 번호 25 26 27
샘플 폴리이미드 2/PEEK 폴리이미드 2/PEEK 폴리이미드 2/PEEK
무연 솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 1.2 2 3.2
조건
(RH/온도)		 건조* 건조* 건조*
최고 온도 260 260 260
무연 솔더 리플로우
테스트 결과		 실패 실패 실패
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 <5 <5 <5
1310 ㎚에서
투과도, %		 <5 <5 <5
1550 ㎚에서
투과도, %		 <5 <5 <5
* 조절 온도는 150 ℃였다.
실시예 번호 28 29 30 31 32 33
샘플 폴리
이미드2/PEEK		 폴리
이미드2/PEEK		 폴리
이미드2/PEEK		 폴리
이미드2/
PEEK		 폴리
이미드2/PEEK		 폴리
이미드2/PEEK
무연 솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 1.2 2 3.2 1.2 2 3.2
조건
(RH/온도)		 60/60 60/60 60/60 85/85 85/85 85/85
최고 온도 260 260 260 260 260 260
무연 솔더
리플로우
테스트 결과		 실패 실패 실패 실패 실패 실패
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 <5 <5 <5 <5 <5 <5
1310 ㎚에서
투과도, %		 <5 <5 <5 <5 <5 <5
1550 ㎚에서
투과도, %		 <5 <5 <5 <5 <5 <5
실시예 25 내지 33에 대한 논의
결과는 폴리이미드 2 및 PEEK 블렌드를 포함하는 렌즈는 JEDEC 프로토콜을 통과하지 않는 것으로 나타났다. 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 초기에 투명하지 않았으며 치수적으로 안정하지 않았다. (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후 투과도는 감소하였다. 렌즈가 투명하지 않았다는 사실은, 빛이 렌즈를 통과하여 투과할 수 없었다는 것이며, 이에 의한 렌즈는 광학 커넥터 응용에 소용이 없다.
실시예 34 내지 37
실시예 34 내지 37에 대하여, 상기 표 1에 설명된 폴리이미드 1로 렌즈를 제조하였다. 렌즈에 대해 전술한 바와 같이 치수 안정성을 테스트하였다. 결과는 하기 표 8에 보여진다.
실시예 번호 34 35 36 37
샘플 폴리이미드
1		 폴리이미드
1		 폴리이미드
1		 폴리이미드
1
무연 솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 1.6 3.2 1.6 3.2
조건 (RH/온도) 건조* 건조* 60/60 60/60
최고 온도 260 260 260 260
무연 솔더 리플로우
테스트 결과		 실패 실패 실패 실패
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 86 67 86 67
1310 ㎚에서
투과도, %		 88 87 88 87
1550 ㎚에서
투과도, %		 87 85 87 85
* 조절 온도는 150 ℃였다.
실시예 34 내지 37에 대한 논의
설명할 수 없는 일이지만, 폴리이미드 1을 포함하는 조성물은 유용한 특성을 갖는 조성물의 결과를 나타내지 않았다. 결과는 더욱 특히, 폴리이미드 1로 제조한 렌즈가 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하지도 치수적으로 안정하지도 않았고, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하게 및 치수적으로 안정하게 유지되지도 않는 것으로 나타났다.
실시예 38 내지 41
실시예 38 내지 41에 대하여, 폴리이미드 1과 PPSU 및 폴리이미드 2와 Lexan SLX의 폴리머 블렌드를 사용하여 렌즈를 제조하였다. 조성물 총 중량 기준, 폴리이미드 1은 60 중량%의 함량으로 존재하였고, PPSU는 40 중량%의 함량으로 존재하였다. 조성물 총 중량 기준, 폴리이미드 2는 80 중량%의 함량으로 존재하였고, Lexan SLX는 20 중량%의 함량으로 존재하였다. 렌즈에 대해 전술한 바와 같이 치수 안정성을 테스트하였다. 결과는 또한 하기 표 9에 보여진다.
실시예 번호 38 39 40 41
샘플 폴리이미드 1/PPSU 폴리이미드 1/PPSU 폴리이미드 2/Lexan SLX 폴리이미드 2/Lexan SLX
무연 솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 1.6 3.2 1.6 3.2
조건 (RH/온도) 60/60 60/60 60/60 60/60
최고 온도 260 260 260 260
무연 솔더 리플로우
테스트 결과		 실패 실패 실패 실패
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 84 76 72 55
1310 ㎚에서
투과도, %		 87 84 84 80
1550 ㎚에서
투과도, %		 86 83 84 79
실시예 38 내지 41에 대한 논의
결과는 폴리이미드 1과 PPSU 및 폴리이미드 2와 Lexan SLX의 폴리머 블렌드를 포함하는 렌즈는 JEDEC 프로토콜을 통과하지 않는 것으로 나타났다. 비록 이러한 실시예의 렌즈는 투명했음에도 불구하고, 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 치수적으로 안정하지 않았고, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후 투명하게 및 치수적으로 안정하게 유지되지도 않았다.
실시예 42 내지 44
실시예 42 내지 44에 대하여, PEEK 및 폴리이미드 2의 블렌드를 사용하여 렌즈를 제조하였다. 조성물 총 중량 기준, PEEK는 20 중량%의 함량으로 존재하였고, 폴리이미드 2는 80 중량%의 함량으로 존재하였다. 렌즈에 대해 전술한 바와 같이 치수 안정성을 테스트하였다. 결과는 또한 하기 표 10에 보여진다.
실시예 42 43 44
샘플 폴리이미드 2/PEEK 폴리이미드 2/PEEK 폴리이미드 2/PEEK
무연 솔더
리플로우
테스트		 두께 (㎜) 0.4 8 1.2
조건 (RH/온도) 60/60 60/60 60/60
최고 온도 260 260 260
무연 솔더 리플로우
테스트 결과		 실패 실패 실패
투과도
테스트		 850 ㎚에서
투과도, %		 <10 <5 <10
1310 ㎚에서
투과도, %		 <10 <5 <10
1550 ㎚에서
투과도, %		 <10 <10 <10
실시예 42 내지 44에 대한 논의
결과는 실시예 42 내지 44의 조성물로부터 제조된 렌즈는 JEDEC 프로토콜을 통과하지 않는 것으로 나타났다. 조성물은 (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후 투명하게 및 치수적으로 안정하게 유지되지 않았다. 실시예 42 내지 44는 또한 렌즈가 JEDEC 프로토콜을 통과하도록 약간의 폴리케톤이 존재할 수 있음을 암시한다. 이와 같이, 일부 구현예에 있어서, 렌즈는 폴리케톤을 20 중량% 미만으로 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 여러 구현예를 참조하여 설명되며, 다양한 변화가 이루어질 수 있고 균등물이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이에 관한 요소를 치환할 수 있음이 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 이해될 것이다. 부가적으로, 이에 관한 본질적인 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 교시로 특정 상황 또는 재료를 맞추기 위해 많은 변형이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 베스트 모드로서 개시된 특정 구현예에 한정되지는 않으며 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 드는 모든 구현예를 포함할 것이다.

Claims (21)

  1. 0.1 ㎜ 내지 100 ㎜의 폭, 0.5 ㎜ 내지 500 ㎜의 길이, 및 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는 렌즈를 포함하는 물품으로서,
    상기 렌즈는 600 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시키고,
    상기 렌즈는 폴리머를 포함하며,
    상기 폴리머는 하기 (A), (B) 또는 (C)로부터 유도된 구조 단위를 포함하는 폴리이미드를 포함하고,
    상기 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로(dimensionally) 안정하며, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더(lead free solder) 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되는 물품:
    (A) 이무수물/디아민 페어(pair)로서, 상기 페어는 하기 (i) 또는 (ii)를 포함하는 이무수물/디아민 페어:
    (ⅰ) 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐 술폰; 또는
    (ⅱ) 옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 전술한 이무수물들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰;
    (B) 클로로 치환된 프탈산 무수물, 디아미노디페닐 술폰 및 디하이드록시 페놀 염; 또는
    (C) 상기 (A) 및 (B)의 조합.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 제 1 폴리이미드 폴리머이고, 상기 렌즈는 제 2 폴리이미드 폴리머를 더 포함하고, 이들에 의해 폴리머 블렌드를 형성하고, 상기 폴리머 블렌드는 비-디라미네이트된(non-delaminated) 폴리머 혼화성의 폴리머 블렌드인 물품.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 폴리이미드 폴리머는 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐 술폰으로부터 유도된 구조 단위를 포함하고; 상기 제 2 폴리이미드 폴리머는, (ⅰ) 3,3 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰, (ⅱ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 메타페닐렌 디아민, (ⅲ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 파라-페닐렌디아민, (ⅳ) 4,4, 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰, 및 (ⅴ) 전술한 이무수물/디아민 페어들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물/디아민 페어로부터 유도된 구조 단위를 포함하는 물품.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 폴리이미드 폴리머는 3,3 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰으로부터 유도된 구조 단위를 포함하고; 상기 제 2 폴리이미드 폴리머는, (ⅰ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 메타페닐렌 디아민, (ⅱ) 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 파라-페닐렌디아민, (ⅲ) 4,4, 비스페놀 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰, 및 (ⅳ) 전술한 이무수물/디아민 페어들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물/디아민 페어로부터 유도된 구조 단위를 포함하는 물품.
  5. 제 1 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈은 폴리이미드가 아닌 1종 이상의 폴리머를 더 포함하는 물품.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 1종 이상의 폴리머는 폴리에스테르, 폴리에스테르카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리벤즈이미디졸, 폴리케톤, 및 전술한 폴리머들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물품.
  7. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 블렌드는 150 ℃ 이상의 연속 사용 온도를 갖는 물품.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 트랜스리시버의 부품인 물품.
  9. 오목 렌즈를 포함하는 물품으로서,
    상기 렌즈는 0.1 ㎜ 내지 100 ㎜의 폭, 0.5 ㎜ 내지 500 ㎜의 길이, 및 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 가지며;
    상기 렌즈는 850 ㎚ 내지 1550 ㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시키고, 상기 렌즈는 폴리머를 포함하며, 상기 폴리머는 하기 (A), (B) 또는 (C)로부터 유도된 구조 단위를 포함하는 폴리이미드를 포함하고:
    상기 렌즈는 0.2 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 벽 두께에서 투명하고 치수적으로 안정하며, (a) 120 시간 동안 60℃/60% 상대 습도의 선행조건에 노출되고 (b) 그 다음 최대 30 초 동안 260 ℃의 최고 온도를 갖는 무연 솔더 테스트를 받은 후에도 투명하고 치수적으로 안정하게 유지되는 물품:
    (A) 이무수물/디아민 페어로서, 상기 페어는 하기 (i) 또는 (ii)를 포함하는 이무수물/디아민 페어:
    (ⅰ) 옥시디프탈산 무수물 및 디아미노디페닐 술폰; 또는
    (ⅱ) 옥시디프탈산 무수물, 3,3, 비스페놀 A 이무수물, 4,4, 비스페놀 A 이무수물 및 전술한 이무수물들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이무수물 및 디아미노디페닐 술폰;
    (B) 클로로 치환된 프탈산 무수물, 디아미노디페닐 술폰 및 디하이드록시 페놀 염; 또는
    (C) (A) 및 (B)의 조합;
  10. 제 9항에 있어서,
    광학 트랜스시버의 부품인 물품.
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