KR19980703037A - 캡슐을 밀봉하기 위한 적층물 - Google Patents

Abstract

밀봉 및 차폐의 목적으로, 금속시트(23, 27; 23', 27') 또는 금속판에 접합되는 이오노머 플라스틱의 층(25, 29; 25', 29')을 포함하는 적층물(22, 22')이 사용된다. 접합은 플라스틱층과 금속층 사이에 어떠한 접착제의 추가없이, 가열된 상태에서 잘 세척된 표면에 플라스틱층을 프레싱함으로써 이루어진다. 금속은 공기중에 저장될 때 표면이 산화되는 종류의 것이어야 한다. 한 금속층은 훌륭한 전기적 차폐를 제공하고(27;27') 그리고 최외측 금속층(23;23')은 훌륭한 기계적 강도를 제공하는 다층 적층물이 사용된다. 적층물의 내측에 있는 플라스틱층은 금속으로 만들어진 전기적 접속단자의 가장자리에 동일한 방식으로 직접 접합된다.

Description

캡슐을 밀봉하기 위한 적층물

상이한 환경에서 사용되게 되는 기계적인 및 전기적 장비는 그의 기능이 손상되거나 또는 중단되는 것을 방지하기 위하여 보호되어야만 한다.

대부분의 경우에 있어서, 플라스틱형태의 포장물이 사용된다. 보다 많은 요구 때문에, 예컨대, 여러개의 플라스틱재료로 구성되거나 또는 금속시트와 같은 다른 재료로 구성된 적층물이 기정 분야에 사용된다. 플라스틱과 금속의 적층물은 수증기의 확산에 대한 비침투성과 전기적 차폐의 장점이 있다. 금속층과 특히 금속층의 두께에 따라, 탄력성이 있는 적층물과 빳빳한 적층물이 만들어질 수 있다. 빳빳한 적층물은 또한 특정 재료합성물에 대해 디프드로우잉될 수 있어서, 밀봉과 포장을 위한 단순한 박스와 리드(lid)의 제조방법을 제공한다.

플라스틱/금속적층물의 제조는 다음 두 방법중 하나로 수행된다;

1. 결합되게 될 표면중 하나에 점착성 경점성을 가지는 폴리우레탄 아교가 코팅되고, 이후에 표면은 가열되면서 압착된다. 아교는 크고, 공간을 소비하는 건조기에서 아교를 건조시킴으로써 제거되어야만 하는 솔벤트를 포함한다. 게다가, 아교의 후경화는 경화동안 수분이 아교내로 확산될 수 있도록 여러달동안 적층물을 저장함으로써 이루어져야만 한다. 아교결합은 나쁜 내습성을 가진다.

2. 플라스틱의 층이 금속시트 경로상에 박층의 형태로 압출성형된다. 넓은 슬릿노즐이 사용되어야 한다는 강한 요구가 있다. 게다가, 상업적으로 사용되는 압출기와 이들의 나사는 커서, 상이한 재료의 압출성형을 위한 재조정이 어렵고, 정황적이 되고, 또한 이를 수행하기에 많은 시간이 소비된다. 이는 정교한 전자회로를 위한 상이한 유형의 캡슐을 만드는 것과 같이, 탄력적인 제조방법이 필요할 때, 소규모로 연속적으로 사용되는 적층재료를 제조하는데 적합하지 않다.

또한, 금속층에 대한 접합층(bonding)이 이오노머(ionomer) 플라스틱의 층으로 제공되고, 접합층은 또한 적층물의 전체 플라스틱성분이 될 수 있는, 플라스틱/금속적층물이 제조될 수 있다.

본 발명은 정밀한 전자장비의 보호에 관련되는 것으로서, 특히 그러한 장비용 캡슐에 적합한 적층물과 그러한 적층물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 적층물이 하부플레이트로 사용된, 인쇄회로기판을 위한 인캡슐레이션의 분해 사시도.

도 2a 및 2b는 인캡슐레이션 및/또는 차폐를 위해 사용되는 두 개의 접합적층물의 모서리영역의 단면도.

도 3a 및 3b는 도 2a의 적층물의 제조절차를 설명하는 도면.

본 발명의 목적은 기정분야에 관련되는, 상기에서 언급된 문제점들을 해결하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 전기 및 전자부품을 전기적으로 차폐하고 그리고 기계적으로 보호하기에 적합한 적층물을 제공하는 것이다.

다른 목적은 소규모로, 저가로 제조될 수 있는 전기부품을 보호하기 위한 적층물을 제공하는 것이다.

다른 목적은 소규모로 사용되는 전기부품을 위해 적당한 비용으로 사용될 수 있는, 그러한 적층물을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

다른 목적은 안전하게 정교한 전기부품을 보호하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

밀봉과 차폐를 위해, 금속시트 및/또는 플레이트에 접합되는 이오노머 플라스틱의 층을 포함하는 적층물이 사용된다. 따라서, 플라스틱층과 금속표면 사이에 어떠한 접착제를 부가함이 없이 접합이 이루어지고 또한 잘 청소된 금속표면에 플라스틱층을 열과 함께 압착함으로써 접합이 이루어진다. 사용된 금속은 공기중에 저장될 때 표면이 산화되는 그러한 것일 수 있다. 따라서, 다층 적층물이 제공되는데, 한 금속층은 훌륭한 전기적 차폐를 제공하고 그리고 최외각 금속층은 훌륭한 기계적 강도 및/또는 부식에 대한 화학적 내성을 제공한다. 적층물의 내측에 있는 플라스틱층은 금속으로 만들어진 전기커넥터의 가장자리에 직접 접합된다.

일반적으로, 대상물을 확산없이(diffusion tight) 저장하기 위한 적층물은 금속층과 중합체층, 특히 공기중에서 표면이 산화되는 제1금속층, 및 이오노머 플라스틱재료의 제2층을 포함한다. 이들 층들은 압축동안 가열에 의해 서로 접합되게 된다. 압축동안의 온도는, 이오노머 플라스틱층의 재료가 반용해되거나 또는 매우 점성이 있게 되도록 되어야 한다. 가열 압축후, 고온의 열처리가 시행되는 것이 유리한데, 여기에서 이오노모 플라스틱층은 압축동안 보다 훨씬 더 이동성이 있게 되어, 금속층과 중합체층 사이의 접착성을 상당히 증가시키게 된다. 제2층은 열가소성수지, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로펜층의 표면재료층일 수 있는데, 표면층은 열가소성수지층의 적절한 처리에 의해 만들어진다.

적층물은 또한 공기중에서 표면이 산화되는 제3금속층을 가진다. 이 제3층은 열가소성수지층의 다른 측면에 있는 표면재료층 또는 제2층일 수 있는 이오노머 플라스틱재료의 층에 직접 접합된다.

게다가, 이오노머 플라스틱재료의 제4층이 제공될 수 있어서, 이 제4층은 제3층에 접합이 되어, 제4층은 적층물의 내측층이 되거나 또는 열가소성수지의 기초층상의 표면재료층이 된다.

적층물은 전자부품의 밀봉과 포장을 위한 것으로서, 특히 그 위에 착설된 전자부품을 가지는 전기회로보드를 위한 것이고 그리고 제1층, 외측 금속층은 Ni 또는 강판의 호일 또는 시트층과 같이, 기계적으로 강하고 및/또는 부식내성 금속재료이다. 제3층은 훌륭한 전기적 전도성을 가지는 금속층, 특히 Al 또는 Cu이다. 또한, 금속재료층은 예컨대 딱딱한 캡슐이 형성될 수 있도록 디프드로우잉(deep-drawing)에 적합한 종류의 것이 유리하다.

상이한 층들은 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있어서, 예컨대 상이한 층들은 약 50㎛의 두께를 가질 수 있다.

그러한 적층물 사이에 특별히 훌륭한 전기적 차폐의 접합이 필요하면, 접합은 여기에서 참고문헌으로 사용되는 국제특허출원 PCT/SE94/00255호에 기술된 방법에 의해 단락회로가 될 수 있다.

본 발명은 첨부도면을 참조를 참조하여 비제한적인 실시예로 보다 상세히 설명된다.

가열되면 많은 금속표면에 대해 훌륭한 접착력을 가지는 재료는 회사 E.I. Du Pont de Nemours and Company로부터 상업적으로 입수할 수 있는 상품명 Surlyn, 예컨대 타입 1652 및 회사 Exxon Chemical America로부터 상업적으로 입수할 수 있는 Iotek등의 플라스틱재료와 같은 열가소성 이오노머이다. 이들 열가소성 재료들은 카르복시 측기(carboxylic side groups)-COO^-를 가지는 탄소사슬을 포함하고 그리고 이들 카르복시기는 아연이온(Zn²⁺) 및/또는 나트륨이온(Na⁺)과 같은 다른 금속이온에 의해 상호연결된다. 금속표면에 대한 결합은 원칙적으로, 적어도 부분적으로 산화되는 금속표면에서 산소원자와 결합한 음전하에 유인되는 금속이온에 의해 발생되는 것으로 이해될 수 있다. 이 매카니즘이 작동되는 것은, 금(Au)의 표면과 같은 비산화 금속표면에 결합이 일어나지 않거나 또는 열악한 결합이 일어난다는 사실로 뒷받침되고 또한 Na⁺와 같은 적은 전하를 가지는 이온들이 Zn²⁺보다 약한 결합력을 제공한다는 사실로 뒷받침된다. 따라서, 아연이온들은 기초로 한 이오노머재료들이 여기서 바람직하지만, 그러나 금속표면에 상기에서 언급된 훌륭한 접착력을 제공한다면 다른 금속이온들을 기초로 한 열가소성이오노머가 사용될 수 있다.

그러므로, 훌륭한 접착성의 이오노머층을 위해, 사용되는 금속표면은 상당히 잘 세척될 필요는 없지만, 그러나 먼지, 기름 및 있을 수 있는 입자 등이 제거될 필요가 있다. 산화층이 금속표면상에 남아있어야만 한다. 금속층 또는 표면에 사용될 수 있는 전형적인 재료들은 니켈, 알루미늄, 강철, 예컨대 디프드로잉 강철형태의 철, 아연도금된 강철과 같은 보호층이 피복된 강철, 알루징크(aluzink), 동 등이다. 금속은 이오노머층이 결합되는 단단한 금속판, 탄력성이 있는 금속시트 또는 금속호일의 형태로 존재할 수 있다.

도 1에, 전자회로기판(11)에 적합한 인캡슐레이션의 분해 사시도가 도시되어 있다. 회로기판(11)은 예컨대 니켈로 만들어진 저부 금속판 또는 금속시트(15)와 금속판에 부착된 이오노머 플라스틱이층(17)으로 구성되는 하부(13)에 부착된다. 이오노머층(17)은 아래에서 설명되게 되는 바와 같이, 열을 가하면서 가압함으로써 금속시트(15)에 부착될 수 있다. 도시되지 않은 외부의 전기적 접속단자는 저부플레이트(13)에 제공될 수 있다. 또한, 회로기판(11)상에 설치된 전자부품을 봉하기 위해 중앙에 위치된 사발형 부분(20)과 상부부분(19)의 전체 주변을 따라 연장하는 플랜지 또는 가장자리 부분(21)을 포함하고 또한 평탄한 저부표면을 가지는 상부 또는 리드(lid)(19)가 있다. 회로기판(11)을 밀봉하고 인캡슐레이션할 때, 상부(19)는 저부(13)상에 위치되어, 상부의 플랜지(21)의 아래표면이 이오노머 플라스틱층(17)의 가장자리 부분과 접촉하게 된다. 그런 다음, 압축력과 열이 전체 가장자리 영역에 가해져, 이에 의해 저부(13)에 대한 리드(19)의 기밀과 기계적인 고정 또는 접합이 이루어진다.

고주파수에서 사용되게 되는 전자부품을 인캡슐레이팅할 때, 인캡슐레이션 내측에 부품의 완전한 전기적 차폐를 이루는 것이 바람직하다. 상기의 방법으로, 완전하지 않은 인캡슐레이션이 이루어져, 그리하지 않다면 완벽하게 차폐되게 되는 회로기판(11)상의 전자부품에 무선파가 내, 외로 누설될 수 있는 작은 영역이 플라스틱재로(17)에 만들어진다. 가장자리 영역의 차폐는 상기에서 언급된 국제특허출원에 기술된 방법으로 이루어질 수 있다. 가장자리 영역에 삽입되어 저부와 상부(13, 19)사이에 밀봉이 이루어지게 되는, 돌출부를 가지는 접촉소자가 사용된다. 이 경우에, 인캡슐레이팅재료에 두 금속층을 배열시키는 것이 유리할 수 있다. 그러한 장치에 적합한 적층물(22, 22')이 두 동일한 적층물의 가장자리 접합의 단면을 보여주는 도 2a에 도시되어 있다. 그러한 적층물(22)의 최외측에는, 니켈과 같은 내부식성 재료의 외층(23)이 있다. 이 층의 내측에는, 이오노머 플라스틱층(25)이 있고 그리고 이 층의 내측에는 다은 금속층(27)이 있다. 금속층(27)은 훌륭한 전기적 전도체이여야 하고, 여기에서는 알루미늄이 선택될 수 있다. 최내측에는, 다른 이오노머 플라스틱(29)의 층이 있다. 적층물의 각 층들은 거의 동일한 두께를 가질 수 있다. 예컨대 50㎛의 두께가 사용될 수 있다.

도 2a에 설명된 적층물은 상기에서 지적된 크기, 도 1에 따른 리드(19)의 제조를 위해 매우 적합하다. 가장자리 영역의 전기적 차폐에 있어서, 동일한 종류의 두 적층물(22, 22')은 자유 이오노머 플라스틱층(29, 29')이 서로 접촉하도록 위치된다. 적층물의 가장자리 영역 사이에는, 나사형태로 된 얇은 금속스트립의 형태인 돌출부를 가지는 세장된 전기적 전도재료가 도 2a의 31에 도시된 바와 같이 위치된다. 가압과 가열을 할 때, 금속스트립(31)의 적층부의 가장자리 영역이 적층물(22, 22')내로 통과하게 되고 그리고 적합한 재료크기와 재료선택을 위해 압축되어 내측 이오노머 플라스틱층(29, 29')과 알루미늄으로 만들어진 내측 금속층(72, 72')을 통과하게 된다. 그리하여 적층물(22, 22')내 내측 금속층(27, 27')을 차폐시키는 전기적 접촉이 만들어진다. 접촉재료(31)는 니켈호일과 같은 높은 기계적 강도를 가지는 재료로 만들어지는 외측 보호재료층(23, 23')을 통과하지 않는다.

도 1에 따른 차폐밀봉을 제조하기 위해 적층물(22, 22')을 사용할 때, 내측 이오노머 플라스틱층(29 또는 29')이 배제될 수 있지만, 그러나 전기적 접속단자가 설치되는 영역내에서는 배제될 수 없는데, 이는 이오노머 플라스틱층이 가열되면서 압착되면 그들의 변부를 따라 적절히 밀봉되기 때문이다. 두 개의 상이한 적층물(22, 22')로 만들어진 인캡슐레이션의 가장자리 영역의 단면도가 도 2b에 도시되어 있다.

도 1, 2a 또는 2b에 따른 적층물은 예컨대 도 3a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 가열압착에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 도 2a의 실시예에 따른 적층물(22)을 제조하기 위해, 적절한 형태로 절단된 상이한 시트(23-29)들은 프레스에서 프레스플레이트(33)의 가열압착면 사이에 위치된다. 다른 대안으로서, 시트 또는 호일들은 도 3b에 도시된 가열된 실린더(35) 사이에서 함께 적층될 수 있다. 압착후, 플라스틱과 금속 사이의 접착력을 한층 더 증가시키기 위하여 고온에서 열처리가 행하여진다.

금속시트에 대한 이오노머 플라스틱층의 접착력을 시험하기 위한 실험에서, 알루미늄시트의 표면층, 타입 1652 Surlyn의 이오노머 플라스틱의 중간시트, 부가적인 알루미늄시트 및 하부의 이오노머 플라스틱층을 포함하는 적층물이 제조되었다. 모든 층들은 50㎛의 두께를 가지고 또한 이들은 도 4에 도시된 프레싱플레이트 사이에서 100°의 온도에서 1·10⁶N/m₂압착력으로 1분 동안 프레스되었다. 그후, 1시간 동안 140°의 온도를 가지는 오븐내에서 압착없이 적층물을 유지시키면서 열처리가 행하여졌다. 냉각후, 만들어진 적층물은 15시간 동안 물속에서 비등(boiling)으로 시험되었다. 박피의 흔적이 발견되지 않았고 그리고 특히, 이오노머 플라스틱과 금속 사이의 경계면에서 물의 침투흔적이 발견되지 않았다. 폴리우레탄 아교를 사용하는 접착접합에 의해 통상적인 방법으로 금속시트에 접합된 폴리에틸렌시트를 상응하게 처리할 때, 물속에서 5분간의 비등후에, 플라스틱과 금속간의 경계면의 명백한 가수분해가 발견될 수 있었다.

또한 적층물을 고온(85°)과 습도분위기(85% 상대습도)에서 유지시키면서 적층물에 대한 실험이 행하여졌다. 1500시간의 저장후에 적층물에서 이오노머 플라스틱의 변화가 발견되지 않은 반면, 통상적으로 제조된 상응하는 적층물에서, 플라스틱과 금속시트 간의 접합영역에서 변화가 발생하였다.

적층물의 프레싱은 가능한 고온에서, 즉 이오노머 플라스틱층 또는 층들이 너무 액상이 되지 않게 반용해될 때 이루어져야 한다. 금속과 이오노머 플라스틱층 사이의 훌륭한 접착성은, 플라스틱재료들의 낮은 점도를 가지고 또한 쉽게 흐를 수 있는 온도에서 이루어져야만 하는 최종 열처리로 상당히 개선될 수 있다. 만일 최종 열처리가 저온, 예컨대 120°에서 행하여진다면, 최대 접착력이 이루어지지 않는 한편, 160°와 같은 고온에서 이루어진다면, 플라스틱층 또는 층들은 우유빛이 되게 되는데, 이는 플라스틱재료의 열적인 분해를 의미한다.

Claims (11)

1. 전자부품, 특히 전자부품이 착설된 전기회로기판의 밀봉과 인캡슐레이션을 위한, 금속층과 중합체층을 포함하는 적층물에 있어서,

   -기계적으로 강한 및/또는 내부식 금속재료의 외측 금속층, 특히 Ni 또는 강판의 시트 또는 호일로 된 층,

   -이오노머 플라스틱형의 표면층을 가지는, 외측 금속층 내측의 플라스틱재료층, 특히 이오노머 플라스틱재료만을 포함하는 층,

   -훌륭한 전기적 전도성을 가지고 또한 외측 금속층의 재료와는 상이한, 플라스틱재료층 내측의 금속재료층, 특히 Al 또는 Cu의 층이 특징인 캡슐을 밀봉하기 위한 적층물.
2. 청구항 1에 있어서, 금속재료의 층은 디프드로우잉에 적합한 종류인 것이 특징인 적층물.
3. 청구항 1에 있어서, 상이한 층들은 동일한 두께를, 특히 50㎛의 두께를 가지는 것이 특징인 적층물.
4. 전자부품, 특히 전자부품이 착설된 전기회로기판의 밀봉과 인캡슐레이션을 위한, 금속층과 중합체층을 포함하는 적층물에 있어서,

   -기계적으로 강한 및/또는 내부식 금속재료의 외측 금속층, 특히 Ni 또는 강판의 시트 또는 호일로 된 층,

   -외측 금속층의 내측에 위치되고 또한 열가소성재료, 특히 이오노머 플라스틱형태의 표면층을 가지는 이오노머 플라스틱재료 또는 열가소성재료로 만들어진 층,

   -열가소성재료층의 내측에 위치되고 또한 외측 금속층의 재료와는 상이하고 또한 훌륭한 전기적 전도성을 가지는 금속재료, 특히 Al 또는 Cu로 만들어지는 층,

   -열가소성 이오노머재료의 최내측 층이 특징인 캡슐을 밀봉하기 위한 적층물.
5. 청구항 4에 있어서, 최내측 층은 열가소성수지의 기초층 위에 있는 표면재료층인 것이 특징인 적층물.
6. 청구항 4에 있어서, 금소재료의 층은 디프드로우잉에 적합한 종류인 것이 특징인 적층물.
7. 청구항 4에 있어서, 상이한 층들은 동일한 두께를, 특히 50㎛의 두께를 가지는 것이 특징인 적층물.
8. 전자부품, 특히 전자부품이 착설된 전기회로기판을 밀봉과 인캡슐레이션하기위한 방법에 있어서, 방법은:

   --기계적으로 강한 및/또는 내부식 금속재료의 외측 금속층, 특히 Ni 또는 강판의 시트 또는 호일의 층,

   --이오노머 플라스틱형태의 표면층, 특히 이오노머 플라스틱재료만을 포함하는, 외측 금속층 내측의 층, 및

   --훌륭한 전기적 전도성을 가지는 금속재료, 특히 Al 또는 Cu의, 플라스틱 재료층 내측의 층을 포함하는

   -제1적층물을 제공하는 단계,

   --기계적으로 강한 및/또는 내부식 금속재료의 외측 금속층, 특히 Ni 또는 강판의 시트 또는 호일의 층,

   --이오노머 플라스틱형태의 표면층, 특히 이오노머 플라스틱재료만을 포함하는, 외측 금속층 내측의 층, 및

   --훌륭한 전기적 전도성을 가지는 금속재료, 특히 Al 또는 Cu의, 플라스틱 재료층 내측의 층,

   --열가소성 이오노머 재료의 최내측 층을 포함하는

   -제2적층물을 제공하는 단계,

   -적층물의 내측영역에서, 적층물중 하나의 상부에 전기적 부품을 위치시키는 단계,

   -적층물의 변부를 따라 밀봉을 제공하여 전기적 부품의 밀봉포장을 제공하기 위하여, 내측면이 서로를 향하도록 각 적층물의 가장자리 영역을 가열하면서 함께 프레싱하는 단계가 특징인 방법.
9. 청구항 8에 있어서, 제1적층물을 제공하는 단계에서, 열가소성 이오노머재료의 최내측 층이 제공되는 것이 특징인 방법.
10. 청구항 8에 있어서, 프레싱단계 전에, 적층물중 적어도 하나가 적절한 형상으로 디프드로우잉되는 것이 특징인 방법.
11. 대상물을 확산이 일어나지 않게 저장하기 위한, 금속층과 중합체층을 포함하는 적층물을 제조하기 위한 방법에 있어서, 다음 단계;

    -제1금속층의 표면을 공기중에서 산화시키는 단계, 및

    -금속층의 표면과 이오노머 플라스틱층의 표면 사이에 직접 접촉시켜 제1층과 이오노머 플라스틱재료의 제2층을 가열하면서 서로에 대해 프레싱시키는 단계를 포함하고,

    -프레싱단계 동안의 온도는 이오노머 플라스틱층의 재료가 반용해 또는 매우 점성이 있게 되도록 되며,

    -상기 프레싱단계 후에, 이오노머 플라스틱층이 프레싱단계 동안 보다는 상당히 더 유동성이 있게 되는 높은 온도에서 열처리를 시행하는 것이 특징인 방법.