KR20050054461A - 막 스위치 애플리케이션에 사용하기 위한 후막 전도체조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 전기 전도성 은 분말; (c) 유기 용매에 용해된 (b) PVDF/HFP 중합체 수지, PVDF/HFP 중합체 수지의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하되, 단 PVDF/HFP 수지는 용융 점도가 0.2 내지 0.7 kPoise이고, DSC 용융 온도가 85 내지 98℃인 후막 전도체 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 개선된 후막 전도체 조성물, 특히 막 터치 스위치 애플리케이션 (membrane touch switch applications)에서 은 이동에 대해 저항성이 있는 개선된 후막 전도체 조성물에 관한 것이다.
중합체 후막 잉크는 휘발성 용매 및 중합체 수지를 함유하는 유기 비히클 또는 매질에 분산된 전도성 물질을 함유한 입자로 구성된다. 스크린-인쇄 후, 조성물은 전형적으로 유기 용매가 건조 제거되는 150℃ 이하의 온도에서 가열함으로써 건조시킨다.
전도성 물질은 후막 물질에 목적하는 수준의 저항률을 부여한다. 이것은 일반적으로 0.02 Ohm/sq/mil 미만으로 제한된다. 전도성 입자는 전형적으로 고 전도성 및 산화에 대한 양호한 저항성을 위해 은 금속으로 구성되며, 플레이크 또는 비-플레이크 형태로 발견될 수 있다.
건조 후, 중합체 수지의 제1 기능은 전도성 입자와 함께 결합하여 전기 전도성 회로 패턴을 형성하는 것이다. 또한, 목적하는 기판에 필요한 접착력을 부여하기 위해 결합제계가 필요하다. 표면 처리될 수 있거나 처리될 수 없는 가요성 기판의 경우, 전형적으로 열가소성 결합제계를 사용한다. 일반적으로, 이것은 폴리에스테르, 아크릴, 비닐 또는 폴리우레탄 중합체로 구성되고, 조합하여 최적의 특성을 얻을 수 있다.
또한, 수지성 성분은 전도체 조성물에 필요한 표면 경도, 환경 변화에 대한 저항성 및 가요성을 제공한다.
역사적으로, 선형 폴리에스테르, 아크릴 또는 비닐 공중합체-기재 수지가 전형적으로 일반 목적용 막 터치 스위치 (MTS) 전도체 페이스트를 위한 중합체 결합제로서 사용되어 왔다. 폴리우레탄 수지와 같은 다른 유형의 수지도 막 터치 스위치 애플리케이션에 사용되어 왔다.
미국 특허 제4,595,605호에는 납땜가능하고 가요성이며 기판과 직접적으로 결합할 수 있는 전도성 조성물이 개시되어 있다. 이러한 조성물은 은 (오로지 플레이크 형태만)과 비닐 클로라이드/비닐 아세테이트 공중합체의 조합물로부터 제조된다.
미국 특허 제4,371,459호에서는 가요성이고, (c) 휘발성 비탄화수소 용매에 용해된 (b) 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드 및 에틸렌계 불포화 디카르복실산의 공중합으로 제조된 다량체 및 선형 방향족 폴리에스테르 수지의 용액에 분산된 (a) 은 및 베이스 금속 분말을 함유하는 전도성 상을 포함하는 막 터치 스위치 조성물에 유용한 스크린 인쇄가능한 전도체 조성물을 교시하고 있다.
토울슨 (Towlson)의 미국 특허 제5,653,918호에는 휘발성 용매에 용해된 (b) 폴리비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드 및 극성 성분의 3량체를 함유하는 중합체 용액에 분산된 (a) Ag, Au, Cu, Ni, Pd, Pt, C 또는 흑연 및 이들의 혼합물을 포함하는 전도성 상을 함유하는 고도의 가요성 및 기계적으로 강한 스크린-인쇄가능한 전도체 조성물을 개시하고 있다.
상기 열거된 특허는 조성물의 목적하는 기판에 대한 접착성 및 내구성을 기재하고 있지만, 열거된 특허 중 어느 것도 터치 스위치의 전체 수명 및 은 이동의 제어가 개선된 것은 없다. 본 발명은 금속 전도체 이동을 감소시킴으로써 MTS 수명을 증가시킨 우수한 후막 전도성 조성물을 제공한다.
본 발명은 (a) 전기 전도성 은 분말; (c) 유기 용매에 용해된 (b) PVDF/HFP 중합체 수지, PVDF/HFP 중합체 수지의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하되, 단 PVDF/HFP 수지는 용융 점도가 0.2 내지 0.7 kPoise이고, DSC 용융 온도가 85 내지 98℃인 후막 전도체 조성물에 관한 것이다.
또한 본 발명은 (a) 상기 기재된 조성물을 제조하고;
(b) 상기 (a)의 조성물을 기판에 도포하고;
(c) 상기 (b)의 조성물을 건조하여 회로를 형성하고;
(d) 상기 (c)의 회로를 가로질러 전압을 가하는 것을 포함하는 막 터치 스위치의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 본 명세서에 기재된 조성물을 사용한 막 터치 스위치 및 본 명세서에 기재된 방법에 의해 제조된 막 터치 스위치에 관한 것이다.
일반적으로, 후막 조성물은 상기 조성물에 적절한 전기 관능성을 부여하는 관능성 상을 포함한다. 관능성 상은, 관능성 상을 위한 담체로서 작용하는 유기 매질에 분산된 전기 관능성 분말을 포함한다. 일반적으로, 유기물을 태워 없애고 전기 관능성을 부여하기 위해 조성물을 발화시킨다. 그러나, 중합체 후막의 경우에, 유기물은 건조 후에 조성물의 구성 요소로서 남아있는다. 발화 전에, 필요한 가공은 임의의 열 처리, 예를 들어 건조, 경화, 환류, 및 후막 기술 분야의 기술자에게 공지된 그밖의 처리를 포함할 수 있다. "유기물"은 후막 조성물의 중합체 또는 수지 성분을 포함한다.
후막 전도체 조성물의 주성분은 중합체 수지 및 용매로 구성된 유기 매질에 분산된 전도체 분말이다. 성분은 하기 본 명세서에서 논의된다.
A. 전도체 분말
본 발명의 후막 조성물 중 전기 관능성 분말은 Ag 전도체 분말이고, Ag 금속 분말, Ag 금속 분말의 합금 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 금속 분말의 입경 및 형태는 적용 방법에 적합하기만 하다면 특별히 중요하지 않다. 실질적으로, 구형 입자를 비롯한 임의 형태의 은 분말 및 플레이크 (막대형, 원추형, 판형)가 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다.
금속 입자의 입도 분포 그 자체는 본 발명의 효과의 관점에서 중요하지 않다. 그러나, 실용적인 이유로서, 입도가 1 내지 100 마이크론, 바람직하게는 2 내지 10 마이크론인 것이 바람직하다.
또한, 은 입자의 표면적/중량 비는 0.1 내지 1.0 m2/g인 것이 바람직하다.
또한, 소량의 다른 금속을 은 전도체 조성물에 첨가하여 전도체의 특성을 개선시킬 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이러한 금속의 몇가지 예로는 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 주석, 인듐, 란탄, 가돌리늄, 붕소, 루테늄, 코발트, 티타늄, 이트륨, 유러퓸, 갈륨, 황, 아연, 규소, 마그네슘, 바륨, 세륨, 스트론튬, 납, 안티몬, 전도성 탄소 및 이들의 조합물, 및 후막 조성물 분야에서 일반적인 다른 금속을 들 수 있다. 예를 들어, 팔라듐을 은 전도체 조성물에 종종 첨가한다. 추가의 금속(들)은 총 조성물의 약 1.0 중량% 이하로 포함할 수 있다.
B. 유기 매질
전형적으로, 분말은 기계적 혼합에 의해 유기 매질 (비히클)과 혼합하여 적합한 점조도 (consistency) 및 유동성을 갖는 "페이스트"라 불리는 페이스트유사 조성물을 형성한다. 다양한 불활성 액체를 유기 매질로서 사용할 수 있다. 유기 매질은 고체가 적절한 정도의 안정성을 갖고 분산될 수 있는 것이어야 한다. 매질의 유동성은 그것이 조성물에 양호한 도포성을 제공하는 것이어야 한다. 이러한 특성은 적절한 정도의 안정성을 갖는 고체의 분산, 조성물의 양호한 도포, 적절한 점도, 틱소트로피, 기판 및 고체의 적절한 습윤성, 양호한 건조율 및 거친 조작을 견디기에 충분한 건조 필름 강도를 포함한다. 유기 매질은 기술 분야에서 통상적인 것은 아니며, 전형적으로 용매(들) 중 중합체의 용액이고, 조성물에 독특한 특성을 제공한다.
본 발명의 중합체 수지는 특히 중요하다. 본 발명에 사용되는 수지는 1,1-디플루오로에틸렌, H2C=CF2, 무색 가스를 중합함으로써 제조된 플루오로카본-수지 군의 구성원, 폴리비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 (PVD/HFP) 및 이의 공중합체이다. 수지는 고온에 대해 열적으로 안정하고, 다른 플루오로플라스틱보다 강하고 보다 내마모성이고, 통상적인 열가소성 수지 장비에서 가공하기가 용이하다. 또한, 본 발명의 중합체 수지는 다음의 물리적 특성을 특징으로 한다: (1) 용융 점도: 0.2 내지 0.7 kPoise; (2) DSC 용융 온도: 85 내지 98℃; 및 (3) 총 수지 조성물 중 헥사플루오로프로필렌 (HFP)의 몰%: 약 12 내지 16 몰%.
후막 필름 조성물에 가장 광범위하게 사용되는 것으로 알려진 용매는 에틸 아세테이트 및 알파- 또는 베타-테르피네올과 같은 테르펜, 또는 케로센, 디부틸프탈레이트, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 헥실렌 글리콜 및 고비점 알코올 및 알코올 에스테르와 같은 다른 용매와의 혼합물이다. 또한, 기판에 도포 후 신속한 경화를 촉진시키기 위한 휘발성 액체를 비히클에 포함시킬 수 있다. 본 발명의 많은 실시양태에서, 글리콜 에테르, 케톤, 에스테르와 같은 용매 및 유사한 비점 (180℃ 내지 250℃)의 다른 용매 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직한 매질은 글리콜 에테르 및 β-테르피네올을 기재로 한다. 이들 용매와 다른 용매의 다양한 조합물을 구성하여 목적하는 필요한 점도 및 휘발성을 수득한다.
고체는 유성형 혼합기를 사용한 기계적 혼합에 의해 유기 매질과 혼합된 후, 3-롤 밀에서 분산시켜 스크린 인쇄에 적합한 점조도 및 유동성을 갖는 페이스트-유사 조성물을 제조한다. 페이스트-유사 조성물은 "후막"으로서 후막 기술 분야의 기술자에게 공지된 통상적인 방식으로 기판에 인쇄된다.
후막 조성물 중 유기 매질 대 분산액 중 무기 고체의 비는 페이스트의 도포 방법 및 사용된 유기 매질의 종류에 따라 달라진다. 일반적으로 양호한 적용 범위를 이루기 위해, 분산액은 상기 기재된 바와 같이 50 내지 91 중량%의 무기 고체 및 50 내지 9 중량%의 비히클을 상보적으로 함유할 것이다. 본 발명의 조성물은 물론, 그의 유리한 특성에 영향을 미치지 않는 추가의 다른 물질에 의해 개질될 수 있다. 이러한 제제는 현 기술적 수준 내에 포함된다.
페이스트는 통상적으로 3-롤 밀에서 제조된다. 페이스트의 점도는 전형적으로 낮은, 중간 및 높은 전단 속도로 브룩필드 (Brookfield) HBT 점도계에서 측정될 때 다음의 범위내에 존재한다:
전단 속도 (RPM) | 점도 (Pa*s) | |
0.5 | 50 내지 2500150 내지 1000300 내지 750 | 바람직함가장 바람직함 |
10 | 20 내지 20050 내지 12560 내지 100 | 바람직함가장 바람직함 |
100 | 5 내지 7512.5 내지 6025 내지 50 | 바람직함가장 바람직함 |
조성물의 적용
본 발명의 조성물은 막 터치 스위치의 제조에 사용될 수 있다. 막 터치 스위치는 (a) 본 발명의 조성물을 제조하고; (b) 상기 (a)의 조성물을 기판에 도포하고; (c) 상기 (b)의 조성물을 건조하여 회로를 형성하고; (d) 상기 (c)의 회로를 가로질러 전압을 가하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 명세서에 기재된 조성물을 사용한 막 터치 스위치 및 본 명세서에 기재된 방법에 의해 제조된 막 터치 스위치에 관한 것이다.
<실시예>
본 발명은 실시예 및 비교예 (실시예 1 및 2)로 더욱 상세히 기재될 것이다.
실시예 1 (본 발명을 나타냄)
실험용 VDF/HFP 공중합체 (상기 발명의 상세한 설명에서 기재되고, 솔베이 솔렉시스 (Solvay Solexis)에 의해 제공된 것) 25.0 g을 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트 75.0 g에 용해시키고, 모든 수지가 용해될 때까지 95℃에서 교반한 후, 실온으로 냉각시켰다. 그 후에, 이 유기 비히클 25.0 g을 플레이크 은 (평균 입도 5 마이크론) 75.0 g과 30분 동안 혼합하였다. 그 후에, 혼합물을 약 150 PSI로 3-롤 밀을 여러번 통과시켰다. 그 후에, 상기 용매 약 5.0 g을 첨가하여 생성된 페이스트 (은 페이스트 "A"로서 칭해짐)의 점도를 감소시켰다. 그 후에 은 이동 시험 파트는 0.5 mil 유제를 함유하는 280 스테인레스 강 메쉬 스크린을 사용하여 스크린 인쇄하고, 박스 오븐에서 10분 동안 130℃에서 건조하였다. 인쇄된 패턴은 전형적인 막 터치 스위치 (MTS) 회로를 모방하기 위해서, 약 40 mil씩 이격된 길이 약 2 inch의 은 트레이스였다.
사용된 기판은 MTS 산업에서 일반적으로 사용되는 미라르 (MYLAR)였다. 사용된 전압은 10 V DC였고, 이 부분은 파손된 부분이 생길 때까지 약 85℃/상대 습도 85%에 노출시켰다. 파손된 부분은 은에 의해 유발된 2개의 인접 트레이스 사이의 "단락 (short circuit)"으로서 정의하였다. 파손시키는 시간이 오래 걸릴수록, 은 이동-저항에 있어서 우수한 은 전도체였다.
실시예 2 (종래 기술을 이용한 비교 실험)
상기 은 페이스트 "A" 대신에, 상기 실시예와 동일한 용매에 용해된 플레이크 은 63.0 중량% 및 폴리에스테르 수지를 함유한 듀폰 (DuPont) 은 전도체 조성물 5007 (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (E.I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수)을 사용한 것을 제외하고는 상기한 바와 같은 유사한 방법을 따랐다. 이것은 은 페이스트 "B"로서 칭해질 것이다.
85℃/85% 상대습도 10 V DC에서의 파손에 대한 시간으로서 측정된 은 이동 시험의 결과 | |
은 페이스트 A | 628 시간 (평균값) |
은 페이스트 B | 90 시간 (평균값) |
상기 나타낸 바와 같이, 표준 MTS 전도체 (5007)와 은 페이스트 "A" (본 발명의 조성물) 사이에는 상당한 차이점이 있으며, 은 페이스트 "A"가 은 이동에 대해 훨씬 더 저항성이 있었다. 85℃/85% 상대습도에서의 시험은 훨씬 더 짧은 시간 동안에 수년의 수명을 모방한 것으로서, 대개 가속화된 노화로서 칭해진다. 확립된 방식을 사용하여, 본 발명자는 상기 조성물로 제조된 회로의 수명을 짐작할 수 있었다. 당업자에게 공지된 이러한 방식을 사용하여, 본 발명자는 은 페이스트 "A"로 제조된 회로의 수명이 30.2년인 반면, 은 페이스트 "B"로 제조된 회로의 수명은 4.2년인 것을 예상할 수 있었다.
본 발명의 후막 전도체 조성물을 사용하여, 수명 및 은 이동의 제어가 개선된 막 터치 스위치를 제조할 수 있다.
Claims (7)
- (a) 전기 전도성 은 분말;(c) 유기 용매에 용해된 (b) PVDF/HFP 중합체 수지, PVDF/HFP 중합체 수지의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하되, 단 PVDF/HFP 수지는 용융 점도가 0.2 내지 0.7 kPoise이고, DSC 용융 온도가 85 내지 98℃인 후막 전도체 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 PVDF/HFP 수지가 총 수지 조성물 중 헥사플루오로프로필렌 (HFP)을 약 12 내지 16 몰% 함유하는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 유기 용매의 비점이 180℃ 내지 250℃인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 유기 용매가 글리콜 에테르, 케톤, 에스테르 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 것인 조성물.
- a) 제1항의 조성물을 제조하고;b) 상기 a)의 조성물을 기판에 도포하고;c) 상기 b)의 조성물을 건조하여 회로를 형성하고;d) 상기 c)의 회로를 가로질러 전압을 가하는 것을 포함하는 막 터치 스위치 (membrane touch switch)의 제조 방법.
- 제1항의 조성물을 사용한 막 터치 스위치.
- 제5항의 방법에 의해 제조된 막 터치 스위치.
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