KR20100100665A - 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 복합품 - Google Patents

액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 복합품 Download PDF

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KR20100100665A
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liquid crystal
crystal polymer
molded article
melt
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KR1020100019385A
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유이치 사카
미츠오 마에다
야스오 마츠미
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스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
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Abstract

성형품과 유리 기재를 접촉시키는 것; 및
유리 기재와 접촉하는 성형품의 접촉부의 온도를 미리 정해진 온도로 설정하는 것을 포함하는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법으로서,
상기 접촉부의 미리 정해진 온도가 T1 (℃) 으로 표시되고, 액정 폴리머의 유동 시작 온도가 T2 (℃) 로 표시되고, 액정 폴리머의 분해 시작 온도가 T3 (℃) 로 표시될 때, 이하의 관계가 만족되는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법:
T3(℃) ＞ T1(℃) ≥ T2(℃) + 80℃.

Description

액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 복합품{METHOD FOR FUSION BONDING MOLDED ARTICLE OF LIQUID CRYSTALLINE POLYMER AND GLASS SUBSTRATE TO EACH OTHER AND COMPOSITE ARTICLE OBTAINED BY THE METHOD}
본 발명은 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 복합품에 관한 것이다.
반도체 소자를 수용하기 위한 케이스용 뚜껑으로서, 창으로서 유리 기재가 프레임-형상의 뚜껑 프레임에 끼워맞춤되는 뚜껑이 여기에 공지되어 있다. 보통, 반도체를 수용하기 위한 케이스의 뚜껑 프레임은 수지 성형품이고, 수지 성형품과 유리 기재를 서로 접착시키기 위한 방법으로서 접착제를 이용하는 방법이 알려져 있다.
또한, U.S.특허 No.7135768 에는 인서트 몰딩에 의해서 유리 기재와 수지 성형품인 뚜껑 프레임을 서로 접착시키는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 접착제를 사용하는 이러한 방법은 접착제를 도포하는 단계 등의 복잡한 제어를 포함하여서 상기 단계들은 다루기 힘들어지는 경향이 있다. 또한, 접착제가 사용될 때, 접착제에 포함된 끓는점이 낮은 성분이 부분적으로 증발할 수도 있고 접착제로 형성된 접착부가 흡습성을 가질 수도 있다는 가능성을 포함하기 때문에, 접착제의 시일링 특성 (기밀성) 을 충분히 향상시키는 것이 어려워진다. 또한, 유리 기재가 부서지기 쉽기 때문에, 인서트 몰딩을 채택하는 방법에서 유리 기재의 위치지정을 포함하는 핸들링이 어려워서, 인서트 몰딩을 채택하는 방법의 단계가 접착제가 사용되는 경우와 유사한 방식으로 다루기 힘들어지는 경향이 있게 되지만, U.S. 특허 No. 7135768 에는 인서트 몰딩에 관한 조건의 세부사항이 기재되어 있지는 않다.
상기에 설명된 상황의 관점에서, 본 발명의 목적은, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법으로서, 어떠한 접착제도 사용하지 않고 간단한 단계로 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시킬 수 있고, 용융 접합된 부분에 충분한 기밀성을 부여할 수 있는 방법, 및 이 방법으로 제조된 복합품을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 액정 폴리머의 성형품 (이하에서, 경우에 따라 액정 폴리머 성형품으로 표기함) 을 유리 기재와 접촉시키고 유리 기재와 접촉하고 있는 액정 폴리머 성형품의 접촉부의 온도를 미리 정해진 온도로 설정함으로써 액정 폴리머의 성형품과 유기 기재를 서로 용융 접합시키는 방법이다. 그리고, 접촉부의 미리 정해진 온도가 T1(℃) 로 표시되고, 액정 폴리머의 유동 시작 온도가 T2(℃) 로 표시되고 액정 폴리머의 분해 시작 온도가 T3(℃) 로 표시될 때, 이하의 관계가 만족된다:
T3(℃) ＞ T1(℃) ≥ T2(℃) + 80℃.
본 발명에 따르면, 상기에 설명된 관계를 만족시킴으로써, 유리 기재와 접촉하는 액정 폴리머 성형품의 접촉부는 충분히 유동하게 되어서, 성형품과 유리 기재는 서로 강하게 용융 접합될 수 있고, 액정 폴리머의 분해 및 액정 폴리머 성형품의 변형도 억제될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 어떠한 접착제도 사용하지 않고 인서트 몰딩을 수행하지 않아서, 관련 단계가 더 간단해지는 방법이다. 또한, 본 발명의 방법은 어떠한 접착제도 사용하지 않고 성형품을 유리 기재에 바로 용융 접합시키기 때문에, 용융 접합된 부분에서 충분한 기밀성을 실현할 수 있다.
여기에서, 접촉부의 온도가 T1 으로 설정되는 조건 하에서는, 액정 폴리머 성형품의 접촉부에 유리 기재를 가압하는 것이 바람직하다. 이 가압에 의해서, 액정 폴리머 성형품과 유리 기재로 구성된 복합품의 용융 접합 강도가 향상될 수 있고 복합품의 기밀성이 향상될 수 있다.
또한, 가압을 수행할 때의 압력은 바람직하게는 10 MPa 이하이다. 압력이 10 MPa 이하일 때, 성형품의 형상 및 유리 기재의 형상은 거의 손상되지 않고 복합품의 제조가 용이해진다.
또한, 가압 시간은 바람직하게는 10 초 이하이다. 가압 시간이 10 초 이하일 때, 액정 폴리머의 분해 및 액정 폴리머 성형품의 변형이 특히 쉽게 억제된다.
또한, 액정 폴리머 성형품과 접촉하게 되는 유리 기재의 표면은 바람직하게는 불화 마그네슘, 지르코니아 및 산화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 표면처리된다.
또한, 액정 폴리머 성형품과 접촉하게 되는 유리 기재의 표면은 바람직하게는 표면 조화처리된다.
유리 기재의 표면 처리는 유리 기재에 대한 액정 폴리머 자체의 친화도를 더 향상시킨다. 또한, 유리 기재 표면의 표면 조화 처리는 용융 접합 후에 액정 폴리머 성형품의 용융 접합부에 대한 유리 기재의 접촉 영역을 증가시킬 수 있다. 이들 처리의 적용은 액정 폴리머 성형품과 유리 기재로 구성된 복합품의 기밀성을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 액정 폴리머 성형품의 접촉부는 바람직하게는 하나 이상의 돌출부를 갖는다. 유리 기재와 접촉하는 접촉부에 있는 하나 이상의 돌출부는 유리 기재에 대한 액정 폴리머 성형품의 액정 폴리머의 균일한 접착을 용이하게 한다.
본 발명에 따른 복합품은 상기에 설명된 용융 접합법에 의해 서로 용융 접합된, 액정 폴리머 성형품 및 유리 기재를 포함하는 복합품이다. 복합품은 상기에 설명된 용융 접합법을 이용하여 얻어지기 때문에, 제조된 복합품은 비용이 적게 들고 복합품의 기밀성이 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재는 어떠한 접착제도 사용하지 않고 간단한 단계로 서로 용융 접합될 수 있고, 충분한 기밀성이 용융 접합부에 부여될 수 있다.
도 1 의 (a) 는 본 발명의 실시형태에 따른 뚜껑 부재를 구성하는 뚜껑 프레임의 사시도를 도시한다.
도 1 의 (b) 는 도 1 의 (a) 의 뚜껑 프레임의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따르는 단면도이다.
도 2 의 (a) ~ (d) 는 뚜껑 프레임과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법을 개략적으로 도시하는 공정도이다.
도 3 은 본 발명의 열 용융 접합 장치의 실시형태를 도시하는 개략도이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 도면의 설명에서, 동일하거나 대응하는 요소는 동일한 도면부호로 표시되고 불필요한 설명은 생략되며, 각 도면의 치수 비율은 실제 치수 비율과 꼭 일치해야 하는 것은 아니라는 것을 알아야 한다.
(용융 접합법)
여기에서, 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스용 뚜껑의 제조를 예로 들어서, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법이 설명된다.
먼저, 액정 폴리머의 성형품으로서, 도 1 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 뚜껑의 구성 부재의 일부인 뚜껑 프레임 (20) 이 준비된다. 뚜껑 프레임 (20) 의 주 표면 중 하나 (상부 표면 (20u)) 에 대해 레벨 차이를 형성하는 계단부 (22) 가 상부 표면 (20u) 에 있는 관통 구멍 (21) 주위에서 관통 구멍 (21) 의 외주를 따라 형성된다. 이에 따라, 도 1 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 뚜껑 프레임 (20) 의 단면 형상은 대략 대략 L-형상이다. 계단부 (22) 의 바닥 표면 (22a) 및 내벽 (22b) 은 유리 기재 (이하에 설명됨) 와 접촉하게 되는 접촉부 (22c) 로서 기능한다. 바닥 표면 (22a) 은 관통 구멍 (21) 을 둘러싸도록 관통 구멍 (21) 의 테두리를 따라 형성된 상승 라인 (24; 돌출부) 을 갖는다. 바닥 표면 (22a) 에 있는 상승 라인 (24) 이 이하에 설명될 용융 접합 단계에서 접촉부 (22c) 에 있는 액정 폴리머와 유리 기재와의 균일한 접촉을 용이하게 하여서, 기밀성이 보다 향상된다는 것을 알아야 한다. 상승 라인 (24) 의 단면 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 리지 (ridge) 형 단면 형상일 수도 있다.
프레임 형상의 홈 또는 프레임 형상의 돌출부가 리드 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 에 형성되어 관통 구멍 (21) 을 둘러싼다. 도 1 의 (b) 는 프레임 형상의 홈 (25) 이 형성된 케이스를 도시한다.
다음으로, 뚜껑 프레임 (20) 용 재료인 액정 폴리머가 설명된다.
액정 폴리머는 열방성 (thermotropic) 액정 폴리머로서 불리는 폴리머이고, 본 발명에서는 액정 폴리에스테르인 것이 바람직하다. 액정 폴리머는 450℃ 이하에서 광학 이방성을 나타내는 용융물을 형성하고, 액정 폴리머의 구체적인 예는 하기와 같다:
(1) 방향족 하이드록시카복실산, 방향족 디카복실산 및 방향족 다이올의 조합을 중합하여 얻어진 폴리머,
(2) 방향족 하이드록시카복실산의 복수의 유형을 중합하여 얻어진 폴리머,
(3) 방향족 디카복실산 및 방향족 다이올의 조합을 중합하여 얻어진 폴리머,
(4) 방향족 하이드록시카복실산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 결정질 폴리에스테르를 반응시켜서 얻어진 폴리머.
액정 폴리머의 제조와 관련하여, 상기에 설명된 방향족 하이드록시카복실산, 방향족 디카복실산 또는 방향족 다이올 대신에, 이들의 에스테르-형성 유도체가 이용될 수도 있고, 에스테르 형성 유도체를 이용하여 액정 폴리머를 제조하기 위해서, 이전에 알려진 기술이 적용되고, 이러한 기술은 이하에 설명된다.
이하에서, 바람직한 액정 폴리에스테르인 상기에 설명된 액정 폴리머 (1; 액정 폴리에스테르) 가 설명된다. 액정 폴리에스테르는 방향족 하이드록시카복실산, 방향족 디카복실산 및 방향족 다이올로부터 유도된 구조 유닛을 포함하는 폴리머이고, 이러한 구조 유닛의 구체적인 예로는 이하의 구조 유닛이 있다.
방향족 하이드록시카복실산으로부터 유도된 구조 유닛:
Figure pat00001
상기에 설명된 구조 유닛은 각각 할로겐 원자, 치환기로서 알킬기 또는 아릴기를 가질 수도 있다.
방향족 디카복실산으로부터 유도된 구조 유닛:
Figure pat00002
상기에 설명된 구조 유닛은 각각 할로겐 원자, 치환기로서 알킬기 또는 아릴기를 가질 수도 있다.
방향족 다이올로부터 유도된 구조 유닛:
Figure pat00003
상기에 설명된 구조 유닛은 각각 할로겐 원자, 치환기로서 알킬기 또는 아릴기를 가질 수도 있다.
바람직한 액정 폴리머 (액정 폴리에스테르) 의 조합의 예로는 이하의 (a) ~ (h) 가 있다.
(a): (A1), (B1) 및 (C1) 로 구성된 조합 또는 (A1), (B1), (B2) 및 (C1) 로 구성된 조합,
(b): (A2), (B3) 및 (C2) 로 구성된 조합 또는 (A2), (B1), (B3) 및 (C2) 로 구성된 조합,
(c): (A1) 및 (A2) 로 구성된 조합,
(d): 각각의 (a) 의 구조 유닛 조합에서, (A1) 의 부분 또는 전체가 (A2) 로 대체되는 조합,
(e): 각각의 (a) 의 구조 유닛 조합에서, (B1) 의 부분 또는 전체가 (B3) 로 대체되는 조합,
(f): 각각의 (a) 의 구조 유닛 조합에서, (C1) 의 부분 또는 전체가 (C3) 로 대체되는 조합,
(g): 각각의 (b) 의 구조 유닛 조합에서, (A2) 의 부분 또는 전체가 (A1) 으로 대체되는 조합,
(h): 각각의 (c) 의 구조 유닛 조합에서, (B1) 및 (C2) 가 첨가되는 조합.
상기에 설명된 (a) ~ (h) 와 같이, 본 발명에서 이용되는 액정 폴리머 (액정 폴리에스테르) 는 바람직하게는 방향족 하이드록시카복실산으로부터 유도된 구조 유닛으로서 (A1) 및/또는 (A2), 방향족 디카복실산으로부터 유도된 구조 유닛으로서 (B1), (B2) 및 (B3) 로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상, 방향족 다이올로부터 유도된 구조 유닛으로서 (C1), (C2) 및 (C3) 로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 이들 구조 유닛은 상기에 설명된 구조 유닛의 방향족 고리의 치환기를 가질 수도 있지만, 이들 구조 유닛은 바람직하게는 액정 폴리머 성형품이 더 높은 레벨의 내열성을 갖도록 요구될 때는 이러한 치환기를 갖지 않는다는 것을 알아야 한다.
액정 폴리머를 제조하기 위한 방법으로서, 지금껏 알려진 다양한 방법들이 채택될 수 있지만, 일본 특허 공개 공보 제 2004-256673 호의 특허에 의해 제안된 액정 폴리머를 제조하는 방법이 바람직하다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 액정 폴리머는 상기에 나타낸 바와 같이 설명되었다. 그러나, 액정 폴리머 성형품 (뚜껑 프레임 (20)) 을 제조하기 위해서, 액정 폴리머는, 액정 폴리머 외에, 액정 폴리머 성형품의 요구되는 특성에 따라 필요한 무기 필러 등의 다양한 첨가제를 포함할 수도 있다.
이러한 뚜껑 프레임 (20) 은 사출성형법 등의 지금껏 알려진 방법에 의해 제조될 수 있다.
다음으로, 도 2 에 도시되는 유리 기재 (3) 가 준비된다. 본 실시형태에서, 유리 기재 (3) 는 직사각형 판이다. 유리 기판 (3) 의 크기는, 유리 기판 (3) 의 주변부 (30p) 가 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 의 바닥 표면 (22a) 과 접촉하는 전체 둘레를 초과하고, 유리 기판 (3) 의 주변 측부 (30q) 는 내벽 (22b) 과 접촉하는 전체 둘레를 초과하고, 유리 기판 (3) 은 관통 구멍 (21) 을 덮을 수 있도록 된다. 유리 기판 (3) 의 두께는 특별히 제한되지는 않는다.
유리 기판 (3) 용 재료의 예로는, 소다 라임 유리, 석영 유리, 인산염계 유리, 불화 유리, 납 유리, 란타늄 유리, 바륨 유리, 붕규산 유리 및 알루미노실리케이트 유리가 있다.
여기에서, 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 의 바닥 표면 (22a) 과 접촉하는, 유리 기재 (3) 의 일부인 주변부 (30p), 및 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 의 내벽 (22b) 과 접촉하는, 유리 기재 (3) 의 일부인, 주변 측부 (30q) 는 바람직하게는 불화 마그네슘, 지르코니아 및 산화 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 표면 처리 재료로 표면처리된다. 유리 기재 (3) 의 주변부 (30p) 및 주변 측부 (30q) 는 바람직하게는 표면 조화처리된다. 뚜껑 프레임 (20) 과 접촉하는, 유리 기재 (3) 의 표면이 표면 처리 또는 표면 조화 처리를 받게 함으로써, 뚜껑 프레임 (20) 및 유리 기재 (3) 로 구성된 복합 성형품의 기밀성이 향상될 수 있다.
표면 처리는, 예를 들어, 다음과 같이 수행될 수도 있다: 상기에 설명된 표면 처리 재료 및 적절한 용매를 이용하여 용액 또는 분산제가 준비되고, 이렇게 생긴 용액 또는 분산제가 스핀 코팅 등에 의해 도포되고, 상기에 설명된 표면 처리 재료로 만들어진 타겟이 준비된 후에, 상기 타겟을 이용하여 스퍼터링 처리 또는 기상 증착 처리가 수행된다.
상기에 설명된 바람직한 표면 처리 재료로 표면을 처리하는 보다 상세한 예로는 다음의 방법들이 있을 수도 있다: 불화 마그네슘을 이용한 유리 기재의 표면 처리로서, 예를 들어 Ar (아르곤) 가스가 스퍼터링 가스로서 이용되고 Ar 가스로 희석된 불소 (F2) 가스가 반응 가스로서 이용되고, 마그네슘 타겟이 스퍼터링되고, 스터퍼링에 의해 발생된 가스가 유리 기재의 표면에 증착되는 방법; 불화 마그네슘이 기상 증착 재료로서 이용되고, 불화 마그네슘이 전자 빔의 조사로 증발되도록 가열되고, 증발된 가스가 유리 기재의 표면에 증착되는 방법; 및 불산 및 마그네슘 아세테이트로 준비된 졸 용액이 스핀 코팅 등에 의해 유리 기재의 표면에 도포되는 방법.
지르코니아를 이용한 표면 처리의 예로는, 지르코니아 (ZrO2) 가 기상 증착 재료로서 이용되고, 지르코니아가 전자 빔의 조사를 이용하여 증발되도록 가열되고, 증발된 가스가 유리 기재의 표면에 증착되는 방법; 및 산화 지르코늄 졸이 스핀 코팅 등에 의해 유리 기재의 표면에 도포되는 방법이 있을 수도 있다.
산화 알루미늄을 이용하는 표면 처리의 예로는, Ar 가스가 스퍼터링 가스로서 이용되고 산소 가스가 반응 가스로서 이용되고, 알루미늄 타겟이 스퍼터링되고, 스퍼터링에 의해 발생된 가스가 유리 기재의 표면에 증착되는 방법; 금속 알루미늄이 기상 증착 재료로서 이용되고, 금속 알루미늄이 전자 빔의 조사를 이용해 증발되고, 발생된 가스가 유리 기재의 표면에 산소 가스와 함께 증착되는 방법; 및 산화 알루미늄 졸이 이용되어 스핀 코팅 등에 의해 유리 기재의 표면에 도포되는 방법이 있을 수도 있다.
또한, 크롬산과 희석된 황산, 및 희석된 불산의 혼합 수용액 등의 에칭 용액을 이용하여 에칭 처리가 수행되는 방법, 또는 샌드-블라스팅 방법에 의해 표면 조화가 수행될 수 있다.
연속적으로, 도 2 의 (b) 와 (c) 에 도시된 바와 같이, 유리 기재 (3) 의 주변부 (30p) 및 주변 측부 (30q) 가 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 와 접촉하게 되고, 유리 기재 (3) 와 접촉하는, 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 의 온도는 미리 정해진 고온으로 설정된다. 여기에서, 뚜껑 프레임 (20) 의 내부를 구성하는 액정 폴리머의 유동 시작 온도는 T2(℃) 로 표시되고 액정 폴리머의 분해 시작 온도는 T3(℃) 로 표시될 때, 미리 정해진 온도 T1(℃) 는 다음의 관계를 만족한다:
T3(℃) ＞ T1(℃) ≥ T2(℃) + 80℃.
여기에서, 액정 폴리머의 유동 시작 온도 T2 및 액정 폴리머의 분해 시작 온도 T3 는 각각 이하의 방법에 의해 측정될 수 있다.
(유동 시작 온도의 측정 방법)
Shimadzu Corp. 에 의해 제조된 유동 테스터 CFT-500 이 이용되고 분석물 샘플 (액정 폴리머) 이 4℃/min 의 온도 증가 속도로 가열된다. 가열에 의해 용융물을 형성하는 액정 폴리머가 100 ㎏f/㎠ 의 하중을 받으면서 1 ㎜ 의 내경 및 10 ㎜ 의 길이를 갖는 노즐로부터 압출될 때, 용융물이 48,000 poise 의 용융 점도를 나타낼 때의 온도가 측정되고 이 온도는 유동 시작 온도로서 규정된다.
(분해 시작 온도의 측정 방법)
Shimadzu Corp. 에 의해 제조된 열중량 분석기 TGA-50 이 이용되고, 분석물 샘플이 질소 분위기에서 10℃/min 의 온도 증가 속도로 가열되고, 분석물의 중량이 1% 만큼 감소될 때의 온도가 측정되고 이 온도는 분해 시작 온도로서 규정된다.
유리 기재 (3) 를 뚜껑 프레임 (20) 과 접촉시키고 미리 정해진 온도 T1 (℃) 에서 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 의 온도를 설정하기 위해서, 먼저, 유리 기재 (3) 의 온도가 온도 T1(℃) 까지 증가된 후에, T1(℃) 까지 가열된 유리 기재 (3) 가 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 와 접촉하게 되고, 따라서, 유리 기재 (3) 와 접촉하는, 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 가 유리 기재 (3) 의 온도 T1(℃) 와 거의 동일한 온도 T1 까지 가열된다.
여기에서, 접촉부 (22c) 의 온도가 T1(℃) 에서 설정되는 조건 하에서 뚜껑 프레임 (20) 의 바닥 표면 (22a) 에 대해 유리 기재 (3) 를 가압하는 것이 바람직하다. 이 가압에 의해서, 유리 기재 (3) 와 뚜껑 프레임 (20) 의 바닥 표면 (22a) 사이의 부착이 향상되어서, 복합품의 기밀성이 더 향상된다. 가압시에 바닥 표면 (22a) 에 가해진 압력은 바람직하게는 10 MPa 이하이다. 이 압력이 10 MPa 이하일 때, 뚜껑 프레임 (20) 및 유리 기재 (3) 의 형상은 거의 손상되지 않는다. 또한, 가압 시간은 바람직하게는 10 초 이하이다. 가압 시간이 10 초 이하일 때, 뚜껑 프레임 (20) 을 구성하는 액정 폴리머의 분해 및 액정 폴리머 성형품의 변형이 충분히 억제될 수 있다. 도 2 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 충분한 가압은 바닥 표면 (22a) 상의 상승 라인 (24) 이 충분히 붕괴하도록 하여서 접촉 면적을 넓혀준다.
그 다음에, 접촉부 (22c) 를 T2 미만의 온도로 냉각시킴으로써, 뚜껑 프레임 (20) 및 유리 기재 (3) 가 접촉부 (22c) 에서 강하게 용융 접합하게 된다. 여기에서, 용융 접합 단계가 완성되고, 도 2 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 뚜껑 프레임 (20; 액정 폴리머의 성형품) 과 유리 기재 (3) 로 구성된 복합품으로서 뚜껑 (10) 이 완성된다.
상기에 설명된 용융 접합법에 따르면, 뚜껑 프레임 (20) 이 유리 기재 (3) 와 접촉할 때 접촉부 (22c) 의 온도가 상기에 설명된 관계를 만족시키게 함으로써, 접촉부 (22c) 가 충분히 유동하게 되어서, 뚜껑 프레임 (20) 이 유리 기재 (3) 에 강력하게 용융 접합될 수 있고, 액정 폴리머의 분해 및 액정 폴리머 성형품의 변형도 억제될 수 있다. 또한, 상기에 설명된 용융 접합법은 어떠한 접착제도 사용하지 않고 인서트 몰딩도 수행하지 않는 방법이기 때문에, 관련 단계들이 더 간단해진다. 또한, 용융 접합법은 임의의 접착제를 사용하지 않고 뚜껑 프레임 (20) 을 유리 기재 (3) 에 바로 용융 접합시키기 때문에, 용융 접합부에서의 기밀성이 매우 높은 뚜껑 (10) 을 용이하게 제조할 수 있다.
상기에 설명된 용융 접합법에서는, 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같은 열 용융 접합 장치가 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 도 3 의 열 용융 접합 장치 (30) 에는 랙 (39), 랙 (39) 에 고정되어 있고 접촉부 (22c) 가 하방으로 면하도록 상기에 설명된 뚜껑 프레임 (20) 을 유지하는 성형품 홀더 (34), 성형품 홀더 (34) 에 의해 유지되는 뚜껑 프레임 (20) 과 면하는 위치에서 유리 기재 (3) 를 유지하는 유리 기재 홀더 (35), 유리 기재 홀더 (35) 에 의해 유지되는 유리 기재 (3) 를 가열하기 위한 히터 블록 (31), 유리 기재 홀더 (35) 및 히터 블록 (31) 을 수직으로 이동가능한 방식으로 지지하는 히터 지지 블록 (36), 유리 기재 (3) 의 가열 온도를 제어하기 위한 온도 제어기 (32), 및 유리 기재 홀더 (35) 및 히터 블록 (31) 을 이동시킴으로써 뚜껑 프레임 (20) 에 유리 기재 (3) 를 가압하기 위한 가압 공기 실린더 (33) 가 제공된다.
그 다음에, 뚜껑 프레임 (20) 은 열 용융 접합 장치 (30) 의 성형품 홀더 (34) 에 놓여지고 유리 기재 (3) 는 열 용융 접합 장치 (30) 의 유리 기재 홀더 (35) 에 놓여지며, 유리 기재 (3) 는 히터 블록 (31) 과 함께 T1(℃) 까지 가열된다. 가열 블록 (31) 에 있는 블록을 가열하기 위한 히터의 예로는 표면 히터 및 로드 히터가 있고, 로드 히터가 특히 바람직하다. 히터 지지 블록 (36) 의 온도는, 히터 지지 블록 (36) 의 온도가 가열시에 히터 블록 (31) 의 열팽창에 따라 변하도록 온도 제어기 (32) 에 의해 제어되고, 유리 기재 홀더 (35) 및 히터 블록 (31) 은 유리 기재 (3) 의 온도와 상관없이 가압 공기 실린더 (33) 에 의해 매끄럽게 수직으로 이동될 수 있다.
그 다음, 유리 기재 (3) 가 T1(℃) 까지 가열되는 조건 하에서, 공기 실린더 (33) 가 구동되고, 이에 따라 가열된 유리 기재 (3) 가 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 와 접촉하게 되어서 미리 정해진 압력 하에서 미리 정해진 시간 동안 접촉부 (22c) 에 가압된다. 이렇게, 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 의 온도는 쉽게 T1(℃) 까지 되고, 유리 기재 (3) 와 접촉될 수 있다.
상기에 설명된 용융 접합법에 의해 서로 용융 접합된 뚜껑 프레임 (20) 과 유리 기재 (3) 로 구성된 복합품인 뚜껑 (10) 이, 예를 들어, 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스용 뚜껑으로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 2 의 (d) 에 도시된 바와 같이, CCD 등의 반도체 장치 (80) 가 장착되는 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스 (50) 가 준비된다. 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스 (50) 는 성형품인 하부 용기 (28) 및 반도체 장치 (80) 를 갖는다. 하부 용기 (28) 는 액정 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다. 하부 용기 (28) 는 주로 반도체 장치 (80) 를 위치시키기 위한 직사각형 바닥 표면부 (28a), 바닥 표면부 (28a) 의 주변부로부터 상방으로 돌출하는 프레임 형상부 (28b) 및 프레임 형상부 (28b) 의 상부에 형성된 상승 라인 (28c) 을 갖는다.
바닥 표면부 (28a) 상에는, 반도체 장치 (80) 가 위치되어 고정된다. 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스 (50) 에는, 반도체 장치 (80) 를 외부 회로 등에 전기적으로 연결시키기 위한 미리 정해진 전도부가 형성되고, 이 전도부는 비록 도면에 도시되지는 않지만, 케이스 (50) 의 측벽부 또는 바닥부를 관통하도록 형성된다. 반도체 장치 (80) 와 미리 정해진 전도부의 단자는 예컨대 접합에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 또한 도시되지 않더라도, 다이 패드 등이 바닥 표면부 (28a) 의 일부에 제공될 수도 있고, 바닥 표면부 (28a) 위에는 반도체 장치 (80) 가 위치된다.
프레임 형상부 (28b) 는 뚜껑 (10) 의 뚜껑 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 에 대응하는 프레임 형상의 형태를 가지고, 뚜껑 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 에 형성된 홈 (25) 안으로 끼워맞춤될 수 있는 상승 라인 (28c) 이 형성된다. 대안적으로, 반대로서, 상승 라인이 뚜껑 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 에 형성되고, 상승 라인에 끼워맞춤될 수 있는 홈이 프레임 형상부 (28b) 에 형성되는 구조가 채택될 수도 있다. 여기에서는, 홈 (25) 이 뚜껑 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 에 형성되고 상승 라인 (28c) 이 프레임 형상부 (28b) 에 형성되는 케이스가 설명된다.
뚜껑 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 상의 홈 (25) 및 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스 (50) 의 하부 용기 (28) 의 프레임 형상부 (28b) 는 위치지정을 위해 서로 끼워맞춰지게 되고, 예를 들어, 뚜껑 프레임 (20) 의 하부 표면 (201) 과 하부 용기 (28) 의 프레임 형상부 (28b) 는 초음파 용접법을 이용하여 서로 용융 접합되고, 이렇게, 기밀성이 높은 반도체 패키지가 저비용으로 얻어질 수 있다.
본 발명은 상기에 설명된 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형된 실시형태가 가능하다는 것을 알아야 한다.
예를 들어, 상기에 설명된 실시형태에서는, 성형품 (뚜껑 프레임 (20)) 및 유리 기재 (3) 는 서로 용융 접합될 때, 유리 기재 (3) 의 주변부 (30p) 및 주변 측부 (30q) 가 뚜껑 프레임 (20) 의 접촉부 (22c) 와 함께 접촉하게 되지만, 본 발명은 유리 기재 (3) 의 주변 측부 (30q) 가 꼭 뚜껑 프레임 (20) 과 접촉하게 되지 않더라도 구현될 수 있다.
또한, 상기에 설명된 실시형태에서, 성형품 (뚜껑 프레임 (20)) 의 계단부 (22) 의 표면은 유리 기재 (3) 와 접촉하는 접촉부 (22c) 로서 채택되지만, 예를 들어, 뚜껑 프레임 (20) 의 상부 표면 (20u) 이 접촉부로서 채택될 수도 있도록 계단부 (22) 이외의 위치가 유리 기재 (3) 와 접촉하는 접촉부로서 채택될 수도 있다.
또한, 상기에 설명된 실시형태에서, 유리 기재 (3) 는 사전에 가열된 후에, 성형품 (뚜껑 프레임 (20)) 과 접촉하게 된다. 그러나, 성형품의 접촉부는 사전에 가열되고 그 다음에 접촉부가 유리 기재와 접촉하게 되고; 대안적으로 성형품의 접촉부와 유리 기재 모두가 사전에 가열된 다음, 서로 접촉될 수도 있고, 또 다른 대안으로서, 성형품의 접촉부와 유리 기재 중 임의의 하나가 사전에 가열되지 않고, 유리 기재와 성형품이 서로 접촉된 후에, 성형품의 접촉부가 가열될 수도 있다. 요점은, 성형품이 유리 기재와 접촉하는 조건 하에서는, 성형품의 접촉부의 온도가 T1(℃) 가 되는 조건을 실현하는 것만이 요구된다는 것이다. 예를 들어, 성형품 및 유리 기재가 서로 접촉한 후에라도, 히터를 유리 기재 또는 수지에 접촉시킴으로써, 접촉부는 열 전도에 의해 가열될 수 있다.
또한, 상기에 설명된 실시형태에서, 성형품의 접촉부 (22c) 의 바닥 표면 (22a) 은 관통 구멍 (21) 을 둘러싸도록 상승 라인 (24) 을 갖지만, 상승 라인 (24) 의 위치에서는, 관통 구멍 (21) 을 둘러싸도록 배치된 복수 개의 돌출부가 채택될 수도 있고, 또는 대안적으로, 바닥 표면 (22a) 이 상승 라인 또는 돌출부를 갖지 않더라도, 본 발명은 구현될 수 있다.
또한, 상기에 설명된 실시형태에서는, 성형품으로서, 반도체 소자를 수용하기 위한 케이스에 사용되는 뚜껑 프레임 (20) 이 존재하지만, 성형품의 예는 이 케이스에 한정되지 않고, 성형체가 유리 기재에 용융접합될 수 있는 액정 폴리머 성형체인 한 임의의 형상 및 임의의 목적을 갖는 임의의 성형체를 포함할 수도 있다.
본 발명의 방법에 의해 서로 용융 접합된 액정 폴리머 성형품과 유리 기재를 포함하는 복합 성형품의 예로는, 렌즈, 프리즘, 거울 등과 액정 폴리머 성형품을 포함하는 일체형 성형 제품; 접촉식 이미지 센서, 이미지 스캐너, 금융 기기 (지폐 리더기) 및 CCD 카메라 커버 등의 광학 장치의 성분; 반도체 제품 장치, 자동차 및 건물용 조명 장치 및 창문 패널에 사용하기 위한 지그 (jig) 성분이 있다.
실시예
이하에서는, 실시예 및 비교예가 구체적으로 설명되지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
액정 폴리머 (Sumitomo Chemical Co.,Ltd.,사제 Sumika Super LCP E6808THF BZ, 유동 시작 온도 T2: 306 ℃, 분해 시작 온도 T3: 499 ℃) 를 이용하여 도 1 에 도시된 형상으로 성형된 뚜껑 프레임이 열 용융 접합 장치의 성형품 홀더에 성형품으로서 놓여졌고, 도 2 에 도시된 형상을 갖는 유리 기재 (Matsunami Glass Ind., Ltd.,사제 D263, 두께: 0.40 ㎜) 가 열 용융 접합 장치의 유리 기재 홀더에 놓여졌다. 유리판이 히터로 400 ℃ 까지 가열되었다는 조건 하에서, 유리판은 공기 실린더를 상승시킴으로써 뚜껑 프레임과 접촉하게 되었다. 이 경우에, 유리판은 2.0 MPa 의 압력으로 3 초 동안 뚜껑 프레임에 가압되었고 그 다음에 용융 접합 제품이 냉각되어 복합품으로서 뚜껑을 생산했다.
실시예 2
가압 시간이 5 초로 변경되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
실시예 3
불화 마그네슘으로 표면 처리를 받은 유리판이 사용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
실시예 4
유리판의 가열 온도가 420 ℃ 로 설정되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
실시예 5
불화 마그네슘으로 표면 처리를 받은 유리판이 사용되었고 유리판이 1.7 MPa 의 압력으로 뚜껑 프레임에 가압되었다는 것을 제외하고는, 실시예 4 와 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
실시예 6
2.0 MPa 의 압력으로 가압이 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 5 와 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
실시예 7
샌드-블라스팅법에 의해 표면 조화 처리를 받은 유리판이 사용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 4 와 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
비교예 1
유리판이 380 ℃ 까지 가열되었지만, 수지 성형품 및 유리판이 서로 용융 접합되지 않았다는 것을 제외하고는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
비교예 2
실시예 1 에서 사용된 유리판과 뚜껑 프레임으로 구성된 복합품의 제조가 초음파 용접기 (Emerson Japan, Ltd.,Branson Ultrasonics Division 사제 2000ea20) 를 이용하여서 이하의 조건 하에서 시도되었지만, 뚜껑 프레임과 유리판은 서로 용융 접합되지 않았다.
여기 주파수: 20 (㎑)
진폭: 70 (%)
용접 압력: 0.3 (MPa)
진동 시간: 0.3 (초)
냉각 유지 시간 : 0.1 (초)
비교예 3
불화 마그네슘으로 표면 처리를 받은 유리 판이 사용되었지만, 뚜껑 프레임 및 유리판이 서로 용융 접합되지 않았다는 것을 제외하고는, 비교예 2 와 동일한 방식으로 작업이 수행되었다.
얻어진 복합체의 각각의 접촉부의 기밀성은 헬륨 누설 검사 장치 (Canon Anelva Corp. 사제 HELEN M-222LD-H) 를 이용하여 측정되었다. 1.0 × 10-8 (Pa·㎥/sec) 미만의 헬륨 누설값을 갖는 샘플의 비율은 수율 (%) 로서 규정되었다. 이렇게 얻어진 결과가 표 1 에 도시된다.
Figure pat00004
3: 유리 기재
20: 뚜껑 프레임
21: 관통 구멍
22: 계단부
22a: 바닥 표면
22b: 내벽
22c: 접촉부
20u: 상부 표면
24: 상승 라인
30: 열 용융 접합 장치
31: 히터 블록
32: 온도 제어기
33: 가압 공기 실린더
34: 성형품 홀더
35: 유리 기재 홀더

Claims (9)

  1. 성형품과 유리 기재를 접촉시키는 것; 및
    유리 기재와 접촉하는 성형품의 접촉부의 온도를 미리 정해진 온도로 설정하는 것을 포함하는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법으로서,
    상기 접촉부의 미리 정해진 온도가 T1 (℃) 으로 표시되고, 액정 폴리머의 유동 시작 온도가 T2 (℃) 로 표시되고, 액정 폴리머의 분해 시작 온도가 T3 (℃) 로 표시될 때, 이하의 관계가 만족되는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법:
    T3(℃) ＞ T1(℃) ≥ T2(℃) + 80℃.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉부의 온도가 T1 으로 설정되는 조건 하에서 유리 기재를 접촉부에 대해 가압하는 것을 더 포함하는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가압은 10 MPa 이하의 압력에서 수행되는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가압의 시간은 10 초 이하인, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 가압의 시간은 10 초 이하인, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형품과 접촉하게 되는 유리 기재의 표면은 불화 마그네슘, 지르코니아 및 산화 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나로 표면처리되는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형품과 접촉하게 되는 유리 기재의 표면은 표면 조화처리되는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉부는 하나 이상의 돌출부를 갖는, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 서로 용융 접합된, 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 포함하는 복합품.
KR1020100019385A 2009-03-06 2010-03-04 액정 폴리머의 성형품과 유리 기재를 서로 용융 접합시키는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 복합품 KR20100100665A (ko)

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