KR20110057085A

KR20110057085A - 두 플라스틱 표면을 함께 접착시키는 방법

Info

Publication number: KR20110057085A
Application number: KR1020107027578A
Authority: KR
Inventors: 마르크 후제만; 마르쿠스 브로드벡
Original assignee: 테사 소시에타스 유로파에아
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-05-31
Also published as: JP2012502153A; WO2010028950A1; US20110159307A1; EP2334716A1; CN102089363A; TW201016756A; DE102008046871A1

Abstract

본 발명은 두 플라스틱 표면을 함께 접착시키는 방법에 관한 것이다. 접착은 열 활성가능한 접착제에 의해 생성된다. 본 발명은 열 활성가능한 접착제로서 사용되는 상기 타입의 접착제가 i) 90 내지 120℃ 범위의 연화점 또는 융점을 갖는 하나 이상의 열가소성 물질을 기재로 함을 특징으로 한다. 접착되어야 하는 하나 이상의 플라스틱 표면은 열 활성가능한 접착제의 접착에 요구되는 활성화 에너지를 전달하기에 충분히 큰 열전도도를 갖는 기재의 일부이다.

Description

두 플라스틱 표면을 함께 접착시키는 방법{METHOD FOR GLUING TWO PLASTIC SURFACES TOGETHER}

본 발명은 특히 +85℃ 이하의 온도에서 높은 반발 저항성(repulsion resistance)을 갖는 열 활성가능한 접착물, 및 가전 부품의 플라스틱/플라스틱 접착 결합(adhesive bond)에서의 용도에 관한 것이다.

양면 감압 접착 테이프(double-sided pressure-sensitive adhesive tape)는 보통 가전 기기의 플라스틱 부품의 접착 결합에 사용된다. 이러한 목적에 요구되는 접착력은 고정 및 접착시키기 위한 것이라면 충분하다. 그러나, 휴대용 가전 물품에 대한 요건은 점점 더 엄격해지고 있다. 첫째, 상기 물품은 점점 더 작아지고 있고, 이에 따라 접착 결합 면적 또한 점점 더 작아지고 있다. 둘째, 접착 결합은 휴대용 물품이 비교적 넓은 온도 범위에서 사용되고, 기계적 부하(임팩트, 낙하 등)에 노출될 수 있기 때문에 추가의 요건에 부합해야 한다. 또한, 연성 회로 기판을 사용하려는 추세이다. 기존의 고형 회로 기판과 비교하여 연성 회로 기판의 이점은, 이들이 현저히 더 평평하고, 서로 광범위한 연성 전기 부품과 결합할 수 있다는 점이다. FPC(연성 인쇄 회로; 연성 회로 기판)는 종종 디스플레이를 구동시키는데 사용되며, 이들은 특히 노트북의 경우에, 그리고 또한 폴더 핸드폰의 경우에 유연하다(flexible). 연성 회로 기판은 또한, 카메라 렌즈를 구동시키는데 사용되거나, LDC 디스플레이(액정 디스플레이, 액정 데이터 디스플레이)를 위한 백라이팅 유닛(backlighting unit)에 사용된다. 이러한 경향은 전기 접속성을 보유하면서도 매우 많은 수의 부품이 유연하게 구성될 수 있기 때문에, 디자인 프리덤(design feedom)을 증대시킨다. 그러나, 연성 회로 기판의 사용은 연성 회로 기판이 또한 흔히 케이싱 내에 부분적으로 고정되기 때문에 새로운 접착 테이프 방안 필요로 한다. 감압 접착물 또는 양면 감압 접착 테이프가 보통 이러한 목적으로 사용된다. 그러나, 여기서의 요건은, 연성 회로 기판의 굴곡 강도(flexural stiffness)가 일정한 반발력을 생기게 하고, 이것이 감압 접착물에 의해 보상되어야 하기 때문에, 매우 엄격하다. 또 다른 인자는 가전 기기가 기후 효과를 시뮬레이션하려는 목적으로 흔히 변화하는 기후 조건과 관련된 시험을 받게 된다는 점이다. 이에 포함되는 통상의 온도 범위는 -40℃ 내지 +85℃이다. 감압 접착물이 저온에서 경화하고, 이에 따라 내부 강도가 증가하기 때문에, 비교적 저온은 문제가 되지 않지만, 고온에서는 감압 접착물이 훨씬 더 유동성이 되고, 내부 강도가 소실되고, 감압 접착물 또는 감압 접착 테이프가 반발력에 노출되는 경우에는 응집 파괴(cohesive fracture)가 일어나기 때문에 고온은 특별한 문제를 갖는다. 이러한 어려운 환경에도 불구하고, 매우 다양한 감압 접착 테이프가 이미 개발되었다. 예를 들어, 니토 덴코(Nitto Denko)사로부터의 제품 5606R 및 5608R은 이러한 목적에 이용할 수 있다. 또한, 단위 면적 당 중량이 상승함에 따라 접착력도 상승하기 때문에 감압 접착물 또는 감압 접착 테이프의 층 두께를 증가시키는 것도 가능하다.

가전 부분에서 부품의 접착 결합을 위한 또 다른 가능한 방법은 열 활성가능한 호일(heat-activatable foil)에 의해 제공된다. 열 활성가능한 접착물은 두 부류로 나뉠 수 있다:

a) 열가소성의 열 활성가능한 호일, 및

b) 반응성 열 활성가능한 호일.

열 활성가능한 호일은 특히 높은 접착 결합 강도를 나타내지만, 활성화를 위한 열을 필요로 한다. 이에 따라 일반적으로 금속과 금속간의 또는 금속과 플라스틱 간의 접착 결합에 사용된다. 금속 면은 여기서 활성화 공정에 요구되는 열의 도입을 허용한다. 플라스틱과 플라스틱 간의 접착 결합의 경우, 이것은 가능하지 않은데, 그 이유는 플라스틱이 열 배리어(thermal barrier)로서 작용하고, 일반적으로 열 활성가능한 접착물에 필요한 열이 도달하기 전에 변형되기 때문이다.

상기 설명은 가전 기기가 점점 더 작고 얇아지고 있기 때문에, FPC의 접착 결합에 사용될 수 있고, 반발력을 흡수할 수 있는 접착물 또는 접착제가 특히 층 두께가 100㎛ 미만인 경우에 여전히 요구되고 있음을 나타낸다.

상기 종래 기술에 비추어, 본 발명은 휴대용 가전 물품을 위한 플라스틱 부품 상에 연성 회로 기판을 붙이기 위한 접착제 호일을 제공하려는 목적에 기초하며, 특히 상기 호일은

a) -40 내지 +85℃에서 사용되고, 이러한 온도 범위내에서 연성 회로 기판의 반발력을 견디며,

b) 폴리이미드에 대한 결합 세기가 15N/cm를 초과함을 특징으로 하며,

c) 접착 결합을 요하는 플라스틱에 대해 어떠한 표면 손상 없이 열에 의해 활성될 수 있다.

본 발명은 하나 이상의 열 활성가능한 접착물을 포함하는 접착물 또는 접착 호일을 사용하여 두 플라스틱 표면을 접착 결합시키는 공정에 의해 상기 목적을 달성한다.

여기서, 하나 이상의 플라스틱 표면은 매우 바람직하게는 열 활성가능한 접착물로의 접착 결합에 요구되는 활성화 에너지를 전달하기에 충분히 큰 열 전도도를 갖는 기재(substrate)에 속해야 한다.

접착물은

i) 90 내지 120℃ 범위의 연화점 또는 융점을 갖는 하나 이상의 열가소성물질,

ii) 임의로, 20중량% 이하의, 하나 이상의 점착부여 수지(tackifying resin), 및/또는

iii) 임의로, 30중량% 이하의, 하나 이상의 반응성 수지, 즉, 자체로, 다른 반응성 수지와, 및/또는 열가소성물질과 반응할 수 있는 수지를 기재로 하는 것이 매우 바람직하다.

일 유리한 구체예에서, 접착물은 상기 언급된 성분들로 제한되나, 또한 추가의 성분들을 포함하는 것이 유리할 수도 있다.

하나 이상의 플라스틱 표면은 열 활성가능한 접착물로의 접착 결합 공정에 필요한 활성화 에너지를 전달하기에 충분히 큰 열 전도도를 갖는 기재에 속해야 한다.

열가소성 물질은 Roempp(온-라인 버젼; 2008 edition, document code RD-20-01271)에서 정의되어 있는 화합물이다.

접착물은 매우 바람직하게는 시험 방법 C(실험 부분 참조)에 의해 측정하여 100℃ 초과 및 125℃ 미만의 교차점(crossover point)(저장 탄성율(storage modulus)과 손실 탄성율(loss modulus)이 동일함)을 지녀야 한다. 저장 탄성율(G') 및 손실 탄성율(G")의 곡선은 교차점에서 교차하며, 이는 물리학적 용어에서는 탄성 거동으로부터 점성 거동으로의 전이로서 해석될 수 있다.

일 바람직한 구성에서, 플라스틱 표면에 대해 용융에 의해 우수한 습윤화를 달성하는 열가소성 물질이 사용된다. 본원에서 하기 폴리머가 특히 바람직하게 사용되나 이로 제한하여 청구하는 것은 아니다: 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 에틸렌-비닐 아세테이트, 코폴리아미드, 코폴리에스테르, 및 폴리올레핀.

폴리올레핀의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로펜, 폴리부텐, 폴리헥센, 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 또는 폴리헥센의 코폴리머이다. 데구사(Degussa)는 상표명 Vestoplast™로 다양한 폴리올레핀을 공급하며, 여기서 프로펜-풍부 등급과 부텐-풍부 등급은 차별된다.

사용되는 또 다른 바람직한 부류의 물질은 폴리아미드 및 코폴리아미드이다. 폴리아미드 또는 코폴리아미드는 또한 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 폴리아미드 또는 코폴리아미드는 보통 디카르복실산 및 디아민을 기재로 하며, 축중합 반응에 의해 생성된다. 요구되는 용융 범위를 달성하기 위해, 바람직하게 사용되는 디카르복실산은 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 또는 다이머 지방산이다. 상기 언급된 디카르복실산은 또한 서로 조합될 수 있다. 사용되는 바람직한 디아민은 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 피페라진, 또는 이소포론디아민이다. 여기서 다시, 여러 디아민은 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드 및 코폴리아미드는 상표명 Platamid™(아르게마(Arkema)로부터) 또는 상표명Vestamelt™(에보닉 데구사(Evonik Degussa)로부터)으로 구입가능하다.

사용되는 또 다른 바람직한 부류의 물질은 폴리에스테르 및 코폴리에스테르이다. 폴리에스테르 또는 코폴리에스테르는 디카르복실산 및 디올을 기재로 하며, 이후 축중합 반응으로 반응한다. 바람직한 활성화 범위로 도달하기 위해, 사용되는 디카르복실산은 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산 또는 아디프산을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 상기 언급된 디카르복실산은 또한 서로 조합될 수 있다. 사용되는 디올은 특히 바람직하게는 1,2-에탄디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 시클로헥산디메탄올, 또는 디에틸렌 글리콜을 포함한다. 상기 언급된 디올은 또한 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 코폴리에스테르는 상표명 Dynapol™ S(에보닉(Evonik)으로부터)으로 구입가능하다.

목적하는 정적 유리 전이 온도(T_G _,A) 또는 융점(T_M _,A)을 달성하기 위해, 사용되는 모노머, 및 또한 이들의 양은 본원에서는 폭스식(E1)이 요망되는 온도를 제공하는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다.

유리 전이 온도를 조절하기 위해, 모노머, 및 각각의 코모노머 성분 뿐만 아니라 분자량을 변화시키는 것이 가능하다. 낮은 정적 유리 전이 온도(T_G _,A) 또는 융점(T_M _,A)으로 조절하기 위해, 중간 또는 낮은 분자량의 폴리머가 사용된다. 또한, 낮은 분자량의 폴리머와 높은 분자량의 폴리머를 서로 혼합하는 것이 가능하다. 사용되는 특히 바람직한 시스템은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리헥센, 또는 폴리에틸렌, 폴리프로펜, 폴리부텐, 또는 폴리헥센의 코폴리머이다.

열가소성 물질의 기술적 접착제 특성 및/또는 활성화 범위를 최적화하기 위해, 점착부여 수지 또는 반응성 수지를 첨가할 수 있다.

첨가될 수 있는 점착부여 수지는, 예외 없이 문헌에 기술되어 있는 기존의 공지된 임의의 점착부여 수지이다. 언급될 수 있는 대표적인 물질은 피넨 수지, 인덴 수지, 및 콜로포니 수지, 이들의 불균화된, 수소화된, 중합된, 및 에스테르화된 유도체 및 염, 지방족 및 방향족 탄화수소 수지, 테르펜 수지 및 테르펜-페놀성 수지, 및 또한 C5 탄화수소 수지, C9 탄화수소 수지, 및 그 밖의 탄화수소 수지이다. 요망에 따라 형성된 접착물의 특성을 조절하기 위해 이들의 임의의 요망되는 조합 및 그 밖의 수지를 사용할 수 있다. 상응하는 열가소성 물질과 양립가능한(수용성) 임의의 수지를 사용할 수 있으며, 특히 지방족, 방향족 및 알킬방향족 탄화수소 수지, 순수한 모노머를 기재로 하는 탄화수소 수지, 수소화된 탄화수소 수지, 기능성 탄화수소 수지, 및 천연 수지가 언급될 수 있다. 문헌("Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" by Donatas Satas (van Nostrand, 1989))에서 이용가능한 설명이 정확히 명시되어 있다.

적합한 반응성 수지의 예는 페놀성 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 이소시아네이트 작용기를 갖는 수지, 및 상기 언급된 수지의 혼합물이다. 또한, 반응성 시스템과 함께 광범위한 다른 수지, 충진 물질, 촉매, 항산화제 등을 첨가할 수 있다.

매우 바람직한 일군은 에폭시 수지로 이루어진다. 에폭시 수지의 몰량은 폴리머 에폭시 수지에 대해 100g/mol 내지 10,000g/mol이다.

에폭시 수지는 예를 들어, 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 반응 생성물, 페놀과 포름알데히드의 반응 생성물(노볼락 수지), 및 에피클로로히드린, 및 글리시딜 에스테르, 및 에피클로로히드린과 p-아미노페놀의 반응 생성물을 포함한다.

바람직한 상업예의 예로는 Araldite™ 6010, CY-281™, ECN™ 1273, ECN™ 1280, MY 720, RD-2(시바 게이지(Ciba Geigy)로부터의), DER™ 331, DER™ 732, DER™ 736, DEN™ 432, DEN™ 438, DEN™ 485(다우 케미컬(Dow Chemical)로부터의), Epon™ 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871, 872, 1001, 1004, 1031 등(쉘 케미컬(Shell Chemical)로부터), 및 HPT™ 1071, HPT™ 1079(마찬가지로, 쉘 케미컬(Shell Chemical)로부터)가 있다.

지방족 에폭시 수지의 상업예는 비닐시클로헥산 디옥사이드, 예컨대 ERL-4206, ERL-4221, ERL 4201, ERL-4289 및 ERL-0400(유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp)으로부터)가 있다.

사용될 수 있는 노볼락 수지의 예는 Epi-Rez™ 5132(셀라니즈(Celanese)로부터), ESCN-001(수미토모 케미컬(Sumitomo Chemical)로부터), CY-281(시바 게이지(Ciba Geigy)로부터), DEN™ 431, DEN™ 438, Quatrex 5010(다우 케미컬(Dow Chemical)로부터), RE 305S(니폰 카야쿠(Nippon Kayaku)로부터), Epiclon™ N673(다이니폰 잉크 케미스트리(DaiNipon Ink Chemistry)로부터), 및 Epicote™ 152(쉘 케미컬(Shell Chemical)로부터)가 있다.

사용되는 반응성 수지는 또한 멜라민 수지, 예를 들어, Cymel™ 327 및 323 (사이텍(Cytec)으로부터)을 포함할 수 있다.

사용되는 반응성 수지는 또한 테르펜-페놀성 수지, 예를 들어, NIREZ™ 2019 (아리조나 케미컬(Arizona Chemical)로부터)를 포함할 수 있다.

또한, 사용되는 반응성 수지는 페놀성 수지, 예를 들어, YP 50(토토 카세이(Toto Kasei)로부터), PKHC(유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp.)으로부터), 및 BKR 2620(쇼와 유니온 코세이 코포레이션(Showa Union Gosei Corp)으로부터)를 포함할 수 았다.

사용되는 반응성 수지는 또한 폴리이소시아네이트, 예를 들어, Coronate™ L (니폰 폴리우레탄 인코포레이티드(Nippon Polyurethan Ind.)로부터), Desmodur™ N3300, 및 Mondur™ 489(바이엘(Bayer)로부터)를 포함할 수 있다.

두 성분 간의 반응을 가속화하기 위해, 가교제 및 가속화제를 혼합물에 첨가할 수 있다.

적합한 가속화제의 예로는 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505, L07N(시코쿠 켐. 코포레이션(Shikoku Chem. Corp.)으로부터), 및 Curezol 2MZ(에어 프로덕츠(Air Products)로부터)와 같은 구입가능한 이미다졸이다.

또한, 가속화를 위해 아민, 특히 3차 아민을 사용할 수 있다.

제조 공정

열 활성가능한 접착물은 추가의 처리 및 접착 결합을 위해 박리지 또는 박리 호일 상에 제공된다.

코팅 공정은 용액 또는 용융물로부터 수행될 수 있다. 용액으로부터 접착물을 처리함에 있어서 통상적인 것으로서, 용액으로부터 코팅하는 경우, 작업은 바람직하게는 독터링(doctoring) 기술을 사용하며, 본원에서는 당업자들에게 공지된 임의의 독터링 기술을 사용할 수 있다. 폴리머가 용액으로 존재하는 경우, 용융물로부터의 적용을 위해, 용매는 바람직하게는 감압 하에서 벤트식(vented) 압출기로 제거되며, 예를 들어, 단일- 또는 이중-나사 압출기가 이를 위해 사용될 수 있고, 이때 압출기는 바람직하게는 상이하거나 동일한 진공 섹션(vaccum section)으로 증류에 의해 용매를 제거하고, 피드-프리히팅(feed-preheating)을 지닌다. 이후, 코팅이 용융 다이 또는 압출 다이에 의해 수행되고, 경우에 따라 접착제 필름이 이상적인 코팅 두께를 달성하기 위해 신장된다. 수지는 혼합 공정을 위해 반죽기(kneader) 또는 이중 나사 압출기를 사용하여 혼합될 수 있다.

접착 물질에 사용되는 임시 배킹 물질(temporary backing material)은 당업자들에게 익숙한 통상의 물질, 예를 들어, 호일(폴리에스테르, PET, PE, PP, BOPP, PVC, 폴리이미드), 및 박리지(글라신(glassine), HDPE, LDPE)를 포함한다. 배킹 물질은 박리층을 지녀야 한다. 본 발명의 매우 바람직한 한 구성에서, 박리층은 실리콘 박리 코팅 또는 불화된 박리 코팅으로 이루어진다.

본 발명의 방법은 특히 전자 부품 또는 기기의 플라스틱 케이싱에서, 연성 회로 기판의 접착 결합에 탁월한 적합성을 지닌다. 본원에서, 연성 회로 기판은 열 활성가능한 접착물로의 접착 결합 공정에 필요한 활성 에너지를 전달하기에 충분히 큰 열 전도도를 지닌다.

생성물 구조

열 활성가능한 호일의 구조는 바람직하게는 도 1에 기술된 바와 같다:

1 = 열 활성가능한 접착물

2 = 배킹 물질

3 = 열 활성가능한 접착물

4 = 임시 배킹.

도 1에 도시된 생성물 구조는 배킹 물질(2) 상의 열 활성가능한 접착물(1,3)의 양면 코팅을 포함한다. 전체 복합물은 바람직하게는 롤부터 열 활성가능한 접착물이 풀려지도록 하기 위해 하나 이상의 임시 배킹(4)에 의해 보호된다. 또 다른 구체예에서, 접착물 양면(1, 3)은 임시 배킹(미도시됨)으로 커버링되어 보호된다. 또 다른 가능한 방법으로, 배팅 물질(2)에 하나 또는 그 초과의 기능성 코팅(예를 들어, 프라이머, 접착 촉진제 등)이 제공되었다. 배킹 물질(2)의 양면 상의 접착물 층은 동일한 성질을 가질 수 있으며, 또한 두 접착물 층은 상이할 수도 있는데, 특히 화학적 조성 및/또는 두께가 상이할 수 있다.

면당 가해지는 접착물의 양은 바람직하게는 5 내지 250g/㎡이다.

도 2에 도시된 생성물 구조는 임시 배킹 상에 열 활성가능한 접착물의 단층 코팅을 포함한다. 여기서 도면 부호의 의미는 도 1에서와 동일하다(1 = 열 활성가능한 접착물, 4 = 임시 배킹). 열 활성가능한 접착물(1)은 바람직하게는 접착 테이프가 풀려지도록 하기 위해, 그리고, 각각 펀칭 성능을 개선시키기 위해 하나 이상의 임시 배킹(4)으로 커버링되어 보호된다. 또 다른 구체예에서, 양면은 임시 배킹(미도시됨)에 의해 커버링되어 보호된다. 가해지는 접착물의 양은 바람직하게는 5 내지 250g/㎡이다.

여기서 사용될 수 있는 배킹 물질은 당업자들에게 익숙한 통상의 물질을 포함하며, 예를 들어, 호일(폴리에스테르, PET, PE, PP, BOPP, PVC, 폴리이미드, 폴리메타크릴레이트, PEN, PVB, PVF, 폴리아미드), 부직포, 포움, 직물(textile) 및 직물 호일이 있다.

용도:

연성 회로 기판은 광범위한 전자 기기에서 발견되며, 그 예는 핸드폰, 자동차 라디오, 컴퓨터 등이 있다. 연성 회로 기판은 일반적으로 구리 또는 알루미늄(전기 전도체) 및 폴리이미드(전기 절연체) 층으로 이루어진다. 그러나, 전기 절연체로서 그 밖의 플라스틱이 또한 사용되며, 그 예로는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 및 액정 폴리머(LCP)가 있다. 유연한 전기 부품 간에 접속이 있기 때문에, 이들은 유연하게 구성되어야 한다. 그러나, 다수의 전기 부품이 항상 서로 접속되어야 한다는 사실은 연성 회로 기판으로부터 요구되는 전력 수준으로의 증가를 초래하고, 이는 다층 구체예를 형성한다. 이에 따라, 연성 회로 기판의 층 두께는 50㎛내지 500㎛일 수 있다. 연성 회로 기판은 절연체 및 전기 전도체로 이루어진 복합물로 이루어지고, 이 두 물질은 상이한 성질을 가지기 때문에, 연성 회로 기판은 상대적으로 높은 굴곡 강도를 갖는다. 이는 추가로 부가되는 요소, 예를 들어, IC에 의해, 또는 부분 보강에 의해 증가될 수 있다. 제어되지 않는 이동을 피하기 위해, 또는 공간 요건을 최소화하기 위해, 연성 회로 기판은 전자 기기의 케이싱 내에서 접착 결합된다. 여기서 접착 결합을 위한 물질로서 일반적으로 다양한 플라스틱이 존재하며, 예를 들어 매우 흔히 사용되는 것은 폴리카르보네이트(PC), ABS, ABS/PC 블렌드, 폴리아미드, 유리섬유 보강된 폴리아미드, 폴리에테르 설폰, 폴리스티렌 등이 있다. 그러나, 본 발명의 목적에 대해서가 아닌 경우에라도, 사용될 수 있는 다른 물질은 유리 및 금속, 예를 들어, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸이다.

전형적인 일 사용예가 도 3에 도시된 바와 같이, LCD 디스플레이의 백라이트 (backlight)상의 연성 회로 기판의 접착 결합에 의해 표현된다. 급격한 곡선은 일정한 휨력(bending force)을 생성하며, 이는 열 활성가능한 접착물에 의해 흡수되어야 한다. 전자 부품에 사용되는 연성 회로 기판은 보통 90°이상, 특히 180°이상의 휨각(bending angle)을 갖는다.

도 3은 연성 회로 기판의 휨각이 180°인, 열 활성가능한 접착물에 의한 연성 회로 기판의 접착 결합의 예를 도시한 것이다.

부호:

31 = 백라이팅을 위한 케이싱

32 = LCD 판넬

33 = 연성 회로 기판

34 = 열 활성가능한 접착물 또는 열 활성가능한 접착 테이프(본 발명의 사용)

35 = 광학 필름.

고려해야 하는 또 다른 인자는 전자 기기가 변동하는 기후 조건에 흔히 노출된다는 것이다. 이는, 극단적인 경우에, 결합 강도가 85℃에서도 연성 회로 기판의 분리를 피하기에 충분해야 함을 의미한다. 열 활성가능한 호일은 첫째로, 85℃에서 충분히 높은 잔류 강도가 있고, 둘째로 그럼에도 불구하고 열 활성화가 가능해야 하도록 하기 위해, 상대적으로 좁은 처리 범위 내에서 처리될 수 있어야 한다. 접착 결합을 요하는 기재는 흔히 단지 130℃까지 내열성이다. 고려해야 하는 또 다른 인자는 전자 부품이 이미 연성회로 기판에 부가되었고, 이들 부품이 마찬가지로 열에 민감하다는 것이다. 이는 예를 들어 부분 강화 목적을 위한 강화 물질의 접착 결합으로부터의 공정과 차별되는데, 이 공정은 실제로 연성 회로 기판의 제조 공정 동안에 일어난다. 끝으로, 고려해야 하는 또 다른 인자는 처리 범위가 많은 수의 유닛에 의해 제한된다는 것이다. 즉, 열이 상대적으로 신속하게 도입되어야 한다는 것이다.

접착 결합:

프리라미네이션( Prelamination )

열 활성가능한 접착물의 펀칭 부분을 일반적으로 제조하고, 이를 통상적으로 플라스틱 부분 상에 놓는다. 가장 간단한 경우, 펀칭된 부분을 수동으로, 예를 들어, 쪽집게를 사용하여 플라스틱 부분 위에 둔다. 펀칭된 단면의 형상은 다를 수 있다. 또한, 구성 관련 상의 이유로, 전체 표면적 펀칭 부분(full-surface-area punched-out section)을 사용하는 것이 필요할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 열 활성가능한 펀칭된 접착 테이프 부분은 수동으로 정위된 후, 열원, 예를 들어, 가장 간단한 경우 다리미를 사용하여 처리된다. 이는 플라스틱에 접착력을 증가시킨다. 이를 위해, 펀칭된 부분이 여전히 임시 배킹을 갖는 것이 유리하다.

종래 기술에서, 접착 결합은 보통 금속 기재 상에서 달성된다. 이를 위해, 금속 부분이 먼저 열 활성가능한 펀칭된 접착 테이프 부분 상에 놓여진다. 배치 과정은 개방면 상에서 이루어진다. 반대면은 여전히 임시 배킹을 갖는다. 이후, 열원이 금속을 통해 열 활성가능한 접착 테이프로 열을 도입한다. 이에 따라, 접착 테이프는 점착성이 되며, 임시 배킹 상에서보다 더욱 강하게 부착한다.

본 발명의 공정을 위한 열 선량(heat dose)은 충분해야 한다. 열가소성 접착물에 있어서, 펀칭된 접착 테이프 부분이 부착하기 시작하도록 연화점이 도달되어야 한다. 일 바람직한 구성에서, 가열된 프레스가 열을 도입하기 위해 사용된다. 가열된 프레스의 램(ram)은 예를 들어, 알루미늄, 황동 또는 청동으로부터 제조되었으며, 펀칭된 부분의 외측 형상을 취한다. 또한, 램은 예를 들어, 부분 열 손상을 피하는 것을 목적으로 하는 구성 특징을 지닐 수 있다. 압력 및 열이 최대한 균일하게 도입된다. 압력, 온도 및 시간은 재료(금속, 금속 두께, 열 활성가능한 호일의 특성)에 대해 조절되고 적절하게 변동된다.

프리라미네이션 공정을 위한 통상의 처리 범위는 1.5 내지 10초의 활성화 시간, 1.5bar 내지 5bar의 인가 압력, 및 100℃ 내지 150℃의 가열된 램 온도이다.

기재의 접착 결합

연성 회로 기판과 플라스틱 부품 간의 접착 결합 공정은 바람직하게는 가열된 프레스를 사용하여 수행된다. 여기서 열은 바람직하게는 연성 회로 기판 면으로부터 도입되는데, 그 이유는 이것이 일반적으로 열 전도도가 우수하기 때문이다.

압력 및 열은 일반적으로 동시에 인가된다. 이는 가열된 램을 통해 달성되며, 램은 우수한 열 전도도를 갖는 물질로 이루어져 있다. 일반적인 물질의 예는 구리, 황동, 청동 및 알루미늄이다. 그러나, 또한 그 밖의 합금을 사용하는 것도 가능하다. 가열된 프레스 램은 또한 바람직하게는 접착 결합 면적의 상부면의 형상을 취한다. 이러한 형상은 결국 2차원 또는 3차원일 수 있다. 압력은 보통 압력 실린더에 의해 인가된다. 그러나, 인가 방법이 반드시 공기압을 포함해야 하는 것은 아니다. 다른 가능한 방법의 예는 수압 장치 또는 전기기계 장치(스핀들(spindle), 컨트롤 드라이브(control drive) 또는 액튜에이터(actuator))이다. 또한, 예를 들어 직렬 연결 또는 회전 이론을 통해 공정 처리량을 증가시키기 위해 압력 및 열을 순차적으로 반복해서 도입하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 경우, 가열된 프레스 램 전부가 동일한 온도 및/또는 동일한 압력으로 작동될 필요는 없다. 또 다른 가능한 방법은 항상 유리한 것은 아닐지라도 접촉 시간을 다르게 하는 것이다. 이는 또한, 마지막 공정 단계에서 냉각된 프레스 램을 사용함으로써, 또는 실온으로 냉각된 압력 만을 도입하는 것이 유리할 수 있다.

처리 시간은 보통 프레스-램 단계당 2.5 내지 15초이고, 더욱 바람직하게는 5초 이하이다. 또한, 압력을 변경하는 것이 필요할 수 있다. 매우 높은 압력은 열 활성가능한 호일의 변위(displacement)를 초래할 수 있다. 일반적으로, 이를 최소하는 것이 바람직하다. 적합한 압력은 접착 결합 면적에 근거하여 1.5 내지 10bar이다. 여기서 다시, 물질의 안정성이 열 활성가능한 호일의 레올로지(rheology)에 영향을 미치는 것과 같이 선택되어야 하는 압력에 큰 영향을 미친다.

실험 부분

시험 방법:

반발력 시험 A

100㎛ 두께의 폴리이미드 호일을 연성 회로 기판의 대체물로서 10cm x 1cm의 치수로 커팅하였다. 이후, 폴리이미드 호일의 한 말단을 폴리카르보네이트(두께 3mm, 폭 1cm, 길이 3.5cm)에 접착 결합시켰다. 접착 결합은 tesa® 4965에 의해 달성되었다. 이후, 폴리이미드 호일이 폴리카르보네이트 시트 둘레를 고리 모양으로 감게 하고, 열 활성가능한 호일을 사용하여, 그 말단으로부터 20mm 간격에서 접착 결합시켰다. 접착 결합 공정을 위한 열 활성가능한 호일의 폭은 10mm이고, 그 길이는 3mm 였다. 접착 결합 공정 후, 복합체를 85℃ 또는 -40℃의 오븐에서 저장하였다. 폴리이미드 호일의 굴곡 강도로 인해 접착 결합의 분리가 72시간을 초과하여 신뢰성있게 방지되는 경우, 시험은 통과이다.

90°결합 강도 시험 B

폭 1cm, 두께 100㎛ 및 길이 10cm의 폴리이미드 호일의 스트립을 두께 3mm, 폭 5cm 및 길이 20cm의 폴리카르보네이트 시트에 접착 결합시키기 위해 열 활성가능한 호일을 사용하였다.

이후, 즈윅(Zwick)으로부터의 인장 시험기를 사용하여 90°의 일정한 인장 각(tension angle)에서 50mm/분의 속도로 폴리이미드 호일을 박리하고, 힘을 N/cm으로 측정하였다. 이 측정은 23℃, 50% 습도에서 이루어졌다. 3회 측정이 이루어졌으며, 그 값을 평균내었다.

레올로지 시험 C

본 측정은 레오메트릭스 다이나믹 시스템스(Rheometrics Dynamic Systems)로부터의 레오미터(rheometer)(RDA II)로 이루어졌다. 시편의 직경은 8mm 였고, 시편의 두께는 1 내지 2mm였다. 측정을 위해 플레이트-온-플레이트(plate-on-plate) 구조가 사용되었다. 10rad/초의 주파수와 함께 0 내지 150℃의 온도 스위프(temperature sweep)가 선택되었다. 열가소성물질의 레올로지를 측정하고, 교차점을 측정하였다.

접착 결합

열가소성 열 활성가능한 호일의 접착 결합을, 접착 결합 면적에 기초하여, 램 온도 150℃, 접촉 시간 10초 및 압력 5bar로 가열된 프레스에서 수행하였다.

비교 실시예 1)

Dynapol® S EP 1408(에보닉(Evonik)으로부터 코폴리에스테르, 융점 80℃)을, 두 층의 실리콘화된 글라신 박리지 사이에서 140℃에서 100㎛로 프레싱하였다. 시험 방법 C에 의해 측정된 교차점은 91℃였다.

비교 실시예 2)

Dynapol® S 361(에보닉으로부터의 코폴리에스테르, 융점 175℃)을, 두 층의 실리콘화된 글라신 박리지 사이에서 230℃에서 100㎛로 프레싱하였다. 시험 방법 C에 의해 측정된 교차점은 178℃였다.

비교 실시예 3)

테사® 4982(두께 100㎛, 12㎛ PET 배킹, 수지 개질된 감압 아크릴레이트 물질, 2 x 46g/㎡)를 감압 접착물과 동시에 시험하였다. 생성물을 23℃에서 적용하나, 5bar의 압력, 및 10초의 접착 결합 시간을 사용하였다.

실시예 1)

Dynapol® S 1218(에보닉으로부터의 코폴리에스테르, 융점 115℃)을 두 층의 실리콘화된 글라신 박리지 사이에서 160℃에서 100㎛로 프레싱하였다. 시험 방법 C에 의해 측정된 교차점은 110℃였다.

실시예 2)

Vestamelt® 470 AG(에닉 데구사(Evonik Degussa)로부터의 코폴리아미드, 융점 112℃)를 두 층의 실리콘화된 글라신 박리지 사이에서 160℃에서 100㎛로 프레싱하였다. 시험 방법 C에 의해 측정된 교차점은 108℃였다.

결론:

반발력 시험 A를 먼저 모든 실시예로 수행하였다. 표 1은 그 결과를 나타낸다.

표 1

* 열 활성가능한 호일은 용융될 수 없었다.

** 접착 결합이 이 시간 내에 분리되었다.

상기 결과는 열 활성가능한 실시예 1 및 2가 85℃ 및 -40℃에서 매우 우수한 반발 저항성을 달성할 수 있음을 입증한다. 모든 경우, 접착 결합이 72시간 넘게 유지되었다. 대조적으로, 비교 실시예 3은 감압 접착물이 매우 우수한 적합성을 갖지 않음을 입증한다. 여기서, 접착 결합은 85℃에서 2시간 정도로 짧은 시간 내에 분리되었다. 비교 실시예 2는 표준 조건 하에서 용융될 수 없었다. 융융은 온도가 210℃로 증가된 후에만 달성되었다. 그러나, 이 온도에서, 폴리카르보네이트는 이미 변형되기 시작하였고, 이에 따라 상기 열가소성물질은 기재를 손상하지 않고는 적용될 수 없다. 여기서, 비교 실시예 1은 현격히 보다 용이한 용융을 나타내지만, 접착 결합이 6시간 정도로 짧은 시간 내에 분리되었다. 열가소성물질은 이러한 용도로는 지나치게 연질이다.

또 다른 시험에서, 접착 결합 강도를 시험 방법 B에 의해 측정하였다. 표 2는 이 결과를 수집한 것이다.

표 2

* 열 활성가능한 호일은 용융될 수 없었다.

표 2의 값은 본 발명의 실시예 1 및 2 모두 매우 높은 접착 결합 강도를 달성하였으며, 이에 따라 폴리이미드 및 폴리카르보네이트에 매우 우수한 접착력이 제공되었음을 입증한다. 비교 실시예 3은 감압 접착물에 의해 매우 낮은 접착 결합 강도가 달성됨을 나타낸다. 비교 실시예 2는 표준 조건 하에서 용융될 수 없었다. 융융은 온도가 210℃로 증가된 후에만 달성되었다. 그러나, 이 온도에서, 폴리카르보네이트는 이미 변형되기 시작하였고, 이에 따라 상기 열가소성물질은 기재를 손상하지 않고는 적용될 수 없다.

상기 측정된 값은, 본 발명의 모든 실시예는 연성 회로 기판의 접착 결합에 대해 매우 중요한 기준에 부합함을 보여준다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 상기 용도에 매우 우수한 적합성을 갖는다.

Claims

접착 결합(adhesive bonding)이 열 활성가능한 접착물을 통해 이루어지는, 두 플라스틱 표면을 서로 접착 결합시키는 방법에 있어서,
사용되는 열 활성가능한 접착물이
i) 90 내지 120℃ 범위의 연화점 또는 융점을 갖는 하나 이상의 열가소성물질을 기재로 하는 물질을 포함하고,
접착 결합을 요하는 하나 이상의 플라스틱 표면이 열 활성가능한 접착물로의 접착 결합 공정에 요구되는 활성화 에너지를 전달하기에 충분히 큰 열전도도를 갖는 기재(substrate)에 속함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 접착물이
ii) 20중량% 이하의, 하나 또는 그 초과의 점착부여 수지(tackifying resin) 및/또는
iii) 30중량% 이하의, 하나 또는 그 초과의 반응성 수지를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 접착 결합을 요하는 플라스틱 표면 중 하나가 연성 회로 기판(flexible curcuit board)에 속함을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 연성 회로 기판이 90°이상, 특히 180°이상의 휨각(bending angle)을 가짐을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 열가소성물질이 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 에틸렌-비닐 아세테이트, 코폴리아미드, 코폴리에스테르, 및 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 반응성 수지 성분이 페놀성 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지 및 노볼락 수지를 포함하는 반응성 수지의 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 결합 공정을 위한 활성화 에너지의 전달, 및 접착 결합 공정이 15초 이하, 특히 5초 이하의 시간에 걸쳐 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있는 접착 결합.