KR20120005042A - 수동 전기 물품 - Google Patents

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KR20120005042A
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구오핑 마오
디판카르 고시
지화 이
승배 민
저스틴 에이 무니
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Abstract

본 발명은 부직 재료를 가진 유전층을 포함하는 수동 전기 물품에 관한 것이다.

Description

수동 전기 물품{PASSIVE ELECTRICAL ARTICLE}
본 발명은 수동 전기 물품에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 커패시터(capacitor) 및 저항기(resistor)와 같은 수동 전기 물품 내의 유전층에 관한 것이다.
미국 특허 제6,274,224호 및 제6,577,492호에 기재된 커패시터 및 저항기와 같은 전기 물품은 전형적으로 제1 자기 지지 기재와 제2 자기 지지 기재 사이에 중합체 절연층 또는 전기 전도층을 포함한다.
절연층의 유전 재료는 전형적으로 금속 산화물, 예를 들어 산화탄탈륨 또는 고 유전 상수 세라믹, 예를 들어 티탄산바륨이다. 유전 재료는 전형적으로 에폭시와 같은 일부 열적으로 그리고 기계적으로 안정한 중합체의 매트릭스 내에 분산된다. 전기 물품은 인쇄 배선 기판 및 다중칩 모듈에서 층으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태는 수지와 부직 재료를 포함하는 유전층을 가진 수동 전기 물품을 그 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태는 2개의 전도성 기재를 제공하는 단계, 각각의 전도성 기재의 표면 상에 수지를 코팅하는 단계, 전도성 기재들의 수지-코팅된 표면들 사이에 부직 재료를 제공하는 단계, 및 수지-코팅된 전도성 기재들과 부직 재료를 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 전기 물품의 제조 방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태는 제1 전도성 기재의 표면 상에 수지층을 코팅하는 단계, 제2 전도성 기재의 표면 상에 부직 재료를 형성하는 단계, 및 수지층과 부직 재료가 서로 대면하도록 전도성 기재들을 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 전기 물품의 제조 방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태는 제1 및 제2 전도성 기재들 중 하나 또는 둘 모두의 제1 표면 상에 부직 재료를 형성하는 단계; 전도성 기재 둘 모두의 제1 표면 상에 수지층을 코팅하는 단계, 및 수지-코팅된 제1 표면들이 서로 대면하도록 전도성 기재들을 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 전기 물품의 제조 방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태의 이점은 앙면 구리 패터닝 에칭 공정에 처해지는 구리-피복(copper-clad) 라미네이트 커패시터 구조물에 사용하기 적합한 강한 연성 유전층을 제공한다는 것이다. 한번에 하나씩이 아니라 동시에 양 구리층을 에칭할 수 있으므로 공정 비용 절감이 가능하게 된다.
본 출원에서, "자기-지지"(self-supporting)라는 용어는 별도의 지지층 없이 취급될 수 있고/있거나 적어도 일부 공정에 처해질 수 있도록 하는 충분한 구조적 일체성을 갖는 필름, 웨브, 재료, 층 또는 기재를 말한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점이 하기의 도면, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 특허청구범위로부터 명백하게 될 것이다.
일 태양에서, 본 발명은 커패시터, 저항기 또는 인덕터(inductor)와 같은 수동 전기 물품에 사용될 수 있는 유전층이다. 수동 전기 물품은 바람직하게는 인쇄 회로 기판에 매립되기에 적합하다. 전기 물품은 일반적으로 2개의 대향하는 주표면을 가진 제1 자기-지지 전도성 기재 및 2개의 대향하는 주표면을 가진 제2 자기-지지 전도성 기재를 포함한다. 제1 기재와 제2 기재 사이의 유전층은 전기 절연 기능을 제공하며 2개의 기재를 함께 부착시킨다.
본 발명의 전기 물품의 기재는 단층, 또는 라미네이트 구조로 배열된 복수의 층을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기재는 흑연; 중합체 매트릭스 내의 은 입자와 같은 복합체; 구리, 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 주석, 금, 은, 팔라듐과 같은 금속; 및 그 합금 또는 라미네이트로 제조될 수 있다. 기재는 제거가능한 캐리어층 상에 구리 또는 알루미늄과 같은 금속의 층을 코팅하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 구리층은 제거가능한 폴리에스테르 캐리어 상에 코팅될 수 있다. 제1 기재와 제2 기재는 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명의 전기 물품은 다수의 절연 층 및 전도성 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 전기 물품에 따른 기재는 바람직하게는 자기-지지성이다. 기재는 연성인 것이 바람직하지만, 강성 기재도 사용될 수 있다.
전형적으로, 유전층과 접촉하는 제1 기재의 주표면과 유전층과 접촉하는 제2 기재의 주표면은 전기 전도성이다. 예를 들어, 커플링제와의 반응 또는 산화에 의해 이들 주표면에 재료를 추가하는 표면 처리를 이용하여 부착을 촉진할 수 있다. 대안적으로, 별도의 코팅 단계를 실시하여 5-아미노벤조트라이아졸과 같은 부착 촉진 프라이머를 적용할 수 있다. 5-아미노벤조트라이아졸을 이용한 기재 표면의 처리는 특히 크로메이트 변색방지 표면 처리를 하지 않은 구리 포일에 적합할 수 있다. 기재 자체의 주표면 상에 생성된 재료는 반드시 전도성일 필요는 없지만, 기재 자체가 전도성이면 적합한 전기 물품이 형성될 수 있다.
전형적으로, 기재는 두께가 대략 10 내지 80 ㎛ (0.5 내지 3 mil) 범위이며, 더욱 전형적으로는 대략 10 내지 38 ㎛ (0.5 내지 1.5 mil) 범위이다.
기재가 금속일 경우, 금속은 전형적으로 유전층의 경화 온도 이하의 어닐링 온도를 갖거나, 또는 금속은 유전층이 코팅되기 전에 어닐링된다. 바람직한 기재는 구리이다. 구리는 압연 어닐링된(rolled annealed), 전착된(electrodeposited), 그리고 역전착된(reverse electrodeposited) 것과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 임의의 적합한 유형일 수 있다. 예시적인 구리는 독일 뉘른베르크 소재의 칼 슈렌크, 아게(Carl Schlenk, AG) 및 미국 사우스캐롤라이나주 캠던 소재의 오크 미츠이(Oak Mitsui)로부터 입수가능한 구리 포일을 포함한다.
하나 이상의 층으로 제조될 수 있는 전기 물품의 유전층은 중합체를 포함한다. 예를 들어, 약 180 내지 약 290℃의 전형적인 솔더 리플로우(solder reflow) 작업에서 마주치는 온도를 견딜 수 있는 임의의 중합체가 사용될 수 있다. 유전층에 적합한 중합체 재료에는 아크릴레이트, 알릴화 폴리페닐렌 에테르 (APPE), 벤조사이클로부텐 (BCB), 비스말레이미드 트라이아진 (BT), 시아네이트 에스테르, 에폭시, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리페닐렌 옥사이드 (PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 및 그 조합이 포함된다.
적합한 에폭시 수지 조성물은 열 경화성 에폭시 수지로부터 제조될 수 있다. 에폭시 수지 조성물이라는 용어는 전형적으로 비경화 조성물을 지칭하기 위해 사용될 것이다. 예시적인 에폭시 수지 조성물은 하나 이상의 방향족 폴리에폭사이드 및 하나 이상의 9,9-비스(아미노페닐)플루오렌 경화제를 포함한다. 적합한 방향족 폴리에폭사이드는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 컴퍼니(Shell Chemical Company)로부터 상표명 에폰(EPON) 1001F 및 에폰 1050으로 입수가능한, 다가 페놀의 폴리(글리시딜 에테르) 및 에폭시 수지를 포함한다. 다른 적합한 수지는 비스페놀 A의 다이글리시딜에테르와 노볼락 에폭시의 블렌드, 예를 들어 수지의 총 중량을 기준으로 75 내지 90 중량%의 에폰 1001F와 25 내지 10 중량%의 에폰 1050F의 블렌드를 포함한다. 에폭시 수지 조성물을 위한 적합한 경화제는 미국 특허 제4,684,678호에 기재된 다이(4-아미노페닐)설폰 및 9,9-비스(아미노페닐)플루오렌을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
본 발명의 유전층의 중합체는 전형적으로 유전층의 유전상수를 증가시키기 위해 높은 유전상수를 가진 입자로 로딩된다. 적합한 입자로는 바륨 티타네이트, 바륨 스트론튬 티타네이트, 산화티타늄, 바륨 스트론튬 티타네이트 (BST), 칼슘 구리 티타네이트, 납 지르코늄 티타네이트, 납 란탄 지르코네이트 티타네이트, 납 마그네슘 티타네이트, 납 마그네슘 니오베이트-납 티타네이트 (Pb (Mg1/3Nb2/3)O3.- PbTiO3), 철 티타늄 탄탈레이트 (FeTiTaO6), 비스무스 페라이트 (BiAlO3), 비스무스 페라이트 (BiFeO3 ), Li 및 Ti로 공동 도핑된 NiO, La1.5Sr0.5NiO4, Nd1.5Sr0.5NiO4, 및 그 혼합물이 포함된다.
입자는 임의의 형상일 수 있으며, 규칙적이거나 불규칙한 형상일 수 있다. 예시적인 형상은 구형(sphere), 소판형(platelet), 입방형(cube), 바늘형(needle), 편원형(oblate), 편구형(spheroid), 피라미드형(pyramid), 프리즘형(prism), 플레이크형(flake), 봉형(rod), 판형(plate), 섬유형(fiber), 칩형(chip), 휘스커형(whisker) 및 그 조합을 포함한다. 적합한 입자 크기, 예를 들어 직경은 약 100 ㎚ 내지 약 5 ㎚의 하한 범위와 약 2 마이크로미터 (㎛) 내지 약 11 ㎛의 상한 범위를 가질 수 있다. 전형적으로 입자는 적어도 2개에서 3개의 입자가 전기 절연층 두께 내에서 수직하게 쌓일 수 있는 크기를 갖는다. 예를 들어, 약 100 ㎚의 작은 직경을 가진 구형 유전성 입자를 가진 유전층은 평균 직경이 약 0.5 ㎛ 내지 약 1 ㎛이고 분포 범위가 약 0.1 내지 약 2 ㎛인 구형 입자를 가진 유전층보다 더 우수한 강도와 연성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
유전층을 형성하기 위해 사용되는 적합한 코팅가능한 수지 조성물은 전형적으로 에폭시 수지, 분산제, 경화제, 유전성 입자, 및 기타 선택적 성분의 혼합물로부터 제조된다. 전형적으로, 생성되는 실질적으로 균일한 혼합물은 후속하여 적합한 기재 상에 코팅된 후, 휘발성 성분을 제거하기에 충분한 온도에서 그리고 충분한 시간 동안 가열된다.
본 발명의 적어도 일부 실시 형태의 유전 재료의 유전 상수는 약 4보다 크며, 바람직하게는 약 11보다 크며, 더욱 바람직하게는 약 15보다 크다. 높은 유전상수를 가진 유전 재료를 얻기 위하여, 유전성 입자의 로딩 수준은 매우 높을 수 있으며, 이는 유전 재료를 매우 취성으로 만들 수 있다. 유전 재료가 취성이면, 이것은 자립 층(free-standing layer)으로 가공되는 것을 견딜 수 없다. 예를 들어, 두 기재 모두가 패턴 에칭될 것이라면, 유전층의 취성은 한 기재가 에칭되고 지지층은 에칭된 기재에 적용된 후 다른 기재가 에칭될 것을 필요로 한다. 이러한 방식에서, 유전층은 항상 적어도 한 면에서 지지된다.
본 발명은 더 연성이고 강건한 유전층을 제공하며, 이는 양 기재가 동시에 에칭될 수 있게 한다. 이는 더 신속하고 더 효율적인 제조 공정을 가능하게 한다. 본 발명은 커패시터를 형성하기 위해 사용되는 것과 같은 기존의 유전 재료와 동등한 유전 상수와 커패시턴스(capacitance)를 또한 제공하면서 이들 이점을 제공한다. 본 발명의 유전 재료의 개선된 특성은 유전층에 부직 재료를 이용함으로써 이루어진다. 부직 재료 자체는 낮은 유전 상수를 가질 수 있지만, 이는 유전층의 중합체 재료가 한 기재에서 다른 기재로의 연속적인 경로를 형성할 수 있게 하는 개구를 가지므로 중합체 재료가 한 기재로부터 다른 기재로의 연속 경로를 형성하는 것을 방지하였을 고형 필름의 단점을 갖지 않는다.
적합한 부직 재료는 부직 재료로 형성될 수 있는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 그러한 재료로는 액정 중합체 (LCP), 나일론, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 및 하이브리드 재료, 예를 들어 폴리(에테르 설폰)-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PES-PVDF), 폴리에테르이미드-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PEI-PVDF), 폴리아크릴로니트릴-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PAN-PVDF), 에틸렌 클로로트라이플루오로에틸렌 (ECTFE) 및 그 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 부직 재료는 멜트블로운 부직포, 스펀본드 부직포, 및 전기방사 부직포와 같은, 그러나 이로 한정되지 않는, 임의의 적합한 형태의 것일 수 있다. 유전 특성, 기계적 특성, 화학적 특성 및 열적 특성과 같은 부직 재료의 소정의 특성에 영향을 주기 위하여 부직 재료를 위한 전구체 재료에 다양한 첨가제를 첨가할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 부직 재료를 제조하기 위해 사용되는 전구체 재료는 가교결합제를 함유하여, 부직 재료 내의 섬유가 부직 재료가 형성된 후 가교결합될 수 있도록 할 수 있다. 적합한 가교결합제는 열, e-빔 및 UV 가교결합제일 수 있으며, 트라이알릴시아누레이트 및 트라이알릴아이소시아누레이트를 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 가교결합제는 임의의 적합한 양, 전형적으로는 약 2 내지 약 3 중량%로 첨가될 수 있다. 부직 재료를 가교결합시킴으로써 열 안정성, 내용매성 및 내구성과 같은 특성이 개선될 수 있다.
부직 재료 내의 섬유는 유전성 입자로 로딩될 수 있으며, 즉 유전성 입자가 부직 재료의 섬유에 매립되어 유전층의 유전 상수를 증가시킨다. 적합한 유전성 입자로는 이전에 기재된 것들, 예를 들어 바륨 티타네이트, 바륨 스트론튬 티타네이트, 산화티타늄, 바륨 스트론튬 티타네이트 (BST), 칼슘 구리 티타네이트, 납 지르코늄 티타네이트, 납 란탄 지르코네이트 티타네이트, 납 마그네슘 티타네이트 및 그 혼합물을 포함한다. 유전성 입자는 유전층에 바람직한 특성을 제공하기에 적합한 유전성 입자 양으로 로딩될 것이다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 입자는 부직 재료를 형성하기 위해 사용되는 전구체 재료의 약 10 내지 약 15 중량%의 양으로 로딩된다.
다른 특성을 변화시키기 위해, 부직 재료를 형성하는 데 사용되는 전구체 재료에 다른 재료가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 이산화규소는 부직 재료의 기계적 특성을 변화시키기 위해 첨가될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 형태의 경우, 부직 재료 내의 섬유는 랜덤하게 또는 균일하게 배열될 수 있다. 제조되는 수동 전기 물품이 그들의 최종 용도를 위해 작은 조각으로, 예를 들어 작은 마이크로폰 또는 다른 소형 장치로 분할될 것이라면, 더 균일한 섬유 패턴이 더 일관된 특성, 예를 들어 커패시턴스를 조각마다 제공할 것이다.
커패시터에서는, 유전층이 얇을수록 커패시턴스가 높다. 따라서, 부직 재료는 매우 얇은 것이 바람직하며, 예를 들어, 일부 실시 형태에서는 20 마이크로미터 미만, 일부 실시 형태에서는 10 마이크로미터 미만, 그리고 일부 실시 형태에서는 약 0.5 마이크로미터 또는 그 미만이다. 대부분의 부직 재료는 제조될 때 자기-지지성이며 두께가 약 1 마이크로미터 이상이다.
더 얇은 부직 재료를 제공하기 위하여, 부직 재료는 에칭될 수 있다. 예를 들어, LCP 부직 재료는 미국 특허 제7,348,045호에 기재된 것과 같은 고도로 알칼리성인 에칭 용액을 이용함으로써 LCP 필름과 유사한 방식으로 에칭될 수 있다. 고도로 알카리성인 에칭 용액은 알칼리 금속염과 선택적으로 가용화제를 포함한다. 알칼리 금속염 만의 용액은 폴리이미드를 위한 에칭 용액으로 사용될 수 있지만, LCP와 같은 재료를 에칭할 때에는 에칭 속도가 낮다. 그러나, 가용화제가 알칼리 금속염 에칭제와 조합될 경우, 이것은 중합체 백본 내에 카르복실릭 에스테르 단위를 가진 폴리이미드 공중합체와 LCP를 효과적으로 에칭하기 위해 사용될 수 있다.
에칭 용액에 사용하기에 적합한 수용성 염은, 예를 들어 수산화칼륨 (KOH), 수산화나트륨 (NaOH), 치환 수산화암모늄, 예를 들어 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 수산화암모늄 또는 그 혼합물을 포함한다. 미국 특허 제6,611,046 B1호 및 미국 특허 제6,403,211 B1호에 기재된 바와 같이, 유용한 알칼리성 에칭 용액은 알칼리 금속 수산화물, 특히 수산화칼륨을 포함하는 알칼리 금속염, 및 그의 아민과의 혼합물의 수용액을 포함한다. 에칭 용액의 유용한 농도는 에칭될 필름의 두께에 따라 변한다. LCP 에칭을 위한 적합한 염의 전형적인 유용한 농도는 약 30 중량% 내지 40 중량%의 하한 범위와 약 50 중량% 내지 약 55 중량%의 상한 범위를 갖는다. 적합한 가용화제의 전형적인 유용한 농도는 약 10 중량% 내지 약 15 중량%의 하한 범위와 약 30 중량% 내지 약 35 중량%의 상한 범위를 갖는다. 가용화제와 함께 KOH를 사용하는 것은 KOH-함유 에칭 용액이 높은 에칭 속도를 가지므로 고도로 알카리성인 용액을 제조하는 데 바람직하다. 에칭 용액은 에칭 동안 일반적으로 온도가 약 50℃ (122℉) 내지 약 120℃ (248℉), 바람직하게는 약 70℃ (160℉) 내지 약 95℃ (200℉)이다.
전형적으로, 에칭 용액 내의 가용화제는 아민 화합물, 바람직하게는 알칸올아민이다. 본 발명에 따른 에칭 용액을 위한 가용화제는 에틸렌 다이아민, 프로필렌 다이아민, 에틸아민, 메틸에틸아민, 및 알칸올아민, 예를 들어 에탄올아민, 다이에탄올아민, 프로판올아민 등을 포함하는 아민으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 아민 가용화제를 포함하는 에칭 용액은 전술한 백분율 범위 내에서 가장 효과적으로 작용한다. 이는 액정 중합체를 에칭하기 위한 작업시에 이중 기전이 있을 수 있으며, 즉 수용액 중 알칼리 금속염의 제한된 농도 범위 내에서 아민이 액정 중합체를 위한 가용화제로서 가장 효과적으로 작용함을 시사한다.
대안적으로, 부직 재료는 폴리에스테르층과 같은 지지 배킹층 상에 형성될 수 있다. 부직 섬유가 지지 배킹층 상에 직접 웨브 또는 층으로 형성될 경우, 섬유들은 자기-지지 부직 재료를 위해 필요로 하는 것보다 더 얇게 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 부직 재료는 나노섬유를 이용하여 부직 재료를 형성함으로써 얇게 제조되며, 즉 부직 재료 내의 섬유는 나노미터 범위, 즉 1 마이크로미터 미만, 그리고 전형적으로는 약 20 내지 약 500 나노미터의 직경을 갖는다. 나노섬유 부직 재료는 다른 부직 재료를 형성하기 위해 사용되는 동일한 재료를 이용하여 제조될 수 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 나노섬유는 너무 작기 때문에, 이를 사용하면 더 큰 직경의 섬유를 가진 동일한 두께의 부직 재료와는 대조적으로 다수의 섬유층을 가진 얇은 부직 재료를 가능하게 한다. 일부 실시 형태에서, 나노섬유는 더 균일하고/하거나 조밀한 섬유 매트릭스를 제공할 수 있다. 나노섬유 및 나노섬유 부직 재료는 임의의 적합한 방법, 전형적으로는 전기방사에 의해 제조될 수 있다. 나노섬유, 나노섬유 웨브, 즉 재료, 및 전기방사는 문헌["Polymeric Nanofibers and Nanofiber Webs: A New Class of Nonwovens," Timothy Grafe, et al., presented at INTC 2002: International Nonwovens Technical Conference (Joint INDA - TAPPI Conference), Atlanta, Georgia, September 24-26, 2002]에 더 상세히 기재된다.
본 발명의 전기 물품을 제조하는 방법은 각각 2개의 대향하는 주표면을 가진 제1 및 제2 기재를 제공하는 단계를 포함한다. 이어서, 에폭시 수지 조성물과 같은 중합체 조성물을 각 기재의 제1 주표면 상에 코팅할 수 있다. 이어서, 두 기재를 그들의 중합체-코팅된 면이 서로 대면하도록 하고 2개의 제1 주표면들 사이에 부직 층이 있도록 한 상태로 함께 라미네이팅할 수 있다. 층이 함께 라미네이팅될 때, 중합체는 부직 재료 내의 공극(void)을 채워서 중합체와 부직 재료가 본질적으로 하나의 층을 형성하게 한다. 제1 주표면 상에 코팅된 중합체의 양과 부직 재료의 두께는 부직 재료가 기재들 중 하나 또는 둘 모두의 제1 주표면과 접촉하거나 또는 접촉하지 않도록 제어될 수 있다. 이어서, 생성되는 라미네이트는 에폭시 수지와 같은 중합체 조성물을 경화시키기에 충분한 온도에서 그리고 충분한 시간 동안 가열될 수 있다. 기재의 주표면에는 바람직하게는 전기 절연층과의 부착을 최대화하기 위하여 파편 또는 화학흡수되거나 흡착된 물질이 실질적으로 없다. 본 기술 분야에 공지된 적합한 기재 세정 방법이 이용될 수 있다.
세정된 기재는 임의의 적합한 방법, 예를 들어 그라비어 코팅기를 이용하여 중합체 조성물로 코팅될 수 있다. 이어서, 중합체 조성물은 건조되어 잔류 용매를 제거한다. 코팅된 중합체 조성물의 건조 두께는 조성물 중 고형물 퍼센트, 그라비어 롤과 코팅 기재의 상대 속도, 및 사용된 그라비어의 셀(cell) 부피에 따른다. 전형적으로, 약 3 내지 약 10 ㎛ 범위의 건조 두께를 달성하기 위하여, 중합체 수지 조성물 중 고형물 퍼센트는 약 20 내지 75 중량%이다. 에폭시 수지 조성물과 같은 중합체 조성물의 경우, 코팅은 전형적으로 약 100℃ 미만의 온도에서 코팅기의 오븐 내에서 실질적으로 무점착 상태로 전형적으로 건조된다. 보다 전형적으로, 코팅은 약 30℃의 온도로 시작하여 약 100℃의 온도로 끝나는 단계로 건조된 후, 롤 상에 감겨진다. 더 높은 최종 건조 온도, 예컨대 최대 약 200℃가 사용될 수 있지만, 필수적이지는 않다.
라미네이션은 바람직하게는 상기에 기재된 코팅된 기재들 중 2개를 이용하여 실시된다. 코팅된 기재들 중 하나 또는 둘 모두는 예를 들어 약 125 내지 약 175℃ 범위의 온도에서 30초 미만 동안, 그리고 더욱 전형적으로는 약 125 내지 약 160℃의 온도에서, 오븐을 통과하거나 가열된 롤러 위를 통과시킨 후 라미네이터에 도달하게 할 수 있다. 특히, 기재의 부착은 적층 전에 코팅을 열처리함으로써 개선될 수 있다. 열처리 시간은 특히 고온에서 전형적으로는 짧은데, 예를 들어 약 10분 미만이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에서, 중합체 조성물은 부직 재료에 직접 적용되며, 부직 재료는 후속하여 2개의 기재들 사이에 라미네이트된다.
본 발명의 전기 물품을 제조하기 위하여, 배치 공정 또는 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정을 사용할 수 있다. 적합한 롤-투-롤 공정에서, 코팅된 기재는 약 120 내지 약 200℃ 범위의, 전형적으로는 약 135℃의 온도로 가열된 2개의 닙 롤러를 가진 라미네이터를 이용하여, 2개의 코팅된 기재들 사이에 부직 재료가 공급된 상태로 중합체층 대 중합체층으로 라미네이팅될 수 있다 . 적합한 공기압이 전형적으로는 34 내지 280 kPa (약 5 내지 약 40 psi) 범위의, 전형적으로는 100 kPa (약 15 psi)의 압력에서 라미네이터 롤에 공급된다. 롤러 속도는 임의의 적합한 값으로 설정될 수 있으며, 전형적으로는 약 0.5 내지 1.5 cm/s (12 내지 약 36 인치/분) 범위이고, 더욱 전형적으로는 약 0.64 ㎝/s (15 인치/분)이다. 부직층이 자기-지지성이면, 이는 롤로부터 코팅된 기재들 사이에 공급될 수 있다. 부직층이 자기-지지성이 아니면, 이는 지지 배킹층이 부직 재료로부터 박리될 때 코팅된 기재들 사이에 공급될 수 있다. 라미네이션 공정 동안 사용되는 시간, 온도, 및 압력은 중합체 재료가 이 공정 동안 부직 재료 내의 공극을 채우도록 조정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체 유전 재료로 부직 재료를 함침시키기 위하여 미국 특허 제7,524,388호에 기재된 것과 같은 진공-압력 함침(vacuum-pressure impregnation; VPI) 방법을 이용하는 것이 적합할 수 있다. 생성된 라미네이팅된 재료는 요구되는 길이의 시트(sheet)로 절단되거나 적합한 코어 상으로 권취될 수 있다.
대안적인 롤-투-롤 공정에서, 부직 재료는 시트 또는 필름 상에 형성되거나 그에 의해 지지된 후, 에폭시와 같은 중합체 재료로 코팅될 수 있다. 이어서, 중합체-코팅된 부직 재료는 일반적으로 상기에 기재된 바와 같이 기재층들 사이에 공급될 수 있다. 이러한 경우에, 기재층은 중합체로 별도로 코팅되거나 또는 코팅되지 않을 수 있다.
다른 대안적인 롤-투-롤 공정에서, 부직 재료는 전기 물품에서 기재들 중 하나가 될 시트 또는 필름 상에 직접 형성될 수 있다. 예를 들어, 부직 재료는 용량성 또는 저항성 물품의 기재들 중 하나가 될 구리 시트 상에 형성될 수 있다. 이 기재는 지지층으로 작용하며, 이는 부직 재료가 매우 얇게 만들어지도록 하며, 구리 시트가 부직 재료로부터 절대 제거되지 않으므로 부서지기 쉬운 부직 재료를 취급하는 데 관련된 문제점이 감소된다. 전기 물품을 제조하기 위하여, 부직 재료를 지지하는 기재는 중합체층이 코팅된 다른 기재에 직접 라미네이팅될 수 있다. 두 기재가 상기에 기재된 바와 유사한 방식으로 함께 라미네이팅되므로, 중합체는 부직 재료 내의 공극을 채워서, 중합체/부직 재료 유전층을 가진 전기 물품을 형성할 것이다. 완성된 전기 물품에서, 부직 재료는 일 기재와 물리적으로 접촉할 것이며, 중합체층의 두께에 따라 다른 기재와 물리적으로 접촉하거나 또는 접촉하지 않을 수 있다.
다른 대안적인 롤-투-롤 공정에서, 부직 재료는 전기 물품에서 기재가 될 시트들 또는 필름들 중 하나 또는 둘 모두 상에 직접 형성된 후, 중합체 조성물로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 부직 재료는 용량성 또는 저항성 물품의 기재가 될 시트들 중 하나 또는 둘 모두 상에 형성될 수 있다. 전기 물품을 제조하기 위하여, 부직 재료를 지지하는 기재는 에폭시 수지 용액과 같은 중합체 용액으로 용매-코팅될 수 있다. 용매 용액은 부직 재료에 쉽게 침투할 것이고 중합체가 부직 재료 내의 공극을 대부분 또는 전부 채우게 할 것으로 생각된다. 일단 중합체 용액이 건조되면, 기재는 다른 동일한 기재 (즉, 부직 재료 및 용매-코팅된 중합체를 가짐)에 또는 중합체층만이 코팅된 기재에 직접 라미네이팅될 수 있다. 두 기재가 상기에 기재된 바와 유사한 방식으로 함께 라미네이팅되므로, 중합체는 부직 재료 내의 임의의 개방 공극 내로 추가로 압축되어, 중합체/부직 재료 유전층을 가진 전기 물품을 형성할 것이다. 양 기재가 그들의 표면 상에 부직 재료를 가지면, 완성된 전기 물품에서, 부직 재료는 각 기재와 물리적으로 접촉할 것이며, 중합체층의 두께에 따라 다른 기재 상의 부직 재료와 물리적으로 접촉하거나 또는 접촉하지 않을 수 있다. 단지 하나의 기재만이 부직 재료를 가지면, 이 부직 재료는 이것이 형성된 기재와 단지 물리적 접촉만을 할 것인데, 그 이유는 중합체층의 두께에 따라 그 공극의 대부분 또는 전부가 제2 중합체-코팅된 기재와의 라미네이션 전에 중합체로 채워질 것이기 때문이다.
이어서, 라미네이팅된 재료는 전형적으로 중합체 조성물, 전형적으로는 에폭시를 경화시키기에 충분한 시간과 온도로 가열된다. 예시적인 경화 온도는 약 150 내지 약 225℃, 전형적으로는 약 160 내지 약 200℃ 범위의 온도를 포함하고, 예시적인 경화 시간은 약 90 내지 약 180분, 전형적으로는 약 90 내지 약 120분 범위의 기간을 포함한다.
금속 기재에의 유전층의 부착은, 금속이 코팅시에 충분히 연질이거나 라미네이션 및/또는 경화 동안 연질이 된다면 향상될 수 있으며, 즉 포일은 코팅 전에 어닐링되거나 또는 후속 가공 동안 어닐링된다. 어닐링은 코팅 단계 전에 기재를 가열함으로써, 또는 금속 어닐링 온도가 중합체 수지 조성물의 경화 온도이거나 그 미만인 경우에는 경화 또는 건조 단계의 결과로서 달성될 수 있다. 경화가 일어나는 온도보다 낮은 어닐링 온도를 갖는 금속 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 어닐링 조건은 사용된 금속 기재에 따라 변할 것이다. 전형적으로는, 구리의 경우에, 상기 공정의 이러한 단계들 중 어느 단계에서도, 금속 기재는 10 g 하중을 사용하여 약 75 ㎏/㎟ 미만의 비커스 경도(Vickers hardness)를 얻는다. 이러한 경도를 달성하기 위한 구리의 전형적인 온도 범위는 약 100 내지 약 180℃, 더욱 전형적으로는 약 120 내지 약 160℃의 범위이다.
본 발명의 전기 물품이 제조됨에 따라 기능적일 수 있지만, 전기 물품은 예를 들어 측방향 전도성을 제한하기 위하여 재료의 별개의 섬(island) 또는 제거된 영역을 형성하도록 패터닝될 수 있다. 당업계에서 공지된 임의의 적합한 패터닝 기술이 채용될 수 있다. 패터닝된 전기 물품은 회로 물품 자체로서 또는 회로 물품 내의 구성요소로서 사용될 수 있다.
접근가능한 전기 물품의 제1 또는 제2 기재의 표면은 예를 들어 제1 또는 제2 기재가 전극으로 작용하도록 전기 접점을 만들기 위하여 전기 트레이스(trace)에 의해 접촉될 수 있다. 또한, 유전층과 접촉하는 제1 또는 제2 기재의 주표면과 전기 접촉을 이루거나 스루 홀 접촉(through hole contact)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 스루 홀 접촉은 전기 장치와의 상호작용이 요구되지 않을 경우 유용하다.
본 발명의 전기 물품은 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 연성 회로에 사용하기 위해 이를 제조하기 위하여 하나 이상의 추가 층을 더 포함할 수 있다. 추가 층은 강성이거나 또는 연성일 수 있다. 예시적인 강성 층은 미국 뉴햄프셔주 프랭클린 소재의 폴리클래드(Polyclad)로부터 상표명 PCL-FR-226으로 구매가능한 유리섬유/에폭시 복합재, 세라믹, 금속, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 연성 층은 폴리이미드 또는 폴리에스테르와 같은 중합체 필름, 금속 포일, 또는 이들의 조합을 포함한다. 폴리이미드는 듀폰(DuPont)으로부터 상표명 캅톤(KAPTON)으로 구매가능하며, 폴리에스테르는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 스카치파르(SCOTCHPAR)로 구매가능하다. 이들 추가 층은 또한 층의 상부에 있는 또는 그 층 내에 매립된 전기 전도성 트레이스를 포함할 수 있다. "전기 전도성 트레이스"라는 용어는 전류를 전달하도록 설계된 전도성 재료의 스트립 또는 패턴을 말한다. 전기 전도성 트레이스를 위한 적합한 재료는 구리, 알루미늄, 주석, 땜납, 은 페이스트, 금, 및 이들의 조합을 포함한다.
회로 물품은 본 발명의 전기 물품을 제공하고, 전기 물품의 적어도 한 면을 패터닝하고, 전기 물품의 패터닝된 면에 추가 층을 부착하고, 전기 물품의 적어도 하나의 기재에 적어도 하나의 전기 접점을 제공함으로써 제조될 수 있다. 전형적으로, 전기 물품의 제2 면이 또한 패터닝되며, 제2 추가 층이 제공되어 전기 물품의 이러한 제2 면에 부착된다. 바람직한 실시 형태에서, 회로 물품은 본 발명의 전기 물품을 제공하고, 전기 물품의 양면을 동시에 패터닝하고, 이어서 전기 물품의 일면 또는 양면에 추가 층을 부착함으로써 제조된다.
전기 물품은 PCB 또는 연성 회로 내에 매립되거나 집적될 수 있다. 본 발명의 전기 물품을 이용하여 연성 회로 또는 PCB를 제조하는 방법은 국제특허 공개 WO 00/45624호에 기재되며 참고로 본 명세서에 인용된다.
본 발명은 또한 PCB의 전기 회로 또는 연성 회로에서 기능하는 본 발명의 전기 물품을 포함하는 전기 장치를 포함한다. 이 전기 장치는 용량성 구성요소를 갖는 PCB 또는 연성 회로를 전형적으로 이용하는 임의의 전기 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 전기 장치는 휴대 전화, 일반 전화, 팩스기, 컴퓨터, 프린터, 페이저(pager), 및 당업자에 의해 인식되는 기타 장치를 포함한다. 본 발명의 전기 물품은 1 GHz보다 큰 주파수에서 작동하거나 그 안의 공간이 중요한 전기 장치에서 특히 유용하다.
실시예
본 발명은 하기의 실시예에 의해 예시되지만, 이들 실시예들에서 언급되는 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 다른 조건 및 세부 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
재료
· 바륨 티타네이트 (BaTiO3): 페로(FERRO) ABT-S-20 (0.7 마이크로미터 직경), 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 페로
· 클로르아닐린 플루오레논 (CAF) 아민 경화제: R-55365 중간체, CAS # 107934-68-9, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니
· 분산제: 솔스펄스(SOLSPERSE) 76500, n-부틸 아세테이트 중의 50% 활성 중합체성 분산제 용액, 영국 소재의 루브리졸, 리미티드(Lubrizol, Ltd.)
· 용매: 메틸에틸케톤 (MEK), 메틸아이소부틸케톤 (MIBK)
· 에폭시: 에폰 1001F; 에폰 1050, 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 컴퍼니
· LCP (액정 중합체) 부직 재료: HM060 유형 B, (평량: 6.2 g/m2 (gsm)), 두께: 15 ㎛, 인장 강도: 8.2 N/1.5 ㎝, 공기 투과도: 302 cc/㎠/sec), 미국 매사추세츠주 달톤 소재의 크레인 앤드 컴퍼니(Crane & Co.)
· 구리 포일: 18 ㎛ 두께 (1/2 oz) 구리 포일, 미국 사우스캐롤라이나주 캠던 소재의 오크 미츠이
장비
· 밀링: 네츠쉬 파인 파티클 테크놀로지 (Netzsch Fine Particle Technology) (미국 펜실베이니아주 엑스톤 소재)로부터의 미니세르(MiniCer) 실험실용 밀(lab mill)
· 혼합: 비와이케이-가드너 (BYK-Gardner) (미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재)로부터의 디스펄맷(Dispermat) 실험실용 용해기
· 박리 시험기: 인스트론 코포레이션 (Instron Corporation) (미국 매사추세츠주 캔톤 소재)로부터의 인스트론 모델 5567
· 플라즈마 에칭: 플라즈마덤, 인크.(Plasmatherm, Inc.) (미국 플로리다주 세인트 페테르스버그 소재)로부터의 플라즈마덤 PE 2480 시스템
시험 방법
박리 강도 시험: IPC TM-650-2.4.8: 금속 피복 라미네이트의 박리 강도
실시예 1
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1250 그램(g)의 BaTiO3를 15 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BaTiO3 용액 (단계 1에서 제조됨) 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 두 조각 상에 최종 용액을 7 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 163℃ 의 온도와 0.9 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 LCP 부직 재료 (6.2 g/m2 (gsm))와 함께 라미네이팅한다.
단계 7: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터(ohmmeter)를 이용하여 측정하고 Cu의 제거 후 유전층의 두께를 측정하였다. 정전용량 밀도(capacitive density)는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
박리 강도 = 0.57 ㎏/cm
C/A = 0.59 nF/㎠
유전체 두께 = 20 ㎛
실시예 2
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 (단계 1에서 제조됨) 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 166℃ 의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 LCP 부직 재료 (6.2 gsm)와 함께 라미네이팅한다.
단계 7: 4시간 동안 190℃ 의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
표준 옴미터를 이용하여 커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 측정하였으며, 유전층의 두께를 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.77 nF/㎠
실시예 3
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1500 그램(g)의 BaTiO3를 18 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 5 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 7 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 166℃ 의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 LCP 부직 재료 (6.2 gsm)와 함께 라미네이팅한다.
단계 7: 4시간 동안 190℃ 의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
표준 옴미터를 이용하여 커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 측정하였으며, 유전층의 두께를 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.86 nF/㎠
실시예 4
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1250 그램(g)의 BaTiO3를 15 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 두 조각 상에 최종 용액을 7 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 에칭제로서 45 중량% KOH 용액을 포함하는 화학 에칭 공정을 이용하여 4분 동안 79℃의 승온에서 LCP 부직 재료를 박화시킨 후 (49.2 중량% 감소), 탈이온수로 세척하고 약 15분 동안 120℃에서 건조시킨다.
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.73 nF/㎠
실시예 5
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 에칭제로서 45% KOH 용액을 포함하는 화학 에칭 공정을 이용하여 9분 동안 67℃의 승온에서 LCP 부직 재료를 박화시킨 후 (48.1 중량% 감소), 탈이온수로 세척하고 약 15분 동안 120℃에서 건조시킨다.
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 1.08 nF/㎠
실시예 6
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 에칭제로서 45% KOH 용액을 포함하는 화학 에칭 공정을 이용하여 4분 동안 79℃의 승온에서 LCP 부직 재료를 박화시킨 후 (49.2 중량% 감소), 탈이온수로 세척하고 약 15분 동안 120℃에서 건조시킨다.
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 1.11 nF/㎠
실시예 7
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 1.2 중량%의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 4분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력(power)이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 LCP 부직 재료를 박화시킨다 (51.1 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 1.14 nF/㎠
실시예 8
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 (또는 LMZ-2) 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 3.2분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 LCP 부직 재료를 박화시킨다 (38.4 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 1.03 nF/㎠
실시예 9
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 2.4분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 LCP 부직 재료를 박화시킨다 (29.9 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.96 nF/㎠
실시예 10
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1375 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 10 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 2.5 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 1.6분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 LCP 부직 재료를 박화시킨다 (20 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.91 nF/㎠
실시예 11
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 (또는 LMZ-2) 내에서 1500 그램(g)의 BaTiO3를 16.5 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 5 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 7 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 2.4분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 LCP 부직 재료를 박화시킨다 (30 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 1.03 nF/㎠
실시예 12
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1500 그램(g)의 BaTiO3를 18 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 일 조각 상에 최종 용액을 5 ㎛ 두께로 코팅하고, 구리 포일의 다른 조각 상에 최종 용액을 7 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 1.6분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 LCP 부직 재료를 박화시킨다 (20 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.97 nF/㎠
실시예 13
단계 1: 약 10분 동안 4320 rpm에서 미니세르 내에서 1500 그램(g)의 BaTiO3를 18 g의 솔스펄스 76500 분산제, 110 g의 MEK 및 164 g의 MIBK와 밀링하여 밀링된 분산물을 제조한다.
단계 2: 40 g의 MEK 용매에 32 g의 에폰 1001F 및 8 g의 에폰 1050을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 3: 단계 2로부터의 에폭시 용액에 10 g의 CAF를 첨가한다.
단계 4: 단계 3으로부터의 에폭시 용액에 240 g의 BT 용액 및 120 g의 MEK를 첨가하고, 균일한 분산물이 얻어질 때까지 디스펄맷 용해기에서 회전시킨다.
단계 5: 구리 포일의 두 조각 상에 최종 용액을 7 ㎛ 두께로 코팅한다.
단계 6: 2.4분 동안 압력이 39.9 Pa (300 mTorr)이고 RF 출력이 2000 와트이고 산소 가스 유량이 500 표준 cc3/min (SCCM)이고 C3F8 가스 유량이 100 SCCM인 산소 및 C3F8 플라즈마를 포함하는 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 부직 재료를 박화시킨다 (30 중량% 감소).
단계 7: 166℃의 온도와 0.3 미터/분의 속도로 표준 닙 롤러 라미네이터를 이용하여 2개의 코팅된 구리 조각을 그들 사이의 부직 재료와 함께 라미네이팅한다.
단계 8: 4시간 동안 190℃의 공기에서 최종 고온 경화를 실시하여 커패시터 라미네이트를 형성한다.
커패시터 라미네이트의 커패시턴스를 표준 옴미터를 이용하여 측정하였다. 정전용량 밀도는 측정된 커패시턴스(C)를 샘플의 면적(A)으로 나누어 계산하였다.
C/A = 0.99 nF/㎠
본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 나타낸 예시적인 실시 형태들로 부당하게 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 수지와 부직 재료를 포함하는 유전층을 가진 수동 전기 물품을 포함하는 물품.
  2. 제1항에 있어서, 부직 재료는 액정 중합체, 나일론, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 및 하이브리드 재료, 예를 들어, 폴리(에테르 설폰)-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PES-PVDF), 폴리에테르이미드-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PEI-PVDF), 폴리아크릴로니트릴-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PAN-PVDF), 에틸렌 클로로트라이플루오로에틸렌 (ECTFE), 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품.
  3. 제1항에 있어서, 부직 재료는 액정 중합체를 포함하는 물품.
  4. 제1항에 있어서, 부직 재료는 두께가 약 20 마이크로미터 내지 약 0.5 마이크로미터인 물품.
  5. 제1항에 있어서, 부직 재료는 직경이 약 20 내지 약 500 나노미터인 섬유를 포함하는 물품.
  6. 제1항에 있어서, 유전층은 유전성 입자를 추가로 포함하는 물품.
  7. 제1항에 있어서, 부직 재료는 멜트블로운 부직포, 스펀본드 부직포, 및 전기방사 부직포로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품.
  8. 제1항에 있어서, 부직 재료는 가교결합되는 물품.
  9. 제1항에 있어서, 유전층의 어느 한 면에 전도성 기재를 추가로 포함하는 물품.
  10. 2개의 전도성 기재를 제공하는 단계,
    각각의 전도성 기재의 표면에 수지를 코팅하는 단계,
    전도성 기재들의 수지-코팅된 표면들 사이에 부직 재료를 제공하는 단계, 및
    수지-코팅된 전도성 기재들과 부직 재료를 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 전기 물품의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 부직 재료는 액정 중합체, 나일론, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 및 하이브리드 재료, 예를 들어, 폴리(에테르 설폰)-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PES-PVDF), 폴리에테르이미드-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PEI-PVDF), 폴리아크릴로니트릴-폴리비닐리덴 플루오라이드 (PAN-PVDF), 에틸렌 클로로트라이플루오로에틸렌 (ECTFE), 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 부직 재료는 두께가 약 20 마이크로미터 내지 약 0.5 마이크로미터인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 부직 재료는 직경이 약 20 내지 약 500 나노미터인 섬유를 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 부직 재료는 가교결합되는 방법.
  15. 제1 전도성 기재의 표면에 수지층을 코팅하는 단계,
    제2 전도성 기재의 표면에 부직 재료를 형성하는 단계, 및
    수지층과 부직 재료가 서로 대면하도록 전도성 기재들을 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 전기 물품의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 부직 재료는 두께가 약 20 마이크로미터 내지 약 0.5 마이크로미터인 방법.
  17. 제15항에 있어서, 부직 재료는 직경이 약 20 내지 약 500 나노미터인 섬유를 포함하는 방법.
  18. 제1 및 제2 전도성 기재 중 하나 또는 둘 모두의 제1 표면에 부직 재료를 형성하는 단계;
    양 전도성 기재의 제1 표면들에 수지층을 코팅하는 단계, 및
    수지-코팅된 제1 표면들이 서로 대면하도록 전도성 기재들을 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 전기 물품의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 부직 재료는 두께가 약 20 마이크로미터 내지 약 0.5 마이크로미터인 방법.
  20. 제18항에 있어서, 부직 재료는 직경이 약 20 내지 약 500 나노미터인 섬유를 포함하는 방법.
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