KR20120046252A - 복합 완충 구조물 - Google Patents

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캐서린 이. 컨스
프랭크 엠. 키이즈
매튜 모린
마크 시놉스키
데이비드 에이치. 윌리암스
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생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 주면을 갖는 불소중합체 층, 및 불소중합체 층의 주면 상부에 배치되는 중합체성 층을 포함하는 복합 완충 구조물에 관한 것이다. 상기 복합 구조물은 적어도 약 15 사이클 동안 온도 약 330℃ 내지 약 400℃ 이상과 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 열간 프레스를 견딜 수 있다.

Description

복합 완충 구조물{COMPOSITE CUSHIONING STRUCTURE}
본 발명은 일반적으로 복합 완충 구조물 및 이러한 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.
LCD 전자 제품을 구성하는데 있어서, 회로의 전자 부품들을 디스플레이 스크린의 전자 부품들에 접착시키는 것이 요구된다. 이를 달성하기 위해, 열활성 이방 도전성 필름(ACF)을 두 세트의 전자 부품 사이에 사용한다. 회로를 디스플레이 스크린 전자 부품에 접착(bonding)시키는 것은 ACF를 활성화시키는 열간 프레스(즉, 열 및 압력)가 이용되는 열봉합 공정(heat seal process)을 통해 보통 실현된다.
열봉합 공정 동안에는, 강철 공구 헤드에 의해 야기되는 파쇄 또는 흠집으로부터 전자 부품들을 보호하고, 비평면성을 조절할 필요가 있다. 동시에, 전자 부품들 사이의 노출된 영역으로부터의 공구 헤드에 부착되어 있을 수 있는 ACF로부터 공구 헤드를 보호할 필요가 있다. 통상적으로, 보호 방식은 스카이빙된(얇게 절삭된) PTFE(2 mils 또는 6 mils), 실리콘 시트, PTFE 코팅된 직물(2.0 mils) 또는 PTFE, 실리콘 및 금속 시트의 조합물로 이루어져 왔다. 이들 재료는 연속적인 롤 형태로 있으므로, 시트를 전방으로 색인할 수 있게 되어 열봉합 영역에 버진(virgin) 영역을 제공한다. 이들 재료의 문제점은 전자 부품에 들러붙거나, 또는 적은 수의 사이클(예를 들면, 10 사이클 미만) 후에 고장을 일으킨다는 것이다.
LCD 텔레비젼의 대형화 및 경제적 압력의 증가와 더불어, 공구 헤드로부터 전자 부품들을 완충시키고, 전자 부품들의 전체 길이에 따라 압력을 균등화시키고, ACF로부터 분리되는 복합체(composite)를 제공하기 위한 관심이 높아졌다. 완충 제품이 다수의 열봉합 사이클 하에서 자신의 특성을 유지하는 능력을 가져, 사이클 당 비용을 절감할 것이라고 기대하고 있다.
따라서, 향상된 완충재는 물론 이러한 완충재의 제조 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
일 구현예로, 복합 완충 구조물을 제공한다. 상기 복합 완충 구조물은 주면(major surface)을 갖는 불소중합체 층(fluoropolymer layer) 및 불소중합체 층의 주면 상부에 배치되는 중합체성 층(polymeric layer)을 포함한다. 복합 구조물은 적어도 약 15 사이클 동안 온도 약 330℃ 내지 약 400℃ 이상과 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 열간 프레스를 견딜 수 있다.
다른 바람직한 구현예로, 복합 완충 구조물을 제공한다. 상기 복합 구조물은 주면을 갖는 불소중합체 층 및 불소중합체 층의 주면 상부에 배치되는 중합체성 층을 포함한다. 중합체성 층은 자신의 총 중량에 대해 약 75 중량%까지 열도전성 충전재를 함유한다. 복합 구조물은 적어도 약 15 사이클 동안 온도 약 330℃ 내지 약 400℃ 이상과 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 열간 프레스를 견딜 수 있다.
첨부된 도면을 참조함으로써 당해 기술분야의 숙련자에게 본 발명이 보다 잘 이해되며, 본 발명의 많은 특징 및 이점들이 명백해질 수 있다.
도 1은 바람직한 복합 완충 구조물의 예시도를 포함한다.
특정의 일 구현예에서, 복합 완충 구조물은 주면을 갖는 불소중합체 층을 포함한다. 복합 구조물은 불소중합체 층의 주면 상부에 배치되는 중합체성 층을 더 포함한다. 일 구현예에서, 불소중합체 층은 어떠한 개재층(들) 없이 중합체성 층상에 직접 배치되어 중합체성 층의 주면과 직접적으로 접촉할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 복합 완충 구조물은 열간 프레스의 가열 압반(heat platen)과 직접적으로 접촉하도록 배치된다. 일반적으로, 열간 프레스는 전자 부품들의 두 마주보는 층 사이에 개재되는 이방 도전성 필름(ACF)을 열봉합하는데 사용된다. 바람직한 일 구현예에서, 복합 완충 구조물은 전자 부품에게 열봉합 압반에 대한 완충효과를 제공한다. 또한, 복합 완충 구조물은 열봉합 공정 동안 열봉합 압반으로부터 전자 부품들에 가해지는 압력을 균등화시킨다.
불소중합체 층을 형성하는데 사용되는 바람직한 불소중합체로는 단일중합체, 공중합체, 삼원 공중합체, 또는 단량체(예컨대, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 비닐리덴 플루오라이드, 비닐플루오라이드, 퍼플루오로프로필 비닐에테르, 퍼플루오로메틸 비닐에테르, 또는 이들의 임의 조합물)로부터 형성되는 중합체 블렌드가 포함된다. 예를 들어, 불소중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다. 바람직한 불소중합체 필름을 주조, 스카이빙 또는 압출할 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌은 SGPPL에서 시판 중이다.
추가 바람직한 불소중합체로는 불소화 에틸렌 프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필 비닐에테르(PFA)의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로메틸 비닐에테르(MFA)의 공중합체, 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 공중합체(ETFE), 에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌과 비닐리덴플루오라이드를 포함하는 삼원 공중합체(THV), 또는 이들의 임의 블렌드 또는 임의 합금이 포함된다. 예를 들어, 불소중합체는 FEP를 포함할 수 있다. 또 다른 일예로, 불소중합체는 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필 비닐에테르(PFA)의 공중합체를 포함할 수 있다. 바람직한 일 구현예에 의하면, 불소중합체는 전자빔과 같은 방사선을 통해 가교가능한 중합체일 수 있다. 바람직한 가교성 불소중합체로는 ETFE, THV, PVDF 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다.
일 구현예에 의하면, 불소중합체 층이 직접적으로 접촉되는 층에 대한 접착력을 향상시키기 위해 불소중합체 층을 처리할 수 있다. 일 구현예에서, 이러한 처리법으로는 표면처리법, 화학적 처리법, 나트륨 에칭, 프라이머(primer)의 사용, 또는 이들의 임의 조합법이 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 이러한 처리법으로는 나트륨 나프탈렌 표면처리법 또는 나트륨 암모니아 표면처리법과 같은 화학적 처리법이 포함된다. 일 구현예에서, 이러한 처리법으로는 코로나 처리법, UV 처리법, 전자빔 처리법, 화염(flame)처리법, 스커핑(scuffing) 또는 이들의 임의 조합법이 포함될 수 있다.
일반적으로, 불소중합체 층은 약 0.1 mils 내지 약 3.0 mils의 두께를 가진다. 예를 들어, 불소중합체 층은 약 0.15 mils 내지 약 0.30 mils의 두께를 가질 수 있다. 일 구현예에 의하면, 불소중합체 층은 약 2.0 mils 내지 3.0 mils의 두께를 가질 수 있다.
중합체성 층은 불소중합체 층의 상부에 배치된다. 일 구현예에 의하면, 중합체성 층은 불소중합체 층과 직접적으로 접촉한다. 중합체성 층은 열가소성 재료 및 열경화성 재료와 같은 중합체성 재료를 포함한다. 바람직한 중합체성 재료로는 실리콘이 포함될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 중합체성 재료는 실리콘을 포함하며, 이러한 실리콘으로는 전구체로 형성된 실리콘 중합체와 같은 폴리알킬실록산, 이를테면 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디프로필실록산, 메틸에틸실록산, 메틸프로필실록산, 또는 이들의 조합물이 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 실리콘은 고밀도(high consistency) 검 고무(HCR)이다. 바람직한 실리콘은 가교성 액체 실리콘 고무와 같은 액체 실리콘 고무(LSR)이다. 시판 중인 가교성 액체 실리콘 고무는 2액형(two-part) 액체 실리콘 고무이다. 실리콘을 촉매화할 수 있으며, 예컨대 백금 촉매화, 과산화물 촉매화, 또는 이들의 조합으로 촉매화할 수 있다. 이러한 액체 실리콘 고무는 예를 들어 Wacker 및 Dow Corning사에서 입수가능하다. 추가 중합체성 재료로는 페놀(phenolic), 에폭시, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 완충, 균등화 및 열간 프레스 조건에 적합한 모든 중합체성 층이 고려된다.
일 구현예에서, 중합체성 층은 열도전성 충전재를 포함할 수 있다. 특정의 일 구현예에서, 열도전성 충전재는 중합체성 층의 총 중량에 대해 약 20 중량% 초과, 예컨대 약 25 중량% 초과, 예컨대 약 30 중량% 초과, 예컨대 약 40 중량% 초과, 예컨대 약 50 중량% 초과, 예컨대 60 중량% 초과, 또는 심지어 최대 약 75 중량%의 양으로 존재한다. 중합체성 층을 통해 도전성을 개선시키는 모든 열도전성 충전재를 고려해 볼 수 있다. 열도전성 충전재는 ASTM D1530에 따라 측정하였을 때의 벌크 열전도도가 약 0.5 내지 1000.0 Watt/meter-K인 다양한 재료 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 적합한 열도전성 충전재의 예로는 질화붕소, 산화알루미늄(알루미나), 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 산화베릴륨, 탄화규소, 니켈 분말, 구리 플레이크, 흑연 분말, 분말형 다이아몬드, 산화철, 카본블랙, 및 이들의 혼합물이 포함되되, 이에 한정되지는 않는다. 일 구현예에 의하면, 열도전성 충전재는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화철, 카본블랙 또는 이들의 조합물이다. 특정의 일 구현예에 의하면, 열도전성 충전재의 입도, 입도 분포, 및 충전재 적재량(loading)(중합체성 층 내에서의 농도)은 패킹(packing)을 최대화시키도록 선택함으로써, 가장 효율적인 열전도도를 생성한다. 예를 들어, 열도전성 충전재의 입도는 약 2 마이크론 내지 약 100 마이크론일 수 있다. 특정의 일 구현예에 의하면, 열도전성 충전재를 첨가시키면 슬립층(slip layer)이 필요하지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 중합체성 층에는 어떠한 산화규소도 실질적으로 함유되어 있지 않지 않으며, 다시 말해서 중합체성 층에는 산화규소가 존재하지 않는다.
일반적으로, 중합체성 층은 약 5.0 mils 이상의 두께를 가진다. 예를 들어, 중합체성 층은 약 7.0 mils 내지 약 25.0 mils의 두께, 예컨대 약 7.0 mils 내지 약 9.0 mils의 두께를 가질 수 있다.
일 구현예에 의하면, 보강층을 또한 사용할 수 있다. 복합 구조물을 보강하기 위해 구조물 내 임의의 위치에 보강층을 배치할 수 있다. 예를 들어, 보강층은 중합체성 층과 접촉한다. 일 구현예에서 보강층은 중합체성 층의 주면 상부에 있을 수 있다. 일 구현예에서는 보강층이 중합체성 층의 내부에 실질적으로 내재될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 "실질적으로 내재"란 표현은 보강층의 총 표면적의 25% 이상이, 예컨대 약 50% 이상 또는 심지어 100%가 중합체성 층에 내재되어 있다는 것을 가리킨다. 일 구현예에 의하면, 중합체성 층의 약 25% 이상, 또는 심지어 약 50%, 또는 심지어 약 100%가 불소중합체 층과 직접적으로 접촉한다. 보강층은 복합 구조물의 보강 특성을 증가시키는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 보강층은 천연섬유, 합성섬유, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 섬유는 니트(knit) 직물, 레이드 스크림(laid scrim) 직물, 브레이드(braided) 직물, 직포 또는 부직포의 형태일 수 있다. 바람직한 보강 섬유로는 유리, 아라미드(aramid) 및 이와 유사한 것이 포함된다. 일 구현예에 의하면, 보강 섬유는 유리섬유(예컨대, 직포 유리섬유)이다. 보강층은 약 5.0 mils 미만의, 예컨대 약 2.0 mils 미만 또는 심지어 약 1.0 mils 미만의 두께를 가질 수 있다.
선택적으로, 복합 구조물은 중합체성 층 상부에 배치되는 슬립층을 더 포함한다. 일 구현예에 의하면, 슬립층은 대전방지성을 가진다. 바람직한 슬립층은 열봉합 가압(hot seal press) 공구 헤드에 대한 복합 구조물의 이형성(즉, 들러붙지 않음)을 증가시킨다. 특정의 일 구현예에서, 슬립층은 복합 구조물의 마찰계수를 감소시킨다. 예를 들어, 슬립층은 열간 프레스 장치를 통해 복합 구조물이 끌어 당겨질 때 복합 구조물의 드래그(drag)를 감소시킨다. 일반적으로, 슬립층은 열간 프레스 공정시 가열 압반과 접촉하는 최외층(즉, 탑 코트(top coat))일 수 있다. 일 구현예에서, 슬립층은 어떠한 개재층들 없이 중합체성 층 상부에 배치된다. 예를 들어, 보강층을 사용하지 않는 경우에, 슬립층은 중합체성 층과 직접적으로 접촉할 수 있다. 일 구현예에서, 보강층이 존재하는 경우에는 보강층과 중합체성 층 상부에 슬립층이 배치될 수 있다.
슬립 특성을 가진 임의의 열가소성 또는 열경화성 재료를 고려해 볼 수 있다. 바람직한 열가소성 또는 열경화성 재료로는 실리콘이 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 중합체성 재료는 실리콘을 포함하며, 이러한 실리콘으로는 전구체로 형성된 실리콘 중합체와 같은 폴리알킬실록산, 이를테면 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디프로필실록산, 메틸에틸실록산, 메틸프로필실록산, 또는 이들의 조합물이 포함될 수 있다. 바람직한 재료로는 액체 실리콘 고무(LSR)로, 이를테면 대전방지성을 띨 수 있는 가교성 액체 실리콘 고무이다. 시판 중인 가교성 액체 실리콘 고무는 Dow Coning® 3715 Topcoat와 같은 2액형 액체 실리콘 고무 조성물이다. 실리콘을 촉매화할 수 있으며, 예컨대 백금 촉매화, 과산화물 촉매화, 또는 이들의 조합으로 촉매화할 수 있다. 기타 액체 실리콘 고무는 Wacker사로부터 입수가능하다. 추가 슬립 재료로는 페놀, 에폭시, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 일반적으로, 슬립층은 1.0 mil 미만의, 예컨대 약 0.1 mils 내지 약 1.0 mil의 두께를 가진다.
일 구현예에 의하면, 슬립층은 대전방지성을 띤다. 첨가제를 함유하지 않는 재료에 비해, 슬립층의 대전방지성을 증가시키는 임의의 적당한 첨가제를 사용할 수 있다. 대전방지성을 증가시키는 첨가제로는, 예를 들면, 아민(4차 및 기타), 카본블랙, 에스테르, 금속, 탄소 및 흑연 섬유, 무기성 충전재(예컨대, 안티몬 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 탄화규소, 주석 안티몬, 회색 석석(grey cassiterite), 산화아연 위스커(whisker), 알루미늄 분말, 구리 분말, 금 분말, 몰리브덴 분말, 니켈 분말, 은 분말, 금속으로 코팅된 솔리드(속이 꽉 찬) 및 할로우(속이 빈) 유리 구, 도전성 중합체(예컨대, 폴리에틸렌 글리콜), 및 이들의 임의 조합물이 포함된다. 일반적으로, 첨가제는 슬립층에 대전방지성을 제공하기에 효과적인 양으로 존재한다. 일 구현예에 의하면, 충전재를 슬립층의 총 중량에 대해 최대 4 중량%, 예컨대 최대 10 중량%의 양으로 첨가할 수 있다.
복합 구조물의 층들은 내부 용도에 맞춘 기타 다른 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 이들 층 중 임의의 층은 중합체성 층의 겉보기 또는 다른 물리적 특성을 변경하기 위해 충전재, 미네랄 충전재, 금속성 충전재, 안정화제, 첨가제, 공정 보조제, 착색제, 또는 이들의 임의 조합물을 함유할 수 있다.
복합 완충 구조물(100)의 바람직한 구현예를 도 1에 도시하였다. 복합 구조물은 주면(104)을 갖는 불소중합체 층(102)을 포함한다. 중합체성 층(106)은 불소중합체 층(102)의 주면(104) 상부에 배치된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 중합체성 층(106)은 불소중합체 층(102)과 직접적으로 접촉할 수 있다. 일 구현예에서, 복합 구조물(100)은 중합체성 층(106)과 접촉하는 선택적 보강층(108)을 포함할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 보강층(108)은 중합체성 층(106) 상에 배치될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 복합 구조물(100)은 보강층(108) 상에 배치되는 선택적 슬립층(110)을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 복합 구조물은 불소중합체 층을 제공하는 단계를 포함하는 방법을 통해 형성될 수 있다. 일반적으로, 불소중합체 층은 임의의 적당한 방법에 의해 압출, 주조 또는 스카이빙될 수 있다. 불소중합체 층을 제공하는 단계는 운반체 구조물(carrier structure)을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 특정의 일 구현예에서는, 불소중합체를 주조하거나 또는 운반체 구조물 상에 코팅한다. 바람직한 운반체 구조물은, 일단 복합 구조물이 형성되면 상기 복합 구조물에 어떠한 물리적인 손상을 입히지 않고 불소중합체 층으로부터 제거된다. 일반적인 운반체 구조물은 폴리이미드 필름일 수 있다. 운반체 구조물은 일반적으로 3 mils 내지 약 5 mils의 두께를 가진다. 일단 불소중합체 층이 제공되면, 임의의 적당한 표면처리를 거칠 수 있다. 특정의 일 구현예에 의하면, 불소중합체는 나트륨 나프탈렌 에칭과 같이 화학적으로 에칭된다.
상기 방법은 중합체성 층을 제공하는 단계를 더 포함한다. 일 구현예에 의하면, 중합체성 층은 임의의 개재층(들) 없이 불소중합체 층 상부에 배치되어 불소중합체 층과 직접적으로 접촉한다. 일반적으로 중합체성 층의 도포법은 사용되는 재료에 따라 결정된다. 예를 들어, 중합체성 층을 가공처리할 수 있다. 중합체성 층(구체적으로는 열가소성 재료)의 가공처리로는 주조, 코팅, 압출 또는 스카이빙이 포함될 수 있다. 예를 들면, 통상적인 필름 코팅법과 유사한 방법을 통해 복합 구조물을 형성할 수 있다. 일 구현예에서, 코팅법으로는 압출코팅, 나이프 오버 롤 및 리버스 롤 코팅 헤드(Knife Over Roall and Reverse Roll coating heads)가 포함되되, 이에 한정되지는 않는다. 임의의 적당한 코팅법이 고려된다. 일 구현예에 의하면, 중합체성 층은 용매화된 열가소성 또는 열경화성 재료일 수 있다. 일반적으로 용매화된 열가소성 또는 열경화성 재료는, 상기 재료를 건조시키고(용매를 휘발시킴) 임의로 경화시키는데 충분한 시간과 온도를 제공하는 코터(coater) 상에서 가공처리된다.
일 구현예에서, 복합 구조물은 보강층을 포함할 수 있다. 보강층을 배치하는 방법은 보강층의 재료뿐만 아니라 보강층이 직접적으로 접촉하는 층들의 재료에 따라 결정된다. 임의의 적합한 방법을 고려해 볼 수 있다. 일 구현예에서는, 보강층을 중합체성 층상에 배치한다. 다른 구현예에서는, 중합체성 층을 제공하기 전에 보강층을 불소중합체 층과 중합체성 층 사이에 배치하기도 한다. 또 다른 구현예에서는, 보강층을 중합체성 층 내부에 제공할 수도 있으며, 예를 들어 시판 중인 재료는 중합체성 층에 실질적으로 내재된 보강층을 포함하기도 한다.
일 구현예에 의하면, 복합 구조물은 슬립층을 포함할 수 있다. 임의의 적당한 방법을 이용하여 슬립층을 복합 구조물 상에 배치할 수 있다. 일반적으로 상기 방법은 슬립층용으로 사용되는 특정 재료에 따라 결정된다. 예를 들어, 슬립층을 주조, 코팅, 압출, 용융 또는 라미네이트 처리할 수 있다. 특정의 일 구현예에 의하면, 슬립층을 이를테면 그라비아 코팅(gravure coating)에 의해 코팅할 수 있다. 슬립층이 코팅되면 건조 및 경화시킬 수 있다.
복합 구조물을 형성하는 최종 단계는, 운반체를 사용한 경우라면, 운반체로부터 복합 구조물을 탈거시키는 조작을 포함할 수 있다. 복합 구조물을 구상된 임의의 크기로 자를(trim) 수 있다. 특정의 일 구현예에 의하면, 복합 구조물의 폭은 최대 1.5 미터일 수 있다.
일단 형성되면, 전술된 복합 완충 재료의 특정 구현예는 유리하게 바람직한 특성을 나타낸다. 예를 들면, 복합층들은 균일한 두께와 압축 편향을 가진다. 또한, 일반적으로 복합층의 재료는 유사한 열팽창계수를 가지도록 선택된다. 바람직한 특성으로는 대전방지성, 내열성 및 열봉합 조건시 한 영역이 견딜 수 있는 사이클 수가 포함될 수 있다. 하나의 사이클은 열과 압력 하에서 한 번, 그리ㄱ고 "휴지(rest)" 위치에서 한 번으로서 정의된다. 일반적으로, 열간 프레스의 각 구체적인 시간은 제조업자 및 제조되는 부품들간에 다양할 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 총 사이클은 온도 약 330℃ 내지 약 400℃와 압력 약 3.0 MPa 내지 약 5.0 MPa 압력의 열봉합 압반으로 전자 부품들과 접촉하는 약 5초 내지 약 15초의 열간 프레스일 수 있다. 그런 후에는 열간 프레스를 약 1초 내지 약 5초 동안 휴지 상태로 할 수 있다. 일 구현예에서는 평균 총 사이클 시간이 약 20초이다. 특정의 일 구현예에서는 복합 구조물이 자신의 완충성 및 이형성에 부정적으로 영향을 미치는 성질 또는 기타 다른 물리적인 변화없이 약 15 사이클 이상(예컨대 약 30 사이클 초과, 예컨대 약 40 사이클 초과, 또는 심지어 약 80 사이클 초과)을 견딜 수 있다. 일 구현예에 따르면, 전술된 열간 사이클링을 견디기 위한 구조물의 능력은 시각적 검사에 근거하여, 더 구체적으로는, 구조물의 물리적 저하를 검출하기 위해 확대하지 않고 이루어지는 시각적 검사에 근거하여 결정된다.
일 구현예에서, 복합 구조물은 열간 프레스 사이클 동안에 바람직한 내열성을 가진다. 예를 들어, ASTM E-1530에 따라 측정하였을 때, 내열성이 약 0.85 W/mK 내지 약 1.15 W/mK 일 수 있다. 일 구현예에 의하면, 복합 구조물은 열간 프레스 사이클 동안에 낮은 영구압축변형(compression set)을 견딜 수 있다.
전자 부품의 열봉합 공정에 대한 완충/균등화를 위해, 복합체 재료는 공구 헤드, 즉 가열 압반, 전자 부품들, 및 이방 도전성 필름(ACF)으로부터의 바람직한 이형성을 가진다. 특히, 복합 구조물의 슬립층은 열봉합 가압의 가열 압반과 직접 접촉한다. 다른 구현예에 의하면, 슬립층이 존재하지 않는 경우에, 중합체성 층은 가열 압반과 직접 접촉할 수 있다. 일반적으로, 가열 압반은 세라믹 또는 금속(예컨대, 탄소강)과 같은 재료이다. 복합 구조물은 가열 압반에 대해 이형성(즉, 들러붙지 않음)을 가진다. 특히, 가열 압반과 직접적으로 접촉하는 복합 구조물의 층(즉, 슬립층 또는 중합체성 층)은 온도 약 330℃ 내지 약 400℃와 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 다수의 열간 프레스 사이클을 견디는 이형성을 가진다. 또한, 복합 구조물이 임의의 전자 부품 및 이방 도전성 필름(ACF)과 접촉하는 경우에, 복합 구조물은 온도 및 압력으로 된 다수의 사이클에 걸쳐 바람직한 이형성을 띠며 들러붙지 않는다. 예를 들어, 불소중합체 층은 접착되는 전자 부품과 직접 접촉할 수 있다. 특히, 상기 전자 부품과 접촉하는 불소중합체 층은 불소중합체 층과 전자 부품 사이의 접착선, 즉, 온도 약 175℃ 내지 약 200℃와 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 접착선 위치에서 이들 온도를 견디는 이형성을 가진다.
복합 구조물의 또 다른 적용분야는, 예를 들어, 상기 언급한 대전방지성, 내열성 및/또는 완충성과 같은 특성들이 바람직한 용도들을 포함한다. 복합체 재료는 또한 구현되는 임의의 특정 적용분야에 바람직한 기타 다른 특성들을 가질 수 있다.
실시예
실시예 1
지지체 재료 상에 바람직한 시료를 제조하였다. 우선, PTFE 필름을 운반체로서 사용되는 폴리이미드 필름(약 3 mils 내지 5 mils) 상에 약 0.25 mils로 융합주조(fuse cast)하였다. 이는 PTFE의 표준 딥 코팅법을 이용하여 수행되었다. 폴리이미드 운반체 상에 주조된 PTFE인 필름을 나트륨 나프탈렌 에칭액을 이용하여 화학적으로 에칭하였다.
운반체 상에 여전히 있는 에칭된 필름을 액체 실리콘 고무로 약 7.0 mils 내지 약 25.0 mils의 두께로 코팅하고, (필요하다면) 건조한 후, 경화시켰다. 액체 실리콘 고무는, Shore A 경도가 70인 2액형 백금 경화 LSR로서 시판 중이다. 그런 후에는, 여전히 운반체를 포함한 복합체를 대전방지성/슬립 코팅물로 코팅하였으며, 상기 코팅물로는 약 1.0 mils 이하의 두께를 갖는 Dow Coning® 3715 Topcoat가 포함된다. 이어서, 여전히 운반체를 포함한 복합체로부터 폴리이미드 운반체를 탈거함으로써 복합체를 전환시켰다. 그런 후에는 복합체를 원하는 크기로 잘랐다(trim).
실시예 2
유리섬유 보강재를 사용하여 바람직한 복합 재료를 제조하였다. 예를 들어, 가교성 액체 실리콘 고무(LSR)의 코팅물은 지원된 버전(version)을 포함하여 여러 버전으로 구할 수 있다. 첫번째 버전에서는, 주조된 PTFE/운반체 필름과 동시에 코팅 헤드를 통해 유리섬유 직물을 공급함으로써, 주조된 PTFE와 유리섬유 직물이 밀착되도록 한다. 액체 실리콘 고무는 웹경로 형상(geometry of the web path)에 의해 유리섬유 직물을 관통하여 오븐까지 보내진다. 일 구현예에서는, 유리섬유 직물이 실질적으로 가교성 액체 실리콘 고무 내부에 내재된다. 오븐의 온도 및 라인 속도는 액체 실리콘 고무를 충분히 건조 및 경화시키도록 설정하였다. 그런 후에는 직물에 의해 부여된 임의의 질감을 제거하고자, 액체 실리콘 고무의 추가 스킴(skim) 코팅물을 경화된 실리콘의 상부에 배치하였다. 마무리 단계들은 실시예 1에서의 복합체와 유사하다.
다른 구현예에 의하면, 약 1.0 mil 내지 약 7.0 mils의 얇은 실리콘 코트(coat)를 코팅 및 경화시킴으로써, 복합체 내에서 유리섬유 직물의 배치를 조절할 수 있다. 그런 후에는 유리섬유 직물을 경화된 실리콘 상부에 공급하고, 제2 함유량의 실리콘을 직물 상부에 도포하였다. 이러한 제2 실리콘 코트를 건조 및 경화시켰다. 본 구현예에서, 직물은 복합체의 주조된 PTFE 측으로부터 이격되어 다양한 두께로 있을 수 있다.
실시예 3
제3 바람직한 시료는 나트륨 나프탈렌 에칭된 (SGPPL Kilrush사에서 공급받음, 아일랜드) 에칭(etched) PTFE 직물로 된 필름이다. 모든 단계는 운반체를 사용하지 않고 상기와 동일하다. 예를 들어, 에칭된 필름을 Shore A 경도가 70인 2액형 백금 경화 LSR로 코팅하고, (필요하다면) 건조한 후, 경화시켰다. 이어서, 복합체를 대전방지성 슬립 코팅물로 코팅하였으며, 상기 코팅물로는 약 1.0 mils 이하의 두께를 갖는 Dow Coning® 3715 Topcoat가 포함된다.
세가지 시료 모두는 온도 약 370℃와 압력 약 5.0 MPa의 열봉합 가압 동안에 가열 압반 및 전자 부품들에 대해 이형성을 나타낸다. 열간 프레스 및 복합 완충 구조물은 약 5초의 휴지 시간과 함께 약 15초 동안 전자 부품들과 접촉한다. 이들 세가지 시료는 적어도 15 사이클을 견딜 수 있다. 실시예 2의 보강된 시료는 80 사이클보다 더 많은 사이클을 견딜 수 있다.
전술된 기술 주제는 예시적이며, 제한적이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 첨부된 청구항은 이러한 수정사항, 개선사항 및 본 발명의 진정한 범주 내에 속하는 기타 구현예들을 모두 포함하고자 의도된다. 따라서, 법에 의해 허용되는 최대 범위까지, 본 발명의 범주는 하기 청구항들 및 이들의 대등사항을 가능한 한 가장 광범위하게 해석함으로써 결정되어야 하며, 전술된 상세 설명에 의해 한정되거나 제한되지 않는다.

Claims (30)

  1. 주면(major surface)을 갖는 불소중합체 층; 및
    불소중합체 층의 주면 상부에 배치되는 중합체성 층(polymeric layer)을 포함하고, 적어도 약 15 사이클 동안 온도 약 330℃ 내지 약 400℃ 이상과 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 열간 프레스를 견딜 수 있는 복합 완충 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 불소중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌 프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필 비닐에테르(PFA)의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로메틸 비닐에테르(MFA)의 공중합체, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 및 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌과 비닐리덴플루오라이드를 포함하는 삼원 공중합체(THV)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 복합 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 불소중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)인 것인 복합 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 불소중합체 층의 두께가 약 0.1 mil 내지 약 3.0 mils 인 것인 복합 구조물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층이 열경화성 재료 또는 열가소성 재료인 것인 복합 구조물.
  6. 제5항에 있어서, 중합체성 재료는 액체 실리콘 고무(LSR) 또는 고밀도 검 고무(HCR)를 포함하는 것인 복합 구조물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층은 자신의 총 중량에 대해 열도전성 충전재를 최대 약 75 중량%의 양으로 포함하는 것인 복합 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 열도전성 충전재는 삼수산화알루미늄(ATH), 산화알루미늄(AlO2), 질화붕소, 산화철, 카본블랙, 또는 이들의 조합물인 것인 복합 구조물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층의 두께가 약 7.0 mils 내지 약 25.0 mils인 것인 복합 구조물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층과 접촉하는 보강층을 더 포함하는 복합 구조물.
  11. 제10항에 있어서, 보강층은 합성섬유, 천연섬유, 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인 복합 구조물.
  12. 제11항에 있어서, 보강층이 직포 유리섬유(woven fiberglass)인 것인 복합 구조물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층의 상부에 배치되는 슬립층(slip layer)을 더 포함하는 복합 구조물.
  14. 제13항에 있어서, 슬립층은 열경화성 재료 또는 열가소성 재료를 포함하는 것인 복합 구조물.
  15. 제14항에 있어서, 슬립층은 가교성 액체 실리콘 고무(LSR)를 포함하는 것인 복합 구조물.
  16. 제13항에 있어서, 슬립층이 슬립방지 첨가제를 더 포함하는 것인 복합 구조물.
  17. 제16항에 있어서, 슬립방지 첨가제는 카본블랙인 것인 복합 구조물.
  18. 제13항에 있어서, 슬립층의 두께가 약 0.1 mils 내지 약 1.0 mils인 것인 복합 구조물.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM E-1530에 따라 측정하였을 때 내열성이 약 0.85 W/mK 내지 약 1.15 W/mK인 것인 복합 구조물.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층이 불소중합체 층과 직접적으로 접촉하는 것인 복합 구조물.
  21. 주면을 갖는 불소중합체 층;
    불소중합체 층의 주면 상부에 배치되고, 열도전성 충전재를 자신의 총 중량에 대해 최대 약 75 중량% 포함하는 중합체성 층을 포함하며,
    적어도 약 15 사이클 동안 온도 약 330℃ 내지 약 400℃ 이상과 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 열간 프레스를 견딜 수 있는 복합 완충 구조물.
  22. 제21항에 있어서, 불소중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌 프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필 비닐에테르(PFA)의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로메틸 비닐에테르(MFA)의 공중합체, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 및 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌과 비닐리덴플루오라이드를 포함하는 삼원 공중합체(THV)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 복합 구조물.
  23. 제22항에 있어서, 불소중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)인 것인 복합 구조물.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층은 열경화성 재료 또는 열가소성 재료인 것인 복합 구조물.
  25. 제24항에 있어서, 중합체성 재료는 액체 실리콘 고무(LSR) 또는 고밀도 검 고무(HCR)를 포함하는 것인 복합 구조물.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 열도전성 충전재는 삼수산화알루미늄(ATH), 산화알루미늄(AlO2), 질화붕소, 산화철, 카본블랙, 또는 이들의 조합물인 것인 복합 구조물.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 층과 접촉하는 보강층을 더 포함하는 복합 구조물.
  28. 제27항에 있어서, 보강층은 합성섬유, 천연섬유, 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인 복합 구조물.
  29. 주면을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌 층;
    폴리테트라플루오로에틸렌 층의 주면 상부에 배치되는 액체 실리콘 고무층;
    액체 실리콘 고무층과 접촉하는 보강층; 및
    보강층 상부에 배치되는 액체 실리콘 고무로 된 대전방지성 슬립층을 포함하는 복합 완충 구조물.
  30. 제29항에 있어서, 상기 복합 구조물은 적어도 약 15 사이클 동안 온도 약 330℃ 내지 약 400℃ 이상과 압력 약 3 MPa 내지 약 5 MPa의 열간 프레스를 견딜 수 있는 복합 완충 구조물.
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