KR20140043737A - 코팅된 전자 장치 및 관련 방법 - Google Patents

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KR20140043737A
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KR1020137031803A
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필립 르게인
안토니 밴랜데그햄
피터 마르텐스
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리퀴펠 아이피 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 전자 장치 및 관련 방법을 제공하고, 상기 장치는 낮은 독성을 가지는 고분자 코팅을 가진다. 상기 고분자 코팅은 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고; R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다)의 화합물을 포함하는, 연속적인 플라즈마와 같은 플라즈마에 전자 장치를 노출하여 형성된다.

Description

코팅된 전자 장치 및 관련 방법{COATED ELECTRONIC DEVICES AND ASSOCIATED METHODS}
본 발명은 코팅된 전자 장치 및 관련 방법에 관한 것이다.
전자 장치는 기본적으로 전기 전도성 및 전기 절연성 물질의 3차원적 구조물이다. 이러한 전자 장치는 장비뿐만 아니라 하위 어셈블리, 덮개가 없는 조립된 인쇄 회로 기판(PCB), 그리고 집적 회로 및 트래지스터와 같은 개별 부품을 포함한다. 이러한 구조물의 전기 전도성 부분은 일반적으로 구리, 알루미늄, 은, 금과 같은 금속, 전도성 고분자, 반도체 물질 등으로 구성된다. 이러한 구조물의 전기 비-전도성 부분 또는 절연체는 일반적으로 유리-섬유 강화를 가지거나 가지지 않은 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 실리콘 또는 폴리아미드와 같은 고분자, 종이 기반 물질, 세라믹, 유리 등으로 구성된다.
조립된 전자 장치의 수명의 전반에 걸쳐, 그들은 다양한 형태의 오염에 영향받는다. 일부 물질의 전도도는 대기 부식에 의해 감소될 수 있으며, 오염은 인접 흔적(trace) 또는 전도체 사이에 자리잡도록 전도성 경로를 야기할 수 있다. 또한, 전자 장치는 종종 뜻하기 않게 다양한 액체, 예를 들어 물에 빠뜨릴 수 있고, 이로써 전자 장치의 기능을 파괴한다. 전자 장치는 점점 더 불편하고 오염된 환경에서 이용됨에 따라, 이러한 환경에 노출되었을 때, 손상으로부터 상기 품목을 보호할 필요가 더 커졌다.
따라서, 물이나 다른 습기에의 노출, 오염 물질, 및/또는 다른 오염으로부터 전자 장치를 보호할 수 있도록 코팅된 전자 장치 및 방법에 대한 필요가 있음이 인식되어 왔다. 따라서, 본 발명은 낮은 독성을 갖는 고분자 코팅을 가진 전자 장치를 제공한다. 상기 고분자 코팅은 상기 요소들로부터 전자 장치에 대한 보호를 제공할 수 있고, 사용자와 환경에 안전한 방식으로 수행할 수 있다.
고분자 코팅은 하기의 구조를 갖는 단량체 증기의 연속적인 플라즈마와 같은 플라즈마에 전자 장치를 노출하여 형성될 수 있다.
CH2 = C(R1)-COO-R2
여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고; R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다. 따라서, 고분자 코팅은
Figure pct00001
, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 포함할 수 있고, 여기서 n은 2 내지 100,000이다.
또한, 낮은 독성을 갖는 고분자 코팅을 이용하여 오염 및/또는 오염 물질(물 또는 기타 습기 노출을 포함하는)에 대해 전자 장치를 보호하는 방법은,
전자 장치를 플라즈마 챔버에 배치하는 단계;
플라즈마 챔버에서 연속적인 플라즈마와 같은 플라즈마를 형성하는 단계;
CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서 R1은 -H 또는 -CH3이고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3이고, m은 3 또는 5이다)를 포함하는 화합물을 기화하는 단계; 및
플라즈마 챔버에서 기화된 화합물을 플라즈마와 접촉시키는 단계을 포함할 수 있다.
챔버에 있는 전자 장치에 대해, 기화된 화합물은 전자 장치의 표면에서 중합할 수 있고, 이로써 전자 장치의 표면 위에 고분자 코팅을 형성할 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 따르고, 실시예에 의해 발명의 특징을 함께 설명하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
참조는 도면에서 묘사된 예시적인 실시예에 수행될 것이고, 이를 설명하기 위해 특정 언어가 본원에서 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범위에 대해 어떤 제한도 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 당 기술 분야의 숙련자 및 이 명세서 소유권을 가진 자에게 발생할 본원에서 설명된 본 발명의 특징의 변경 및 추가적인 변형, 및 본원에서 설명된 바와 같이 본 발명의 원리에 대한 추가적인 응용은 본 발명의 범위 내로 간주된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된, 단수형 "a", "an", 및 "the"는 문맥상 다르게 명백하게 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다.
본원에서 사용된 "소유성(oleophobicity)"은 본 발명의 출원일에 국제 표준화 기구, ISO 14419:2010에 의해 측정됨으로써 오일로부터 통과되지 않은 분자 또는 화합물의 물리적 특성을 나타낸다.
달리 언급되지 않는 한, 본원에서 사용된 "낮은 독성(low toxicity)"은 0.2 ppb(part per billion) 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS) 수준 및 0.4ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA) 수준을 가지는 것을 나타낸다.
본원에서 사용된 "PFOS 및 PFOA가 없는"은 검출 한계 이하의 PFOS 및 PFOA를 갖는 물질 또는 고분자 코팅을 나타낸다. "실질적으로 PFOS 및 PFOA가 없는"은 낮은 수준의 PFOS 및/또는 낮은 수준의 PFOA를 갖는 물질 또는 고분자 코팅을 나타내며, 코팅은 "낮은 독성"을 가지는 것으로 간주된다.
본원에서 사용된 "전자 장치(electronic device)"는 최종 사용자 또는 소비자에 의해 사용되는 전자 부품을 가지는 모든 장치를 나타낸다. "전자 장치"는 조립하기 전에, 회로 및 회로판 등과 같은 전자 장치를 만드는 데 사용되는 자체 개별 전자 부품을 의미하지 않는다. 오히려, 전자 장치는 완성된 소비자 제품(배터리를 가지거나 가지지 않은), 예를 들어 그들의 배터리를 포함하는 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 태블릿 컴퓨터, 음악 플레이어, 카메라, 비디오 레코더, 이 리더(e reader), 무선 장치(radio device), 및 게임 장치를 형성하기 위해 함께 조립된 개별 부품을 포함한다.
본원에서 사용된 "전자 부품(electronic component)"은 전자 장치의 의도된 기능과 일치하는 바람직한 방식으로 전자 또는 관련된 분야에 영향을 미치는 데 사용되는 전자 장치 안에 있는 모든 물리적 실체를 나타낸다.
본원에서 사용된 용어 "약(about)"은 주어진 값이 종점(endpoint)에 대해 "조금 이상" 또는 "조금 이하"가 될 수 있다는 것을 제공하여 수치적 범위의 종점에 유연성을 제공하기 위해 사용된다. 이 용어의 유연성의 정도는 특정 변수에 의해 결정될 수 있으며, 당해 분야의 숙련자의 지식 범위 내에서 경험 및 관련된 설명을 기초로 해서 결정될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "실질적으로" 또는 "실질적인"은 행동, 특징, 특성, 상태, 구조, 항목, 또는 결과의 전체 또는 거의 전체 범위 또는 정도를 나타낸다. 예를 들어, "실질적으로" 동봉된 객체는 완전히 동봉된 또는 거의 완전히 동봉된 객체를 의미한다. 어떤 경우, 절대 완성도로부터 편차의 정확한 허용 정도는 특정 문맥에 의존할 수 있다. 그러나, 일반적으로 말하자면, 완성에 가까움은 절대적이고 총 완성을 얻은 것처럼 전반적으로 동일한 결과를 갖도록 할 것이다.
농도, 양, 및 다른 수치 데이터는 범위의 형식으로 본원에 표시 또는 제시될 수 있다. 이런 범위 형식은 범위의 한계로서 명시적으로 나열되는 수치 값 뿐만 아니라 각각의 수치 값 또는 하위 범위가 명시적으로 나열된 경우, 그 범위 내에 포함되는 모든 개별 숫자 값 또는 하위 범위를 포함하기 위해 유연하게 해석되어야 한다. 실례로서, "약 10 내지 약 50"의 수치 범위는 약 10 내지 약 50의 명시적으로 나열된 값뿐만 아니라, 지시된 범위 내의 개별 값 및 하위-범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 상기 수치 범위 내에 포함된 것은 20, 30, 및 40과 같은 개별 값, 및 10-30, 20-40, 및 30-50 등과 같은 하위-범위 등이다. 이 같은 원칙은 오직 하나의 수치 값을 나열한 범위에도 적용한다. 또한, 이러한 해석은 범위의 폭에 관계 없이 적용되어야 하거나 또는 특징이 설명되어야 한다.
물 또는 습기 또는 다른 액체 오염을 포함하는 오염 물질 및 오염으로부터 상기 장치의 보호를 제공하는, 등각 나노코팅(conformal nanocoating)과 같은 특정 코팅이 전자 장치에 이용될 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 이러한 코팅이 최종 사용자를 위해 안전하고 효과적인 방식으로 적용될 수 있고, 또한 일반적으로 환경 친화적일 수 있다는 것을 발견하였다. 등각 코팅은 장치 및 환경 사이에 효과적인 장벽을 제공할 수 있고, 또한 상기 코팅은 전기적으로 절연될 수 있다. 코팅은 일반적으로, 단락 회로를 포함하는 전기적 결함을 일으킬 수 있는 구조 또는 설치의 비-전도성 부분에 걸쳐 전도성 성장을 초래할 수 있는 물리적 오염을 방지할 것이다. 오염의 다른 예는 특정 조건 하에 표면에 걸쳐 성장하는 덴트라이트이고, 부품 리드(component lead) 사이에 공기를 통해 성장할 수 있는 위스커(whisker)이다. 또한, 코팅은 금속이 공기에서 산화되지 않고, 다른 환경 가스에서 부식되지 않도록 보호를 제공할 수 있다. 코팅은 높은 습도, 높은 온도, 및 먼지, 염, 산, 용매등을 포함하는 높은 오염으로부터 다른 바람직한 조건을 보호할 수 있다. 또한, 본 발명의 코팅은 예를 들어 물에 몸체를 빠뜨리거나 비에 노출되는 등의 물과의 접촉 또는 우발적인 침수에 대해 보호할 수 있다.
기존의 등각 코팅은 일반적으로 두께에서 마이크론과 비슷하고, 일반적으로 부품을 수리 또는 대체하기 전에 제거되는 코팅을 제공한다. 반면에, 친환경적인 물질을 이용하는 플라즈마 공정에 의해 생성된 등각 나노코팅은 이러한 시스템에 비해 장점을 제공할 수 있다. 본 발명은 얇은 고분자 필름이 플라즈마 챔버에서 생성될 수 있는 유기 단량체의 플라즈마와 접촉하는 임의의 표면 위에 증착될 수 있는 플라즈마 중합 과정을 제공한다. 증착 조건, 또는 전력, 압력, 온도, 유량 등을 포함하는 플라즈마 인자에 따라, 필름의 특성이 전자 장치의 응용의 요구 사항에 적용될 수 있다.
이를 염두에 두고, 전자 장치는 낮은 독성을 가지는, 상기 언급된 사항에 적용되는 고분자 코팅을 가질 수 있다. 고분자 코팅은 본원에서 설명된 단량체를 포함하는 연속적인 플라즈마와 같은 플라즈마에 전자 장치를 노출함으로써 형성될 수 있다. 일반적으로, 본원의 전자 장치에 대해, 등각 나노-코팅은 예로, 약 1000 mTorr 미만의 저압 플라즈마 공정에 의해 적용될 수 있다. 전형적인 층의 코팅 두께는 5 nm 내지 500 nm일 수 있다. 하나의 측면에서, 코팅은 25 nm 내지 250 nm일 수 있다. 특히, 상기 코팅은 일부 다른 공정에 적용된 등각 코팅보다 근본적으로 얇다. 본원의 등각 나노-코팅은 균일한 코팅을 제공할 수 있고, 두께는 전자 장치의 표면에 있는 작은 영역에 침투 및 덮는 것이 가능하므로, 여러 상황에서 거기로 들어갈 수 있는 물, 습기, 또는 다른 오염 물질을 방지하여 전자 장치를 코팅하는데 특히 유용할 수 있다.
일반적으로 플라즈마 공정은 진공 플라즈마 챔버에서 이용될 수 있고, 플라즈마 공정을 조절하는 인자는 전력, 압력, 온도, 단량체의 형태, 유량, 플라즈마 발생기의 주파수, 및 공정 시간을 포함한다. 플라즈마 발생기의 주파수는 kHZ, MHz, 및 GHz 범위일 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 주파수는 연속적이다. 일 실시예에서, 주파수는 약 20 kHz 내지 약 2.45 GHz 의 범위일 수 있다. 다른 측면에서, 주파수는 약 40 KHz 내지 약 20 MHz 일 수 있다. 또 다른 측면에서, 주파수는 약 12 MHz 내지 약 15 MHz 일 수 있다. 하나의 구체적인 측면에서, 주파수는 약 13.5 내지 13.6 MHz, 예로 13.56 MHz일 수 있다.
일반적으로 플라즈마 공정에 대한 압력은 약 10 mTorr 내지 약 1000 mTorr일 수 있다. 하나의 측면에서, 압력은 약 10 mTorr 내지 약 100 mTorr일 수 있다. 또 다른 측면에서, 압력은 약 20 mTorr 내지 약 60 mTorr일 수 있다.
플라즈마 공정에서 사용되는 전력은 어느 정도 사용되는 단량체에 의존할 수 있다. 일 실시예에서, 전력은 약 5 W 내지 약 5000 W일 수 있다. 또 다른 측면에서, 전력은 전극의 cm2당 약 0.017 W 내지 약 0.023 W의 범위일 수 있다. 일반적으로, 만일 단량체가 크거나 및/또는 덜 안정적인 경우, 그것은 높은 전력에 의해 너무 쉽게 분해될 수 있고, 플라즈마 공정에서 이용을 위해서는 낮은 전력이 더욱 적합할 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 단량체와 함께 반응하지만 단량체를 파괴하지 않는 임의의 온도에서 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마는 약 5 ℃ 내지 약 200 ℃의 온도에서 형성될 수 있다. 하나의 측면에서, 온도는 약 20 ℃ 내지 약 100 ℃일 수 있다. 플라즈마의 온도뿐만 아니라, 플라즈마 챔버의 벽은 단량체가 그 위에 응축되지 않도록 조절될 수 있다. 그런 조절은 특정 온도로 벽을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 챔버의 벽은 약 20 ℃ 내지 약 200 ℃의 온도를 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 온도는 약 40 ℃ 내지 약 50 ℃일 수 있다. 또한, 단량체는 플라즈마 챔버로 유도되거나 플라즈마 챔버로 들어가기 전에, 단량체를 허용하는 특정 온도로 가열되어 기체 상태로 기화될 수 있다. 일 실시예에서, 단량체의 온도는 120 ℃ 내지 약 200 ℃일 수 있다. 또 다른 측면에서, 온도는 약 140 ℃ 내지 약 150 ℃일 수 있다. 이러한 온도는 증기 상태, 또는 기체 상태로 기화하기 전에 단량체를 액체 상태로 적용할 수 있다. 온도뿐만 아니라, 압력도 플라즈마와 접촉하는 동안 또는 그에 앞서 액체 단량체를 기체 상태로 변환하는데 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 사용되는 단량체는 일반적으로 기체 상태이거나, 또는 본원에서 서술된 것처럼, 온도 및/또는 압력의 이용을 통해 기체 상태로 만들어질 수 있다.
단량체는 하기 구조를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
CH2 = C(R1)-COO-R2
여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고; R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다.
상기 단량체와 그 결과인 본 발명의 코팅은 더 긴 불소계 단량체에 비해 일반적으로 인간 및 환경(예로, 낮은 독성)에 더 우호적이다. 또한, 일 실시예에서, 그런 낮은 독성은 0.2 ppb(part per billion) 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS) 및 0.4ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA)을 가지는 것을 포함한다. 또 다른 실시예에서, PFOS의 수준은 0.1 ppb 미만일 수 있고, PFOA의 수준은 0.2 ppb 미만일 수 있다. 여전히, 또 다른 실시예에서, 상기 수준은 그들을 탐지할 수 없거나 또는 없는 정도, 예로, 그들의 전구체 및/또는 관련된 더 높은 동족체(1-100으로부터의 탄소 및/또는 불소를 갖는)가 없는 것을 포함하는 것으로 정의된 PFOS 및 PFOA가 없는 정도만큼 충분히 낮을 수 있다.
본원에서 설명된 코팅은 적어도 5의 소유성 수준을 제공할 수 있다. 하나의 측면에서, 소유성 수준은 적어도 6일 수 있다. 추가적으로, 코팅은 적어도 100°의 물 접촉 각을 제공할 수 있다. 하나의 측면에서, 코팅은 적어도 110°의 물 접촉 각을 제공할 수 있다. 코팅의 상기 특징은 오염 및 물 또는 습기 오염을 포함하는 오염 물질 및 오염에 대해 보호하는 것을 도울 수 있다. 일 실시예에서, 코팅은 액체 손상에 대해 보호할 수 있다. 또 다른 측면에서, 오염 또는 액체 손상은 물일 수 있다.
본원에서 설명된 것처럼, 코팅은 임의의 전자 장치에 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치는 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 음악 플레이어, 카메라, 비디오 레코더, 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 배터리, 이 리더(e reader), 무선 장치, 및 게임 장치를 포함할 수 있다. 하나의 특별한 측면에서, 전자 장치는 휴대 전화일 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 코팅 기기(100)는 다양한 전자 장치, 예를 들어 휴대 전화(114a), 배터리(114b), 태블릿 컴퓨터(114c), 카메라(114d) 등을 보유하기 위한 전극(104) 및 트레이(106)로 구성된 플라즈마 챔버(102)를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버 내의 압력을 조절하기 위해 연결된 진공 펌프(108)를 가질 수 있다. 전극은 전력을 조절하기 위한 전원(118)에 연결될 수 있다. 단량체는 기체, 증기 또는 액체 형태로 통(canister, 110)안에 존재할 수 있다. 그 다음 단량체는 조절 메카니즘(112)을 통해서 플라즈마 챔버안으로 도입될 수 있다. 일 실시예에서, 조절 메카니즘은 조절 밸브일 수 있다. 조절 메카니즘은 일반적으로 플라즈마 챔버에서의 단량체의 유량을 조절한다. 하나의 특정 실시예에서, 유량 속도는 약 500 m3/h 의 펌프 용량을 가진 약 450 리터 내지 약 550 리터의 부피를 가지는 플라즈마 챔버에 대해 분 당 약 30 표준 입방 센티미터(sccm) 내지 50 sccm 일 수 있고, 이것은 수정된 결과를 달성하기 위해 변화할 수 있지만, 본 발명을 고려한다면 당업계의 숙련자에게는 명백할 것이다. 또한 본원에서 설명된 것처럼, 단량체는 통에서 발열체(heating unit, 116a)와 함께 가열될 수 있고, 추가적인 가열이 플라즈마 챔버(116b)에서 발생할 수 있다. 가열을 위해 이용되는 특정 장치는 당업계에서 알려진 임의의 가열 장치일 수 있고, 본 발명의 원리를 수행하는데 있어서 본원에 설명된 가열 인자를 제공하기 위해 작동할 것이다.
플라즈마 챔버는 일반적으로 코팅을 위해 전자 장치를 수용하기에 충분한 공간 부피로 정의된다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 챔버는 약 0.1 ft3 내지 50 ft3의 부피를 가질 수 있다. 또 다른 측면에서, 부피는 약 15 ft3 내지 약 20 ft3일 수 있다. 비록 도 1의 플라즈마 챔버가 가까이에 있는 전극을 가진 다수의 트레이를 제공하지만 다른 구성도 현재 범위 내로 고려된다. 예로, 플라즈마 챔버는 플라즈마를 생성하기 위해 단일 전극을 가진 전자 장치를 배치하기 위한 단일 트레이를 포함할 수 있지만, 전극은 실질적으로 트레이로부터 멀리 떨어져 있다. 플라즈마는 플라즈마 챔버를 부분적으로 채우거나 또는 전체 부피를 채우거나, 또는 실질적으로 전체 부피를 채우기 위해 생성될 수 있다고 생각된다. 추가적으로, 원하는 대로 면적 또는 부피에 대해 플라즈마를 생성할 수 있도록 전극은 다양하게 배치를 맞출 수 있다. 도 1은 각 트레이의 내용을 포함하기에 충분한 플라즈마를 생성할 수 있는 전극을 갖는 여러 개의 트레이를 제공한다; 그러나, 상기 논의한 것처럼, 다른 배치도 본원에서 고려된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 낮은 독성을 가진 고분자 코팅을 이용하여 오염 및/또는 오염 물질에 대해 전자 장치를 보호하는 방법은:
전자 장치를 플라즈마 챔버에 배치하는 단계(202);
플라즈마 챔버에서 연속적인 플라즈마를 형성하는 단계(204);
CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서 R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다) 의 구조를 가지는 화합물을 기화하는 단계(206); 및
플라즈마 챔버에서 기화된 화합물을 플라즈마에 접촉시키는 단계(208)를 포함할 수 있고, 여기에서 기화된 화합물은 전자 장치의 표면에서 중합되어 고분자 코팅을 형성한다. 또한, 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 플라즈마 챔버의 압력을 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 장치를 코팅하기에 앞서 장치를 개방하는 단계를 포함할 수 있다(전자 장치는 조립, 부분적으로 조립 또는 분해될 수 있다).
일반적으로, 기화된 화합물은 전자 장치의 표면 위에서 중합되어 고분자 코팅을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 고분자 코팅은 하기의 구조를 가질 수 있다.
Figure pct00002
, 및 이들의 혼합물; 여기서 n은 2 내지 100,000이다.
본 발명의 코팅은 공정 인자에 따라 속도를 변경하면서 전자 장치 위에 증착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 고분자는 분 당 약 25 nm 내지 약 75 nm의 속도로 형성되고, 또 다른 특정 실시예에서는 분 당 약 50 nm의 속도로 형성된다. 본 발명의 코팅이 임의의 전자 장치에 대해 이용될 수 있지만, 일 실시예에서, 전자 장치는 휴대 전화 또는 배터리를 가진 다른 전자 장치일 수 있고, 상기 배터리는 플라즈마 챔버안에 휴대 전화를 넣기 전에 휴대 전화 또는 다른 장치로부터 분리될 수 있다. 또한, 제조업자들이 전자 장치가 물에 의해 손상되었는지를 결정하기 위해(보통 품질보증 목적을 위해), 많은 휴대 전화 및 다른 장치는 배터리 밑이나 다른 장소에 숨겨진 물 손상 센서를 가진다. 본 발명의 실시예에 따라, 물 손상 센서는 센서를 활성화하지 않고 즉시 물 접촉을 가능하게 하는 고분자로도 코팅될 수 있다.
본 발명은 기화된 화합물을 플라즈마와 접촉하기에 앞서, 전자 장치를 세정(cleaning) 및/또는 에칭(etching)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 에칭 또는 세정은 전자 장치의 구성 부품과 코팅 사이에 우수한 접착을 제공할 수 있다. 상기 접착은 전자 장치의 수명에 걸쳐 코팅의 온전함을 유지하는 것을 도울 수 있다. 일반적으로, 에칭 또는 세정은 전자 장치의 표면으로부터 유기 물질을 제거한다. 휴대 전화와 같이 보기 창(viewing window)을 가진 전자 장치의 경우, 표면을 에칭하는 것이 바람직하지 않을 수 있다; 그러나, 상기 장치를 코팅하는 경우 표면을 세정하는 것은 매우 적합할 수 있다. 일반적으로 세정이 전자 장치의 외부 및 내부 표면으로부터 유기 물질 및 다른 오염 물질을 제거하는 것을 포함하지만, 에칭은 전자 장치의 표면을 부분적 제거, 또는 거칠게 하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 저압의 플라즈마 공정은 기체 상태의 단량체를 포함하는 반응 기체가 3차원 구조물의 틈새를 침투할 수 있으므로, 전자 장치에 대해 특히 적합할 수 있다. 상기 공정은 표면 장력에 의해 제한되는 액체 등각 코팅과 구별된다. 추가적으로, 본 발명의 공정은 또한 종래의 액체 공정에 비해 건조 공정이다.
플라즈마 세정 또는 에칭을 위해 이용되는 전형적인 기체는 O2, N2, CF4, Ar, He, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 세정 또는 에칭 단계는 플라즈마 챔버에 전자 장치를 넣기 전에 수행될 수 있고, 또는 전자 장치를 코팅하기에 앞서 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있다. 하나의 측면에서, 세정 또는 에칭은 전자 장치를 코팅하기에 앞서 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있고, 그것은 더욱 효율적이고 경제적인 공정을 제공한다. 언급된 것처럼, 많은 경우, 세정은 전자 장치의 외관을 유기하기 위해 에칭보다 더 적합할 것이나, 일부의 제한된 예에서는 여전히 에칭이 더 적합할 수 있다.
본 발명의 방법은 플라즈마 챔버에서 기화된 화합물을 플라즈마와 접촉시키기에 앞서 전자 장치의 표면을 활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 활성화는 전자 장치의 표면과 코팅 사이의 결합을 향상시킬 수 있다. 활성화는 일반적으로 전자 장치의 표면 위의 내부 또는 외부 모두에 화학 그룹의 형성을 포함하고, 그것은 코팅에 대해 표면의 친화도를 증가시킬 수 있다. 활성화를 위해 사용된 전형적인 기체는 O2, N2, N2O, NH3, H2, CH4, CF4, Ar, He 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 활성화 단계는 플라즈마 챔버에 전자 장치를 넣기 전에 수행될 수 있고, 또는 전자 장치를 코팅하기에 앞서 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있다. 하나의 측면에서, 활성화는 전자 장치를 코팅하기에 앞서 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있고, 그것은 더욱 효율적이고 경제적인 공정을 제공한다.
본 발명의 방법은 기화된 화합물을 플라즈마 챔버에 도입하기에 앞서 전자 장치를 탈기(degassing)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 탈기는 전자 장치의 표면과 코팅 사이의 향상된 결합을 위해 포획된(trapped) 기체 또는 액체를 제거할 수 있다. 상기 탈기는 단량체 및 반응 기체가 전자 장치 안으로, 또는 적어도 전자 장치 표면의 틈새 안으로 침투할 수 있도록 할 수 있다(상기 틈새는 또한 물이나 습기에 노출되거나 침수될 때 누출되기 쉽다). 탈기는 단일 단계로 수행될 수 있고, 또는 일련의 탈기 주기를 통해 수행될 수도 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 코팅 과정 동안 플라즈마 챔버에서의 압력을 감소하기 위해 진공이 이용될 수 있다. 또한, 진공은 탈기 단계에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 탈기 단계는 플라즈마 챔버에 전자 장치를 넣기 전에 수행될 수 있고, 또는 전자 장치를 코팅하기에 앞서 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있다. 하나의 측면에서, 탈기는 전자 장치를 코팅하기에 앞서 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있고, 그것은 더욱 효율적이고 경제적인 공정을 제공한다.
본 발명의 세정, 에칭, 활성화, 및/또는 탈기 단계는 적절한 물질의 이용 및 공정 인자의 적절한 선택에 의해서 개별적으로 또는 조합하여 이루어질 수 있다. 추가적으로, 가열 단계는 상기 단계들과 적절하게 조합하여 사용될 수 있다.
본원에서 논의된 바와 같이, 단량체 화합물을 기화하는 단계는 플라즈마 챔버 안에서 발생할 수 있고, 또는 플라즈마 챔버 밖에서 발생할 수 있다. 일반적으로 본원에서 열거된 단계는 달리 명시되지 않는 한 제시된 순서에 제한되지 않으며, 재정렬되거나 또는 조합될 수 있다. 예로, 전자 장치는 플라즈마 챔버 안에 배치될 수 있고, 거기에서 전자 장치는 세정 단계, 에칭 단계, 활성화 단계 및/또는 탈기 단계를 수행할 수 있고, 또는 플라즈마 챔버 안에 배치되어 세정/에칭/활성화/탈기 단계가 뒤따를 수 있다.
상기-언급된 배열이 단지 본 발명의 원리에 대한 응용의 예시적임을 이해할 것이다. 많은 변형 및 대안적인 배열이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다. 본 발명이 도면으로 나타나고, 본 발명의 가장 실용적이고 바람직한 실시예(들)로 간주되는 것과 연관되어 특히 상세하게 설명되었지만, 본원에 개시된 바와 같이, 본 발명의 원리 및 개념을 벗어나지 않고, 많은 변형을 할 수 있다는 것은 당 기술 분야의 숙련된 자들에게 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코팅 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
실시예
하기의 실시예는 현재 알려진 본 발명의 장치 및 방법의 많은 변형을 나타낸다. 그러나, 그것은 단지 본 발명의 원리의 예시적 또는 설명적인 응용이라는 것을 이해할 것이다. 많은 변형 및 대안적인 장치 및/또는 방법이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다. 첨부된 청구항은 상기 변형과 배열을 포함하기 위한 것이다. 따라서, 본원의 전자 장치 및 방법이 상세하게 상기에 설명되었지만, 하기의 실시예는 현재 허용되는 것과 관련되어 더욱 상세히 제공한다.
실시예 1 - 휴대 전화의 등각 나노-코팅
휴대 전화로부터 배터리를 분리한 후, 둘 모두를 700mm × 730mm × 960mm의 차수를 가지는 플라즈마 챔버에 있는 트레이 안에 배치한다. 플라즈마 챔버의 벽의 온도를 40-50℃로 가열한다. 통(canister)에 있는 단량체의 온도는 플라즈마 챔버에 도입되기 전 150℃를 유지한다. 아르곤(Ar)의 에칭 가스를 플라즈마 챔버를 통해 순환한 다음, 약 10분 동안 탈기 주기를 한다. 3416 cm2의 면적을 가지는 하나의 전극에 약 13.56 MHz의 연속적인 주파수를 생성하는 75W의 전력이 공급된다. 플라즈마 챔버는 단량체를 도입하기에 앞서 20-50 mTorr의 압력으로 감소된다. 하기의 구조를 가지는 단량체 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -CH3이고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3이고, m은 5이다)는 기화되어 50sccm의 속도로 플라즈마 챔버 안에 도입된다. 휴대 전화 및 배터리를 약 2분 동안 처리하여 약 100 nm의 두께를 가지는 균일한 고분자 코팅을 갖도록 한다. 상기 배터리는 둘 사이의 전기적 접촉이 설정되어 있는지를 확인하여 전화기에 재-삽입된다. 상기의 결과로서, 처리 전보다 물에 더욱 저항하는 전화와 배터리의 조합이 생성된다. 또한, 배터리 밑에 숨겨진 물 손상 센서는 고분자로 코팅되고, 센서를 활성화하지 않고 물 접촉을 가능하게 한다.
실시예 2 - 태블릿 컴퓨터의 등각 나노-코팅
태블릿 컴퓨터가 개봉되어, 700mm × 730mm × 960mm의 차수를 가지는 플라즈마 챔버에 있는 트레이 안에 배치한다. 플라즈마 챔버의 벽의 온도를 40-50℃로 가열한다. 통에 있는 단량체의 온도는 플라즈마 챔버에 도입되기 전 150℃를 유지한다. 아르곤(Ar)의 에칭 가스를 플라즈마 챔버를 통해 순환한 다음, 약 10분 동안 탈기 주기를 한다. 3416 cm2의 면적을 가지는 하나의 전극에 약 13.56 MHz의 연속적인 주파수를 생성하는 75W의 전력이 공급된다. 플라즈마 챔버는 단량체를 도입하기에 앞서 20-50 mTorr의 압력으로 감소된다. 하기의 구조를 가지는 단량체 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -CH3이고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3이고, m은 5이다)는 기화되어 50sccm의 속도로 플라즈마 챔버 안에 도입된다. 태블릿 컴퓨터를 약 4분 동안 처리하여 약 200 nm의 두께를 가지는 균일한 고분자 코팅을 갖도록 한다. 상기의 결과로서, 처리 전보다 물에 더욱 저항하는 태블릿 컴퓨터가 생성된다.

Claims (37)

  1. 전자 장치의 표면에 적어도 5의 소유성(oleophobicity)을 가지는 고분자 코팅을 형성하기 위해, 하기의 화학식 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다)을 가지는 화합물을 포함하는 플라즈마에 전자 장치의 표면을 노출하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 표면을 코팅하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 고분자 코팅은 5 또는 6의 소유성을 가지는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 고분자 코팅은 0.1 ppb(part per billion) 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS) 및 0.2 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA)의 낮은 독성 수준을 가지는, 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 고분자 코팅은
    Figure pct00003

    , 및 이들의 혼합물 (여기서 n은 2 내지 100,000이다)으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함하는, 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 화합물을 포함하는 플라즈마에 전자 장치의 표면을 노출하기에 앞서, 30 cm3/min 내지 50 cm3/min의 유량 속도로 플라즈마 챔버에 화합물을 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 플라즈마는 1000 mTorr 미만의 저압 플라즈마인 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 장치의 적어도 일 부분이 플라즈마에 표면을 노출하기에 앞서 개방되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 플라즈마에 표면을 노출하기에 앞서 세정, 에칭, 또는 활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 플라즈마에 표면을 노출하기에 앞서 전자 장치를 탈기하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 플라즈마는 10 mTorr 내지 1000 mTorr 사이의 압력, 5 ℃ 내지 200 ℃의 온도, 20 kHz 내지 2.45 GHz의 주파수, 및 5 W 내지 5000 W로 설정된 전력에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 플라즈마는 20 mTorr 내지 60 mTorr 사이의 압력에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 플라즈마는 40 ℃ 내지 50 ℃의 온도에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 플라즈마는 12 MHz 내지 15 MHz의 주파수에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 플라즈마는 전극의 cm2 당 0.017 내지 0.023 W의 범위로 설정된 전력에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 고분자 코팅은 전자 장치 위에 분 당 25 내지 75 nm 두께의 속도로 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 전자 장치는 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 음악 플레이어, 카메라, 비디오 레코더, 배터리, 이 리더(e reader), 무선 장치(radio device), 및 게임 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
  17. 제 1항에 있어서, 노출하는 단계는,
    전자 장치를 플라즈마 챔버에 배치하는 단계;
    기화된 화합물을 형성하기 위해 화합물의 존재하에 플라즈마 챔버에서 연속적인 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    플라즈마 챔버에서 상기 기화된 화합물을 전자 장치의 표면에 접촉시켜 표면 위에 고분자 코팅을 형성하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 표면을 코팅하는 방법.
  18. Figure pct00004

    , 및 이들의 혼합물 (여기서 n은 2 내지 100,000이고, 고분자 코팅은 0.1 ppb(part per billion) 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS) 및 0.2 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA)의 낮은 독성 수준을 가진다)으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함하는 고분자 코팅을 형성하기 위하여 전자 장치의 표면을 플라즈마에 노출하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 표면을 코팅하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 고분자 코팅은 적어도 5의 소유성을 가지는 것을 특징으로 하는, 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 고분자 코팅은 5 또는 6의 소유성을 가지는 것을 특징으로 하는, 방법.
  21. 제 18항에 있어서, 고분자 코팅은 전자 장치 위에 분 당 25 내지 75 nm 두께의 속도로 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  22. 제 18항에 있어서, 전자 장치는 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 음악 플레이어, 카메라, 비디오 레코더, 배터리, 이 리더(e reader), 무선 장치, 및 게임 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  23. 제 18항에 있어서, 플라즈마는 전극의 cm2 당 0.017 내지 0.023 W의 범위로 설정된 전력에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  24. 전자 장치의 표면에 적어도 5의 소유성(oleophobicity)을 가지는 코팅을 형성하기 위해, 하기의 화학식 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다)을 가지는 화합물을 포함하는 플라즈마에 전자 장치의 표면을 노출하여 형성된, 물 및 오일의 방지제 코팅을 가지는, 전자 장치.
  25. 제 24항에 있어서, 코팅은 5 또는 6의 소유성 수준을 가지는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  26. 제 24항에 있어서, 코팅은 0.1 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS)의 낮은 독성 수준을 가지는, 전자 장치.
  27. 제 24항에 있어서, 코팅은 0.2 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA)의 낮은 독성 수준을 가지는, 전자 장치.
  28. 제 24항에 있어서, 전자 장치는 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 음악 플레이어, 카메라, 비디오 레코더, 배터리, 이 리더(e reader), 무선 장치, 및 게임 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  29. 제 24항에 있어서, 전자 장치는 배터리를 포함하고, 상기 배터리는 전자 장치로부터 분리되어 코팅되는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  30. 제 24항에 있어서, 코팅은
    Figure pct00005

    , 및 이들의 혼합물 (여기서 n은 2 내지 100,000이다)으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함하는, 전자 장치.
  31. 제 24항에 있어서, 고분자 코팅은 적어도 100°의 물 접촉 각을 가지는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  32. 제 24항에 있어서, 고분자 코팅은 적어도 110°의 물 접촉 각을 가지는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  33. 전자 장치의 표면에 0.2 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS)의 낮은 독성 수준을 가지는 코팅을 형성하기 위해, 하기의 화학식 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다)을 가지는 화합물을 포함하는 플라즈마에 전자 장치의 표면을 노출하여 형성된, 물의 방지제 코팅을 가지는, 전자 장치.
  34. 전자 장치의 표면에 0.1 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA)의 낮은 독성 수준을 가지는 코팅을 형성하기 위해, 하기의 화학식 CH2 = C(R1)-COO-R2 (여기에서, R1은 -H 또는 -CH3를 포함하고, R2는 -(CH2)2-(CF2)m-CF3를 포함하고, m은 3 또는 5이다)을 가지는 화합물을 포함하는 플라즈마에 전자 장치의 표면을 노출하여 형성된, 물의 방지제 코팅을 가지는, 전자 장치.
  35. Figure pct00006

    , 및 이들의 혼합물 (여기서 n은 2 내지 100,000이고, 코팅은 적어도 5의 소유성 수준을 가진다)으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함하는, 물 및 오일의 방지제 코팅을 가지는, 전자 장치.
  36. Figure pct00007

    , 및 이들의 혼합물 (여기서 n은 2 내지 100,000이고, 코팅은 0.2 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄 설포네이트(perfluorooctane sulfonate, PFOS)의 낮은 독성 수준을 가진다)로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함하는, 물의 방지제 코팅을 가지는, 전자 장치.
  37. Figure pct00008

    , 및 이들의 혼합물 (여기서 n은 2 내지 100,000이고, 코팅은 0.1 ppb 미만의 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA)의 낮은 독성을 가진다)로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함하는, 물의 방지제 코팅을 가지는, 전자 장치.
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