KR20160014677A - 전자 회로 조립체를 플러드 코팅하기 위한 배합 폴리우레탄 수지 조성물 - Google Patents

전자 회로 조립체를 플러드 코팅하기 위한 배합 폴리우레탄 수지 조성물 Download PDF

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토마스 씨. 4세 스칸론
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Abstract

고분자 플러드 코트 조성물을 포함하는 배합 수지 시스템이 본 명세서에 제공되고, 1 내지 5의 초기 혼합물 요변 지수, 및 5 내지 15 분의 겔화 시간를 가져, 경화되면 조성물이 15A 내지 90A의 쇼어 경도, 20 밀 내지 75 밀의 수평 표면 상의 두께, 및 4 밀 내지 20 밀의 연직 표면 상의 두께를 제공함을 특징으로 한다. 그러한 배합 수지 시스템으로 플러드 코팅된 전자 회로 조립체, 및 상기 조립체를 보호 및 지지하는 방법이 또한 제공된다.

Description

전자 회로 조립체를 플러드 코팅하기 위한 배합 폴리우레탄 수지 조성물{FORMULATED POLYURETHANE RESIN COMPOSITIONS FOR FLOOD COATING ELECTRONIC CIRCUIT ASSEMBLIES}
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 일반적으로 배합 수지 시스템(formulated 수지 system), 그러한 시스템으로 코팅된 전자 회로 조립체, 및 이를 적용하는 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 극한 환경 및/또는 예컨대 진동으로 인한 기계적 분해(mechanical degradation)를 겪기 쉬운, 전자 회로 조립체 및 일체형 구조물의 부품인 다른 전자 디바이스를 플러드 코팅(flood coating) 또는 캡슐화(encapsulating)하기 위한 보호성 고분자 필름, 예컨대 두 파트의 폴리우레탄 수지에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 설명
전기 회로 조립체 또는 다른 그러한 전자 디바이스의 포팅(potting) 및/또는 캡슐화를 위한 두 구성요소 충진(filled) 또는 비충진(unfilled) 고분자 수지 시스템의 큰 분류가 존재한다. 이들 배합물(formulation) 중 다수는 가공 동안 및/또는 경화 시 요구되는 특성을 획득하기 위하여 여러 동일한 기초 원료를 사용하는 유사한 기술에 기반한다. 배합물은 보통 아크릴, 폴리우레탄, 실리콘, 또는 에폭시 합성 수지와 같은 재료로 만들어진다.
포팅 재료의 주요 목적은 화학물질에 대한 노출, 높은 습도, 진동 및 극한 온도를 비롯한 환경에서 민감한 전자기기의 보호 및 지지를 제공하는 것이다. 비록 이들 포팅 재료가 성공적이기는 하지만, 그러한 전자 조립체의 중량 및 비용을 감소시킬 필요가 있다. 포팅 재료는 전통적으로 디바이스 또는 조립체를 충진하기 위하여 사용되며, 따라서 매우 두껍다. 이러한 특징은 특정 적용분야에 있어서 단점으로 간주될 수 있다. 포팅된 물체는 또한 쉽게 재입 가능(re-enterable)(즉, 충진된 컴포넌트의 검사 및/또는 수리를 위한 제거의 편의를 위하여 절단되기에 충분히 연질임)하지 않다. 따라서, 저 경도 (연질), 저 모듈러스 (탄성), 진동 감쇠 폴리우레탄 및 실리콘 포팅 및 캡슐화 시스템이 그러한 극한 온도 및 어느 수준의 진동을 겪는 표면 실장 전자기기(surface mount electronics)의 내환경 보호(environmental protection) 및 기계적 지지(mechanical support)를 제공하기 위한 가장 바람직한 재료로서 확인되었다.
이를 위하여, 여러 전자 조립체 제조업체들은 내환경 보호 장벽으로서 유전성 컨포멀 코팅(conformal coating)을 사용하는 것을 채택했다. 그러한 컨포멀 코팅은 전형적으로 두께가 2 밀 (± 1 밀)이다. 비록 이러한 접근법이 정적 환경이 존재하는 특정 적용분야에서 성공적인 것으로 입증되었기는 하지만, 극한 온도 및 진동에 노출되는 대형 컴포넌트의 기계적 지지 및 내환경 보호를 필요로 하는 적용분야에서는 시간 경과에 따른 피로 파괴로 인하여 비성공적인 것으로 입증되었다. 전자 컴포넌트에서 무연 땜납(lead-free solder)의 사용이 또한 대형의 무거운 전기 컴포넌트의 더 우수한 기계적 지지 및 진동 감쇠에 대한 요구에 기여했다.
다음의 미국 특허 또는 공개된 출원이 위에서 논의된 설계 과제의 일부를 다룬다: 4,300,184; 5,863,597; 5,871,822; 8,360,390; 및 US2006/0076047.
그러므로, 두껍고 비싼 포팅 화합물과 근소한 기계적 무결성, 저 경도, 저 모듈러스를 가지는 얇은 유전성 컨포멀 코팅 사이의 간극을 좁히려는 노력으로, 진동 감쇠를 제공하고 종래대로 포팅된 조립체에서 사용된 전체 수지 중량 및 비용을 감소 시키면서 기계적 구조 지지를 제공할 수 있는 배합 수지 시스템이 당해 분야에서 유용한 진보일 것이며, 포팅 및/또는 컨포멀 코팅 시스템의 사용이 요구되는 임의의 산업에서 빠르게 수용될 수 있을 것이다.
발명의 요약
전술한 목적 및 추가적인 목적은 본 명세서에 설명된 발명의 원리에 따라 달성되며, 이는 한 양태에서 폴리이소시아네이트 예비고분자 A와 폴리올 B의 반응에 의하여 형성된 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD를 제공하고, 이는 유변성 작용제/조절제(rheology agent/modifier) C, 및 촉매 D 를 추가로 포함하며, 파트 A의 비율이 파트 B의 비율과 혼합될 때 혼합물이 1 내지 5의 요변 지수(thixotropic index); 5 내지 15 분의 겔화 시간; 및 경화 시 15A 내지 60A의 쇼어 경도(Shore hardness)를 제공함을 특징으로 한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 전기 회로 컴포넌트에 부착되고 전기 회로에 전기적으로 연결된 기저 지지체의 표면으로부터 바깥쪽으로 뻗은 복수의 전기 회로 컴포넌트와 함께 기저 지지체, 및 본 명세서에서 상세히 정의되고 기재된 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD를 포함하는 전기 회로 조립체를 제공하고, 여기서 폴리우레탄 플러드 코트 조성물은, 기저 지지체에 대하여 평행인 (즉, 수평인) 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물 ABCD의 두께가 20 밀 내지 75 밀이고, 기저 지지체에 대하여 수직인 (즉, 연직인) 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물 ABCD의 두께가 4 밀 내지 20 밀이도록, 경화되면 고정된 질량으로 전기 회로 조립체를 완전히 피복 및/또는 캡슐화한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본 명세서에서 상세히 정의되고 기재된 플러드 코트 조성물 ABCD를 소정 압력에서 불활성 기체로써 가압하고, 소정 부피의 플러드 코트 조성물 ABCD를 상기 소정 압력에서 상기 조립체 위에 완전히 도포하고, 플러드 코트 조성물 ABCD를 겔화시키고, 15A 내지 60A의 쇼어 경도를 제공하기에 충분한 시간 동안과 온도에서 코팅된 조립체를 경화시켜, 전기 회로 조립체를 캡슐화하는 방법을 제공한다.
이를 비롯한 다른 본 발명의 목적, 특성 및 장점이 첨부된 도면 및 실시예와 함께 하기 발명의 다양한 양태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
위에 언급된 본 발명의 특성이 더욱 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 발명의 더욱 구체적인 설명이 구체예를 참조하여 이루어질 수 있고, 구체예 중 일부는 첨부된 도면에서 도시되거나 포착된다. 그러나 첨부된 도면이 이 발명의 전형적인 구체예만을 나타내며, 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되고, 본 발명에 대하여 다른 동등하게 효과적인 구체예도 인정할 수 있음에 유념해야 한다.
도 1은 본 명세서에 기재된 플러드 코트 조성물이 도포된, 기저 지지체의 표면으로부터 바깥쪽으로 뻗은 긴 전기 회로 컴포넌트를 가지는 전자 회로 기판 조립체의 단면투시도를 도해한다.
도 2A-2B는 각각, 본 명세서에 기재되고 전자 회로 조립체에 도포되며 조립체 및 전자 회로를 효과적으로 캡슐화하는 보호성 플러드 코트 조성물을 가지는 실제 전자 회로 조립체의 평면도 및 측면도를 함께 나타낸다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 가능할 경우, 도면에 대하여 공통인 동일한 요소를 지시하기 위하여 동일한 참조 숫자가 사용되었다. 도면은 일정 비율로 도해되거나 묘사되지 않고 명확성을 위하여 단순화될 수 있다. 더욱이, 한 구체예의 요소 및 특징이 추가의 언급 없이 다른 구체예에서 유리하게 포함될 수 있는 것으로 간주된다.
발명의 특정 구체예의 상세한 설명
위에 요약된 바와 같이, 본 발명은 화학물질에 대한 노출, 높은 습도, 진동 및 극한 온도를 비롯한 가혹한 환경을 겪는 표면 실장 전자 디바이스와 같은 전자 디바이스를 보호적으로 코팅 및/또는 캡슐화하기에 유용한 특정한 성능 특징을 보유하는 배합 수지 시스템의 발견에 관한 것이다. 아래에 더욱 완전하게 논의되는 바와 같이, 본 발명자들은 놀랍게도, 데드 엘라스토머(dead elastomer)/에너지 흡수 화학 뼈대에 기초한 고분자 배합물이 저 내지 중간 경도 및 저 모듈러스를 제공하고, 종래대로 포팅된 디바이스와 비교하여 전체 수지 중량 및 비용을 감소시키면서, 동시에 동일한 내환경 보호, 기계적 지지, 및 진동 감쇠를 제공함을 발견했다. 그러한 장점은 지금까지 전자 디바이스가 수용되는 공간을 완전히 충진하는 전통적인 포팅 재료를 사용하지 않고 달성 불가능한 것으로 생각되었다. 따라서, 본 명세서에 기재된 고분자 배합 수지로 인하여, 그러한 제품의 사용 및 플러드 코트 공정이 여전히 원하는 성능 특성을 획득하면서, 수지의 부피로 인한 전체 비용 및 중량이 우려되는 포팅 재료를 대체하기 위하여 이용될 수 있다.
따라서, 한 양태에서, 본 발명은 파트 A를 파트 B와 혼합하여, 여기서 파트 A는 예비고분자를 포함하고, 파트 B는 폴리올, 유변성 작용제/조절제 C, 및 촉매 D을 포함함, 형성된 고분자 플러드 코트 조성물 ABCD를 제공하고, 이는 파트 A의 비율이 파트 B의 비율과 혼합될 때 혼합물이 1 내지 5의 요변 지수; 5 내지 15 분의 겔화 시간; 및 경화되면 15A 내지 90A의 쇼어 경도를 보유함을 특징으로 한다.
비록 본 명세서에서 사용을 위하여 고려된 바람직한 조성물이 폴리우레탄 플러드 코트 조성물이기는 하지만, 당해 분야의 숙련가는 예를 들어, 아크릴, 실리콘, 폴리실록산, 및 에폭시, 및 이들의 혼성을 포함하는 임의의 적절한 고분자 수지가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 특정 구체예에서, 파트 A의 예비고분자는 안정화제로서 폴리프로필렌 글리콜 및 벤조일 클로라이드와 반응된 향상된 2,4'-MDI 이성질체 함량을 가지는 중간 관능성 고분자 디페닐메탄 디이소시아네이트 (pMDI) A1 (예컨대 상표명 MONDUR® MRS로 Bayer Corp.에 의하여 상용화되어 입수 가능한 것, 또는 다른 균등물)로부터 합성된 예비고분자를 포함하는 폴리이소시아네이트이다.
폴리우레탄 조성물의 파트 A의 예비고분자를 제조하기 위하여 사용되는 다른 적절한 폴리이소시아네이트는 적어도 둘의 이소시아네이트 모이어티를 가지는 임의의 화합물을 포함한다. 디이소시아네이트는 1,5-나프틸렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 (4,4'- MDI), 4,4'-디페닐디메틸메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디벤질 디이소시아네이트, 디알킬디페닐메탄 디이소시아네이트, 1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 부탄-1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소프로필렌 디이소시아네이트, 나프틸렌 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 사이클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 자일릴렌 디이소시아네이트, 수소화 자일릴렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 라이신 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트, 1,3-비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산, 메틸-사이클로헥산 디이소시아네이트, m-테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트, 2,4,6-트리이소프로필벤젠 디이소시아네이트, 이소프로필리덴 비스(4-사이클로헥실이소시아네이트), 및 이들의 혼합에 의하여 예시될 수 있다. 디이소시아네이트의 예시적인 혼합물은 4,4'-MDI 및 2,4-MDI의 혼합물을 포함한다.
파트 A 예비고분자를 제조하기 위하여 사용되는 폴리이소시아네이트는 또한, 예를 들어, 디이소시아네이트와 디이소시아네이트-반응성 화합물, 예컨대 폴리올 예를 들어, 디올 또는 폴리아민, 예를 들어, 디아민의 반응에 의하여 제조된 폴리이소시아네이트일 수 있다. 파트 A 예비고분자를 제조하기 위하여 사용된 예시적인 폴리이소시아네이트는 MDI의 고분자 형태를 포함한다. 파트 A 예비고분자를 제조하기 위하여 사용된 폴리이소시아네이트는 또한 카보디이미드-변성된 디이소시아네이트, 예를 들어, 카보디이미드-변성된 MDI일 수 있다. 파트 A의 예비고분자를 제조하기 위하여 사용된 폴리이소시아네이트는 ASTM D2572l에 의하여 측정하여 15% 내지 40% (질량 퍼센트), 바람직하게는 10 % 내지 20 %에서 가변적인 이소시아네이트 (NCO) 함량을 가진다.
파트 A 예비고분자는 폴리올과 반응한다. 일반적으로, 파트 A 중의 폴리올은 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 임의의 폴리올(즉, 그에 부가된 하나 초과의 하이드록실기를 가지는 화합물)일 수 있다. 더욱 구체적으로, 폴리올은 바람직하게는, 약 600 미만의 분자량을 가지는 폴리올의 군으로부터 선택된다. 한 예에서, 폴리올은 약 300 내지 약 600 달톤의 중량평균 분자량을 가지는 폴리올의 군으로부터 선택된다. 폴리올의 예는 글리콜, 즉, 1,2 하이드록시기를 포함하는 디올, 예컨대 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜 및 이들의 유도체, 및 글리세롤 또는 글리세린 및 이들의 유도체를 포함한다. 폴리올의 예는 폴리프로필렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜을 포함한다. 일부 구체예에서, 폴리올은 3 내지 20 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 4 내지 12 탄소 원자, 가장 바람직하게는 5 내지 10 탄소 원자를 가지는 비대칭 디올이다. 그러한 비대칭 디올의 예는 2-에틸-1,3-헥산디올; 1,2-프로판디올; 1,3-부탄디올; 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 1,12-옥타데칸디올; 1,2-헥산디올; 1,2-옥탄디올; 및 1,2-데칸디올을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 폴리올의 추가적인 예는 펜타에리트리톨과 같은 테트롤을 포함한다. 폴리올은 또한 글리콜 또는 글리세롤과 같은 또 다른 폴리올과 임의적으로 반응한 에틸렌 옥사이드 및/또는 프로필렌 옥사이드로부터 제조된 폴리에테르 폴리올일 수 있다.
비록 폴리프로필렌 글리콜(예컨대 상표명 POLY-G® 20-56으로 Lonza Corp.로부터 상용화되어 입수 가능한 것)이 파트 A 중의 폴리우레탄 뼈대 합성에서 사용하기 위한 바람직한 폴리올이기는 하지만, 당해 분야의 숙련가는 다른 폴리올이 또한 적절함을 인식할 것이다. 그러한 다른 폴리올은, 예를 들어, 폴리부타디엔 폴리올을 포함한다. 폴리부타디엔 폴리올의 예는, 미국, 펜실베니아, 엑스턴 소재의 Cray Valley USA, LLC로부터 상용화되어 입수 가능한 제품명 Poly bd® R-45HTLO 및 Poly bd® R-20LM로 판매되는, 그리고 미국, 뉴저지, 무어스타운 소재의 CVC Thermoset Specialties로부터 상용화되어 입수 가능한 제품명 Hypro™ 2800X95 HTB로 판매되는 액체 하이드록실 종결된 부타디엔의 고분자를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 파트 A의 폴리우레탄 뼈대를 합성하기 위하여 사용되는 고분자 MDI 및 폴리프로필렌 글리콜의 퍼센티지는 파트 A의 총 중량%를 기준으로 40 내지 60 중량%인 한편, 안정화제는 약 0.03 중량%의 양으로 존재한다. 특정한 구체예에서, 존재하는 고분자 MDI의 퍼센티지는 약 40 중량%이고 존재하는 폴리프로필렌 글리콜의 퍼센티지는 파트 A의 총 중량%를 기준으로 약 60 중량%이다.
동일한 또는 다른 구체예에서, 고분자 수지 시스템의 파트 B는 파트 B의 총 중량%를 기준으로 93 내지 98 중량%의 양으로 존재하는 폴리올을 포함할 수 있다.일부 구체예에서, 폴리올은 0.03 중량% 미만의 물을 가진다. 동일한 또는 다른 구체예에서, 피마자유가 본 발명과 함께 사용하기에 적절한 바람직한 폴리올이다. 피마자유, 즉, 리시놀레산 트리글리세라이드는 널리 상용화되어 입수 가능한 재생가능 원료이다. 본 발명에서 또한 피마자유의 유도체가 피마자유로부터 유도된 임의의 폴리올을 포함하고, 이는 가수분해 생성물, 에톡시화 생성물, 에스테르교환된 생성물, 또는 에스테르화 생성물, 또는 폴리아미드 생성물을 포함함하는 것으로 간주된다. 다른 적절한 폴리올이 당해 분야의 숙련가에게 공지일 것이지만, 파트 B에서 사용하기에 적절한 폴리올이 또한 파트 A에 대하여 위에 기재된 폴리올을 포함하고, 여기서 폴리올은동일하거나 상이할 수 있는 것으로 간주된다.
파트 B의 폴리올은 추가로 유변성 작용제 C 및 촉매 D와 함께 배합된다. 유변성 작용제는 일차 아민-종결된 폴리에테르 화합물과 함께 미국, 코네티컷, 월링포드 소재의 BYK Additives/Elements Specialties로부터의 모든 합성 및 천연 흐름 방지(anti-sagging) 첨가제를 포함한다. 일차 아민-종결된 폴리에테르 화합물은 (비록 최대 약 2000 Da의 분자량을 가지는 것이 또한 적절하지만) 약 110 또는 200 Da 내지 바람직하게는 약 500 Da의 중량평균 분자량 및 약 2 내지 3, 바람직하게는 약 2의 아민 관능성을 가지는 폴리옥시프로필렌 아민을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 그러한 일차 아미노-종결된 폴리에테르는 Jeffamine이라는 이름으로 유타, 솔트레이크 시티 소재의 Huntsman Corporation에 의하여 제조 및 판매된다. Jeffamine D-230가 특히 바람직하며, 이는 일차 아민으로 종결되고 2의 아민 관능성 및 약 230의 분자량을 가지는 폴리옥시프로필렌 글리콜이다. 접착 조성물에서의 가교는 하이드록실-포함 삼차 아민, 예컨대 독일, BASF Corp.에 의하여 QUADROL로 상용화되어 입수 가능한 디이소프로포놀 아민을 첨가하여 더욱 가속될 수 있다. 그러한 아민의 존재에서 파트 A 및 파트 B가 서로 혼합될 때 요변성이 빠르게 발생한다. 유변성 작용제(또는 요변성 작용제)는 또한 무기 첨가제를 포함하지만 이에 제한되지 않고, 예를 들어, 흄드 실리카, 비정질 이산화 규소, 점토, 벤토나이트, 탈크, 등, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
폴리우레탄 조성물의 파트 B의 우레탄 촉매 D는 임의의 우레탄 촉매일 수 있다. 우레탄 촉매의 예는 주석 촉매, 예컨대 디알킬 틴 디알카노에이트, 예를 들어, FOMREZ® 촉매 UL-28 (디메틸틴 디네오데카노에이트)를 포함하며, 이는 매우 짧은 겔화 시간 및 표면 건조 시간(tack-free time) 및 폴리우레탄 시스템에서의 우수한 용해도를 제공한다. 우레탄 촉매의 다른 예는: 미국, 펜실베니아, 앨런타운 소재의 Air Products로부터 DABCO® T-9로 상용화되어 입수 가능한 스태너스 옥토에이트; 미국, 펜실베니아, 앨런타운 소재의 Air Products로부터 DABCO® 131로 상용화되어 입수 가능한 유기주석; 미국, 펜실베니아, 앨런타운 소재의 Air Products로부터 DABCO® Crystalline Catalyst로 입수 가능한 1,4-디아자바이사이클로옥탄; 미국, 펜실베니아, 앨런타운 소재의 Air Products로부터 DABCO® B-16로 입수 가능한 n-세틸-n,n-디메틸아민; 미국, 펜실베니아, 앨런타운 소재의 Air Products로부터 DABCO® T-12로 입수 가능한 디부틸틴 디라우레이트; 미국, 펜실베니아, 앨런타운 소재의 Air Products로부터 METACURE™ T-1 촉매로 입수 가능한 디부틸틴 디아세테이트; 미국, 오하이오, 노우드 소재의 Shepherd Chemical Company로부터 BiCAT® 8로 입수 가능한 징크 네오데카노에이트, 비스무트 네오데카노에이트 및 네오데칸산의 블렌드; 미국, 델라웨어, 베어 소재의 Amspec Chemical Corporation으로부터 AMSPEC® GCR-56으로 입수 가능한 페릭 아세틸아세토네이트; 및 미국, 펜실베니아, 블루 벨 소재의 Acme-Hardesty Company로부터 Oleic Acid 105로 입수 가능한 올레산을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 유변성 작용제 C는 파트 B(예컨대 상표명 CAB-O-SIL® M-5로 Cabot Corp.로부터 상용화되어 입수 가능한 것)의 총 중량%를 기준으로 2 내지 6 중량%의 흄드 실리카를 포함하고, 촉매 D는 (파트 B의 총 중량을 기준으로) 0.2 중량% 내지 0.5 중량%의 유기-금속 촉매, 예컨대 디부틸틴 아세테이트를 포함한다. 비록 이들이 바람직한 구체예인 것으로 이해되기는 하지만, 다른 적절한 작용제 및 위에 논의된 촉매가 사용될 수 있으므로 특이적인 유변성 작용제/조절제 및/또는 촉매가 결정적인 것은 아니다. 그보다는, 중요한 것은 내환경 보호에 요구되는 연직 빌드(vertical build)(즉, 회로 기판 또는 다른 그러한 전자 디바이스의 기저로부터 바깥쪽으로 돌출한 긴 회로 컴포넌트 상에서)를 달성하면서, 플러드 코트 조성물이 경화될 때 요구되는 기계적 지지를 제공하기에 충분한 수평 빌드(horizontal build)를 달성하도록 적절한 유동을 허용하기 위하여 근접한 겔화 시간 및 유변성을 가지는 것이다.
따라서, 특정 구체예에서, 요변 지수는 1 내지 5, 바람직하게는 1.20 내지 3.50, 더욱 바람직하게는 1.22 내지 1.23일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "요변 지수"는 파트 A 및 파트 B의 혼합비(mix ratio)의 2.5 RPM에서 측정된 점도를 20 RPM에서 측정된 점도로 나눈 것을 지칭하고, 여기서 적절한 중량의 파트 A 및 파트 B가 1-2 분 동안 25℃에서 수동으로 혼합되고, 혼합물의 점도는 2.5 RPM에서, 이후 20 RPM에서 #7 스핀들을 구비한 브룩필드 점도계를 이용하여 결정된다.
동일한 또는 다른 구체예에서, 겔화 시간은 5 내지 15 분, 바람직하게는 5 내지 12이다. 동일한 또는 다른 구체예에서, 파트 A 및 파트 B의 혼합비의 초기 점도는 15,000 내지 18,000 cps, 바람직하게는 15,000 내지 16,500 cps이다. 한 구체예의 요소 및 특징이 추가의 언급 없이 다른 구체예에서 유리하게 포함될 수 있는 것으로 간주된다. 추가로, 파트 A 및 파트 B가 임의의 비율 또는 양으로 혼합될 수 있는 것으로 간주된다.
본 명세서에서 고려된 플러드 코트 조성물의 파트 A 및/또는 파트 B는 또한 다른 적절한 충진제(filler) 또는 첨가제를 포함할 수 있다. 파트 A 및 파트 B 중 하나 또는 둘 모두가 또한 소포제(defoamer)를 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 소포제는 파트 A에 대하여 약 0.01 내지 약 0.1 중량%의 양으로 첨가된다. 또 다른 구체예에서, 소포제는 파트 B에 대하여 약 0.01 내지 약 0.1의 양으로 첨가된다. 추가적인 구체예에서, 소포제는 파트 A에 대하여 약 0.005 내지 약 0.05의 양으로, 파트 B에 대하여 약 0.005 내지 약 0.05의 양으로 첨가된다. 파트 A 및 파트 B 중 하나 또는 둘 모두에서 사용되는 소포제는 당해 분야에 공지인 임의의 소포제일 수 있다. 한 예에서, 소포제는, 예를 들어, 미국, 오하이오, 콜럼버스 소재의 Momentive Performance Materials Holdings LLC로부터 SF8843로 상용화되어 입수 가능한 알킬 아릴 실리콘 고분자계 거품방지 첨가제(antifoaming additive)와 같은 실리콘계 소포제이다. 또 다른 구체예에서, 소포제는 무실리콘 소포제, 예컨대, 이소파라핀계 소포제, 예를 들어, 미국, 코네티컷, 월링포드 소재의 BYK USA, Inc.로부터 입수 가능한 BYK 054와 같은 것이다.
충진제는, 탈크, 칼슘 카보네이트, 바륨 설페이트, 마그네슘 하이드록사이드, 점토, 운모, 티타늄 다이옥사이드, 또는 전술한 것의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 당해 분야에 공지인 임의의 적절한 충진제일 수 있다.
또 다른 양태에서, 도 1을 참조하면, 본 발명은 전기 회로 컴포넌트에 부착되고 전기 회로에 전기적으로 연결된 (나타나지 않음) 기저 지지체의 표면(10)으로부터 바깥쪽으로 뻗은 복수의 전기 회로 컴포넌트(20)와 함께 기저 지지체(10), 및 본 명세서에서 상세히 정의되고 기재된 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD를 포함하는 전기 회로 조립체를 제공하고, 여기서 폴리우레탄 플러드 코트 조성물은, 기저 지지체에 대하여 평행인 (즉, 수평인) 컴포넌트 표면(30) 상에서 플러드 코트 조성물 ABCD의 두께가 20 밀 내지 500 밀이고, 기저 지지체에 대하여 수직인 (즉, 연직인) 컴포넌트 표면(40) 상에서 플러드 코트 조성물 ABCD의 두께가 4 밀 내지 20 밀이도록, 경화되면 고정된 질량으로 전기 회로 조립체를 완전히 피복 및/또는 캡슐화한다. 당해 분야의 숙련가가 이해할 것과 같이, 본 명세서에서 사용된 단위 "밀(mil)"("다우(thou)"로도 알려짐)은 영국 길이 단위를 지칭하고 인치의 1/1000과 같다.
특정 구체예에서 기저 지지체에 대하여 수직인 컴포넌트 표면 상의 플러드 코트 조성물의 두께는 4 밀 초과 20 밀 미만, 바람직하게는 10 밀 미만이다. 동일한 또는 다른 구체예에서, 기저 지지체에 대하여 수평인 컴포넌트 표면 상의 플러드 코트 조성물의 두께는 20 밀 초과 75 밀 미만, 바람직하게는 40 밀 초과 60 밀 미만이다. 한 구체예의 요소 및 특징이 추가의 언급 없이 다른 구체예에서 유리하게 포함될 수 있는 것으로 간주된다.
게다가, 이러한 핵심적인 특징을 획득하는 것은 수지 시스템이 수동으로 또는 자동화(즉, 플러드 코트 공정, 여기서 수지가 리본 또는 커튼 형태로 디스펜싱될 수 있음)를 통하여 도포되도록 반응성(즉, 겔화 시간) 및 유변성을 제어하여 이루어지고, 이는 수지가 모든 연직 표면 상에서 4 밀 내지 10 밀 빌드를 유지하면서 연직 표면을 따라 유동하여 모든 컴포넌트을 피복시킨다.
연직 표면을 따라 유동하는 동안, 수지는 두께 수평 표면 상에서 20 밀 내지 500 밀의 두께로 만들어질 것이고, 이에 의하여 또한 대형 컴포넌트의 기계적 지지를 제공한다.
비록 본 명세서에 기재된 배합된 플러드 코트 수지 시스템이 임의의 전기 회로 조립체와 함께 사용하기에 적절하기는 하지만, 예시적인 디바이스는 PC, 인버터 (예를 들어, 마이크로 태양광 인버터), 컨버터, 파워 서플라이 등에서 사용되는 전기 회로 기판을 포함하고 이에 제한되지는 않는다. 참조 사항이 도 2A-2B에 주어진다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본 명세서에 상세히 정의되고 기재된 플러드 코트 수지 시스템 조성물 ABCD를 소정 압력에서 불활성 기체로써 가압하고, 소정 부피의 플러드 코트 조성물 ABCD를 상기 소정의 압력에서 상기 조립체 위에 완전히 도포하고, 플러드 코트 조성물 ABCD를 겔화시키고, 15A 내지 90A의 쇼어 경도를 제공하기에 충분한 시간 동안과 온도에서 코팅된 조립체를 경화시켜, 전기 회로 조립체를 캡슐화 또는 플러드 코팅하는 방법을 제공한다.
특정 구체예에서 적용되는 압력은 30 psi이고 불활성 기체는 건조 질소이다. 동일한 또는 다른 구체예에서, 경화 단계는 25℃의 온도에서 5 내지 7 일이다.
앞서 논의된 바와 같이, 플러드 코트 조성물은 시간 경과에 따른 조립체의 피로 파괴를 야기하는 극한 온도 및 진동에 대한 노출로 인하여 적용에서 기계적 지지 및 내환경 보호를 필요로 하는 전자 조립체 및 컴포넌트와 함께 사용하기에 적절하다. 따라서, 또 다른 양태에서, 본 발명은 본 명세서에서 기재되고 고려된 소정 부피의 폴리우레탄 플러드 코트 조성물을 전기 회로 조립체 위에 완전히 도포하고, 플러드 코트 조성물을 겔화시키고, 조립체의 기저 지지체에 대하여 수평인 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물의 두께가 20 밀 내지 75 밀이고, 기저 지지체에 대하여 수직인 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물의 두께가 4 밀 내지 20 밀이도록 플러드 코드 조성물을 전기 회로 조립체 상에 고정된 질량으로 경화시켜, 극한 온도 (즉, 급속한 온도 상승 또는 하강 및/또는 극한 냉기 및/또는 열기에 대한 장기 노출) 및 진동에 대한 노출로 인한 전기 회로 조립체의 파괴를 예방하는 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 양태는 극한 온도 및 진동에 노출된 전기 회로 조립체에 대하여 기계적 및 내환경 보호를 제공하는 것으로 대체하여 기재될 수 있다.
실시예
다음의 실시예는 당해 분야의 숙련가가 본 발명의 특정한 구체예를 더욱 잘 이해하는 것을 보조하도록 제공된다. 이들 실시예는 설명의 목적으로 의도되며 본 발명의 다양한 구체예의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
실시예 1 - 고분자 수지의 제조
두 파트의 폴리우레탄 수지 시스템을 다음과 같이 제조한다: 파트 A에서, (파트 A의 총 중량을 기준으로) 41.10 중량부의, 향상된 2,4'-MDI 이성질체 함량 및 (디이소시아네이트의 총 중량을 기준으로) 31 내지 32 중량%의 이소시아네이트기 (N=C=O)를 가지는 중간 관능성 고분자 디페닐메탄 디이소시아네이트 (pMDI)(예컨대 Bayer Corp.로부터 입수 가능한 MONDUR® MRS 또는 균등물)가 (파트 A의 총 중량을 기준으로) 58.87 중량부의 폴리프로필렌 글리콜(예컨대 Lonza Corporation로부터 입수 가능한 PolyG-20-56, 또는 균등물), 및 안정화제로서 (파트 A의 총 중량을 기준으로) 0.03 중량부 벤조일 클로라이드와 반응하여 (디이소시아네이트의 총 중량을 기준으로) 10 내지 12 중량% 범위의 N=C=O 함량을 가지는 MDI 예비고분자가 형성된다. 반응은 80-85℃의 온도에서 >27" Hg의 진공하에 4 시간 동안 수행된다.
파트 B에서, 93.57 부의 피마자유가 < 0.03 중량%의 수분 함량을 달성하기 위하여 100-110℃의 온도에서 >27" Hg의 진공하에 1-2 시간 동안 이를 가열하여 건조된다. (파트 B의 총 중량을 기준으로) 6 중량부의 흄드 실리카(Cabot Corporation로부터 CAB-O-SIL® M-5로 입수 가능)와 같은 요변성 작용제가 130℃ 오븐에서 24 시간 동안 건조된다. 이후 요구되는 유변성 - 1.22의 요변 지수를 달성하기 위하여 요변성 작용제를 고속 (3000 rpm) 전단하에 45 분 동안 건조 피마자유와 혼합한다. 파트 A 및 파트 B 혼합 시 겔화 시간을 제어하기 위하여 (파트 B의 총 중량을 기준으로) 0.41 중량부의 주석계 디부틸틴 디아세테이트(Air Products로부터 METACURE® T-1로 입수 가능)와 같은 금속 촉매를 첨가한다. 파트 A 및 파트 B는 44.25 중량%의 파트 A 대 55.75 중량%의 파트 B의 비율로 혼합된다.
배합의 상세한 사항이 아래 표 1에 제공된다:
폴리우레탄 플러드 코트

본 발명
파트 A
디이소시아네이트 (Mondur MRS - 4)
폴리에테르 디올 (Poly-G-20-56-U)
벤조일 클로라이드 		중량% (A에 대하여)
41.10
58.87
0.03
파트 A 예비고분자 NCO
파트 A 예비고분자 점도 (cps)		 10-12%
15,000-18,000
파트 B
피마자유 폴리올
알킬 아릴 실록산 (소포제) (SF8843)
디부틸-틴 아세테이트 (Metacure T1 촉매)
흄드 실리카 (Cab-o-Sil M5)		 중량% (B에 대하여)
93.57
0.02
0.41
6.0
파트 B 혼합물 점도 (cps) 1,092
중량 혼합비 44.25 파트 A/55.75 파트 B
파트 A+B 혼합물 초기 점도 (cps) 16,000
쇼어 경도 35A
요변 지수 1.22
평균 코팅 중량 (그램)
수평 두께 (밀 = 1/1000 인치)
연직 두께 (밀 = 1/1000 인치)		 93.1
20
4-5
실시예 2 - 전자 조립체 플러트 코팅
1" 스페이드/플랫 팁을 구비한 정사각형 모양, 30 요소 고정식 혼합기의 400 ml 카트리지를 실시예 1에 따라 제조된 것과 같은 고분자 수지 시스템으로 채운다. 30 psi의 건조 질소가 수지에 적용된다. 1,853.00 그램으로 계량되는 태양광 마이크로 인버터가 제공되고, 고분자 수지가 기판의 표면에 대하여 대략 45° 각도로 유지되는 디스펜싱 건(dispensing gun)을 통하여 도포된다. 고분자 수지는 리본 또는 커튼의 형태로 디스펜싱되는 대로 전기 회로 기판 및 컴포넌트를 "플러드 코팅하고", 유변성 및 반응성 제어로 인한 모든 연직 표면 상의 4 밀 내지 5 밀 빌드를 유지하면서 연직 표면을 따라 유동하여 모든 컴포넌트를 피복시킨다. 연직 표면을 따라 유동하는 동안, 수지는 수평 표면 상에서 20 밀의 두께로 만들어지고, 이에 의하여 대형 컴포넌트의 기계적 지지를 제공한다. 시작부터 종료까지의 코팅 또는 충진 시간은 약 5 분이다. 겔화 시간은 대략 10-12 분이고, 완전 경화 시간은 25℃에서 약 7 일이다. 플러드 코팅 이후 태양광 마이크로 인버터의 중량은 2, 200.00 그램이다 (즉, 347.96 그램의 고분자 수지 재료가 사용됨).
따라서, 본 명세서에 기재된 고분자 플러드 코트 수지 조성물 및 공정을 이용하여, 종래의 포팅 수지에 의하여 제공되는 것과 동일한 내환경 보호 및 기계적 지지가 달성되면서, 종래대로 포팅된 디바이스에서 사용되는 전체 중량 및 수지 비용을 > 50 % 감소시킨다.
다양한 특허 및/또는 과학 문헌 참조자료가 본 출원 전반에 걸쳐 참조되었다. 이에 의하여 그 전체로 이들 간행물의 개시가 본 명세서에 기재된 것과 같이 참조로 포함된다. 상충되는 용어의 경우에는, 본 문서의 용어가 우위에 있을 것이다. 상기 설명 및 실시예를 고려하여, 당해 분야의 숙련가는 과도한 실험 없이 청구된 발명을 실시할 수 있을 것이다.
비록 전술한 설명이 본 교시의 근본적인 신규한 특징을 나타내고, 설명하고, 지적하기는 하지만, 예시된 조성물 및 장치, 또한 이들의 용도의 상세한 내용 형태의 다양한 생략, 대체, 및 변경이 특수한 적용을 위한 실제 요구 및 요건이 가변적일 것이라는 사실로 인하여, 본 교시의 범위를 벗어나지 않고, 당해 분야의 숙련가에 의하여 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 교시의 범위는 전술한 논의에 한정되어서는 안되고, 첨부된 청구범위에 의하여 정의되어야 한다. 비록 청구항들이 다른 청구항에 단일 종속된 것으로 기재될 수 있기는 하지만, 본 명세서에서 고려된 발명은 청구항들이 마찬가지로 다중 종속된 것과 같이 모든 구체예를 포함한다.

Claims (25)

  1. 파트 A로서 폴리이소시아네이트 예비고분자; 및
    파트 B에서, 폴리올; 유변성 작용제(rheology agent) C; 및 촉매 D를 포함하는 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD에 있어서,
    파트 A의 비율이 파트 B의 비율과 혼합될 때 혼합물은 1 내지 5의 요변 지수; 5 내지 15 분의 겔화 시간; 및 경화되면 15A 내지 90A의 쇼어 경도를 제공함을 특징으로 하는 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  2. 제1항에 있어서, 폴리이소시아네이트 예비고분자 A는 파트 A의 총 중량을 기준으로 50-60 중량%의 고분자 디페닐메탄 디이소시아네이트 A1; 40-50 중량%의 폴리프로필렌 글리콜 A2; 및 안정화제 화합물 A3를 포함하는 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  3. 제2항에 있어서, 안정화제 조성물은 파트 A의 총 중량을 기준으로 0.03 중량%로 존재하는 벤조일 클로라이드인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리이소시아네이트 예비고분자 A는 폴리이소시아네이트의 총 중량을 기준으로 10 내지 12 중량% 이소시아네이트 (N=C=O) 기를 포함하는 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올 B는 피마자유인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유변성 작용제 C는 파트 B의 총 중량을 기준으로 2 내지 6 중량%의 흄드 실리카를 포함하는 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 D는 유기-금속 촉매인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  8. 제7항에 있어서, 유기-금속 촉매는 디부틸틴 디아세테이트인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 쇼어 경도는 40A 내지 60A인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 요변 지수는 1.2 내지 3.5인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 겔화 시간은 5 내지 12 분인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 파트 A 및 파트 B의 혼합물의 초기 점도는 15,000 내지 18,000 cps인 폴리우레탄 플러드 코트 조성물 ABCD.
  13. 다음을 포함하는 전기 회로 조립체
    전기 회로 컴포넌트에 부착되고 전기 회로에 전기적으로 연결된 기저 지지체의 표면으로부터 바깥쪽으로 뻗은 복수의 전기 회로 컴포넌트와 함께 기저 지지체, 및
    폴리우레탄 플러드 코트 조성물, 여기서 폴리우레탄 플러드 코트는 기저 지지체에 대하여 수평인 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물의 두께가 20 밀 내지 75 밀이고, 기저 지지체에 대하여 수직인 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물의 두께가 4 밀 내지 20 밀이도록, 경화되면 고정된 질량으로 전기 회로 조립체를 완전히 피복 또는 캡슐화함.
  14. 제13항에 있어서, 기저 지지체에 대하여 수직인 컴포넌트 표면 상의 플러드 코트 조성물 ABCD의 두께는 4 밀 초과 10 밀 미만인 전기 회로 조립체.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 기저 지지체에 대하여 수평인 컴포넌트 표면 상의 플러드 코트 조성물 ABCD의 두께는 20 밀 초과 70 밀 미만인 전기 회로 조립체.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 플러드 코트 조성물은 경화되면 15A 내지 90A의 쇼어 경도를 가지는 전기 회로 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 플러드 코트 조성물은 경화되면 40A 내지 60A의 쇼어 경도를 가지는 전기 회로 조립체.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 회로 조립체는 전자 디바이스 내에 위치하는 전기 회로 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 전자 디바이스는 인버터, 컨버터, 및 파워 서플라이로 이루어진 군으로부터 선택되는 전기 회로 조립체.
  20. 다음 단계를 포함하는 전기 회로 조립체 캡슐화 방법
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 정의된 플러드 코트 조성물 ABCD를 소정 압력에서 불활성 기체로써 가압하는 단계;
    소정 부피의 플러드 코트 조성물 ABCD를 상기 소정 압력에서 상기 완전한 조립체 위에 도포하는 단계;
    플러드 코트 조성물 ABCD를 겔화시키는 단계; 및
    15 내지 60 쇼어 "A"의 경도를 제공하기에 충분한 시간 동안과 온도에서 코팅된 조립체를 경화시키는 단계.
  21. 제19항에 있어서, 압력은 30 psi인 방법.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서, 불활성 기체는 질소인 방법.
  23. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 경화 단계는 25℃에서 5 내지 7 일인 방법.
  24. 다음 단계를 포함하는 극한 온도 및 진동에 노출된 전기 회로 조립체에 기계적 지지 및 내환경 보호를 제공하는 방법
    소정 부피의 폴리우레탄 플러드 코트 조성물을 상기 전기 회로 조립체 위에 완전히 도포하는 단계;
    플러드 코트 조성물을 겔화시키는 단계; 및
    경화되면 조립체의 기저 지지체에 대하여 수평인 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물의 두께가 20 밀 내지 75 밀이고, 조립체의 기저 지지체에 대하여 수직인 컴포넌트 표면 상에서 플러드 코트 조성물의 두께가 4 밀 내지 20 밀이도록, 충분한 온도에서 충분한 시간 동안 전기 회로 조립체 상에서 고정된 질량으로 플러드 코트 조성물을 경화시키는 단계.
  25. 제24항에 있어서, 플러드 코트 조성물은 경화되면 15A 내지 90A의 쇼어 경도를 가지는 방법.
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