KR20160130830A - 회로 재료, 회로 라미네이트, 및 이로부터 제조된 물품 - Google Patents

회로 재료, 회로 라미네이트, 및 이로부터 제조된 물품 Download PDF

Info

Publication number
KR20160130830A
KR20160130830A KR1020167027706A KR20167027706A KR20160130830A KR 20160130830 A KR20160130830 A KR 20160130830A KR 1020167027706 A KR1020167027706 A KR 1020167027706A KR 20167027706 A KR20167027706 A KR 20167027706A KR 20160130830 A KR20160130830 A KR 20160130830A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fibers
mat material
fibrous
fibrous nonwoven
nonwoven mat
Prior art date
Application number
KR1020167027706A
Other languages
English (en)
Inventor
무랄리 세츄마드하반
애니 셰어
마이크 화이트
Original Assignee
로저스코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로저스코포레이션 filed Critical 로저스코포레이션
Publication of KR20160130830A publication Critical patent/KR20160130830A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0313—Organic insulating material
    • H05K1/0353—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement
    • H05K1/0366—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement reinforced, e.g. by fibres, fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0271—Arrangements for reducing stress or warp in rigid printed circuit boards, e.g. caused by loads, vibrations or differences in thermal expansion
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0284—Details of three-dimensional rigid printed circuit boards
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0313—Organic insulating material
    • H05K1/0353—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement
    • H05K1/0373—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement containing additives, e.g. fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/038—Textiles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/01—Dielectrics
    • H05K2201/0137—Materials
    • H05K2201/0141—Liquid crystal polymer [LCP]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/01—Dielectrics
    • H05K2201/0137—Materials
    • H05K2201/0162—Silicon containing polymer, e.g. silicone
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/01—Dielectrics
    • H05K2201/0183—Dielectric layers
    • H05K2201/0191—Dielectric layers wherein the thickness of the dielectric plays an important role
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/02—Fillers; Particles; Fibers; Reinforcement materials
    • H05K2201/0275—Fibers and reinforcement materials
    • H05K2201/0278—Polymeric fibers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/02—Fillers; Particles; Fibers; Reinforcement materials
    • H05K2201/0275—Fibers and reinforcement materials
    • H05K2201/0293—Non-woven fibrous reinforcement
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/06—Thermal details
    • H05K2201/068—Thermal details wherein the coefficient of thermal expansion is important
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

유전체 기판은 5 밀(mils)(127 마이크로미터)의 두께를 갖는 부직포 섬유상 매트 재료(non-woven fibrous mat material)로 함침된 수지 조성물을 포함한다. 해당 섬유상 매트 재로는, 섬유상 부직포 매트의 형태로 수득되는 섬유를 제조하기 위해 하나 이상의 개구(openings)를 통해 압출되고 1 nm 내지 10μm의 직경을 갖는 섬유를 포함한다. 해당 섬유는 해당 부직포 매트 재료 내에서 다중-방향성 배향(multi-directional orientation)을 나타낸다. 상기 유전체 기판은 회로 재료, 회로 및 다층 회로에 유용하고, 만드는 데 경제적이며, 우수한 전기적 및 기계적 특성들을 갖는다.

Description

회로 재료, 회로 라미네이트, 및 이로부터 제조된 물품{CIRCUIT MATERIALS, CIRCUIT LAMINATES, AND ARTICLES FORMED THEREFROM}
본 발명은 유전체 기판에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다층 회로를 포함하는, 회로 라미네이트(circuit laminates) 및 회로에서의 사용을 위한 얇은 유전체 기판에 관한 것이다.
본 명세서에 사용된 회로 재료는 회로 및 다층 회로의 제조에 사용되는 물품이고, 회로 라미네이트, 본드 플라이(bond plies), 유전체 재료, 전도층들, 수지 코팅 전도층(resin coated conductive layer), 및 커버 필름을 포함한다.
회로 라미네이트는 유전층에 고정되게 부착되는 전도층을 가질 수 있다. 제2 전도층이 상기 유전층의 다른 면 상에 배치될 때, 해당 재료는 종종 이중 클래드 회로 라미네이트(double clad circuit laminate)로 지칭된다. 회로 라미네이트의 전도층을, 예를 들어 식각을 통해 패터닝하는 것은 회로, 또는 이중 클래드 회로 라미네이트의 경우에는 이중 클래드 회로(double clad circuit)룰 제공한다. 이중 클래드 라미네이트의 전도층들 중 하나 또는 모두는 가공되어 회로층을 제공할 수 있다.
상기 언급한 회로 재료 및 회로는 다양한 구성(configurations)으로 조합되어 다층 회로를 제공할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "다층 회로"는 2개 이상의 유전층들 및 2개 이상의 전도층들을 갖는 재료를 의미하며, 여기서 하나 이상의 전도층들은 회로화되고(circuitized), 마무리된 회로를 형성하는 데 사용되는 하위 조립체들 및 마무리된 회로 그 자체 모두를 포함한다.
간단한 일 형태에 있어서, 다층 회로는 이중 클래드 회로 및 수지 코팅 전도층을 포함하고, 여기서 수지 코팅 전도층의 유전 재료는 이중 클래드 회로의 회로층 상에 배치된다. 간단한 다른 일 형태에 있어서, 다층 회로는 제1 회로, 및 접착력을 제공하기 위하여 제1 회로의 회로층 및 제2 회로의 유전체 기판 사이 배치된 본드 플라이(bond ply)에 의해 결합된(joinded) 제2 회로를 포함한다. 전형적으로, 이러한 다층 회로는 열 및/또는 압력을 이용하여 적절한 정렬(alignment)로 회로(들) 및/또는 회로 재료(들)을 라미네이트(laminating)함으로써 형성된다. 본드 플라이로 회로에 결합된(bonded) 전도층 대신에, 다층 회로는 회로의 외부층에 직접적으로 결합된(bonded) 수지 코팅 전도층을 포함할 수 있다. 이러한 다층 구조에서, 라미네이트 후, 알려진 홀(hole) 형성 기술 및 도금 기술이 전도층들 사이에 유용한 전기적 통로를 만드는 데 사용될 수 있다.
유전층(다른 층, 예를 들어 전도층으로의 부착을 위한 "기판"이나, 회로를 지지하기 위한 "회로 기판"으로 또한 지칭됨)은 섬유상 매트(fibrous mat)나 강화제의 다른 형태를 포함할 수 있다. 적절한 섬유상 매트 강화제(fibrous mat reinforcement)는 유리 섬유로 구성될 수 있고, 또는 대안적으로는 방향족 폴리아미드("아마리드(aramids)")와 같이 우수한 유전 특성을 갖는 폴리머 섬유로 구성될 수 있다.
부직포 섬유상 매트(non-woven fibrous mat) 형태의 액체 결정 폴리머는 상표명 VECRUS 하에 Kuraray America Inc.(뉴욕)으로부터 구입할 수 있다. 액체 결정 폴리머 매트(liquid crystalline polymer mats)는 미국 등록 특허 제6,229,096호에 기재되어 있다. 미국 등록 특허 제6,229,096호에 기재된 매트는 액체 결정 섬유 및 바인더(binder)를 포함하며, 여기서 섬유-바인더 조합은 충분한 기공률을 갖도록 제공되어 수지 조성물의 함침(infiltration)을 가능하게 한다. 예를 들어, 미국 등록 특허 제7,524,388호는, 5 밀(mils)(127μm) 이하의 두께를 갖는 액체 결정 폴리머 섬유상 매트(liquid crystalline polymer fibrous mat)를 수지 조성물과 접촉시켜 유전체 복합층을 형성하는 것을 포함하며, 이때 접촉은 진공 하에서 수행되다가 이어서 압력 하에서 수행되는, 강화 유전체 기판(reinforced dielectric substrate)의 형성 방법을 개시하고 있다. 해당 방법은 진공 압력 함침(vacuum pressure impregnation, VPI)으로 지칭된다.
예를 들어 FR4 에폭시 유리 라미네이트(FR4 epoxy glass laminates) 등, 오늘날 가능한 다양한 강화 기판 재료(reinforced substrate materials)가 있지만, 고성능(고주파) 어플리케이션(applications), 즉 1 기가헤르츠(GHz) 이상에서 작동하는 어플리케이션을 위한 향상되고 더 얇은 강화 기판 재료에 대한 요구가 증가하고 있다. 다층 회로의 복잡성이 증가함에 따라, 다층 회로의 유전층 두께를 감소시키는 데 인센티브(incentive)가 있다. 더 얇은 유전층은 더 많은 회로(circuitry) 층의 추가를 가능하게 하고, 회로 보드의 무게 및 치수를 가능한 작게 할 수 있으며, 단일 보드로 포함되는 내부 연결 회로(interconnect circuitry)를 더 많이 추가할 수 있게 한다. 얇은 초-저-손실 재료(thin ultra-low loss materials)가 디지털 어플리케이션에 특히 요구된다.
그러나 더 얇은 유전층을 달성하면서 여전히 우수한 기계적 및 전기적 특성들을 유지하는 것은 어렵다. 유리 섬유를 포함하는 라미네이트의 두께는 해당 유리 섬유에 의해 결정된다. 해당 유리 섬유의 두께가 감소함에 따라 해당 섬유의 강도는 감소되고, 이는 강화 기판이 제조되는 함침 공정 동안에 해당 섬유의 변형으로 이어질 수 있다. 또한, 다른 곳들보다 너클(knuckles)에 유리가 많을 것이므로, 섬유들이 오버랩(overlap)되거나 크로스오버(cross over)되는 "너클(knuckles)"에서 해당 섬유의 특성은 모순될 수 있다. 라미네이트가 점점 얇아지면서, 이 너클들에서의 유전 특성은 라미네이트의 다른 부분들에서보다 점점 악화될 수 있다.
부직포 섬유상 매트는 이 문제점에 대한 가능한 일 해결 방안으로 고려되어 왔다. 그러나 잘린(chopped) 섬유를 포함하는 이러한 부직포 섬유상 매트는 불충분하거나 낮은 강도를 갖는 경향이 있다. 더욱이, 이들은 또한 x 및 y 축을 따라 일치하지 않는(mismatched) CTE(열팽창계수)를 나타낼 수 있다. 따라서, 부직포 섬유가 유리 섬유보다 더 나은 전기적 특성들을 갖는 반면, 부직포 섬유는 매우 이방성일 수 있다. 사실, CTE는 x- 및 y- 방향들로 상당히 상이할 수 있으며, 이는 라미네이션 동안 기판의 뒤틀림을 초래할 수 있다.
더욱이, 약 4 밀(mils) (100μm) 이하인 매우 얇은 섬유상 매트는 기계적 스트레스, 예를 들어 강화된 프리프레스(prepregs) 및 회로 라미네이트의 제조와 관련된 스트레스 하에 놓일 때 차원 왜곡(dimensional distortion)의 경향이 있을 수 있다. 매트를 함침하는 것, 경화하는 것, 가열하는 것, 가압하는 것, 롤링하는(rolling) 것, 라미네이트하는 것, 자르는 것 등의 가공은 x-y 평면에서의 차원 왜곡, 얇아짐(이는 불균일한 두께를 야기함), 및 심지어 찢어짐을 야기할 수 있다. 잘린(chopped) 섬유로 구성되는 부직포 섬유상 매트는 특히 이 결함들이 생기기 쉬울 수 있다.
그러므로 요구되는 것은 우수한 기계적 및 전기적 특성들, 예를 들어 모든 방향으로 낮은 열팽창계수(CTE) 및 낮은 소산계수(dissipation factor)를 갖는, 유전체 기판에 포함되는 얇은 부직포 섬유상 매트 재료를 갖는 유전체 기판이다.
상기 논의한 것, 및 종래 기술 회로 재료의 다른 결점(drawbacks) 및 결함(deficiencies)은, 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖고 수지 조성물로 함침된 섬유상 부직포 매트 재료를 포함하는 유전체 기판에 의해서 극복될 수 있거나 완화될 수 있다. 여기서, 상기 섬유상 부직포 매트 재료는 직경으로 10 nm 내지 10μm인 섬유를 포함한다. 섬유는, 하나 이상의 개구(openings)를 통해 무기 폴리머 또는 유기 폴리머를 압출하고; 섬유상 부직포 매트 재료 내 섬유의 배향(orientation)이 모든(any) 방향으로 비-단향성(non-unidirectional)이 아닌, 즉 섬유 방향(direction)을 연속적으로 변화시키기보다 공정에서 정해진(laid down) 것이 아닌, 다중 방향(multi-direction)이 되도록 섬유상 부직포 매트의 형태로 압출된 섬유를 수득하는 공정을 통해 제조된다. 섬유를 제조하는 공정, 구체적으로 섬유를 방사하는(spinning) 공정은 섬유상 매트 내 섬유의 치수 및 방향성 배향(directional orientation)을 특징짓는다. 따라서, 섬유상 매트 내 섬유의 길이(중간값 및 분포) 및 방향성 배향(표준 편차)은 다양한 무기 섬유 재료 또는 유기 섬유 재료, 예를 들어 실리카 또는 액체 결정 폴리머에 대한 섬유상 매트 형성에 사용되는 방사 공정을 반영한다.
본 발명의 일 측면에서, 유전체 기판은 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖고 수지 조성물로 함침된 섬유상 부직포 매트 재료를 포함한다. 여기서, 상기 섬유상 부직포 매트 재료는 직경으로 10 nm 내지 10μm인 액체 결정 폴리머의 섬유를 포함한다. 여기서, 액체 결정 폴리머는 강제 방사 공정에서 하나 이상의 개구들이 축을 중심으로 회전함에 따라 해당 개구들을 통해 압출되며, 이에 따라 섬유상 부직포 매트 형태로 수득된 섬유가 만들어진다.
다른 일 측면에 있어서, 유전체 기판은, 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖고 수지 조성물로 함침된 섬유상 부직포 매트 재료를 포함하는, 유전체 기판을 포함한다. 여기서, 10 내지 10000 나노미터의 직경을 갖는, 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 섬유는, 약 500 RPM 내지 약 25,000 RPM의 속도로 축을 중심으로 회전하며 액체 결정 폴리머를 회전 축에 비스듬히 압출하도록 배치된, 하나 이상의 개구들을 통해 액체 결정 폴리머를 강제 방사함으로써 제조된 것이다. 이때, 액체 결정 폴리머를 섬유상 부직포 매트의 형태로 수득된 섬유로 변환하는 데 원심력이 적용되었다. 여기서, 상기 섬유상 부직포 매트 표면 상의 액체 결정 폴리머 섬유는 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 10도 이상의 표준 편차로 나타나는 방향성 배향(directional orientation)을 나타낸다. 액체 결정 섬유는 섬유상 부직표 매트의 형태로 수득되기 전에 기계적 분할에 노출되지 않은 것이다.
또 다른 일 측면은 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖고 수지 조성물로 함침된 섬유상 부직포 매트 재료를 포함하는 유전체 기판에 관련된다. 여기서, 상기 섬유상 부직포 매트 재료는 100 나노미터 내지 10 마이크로미터의 직경을 갖는 실리카 섬유를 포함하고, 섬유는 실리카 전구체 졸-겔 조성물을 전기 방사함으로써 제조된 것이다. 섬유상 매트 재료의 실리카 섬유는, (i) 전기 방사 동안 실질적으로 연속하게 형성된 섬유의 결과인 길이, 및 (ii) 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 실질적으로 랜덤한(random) 표면 방향을 통해 특징지어진다.
또 다른 일 측면은 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖고 수지 조성물로 함침된 섬유상 부직포 매트 재료를 포함하는 유전체 기판에 관련된다. 상기 섬유 부직포 매트 재료는 직경으로 100nm 내지 10μm인, 실리카 또는 액체 결정 폴리머의 섬유를 포함한다. 섬유는 강제 방사 공정 또는 전기 방사 공정을 통해 제조된 것이며, 방사된 섬유는 섬유 부직포 매트 형태로 수득된다.
유전체 기판, 회로 재료, 회로, 및 함침된 매트를 포함하는 다층 회로가 또한 기재된다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 도면들로부터 당해 분야의 통상의 기술자에 의해 인식되고(appreciated) 이해될 것이다.
본 발명은 회로 재료 내 유전체 기판을 위한 강화 매개(reinforcing medium)로서 부직포 섬유상 매트를 사용하는 것에 기초한다. 섬유상 매트는 보드 전반에 걸쳐 일정한 전기적 특성과 함께 매우 얇은 고주파 기판 재료를 가능하게 한다. 또 다른 잠재적 이점은 매트(mat) 내 마이크로 크기(scale) 또는 나노 크기의 섬유로 인하여 해당 매트의 유전 특성이 상업적인 유리 매트 또는 글라스 클로스(glass mats/cloth) 대비 매우 작은 크기로 공간적으로 일정하다는 것이고, 구리 채널 폭이 섬유 직경보다 몇 배 더 큰 것을 고려할 때 이러한 향상은 향상된 디지털 신호 전파 설계를 가능하게 할 수 있다.
특히, 유전체 기판은 수지 조성물로 함침된 섬유상 매트를 포함한다. 섬유상 매트는 하나 이상의 부직포 시트들의 형태일 수 있다. 매트의 섬유를 형성하기 위한 적절한 재료는 회로 재료 및 회로의 제조에서 사용되는 공정 조건들을 견딜 수 있어야 하고, 특히 유전체 기판의 유전 특성이나 다른 특성들, 예를 들어 난연성, 흡습성, 치수 안정성 등에 바람직하지 않은 정도까지 악영향을 미치지 않을 수 있어야 한다.
용어 "나노섬유"는 1 나노미터 내지 1000 나노미터, 또는 구체적으로 10 나노미터 내지 500 나노미터, 또는 구체적으로 20 나노미터 내지 250 나노미터의 범위에서 최소 직경을 갖는 섬유를 의미한다. 용어 "마이크로섬유"는 1 미크론(micron) 및 10 미크론 미만의 최소 직경을 갖는 섬유를 의미한다. 섬유는 당해 분야의 통상의 기술자들에게 알려진 수단을 통해 분석될 수 있다. 예를 들어, 주어진 섬유의 치수를 측정하는 데 전자 주사 현미경(SEM)이 사용될 수 있다.
섬유의 전형적인 단면은 자연적으로 원형이거나 타원형이지만, 방적돌기, 시린지(syringe) 또는 유사 섬유 제조 장치에서 개구 형상 및 크기를 조절함으로써 다른 형상으로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "매트(mat)"는 포괄적으로(globally) 적어도, 연장된 반대 면들을 갖는 실질적으로 평평하거나 평면인 재료를 의미하는 것으로 의도되며, 이는, 예를 들어 직사각형 시트 또는 연속적 웹(continuous web)의 형태일 수 있다. 이 매트들은, 섬유상 매트의 상평면도(top plan view)로 관찰할 때 배향에 있어 적어도 부분적으로 랜덤하게(randomly) 분포된 긴 섬유로부터 제조될 것이다. 이 랜덤 배향은 x 방향 및 y 방향 모두에서 매트의 동일한 기계적 특성을 획득하는 데 기여할 수 있다. 섬유는 축적됨(laid down)에 따라 단향성 배향(unidirectional orientation)으로부터 상당한 변화를 나타낼 수 있고, 이 섬유는 섬유상 매트를 제조하는 데 사용되는 잘린 섬유(chopped fibers)에 비해 연장된 길이를 나타낼 수 있다.
일 구현예에 있어서, 예를 들어 전기 방사 공정에 의해 제조되며 전기 방사 동안 방적돌기로부터 반드시 연속적으로 형성될 수 있어 전기 방사 공정의 결과로서 상대적으로 긴 섬유인 실리카 섬유는 섬유상 실리카 매트(fibrous silica mat)를 형성할 수 있다. 즉, 해당 섬유는 잘리지 않거나, 매트로 수득되기 전에 기계적으로 잘 분할되지 않는다. 긴 섬유는 평면에서 볼 때 상당한 정도로 섬유상 실리카 매트 내에 랜덤하게 정렬될(aligned) 수 있다. 이는 x 방향 및 y 방향 모두에서 매트의 동일한 기계적 특성을 보장할 것이다.
섬유상 실리카 매트는 직조된 유리 섬유보다 얇은 두께를 획득하기 위해 전기 방사될 수 있다. 구체적으로, 종래 부직포 매트보다 더 큰 강도를 갖는 부직포 섬유상 실리카 매트는 직경으로 5 마이크로미터 미만인 섬유로 제조될 수 있으며, 이는 종래 부직포 매트의 상대적으로 짧은 섬유와 비교할 때 연속적으로 형성된 섬유로 제조된 것이다. 결과적으로는, 단일 평면(single plane)으로 융합될 수 있는 실리카 섬유 교차 지점의 존재로 인해 공간적으로 보다 균일한 Dk 및 Df가 획득될 수 있고, 이는 너클의 수 또는 크기를 감소시킬 수 있다.
일 구현예에 있어서, 섬유상 실리카 매트의 섬유는 실리카 전구체 졸-겔 용액을 전기 방사함으로써 연속적으로 형성되고 랜덤하게 배열된다. "연속적으로 형성됨"은 실리카 전구체 졸-겔 조성물의 방사가 고의적으로 방해 받지 않아서 10cm 이상, 구체적으로 1 미터 이상의 길이를 갖는 섬유가 기판 또는 섬유를 위한 집전체 상에 실질적으로 랜덤한 방향으로 축적되는(laid down) 것을 의미한다. 구체적으로, 섬유상 실리카 매트는 10cm 내지 수(several) 미터 초과의 길이로 형성된 섬유, 보다 구체적으로 50cm 초과의 길이로 형성된 섬유, 보다 구체적으로 100cm 초과의 길이로 형성된 섬유를 포함할 수 있다.
특히, 실리카 섬유는 고-전압 전기장 하에 노즐을 통해 실리카 전구체 졸-겔 조성물을 전기 방사함으로써 연속적으로 형성될 수 있고, 수(several) nm부터 10 마이크로미터까지의 직경을 갖는 실리카 섬유는 10cm 내지 1 미터 이상의 길이로 형성될 수 있다. 섬유상 실리카 매트는 랜덤하게 배열된 방향으로 축적될(laid down) 수 있는 섬유를 포함한다.
섬유, 나노섬유 또는 마이크로 섬유의 전기 방사는 다양한 재료로 섬유를 제조하기 위해 정립된 방법이다. 초미세 연속 실리카 섬유(ultrafine continuous fibers of silica)를 형성하기 위한 전기 방사 원리는, 예를 들어 미국 등록 특허 제8,632,721호 및 미국 공개 특허 제2012/003524호와 제2007/0269655호(및 해당 특허들에 인용된 참조문헌들)을 포함하는 다양한 특허들에 잘 개시되어 있다. 종래 기술에서 나타난 바와 같이, 실리카 또는 다른 금속 산화물 전구체 용액은 충분히 낮은 점도를 가질 수 있어, 당해 분야의 통상의 기술자에 의해 이해될(appreciated) 수 있는 종래의 전기 방사에 따라 고-전압 정전기력 하에서 초미세 섬유로 형성될 수 있다.
전기 방사는 약 100nm 및 약 10.0 미크론 사이에서 직경을 갖는 얇은 섬유를 형성하기 위해 기계적 힘보다 전기적 힘에 의존하는 섬유 형성 공정이다. 모세관 첨단(tip)에서부터 접지된 집전체(grounded collector)로 용액을 끌어당기는 데 강한 전기장이 사용된다. 전기장은 모세관 첨단에 있는, 용액의 팬던트 액적(pendant droplet)이 원뿔 형상으로 변형되도록 한다. 모세관 첨단 표면에서 전기력이 용액의 표면 장력을 초과할 때, 대전된 사출물(jet)이 분출된다. 해당 사출물은 대향 전극으로 기능하는 집전판을 향하여 움직인다. 용매는 사출물 형성 후에 증발되기 시작하며, 이는 집전체 상에 얇은 섬유가 축적되도록 한다. 용매가 남아있는 한, 잔여 용매를 제거하기 위하여 섬유는 약 150℃까지 가열될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 전기 방사 장치는, 하나 이상의 개구 또는 첨단(또한 통상적으로 "방적돌기"나 "압출 요소"로 지칭됨)을 갖는, 시린지나 다른 장치; 상기 첨단에 위치하거나 첨단 인근에 위치한 고전압 공급원; 및 알루미늄, 스테인리스 강 또는 표면-산화 실리콘과 같은 전도성 재료로 구성된 집전판을 포함한다. 섬유의 직경은 방적돌기의 내부 직경을 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 집전체는 접지되어 해당 첨단 및 집전체 사이 전기장 차이를 생성할 수 있고, 이는 사출물이 해당 첨단에 있는 고(high) 전기장으로부터 접지된 집전체로 이동하게 한다.
섬유-형성 조성물은 시린지 내에 놓일 수 있으며 시린지를 통해 상대적으로 일정한 유속으로 펌핑될(pumped) 수 있다. 펌핑이 지속됨에 따라 대전된 사출물은 분출되고, 집전체를 향해 이동함에 따라 연신된다. 따라서, 랜덤하게 배향된 복수 개의 부직포 극세 섬유, 마이크로 섬유 또는 나노 섬유가 집전체 상에 수득될 수 있다.
보다 구체적으로, 고전압 공급원(source)이 제공되어 압출 요소는 고전압에서 유지될 수 있다. 집전체는 압출 요소의 첨단으로부터, 예를 들어 1 내지 100 cm 떨어져 놓일 수 있다. 집전체는 판(plate) 또는 스크린(screen)일 수 있다. 구체적으로, 2,000 및 400,000 V/m 사이의 전기장력이 고전압 공급원에 의해 설정될(established) 수 있다. 고전압 공급원은, 예를 들어 Bertan® 모델 105-20R (Bertan, Valhalla, N.Y.) 또는 Gamma® 고전압 연구 모델 ES30P (Gamma High Voltage Research Inc., Ormond Beach, Fla.)와 같은 DC 공급원을 포함할 수 있다. 전형적으로, 집전체는 접지되며, 전기 방사를 통해 하나 이상의 압출 요소로부터 제조된 섬유는 전기장에 의해 집전체로 향할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 전기 방사된 섬유는 컨베이어 벨트 형태의 수득 기계에 의해 수득될 수 있다. 수득 기계는 수득된 섬유들을, 반환되어 더 많은 섬유들을 수득하는 컨베이어 벨트 전 전기 방사 섬유들이 제거되는 제거 장소(removal station)로 이송시킬 수 있다. 컨베이어 벨트 이외에, 수득 수단은, 예를 들어 메쉬(mesh), 로테이팅 드럼(rotating drum) 또는 포일(foil)일 수 있다. 일 구현예에 있어서, 전기 방사된 섬유는 고정 수득 기계(stationary collecting mechanism) 상에 증착되고 적층되며, 이후에 배치 공정(batch process)에서 제거된다. 한편, 섬유상 매트가 웹(web) 형태로 제조되는 연속 공정이 적용되어, 프리프레그의 제조에서 강화 유전 재료 웹(web)의 연속 제조에 사용될 수 있다.
높은 각속도로 방사될 때, 회전성 스프레이 헤드(rotatable spray head)의 사용은 증착된 섬유의 방향성 배향을 증가시킬 수 있다. 그러나 각 회전(angular rotation) 없이는 증착된 섬유들의 표준 편차가 실질적으로 랜덤하게, 즉 중심 세로축 방향에 대하여 약 25 내지 45 도, 구체적으로 30 내지 45 도, 보다 구체적으로 40 내지 45 도로 획득될 수 있다(즉, 미국 등록 특허 제8,632,721호에 기재된 바와 같이, 섬유상 매트의 평면도에서 90도 각도에 대하여, 이러한 랜덤함이 구성 히스토그램(constructed histogram)에 따라 측정되고 기록될 수 있다). 어떤 실시예들에 있어서, 연속 섬유 및 비-연속 섬유들의 혼합물이나 더 짧은 섬유가 사용됨에도 불구하고, 수득된 섬유의 적어도 일부(some)는 반드시 연속적이다.
일 구현예에 있어서, 전기 방사 장치는 섬유 재료, 예를 들어 실리카 전구체 용액(졸-겔 액체를 포함함)을 저장하기 위한 배럴(barrel)이나 저장소(reservoir); 설정 속도에서 섬유 재료를 배출하기 위한 펌프; 및 고-전압 발생기에 연결된 방사 노즐을 포함한다. 예를 들어, 실리카 전구체 용액은 고-전압 발생기에 의해 전기적으로 대전된 방사 노즐을 통과하는 동안 펌프를 통해 초미세 섬유의 형태로 배출될 수 있다. 다공성 초미세 섬유는 집전된 금속 집전판, 예를 들어 설정 속도로 움직이는 컨베이어 상에 축적될 수 있다. 수(several) 내지 수천 nm의 사이즈를 갖는 초미세 섬유가 제조될 수 있으며, 동시에 융합되고 3차원 네트워크 구조로 레이어링 되어(layered), 원하는 다공성 매트가 유전체 기판에 포함될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 전술한 전기 방사 공정에 의해 생성된 최종 제품은 내부에 실리카 섬유들이 잔여 용매의 존재 하에 서로 부착될 수 있는 섬유상 실리카 매트이다. 실리카 섬유는 3차원 실라카-계 네트워크를 포함할 수 있다. 해당 섬유는 과도한 너클들을 제거하기 위해 캘린더링 될(calendared) 수 있다.
구체적으로, 섬유상 실리카 매트 내 실리카 섬유의 직경은 1nm 내지 10,000nm의 범위, 구체적으로 10nm 내지 1000nm의 범위에 속할 수 있다. 섬유상 실리카 매트의 기공률은 10 내지 85 %, 구체적으로 20% 내지 80%일 수 있고, 이는 매트를 형성하는 랜덤하게 분산된 나노 섬유들 사이 작은 간극이나 갭에 의해 정의되는 섬유들 사이의 공간을 의미한다. 섬유상 매트의 "기공률"은 섬유상 매트 평방미터당 그램을 기준으로 측정될 수 있다(이는 결국, 평방미터당 얼마나 많은 섬유가 들어 있는지를 결정한다).
상기 논의한 전기 방사의 포괄적 명칭 하에, 용융-취입, 플래쉬 방사(flash spinning) 또는 전기-취입이 섬유상 매트를 형성하는 데 이용될 수 있다. 이 모든 방법들은 공통적으로 전기 방사 개념을 가지며, 노즐 등을 사용하는 압출은 전기장 하에서 발생한다.
보다 구체적으로, 섬유 실리카 매트는 물, 알코올 또는 이들의 혼합물과 같은 용매를 포함하는 실리카 전구체 졸-겔 용액을 전기 방사함으로써 획득할 수 있다. 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등 및 이들의 혼합물과 같은, 낮은 탄소수, 구체적으로 1개 내지 6개의 탄소를 갖는 저가 알코올을 포함할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 실리카 전구체 졸-겔 용액의 전기 방사는 해당 섬유상 매트에 유연성을 추가하기 위해 폴리머 수지 용액과 조합될 수 있고, 성분 분석을 통해 측정할 때 해당 섬유상 매트 내 실리카 섬유는 60 중량% 이상의 실리카, 구체적으로 80 wt.% 이상의 실리카, 보다 구체적으로 90 wt.% 이상의 실리카를 포함한다. 일 구현예에 있어서, 전기 방사는 상온 내지 150℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 실리카 졸-겔 반응은 상기 범위의 상한을 초과하는 온도에서 빨리 진행될 수 있고, 이는 실리카 입자의 바람직하지 않은 침전, 및 전기 방사를 어렵게 하거나 불가능하게 만드는, 해당 용액의 고형화를 유발할 수 있다.
실리카 섬유의 제조에 있어서, 졸-겔 합성의 목표는 상대적으로 높은 연신 점도, 일 구현예에 있어서 약 1,000 푸아즈(poise) 내지 약 3,000 푸아즈 사이의 연신 점도, 예를 들어 2,000 푸아즈 내지 약 2,500 푸아즈의 연신 점도를 포함하는 반응물을 획득하는 것이다. 적절한 연신 점도를 달성하기 위해, 촉매에 대한 물에 대한 용매에 대한 무기 재료의 몰비가 조절될 수 있다. 예를 들어, 실리카 전구체로서 테트라에틸 오르쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)와 같은 알킬 오르쏘실리케이트(alkyl orthosilicate)를 용하는 졸-겔 합성 반응에서, 에탄올 및 물의 용매에 TEOS를 첨가한 이후에, 충분히 교반하면서 물 및 염산의 용액을 포함하는 촉매를 한 방울씩 첨가할 수 있다. 일 구현예에 있어서, TEOS: EtOH: H20: HCL의 총 몰비는 구체적으로 1:2:2:0.01이다. 실리카 섬유의 특성들을 조절하는 데 폴리비닐 알코올과 같은 유기 폴리머 바인더가 선택적으로 사용될 수 있다. 균일 용액을 제조하기 위해 충분히 혼합한 후에 해당 용액을 상승된 온도에서 가열, 예를 들어 해당 용액을 50℃ 오븐에 두어, 졸-겔 전이를 가속화하고, 현탁된 실리카의 선형 사슬을 포함하여 전기 방사되기 쉬운 분산을 제조한다. 특히, 몇 시간 동안 숙성된 후에, 해당 용액은 20kV의 인가 전압, 예를 들어 0.03 ml/min의 유속, 및 첨단에서 집전체까지 4.5 인치의 거리로 전기 방사될 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 연속적인 나노 크기의 섬유가 획득될 수 있다. 전기 방사된 섬유는 잔류 용매를 제거하기 위해, 예를 들어 150℃까지 가열될 수 있다.
유전체 기판 또는 다른 회로 재료에서의 사용 이외의 목적으로 종래 기술에 개시된, 실리카 섬유의 전기 방사 공정은 현재 목적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, TEOS 졸-겔 용액은 테트라에톡시오르쏘실리케이트(TEOS) 20.8g, 에틸알콜 9.2g, 물 3.5g, 및 수용성 염산 용액 0.1g의 혼합물을 약 70℃에서 약 3시간 동안 교반하는 것으로부터 제조될 수 있고, 이후 TEOS 졸-겔 용액은 종래 고안된 전기 방사 장치를 통해 20kV의 고-전압 전기장 하에서 20 μl/min의 전달 속도로 30G 방사 노즐을 사용하여 전기 방사될 수 있으며, 이에 따라 초미세 섬유상 실리카 매트가 제조될 수 있다. 이러한 섬유상 매트는, 실리카 섬유의 TEM 이미지를 사용하거나 당해 분야의 통상의 기술자들에게 알려진 다른 방법, 예를 들어 전자 주사 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)을 사용하여 측정될 때, 약 1 마이크로 미만의 평균 직경을 갖는 실리카 섬유를 포함하는 섬유상 실리카 매트를 획득하기 위해 약 400℃에서 선택적으로 소성될 수 있다.
실리카 나노 섬유는 3차원 네트워크 구조를 나타낼 수 있으며, 실리카-SiO2-반복 단위를 포함할 수 있다. 이러한 구조는 유리하게는 높은 열 안정성을 나타낼 수 있다. 사실, 이러한 나노섬유의 용융점은 약 800℃ 초과, 구체적으로 약 1,500℃ 이하일 수 있다.
또한, 부직포 섬유상 매트는 LED(발광 다이오드) 조립체의 반사 특성을 상당히 향상시키는 데 사용될 수 있다. 특히, 매트 형태의 폴리머 섬유는 LED-탑재 회로 기판 상에서 열-저항성 광-반사 솔더 마스크(heat-resistant light-reflective solder mask)로서(또는 솔더 마스크(solder mask)에 대한 비-열-저항성 반사 커버(non-heat-resistant reflective cover)로서) 사용될 수 있다. 일 경우에 있어서, 섬유상 매트는 통상적으로 약 260℃ 이상에서 솔더링(soldering)이나 다른 공정의 요구를 통과할 수 있는 폴리머 재료의 섬유를 포함하고; 대안적인 일 구현예에 있어서, 섬유상 매트는 솔더링의 요구를 통과하지 못하여 회로화 기판(circuitized substrate)의 솔더링 후에 LED 조립체에 적용된다. 솔더 정지 마스크(solder stop mask)나 솔더 저항(solder resist)으로 또한 지칭되는 솔더 마스크(solder mask)는 전형적으로, 산화로부터 보호하고 가까이에 이격된 솔더 패드들(solder pads) 사이에 솔더 가교(solder bridges)가 형성되는 것을 방지하기 위해 보통 LED 장치 상의 전도성 표면 영역에 적용되는, 얇은 폴리머 막이다. 솔더 가교는 솔더의 작은 블로브(blob)에 의한, 두 개의 전도체들 사이 의도치 않은 전기적 연결이고, 솔더 마스크는 솔더 가교가 발생하는 것을 방지하는 것으로 의도된다. 개구들은 구성 요소들이 솔더링되는 곳이 어디든 포괄적인(global) 솔더 마스크에서 제조되어야만 하며, 이는 포토리소그래피를 사용하여 달성될 수 있다. 솔더 마스크는 솔더링 작동 동안에 260℃ 이상의 온도에 노출될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 발광 다이오드 조립체는, 솔더 마스크가 존재하고 빛을 확산되게 반사시키는 폴리머 섬유의 섬유상 매트를 포함하는, 회로화 기판 상에 탑재된 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 섬유상 매트는 폴리머 조성물을 전기 방사하여 제조된 것이며, 상기 솔더 마스크는 솔더링된 발광 다이오드 조립체를 제조하는 데 사용되는 솔더(solder)에 열 저항성이다.
다른 일 구현예에 있어서, 발광 다이오드 조립체는 회로화 기판 상에 탑재된 발광 다이오드를 포함하고, 상기 회로화 기판은 리드 선(wire leads), 칩(chip) 등의 솔더링 후 (예를 들어 접착제를 통해), 고-반사율 섬유상 매트가 LED 어플리케이션의 열 관리를 위해 제조된 절연 금속 기판(insulated metal substrate, IMS)이나 금속 코어 인쇄 회로 기판(metal core printed circuit board, MCPCB)에 적용되어 있는 것이다. 이 구현예에 있어서, 고-반사율 섬유상 매트는 이전에 적용된 솔더 마스크를 커버하는 데 사용될 수 있고, 또한 광 반사율을 극대화하기 위해 회로화 기판의 다른 표면 영역들을 선택적으로 커버할 수 있다. 고-반사율 섬유상 매트는 다이-커팅(die cutting)에 의해 제조될 수 있고, 그렇지 않으면 해당 매트 재료를 기판 표면의 영역을 원하는 만큼 많이 커버하는 데 필요한 형태로 패터닝함으로써 제조되거나, 또는 예를 들어 폴리머 섬유의 스크린 프링팅(screen printing) 방법을 통해 기판 표면 상에 직접적으로 형성될 수 있다. 따라서, 섬유상 마스크는 단지 구리나 다른 금속 표면뿐 아니라, 유전층 또는 금속 및 유전체 표면의 조합을 커버하는 데 사용될 수 있다.
섬유상 매트가 고 반사율 솔더 마스크로 사용되거나 솔더 저항 특성 없이 표준 솔더 마스크를 커버하는 고 반사율 재료로 사용되는 발광 어플리케이션에서의 섬유상 매트의 사용은 LED 조립체, 특히 고-명도 LED 조립체(HBLED)의 저항 특성에 있어 상당한 향상을 제공할 수 있다. 특히, 종래의 솔더 마스킹(masking)을 포함하는 LED 조립체 대비, IMS 또는 MCPCB LED 패키지의 노출된 표면으로부터의 향상된 반사율이 획득될 수 있다.
특히, 일 구현예에 있어서, 확산적인 반사 섬유상 매트(a diffusively reflective fibrous mat)는 전기 방사 공정을 사용하여 제조되고, 이후에 이는 감압접착제(PSA)를 사용하여 IMS 기판 상으로 증착된다. 접착 재료의 예시는 아크릴 모노머, 아크릴 올리고머, 아크릴 폴리머, 아세테이트 폴리머 및 스티렌 폴리머를 포함할 수 있다. 다른 접착 재료는 폴리우레탄-계 PSA 및 실리콘-계 PSA를 포함한다. 예를 들어, 솔더링 전이나 후에 섬유상 나노섬유 매트를 LED 서브마운트(LED submount)에 부착하기 위한 PSA는 비닐 아세테이트(vinyl acetate), 메틸 메타크릴산(methyl methacrylic acid), 에틸 아세토아크릴레이트(ethyl acetoacrylate) 및 설폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 하나 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 감압 접착제는 Cosmotec Co., Ltd.의 POL-942 시리즈의 용매계(solvent-borne) 아크릴 감압 접착제, Ashland로부터 구입할 수 있는 Aroset® 1450, 및 Solutia, Inc.(St. Louis, Mo)의 Gelva® 1159와 같은 아크릴 감압 접착제를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이소시아네이트, 에폭시, 또는 금속 킬레이트 가교제가 접착층의 열 저항성 및 응집력을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 일 어플리케이션에 있어서, 접착층은 부직포 섬유상 매트가 LED 조립체에 단단히 부착될 수 있도록 충분한 점착력을 요구할 수 있다. 접착층의 두께는, 예를 들어 1 내지 50 마이크로미터일 수 있다.
섬유들이 고온 저항성 폴리머로 제조된 섬유상 매트는 LED 조립체 표면에 솔더 저항성을 제공할 수 있다. 구체적으로, 해당 섬유상 매트는 솔더 마스크로의 사용을 위한 폴리머 조성물로 제조될 수 있고, 여기서 솔더 마스크는 솔더보다 높은, 구체적으로 몇몇 종래의 솔더링 재료에 대해 200℃ 초과, 보다 구체적으로 260℃ 초과의 용융점이나 유리 전이 온도를 갖는다. 따라서, 섬유 조성물 및 선택적 접착제가 LED 조립체를 제조하는 데 사용되는 솔더 온도를 견딜 수 있는 폴리머 재료를 포함하는 한, 표준 솔더 마스크 페이스트(standard solder mask paste)를 적용하는 대신에, 매트/접착제 복합체가 회로화 IMS(circuitized IMS)에 부착될 수 있다.
일 대안적 구현예에 있어서, 매트/접착제 복합체가 솔더링 후 IMS 기판 상부 상에 부착되어, 기판이 완성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 확산적인 반사 섬유상 매트 및 선택적 접착제는 솔더 온도를 견딜 필요가 없다.
LED 장치의 탑재에 사용되는 절연 금속 기판으로 적용을 위한, 본 발명에 따른 확산적인 반사 섬유상 매트를 하나 이상 포함하는 이러한 솔더 마스크(또는 솔더 마스크에 대한 커버)의 사용은 유용한 백색 광을 아우르는 380 nm 내지 750 nm의 광 파장 범위에서 반사율을 (백색 솔더 마스크에 대하여) 80%에서 약 85% 이상, 구체적으로 90% 초과, 보다 구체적으로 95% 초과, 가장 구체적으로 96-99%까지 향상시킬 수 있다.
더욱 확산적인 반사 섬유상 매트는, 전형적으로 하나 이상의 발광 반도체 요소(칩); 상기 발광 반도체 요소에 연결된 리드(lead); 리드를 상기 발광 반도체 요소에 연결하는 선(wire)이나 동일한 수단을 포함하는, LED(발광 반도체)를 제조하는 데 사용된다. 전술한 솔더 마스크는 상기 발광 반도체 요소를 지엽적으로 둘러쌀 수 있고, 포괄적이거나 비-포괄적인 표면 피복을 제공할 수 있다. 솔더 마스크는 LED 조립체에서 단일 통합 형상일 수 있고, 또는 복수의 분리 매트들(separate mats)을 포함할 수 있다.
확산적인 반사 섬유상 매트의 섬유를 제조하기 위한 구체적인 폴리머는 이들의 용융점 또는 유리 전이 온도에 기초하여 선택될 수 있다. 솔더 마스크의 목적을 위해, 용융 온도나 유리 전이 온도는 260℃ 이상일 수 있다. 이에 따라, 솔더 마스크로 이용되는 섬유상 매트를 형성하는 데 사용될 수 있는 폴리머는 260℃ 이상의 용융점 또는 유리 전이 온도를 갖는 열-저항성 폴리머, 예를 들어 어떤 폴리아미드(polyamides)나 방향족 폴리에스테르(polyesters)이다.
반사율에 기여하기 위해, 백색 무기 미립자 재료인 이산화티타늄이 열-저항성 폴리머와 혼합될 수 있다. 이산화티타늄 이외에 폴리머 조성물의 반사율에 기여할 수 있는 다른 백색 무기 재료는 티타산칼슘, 산화지르코늄, 황화아연, 산화아연, 산화마그네슘, 알루미나, 산화안티몬, 수산화알루미늄, 황산바륨, 탄산마그네슘, 탄산바륨 등, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이산화티타늄의 단위 격자는 루타일 형(rutile type), 아나타제 형(anatase type) 및 브루카이트 형(brookite type) 중 하나일 수 있다.
전술한 바와 같이, 섬유상 매트는 380 내지 750 nm에서 80% 초과, 구체적으로 85% 이상의 광 반사율을 가질 수 있다. 440nm 초과하는 임의의 선택된 파장에서 90% 이상의 반사율이 획득될 수 있다. 구체적으로, 460nm에서 85 내지 98 퍼센트, 구체적으로 88 퍼센트 이상, 보다 구체적으로 99 또는 91 퍼센트 이상의 반사율이 획득될 수 있다. 반사율은 380nm 내지 750nm의 범위에서 85 내지 98 퍼센트, 구체적으로 90% 이상, 보다 구체적으로 91 또는 93 퍼센트 이상이 획득될 수 있다.
반사율은 2.54nm 색상 칩(color chip)을 사용하는 Color-Eye® 7000A을 사용하여 측정될 수 있다. 초기 휘도 플럭스(λ)는 3000K Hikari® 광 공급원으로부터 획득될 수 있다. 반사율(%)은 다음의 수식들을 통해 계산될 수 있다:
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
상기 언급한 바와 같이, 일 구현예는 솔더 마스크를 포함하는 발광 반도체 조립체나 패키지에 관련되고, 여기서 상기 솔더 마스크는, 섬유가, 열-저항성(솔더-저항성)이고 솔더보다 높은 용융점이나 유리 전이 온도를 갖는 폴리머를 포함하는, 전기 방사된 섬유상 매트의 형태이다. "패키지"는 하나 이상의, 구체적으로 복수 개의 LED 장치를 포함하는 인쇄 회로 기판을 의미하는 것으로 정의된다.
솔더 마스크는 사용되는 솔더가 260℃ 미만에서 용융되는 한, 260℃ 미만의 용융점을 가질 수 있다. 고 용융 리드 솔더(higher melting lead solders) 보다 덜 일반적인, 이러한 저 용융 솔더(low melting solders)는 유리하게는 장치에 더 적은 손상을 유발할 수 있고, 리플로우 공정(reflow process)에서 전력의 감소를 가능하게 할 수 있다. 종래의 저온 솔더는, 95 내지 175℃의 용융점에서, 예를 들어 미국 등록 특허 제8,303,735호에 기재된 바와 같이, Sn-Bi-Pb, Sn-Bi-Cd, Sn-Pb-Bi, Sn-In, Sn-Bi, Sn-Pb-Cd, Sn-Cd 합금을 포함할 수 있다. 무-리드(lead-free) 저온 솔더링 합금은 금, 주석 및 인듐을 포함할 수 있다. LED 패키지에서 이러한 저온 솔더를 사용할 때, 섬유상 매트를 제조하는 데 사용되는 열-저항성 폴리머는 260℃ 미만의 용융점 또는 유리 전이 온도를 가지면서 여전히 솔더 저항성일 수 있다.
미국 공개 특허 제20012/0281428호에 기재된 바와 같이, 섬유 재료는 가시 스펙트럼에서 우수한 넓은 스펙트럼 반사율을 나타낼 수 있다. 반사율 값은 섬유 직경, 섬유 표면 모폴로지, 기판 두께 및 밀도를 포함하는 몇몇 파라미터들에 어느 정도까지 의존한다. 예를 들어, 얇은 저밀도 섬유상 재료는 두꺼운 고밀도(denser) 재료보다 낮은 반사율을 제공할 수 있고, 그러나 어느 정도까지는 얇은 회로 재료를 생산하기 위해 상호 절충적(trade-off)일 수 있다.
섬유상 매트의 기공률은 10 내지 85%, 구체적으로 20% 내지 80%일 수 있고, 여기서 기공률은 상기 매트를 형성하는 섬유들 사이에 작은 간극이나 갭에 의해 정의되는 섬유들 사이 공간을 특징짓는다. "기공률"은 LCP 섬유상 매트의 평방미터당 그램에 기초하여 측정될 수 있고, 이는 결국 얼마나 많은 섬유가 평방미터당 존재하는지를 측정할 수 있다.
반사 섬유상 매트는 확산 반사체(diffuse reflectors)이고, 여기서 확산 반사율은 주어진 입사각 및 광도에서 광선이 이 각도들에 대한 광도를 분산시키는(spreading) 광범위한 각도들에 대하여 재료로부터 반사됨에 따른 공정이다. 이상적인 경우에 있어서, 확산 반사율은 모든 방향에서 동일한 휘도로 빛을 반사시키는 재료를 생산할 것이다. 이론적 설명으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 이러한 재료의 고 반사율은 초미세 섬유의 광학 특성을 미세 조정하는 것으로 인한 Mie 산란 때문인 것으로 생각된다. 나노 섬유 및 공기 사이 굴절률에서의 대비는 광의 Mie 산란을 위한 사이트(sites)를 생성할 수 있고, 반사된 광의 강도(즉, 후방 산란)는 각 산란(angular scattering) 분포 및 산란 사이트들의 수에 비례할 것이다. 부드러운 섬유에 있어서, 산란 사이트는 나노 섬유 자체 및 인접한 나노 섬유들 사이 영역에 의해 제공된다. 후방 산란(즉, 반사)에 대한 가능성은 이 이격(spacing)이 광의 파장에 따를 때 가시 광선에 최적이기 때문에, 기판 밀도를 증가시키는 것(즉, 공극 부피를 감소시키는 것)은 반사 강도를 어느 정도 향상시킬 수 있다.
섬유 내 표면 기공의 도입은 산란 사이트들의 수를 증가시킬 수 있고, 두께의 기능에 따라 후방 산란 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 직경 100-250nm의 표면 기공은 가시 광선의 후방 산란에 대해 높은 가능성을 갖는 것으로 보일 수 있다. 따라서, 일 구현예에 있어서, 굴절률에서 불연속성을 부여하는 추가적인 매커니즘은 섬유상 매트 재료 내의 섬유로 나노 재료를 도입함으로써 제공된다. 일 구현예에 있어서, 이 나노 재료들은 50nm 내지 400nm 사이의 직경을 가질 것이고, 가시 스펙트럼에서 낮은 흡수율을 나타내는 것으로 알려진 재료로 구성될 것이다. 이러한 재료의 예시는 BaSO4, 테플론(Teflon), TiO2 및 Al2O3를 포함한다. 이러한 첨가제는, 섬유를 제조하는 데 사용되는 폴리머들의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖도록 선택되어 확산 반사율을 향상시킬 수 있다.
고-반사율 부직포 섬유상 매트는 램버시안 거동(Lambertian behavior)에 접근하는 확산 반사를 나타낼 수 있다. 그러나, 일정량의 유광 도료(즉, 정반사)가 이따금 더 큰 피처(features)를 생산하는 방식으로 의도적으로 전기 방사하는 것을 통해 기판으로도 도입될 수 있다. 필수적으로, 전기 방사 운전은 평평한 리본 형상의 섬유를 선택적으로 생산하기 위해 이러한 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 섬유의 폭은 50 마이크로미터를 초과할 수 있고, 그 결과, 확산 반사를 나타냄에 있어서 약간의 광택을 갖거나 광택을 갖지 않는 섬유 구조 대비, 재료가"광택"을 가지며 약간의 정반사를 나타내게 할 수 있다. 평평하거나 리본 형상인 섬유의 제조는 PCT 공개 출원 WO 2009-140381호에 기재되어 있다.
종래의 전기 방사 시스템에서, 예를 들어 폴리머 용액(2-10 중량%)은 휘발되지 않으나 표면 기공률을 달성하기 위하여 해당 폴리머에 관한 고 유전 상수에 의해 특징지어지는 첨가제와 혼합될 수 있고, 첨가제 화합물의 유전 상수는 일 구현예에 있어서 50-189의 범위에 있다. 일 구현예에 있어서, N-메틸포름아미드(N-methylformamide)가 적절한 고 유전 상수를 갖는 액체 유기 화합물로 사용되고, 1-20 wt.%의 중량 퍼센트로 용매 혼합물에 첨가된다. 톨루엔이 N-메틸포름아미드와 사용될 수 있고, 일 구현예에 있어서 톨루엔은 전기 방사 혼합물에서 해당 혼합물의 큰 중량 퍼센트로, 예를 들어 80-99 wt.%의 범위에서 사용된다. 따라서, 다공성 폴리(메틸 메타크릴레이트) PMMA 폴리머 나노 섬유가 WO 2009-140381호에 기재된 바와 같이 톨루엔/메틸 포름아미드/PMMA 조성물로부터 제조된다. 이러한 공정은 통상의 기술자가 이해할 수 있는 다른 폴리머들을 사용하여 변경될 수 있다.
임의의 경우에 있어서, 주사 전자 현미경(SEM)에서 분명할 것과 같이, N-메틸포름아미드와 같은 고 유전 상수 화합물의 첨가는 섬유를 다공성이 되게 할 수 있고, 결국은 단일 용매 시스템으로 제조되는 부드러운 섬유를 위해 둥근 실린더 형상에 비해서 섬유를 리본 형상이 되게 할 수 있다. 섬유 상의 기공은 약간 연신된 형상부터 타원형 형상까지의 형상일 수 있고, 1.1:1 내지 10:1의 범위에서 종횡비를 가질 수 있다. 이러한 기공은 섬유 표면에 부분적으로 삽입되고(embedded), 보다 더 작은 기공 깊이는 쉽게 알아내지 못할 수 있지만 몇몇 경우에 있어서 5-100nm의 추산된 깊이를 갖는다. 보다 더 작은 기공 길이는 쉽게 알아내지 못할 수 있지만, 기공은 5-100nm의 추정된 길이를 가질 수 있다. 따라서, 기공은 나노 섬유의 내부표면을 노출시킬 수 있으며, 기공을 갖지 않는 유사 직경 나노 섬유 대비 증가된 표면 영역을 제공할 수 있다. 인접하는 기공들은 중간에 나노 섬유 벽 재료(nanofiber wall material)에 의해 서로 완전히 분리될 수 있거나, 부분적으로 오버랩되어 나노 섬유 내 더 큰 빈 부분(cavities)을 형성할 수 있다.
다공성 섬유를 제조하기 위한 다른 고 유전 상수 화합물의 예시는 다음을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다: N-메틸포름아미드, N-메틸아세트아미드(N-methylacetamide), N-메틸프로판아미드(N-methylpropanamide), N-에틸아세트아미드(N-ethylacetamide), N-프로필프로판아미드(N-propylpropanamide), 포름아미드(formamide), N-부틸아세트아미드(N-butylacetamide), N-에틸포름아미드(N-ethylformamide). 그리고 이들의 호환 가능한 용매는 다음을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다: 톨루엔(toluene), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide) 및 아세톤.
본 명세서에서의 사용을 위한 반사 섬유상 매트는 추가적인 산란 사이트를 제공할 수 있고 반사율을 증가시킬 수 있는 고 유전 상수 재료(예컨대, ZnO, BaSO4, TiO2, Al2O3 등)와 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 이 첨가제들은 전기 방사 용액에 분산될 수 있으며, 나노 섬유 및 고 유전 상수 재료의 복합체는 전기 방사 운전에 의해 직접적으로 제공될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 램덤한 질감 처리(즉, 다공성) 나노 섬유(textured nanofibers)는, 전술한 바와 같은 솔더 마스크나 솔더 마스크를 위한 커버의 향상된 반사 특성에 사용하기 효과적이다. 보다 구체적으로, 나노 섬유 기판은 본 명세서에서 참조 문헌으로 포함된 미국 출원 특허 제2008/0113214호에 기재된 방법을 사용하여 고 유전 상수 재료로 코팅될 수 있다. 대안적으로는, 예를 들어 ZnO, BaSO4, TiO2, Al2O3 등과 같은 고 유전 상수 재료가 전기 방사 후 섬유상 매트에 적용될 수 있다.
섬유, 예를 들어 나노 섬유의 증착에 적절한 종래의 전기 방사 시스템의 일 구현예에 있어서, 해당 시스템은 전기 방사 요소를 감싸는 챔버를 포함하며, 여기서 전기 방사 요소는 섬유가 섬유를 형성하도록 구성되는 기판을 전기 방사하도록 설정된다(configured). 해당 전기 방사 시스템은 전기 방사 요소로부터 배치되고 섬유들을 수득하도록 설정된(configured) 집전체를 포함할 수 있다. 전기 방사 요소는, 예를 들어 미리 선택된 폴리머 용액을 포함하는 전기분무 조성물을 함유하는 공급 저장소와 교신한다(communicates). 당해 분야에 알려진 폴리머 용액 및/또는 용융물은 전기 방사되기 쉬울 수 있다. 전기 방사에 적절한 폴리머 및 용매는, 예를 들어 디메틸포름아디드나 톨루엔 내 폴리스티렌(polystyrene); 증류수 내 폴리(에틸렌옥사이드)(poly(ethyleneoxide)); 아세톤, 디메틸포름아미드(DMF) 또는 N-메틸포름아미드(NMF) 내 폴리(메틸 메타크릴레이트) PMMA; 디메틸포름아미드 내 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile); 포름산이나 아세트산 내 나일론(nylon); 및 증류수 내 폴리(비닐 알코올)(poly(vinyl alcohol)); 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 적절한 용매는 폴리머가 용해될 수 있는 유기 용매 및 무기 용매 모두를 포함한다. 형성될 때 폴리머 재료는 구체적으로 반사 재료를 제공하는 유기 재료이나, 해당 폴리머는 반사율을 증가시키기 위해 첨가제와 함께 방사될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 확산적인 반사 솔더 마스크에서의 사용을 위해, 섬유는 260℃ 이상의 용융점이나 유리 전이 온도를 갖는, 열가소성 폴리머, 보다 구체적으로 중축합 폴리머(polycondensation polymer)로부터 형성된다. 이러한 폴리머의 예시는 폴리에스테르 수지; 폴리아미드 수지; 폴리아미드(구체적으로 적어도 부분적으로 방향족 폴리아미드), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 액체 결정 폴리머(liquid crystalline polymers), 폴리이미드(polyimides), 폴리에테르이미드(polyetherimides), 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketones), 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone), 및 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfides), 에폭시(epoxies), 및 불포화 폴리에스테르, 및 이들의 조합을 포함한다. 예시는 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone) 및 폴리나프탈아미드(polyphthalamide) 폴리머들을 포함한다. 특정 폴리머들은 260℃ 이상의 이들 용융점이나 유리 전이 온도에 기초하여 선택될 수 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 이러한 열-저항성이 필요하지 않을 때, 예를 들어 솔더링 후에, 폴리머는 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리올레핀(polyolefins), 폴리비닐 알코올, 폴리(아크릴로니트릴)(poly(acrylonitrile)), 폴리(카보네이트)(poly(carbonate)) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹, 구체적으로 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(부틸 메타크릴레이트)(poly(butyl methacrylate)), 폴리(벤질 메타크릴레이트)(poly(benzyl methacrylate)) 및 이들의 블렌드(blends)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 폴리머 섬유는 260℃ 이상의 용융점이나 유리 전이 온도를 갖는 방향족 액체 결정 폴리머를 포함할 수 있다. 이러한 폴리머는 원료 모노머(monomer)로서 p-하이드록시벤조산(p-hydroxybenzoic acid)을 사용하여 얻을 수 있다. 또한, 다른 알려진 방향족 하이드록시카르복실산(hydroxycarboxylic acids), 방향족 디카르복실산(dicarboxylic acids) 및 방향족 디하이드록시(dihydroxy) 화합물이 사용될 수 있다. 이들의 예시는 p-하이드록시벤조산 및 2-하이드록시-6-나프토산(2-hydroxy-6-naphthoic acid)과 같은 방향족 하이드록시카르복실산으로부터 얻은 폴리에스테르; 이러한 폴리에스테르, 및 테레프탈산(terephthalic acid), 이소프탈산(isophthalic acid) 및 2,6-나프탈렌디카르복실산(2,6-naphthalenedicarboxylic acid)과 같은 방향족 디카르복실산으로부터 얻은 액체 결정 폴리에스테르(liquid crystal polyesters); 및/또는 하이드로퀴논(hydroquinone), 레조르신(resorcin), 4,4'-디하이드록시디페닐(4,4'-dihydroxydiphenyl) 및 2,6-디하이드록시나프탈렌(2,6-dihydroxynaphthalene)과 같은 방향족 디하이드록시 화합물을 포함한다.
구체적으로, 방향족 액체 결정 폴리에스테르는 p-하이드록시벤조산(I), 테레프탈산(II) 및 4,4'-디하이드록시비페닐(III)(이들의 유도체를 포함) 80 내지 100 몰%((I) 및 (II)의 합은 60 몰% 이상임); 및 (I), (II) 및 (III)과 중축합 반응이 가능한 다른 방향족 화합물 0 내지 20 몰%의 중축합을 통해 얻을 수 있다. 액체 결정 폴리머를 포함하는 섬유 및 이의 제조가 또한 하기에 기재된다. 방향족 써모트로픽 액체 결정 폴리에스테르(aromatic thermotropic liquid crystal polyester)는 당해 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 용융 중축합을 수행함으로써 제조될 수 있다.
다른 일 구현예에 있어서, 폴리머 섬유는 주사슬이 산 아미드 결합(acid amide bond, --CO--NH--)을 갖는 폴리아미드 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리아미드는 260℃ 이상의 용융점이나 유리 전이 온도를 갖는 한 특별히 제한되지 않는다. 폴리아미드 수지의 예시는 Nylon 4T, 6, 6.6, 6.10, 6.11, 6.12, 6T, 6/6.6, 6/12, 6/6T, 6T/6I, 9T, 10T, 11T, 12T, 6T/66, 10T/1012, 6I/66, 6T, 6T/6I/66 등 및 이들의 조합을 포함한다. 이들은 단독으로 사용되거나 2개 이상의 이들 유형의 조합으로 사용될 수 있다. 폴리아미드-계 수지의 말단은 카르복실산, 아민 등에 의해 종결될 수 있다.
폴리아미드 수지는 디카르복실산 및 디아민(diamine)을 중합함으로써 제조될 수 있다. 예시적인 디카르복실산은 테레프탈산, 이소프탈산, 2-메틸 테레프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 프탈산 무수물, 트리메틸산(trimellitic acid), 피로멜리트산(pyromellitic acid), 트리멜리트 무수물, 피로멜리트 무수물 등과 같은 방향족 카르복실산; 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산 등과 같은 알칸 카르복실산(alkane carboxylic acids); 및 이들의 조합을 제한 없이 포함한다. 예시적인 디아민은 C5-C30 방향족 디아민, C1-C30 지방족 디아민, C5-C30 지환족 디아민 및 이들의 조합을 제한 없이 포함한다. 예시적인 일 실시예에 있어서, 변성 폴리아미드계 열가소성 수지는 Nylon 6T이고, 이는 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine) 및 테레프탈산의 응축 중합을 통해 제조된다.
또 다른 종류의 폴리아미드 폴리머는 이산(diacid) 및 디아민으로부터 제조된 반-결정 재료인, 열가소성 수지 폴리프탈아미드(polyphthalamide)이다. 이산(diacid) 부분은 테레프탈산(TPA)이나 이소프탈산(IPA)을 55% 이상 함유할 수 있다. TPA나 IPA 방향족 유닛(units)은 용융점, 유리 전이 온도를 높이고, 일반적으로 표준 지방족 나일론 폴리머에 비해 화학적 저항성을 향상시킨다. 적절한 폴리프탈아미드는 하나 이상의 방향족 디카르복실산 및 디아민 사이의 중축합 반응을 통해 형성될 수 있다. 폴리프탈아미드(polyphthalamides, PPA)는 예를 들어 상표명 AMODEL, ULTRAMID 및 ZYTEL 하의 다양한 공급원으로부터 시판될 수 있게 제조된다.
폴리머 섬유를 제조하는 데 사용하기 위한 다른 방향족 중축합 폴리머는 폴리아릴에테르설폰(polyarylethersulfones)을 포함할 수 있고, 이는 아릴렌(arylene) 유닛이 에테르 및 설폰 결합과 함께 불규칙적으로나 규칙적으로 나타나는 폴리아릴렌 화합물로 정의된다. 폴리아릴에테르설폰은 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 폴리에테르설폰 및 폴리에테르에테르설폰(polyetherethersulfone)을 포함할 수 있다. 폴리설폰 및 폴리아릴에테르설폰은 UDEL 및 RADEL 상표권 하에 Solvay Advanced Polymers, L.L.C로부터 구입할 수 있다. 또한, 폴리아릴에테르설폰은 미국 등록 특허 제4,175,175호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다. 다른 방향족 중축합 폴리머는, 예를 들어 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아릴에테르케톤 및 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfides)를 포함할 수 있다.
확산적인 반사 섬유상 매트 내 섬유는 하나 이상의 전술한 폴리머들의 블렌드를 포함하는 열가소성 조성물로부터 제조될 수 있다.
전기 방사를 통해 섬유를 제조함에 있어서, 전기 방사 요소를 고전압에서 유지하기 위해 고전압 공급원이 제공될 수 있다. 집전체는 전기 방사 요소의 첨단으로부터 1 내지 100cm 떨어져 놓일 수 있다. 집전체는 판(plate) 또는 스크린일 수 있다. 전형적으로, 2,000 및 400,000 V/m 사이의 전기장력이 고전압 공급원에 의해 설정된다(established). 전형적으로, 집전체는 접지되며, 전기 방사 요소로부터 전기 방사를 통해 제조된 섬유는 전기장에 의해 집전체로 향한다. 전기장은 폴리머 조성물을 밀어내며, 섬유는 해당 폴리머 조성물로부터 전기 방사 요소의 첨단에서 나오는 유체의 필라멘트(filament) 또는 액체 사출물로 구성된다. 이때, 각 전기 방사 요소로의 폴리머 조성물 공급은, 전기 방사 요소를 빠져나오는 액적 형상이 일정하게 유지될 수 있도록 섬유를 구성하는 물질을 얻는(extracting) 데 원인이 되는 전기장력과 균형을 이룬다. 상이한 크기의 섬유들로 혼합된 섬유들의 섬유상 매트 재료를 생성하기 위해 상이한 전기 방사 요소가 사용될 수 있다. 섬유상 매트 재료는, 예를 들어 섬유상 매트 재료의 다른 면보다 더 큰 평균 섬유 직경을 갖는 기판의 일면을 가질 수 있다.
구체적으로, 반사 섬유상 매트 내 폴리머 섬유는 1 내지 1000nm, 구체적으로 10 내지 1000nm의 직경을 가질 수 있고, 폴리머 섬유는 수득 기판 상에 축적될(laid down) 때 10cm부터 1 미터를 초과하는 길이로 형성될 수 있다. 구체적으로, 잘린 섬유(chopped fibers)와 비교할 때 섬유상 매트 내 한정된 수의 섬유 파단(fiber breaks)에 의해 분명할 것과 같이, 폴리머 섬유는 50cm 초과, 보다 구체적으로 100cm 초과의 길이로 방사될 수 있다.
제조된 바와 같은 반사 섬유상 솔더 마스크(또는 솔더 마스크 커버)가 LED 조립체에 적용될 수 있고, 이는, 결과적으로 유전층 및 코어 기판층(core substrate layer)을 포함할 수 있는, 하나 이상의 LED들을 지지하기 위한 서브마운트(submount)를 포함할 수 있다. 서브마운트는 적절한 탑재 서브마운트나 기판, 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB), 금속 코어 인쇄 회로 기판(metal core printed circuit board, MCPCB), 외부 회로; 또는 LED들과 같은 조명 장치가 탑재 및/또는 부착될 수 있는 다른 적절한 서브마운트나 기판을 포함할 수 있다. 도시의 목적으로, 서브마운트는 MCPCB를 포함한다. 코어 기판층은 전도성 금속층, 예를 들어 Cu 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 코어 기판층을 절연시키는 유전층은 서브마운트를 통해 방열을 돕는, 전기적으로 절연이나 열적으로 전도성인 재료를 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 하나 이상의 LED들을 감쌀 수 있는 소위 방출 영역은 서브마운트 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 방출 영역은 LED 조립체에 대해 실질적으로 중앙에, 또는 LED 서브마운트 상부의 임의 장소에 배치될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 방출 영역은 실질적으로 원형 형상이나 또는 다른 적절한 형상, 예를 들어 실질적으로 정사각형, 타원 또는 직사각형 형상을 포함할 수 있다. 방출 영역은 서브마운트와 전기적으로 및/또는 열적으로 교신할(communication with) 수 있다. 하나 이상의 중간층(intervening layers)들이 방출 영역 및 서브마운트 사이에 배치되어, 방출 영역은 서브마운트 상에 간접적으로 배치되고, 이에 따라 서브마운트와 전기적으로 및/또는 열적으로 간적접으로 교신할 수 있다. 대안으로, 방출 영역은 서브마운트 상에 직접적으로 탑재됨으로써 서브마운트와 전기적으로 및/또는 열적으로 교신하거나 연결될 수 있다.
LED 조립체는 전기적 접촉, 구체적으로 솔더 접촉을 포함하는 전기적 부착 표면을 하나 이상 포함할 수 있다. 부착 표면은 적절한 구성(configuration), 크기, 형상 및/또는 장소일 수 있고, 외부 전력 공급원에 연결될 때 전기 전류 또는 신호가 통과될 수 있는 양극 및 음극 단자들을 포함할 수 있다. 종래의 용접 또는 솔더링 방법을 사용할 때, 하나 이상의 전기전도성 선(wires)이 부착 표면에 부착되고 이에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전기 전류 또는 신호가 부착 표면에 전기적으로 연결된 외부 선들(wires)로부터 LED 조립체를 통과할 수 있고, 방출 영역 내 하나 이상의 LED들로부터 광 출력을 용이하게 하는 해당 방출 영역을 통과할 수 있다. 구체적으로, 부착 표면은 전기적 커넥터(connectors)를 사용하여 전기적으로 연결된 하나 이상의 LED들로 이어지는 전도성 트레이스(trace)와 전기적으로 교신할 수 있다. 전기적 커넥터는 와이어본드(wirebonds), 또는 LED들을 전도성 트레이스에 전기적으로 연결시키기 위한 당해 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 다른 적절한 구성요소(member)를 포함할 수 있다. 전술한 나노 섬유 매트로 제조되는 솔더 마스크가, 예를 들어 전도성 트레이스 및 부착 표면 사이, 및/또는 전도성 트레이스 및 전도성 패드(pads) 사이에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 솔더 마스크는 전도성 패드 주변에 실질적으로 원형인 배열, 또는 통상의 기술자가 이해할 수 있는 다른 종래 디자인을 포함할 수 있다. 일반적으로, 솔더 마스크는 전도성 트레이스를 해당 환경으로부터 전기적으로 고립시킨다.
일 구현예에 있어서, 전술한 바와 같이, 반사 섬유상 매트 재료로 구성되는 솔더 마스크는 적절하게 다이-컷(die-cut)되거나 그렇지 않으면 형상화된 뒤, 해당 솔더 마스크가 적용되는 LED 조립체의 관련 표면에 충분한 접착력을 제공하는 접착 재료를 사용하여 LED 조립체에 단단히 적용될 수 있다. 박리(flaking), 결손(chipping) 또는 다른 이러한 열화를 통한 솔더 마스크의 조기 손실을 분명히 야기하여 솔더 마스크가 전기적 트레이스를 더 이상 고립시키기지 못하게 하고 나아가 LED 조립체 부분의 광학 특성을 변화시키는 낮은 접착력 영역은 회피된다. 따라서, 전기적 고립 및 광학 특성을 유리하게 향상시키고 및/또는 우수한 전기적 고립 및 광학 특성을 유리하게 제공하기 위해 효율적 접착력이 필요하다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 반사 솔더 마스크를 통한 LED 방출 영역으로부터의 향상된 광 반사율로 인해 LED 조립체의 광학 특성이 향상될 수 있다.
다른 일 구현예에 있어서, 향상된 반사율을 제공하기 위한 확산적인 반사 섬유상 매트가 금속 산화물에 의해 절연된 금속 코어 기판 또는 다른 세라믹 유전층을 갖는 LED 조립체에 적용될 수 있다. 그 후에, 세라믹 유전체 절연층이 금속성 시드층(metallic seed layer)으로 코팅될 수 있고, 전기전도성 금속층을 적용하기 전에, 레지스트 코팅(resist coating)이 세라믹 유전체 기판에 적용될 수 있으며, 해당 레지스트는 노광 및 현상될 수 있고, 해당 레지스트가 현상되는 영역에서 세라믹 절연 유전층 상으로 전기전도성 금속층이 도금될 수 있으며, 해당 레지스트는 스트립될(stripped) 수 있으며, 금속성 시드층이 전기전도성 금속층으로 도금되지 않은 영역으로부터 제거될 수 있다. 절연된 금속 기판 내 관통-홀 비아(through-hole vias)는 금속 페이스트(metal paste), 예를 들어 구리 페이스트로 채워질 수 있고, 금속성 코어 기판의 반대 면 상에 있는 전기전도성 금속층은 스크린 프린팅된다(screen printed). 구리층의 표면은, 산화로부터 구리를 보호하고 향상된 솔더링성(solderability)을 제공하기 위해 다른 금속, 예를 들어 은으로 코팅될 수 있다. 최종적으로, 이 구현예에 있어서, 절연된 금속성 코어 기판의 표면 상으로 구리를 도금한 후에, LED 전자 장치 또는 "칩(chip)"을 포함하는 조립체를 제공하기 위해, 회로 재료의 표면 상으로 전지 장치가 탑재된다. 일 구현예에 있어서, 전자 장치는 HBLED일 수 있다.
이어서, 전술한 바와 같은 확산적인 반사 섬유상 매트가 솔더 마스크, 또는 종래 솔더 마스크를 위한 커버로 이용될 수 있다. 선택적으로는, 반사 섬유상 매트를 적용하기 전이나 후에, 회로 재료는 개별 LED 유닛이나 패키지에 표준 크기로서 각각이 약 4.5 인치 X 4.5인치(또는 각 수치의 50% 이내, 구체적으로 30% 이내, 보다 구체적으로 10% 이내)인 복수의 분리 패널들로 분리될 수 있다.
보다 구체적인 일 구현예에 있어서, LED 조립체를 위한 회로 재료의 제조 방법은 열적으로 전도성인 알루미늄 코어 기판을 제공하는 것, 드릴링(drilling) 하거나 그렇지 않으면 금속성 코어 기판에 관통-홀 비아를 하나 이상 형성하는 것, 금속성 코어 기판의 반대 면들 상에 및 비아 내에 산화알루미늄 또는 질화알루미늄 유전층을 형성하는 것, 무기 접착력-향상 재료로 유전층을 선택적으로 코팅하는 것을 포함하고, 여기서 상기 방법은 전기전도성 금속층을 패터닝하는 것을 더 포함한다. 구체적으로, 전도성 금속층은, 일 구현예에 있어서, 시드층 코팅 금속 산화물 유전층에 레지스트 코팅을 적용하는 것, 이후에 해당 레지스트를 노광 및 현상한 후 해당 유전층의 표면 상에 구리를 도금하는 것, 해당 레지스트를 스트립하는(stripping) 것, 이후에 식각하거나 그렇지 않으면 해당 유전층의 비-도금 영역으로부터 무기 접착력-향상 재료를 제거하는 것을 통해 패터닝될 수 있고, 그 후에 조립체를 솔더링하기에 앞서 본 발명에 따른 솔더 마스크를 적용할 수 있다.
금속성 코어 기판의 반대면들 상에 있는, 제1 전기전도성 금속층 및 제2 전기전도성 금속층은 스크린 프린팅(screen printing), 금속 잉크 프린팅(metal ink printing), 무전해 금속화(electroless metallization), 갈바닉 금속화(galvanic metallization), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 및 플라즈마 기상 증착(plasma vapor deposition, PVD) 금속화를 통해 형성될 수 있다. 따라서, 금속성 포일 또는 플렉스 회로(flex circuits)가 제거될 수 있다. 전기전도성 금속층이 하기에 더욱 논의된 바와 같이 패터닝되거나 패터닝되지 않을 수 있다. 회로 재료는 유리하게는, 4.5 인치 X 4.5인치인 종래 패널(4인치 X 4인치의 이미지 영역을 갖는 세라믹 블랭크(ceramic blanks)) 영역의 15 내지 20 배인 영역을 갖는 패널의 형태일 수 있다. 추후에, 이러한 큰 패널은 개별 유닛으로 분할되거나 더 큰 개별 패널을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 14 X 22 인치인 회로 재료가 생산될 수 있다. 14 인치 X 22 인치 치수를 갖는 패널은, 예를 들어 3 X 5 패널 이미지의 어레이(array) 또는 4.5 인치 X 4.5 인치 패널 15개의 등가물을 가능하게 할 수 있다.
상기의 관점에서, 발광 다이오드 조립체는 회로화 기판에 부착된 발광 다이오드를 하나 이상 포함하고, 해당 매트가 광을 확산적으로 반사시키도록 회로화 기판의 표면 상에서 폴리머 섬유의 고-반사율 부직포 섬유상 매트를 더 포함하며, 이에 따라 하나 이상의 발광 다이오드로부터의 광 반사율을 증가시킨다. 고-반사율 부직포 섬유상 매트가 발광 다이오드 조립체를 제조하는 데 사용되는 솔더에 열 저항성인 폴리머 재료를 이용하는 솔더 마스크로 사용될 수 있다. 또는, 폴리머 섬유의 부직포 섬유상 매트는 비-솔더-저항성일 수 있고, 리드 선의 솔더링이 회로화 기판에 적용된 후에 적용되는 솔더 마스크를 커버하는 층을 형성할 수 있다.
다른 일 구현예에 있어서, 발광 다이오드 조립체는, 회로화 기판 상에 탑재되고 확산적으로 광을 반사시키는 폴리머 섬유의 고-반사율 부직포 섬유상 매트를 갖는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 여기서, 10cm 이상의 길이로 형성되며, 전기 방사 동안 실질적으로 랜덤한 방향으로 축적되는(laid down) 상기 폴리머 섬유는 전기 방사 공정을 통해 제조된다. 해당 섬유는 10 내지 1000 nm의 직경을 갖고, 해당 섬유상 매트는 25 내지 250 나노미터의 두께를 갖는다. 섬유의 반사 매트는 380nm 내지 750nm 범위에서 85% 이상의 반사도를 갖는다. 미리 결정된 형상의 섬유상 매트는, 이에 접착되는 접착제를 사용하거나, 선택적으로 예를 들어 스크린 프린팅을 사용하여 전기 방사 동안 섬유상 매트를 회로화 기판 상에 직접적 및 선택적으로 형성함으로써 회로화 기판에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 발광 다이오드 조립체는, 회로화 기판 상에 탑재되고 확산적으로 광을 반사시키는 폴리머 섬유의 고-반사율 부직포 섬유상 매트를 갖는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 여기서, 고-반사율 부직포 섬유상 매트는 발광 다이오드 조립체를 제조하는 데 사용되는 솔더에 열저항성인 폴리머 재료를 포함하고, 회로화된 기판 상에서 리드 선의 솔더링 전에 적용되는 것이다. 섬유상 매트 재료는 전기 방사 공정을 통해 제조된, (i)10cm 이상의 길이로 방사되고 (ii)실질적으로 랜덤한 방향으로 축적되는(laid down) 폴리머 섬유를 포함한다. 섬유는 10 내지 1000 nm의 직경을 갖고, 섬유상 매트는 25 내지 250 마이크로미터의 두께를 갖는다. 섬유상 매트는 380nm 내지 750nm의 범위에서 85 내지 98 퍼센트의 반사도를 갖는다. 대안적으로, 리드 선의 솔더링이 회로화 기판 상에서 수행된 후에, 섬유상 매트가 솔더 마스크로 적용될 수 있다.
다른 일 구현예에 있어서, 원심력 방사 공정을 사용하여, 회로 재료의 제조에 사용하기 위한 부직포 섬유상 매트를 얻을 수 있다. 이 공정은 또한 상대적으로 긴 섬유를 생산할 수 있다(필수적으로나 실질적으로 연속적임). 섬유상 매트 내 섬유는 수직(구체적으로 강제 방사에 의해 제조되는 섬유상 매트의 중심 세로축)에 대해 10 도 이상의 표준 편차를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 섬유상 매트 내 섬유는 15 내지 45 도 이상의 표준 편차, 보다 구체적으로 20 내지 40 도의 표준 편차를 나타내며, 섬유를 형성하는 데 사용되는 각 회전 속도와 같은 요소에 의존한다. 이때, 각 회전이 작을수록, 섬유의 배향이 더 랜덤하다(그리고 45도에 더 가깝다).
강제 방사는 폴리머로부터 나노 섬유 또는 마이크로 섬유를 제조하기 위한 알려진 방법이다. 예를 들어, FibeRio Technology Corp. (McAllen, Texas)은 나노 섬유 및 나노 섬유로부터 제조된 매트 재료를 제조하기 위한 시판 강제 방사 장비를 제조한다. 유리하게는, 강제 방사는 용매 내 폴리머로부터나 용융 폴리머를 사용하여 나노 섬유를 제조할 수 있다. 액체 결정 폴리머들(LCPs)은 통상적 용매에 매우 잘 녹지 않을 수 있기 때문에, 용융 방사는 LCP 섬유를 제조하는 데 유리하게 사용될 수 있다.
종래 유리 섬유에 기초하는 유전층보다 낮은 두께를 갖는 유전 기판이나 층을 얻는 것 이외에, 부직포 LCPs는 더 얇은 회로 라미네이트(thinner circuit laminates)에서 종래의 LCP 섬유 매트, 예를 들어 상표명 Vecrus® 하에 Kuraray에 의해 제조되는 LCP 섬유 매트보다 비교적 더 큰 강도를 나타낼 수 있다. 더욱이, 본 발명 매트는 Kuraray의 Vecrus®보다 덜 이방성인 것에 의해 특징지어진다. 본 발명 재료의 또 다른 잠재적 이점은 넓은 범위의 주파수를 통해 향상된 유전 상수 및 낮은 소산 계수(dissipation factor)를 얻을 수 있는 것이다. 해당 기판은 우수한 기계적 특성뿐 아니라 우수한 전기적 특성, 예를 들어 모든 방향에서 낮은 CTE를 나타낼 수 있다.
매트 내 나노 크기(일 구현예에 있어서 50-500nm, 구체적으로 200 내지 400 nm)일 수 있는 상대적으로 작은 직경의 섬유로 인해, 해당 매트의 유전 특성은 상업적인 유리 매트 또는 글라스 클로스(glass mats/cloth) 대비 매우 작은 크기로 공간적으로 일정할 수 있고, 이는 구리 채널 폭이 섬유 직경보다 몇 배 더 큰 것을 고려할 때 더 나은 디지털 신호 전파 설계를 가능하게 할 수 있다.
특히, 일 구현예에 있어서, 매우 얇은 유전 기판은 액체 결정 폴리머("LCP") 섬유상 매트를 사용하여 효율적이고 경제적으로 제조될 수 있고, 여기서 해당 매트의 섬유를 형성하는 상기 액체 결정 폴리머는 회로 재료 및 회로의 제조에 사용되는 공정 조건을 견딜 수 있다. 더욱이, 이러한 LCP 섬유상 매트는 유전체 기판의 유전 특성이나 다른 특성들, 예를 들어 이의 난연성, 흡습성, 치수 안정성 등에 원하지 않는 정도까지 악영향을 미치지 않는다. 구체적으로, 섬유상 매트는, LCP 폴리머를 포함하는 조성물을 가열하여 용융 재료를 형성하는 것; 및 상기 용융 재료를 분당 500 회전 이상의 속도로 회전될 수 있는 가열된 구조의 저장소에 두어 상기 용융 재료로부터 섬유를 제조하는 것을 포함하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 이러한 공정에 있어서, 초미세 섬유는 미크론 섬유(micron fibers), 서브-미크론 섬유(sub-micron fibers) 또는 나노 섬유일 수 있다.
어떤 구현예들에 있어서, 상기 가열된 구조는 개구를 하나 이상 포함하고, 해당 재료는 상기 개구를 통해 압출되어 섬유를 생성한다. 다른 어떤 구현예들에 있어서, 해당 구조는 다수의 개구들을 포함하며, 해당 재료는 다수의 개구들을 통해 압출되어 섬유를 생성한다. 해당 개구들은 다양한 형상(예컨대, 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형) 및 다양한 직경 크기(예컨대, 0.01-0.80 mm)일 수 있다. 다수의 개구들이 이용될 때, 모든 개구들이 다른 개구와 동일할 필요는 없으나, 어떤 구현예들에 있어서, 모든 개구는 동일 구성(configuration)이다. 해당 개구들은 압출을 위해 LCP 조성물을 보유하는 해당 구조의 벽에 의해 정의될 수 있고, 이 구조는 원심력 및 LCP 조성물 상의 선택적 압력을 통해 LCP 폴리머가 해당 개구들을 통과하도록 회전된다.
강제 방사를 위한 LCP 조성물을 함유하는 해당 구조는 가열될 수 있고, 다양한 구성(configurations)을 취할 수 있다. 예를 들어, 가열된 구조는 당해 분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 상대적으로 단순하게, 시린지 및 플런저(plunger)를 포함할 수 있다. 부직포 섬유상 매트 내 섬유를 형성하는 공정은 원심력 강제 방사에 의해 형성되는 섬유들을 수득하는 것을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 나노 섬유와 같은 미세 섬유의 "수득"은, 당해 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 미세 섬유가 전형적으로 평평하거나 굴곡진 평면을 갖는 섬유 수득 수단에 이르러 멈추는 것을 의미한다.
일 구현예에 있어서, 마이크로 섬유 및/또는 나노 섬유 제조 시스템에서의 사용을 위한 장치는 섬유로 제조될 재료를 수용하도록 구성되며 내부 빈 부분(internal cavity)을 갖는 본체를 포함하며, 여기서 상기 본체는 커플링 구성요소(coupling member)를 통해 드라이버(driver)에 커플링될(couplable) 수 있다. 사용 동안, 상기 본체의 회전은 상기 본체 내 재료가 하나 이상의 개구들을 통과하게 하여 마이크로 섬유 및/또는 나노 섬유가 제조되게 한다. 예를 들어, 일 구현예에 있어서, 나노 섬유를 제조하기 위한 장치는 500 RPM 이상으로 회전하게 설정된(configured) 드라이버; 상기 드라이버에 커플링된 방적돌기; 및 나노 섬유 수득 장치를 포함하고; 상기 장치는 드라이버를 통해 방적돌기를 회전시킴으로써 나노 섬유를 생성하고 나노 섬유가 이의 제조 동안에 외부-인가 전기장에 영향 받지 않도록 설정된다(configured).
일 구현예에 있어서, 상기 방적돌기는 시린지 및 플런저, 또는 섬유 재료가 강제되는 개구를 하나 이상 갖는 다른 압출 구조를 포함할 수 있고, 여기서 상기 방적돌기(및 이의 첨단 개구)는 회전 축을 중심으로 회전하도록 설정된다(configured). 섬유를 강제 방사하기 위한 장치는 일반적으로 재료를 섬유로 변형하는 데 원심력을 이용한다. 이러한 장치는 다음의 미국 공개 특허들 및 이들 내에 인용된 참조문헌들에 상세히 기재된다: 미국 공개 특허 제2009/0269429호, 제2009/0280325호, 제2014/0035178호 및 제2014/0035179호.
강제 방사 섬유 제조 시스템에 있어서, 섬유가 회전 축에 수직한 기판 표면 상에 축적되는(laid down) 곳에서 섬유의 확산이 제어되어, 증착된 섬유들은 증착 폭에 걸쳐 가능한 균일할 수 있다. 몇몇 시스템 파라미터들이 섬유의 확산을 조절하는 데 영향을 미치며, 조절될 수 있다. 예를 들어, 회전 속도, 해당 시스템을 통과하는 공기, 및 섬유 조성물이 압출되는 하나 이상의 개구들과 특정 수득 기판 사이의 거리는 쉽게 변경될 수 있는 시스템 파라미터이다.
강제 방사로 섬유를 형성하는 데 사용되는 종래의 조성물이 압력 하에서 섬유 생산을 위한 조성물이나 재료를 함유하는 구조적 본체로 전달될 수 있다. 섬유 재료의 가압 공급(pressurized feed)은, 섬유 재료가 회전 구조를 떠나는(exits) 하나 이상의 개구들을 정의하는 구조의 회전 방사에 의해 제공되는 힘 이외에도, 하나 이상의 개구들을 통해 재료를 강제함으로써 섬유 제조를 용이하게 한다. 가압 공급 시스템은 빠른 속도로 개구들로부터 섬유가 배출되는 것을 가능하게 한다. 섬유 재료는 또한 공기, 또는 질소와 같은 불활성 분위기를 사용하여 전달될 수 있다.
강제 방사법의 용융물 및 용액 모두에 있어서, 섬유 재료를 원하는 치수의 섬유가 제조될 때까지 다양한 속도로 방사되는 섬유 제조 수단에 넣을 수 있다. 일 구현예에 있어서, 예를 들어, 섬유 재료는 LCP 폴리머를 용융함으로써 제조될 수 있고, 또는 다른 경우에 있어서 LCP 용질 및 용매의 혼합물을 용해하여 용액을 형성함으로써 제조될 수 있다. 당해 분야의 통상의 기술자에게 친숙한 LCP 폴리머를 포함하는 용액 또는 용융물이 이용될 수 있다. 용액 방사를 위해, 조성물은 원하는 점도를 얻도록 만들어질 수 있다. 용융 방사에 있어서, 산화방지제와 같은 다른 첨가제가 LCP 조성물에 포함될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "용매"는 해당 재료를 적어도 부분적으로 용해시키는 액체이다. 사용될 수 있는 용매의 비한정 예시는 DMSO, 톨루엔, 자일렌(xlylenes), 알코올, 헥산(hexanes), 에테르(ether), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 아세톤, 디클로로메탄(dichloromethane), 클로로포름(chloroform), 석유 에테르, 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 또는 이들의 혼합물과 같은 용매를 포함한다. 첨가제는 희석제, 계면활성제, 가소제 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
강제 방사법의 용액이나 용융물에 있어서, 섬유 재료가 방사 본체의 하나 이상의 개구들로부터 배출됨에 따라, 해당 재료의 묽은 사출물은 주변 환경에서 동시에 신장(stretched) 및 건조되거나 신장(stretched) 및 냉각된다. (신장(stretching)으로 인한)높은 변형율에서 해당 재료 및 환경 사이의 상호작용은 섬유 내에서 재료의 고형화를 야기할 수 있고, 이는 용매의 증발을 동반할 수 있다. 온도 및 변형율을 조정함으로써, 재료의 점도는 제어되어 생성되는 섬유의 크기 및 모폴로지(morphology)를 조정할 수 있다.
공정의 적절한 조정을 통해, 다양한 구성(configurations)의 섬유가 실질적으로 연속적으로, 방향에 있어 적어도 부분적으로 랜덤하게 부직포로 형성될 수 있다. 원형, 타원형, 직사각형(예컨대, 리본) 또는 다른 형상과 같은 다양한 섬유 형상이 제조될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 공정 파라미터를 제어함으로써, LCP 섬유는 미크론, 서브-미크론 및 나노 크기, 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 제조된 LCP 섬유는 상대적으로 좁은 섬유 직경 분포를 갖는지만, 직경 및 단면 구조에서 몇몇 다양함이 개별 섬유의 길이 및 LCP 섬유들 사이의 길이에 따라 발생할 수 있다.
강제 방사되는 LCP 조성물의 회전 속도 및 온도뿐 아니라, 섬유 제조 수단 내 개구들(또는 "배출구")의 단면 형상, 직경 크기 및 각도 모두가 섬유의 단면 형상 및 직경 크기를 제어하는 데 사용될 수 있다. 제조된 섬유들의 중간값 길이는 다양할 수 있다. 형성되고 수득될 때 섬유를 참조하면, 이들은 1cm부터 1 미터를 초과하는, 구체적으로 10cm 내지 50cm 이상의 중간값 길이를 가질 수 있다. 회로 또는 회로 재료의 차후 제조 동안, 섬유상 매트 내 섬유의 중간값 길이에 영향을 미칠 수 있는 회로 재료에서의 사용을 위해 섬유 매트는 기계적으로 세분화될 수 있다. 그러나 최종 제품 내 섬유의 중간값 길이는, 강제 방사를 통해 섬유상 매트로 형성되는 섬유의 중간값 길이를 반영할 수 있다.
섬유로 형성되는 LCP 조성물의 온도가 또한 섬유 특성에 영향을 미칠 수 있다. 몇몇 구현예들에 있어서, 저항성 히터 및 인덕턴스 히터(inductance heaters) 모두는 열 공급원으로 사용되어 섬유 제조 장치 내 LCP 조성물을 직접적으로나 간접적으로 가열할 수 있다. 어떤 구현예들에 있어서, 섬유 제조 장치는, 방사 전, 방사 동안, 또는 방사 전과 방사 동안 모두 섬유 제조 장치의 온도를 조절하는 데 사용될 수 있는 열 공급원과 열적으로 커플링된다. 섬유 제조 장치의 및/또는 방사될 LCP 조성물의 온도는 넓은 범위일 수 있고, 예를 들어 500℃만큼 높을 수 있다.
섬유 제조 장치가 방사되는 속도가 또한 섬유 특성에 영향을 미칠 수 있다. 섬유 제조 장치의 속도는 섬유 제조 장치가 방사되는 동안 고정될 수 있고, 또는 섬유 제조 장치가 방사되는 동안 조절될 수 있다. 속도가 조절될 수 있는 이 섬유 제조 장치들은, 어떤 구현예들에 있어서, 변속 섬유 제조 장치로 특징지어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법에 있어서, 섬유 제조 장치는 약 500 RPM 내지 약 25,000 RPM의 속도, 또는 이 범위 내에서 유도될 수 있는 모든(any) 범위의 속도에서 방사될 수 있다.
일 구현예에 있어서, LCP 섬유(예를 들어, 길이가 10 cm 이상)가 생산되고 수득되어 섬유상 매트를 형성한다. 몇몇 구현예들에 있어서, 연속적인 방법을 사용하여, 1 미터 초과, 구체적으로 1 내지 5 미터의 중간값 길이가, 회로 재료를 제조하는 데 사용하기 위한 섬유상 매트의 형성에 있어서, 강제 방사를 통해 얻을 수 있다. 특정 일 구현예에 있어서, LCP 섬유상 매트 내 섬유의 직경은 1nm 내지 10,000nm, 구체적으로 10nm 내지 1000nm의 범위에 있을 수 있고, 해당 섬유상 매트의 기공률은 10 내지 85 %, 구체적으로 20% 내지 80%일 수 있으며, 여기서 기공률은 해당 매트를 형성하는 섬유들 사이 작은 간극이나 갭에 의해 정의되는 섬유들 사이 공간을 특징짓는다. 전술한 바와 같은 "기공률"은 LCP 섬유상 매트의 평방미터당 그램에 기초하여 측정될 수 있고, 이는 결국 얼마나 많은 섬유가 평방미터당 존재하는지를 측정할 수 있다.
LCP 섬유를 형성하기 위한 조성물은 다양한 용도들로 알려진 폴리머 부류(class)인 액체 결정 폴리머(종종 "LCP"로 축약됨)를 포함한다. 액체 결정 폴리머는 종종 열가소성 수지로 구성지만, 이는 또한 관능화를 통해 열경화성 수지로 사용되거나 에폭시와 같은 열경화성 수지와 화합되어 사용될 수 있다. 액체 결정 폴리머는, 폴리머 사슬을 포함하는 반복 단위의 본성으로 인해, 예컨대 선형 등의 고정된 분자 형상를 갖는 것으로 생각된다. 반복 단위는 전형적으로 견고한 분자 요소를 포함한다. 견고한 분자 요소(메소겐(mesogens))은 흔히 봉상(rod-like) 또는 디스크상(disk-like)이고, 전형적으로 방향족이며, 흔히 헤테로고리형(heterocyclic)이다. 견고한 분자 요소는 폴리머의 주사슬(골격(backbone))이나 곁사슬에 존재할 수 있다. 견고한 분자 요소가 주사슬이나 곁사슬에 존재할 때, 이들은, 종종 스페이서(spacers)라 지칭되는 보다 유연한 분자 요소에 의해 나뉠 수 있다.
섬유를 형성하기 위해, 액체 결정 폴리머는 액체 결정 폴리머가 아닌 폴리머, 이하에서 비-액체 결정 폴리머로 지칭되는 폴리머, 예를 들어 폴리이미드와 블렌드될(blended) 수 있다. 이 블렌드들 종종 폴리머 합금으로 지칭되고, 열경화성 재료 및 열가소성 재료와의 블렌드를 포함한다. 적절한 비-액체 결정 폴리머 및 액체 결정 폴리머 성분이 일반적으로 30:70 내지 70:30의 중량비로, 구체적으로 30 중량% 이하의 비-액체 결정 폴리머, 보다 구체적으로 20 중량% 미만의 비-액체 결정 폴리머나 비-액체 결정 폴리머 없이, 혼합된다. 용어 액체 결정 폴리머는 이러한 액체 결정 폴리머 블렌드를 포함한다.
리오트로픽 액체 결정 고분자와 써모트로픽 액체 결정 고분자 모두(both lyotropic and thermotropic liquid crystalline polymers)가 유용할 수 있다. 적절한 리오트로픽 액체 결정 고분자는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(poly(p-phenylene terephthalamide), PPTA)의 농축된 황산 용액, 실크 피브로인 수용성 용액(silk fibroin aqueous solutions), 세리신 수용성 용액(sericin aqueous solutions)을 포함한다. 적절한 써모트로픽 액체 결정 고분자는 액체 결정 폴리에스테르, 액체 결정 폴리카보네이트, 액체 결정 폴리에테르에테르케톤, 액체 결정 폴리에테르케톤케톤(liquid crystalline polyetherketoneketones) 및 액체 결정 폴리에스테르 이미드를 포함하고, 이들의 구체적인 예시는 (완전한) 방향족 폴리에스테르, 폴리에스테르 아미드, 폴리아미드 이미드, 폴리에스테르 카보네이트 및 폴리아조메틴(polyazomethines)을 포함한다. 또한, 유용한 써모트로픽 액체 결정 폴리머는 이들의 일 폴리머 사슬의 부분으로서 등방성 용융 상을 형성할 수 있는 폴리머의 세그먼트, 및 폴리머 사슬의 나머지로서 이방성 용융 상을 형성할 수 있는 폴리머 세그먼트(segment)를 포함하는 폴리머를 포함하고, 또한 복수의 써모트로픽 액체 결정 폴리머 복합체를 포함한다.
써모트로픽 액체 결정 폴리머의 형성에 사용 가능한 모노머의 대표적 예시는 다음을 포함한다: (a)하나 이상의 방향족 디카르복실산 화합물, (b)하나 이상의 방향족 하이드록시 카르복실산 화합물, (c)하나 이상의 방향족 디올(diol) 화합물, (d) 하나 이상의 방향족 디티올(dithiol)(d1), 방향족 티오페놀(thiophenol)(d2) 및 방향족 티올 카르복실산(thiol carboxylic acid) 화합물(d3), 및 (e)하나 이상의 방향족 하이드록시아민(hydroxylamine) 화합물 및 방향족 디아민(diamine) 화합물. 해당 모노머는 종종 단독으로 사용될 수 있으나, 흔히 모노머 (a) 및 (c); (a) 및 (d); (a), (b) 및 (c); (a), (b) 및 (e); (a), (b), (c) 및 (e) 등의 조합으로 사용될 수 있다.
방향족 디카르복실산 화합물(a)의 예시는 테레프탈산(terephthalic acid), 4,4'-디페닐디카르복실산(4,4'-diphenyldicarboxylic acid), 4,4'-트리페닐디카르복실산(4,4'-triphenyldicarboxylic acid), 2,6-나프탈렌디카르복실산(2,6-naphthalenedicarboxylic acid), 1,4-나프탈렌디카르복실산(1,4-naphthalenedicarboxylic acid), 2,7-나프탈렌디카르복실산(2,7-naphthalenedicarboxylic acid), 디페닐 에테르-4,4'-디카르복실산(diphenyl ether-4,4'-dicarboxylic acid), 디페녹시에탄-4,4'-디카르복실산(diphenoxyethane-4,4'-dicarboxylic acid), 디페녹시부탄-4,4'-디카르복실산(diphenoxybutane-4,4'-dicarboxylic acid), 디페닐에탄-4,4'-디카르복실산(diphenylethane-4,4'-dicarboxylic acid), 이소프탈산(isophthalic acid), 디페닐 에테르-3,3'-디카르복실산(diphenyl ether-3,3'-dicarboxylic acid), 디페녹시에탄-3,3'-디카르복실산(diphenoxyethane-3,3'-dicarboxylic acid), 디페닐에탄-3,3'-디카르복실산(diphenylethane-3,3'-dicarboxylic acid) 및 1,6-나프탈렌디카르복실산(1,6-naphthalenedicarboxylic acid)과 같은 방향족 디카르복실산; 및 클로로테레프탈산(chloroterephthalic acid), 디클로로테레프탈산(dichloroterephthalic acid), 브르모테레프탈산(bromoterephthalic acid), 메틸테레프탈산(methylterephthalic acid), 디메틸테레프탈산(dimethylterephthalic acid), 에틸테레프탈산(ethylterephthalic acid), 메톡시테레프탈산(methoxyterephthalic acid) 및 에톡시테레프탈산(ethoxyterephthalic acid)과 같은, 상기 언급한 방향족 디카르복실산의 알킬-, 알콕시- 및 할로겐-치환 유도체들을 포함한다.
방향족 하이드록시 카르복실산 화합물(b)의 예시는 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), 3-하이드록시벤조산(3-hydroxybenzoic acid), 6-하이드록시-2-나프탈산(6-hydroxy-2-naphthoic acid) 및 6-하이드록시-1-나프탈산(6-hydroxy-1-naphthoic acid)과 같은 방향족 하이드록시 카르복실산; 및 3-메틸-4-하이드록시벤조산(3-methyl-4-hydroxybenzoic acid), 3,5-디메틸-4-하이드록시벤조산(3,5-dimethyl-4-hydroxybenzoic acid), 6-하이드록시-5-메틸-2-나프탈산(6-hydroxy-5-methyl-2-naphthoic acid), 6-하이드록시-5-메톡시-2-나프탈산(6-hydroxy-5-methoxy-2-naphthoic acid), 2-클로로-4-하이드록시벤조산(2-chloro-4-hydroxybenzoic acid), 3-클로로-4-하이드록시벤조산(3-chloro-4-hydroxybenzoic acid), 2,3-디클로로-4-하이드록시벤조산(2,3-dichloro-4-hydroxybenzoic acid), 3,5-디클로로-4-하이드록시벤조산(3,5-dichloro-4-hydroxybenzoic acid), 2,5-디클로로-4-하이드록시벤조산(2,5-dichloro-4-hydroxybenzoic acid), 3-브로모-4-하이드록시벤조산(3-bromo-4-hydroxybenzoic acid), 6-하이드록시-5-클로로-2-나프탈산(6-hydroxy-5-chloro-2-naphthoic acid), 6-하이드록시-7-클로로-2-나플탈산(6-hydroxy-7-chloro-2-naphthoic acid) 및 6-하이드록시-5,7-디클로로-2-나프탈산(6-hydroxy-5,7-dichloro-2-naphthoic acid)과 같은 상기 방향족 하이드록시 카르복실산의 알킬-, 알콕시- 및 할로겐-치환 유도체들을 포함한다.
방향족 디올 화합물(c)의 예시는 4,4'-디하이드록시디페닐(4,4'-dihydroxydiphenyl), 3,3'-디하이드록시디페닐(3,3'-dihydroxydiphenyl), 4,4'-디하이드록시트리페닐(4,4'-dihydroxytriphenyl), 하이드로퀴논(hydroquinone), 레조르시놀(resorcinol), 2,6-나프탈렌디올(2,6-naphthalenediol), 4,4'-디하이드록시디페닐 에테르(4,4'-dihydroxydiphenyl ether), 비스(4-하이드록시페녹시)에탄(bis(4-hydroxyphenoxy)ethane), 3,3'-디하이드록시디페닐 에테르(3,3'-dihydroxydiphenyl ether), 1,6-나프탈렌디올(1,6-naphthalenediol), 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판(2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane) 및 비스(4-하이드록시페닐)메탄(bis(4-hydroxyphenyl)methane)과 같은 방향족 디올; 및 클로로하이드로퀴논(chlorohydroquinone), 메틸하이드로퀴논(methylhydroquinone), t-부틸하이드로퀴논(t-butylhydroquinone), 페닐하이드로퀴논(phenylhydroquinone), 메톡시하이드로퀴논(methoxyhydroquinone), 페녹시하이드로퀴논(phenoxyhydroquinone), 4-클로로레조르시놀(4-chlororesorcinol) 및 4-메틸레조르시놀(4-methylresorcinol)과 같은 상기 방향족 디올의 알킬-, 알콕시- 및 할로겐-치환 유도체들을 포함한다.
방향족 디티올(d1)의 예시는 벤젠-1,4-디티올(benzene-1,4-dithiol), 벤젠-1,3-디티올(benzene-1,3-dithiol), 2,6-나프탈렌-디티올(2,6-naphthalene-dithiol) 및 2,7-나프탈렌-디티올(2,7-naphthalene-dithiol)을 포함한다. 방향족 티오페놀(d2)의 예시는 4-메르캅토페놀(4-mercaptophenol), 3-메르캅토페놀(3-mercaptophenol) 및 6-메르캅토-페놀(6-mercapto-phenol)을 포함한다. 방향족 티올 카르복실산(d3)의 예시는 4-메르캅토벤조산(4-mercaptobenzoic acid), 3-메르캅토벤조산(3-mercaptobenzoic acid), 6-메르캅토-2-나프탈산(6-mercapto-2-naphthoic acid) 및 7-메르캅토-2-나프탈산(7-mercapto-2-naphthoic acid)을 포함한다.
방향족 하이드록시아민 화합물 및 방향족 디아민 화합물(e)의 예시는 4-아미노페놀(4-aminophenol), N-메틸-4-아미노페놀(N-methyl-4-aminophenol), 1,4-페닐렌디아민(1,4-phenylenediamine), N-메틸-1,4-페닐렌디아민(N-methyl-1,4-phenylenediamine), N,N'-디메틸-1,4-페닐렌디아민(N,N'-dimethyl-1,4-phenylenediamine), 3-아미노페놀(3-aminophenol), 3-메틸-4-아미노페놀(3-methyl-4-aminophenol), 2-클로로-4-아미노페놀(2-chloro-4-aminophenol), 4-아미노-1-나프톨(4-amino-1-naphthol), 4-아미노-4'-하이드록시디페닐(4-amino-4'-hydroxydiphenyl), 4-아미노-4'-하이드록시디페닐 에테르(4-amino-4'-hydroxydiphenyl ether), 4-아미노-4'-하이드록시디페닐메탄(4-amino-4'-hydroxydiphenylmethane), 4-아미노-4'-하이드록시디페닐 설파이드(4-amino-4'-hydroxydiphenyl sulfide), 4,4'-디아미노디페닐 설파이드(4,4'-diaminodiphenyl sulfide)(티오디아닐린(thiodianiline)), 4,4'-디아미노디페닐 설폰(4,4'-diaminodiphenyl sulfone), 2,5-디아미노톨루엔(2,5-diaminotoluene), 4,4'-에틸렌디아닐린(4,4'-ethylenedianiline), 4,4'-디아미노디페녹시에탄(4,4'-diaminodiphenoxyethane), 4,4'-디아미노디페닐메탄(4,4'-diaminodiphenylmethane)(메틸렌디아닐린(methylenedianiline)) 및 4,4'-디아미노디페닐 에테르(4,4'-diaminodiphenyl ether)(옥시디아닐린(oxydianiline))를 포함한다.
써모트로픽 액체 결정 폴리머는 용융 산가수분해(melt acidolysis) 또는 슬러리 중합과 같은 다양한 에스테르화 방법 등을 통해 상기 언급한 바와 같은 모노머(들)로부터 제조된다. 알맞게 사용될 수 있는 써모트로픽 액체 결정 폴리에스테르의 분자량은 약 2,000 내지 약 200,000일 수 있고, 약 4,000 내지 약 100,000이 특별히 유용하다. 분자량 측정은, 예를 들어 적외선 분광법에 따라 써모트로필 액체 결정 폴리에스테르 압축 필름의 말단기 측정, 또는 GPC에 의한 것일 수 있다.
써모트로픽 액체 결정 폴리머는 단독으로 사용되거나 2개 이상의 이들 혼합물로 사용될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 회로 재료에서의 사용을 위한 섬유상 매트를 제조하는 데 사용되는 써모트로픽 액체 결정 폴리머는 290℃ 이상의 용융점을 갖는 방향족 폴리에스테르이다. 구체적인 써모트로픽 액체 결정 폴리머는 2-나프탈렌 카르복실산(2-naphthalene carboxylic acid), 4-(아세틸록시) 벤조산(4-(acetyloxy) benzoic acid)을 갖는 6-(아세틸록시)-폴리머(6-(acetyloxy)- polymer)이다. 사용될 수 있는 구체적인 시판 액체 결정 폴리머의 예시는 특히, Ticona(Florence, KY)로부터 구입할 수 있는 VECTRA®, Amoco Polymers로부터 구입할 수 있는 XYDAR®, DuPont(Wilmington, DE)로부터 구입할 수 있는 ZENITE®을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 부직포 섬유상 매트를 함침하기 위한 수지 조성물은 열경화성 수지나 열가소성 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 열경화성 수지 조성물은 경화 전에 바람직하게는 유동성(flowable)이고, 경화 후에 실질적으로 비-유동성(non-flowable)이다. 따라서, 적절한 열경화성 수지 조성물은, 제조 동안 섬유상 매트 내 섬유들 사이 공간들로 흐르는 데 효과적인 점도; 및 고체 유전체 기판 재료를 형성하는 데 충분한 경화성을 갖는 재료를 포함한다. 구체적인 유용한 폴리머는 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리부타디엔 코폴리머(polybutadiene copolymers), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리이소프렌 코폴리머(polyisoprene copolymers) 및 폴리부타디엔-폴리이소프로펜 코폴리머(polybutadiene-polyisoprene copolymers)와 같은 폴리엔(polyenes); 에폭시 수지; 상표명 DOLPHON, SYNTHITE, DOLFEX 및 HI-THERM 하에 John C. Dolph Co.(Monmouth Junction, New Jersey)로부터 구입할 수 있는 것들과 같은 폴리에스테르; 폴리이미드; Wacker로부터 구입할 수 있는 것들과 같은 실리콘; 비스말레이미드 트리아진(bismaleimide triazine, BT) 수지, 벤조옥사진(benzoxazines), 폴리스티렌, 폴리(알킬 메타크릴레이트)(poly(alkyl methacrylate)s), 폴리(알킬 아크릴레이트)(poly(alkyl acrylate)s), 폴리(아릴렌 에테르)(poly(arylene ether)s), 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketones) 등; 및 상기 폴리머들을 하나 이상 포함하는 조합을 포함한다.
열경화성 수지의 일 유형은 열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지이다. 본 명세서에서 사용된 용어 "열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지"는 부타디엔(butadiene), 이소프렌(isoprene) 또는 이들의 혼합물로부터 유도된 유닛을 포함하는, 호모폴리머(homopolymers) 및 코폴리머(copolymers)를 포함한다. 다른 공중합성 모노머로부터 유도된 유닛이 또한, 예를 들어 그래프트(grafts) 형태의 수지 내에 존재할 수 있다. 예시적인 공중합성 모노머는 비닐방향족 모노머, 예를 들어 스티렌(styrene), 3-메틸스티렌(3-methylstyrene), 3,5-디에틸스티렌(3,5-diethylstyrene), 4-n-프로필스티렌(4-n-propylstyrene), 알파-메틸스티렌(alpha-methylstyrene), 알파-메틸 비닐톨루엔(alpha-methyl vinyltoluene), 파라-하이드록시스티렌(para-hydroxystyrene), 파라-메톡시스티렌(para-methoxystyrene), 알파-클로로스티렌(alpha-chlorostyrene), 알파-브로모스티렌(alpha-bromostyrene), 디클로로스티렌(dichlorostyrene), 디브로모스티렌(dibromostyrene), 테트라-클로로스티렌(tetra-chlorostyrene) 등과 같은 치환 및 비치환 모노비닐방향족 모노머; 및 디비닐벤젠(divinylbenzene), 디비닐톨루엔(divinyltoluene) 등과 같은 치환 및 비치환 디비닐방향족 모노머를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 공중합성 모노머를 하나 이상 포함하는 조합이 또한 사용될 수 있다. 예시적인 열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지는 부타디엔 호모폴리머(butadiene homopolymers), 이소프렌 호모폴리머(isoprene homopolymers), 부타디엔-스티렌(butadiene-styrene)과 같은 부타디엔-비닐방향족 코폴리머(butadiene-vinylaromatic copolymers), 이소프렌-스티렌 코폴리머(isoprene-styrene copolymers)와 같은 이소프렌-비닐방향족 코폴리머(isoprene-vinylaromatic copolymers) 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지는 또한 변성될 수 있고, 예를 들어 해당 수지는 하이드록실-종결, 메타크릴레이트-종결, 카르복실레이트-종결 수지들(hydroxyl-terminated, methacrylate-terminated, carboxylate-terminated resins)일 수 있다. 후-반응 수지(post-reacted resins)는 에폭시-, 말레산 무수물- 또는 우레탄-변성 부타디엔 또는 이소프렌 수지들(epoxy-, maleic anhydride-, or urethane-modified butadiene or isoprene resins)과 같은 것이 사용될 수 있다. 또한, 해당 수지들은, 예를 들어 디비닐 벤젠(divinyl benzene)과 같은 디비닐방향족 화합물을 통해 가교결합될 수 있고, 이는 예컨대 디비닐 벤젠과 가교결합된 폴리부타디엔-스티렌일 수 있다. 적절한 수지들은 이들의 제조사, 예를 들어 Nippon Soda Co.(Tokyo, Japan) 및 Sartomer Company Inc.(Exton, PA)에 의해 "폴리부타디엔"으로 널리 분류된다. 수지들의 혼합물이 또한 사용될 수 있고, 예를 들어 폴리부타디엔 호모폴리머(polybutadiene homopolymer) 및 폴리(부타디엔-이소프렌) 코폴리머(poly(butadiene-isoprene) copolymer)의 혼합물이 사용될 수 있다. 신디오택틱 폴리부타디엔(syndiotactic polybutadiene)을 포함하는 조합이 또한 사용될 수 있다.
열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지는 상온에서 액체이거나 고체일 수 있다. 적절한 액체 수지는 약 5,000 초과의 수 평균 분자량을 가질 수 있지만, 일반적으로 약 5,000 미만(가장 바람직하게는 약 1,000 내지 약 3,000)의 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 유리하게는, 90 중량%(wt.%) 이상의 1, 2 첨가(addition)를 갖는 열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지는 가교결합할 수 있는 많은 수의 펜던트 비닐기(pendent vinyl groups)로 인해 경화 시 더 큰 가교결합 밀도(crosslink density)를 나타낼 수 있다. 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지는 총 수지 시스템에 대하여 해당 수지 시스템 내 약 60 wt.% 이하, 보다 구체적으로 약 10 내지 55 wt.%, 보다 구체적으로 약 15 내지 약 45 wt.%의 양으로 존재한다.
열경화성 폴리부타디엔 및/또는 폴리이소프렌 수지와 공-경화(co-cure)될 수 있는 다른 폴리머가 특정 특성 또는 공정 변경을 위해 추가될 수 있다. 예를 들어, 시간에 따른 전기 기판 재료의 유전 강도(dielectric strength) 및 기계적 특성의 안정성을 향상시키기 위해, 저분자량 에틸렌 프로필렌 엘라스토머(lower molecular weight ethylene propylene elastomer)가 수지 시스템에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 에틸렌 프로필렌 엘라스토머는 코폴리머, 터폴리머(terpolymer), 또는 에틸렌 및 프로필렌을 주로 포함하는 다른 폴리머, 예를 들어 EPM 코폴리머(즉, 에틸렌 및 프로필렌 모노머들의 코폴리머) 또는 EPDM 터폴리머(즉, 에틸렌, 프로필렌 및 디엔(dien) 모노머들의 터폴리머)이다. 디엔(dien)이 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadien)인 액체 에틸렌 프로필렌 디엔 터폴리머 고무(liquid ethylene propylene diene terpolymer rubbers)가 바람직하다. 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubbers)의 분자량은 10,000 미만의 점도 평균 분자량이다. 적절한 에틸렌 프로필렌 고무는 상표명 Trilene® CP80 하에 Uniroyal Chemical Co.(Middlebury, CT)로부터 구입할 수 있는, 약 7,200의 점도 평균 분자량(MV)을 갖는 에틸렌 프로필렌 고무; 상표명 Trilene® 65 하에 Uniroyal Chemical Co.로부터 구입할 수 있는, 약 7,000의 분자량을 갖는 액체 에틸렌 프로필렌 디사이클로펜타디엔 터폴리머 고무(liquid ethylene propylene dicyclopentadiene terpolymer rubbers); 및 상표명 Trilene® 67 하에 Uniroyal Chemical Co.로부터 구입할 수 있는, 약 7,500의 분자량을 갖는, 액체 에틸렌 프로필렌 에틸리덴 노보넨 터폴리머(liquid ethylene propylene ethylidene norbornene terpolymer)를 포함한다. 에틸렌 프로필렌 고무는 시간에 따른 기판 재료 특성, 특히 유전 강도 및 기계적 특성의 안정성을 유지시키는 데 효과적인 양으로 존재할 수 있다. 구체적인 양은, 예를 들어 수지 시스템의 총 중량에 대하여 약 20wt.% 이하, 보다 구체적으로 약 4 내지 약 20 wt.%, 보다 구체적으로 약 6 내지 약 12 wt.%이다.
다른 유형의 코-경화성(co-curable) 폴리머는 불포화 폴리부타디엔-함유 엘라스토머 또는 불포화 폴리이소프렌-함유 엘라스토머이다. 이 성분은 주로 에틸렌성 불포화 모노머(ethylenically unsaturated monomer)를 갖는 1,3-첨가 부타디엔 또는 이소프렌(1,3-addition butadiene or isoprene)의 랜덤 코폴리머나 블록 코폴리머(random or block copolymer), 예를 들어 스티렌 또는 알파-메틸 스티렌(alpha-methyl styrene)과 같은 비닐방향족 화합물; 메틸 메타크릴레이트와 같은, 아크릴레이트나 메타크릴레이트; 또는 아크릴로니트릴일 수 있다. 구체적으로, 엘라스토머는, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 블록; 및 스티렌 또는 알파-메틸 스티렌과 같은 모노비닐방향족 모노머(monovinylaromatic monomer)로부터 유도된 열가소성 블록을 갖는, 선형 또는 그래프트 유형 블록 코폴리머를 포함하는 고체 열가소성 엘라스토머일 수 있다. 이 유형의 적절한 블록 코폴리머는 스티렌-부타디엔-스티렌 트리블록 코폴리머(styrene-butadiene-styrene triblock copolymers), 예를 들어 상표명 Vector® 8508M 하에 Dexco Polymers(Houston, TX)로부터 구입할 수 있는 것들, 상표명 Sol-T-6302® 하에 Enichem Elastomers America(Houston, TX)로부터 구입할 수 있는 것들, 및 상표명 Finaprene® 401 하에 Fina Oil and Chemical Company(Dallas, TX)로부터 구입할 수 있는 것들; 스티렌-부타디엔 디블록 코폴리머(styrene-butadiene diblock copolymers); 및 스티렌 및 부타디엔을 함유하는, 트리블록 및 디블록 혼합 코폴리머(mixed triblock and diblock copolymers), 예를 들어 상표명 Kraton® D1118X 하에 Shell Chemical Corporation(Houston, TX)로부터 구입할 수 있는 것들을 포함한다. Kraton® D1118X는 스티렌을 30 wol.%로 함유하는 혼합 디블록/트리블록 스티렌 및 부타디엔 함유 코폴리머(mixed diblock / triblock styrene and butadiene containing copolymer)이다. 선택적 폴리부타디엔-함유 엘라스토머 또는 선택적 폴리이소프렌-함유 엘라스토머는, 폴리부타디엔 블록이나 폴리이소프렌 블록이 수소화됨으로써 (폴리부타디엔의 경우)폴리에틸렌 블록 또는 (폴리이소프렌의 경우)에틸렌-프로필렌 코폴리머 블록이 형성되는 것을 제외하고는 전술한 바와 유사한 제2 블록 코폴리머를 더 포함할 수 있다. 전술한 코폴리머와의 콘쥬게이션(conjunction)에 사용될 때, 더 큰 인성(toughness)을 갖는 재료가 생산될 수 있다. 이 유형의 예시적인 제2 블록 코폴리머는 Kraton® GX1855(Shell Chemical Corp.로부터 구입할 수 있음)이고, 이는 스티렌-고 1,2-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머(styrene-high 1,2-butadiene-styrene block copolymer) 및 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌 블록 코폴리머(styrene-(ethylene-propylene)-styrene block copolymer)의 혼합물인 것으로 생각된다. 전형적으로, 불포화 폴리부타디엔-함유 엘라스토머 성분 또는 불포화 폴리이소프렌-함유 엘라스토머 성분은 총 수지 시스템에 대하여 약 10 내지 약 60 wt.%, 보다 구체적으로 약 20 내지 약 50 wt.%, 또는 보다 구체적으로 약 25 내지 약 40 wt.%의 양으로 존재한다.
특정 특성 또는 공정 변경을 위해 첨가될 수 있는 다른 공-경화성 폴리머는, 폴리에틸렌 및 산화에틸렌 코폴리머와 같은 에틸렌; 천연 고무; 폴리디사이클로펜타디엔(polydicyclopentadiene)과 같은 노보렌 폴리머(norbornene polymers); 수소화 스티렌-이소프렌-스티렌 코폴리머(hydrogenated styrene-isoprene-styrene copolymers) 및 부타디엔-아크릴로니트릴 코폴리머(butadiene-acrylonitrile copolymers); 불포화 폴리에스테르 등의, 호모폴리머 또는 코폴리머를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 이 코폴리머들의 수준은 일반적으로 총 수지 시스템의 50 wol.% 미만이다.
또한, 자유 라디칼 경화성-모노머(free radical-curable monomers)가 특정 특성 또는 공정 변경을 위해, 예를 들어 경화 후 해당 수지 시스템의 가교결합 밀도를 증가시키기 위해 추가될 수 있다. 적절한 가교결합제일 수 있는 예시적인 모노머는, 예를 들어 디비닐 벤젠, 트리아릴 시아누레이트(triallyl cyanurate), 디아릴 프탈레이트(diallyl phthalate) 및 다관능성 아크릴레이트 모노머(예컨대, Arco Specialty Chemicals Co.(Newtown Square, PA)로부터 구입할 수 있는 Sartomer® 수지) 또는 이들의 조합과 같은, 디-, 트리- 또는 고차 에틸렌성 불포화 모노머(di, tri-, or higher ethylenically unsaturated monomers)를 포함하고, 이들 모두는 구입이 가능하다. 가교결합제는 사용될 때 해당 수지의 총 중량을 기준으로 약 20 wol.% 이하의 양으로 수지 시스템에 존재할 수 있다.
경화제가 수지 시스템에 첨가되어 올레핀 반응 사이트를 갖는 폴리렌, 예를 들어 디쿠밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), t-부틸 퍼벤조에이트(t-butyl perbenzoate), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane), α,α-디-비스(t-부틸 퍼옥시)디이소프로필벤젠(α,α-di-bis(t-butyl peroxy)diisopropylbenzene) 및 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시) 헥신-3(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy) hexyne-3)과 같은, 유기 퍼옥사이드(organic peroxide)의 경화 반응을 가속화할 수 있고, 이들 모두는 구입이 가능하다. 이들은 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다. 경화제의 전형적인 양은 총 수지 조성물의 약 1.5 wt.% 내지 10 wt.%이다.
다른 유용한 열경화성 수지는 저분자량 에폭시 수지이다. 적절한 에폭시 수지는 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)로 측정할 때 약 2,000 내지 약 100,000, 구체적으로 약 3,000 내지 약 50,000의 중량 평균 분자량(Mw); 약 170 내지 약 2,000의 에폭시 당량(즉, 에폭시 하나당 수 평균 분자량); 및 약 140℃ 미만의 용융점을 가질 수 있다. 에폭시 수지의 조합이 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 부직포 섬유상 매트로 함침된, 유전체 기판을 위한 수지 조성물은 미립자 충진제를 더 포함할 수 있다. 유용한 미립자 충진제는 이산화티타늄(루타일 및 아나타제), 티타늄산바륨, 티타늄산스트론튬, 용융 비정질 실리카(fused amorphous silica) 및 흄드 실리카 (fumed silica)를 포함하는 실리카(입자 및 중공구(particles and hollow spheres)), 커런덤(corundum), 규회석, 유리섬유, Ba2Ti9O20, 유리구(glass spheres), 석영, 질화붕소, 질화알루미늄, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 베릴리아(beryllia), 알루미나 및 마그네시아(magnesia)와 같은, 미네랄 충진제를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 미네랄 충진제는 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다. 구체적인 미네랄 충진제는 고 유전 상수를 갖는 루타일 이산화티타늄 및 저 유전 상수를 갖는 비정질 실리카이며, 이에 따라 조성물 내 상기 2개의 충진제의 각 양을 조절함으로써 최종 제품에서 낮은 소산 계수와 함께 광범위한 유전 상수가 달성될 수 있도록 한다. 또한, 유기 미립자 충진제는, 예를 들어 아라미드(aramids)를 포함하는 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 및 퍼플루오로비닐 아세테이트(perfluorovinyl acetate)를 포함하는 플루오로폴리머(fluoropolymers); 폴리에테르; 폴리설파이드(polysulfides); 폴리올레핀(polyolefins); 및 상기 유형의 유기 폴리머를 하나 이상 포함하는 조합이 사용될 수 있다.
충진제 입자 크기의 범위는 원하는 유전 상수, 다른 충진제의 존재 등의 고려 사항에 따라 사용될 수 있다. 적절한 평균 입자 크기(입자 최장 치수(particles longest dimension)를 사용하여 측정함)는 약 0.001 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터일 수 있다. 입자 크기의 조합, 예를 들어 약 1 내지 약 5 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 입자와 함께 약 0.001 내지 약 0.01 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 입자가 사용될 수 있다. 약 0.5 내지 약 10 마이크로미터의 조립자 크기가 사용될 수 있고, 또한 약 0.01 내지 약 0.1 마이크로미터의 미세 입자 크기가 사용될 수 있다.
충진제 및 수지 조성물 사이의 접착력을 향상시키기 위해, 커플링제(coupling agents)가 사용될 수 있다. 유용한 커플링제는 충진제 표면 및 수지 조성물 모두에 부착될 수 있는 것들을 포함한다. 예를 들어, 구입 가능한 커플링제는 상표명 Silquest® A-1106, Silquest® A-1170 또는 Silquest® A-174 하에 OSI Specialties(Sisterville, WV)로부터 구입할 수 있는 감마-아미노프로필실세스퀴옥산(gamma-aminopropylsilsesquioxane)이다.
상기 커플링제는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 실제로, 수지 조성물 및 충진제의 혼합물이 커플링제로 처리될 수 있지만, 커플링제는 수지 조성물과의 조합 전에 충진제에 적용될 수 있다. 사용될 때, 충진제는 미립자 충진체 중량의 약 0.001 내지 약 10 중량%, 구체적으로 약 0.01 내지 약 1.0 중량%의 양이 되도록 충진제에 적용될 수 있다.
섬유상 매트, 수지 조성물(수지, 및 존재한다면, 가교결합제, 경화제, 난연제 등과 같은 선택적 첨가제) 및 미립자 충진체(존재한다면)의 각 양은 유전체 기판의 원하는 특성에 따라 다양할 수 있다. 일반적으로, 유전체 기판은 해당 기판의 총 중량을 기준으로, 섬유상 매트, 예를 들어 실리카 섬유상 매트 또는 LCP 섬유상 매트 약 10 내지 약 60 wt.%, 구체적으로 약 15 내지 약 45 wt.%, 및 보다 구체적으로 약 10 내지 약 40 wt.%; 수지 조성물 약 20 내지 약 90 wt.%, 구체적으로 약 25 내지 약 70 wt.%, 및 보다 구체적으로 약 30 내지 약 60 wt.%; 및 미립자 충진제 약 0 내지 약 70 wt.%, 구체적으로 약 1 내지 약 60 wt.%, 보다 구체적으로 약 5 내지 약 50 wt.%, 및 보다 구체적으로 약 10 내지 약 45 wt.%를 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 수지 조성물은 본 명세서에 기재된 바와 같은 섬유상 매트로 함침되어 프리프레그를 만들 수 있고, 프리프레그는 St. Lawrence 등에 의한 미국 등록 특허 제6,071,836호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다. 특히, 선택적으로 웹(web) 형상인 섬유상 매트는 수지 조성물 및 용매를 함유하는 포화 탱크를 통과한 후 한 쌍의 미터링 롤(metering rolls)을 통과할 수 있다. 이어서, 섬유상 매트 또는 웹은 직물 강화제(fabric reinforcement)로부터 용매가 증발할 때까지 미리 선택된 시간 주기 동안 건조 타워(drying tower)를 이동하고, 이에 따라 저장될 수 있는 프리프레그가 형성된다. 이후에, 하나 이상의 프리프레그 층의 스택(stack)이 1개 또는 2개의 전도성 포일(foil) 시트들 사이에 라미네이트될 수 있다. 이어서, 이 스택-업(stack-up)은 라미네이션 또는 라미네이션의 조합을 통해 치밀화(densified) 및 경화될 수 있고, 오븐에서 베이킹(baking)될 수 있다.
회로 라미네이트는 배치식(batch wise) 또는 반-연속(semi-continuous) 공정을 사용하여 형성될 수 있고, 함침된 섬유상 매트의 하나 이상의 층, 및 회로 또는 다층 회로를 형성하는 데 사용되는 바람직한 추가 층들이 바람직한 순서로 배열되어 스택을 형성한다. 이어서, 진공 배기되어(evacuated) 진공을 형성할 수 있거나 할 수 없는 프레스(press)에 해당 스택이 놓인다. 온도는, 예를 들어 약 2 내지 약 10 ℃/분의 속도로 증가될 수 있다. 온도가 원하는 라미네이션 온도에 이르면, 압력이 약 2 내지 약 3 메가파스칼(Mpa)로 증가될 수 있다. 원하는 온도는 유전 복합체(dielectric composite)의 조성에 의존하지만, 일 구현예에 있어서, 온도는 약 200℃ 내지 약 350℃이다. 해당 스택은 원하는 온도 및 압력에서 층들의 접착력에 충분한 시간, 예를 들어 약 5 내지 약 45 분 동안 유지될 수 있다. 이어서, 그 결과로 제조된 물품은 원하는 압력이 유지되는 동안 냉각될 수 있다. 해당 물품은 온도가 약 100℃ 이하일 때 프레스에서 제거될 수 있고, 사용될 때까지 저장될 수 있다.
다른 일 구현예에 있어서, 수지 조성물은 다음과 같은 무용매(solventless) 공정 중 섬유상 매트로 함침될 수 있다. 선택적 성분, 예컨대 커플링제, 가교결합제, 가소제, 경화제 등을 포함하는, 전술한 바와 같은 수지 조성물은 완전히 혼합되어 용매 없이 종래의 혼합 장비에서 균질 블렌드(intimate blend)를 형성한다. 몇몇 경우에 있어서는 수지 조성물에 미립자 충진제가 포함되는 것이 가능할 수 있지만, 충진제는 보다 전형적으로 하기 기재된 바와 같이 적용된다. 혼합 온도는 해당 성분들의 실질적 분해, 또는 조기 가교 결합이나 다른 조기 반응을 피하도록 조절된다. 열가소성 수지가 사용될 때, 용융물 내에서 혼합이 발생할 수 있다. 혼합은 수지 조성물을 형성하도록 해당 성분들이 전반적으로 균일하게 분산될 때까지 계속되어 무용매 수지 조성물이 형성될 수 있다.
따라서, 무용매 수지 조성물은 얇은 섬유상 매트의 진공 압력 함침에 사용될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 섬유상 매트는 다루기 쉽도록 캐리어 상에 배치된다. 또한, 캐리어는 상대적으로 손상되기 쉬운 섬유상 매트에 강화제를 제공할 수 있고, 이에 따라 가공 동안 매트의 늘어남(stretching) 및/또는 찢어짐(tearing)을 완화시킬 수 있다. 일반적으로, 캐리어는 함침된 매트에 낮은 접착력을 갖는 재료로 제조된다. 적절한 캐리어는 고체, 또는 섬유상 매트의 함침을 향상시키는 데 효과적인 정도로 다공성일 수 있다. 기공률은 캐리어로부터 함침된 매트를 제거하는 데 심각한 악영향을 미치도록 너무 커서는 안 된다. 가공 동안, 섬유상 매트는 편리한 형상, 즉 시트, 적층된 시트(stacked sheets), 또는 예를 들어 스풀(spool)에 감긴 형상일 수 있다. 구체적인 일 구현예에 있어서, 연속적 길이의 섬유상 매트 및 캐리어는 스풀 상으로 공-권취되어(co-wound) 롤(roll)을 형성한다.
미립자 충진제를 수지 조성물과 결합시키는 것 이외에, 또는 그 대신에, 미립자 충진제는 함침에 앞서 미립자 충진제와 섬유상 매트를 결합시킴으로써 유전체 기판에 포함될 수 있다. 예를 들어, 미립자 충진제는 섬유상 매트 상으로 "뿌려질(dusted)" 수 있다. 이어서, 뿌려진 미립자 충진제는 수지 조성물의 흐름으로 인해 섬유상 매트의 섬유 사이 공간으로 전달될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 섬유상 매트는 분진 공정(dusting process)을 통해 미립자 충진제와 접촉하고, 분진 처리된 섬유상 매트(dusted fibrous mat)(및 사용된다면 캐리어)는 스풀에 권취되어 롤(roll)을 형성하며, 해당 롤은 진공 하에서 수지 조성물과 접촉한다.
일 구현예에 있어서, 수지 조성물은 초기에 진공 하에서 섬유상 매트와 접촉한다. 예를 들어, 섬유상 매트는 진공 챔버에 배치될 수 있고, 해당 챔버는 원하는 압력으로 진공 배기되며(evacuated), 수지 조성물은 진공 하에서 해당 챔버에 도입될 수 있다. 매트와 접촉함에 따라, 수지 조성물은 섬유상 매트의 섬유 사이 공간으로 흐를 수 있다. 대안적으로는, 매트를 함침하는 데 효과적인 진공을 설정하기(establishing)에 앞서, 매트 및 수지 조성물이 접촉할 수 있다. 효과적인 진공은 해당 수지의 유동성, 함침에 바람직한 시작 등의 고려 사항에 기초하여 당해 분야의 통상의 기술자에 의해 측정될 수 있다. 적절한 효과적인 진공 압력은 약 0.01 Torr (0.001 KPa) 내지 약 700 Torr (93.3 KPa), 보다 통상적으로 약 1 Torr (0.133 KPa) 내지 약 300 Torr (40 KPa), 보다 구체적으로 약 1 Torr (0.133 KPa) 내지 약 100 Torr (13.3 KPa)일 수 있다. 함침은 원하는 정도의 함침을 얻는 데 효과적인 시간의 길이 동안 계속될 수 있다. 일반적으로, 효과적인 시간은 약 1분 내지 약 60분, 보다 구체적으로 약 10분 내지 약 30분일 수 있다.
수지 조성물은 모든(any) 온도, 구체적으로 수지 조성물의 합침을 향상시키는 데 효과적인 주위 온도 또는 상승 온도에서 섬유상 매트와 접촉할 수 있다. 보다 구체적으로, 해당 온도는 수지의 경화 온도 및 분해 온도 미만이다. 열결화성 수지의 과도한 경화는 접촉 공정 동안 수지 조성물의 흐름 특성에 악영향을 미칠 수 있다. 적절한 온도는 수지의 조성, 경화제, 촉매 등과 같은 다른 성분의 양 및 유형, 사용된 진공, 접촉 공정 기간 등의 고려 사항에 따라 당해 분야의 통상의 기술자에 의해 측정될 수 있다. 예시적인 온도는 약 30℃ 내지 약 120℃이다. 수지 및 섬유상 매트의 온도는 접촉에 앞서, 접촉하는 동안, 또는 둘 다의 경우에서 조절될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 매트의 온도는 접촉 전 수지의 온도보다 높게, 예를 들어 약 5℃ 내지 약 30℃ 초과로 조절된다.
진공 하에서 수지 조성물과 섬유상 매트를 접촉시킨 후, 섬유상 매트에 압력이 가해질 수 있다. 이러한 가압은 섬유 조성물의 섬유상 매트의 섬유 사이 공간들로의 추가적 흐름을 포함한다. 사용될 수 있는 적절한 압력은 대기압 및 대기압을 초과하는 압력을 포함할 수 있으며, 이는 수지 조성물, 이전 단계에서 사용된 진공의 전도, 함침을 완료하는 데 사용되는 시간 등의 고려 사항에 기준하여 당해 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 측정될 수 있다. 예를 들어, 약 760 Torr (103 KPa) 초과, 보다 구체적으로 약 1,520 Torr (203 KPa) 초과, 보다 구체적으로 2,280 Torr (304 KPa) 초과의 압력이 수지 조성물의 완전한 함침에 효과적으로 사용될 수 있다. 사용될 얍력에는 특별한 상한이 나타나지 않으며, 그보다 비용 및 가능한 장비에 의해 영향을 받는다. 따라서, 76,000 Torr (1,013 KPa)만큼 높은 압력이 사용될 수 있으나, 7,600 Torr (1,013 KPa)의 상한이 일반적으로 보다 실용적이다.
열경화성 수지 조성물이 사용될 때, 함침된 섬유상 매트는 부분적 또는 완전히 경화될 수 있다. 이러한 경화는 함침을 완료하도록 압력이 적용된 후에 어느 시점에서든 발생할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 함침된 섬유상 매트는 섬유상 매트를 수지 조성물로 도입한 수에 추가 가공에 앞서 부분적으로 경화되는, 즉"B-단계(B-staged)"에 있다. 다른 일 구현예에 있어서, 함침된 섬유상 매트는 함침 후에 추가 가공에 앞서 완전히 경화된다. 경화는 해당 수지 및 개시제 유형에 따라 방사선, 예컨대 UV 방사선, 열 또는 이들을 하나 이상 포함하는 조합에 노출됨으로써 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 롤(roll) 형태의 함침된 섬유상 매트는 진공 챔버로부터 제거된 후, 오븐, 또는 부분적 또는 완전한 경화에 영향을 미치는 다른 가열 환경에서 열적으로 처리된다. 많은 열경화성 수지에 효과적인 경화 온도는 약 200℃ 내지 약 350℃, 구체적으로 약 220℃ 내지 약 320℃, 보다 구체적으로 약 250℃ 내지 약 280℃일 수 있다.
경화되지 않은, B-단계의(B-staged), 또는 완전히 경화된, 함침된 섬유상 매트는 회로 재료의 제조에 알려진 다양한 가공 단계에 영향을 받을 수 있다. 다른 층들이, 예를 들어 롤-투-롤 라미네이션(roll-to-roll lamination)과 같은 라미네이션, 공압출(coextrusion), 캘린더링(calendaring,) 등을 사용하여 함침된 매트에 추가될 수 있다. 라미네이션 또는 롤링(rolling)이 사용될 때, 레이어링(layering)은 수지의 용융점보다 낮은(예컨대, 용융점보다 약 10℃ 낮은) 온도에서 바람직하다. 경화 및/또는 어닐링(annealing)은 레이어링 전이나 후에 수행될 수 있다.
회로 재료에 사용된 복합체는 해당 필름 내에 함유된 모든 스트레스(any stress)를 제거하기 위해 어닐링될(annealed) 수 있다. 어닐링이 사용될 수 있는 반면, 전술한 바와 같이 형성된 재료들은 유전체 기판의 적어도 코어층에서 어닐링 없이 저-스트레스(low-stress) 내지 필수적으로 무-스트레스(stress-free)인 것으로 생각된다. 유리하게는, 이는 회로 재료가 열, 추위, 시간, 기계적 뒤틀림, 국소적인 기계적 스트레스, 및 전기적 스트레스의 스트레스들에 노출된 후 잘 박리되지 않게 한다. 예를 들어, 액체 결정 섬유상 매트의 길이는 인장 하에 2-밀(mil)(51 마이크로미터) 두께로 스카이빙된(skived) 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 필름과 공-권취(co-wound)되어, 함침 후, 각 롤(roll)의 엣지(edges)에 PTFE 층의 1/32-인치(0.79 mm) 오버행(overhang)에서 들러붙음을 방지할 수 있다. 공-권취된 롤(co-wound roll)은 전술한 바와 같이 함침될 수 있고, 여기서 해당 수지 및 롤의 온도는 20-시간 압력 상(pressure phase) 동안 73.6℉ (23℃)로 떨어졌다. 이후, 해당 롤(roll)은 107℃에서 60분 동안에 이어서 121℃에서 105분 동안 B-단계에 있을 수 있다. 해당 롤의 수지 함량은, 예를 들어 40 내지 65 wt.%일 수 있다.
함침된 섬유상 매트는 회로 라미네이트 내 유전체 기판으로 유용하다. 회로 라미네이트의 형성에 유용한 전도층은 스테인리스 강, 구리, 알루미늄, 아연, 철, 전이 금속, 및 특히 유용한 구리와 함께 상기한 것을 하나 이상 포함하는 합금을 포함한다. 전도층의 두께에 관해 특별히 제한은 없고, 전도층의 형상, 크기 또는 표면의 질감(texture)에 관해서도 제한이 없다. 전도층은 약 3 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터, 구체적으로 약 5 마이크로미터 내지 약 180 마이크로미터, 및 보다 구체적으로 5 마이크로미터 내지 약 35 마이크로미터의 두께를 갖는다. 2개 이상의 전도층이 존재하는 곳에서, 2개 층의 두께는 동일하거나 상이할 수 있다.
회로 라미네이트는 배치식 또는 반-연속적 공정을 사용하여 형성될 수 있고, 함침된 섬유상 매트의 하나 이상의 층, 및 회로 또는 다층 회로를 형성하는 데 사용되는 바람직한 추가 층들이 바람직한 순서로 배열되어 스택을 형성한다. 이어서, 진공 배기되어(evacuated) 진공을 형성할 수 있거나 할 수 없는 프레스(press)에 해당 스택이 놓인다. 온도는, 예를 들어 약 2 내지 약 10 ℃/분의 속도로 증가될 수 있다. 온도가 원하는 라미네이션 온도에 이르면, 압력이 약 2 내지 약 3 메가파스칼(Mpa)로 증가될 수 있다. 원하는 온도는 유전 복합체(dielectric composite)의 조성에 의존하지만, 온도는 약 200℃ 내지 약 350℃이다. 해당 스택은 원하는 온도 및 압력에서 층들의 접착력에 충분한 시간, 예를 들어 약 5 내지 약 45 분 동안 유지될 수 있다. 이어서, 그 결과로 제조된 물품은 원하는 압력이 유지되는 동안 냉각될 수 있다. 해당 물품은 온도가 약 100℃ 이하일 때 프레스에서 제거될 수 있고, 사용될 때까지 저장될 수 있다.
본 명세서에 기재된 유전층 복합체를 사용하여 제조된, 회로 재료, 회로 및 다층 회로는 우수한 특성들, 예를 들어 우수한 치수 안정성과 향상된 신뢰도, 예컨대 도금된 관통-홀 신뢰도, 및 특히 고온에서 우수한 구리 박리 강도를 갖는다. 특히, 유전체 기판은 1 내지 10 GHz의 주파수에서 측정할 때, 약 3.45 미만의 Dk 및 약 0.004 미만의 Df를 가질 수 있다. 이들은 우수한 치수 안정성 및 구조적 강성(rigidity)을 더 가질 수 있다. 수분 흡수는 50%의 상대 습도, 구체적으로 90%의 상대 습도에서 0.05% 미만일 수 있다. 세로 방향(machine direction)으로 CTF는 약 0.5ppm 초과, 보다 구체적으로 약 1ppm 초과, 가장 구체적으로 약 5ppm 초과일 수 있고, 반면 폭 방향(cross machine direction)으로 CFT는 약 70ppm 미만, 보다 구체적으로 약 60ppm 미만, 가장 구체적으로 약 50ppm 미만일 수 있다.
단수 형태 "a" "an" 및 "the"는 문맥이 달리 분명히 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다. 동일한 특성 또는 성분에 관한 모든 범위들의 종점(endpoints)은 독립적으로 조합가능하고, 인용된 종점을 포함한다. 본 명세서 및 전반에 걸쳐 사용된 "접촉된" 및 이의 변형은 각 재료들, 기판들, 층들, 필름들 등의 사이에서 완전한 또는 부분적인 물리적 접촉을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 "제1" "제2" 등은 순서, 양 또는 중요성을 나타내는 것이 아니며, 그보다 하나의 요소를 다른 것과 구별하는 데 사용된다.

Claims (23)

  1. 유전체 기판으로서, 상기 유전체 기판은 수지 조성물로 함침된 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖는 섬유상 부직포 매트 재료(a fibrous non-woven mat material)를 포함하고,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는 직경으로 10 nm 내지 10μm인 섬유를 포함하며, 하나 이상의 개구(openings)을 통해 무기 재료 또는 유기 재료를 압출하고, 압출된 섬유를 섬유상 부직포 매트 재료의 형태로 수득하는 공정을 통해 제조된 것인, 유전체 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유는 액체 결정 폴리머(liquid crystalline polymer)를 포함하고,
    상기 섬유는 하나 이상의 개구가 축을 중심으로 회전됨에 따라 액체 결정 폴리머들을 포함하는 조성물을 해당 개구를 통해 강제 방사(force spinning)하는 공정을 통해 제조된 것인, 유전체 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는, 100 나노미터 내지 10 마이크로미터의 직경을 가지며 실리카 전구체 졸-겔(sol-gel) 조성물을 전기 방사(electrospinning)하는 공정을 통해 제조된 실리카 섬유를 포함하는, 유전체 기판.
  4. 제2항에 있어서,
    액체 결정 폴리머를 상기 섬유상 부직포 매트 재료를 제조하기 위한 섬유로 변환하는 데 원심력이 적용되고,
    해당 액체 결정 폴리머는 회전축에 비스듬히 하나 이상의 개구를 통해 압출되는, 유전체 기판.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는, 액체 결정 폴리머를 포함하는 조성물이 약 500 RPM 내지 약 25,000 RPM의 속도로 회전 축을 중심으로 회전되는 하나 이상의 개구들을 통해 강제되는 강제 방사 공정을 통해 제조된 것이고,
    강제 방사 공정을 통해 제조된 섬유는 회전축에 실질적으로 수직한, 해당 섬유를 수득하기 위한 기판 상에 놓이는 것인, 유전체 기판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료 표면 상에 있는 섬유의 방향은 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 10도 이상의 표준 편차를 나타내는, 유전체 기판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료 표면 상에 있는 섬유의 방향은 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 랜덤한 배향(random orientation)을 나타내는, 유전체 기판.
  8. 제2항에 있어서,
    섬유는 하나 이상의 개구들을 통한 강제 방사를 위해, 액체 결정 폴리머를 용융하는 것, 또는 액체 결정 폴리머를 용매와 혼합하여 혼합물을 제조하는 것 포함하는 공정을 통해 제조된 것인, 유전체 기판.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는 강제 방사 동안에 연속적으로 형성된 섬유를 포함하고,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료의 형성 중 1cm부터 1 미터를 초과하는 길이를 갖는 섬유가 수득되는, 유전체 기판.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는 20% 내지 80%의 섬유 간(inter-fiber) 기공률를 갖는, 유전체 기판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리에스테르(polyester), 폴리이미드(polyimide), 실리콘(silicone), 비스말레이미드 트리아진(bismaleimide triazine), 벤조옥사진(benzoxazine), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리(메타크릴레이트)(poly(methacrylate)), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리(아릴렌 에테르)(poly(arylene ether)), 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketone), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유전체 기판.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는, 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 실질적으로 랜덤한 배열의 섬유를 제조하기 위해 실리카 섬유를 연속적으로 전기 방사함으로써 제조된 실리카 섬유를 포함하는, 유전체 기판.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는 섬유 교차 부분(fiber intersections)에서 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 상대적 두께를 감소시키기 위해 캘린더링 된(calendared), 유전체 기판.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는 10cm 이상의 길이로 파단 없이 연속적으로 형성된 섬유를 포함하는, 유전체 기판.
  15. 유전체 기판으로서, 상기 유전체 기판은 수지 조성물로 함침된 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖는 섬유상 부직포 매트 재료(a fibrous non-woven mat material)를 포함하고,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는, 100 나노미터 내지 10 마이크로미터 직경을 갖고 실리카 전구체 졸-겔 조성물을 전기 방사함으로써 제조된 실리카 섬유를 포함하며,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료 내 실리카 섬유는 하기 (i) 및 (ii)를 통해 특징지어지는 것인, 유전체 기판:
    (i) 전기 방사 동안 실질적으로 연속적으로 형성된 섬유들의 결과인 길이
    (ii) 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 실질적으로 랜덤한(random) 표면 방향.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 실리카 전구체 졸-겔 조성물은 물 및/또는 유기 용매 내 알킬 오르쏘실리케이트 화합물(alkyl orthosilicate compound) 용액을 포함하는, 유전체 기판.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 기판은, 상기 유전체 기판에 직접 인접하거나 상기 유전체 기판 두께의 10% 미만인 접착층을 통해 상기 유전체 기판에 부착되는 전도층을 더 포함하는, 유전체 기판.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도층은 회로화되는(circuitized), 유전체 기판.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 유전체 기판을 포함하는 회로.
  20. 유전체 기판으로서, 상기 유전체 기판은 수지 조성물로 함침된 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖는 섬유상 부직포 매트 재료(a fibrous non-woven mat material)를 포함하고,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는 직경이 100 nm 내지 10 μm인 실리카 섬유, 또는 액체 결정 폴리머 섬유를 포함하고,
    해당 섬유는 강제 방사 공정 또는 전기 방사 공정을 통해 제조되고 섬유상 부직포 매트 재료의 형태로 수득되는, 유전체 기판.
  21. 유전체 기판으로서, 상기 유전체 기판은 수지 조성물로 함침된 5 밀(mils)(127 마이크로미터) 미만의 두께를 갖는 섬유상 부직포 매트 재료(a fibrous non-woven mat material)를 포함하고,
    10 내지 10000 나노미터의 직경을 갖는, 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 섬유가 약 500 RPM 내지 약 25,000 RPM의 속도로 축을 중심으로 회전하고 액체 결정 폴리머를 회전축에 비스듬히 압출하도록 배치된 하나 이상의 개구를 통해 액체 결정 폴리머를 강제 방사 가공함으로써 제조되며, 이에 따라 섬유상 부직포 매트 재료의 형태로 수득되는 섬유가 제조되고;
    액체 결정 폴리머를 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 형태로 수득되는 섬유로 변형시키는 데 원심력이 적용되며,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료 표면 상의 액체 결정 고분자 섬유는 상기 섬유상 부직포 매트 재료의 중심 세로축에 대하여 10도 이상의 표준 편차로 나타나는 방향성 배향(directional orientation)을 나타내며,
    액체 결정 섬유는 섬유상 부직포 매트 재료의 형태로 수득되기 전에 기계적 분할에 노출되지 않는, 유전체 기판.
  22. 발광 다이오드 조립체로서, 상기 발광 다이오드 조립체는 회로화된 기판(circuitized substrate)에 부착된 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하고, 섬유상 매트가 확산되게 광(light)을 반사시켜 하나 이상의 발광 다이오드로부터의 광 반사율을 증가시키도록, 회로화 기판 표면 상에서 폴리머 섬유의 고-반사율 부직포 섬유상 매트를 더 포함하며,
    상기 섬유상 부직포 매트 재료는, 하나 이상의 개구를 통해 유기 재료를 압출하고 압출된 섬유들을 섬유상 부직포 매트 재료의 형태로 수득하는 공정을 통해 제조되는 섬유를 포함하는, 발광 다이오드 조립체.
  23. 제21항에 있어서, 고-반사율 부직포 섬유상 매트는 전기 방사 동안에 기판에 적용되는 것이고,
    회로화 기판은 집전체를 형성하는, 발광 다이오드 조립체.
KR1020167027706A 2014-03-07 2015-03-05 회로 재료, 회로 라미네이트, 및 이로부터 제조된 물품 KR20160130830A (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461949318P 2014-03-07 2014-03-07
US201461949322P 2014-03-07 2014-03-07
US201461949330P 2014-03-07 2014-03-07
US61/949,318 2014-03-07
US61/949,330 2014-03-07
US61/949,322 2014-03-07
PCT/US2015/018841 WO2015134684A1 (en) 2014-03-07 2015-03-05 Circuit materials, circuit laminates, and articles formed therefrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160130830A true KR20160130830A (ko) 2016-11-14

Family

ID=52727410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167027706A KR20160130830A (ko) 2014-03-07 2015-03-05 회로 재료, 회로 라미네이트, 및 이로부터 제조된 물품

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9554463B2 (ko)
EP (1) EP3114909A1 (ko)
JP (1) JP2017514315A (ko)
KR (1) KR20160130830A (ko)
CN (1) CN106232901A (ko)
WO (1) WO2015134684A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190090031A (ko) * 2017-11-07 2019-07-31 로저스코포레이션 개선된 열 전도율을 갖는 유전체층
KR20200123250A (ko) * 2018-03-16 2020-10-28 아메리칸 나노, 엘엘씨 실리카 섬유를 통합하는 조성물
WO2024122690A1 (ko) * 2021-12-10 2024-06-13 한국섬유개발연구원 열방성 액정 폴리머 섬유로 보강된 저유전상수 인쇄회로기판(pcb)용 프리프레그 및 해당 프리프레그를 이용한 성형판재

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM506373U (zh) * 2013-07-03 2015-08-01 Rosenberger Hochfrequenztech 使用全部或部分融合的介電質引線之晶粒封裝
US9744704B2 (en) * 2014-10-06 2017-08-29 The Boeing Company System and method for molding amorphous polyether ether ketone
US9613915B2 (en) * 2014-12-02 2017-04-04 International Business Machines Corporation Reduced-warpage laminate structure
US9902880B2 (en) * 2015-03-25 2018-02-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Film material, electronic component using film material, and method for producing electronic component
JP6455784B2 (ja) * 2015-03-25 2019-01-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 フィルム材およびこれを用いた電子部品ならびに電子部品の製造方法
TWI580730B (zh) * 2015-04-10 2017-05-01 台燿科技股份有限公司 樹脂組合物及其應用
KR102436226B1 (ko) * 2015-08-19 2022-08-25 삼성전기주식회사 인쇄회로기판 및 그 제조방법
DE102015115879A1 (de) * 2015-09-21 2017-03-23 Fvv Gmbh & Co. Kg Bauteil aus einem Verbundwerkstoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung
CN108463576B (zh) * 2016-01-29 2021-07-23 株式会社杰希优 在基板上形成电路的方法
US10224298B2 (en) * 2016-09-02 2019-03-05 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Semiconductor package device having glass transition temperature greater than binding layer temperature
CN110537394B (zh) * 2017-04-21 2023-01-31 阿莫绿色技术有限公司 印刷电路纳米纤维网制造方法及印刷电路纳米纤维网
US11839855B2 (en) 2017-06-09 2023-12-12 Amogreentech Co., Ltd. Filter medium, manufacturing method therefor, and filter unit including same
US20190029122A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-24 Anaren, Inc. Encapsulation of circuit trace
EP3457121A1 (en) 2017-09-18 2019-03-20 Roche Diabetes Care GmbH Electrochemical sensor and sensor system for detecting at least one analyte
US20190104612A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Iteq Corporation Polymer matrix composite for eliminating skew and fiber weave effect
US10388895B2 (en) * 2017-11-07 2019-08-20 Shenzhen China Star Optoelectonics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. Organic thin film transistor with charge injection layer and manufacturing method thereof
CN111328337B (zh) 2017-11-15 2022-01-25 阿莫绿色技术有限公司 石墨-高分子复合材料制造用组合物及通过其体现的石墨-高分子复合材料
US10334726B1 (en) * 2017-12-14 2019-06-25 Wen Yao Chang Circuit board with a substrate made of silicon and the methods for forming the same
US20190255223A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-22 American Nano, LLC Silica fiber compositions and methods of use
US11135806B2 (en) * 2018-02-16 2021-10-05 American Nano Llc. Compositions incorporating silica fibers
US10111783B1 (en) 2018-02-16 2018-10-30 American Nano, LLC Silica fiber composition and method of use
US11759473B2 (en) 2018-02-16 2023-09-19 American Nano, LLC Topical compositions incorporating silica fibers
JP7445979B2 (ja) * 2018-04-02 2024-03-08 アメリカン ナノ， エルエルシー シリカ繊維を含有する、局所適用組成物
CA3100911A1 (en) 2018-05-25 2019-11-28 American Nano, LLC Batteries incorporating silica fibers
DE102018209615A1 (de) 2018-06-15 2019-12-19 MTU Aero Engines AG Abdeckvorrichtung zum Abdecken von wenigstens einem Bereich eines Bauteils während einem Hochtemperaturbeschichtungsverfahren
CN109166960A (zh) * 2018-08-23 2019-01-08 浙江理工大学 一种纤维基柔性压电传感器的制备方法
TW202100615A (zh) * 2019-04-19 2021-01-01 美商設計者分子公司 極高溫穩定黏著劑及塗料
TW202106761A (zh) * 2019-04-26 2021-02-16 美商設計者分子公司 酚官能化聚醯亞胺及其組成物
US11618975B1 (en) * 2019-07-10 2023-04-04 American Nano Llc. Electrospinning apparatus and methods
WO2023074737A1 (ja) 2021-10-29 2023-05-04 株式会社村田製作所 多孔体および多孔体の製造方法
CN116552075A (zh) * 2023-05-30 2023-08-08 深圳聚源新材科技有限公司 一种含热膨胀系数可调材料的复合材料及其应用

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6071836A (en) 1994-10-13 2000-06-06 World Properties, Inc. Polybutadiene and polyisoprene thermosetting compositions and method of manufacture thereof
US6323436B1 (en) * 1997-04-08 2001-11-27 International Business Machines Corporation High density printed wiring board possessing controlled coefficient of thermal expansion with thin film redistribution layer
JP4017769B2 (ja) * 1997-10-07 2007-12-05 株式会社クラレ プリント配線基板基材およびその製造方法
US6229096B1 (en) 1997-10-07 2001-05-08 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Nonwoven reinforcement for printed wiring base board and process for producing the same
JP2002094200A (ja) * 2000-09-18 2002-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回路基板用電気絶縁材と回路基板およびその製造方法
JP3917853B2 (ja) * 2001-12-18 2007-05-23 日本バイリーン株式会社 回路基板用基材及びこれを用いた回路基板
JP3963439B2 (ja) * 2001-06-08 2007-08-22 日本バイリーン株式会社 無機系構造体の製造方法、及び無機系構造体
JP4315150B2 (ja) * 2002-10-23 2009-08-19 東レ株式会社 ナノファイバー
US7999455B2 (en) 2006-11-13 2011-08-16 Research Triangle Institute Luminescent device including nanofibers and light stimulable particles disposed on a surface of or at least partially within the nanofibers
US7297305B2 (en) 2004-04-08 2007-11-20 Research Triangle Institute Electrospinning in a controlled gaseous environment
US7524388B2 (en) 2005-05-10 2009-04-28 World Properties, Inc. Composites, method of manufacture thereof, and articles formed therefrom
US9267220B2 (en) 2006-03-31 2016-02-23 Cornell University Nanofibers, nanotubes and nanofiber mats comprising crystaline metal oxides and methods of making the same
MY148173A (en) * 2006-04-28 2013-03-15 Sumitomo Bakelite Co Solder resist material, wiring board using the solder resist material, and semiconductor package
EP2268467A4 (en) 2008-03-17 2012-01-04 Univ Texas HIGH FIBER FIBER SECTOR AND USES THEREOF
JP5256819B2 (ja) * 2008-03-31 2013-08-07 日本ゼオン株式会社 複合樹脂成形体、積層体及び多層回路基板
US8714776B2 (en) 2008-05-13 2014-05-06 Research Triangle Institute Porous and non-porous nanostructures and application thereof
AU2010326283A1 (en) 2009-12-03 2012-06-14 Research Triangle Institute Reflective nanofiber lighting devices
KR101117126B1 (ko) 2010-04-19 2012-02-24 한국과학기술연구원 금속산화물 초극세 섬유-기반 내열성 복합 분리막 및 이를 이용한 이차전지
WO2012109251A2 (en) * 2011-02-07 2012-08-16 Fiberio Technology Corporation Apparatuses and methods for the deposition of microfibers and nanofibers on a substrate
EP2900852B1 (en) 2012-08-06 2020-10-07 Parker-Hannificn Corporation Devices and methods for the production of microfibers and nanofibers
US20140159263A1 (en) 2012-12-04 2014-06-12 Karen Lozano Portable apparatuses and methods for the production of microfibers and nanofibers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190090031A (ko) * 2017-11-07 2019-07-31 로저스코포레이션 개선된 열 전도율을 갖는 유전체층
KR20200123250A (ko) * 2018-03-16 2020-10-28 아메리칸 나노, 엘엘씨 실리카 섬유를 통합하는 조성물
WO2024122690A1 (ko) * 2021-12-10 2024-06-13 한국섬유개발연구원 열방성 액정 폴리머 섬유로 보강된 저유전상수 인쇄회로기판(pcb)용 프리프레그 및 해당 프리프레그를 이용한 성형판재

Also Published As

Publication number Publication date
CN106232901A (zh) 2016-12-14
JP2017514315A (ja) 2017-06-01
US9554463B2 (en) 2017-01-24
WO2015134684A1 (en) 2015-09-11
EP3114909A1 (en) 2017-01-11
US20150257263A1 (en) 2015-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9554463B2 (en) Circuit materials, circuit laminates, and articles formed therefrom
KR102303160B1 (ko) 자기 유전기판, 회로 재료 및 이들을 갖는 어셈블리
US20160099498A1 (en) Magneto-dielectric substrate, circuit material, and assembly having the same
JP5080295B2 (ja) 放熱性実装基板およびその製造方法
KR20170063958A (ko) 자기 유전기판, 회로 재료 및 이들을 갖는 어셈블리
CN111033690B (zh) 使用内插板层和导电膏的多层电路板
KR20160034972A (ko) 회로 물질, 회로 라미네이트, 및 이의 제조방법
US20150296614A1 (en) Crosslinked fluoropolymer circuit materials, circuit laminates, and methods of manufacture thereof
JP7136794B2 (ja) 誘電体共振器アンテナシステムで使用するための電磁反射器を含む電磁装置
US7524388B2 (en) Composites, method of manufacture thereof, and articles formed therefrom
JP5496343B2 (ja) ナノファイバーを用いた導電性ポリマー接着剤及びその製造方法
KR102566108B1 (ko) 접착층용 필름, 다층 배선 기판, 및 반도체 장치
TWI424510B (zh) Circuit board manufacturing method and semiconductor manufacturing device
KR101160971B1 (ko) 나노 파이버를 이용한 전도성 폴리머 접착제
US7227179B2 (en) Circuit materials, circuits, multi-layer circuits, and methods of manufacture thereof
KR20160019851A (ko) 프리프레그 및 그 제조 방법, 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법
JP2004183178A (ja) プリプレグ用基材及びこれを用いた多層プリント配線板
TW202319215A (zh) 複合片材之製造方法及複合片材
JP2010199437A (ja) プリント配線板用積層板
JP2003218160A (ja) 絶縁フィルムおよびこれを用いた多層配線基板
JP2003200526A (ja) プリント配線板製造用材料及びプリント配線板及びその製造方法
JP2004322482A (ja) 絶縁フィルムおよびこれを用いた多層配線基板
TW202348103A (zh) 輥狀的撓性金屬積層板、其製造方法和撓性印刷電路基板
JP2003062942A (ja) 絶縁フィルムおよびこれを用いた多層配線基板
JP2004082554A (ja) 絶縁フィルムおよびこれを用いた多層配線基板

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application