KR20170142863A

KR20170142863A - 장치를 코팅하는 방법 및 그 위에 나노필름을 가지는 장치

Info

Publication number: KR20170142863A
Application number: KR1020170047582A
Authority: KR
Inventors: 청 리 제임스
Original assignee: 나노 쉴드 테크놀로지 씨오., 엘티디.
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US10327338B2; EP3258750B1; CN107520105A; EP3258750A1; KR101942796B1; TWI647980B; JP6395892B2; CN107520105B; JP2017222926A; TW201801578A; US20170367193A1

Abstract

장치는, 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 하나 이상의 전자 부품을 가지는 인쇄 회로 기판 어셈블리와, 상기 인쇄 회로 기판 어셈블리 상에 배치된 나노필름을 포함한다. 상기 나노필름은 상기 인쇄 회로 기판 어셈블리와 접해 있는 내부 코팅(상기 내부 코팅은 5 nm 내지 100 nm의 범위 내의 입자 직경을가지는 금속 산화물 나노입자를 포함함); 및 상기 내부 코팅과 접해 있는 외부 코팅(상기 외부 코팅은 0.1 nm 내지 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함함)을 포함한다.

Description

장치를 코팅하는 방법 및 그 위에 나노필름을 가지는 장치{METHOD FOR COATING A DEVICE AND DEVICES HAVING NANOFILM THEREON}

본 발명은 일반적으로 나노필름을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 장치가 부식되고 습윤해지는 것으로부터 보호하기 위하여 나노필름으로 장치를 코팅하는 방법에 관한 것이다.

전자 장치들이 계속하여 크기는 줄이고 용량은 증가시킴에 따라, 부식 제어(corrosion control, 방청)의 중요성이 증가하고 있다. 집적 회로 및 소형 전자 부품, 가까운 부품 간격, 이전보다 낮은 전압 및 접촉력을 가지는 분리가능한 전기 접점을 기반으로 한 시스템의 소형화는 소량의 금속 부식의 형성으로 인해 전기 부품의 고장으로 이어졌다. 따라서, 초소수성(superhydrophobic) 나노필름 코팅을 갖는 전자 장치를 제조하는 방법을 찾는 것이 중요하다. 이 기술은 장치 표면이 일부 외부 화학 물질에 의해 부식되거나 습윤해지는 것으로부터 보호할 수 있고, 장치의 작동 수명을 연장 시킬 수 있다. 그 밖에도, 항공기, 자동차, 파이프라인 및 해군 함정과 같은 다른 엔지니어링 시스템 또한 부식되고 습윤해지는 것으로부터 이들을 보호하고, 마찰 감소를 제공하기 위한 보호 나노필름이 필요하다.

조성 및 형태, 거칠기(roughness, 조도)와 같은 표면 특성은 초친수성(superhydrophilic) 내지 초소수성의 범위에 걸친(span) 표면 습윤 특성(surface wetting characteristics)에 영향을 끼칠 수 있는 것으로 알려져 있다. 초소수성 필름은 보다 큰 크기의 나노입자의 침적에 이어서 보다 작은 크기의 나노입자의 침적에 의해 형성된다. 이러한 표면 구조는 물방울 아래에서 공기를 포집(trapping)할 수 있고, 이에 따라 초소수성 표면의 특징으로서 잘 알려진 물방울 롤링 효과(rolling water droplet effect)를 나타낼 수 있는 높은 표면 거칠기를 나타낸다. 졸겔(sol-gel) 기법, 플라즈마 화학기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 및 물리기상증착(physical vapor deposition, PVD)을 포함하는 다른 많은 기술들이 초소수성 나노필름을 가지는 장치를 제작하기 위해 사용된다. 졸겔 코팅 기법의 경우, 장치 표면에 물이 침투하는 것을 막을 수 있는 마이크로- 및 나노-스케일의 나노입자 혼합물을 포함하는 소수성 필름을 만들기 위해 상이한 크기의 나노입자를 포함하는 용액이 사용된다.

그러나, 용액 내의 나노입자의 응집 및 분산 거동을 조절하는 것은 어렵고, 그 결과 낮은 거칠기를 가지는 두꺼운 필름을 생성하게 된다. PVD 또는 PECVD 기법의 경우, 기판(substrate)을 진공 챔버 내로 도입하여 기판 표면에 적절한 마이크로미터 스케일의 텍스쳐 필름을 먼저 생성하고, 그 후에 나노미터 스케일의 입자를 매우 낮은 속도에서 증착시킨다. 기판 상에 소수성 물질을 성장시키기 위한 PVD 또는 PECVD 기법 사용의 이점은 생성된 표면 구조의 품질이 일반적으로 매우 높다는 것이다. 그러나, PVD 또는 PECVD 기법의 개발에서 가장 제한적인 요인은 이들의 비용이었다. 초소수성 필름을 가지는 장치를 제작하기 위한 높은 생산 비용은 다른 기술과 경쟁하는데 걸림돌이 되어왔다. 게다가, 제조 공정에서 사용되는 전구체 가스는 일반적으로 매우 독성이 강하고 극한 수준의 열에 의해 제거되어야 하므로, 이는 전자 장치를 손상시킬 수 있다. 따라서, 전자 장치에 저비용으로 그리고 고품질 표면 구조를 가지는 초소수성 필름을 형성하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명의 목적은 제1용액인 금속 산화물 나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 금속 분말 및 증류수를 세럼병 내에 첨가하는 단계; 혼합 용액의 pH 값을 HNO₃, HF, H₂SO₄ 또는 HCl과 같은 산성 용매, IPA, 아세톤 또는 알코올과 같은 중성 용매, 및 NaOH, KOH, 또는 NH₄OH와 같은 알칼리성 용매를 첨가하여 6.5-9.5 범위 내로 조절하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 섭씨 약 50도 내지 150도에서 10-20 시간 동안, 격렬한 교반 하에서 가열하는 단계. 상기 혼합 용액은 실온에서 수 나노미터 내지 수백 나노미터의 크기 분포, 예컨대 약 5 nm 내지 약 100 nm와 같은 크기 분포를 가지는 금속 산화물 나노입자를 가지고, 친수성이며 투명하다.

본 발명의 목적은 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 실리카 분말 및 증류수를 세럼병 내에 첨가하는 단계; 혼합 용액의 pH 값을 HNO₃, HF, H₂SO₄ 또는 HCl과 같은 산성 용매, IPA, 아세톤 또는 알코올과 같은 유기 용매, 및 NaOH, KOH, 또는 NH₄OH와 같은 알칼리성 용매를 첨가하여 6.5-9.5 범위 내로 조절하는 단계; n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-도데케인, n-테트라데케인, 또는 n-헥사데케인과 같은 유기 용매를 상기 혼합 용액 내에 첨가하는 단계; 촉매로서 Fe, Cr, Mn, 또는 Mo과 같은 금속 재료를 상기 혼합 용액 내에 첨가하는 단계; 상기 혼합 용액을 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 섭씨 약 50도 내지 150도에서 1-10 시간 동안, 격렬한 교반 하에서 가열하여 2층의 혼합 용액을 형성하는 단계(여기서 보다 작은 스케일의 실리콘 이산화물 나노입자는 혼합 용액의 상층에 존재함); 및 제2용액으로서 상기 혼합 용액의 상층을 추출하는 단계. 실리콘 이산화물 용액은 실온에서 1 옹스트롬(angstrom) 내지 수십 나노미터의 크기 분포, 예컨대 약 0.1 nm 내지 50 nm와 같은 크기 분포를 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함하고; 투명하고 소수성이며, 저휘발성이다.

본 발명의 목적은 투명한 초소수성 나노필름 코팅을 가지는 전자 장치를 제작하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 전자 장치를 세척하는 단계; 상기 장치를 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계; 제1용질로서 금속 산화물 나노입자를 가지는 제1용액을 당업계에 알려진 임의의 수단, 예컨대 스프레이(spraying), 디핑(dipping), 롤 코팅(roll coating), 브러싱(brushing) 등과 같은 수단으로 전자 장치 상에 도포하는 단계(상기 금속 산화물 나노입자의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터임, 예컨대 약 5 nm 내지 약 100 nm); 금속 산화물 나노입자로 상기 전자 장치 상에 내부 코팅을 형성하기 위하여 상기 제1용액으로 코팅된 전자 장치를 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계 및 내부 코팅과 전자 장치 사이의 점착력을 강화하는 단계; 상기 내부 코팅으로 코팅된 전자 장치를, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계; 제2용질로서 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액을 상기 내부 코팅 상에 도포하는 단계(실리콘 이산화물 나노입자의 크기는 1 옹스트롬 내지 수십 나노미터임, 예컨대 0.1 nm 내지 50 nm); 및 실리콘 이산화물 나노입자로 상기 내부 코팅 상에 외부 코팅을 형성하기 위하여 상기 제2용액으로 코팅된 전자 장치를 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계 및 내부 코팅과 외부 코팅 사이의 점착력을 강화하는 단계.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄 회로 기판 어셈블리(printed circuit board assembly, PCBA)를 코팅하는 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 다음 단계를 포함한다: PCBA 표면을 세척하는 단계; 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 상기 PCBA를 베이킹하는 단계; 제1용질로서 금속 산화물 나노입자를 가지는 제1용액을 당업계에 알려진 임의의 수단, 예컨대 스프레이(spraying), 디핑(dipping), 롤 코팅(roll coating), 브러싱(brushing) 등과 같은 수단으로 상기 PCBA 상에 도포하는 단계(상기 금속 산화물 나노입자의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터임, 예컨대 약 5 nm 내지 약 100 nm); 금속 산화물 나노입자로 상기 PCBA 상에 내부 코팅을 형성하기 위하여 상기 제1용액으로 코팅된 PCBA를 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계 및 내부 코팅과 PCBA 사이의 점착력을 강화하는 단계; 상기 내부 코팅으로 코팅된 PCBA를, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계; 제2용질로서 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액을 상기 내부 코팅 상에 도포하는 단계(실리콘 이산화물 나노입자의 크기는 1 옹스트롬 내지 수십 나노미터임, 예컨대 0.1 nm 내지 50 nm); 및 실리콘 이산화물 나노입자로 상기 내부 코팅 상에 외부 코팅을 형성하기 위하여 상기 제2용액으로 코팅된 PCBA를 적절한 온도 및 시간에서, 예를 들면, 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안, 베이킹하는 단계 및 내부 코팅과 외부 코팅 사이의 점착력을 강화하는 단계.

상기 장치 상에 코팅된 나노필름의 두께는 수 나노미터 내지 수 마이크론, 예컨대 10 nm 내지 1 마이크론일 수 있다. 상기 나노필름은 티타늄 이산화물 나노입자 및 실리콘 이산화물 나노입자로 구성될 수 있다. 실리콘 이산화물 나노입자의 직경은 티타늄 이산화물 나노입자의 직경보다 작다. 보다 큰 티타늄 이산화물 나노입자와 보다 작은 실리콘 이산화물 나노입자로 이루어지는 나노필름은 초소수성 특성으로 이어지는 계층구조(hierarchical　structure) 및 높은 표면 거칠기를 나타낸다. 장치 표면 상의 상기 나노필름의 발수각도(water contact angle, θ)는 90°＜ θ ＜ 150°의 범위 내이다. 일부 구현예에서, 상기 나노필름은 장치 표면이 감소된 마찰 또는 다른 기능을 갖도록 할 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명의 목적은 방수 기능 및 부식방지 기능을 가지는 나노필름 코팅을 가지는 PCBA를 제공하는 것이다. 나노필름 코팅을 가지는 PCBA는 인쇄 회로 기판 어셈블리 및 나노필름을 포함한다. 인쇄 회로 기판 어셈블리는 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판의 표면 상에 장착된 복수의 전자 부품을 포함한다. 상기 나노필름은 약 5 nm 내지 100 nm의 크기를 가지는 금속 산화물 나노입자 및 약 0.1 nm 내지 50 nm의 크기를 가지는 실리콘 이산화물 나노입자의 조성을 가진다. 물이 PCBA 표면에 침투하는 것을 막기 위하여, 보다 큰 크기의 금속 산화물 나노입자는 PCBA의 표면 상에 내부 코팅을 형성하고 반면에 보다 작은 크기의 실리콘 이산화물 나노입자는 내부 코팅 상에 장식(decorate)되어 외부 코팅을 형성한다.

상기에 기재된 바와 같이, 본 발명의 나노필름은 보다 큰 크기의 금속 산화물 나노입자 및 보다 작은 크기의 실리콘 이산화물 나노입자로 구성되고, 이는 PCBA가 부식되고 습윤해지는 것으로부터 보호할 수 있다. 상기 나노필름은 장치가 우수한 방수 및 부식방지 특성을 가져 보호되도록 한다.

본 개시의 양태는 첨부 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 가장 잘 이해된다. 업계의 표준 관례에 따라, 다양한 특징(feature)들은 실척도로 도시되지 않았음을 유의해야 한다. 실제로, 다양한 특징들의 크기는 설명의 명료함을 위해 임의적으로 증가되거나 감소될 수 있다. 유사한 참조 번호는 명세서 및 도면 전체에서 유사한 특징을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일부 구현예에 따른 나노필름으로 코팅된 인쇄 회로 기판 어셈블리 (PCBA)를 가지는 전자 장치의 개략도(schematic diagram)이다.
도 2는 본 발명의 일부 구현예에 따라 PCBA를 코팅하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3a는 본 개시의 구현예에 부합하는 나노필름으로 코팅된 유리 기판 상에 형성된 물방울의 사진이다.
도 3b는 나노필름으로 코팅된 유리 기판 상에서의 작은 물방울의 근접뷰(close-look view)이다.
도 4는 실온에서의 동적광산란법(dynamic light scattering method)에 의한 TiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실온에서의 동적광산란법에 의한 TiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 다른 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 실온에서의 동적광산란법에 의한 TiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 또 다른 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실온에서의 동적광산란법에 의한 TiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 다른 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 실온에서의 동적광산란법에 의한 SiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 실온에서의 동적광산란법에 의한 SiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 다른 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 실온에서의 동적광산란법에 의한 SiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 또 다른 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 실온에서의 동적광산란법에 의한 SiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 다른 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 예시적인 구현예(exemplary embodiment)에 따라 방수 기능을 가지는 나노필름으로 코팅된 부품을 가지는 스피커의 분해 조립도(explosion diagram)를 나타낸다.
도 13은 예시적인 구현예에 따라 전기음향 장치(electroacoustic device)를 제조하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 14는 예시적인 구현예에 따라 다이아프램(diaphragm) 상에 제2나노필름을 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 15a-15c는 예시적인 구현예에 따른 동적광산란법에 의한 TiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 세 가지 측정 결과를 나타낸다.
도 16은 예시적인 구현예에 따른 SiO₂ 나노입자의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지 및 입자 크기 분포 다이어그램을 나타낸다.
도 17은 예시적인 구현예에 따른 플루오로중합체 나노입자의 TEM 이미지 및 입자 크기 분포 다이어그램을 나타낸다.
도 18은 예시적인 구현예에 따른 나노필름이 있는(우측) 그리고 나노필름이 없는(좌측) 두 가지의 방진 메쉬 상에 물방울이 도포된 것을 나타내는 사진이다.
도 19는 예시적인 구현예에 따라 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 주파수 응답(frequency response, FR)을 나타낸다.
도 20은 예시적인 구현예에 따라 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 주파수 응답 (FR)의 차이를 나타낸다.
도 21은 예시적인 구현예에 따라 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 전고주파 왜곡(total harmonic distortion, THD)을 나타낸다.
도 22는 예시적인 구현예에 따라 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 전고주파 왜곡 (THD)의 차이를 나타낸다.

이어지는 개시는 본 발명의 상이한 특징들을 실시하기 위한 상이한 많은 구현예, 또는 실시예를 제공한다. 본 개시를 간단히 하기 위해 구성 요소 및 배치의 특정 예시가 하기에 기재된다. 이들은 물론, 단지 예시일 뿐이며 제한하고자 의도된 것이 아니다. 예를 들어, 기재 중 제2특징 상에(on) 또는 위에(over) 서의 제1특징의 형성은 제1특징과 제2특징이 직접적으로 접촉하여 형성되는 구현예를 포함할 수 있고, 그리고 또한 제1특징과 제2특징 사이에 추가적인 특징이 형성될 수 있어 이에 따라 상기 제1특징과 제2특징은 직접적으로 접촉하지 않을 수 있는 구현예를 포함할 수도 있다. 추가적으로, 본 개시는 다양한 실시예에서 참조 번호 및/또는 부호를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순함 및 명료함을 목적으로 하며 논의된 다양한 구현예 및/또는 구성들 간의 관계를 그 자체로 지시하는 것이 아니다.

또한, "아래(beneath)", "밑(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 바와 같은 하나의 구성요소 또는 특징과 다른 구성 요소(들) 또는 특징(들)과의 관계를 기술함에 있어 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 또는 동작시 장치의 상이한 방향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다르게 배향될 수 있고(90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 마찬가지로 적절하게 해석될 수 있다.

문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한, 본 개시에서 단수의 형태("a" "an" 및 "the")는 복수의 표현을 포함하고, 특정 수치값에 대한 언급은 적어도 특정 값을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "PCBA"라는 표현은 당업계의 통상의 기술자 등에게 알려져있는 이들의 하나 이상의 등가물 및 그 자체의 구조를 말하는 것이다. 선행사 "약(about)"의 사용에 의해 수치가 근사값으로 표현되는 경우, 특정 수치는 또 다른 구현예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "약 X"(여기서 X는 수치 값임)는 바람직하게는 언급된 수치의 ±10%를 포괄적으로 나타낸다. 예를 들어, "약 8"은 바람직하게는 7.2 내지 8.8의 값을 포괄적으로 나타내고; 또 다른 예로서, "약 8%"는 바람직하게는(항상 그런것은 아님) 7.2% 내지 8.8%의 값을 포괄적으로 나타낸다. 존재하는 경우, 모든 범위는 포괄적이고 결합 가능하다. 예를 들어, "1 내지 5"의 범위가 언급되는 경우, 언급된 범위는 "1 내지 4", "1 내지 3", "1-2", "1-2 & 4-5","1-3 & 5","2-5" 등의 범위를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 또한 대체 목록이 명확하게 제공되는 경우, 상기 목록은 대안의 일부가 제외될 수 있음을 의미하는 것으로 해석될 수 있다(예: 청구범위에서의 부정적 한정(negative limitation)). 예를 들어, "1 내지 5"의 범위가 언급되는 경우, 언급된 범위는 1, 2, 3, 4 또는 5 중 임의의 것이 부정적으로 제외되는 상황을 포함하는 것으로 해석될 수 있다; 따라서, "1 내지 5"의 설명은 "1 및 3-5이지만, 2는 아님" 또는 간단히 "2는 포함되지 않음"으로 해석될 수 있다. 본 명세서에서 명확하게 언급되는 임의의 구성, 요소, 속성 또는 단계는 상기 구성, 요소, 속성 또는 단계가 대체물로서 열거가 되어 있는지 또는 그것들이 개별적으로 언급되어 있는지 여부와 관계없이 청구범위에서 명시적으로 제외될 수 있는 것으로 의도된다.

달리 명시하지 않는 한, 이하에서 만들어진 "금속 산화물"에 대한 언급은 임의의 적절한 금속의 임의의 적절한 산화물을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 적절한 금속 산화물의 예시는 다음의 그룹들로부터 선택된 금속 (또는 이들의 조합물)의 산화물을 포함 하나 이에 한정되는 것은 아니다: (1) Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, 및 Bi ("전이 후 금속(poor metals)"); (2) Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn을 포함하는 전이 금속의 첫 번째 시리즈(첫 번째 d 블락 시리즈); (3) Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, 및 Cd를 포함하는 전이 금속의 두 번째 시리즈(두 번째 d 블락 시리즈); 및 (4) Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, 및 Hg를 포함하는 전이 금속의 세 번째 시리즈(세 번째 d 블락 시리즈). 더 바람직하게는, 상기 금속 산화물에 대한 금속은 적어도 Al, Ti, Cr, Mn, Co, Zn, Mo, Rh, Pd, Ag, W 및 Au 중 하나로부터 선택되는 것이다. 예를 들어, 일부 구현예에서 적절한 티타늄 이산화물 TiO₂.

도 1은 일부 구현예에 따른, 예시적인 전자 장치 100의 개략도를 나타낸 것이다. 전자 장치 100은 인쇄 회로 기판 어셈블리 (PCBA) 10 및 상기 PCBA 10 상에 코팅된 나노필름 3을 포함한다. 상기 PCBA 10은 인쇄 회로 기판 (PCB) 1, 이들 상에 장착된 하나 이상의 전자 부품 2를 포함한다. 상기 PCB 1 및 전자 부품 2의 표면 및 주변부는 거칠다. PCBA 10 및 전자 부품 2의 제조 공정에서 PCBA 10과 전자 부품 2를 거칠게 만드는 복수의 기공, 갭 및 기타 구조가 형성된다. 상기 나노필름 3은, 예를 들어 금속 산화물 나노입자 및 상기 금속 산화물 나노입자보다 작은 크기를 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함한다. 상기 나노필름 3은 내부 코팅 31 및 외부 코팅 32를 포함한다. 상기 내부 코팅 31은 상기 PCBA 10의 PCB 1 및 전자 부품 2 상에 형성된 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 상기 외부 코팅 32는 상기 내부 코팅 31 상에 형성된 실리콘 이산화물 나노입자를 포함한다.

도 1에서 보여지는 상기 내부 코팅 31, 외부 코팅 32, 및 PCBA 10의 형태는 단지 개략적인 것이다. 일부 구현예에서, 내부 코팅 31의 주변은 복수의 작은 기공, 갭 및 기타 구조를 가진다. 외부 코팅 32가 내부 코팅 31 상에 형성되는 때에, 상기 외부 코팅 32와 상기 내부 코팅 31 사이에서는 상호 침투(interpenetration)가 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 외부 코팅 32와 상기 내부 코팅 31은 분리된 두 개의 층이 아닐 수 있다. 일반적으로, PCBA 10의 표면에 가깝게 배치되는 것일수록 입자 크기는 증가한다. 일부 구현예에서, 상기 내부 코팅 31은 PCBA 10의 기공, 갭 및 기타 구조 내로 침투(interpenetrate)할 수 있다. 상기 내부 코팅 31의 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 상기 외부 코팅 32의 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 전자 부품 2는 PCB 1 상에 장착될 수 있는 레지스터(resistor), 캐패시터(capacitor), 인덕터(inductor), 트랜지스터(transistor), 다이오드(diode), 커넥터(connector), 스피커(speaker), 마이크로폰(microphone) 및 임의의 기타 부품일 수 있다. 상기 PCBA 10은 팩 배터리(pack battery), 헤드셋(headset), 전화기 또는 임의의 기타 전자 장치 내에 채용될 수 있다. 상기 PCB 1은 일부 구현예에서 FR-4 복합 재료(composite material)로부터 제조된다.

일부 구현예에서, 나노필름 3은 금속 산화물 나노입자 용액 및 실리콘 이산화물 나노입자 용액의 휘발(volatilization) 또는 열분해(pyrolysis)에 의해 PCBA 10을 코팅한다.

일부 구현예에서, 금속 산화물 나노입자 용액은 금속 산화물 나노입자 및 용매의 혼합물을 포함한다. 상기 금속 산화물 나노입자 용액은 0.3% 내지 5%의 범위 내의 농도를 가진다. 용매는 물, 메탄올, 에탄올 등 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 금속 산화물 나노입자 용액은 친수성이고 투명하다.

일부 구현예에서, 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 실리콘 이산화물 나노입자 및 용매의 혼합물을 포함한다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 0.3% 내지 5%의 범위 내의 농도를 가진다. 용매 조성물은 헵테인, 세테인, 메틸 하이드로젠 실록산(methyl hydrogen siloxane) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 투명하고 소수성이며, 저휘발성이다.

용매의 도움으로, 나노입자의 응집은 방지하고 나노입자의 접촉 면적은 증가하도록 상기 PCB 1 및 전자 부품 2 상에 나노입자가 균일하게 분포될 수 있다. 상기 나노필름 3은 PCBA 10 상에서 높은 조밀도, 균일성 및 적은 두께로 형성될 수 있다.

전자 부품 2는 PCB 1 상에 장착될 수 있는 레지스터, 캐패시터, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 커넥터, 스피커, 마이크로폰 및 임의의 기타 부품일 수 있다. 상기 PCBA 10은 팩 배터리, 헤드셋, 전화기 또는 임의의 기타 전자 장치 내에 적용될 수 있다. 상기 PCB 1은 일부 구현예에서 FR-4 복합 재료로부터 제조된다.

도 2는 일부 구현예에 따라 금속 산화물 나노입자 및 실리콘 이산화물 나노입자로 PCBA 10을 코팅하는 예시적인 방법 200을 나타내는 흐름도이다. 상기 PCBA 10은 후속 단계를 수행하기 위해 로더(loader) 상에 위치될 수 있다(미도시). 상기 PCBA 10은 제조 공정 중에 형성된 솔더링 플럭스 잔류물(soldering flux residue)을 제거하기 위해 세척된다(단계 201). 일부 구현예에서, PCBA 10은 초음파 세척 기계 내에서 섭씨 약 40도 내지 60도에서 10-30분 동안 순수(pure water)로 세척된다. 상기 PCBA 10은 베이킹되는데(단계 202), 이는 PCBA 10을 건조시키고 PCBA 10의 기공, 갭 및 기타 구조를 노출시킬 수 있다. 일부 구현예에서, PCBA 10은 베이킹 장치 내에서 섭씨 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안 베이킹 된다(미도시). 제1용질로서 금속 산화물 나노입자 및 제1용매를 포함하는 제1용액은 상기 PCBA 10 상에 도포된다(단계 203). 일부 구현예에서, PCBA 10은 제1용액 내에 디핑(dip, 침적)하거나, 제1용액을 스프레이(spray) 또는 브러쉬(brush)하거나, 또는 PCBA 10 상에 제1용액을 도포하기 위한 가능한 다른 방법일 수 있다. 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 일부 구현예에서, 제1용액의 농도 범위는 0.3% 내지 5%이다.

제1용액의 제1용매의 휘발 및 열분해 중 적어도 하나에 의해 내부 코팅 31을 형성하도록 PCBA 10 상에 금속 산화물 나노입자를 남기고 용매를 제거하기 위해 제1용액이 그 위에 도포된 PCBA 10을 베이킹한다(단계 204). 일부 구현예에서, 제1용액을 가지는 PCBA 10은 베이킹 장치 내에서 섭씨 약 50도 내지 150도에서 5-30분 동안 베이킹된다(미도시). 상기 제1용매는 물, 메탄올 또는 에탄올 중 하나이고, 이는 금속 산화물 나노입자가 PCBA 10 상에 보다 균일하게 분포되는 것을 돕는다. 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10은 로더로부터 언로드된다. 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10은 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력을 강화시키기 위해 가열된다(단계 205). 일부 구현예에서, 내부 코팅 31로 코팅된 PCBA 10은 약 25도 내지 100도에서 2-72시간 동안 가열된다. 금속 산화물 나노입자와 PCBA 10 사이의 결합력을 강화시키기 위해 숙련된 기술자가 사용할 수 있는 다른 방법들은 본 발명에 포함될 것이다. 가열된 이후, 상기 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10은 로더 내에 위치된다(미도시).

상기 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10은 베이킹되는데(단계 206), 이는 내부 코팅 31의 기공, 갭 및 기타 구조를 노출시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10은 베이킹 장치 내에서 섭씨 약 50도 내지 150에서 10-30분 동안 베이킹 된다(미도시). 일부 구현예에서, 금속 산화물 나노입자와 PCBA 10 사이의 결합력을 강화시킨 후, 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10을 베이킹 하기 전에, 내부 코팅 31로 코팅된 PCBA 10의 외관을 체크하고 내부 코팅 31을 가지는 PCBA를 세척하는 단계가 포함된다.

제2용질로서 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액이 내부 코팅 31 상에 도포된다(단계 207). 상기 제2용액은 실리콘 이산화물 나노입자 및 제2용매를 포함한다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 일부 구현예에서, 금속 산화물 나노입자로 코팅된 PCBA 10은 제2용액 내에 디핑하거나, 제2용액을 스프레이 또는 브러쉬하거나, 또는 내부 코팅 31 상에 제2용액을 도포하기 위한 다른 방법에 적용될 수 있다. 상기 제2용액의 제2용매는 헵테인, 세테인, 또는 메틸 하이드로젠 실록산, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다. 제2용매는 실리콘 이산화물 나노입자가 내부 코팅 31 상에 보다 균일하게 분포되는 것을 돕는다. 외부 코팅 32로서, 내부 코팅 31 상에 실리콘 이산화물 나노입자를 남기고 제2용매를 제거하기 위해 제2용액을 가지는 PCBA 10은 베이킹 된다(단계 208). 일부 구현예에서, 제2용액을 가지는 PCBA 10은 베이킹 장치 내에서 섭씨 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안 베이킹된다(미도시). 그 이후, 나노필름 3을 가지는 PCBA 10의 외관 및 기능을 체크한다.

일부 구현예에서, 전자 장치 100의 부품 하나 이상은 나노필름 3에 의해 커버될 필요가 없을 수 있다. 예를 들어, PCBA 10이 스피커, 마이크로폰, 스위치 또는 기타 부품을 포함하는 경우, 상기 스피커, 마이크로폰, 또는 스위치는 노출될 필요가 있다. 따라서, PCBA 10 상에 제1용액 및 제2용액을 도포하는 때에 이러한 부품들은 마스킹될 필요가 있다. 일부 구현예에서, 마이크로폰 및 스위치의 다이아프램이 물 또는 기타 액체와 접촉하는 것을 방지해야 할 필요가 있기 때문에 상기 마이크로폰 및 스위치는 단계 201에서 PCBA 10이 세척되기 전에 마스킹될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액은 스위치의 기능에 영향을 끼치기 때문에 상기 스위치는 단계 207에서 제2용액이 내부 코팅 상에 도포되기 전에 마스킹될 수 있다. 예를 들어, 단계 207에서 내부 코팅 31 상에 제2용액이 도포되기 전 그리고 단계 205에서 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력을 강화시킨 후에 상기 스위치는 마스킹될 수 있다. 또 다른 예시로서, 상기 스위치는 단계 206에서 내부 코팅 31을 가지는 PCBA 10이 베이킹 되기 전 그리고 단계 205에서 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력을 강화시킨 후에 마스킹 될 수 있다. 이러한 부품 상의 마스킹 물질은 외부 코팅 32가 형성된 후에 제거될 수 있다.

본 개시에서, 모든 온도값은 섭씨 온도(Celsius scale)이다. 부피 퍼센트 또한 유사한 범위 내에서 허용가능할지라도 공식적인 백분율은 질량 퍼센트 (wt.%)이다.

일부 구현예에서, 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 실리카 입자일 수 있고, 이는 무정형(amorphous)이고 소수성이다. 상기 실리카 입자(예를 들면, 건식 실리카(fumed silica, 흄드 실리카))는 임의의 화학 수식(chemical modification) 없이 공급업체로부터 얻을 수 있다. 이러한 입자는 코팅된 표면에 예시적인 소수성을 부여한다. 상기 실리카 입자는 일부 다른 구현예에서 화학적으로 변형될 수 있다.

사용된 실리카 입자는 표면 상에 하이드록실(-OH)기를 다소 가질 수 있다. 이러한 하이드록실기는 금속 산화물 나노입자 및/또는 기판의 표면 상의 하이드록실기와 반응할 수 있고, 코팅 점착력(coating adhesion)을 향상시키기 위해 공유 결합의 형성을 증진시킬 수 있다.

일부 구현예에서 나노입자를 포함하는 현탁액 또는 용액 내에서, 계면활성제 또는 분산제가 사용될 수 있다.

일부 구현예에서 나노필름 3의 두께는 200 nm보다 작다. 예를 들어, 코팅 두께는 5 nm 내지 100 nm, 10 nm 내지 20 nm의 범위 내, 또는 전자 장치 100의 용도에 따른 기타 적절한 범위일 수 있다.

도 3a는 본 개시의 구현예에 부합하는 나노필름으로 코팅된 유리 기판 상에 형성된 물방울의 사진이다. 도 3a에서 보여지는 바와 같이, 나노필름 3의 초소수성 효과로 인해, 나노필름으로 코팅된 유리 기판 상의 물이 분산되어 작은 물방울을 형성한다. 도 3b는 작은 물방울의 근접보기(close-look)이다. 물방울과 나노필름으로 코팅된 유리 기판 사이의 접촉각 θ는 128±2°이다. 일반적으로, θ ≥ 90° 또는 θ ≥ 110°, 또는 θ ≥ 130°, 또는 150° ≥ θ ≥ 110°, 또는 150° ≥ θ ≥ 90°이다.

실시예들

나노필름 코팅은 다음의 두 가지 용액 (또는 혼합물 또는 현탁액)을 사용하여 형성될 수 있다. 제1용액은 순수(pure water) 내에 분산된 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 크기를 가지는 TiO₂ 나노입자를 포함한다. 상기 제1용액 내 TiO₂ 나노입자의 함량은 약 0.8 wt.% 내지 약 1.5 wt.%의 범위 내이다. 상기 제1용액은 1.01 g/cm³의 밀도를 가진다. 제1용액의 예시적인 입자 크기 분포 데이터는 도 4-7에 나타내었다. 도 4는 실온에서 72.11 nm의 직경을 가지는 100 % TiO₂ 나노입자를 가지는 제1용액을 나타낸다. 도 5는 실온에서 72.70 nm의 직경을 가지는 100 % TiO₂ 나노입자를 가지는 제1용액을 나타낸다. 도 6은 실온에서 8.191 nm의 직경을 가지는 100 % TiO₂ 나노입자를 가지는 제1용액을 나타낸다. 도 7은 실온에서 7.406 nm의 직경을 가지는 100 % TiO₂ 나노입자를 가지는 제1용액을 나타낸다.

제2용액은 헵테인 및 헥사데케인 내에 분산된 약 0.1 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 크기를 가지는 SiO₂ 나노입자를 포함한다. 상기 제2용액은 또한 메틸 하이드로젠 폴리실록산 (약 0.1-5 wt.%)을 포함할 수 있다. 상기 제2용액 내 SiO₂ 나노입자의 함량은 약 0.1 wt.% 내지 약 5 wt.%의 범위 내이다. 상기 제2용액은 0.774 g/cm³의 밀도를 가진다. 제2용액의 예시적인 입자 크기 분포 데이터는 도 8-11에 나타내었다. 도 8은 실온에서 0.8184 nm의 직경을 가지는 100 % SiO₂ 나노입자를 가지는 제2용액을 나타낸다. 도 9는 실온에서 1.164 nm의 직경을 가지는 100 % SiO₂ 나노입자를 가지는 제2용액을 나타낸다. 도 10은 실온에서 33.23 nm의 직경을 가지는 100 % SiO₂ 나노입자를 가지는 제2용액을 나타낸다. 도 11은 실온에서 25.13 nm의 직경을 가지는 100 % SiO₂ 나노입자를 가지는 제2용액을 나타낸다.

예를 들면, 예시적인 일 공정에서는, PCBA를 용매로 세척하고 60℃에서 10분 동안 건조시킨다. 세척된 PCBA를 약 5-10초 동안 제1용액 내에 담그고, 이어서 150℃에서 5분 동안 그리고 50℃에서 8시간 동안 베이킹한다. 80℃에서 10분 동안 예열한 후, 상기 PCBA를 5-10초 동안 제2용액 내에 담근다. 그리고 나서 상기 PCBA를 100℃에서 20분 동안 베이킹한다.

이하에서는 본 발명의 일부 구현예의 나노필름을 가지는 PCBA의 성능을 테스트 결과를 참조하여 나타낸 것이다.

내식성(Corrosion-resistance) 테스트 Ⅰ

본 테스트에서는 나노필름을 가지는 PCBA와 종래기술의 기상증착에 의해 형성된 통상적인 필름을 가지는 PCBA를 비교한다. 기상증착에 의해 형성되는 필름의 두께는 조절이 어렵다. 기상증착에 의한 필름의 두께가 증가할수록 이의 보호 효과는 향상되지만, PCBA의 성능은 떨어진다는 것이 알려져있다. 본 테스트에서 기상증착에 의해 형성된 필름의 두께 범위는 3 ㎛ 내지 5 ㎛ 사이이다. 테스트 절차는 다음과 같이 기술된다: 두 가지의 테스트 PCBA 제품의 전자 부품 각각에 땀(sweat)을 1시간 동안 매 5분 마다 점적(drip)하고, 두 가지의 테스트 제품을 40℃ 환경에 두어 상기 전자 부품을 건조시킨다. 위의 과정 각각을 하루에 2번 반복하였다. 상기 언급된 과정을 완료한 후에 전자 부품을 매일 테스트하였다. 상기 테스트 단계는 두 가지의 테스트 PCBA 제품의 모든 전자 부품이 작동/기능하지 않을 때까지 반복되었다. 상기 테스트 결과는 표 1에 나타내었고, 기상증착에 의해 형성된 필름을 가지는 PCBA의 부식 속도(corrosion rate)는 본 발명의 개시에 부합하는 나노필름을 가지는 PCBA의 부식 속도 보다 빨랐다. 결과와 같이, 본 구현예의 나노필름은 보다 우수한 부식 저항 특성(corrosion-resistance property)을 가진다.

표 1

내식성 테스트 Ⅱ

또 다른 내식성 테스트는 나노필름의 화학적 내구성을 테스트하기 위해 사용된다. 본 테스트에서는 나노필름으로 코팅된 PCBA가 그 위에 플러그와 연결된다. 테스트 절차는 다음과 같이 기술된다: 나노필름으로 코팅된 PCBA와 플러그를 인공 땀 내에 침지(dip)시킨 후 빼낸다; 상기 플러그는 1시간 동안 충전용 리셉터클(receptacle)과 연결된다. 충전 후 다시 상기 나노필름으로 코팅된 PCBA와 플러그를 인공 땀 내에 침지시킨다. 침지 및 충전 작업을 200번 반복하였다. 충전 전류, 충전 전압, 및 충전 표시기(charging indicator)를 충전 작업이 실패할 때까지 관찰하였다. 테스트 결과는 표 2에 나타내었고, 나노필름으로 코팅된 PCBA와 플러그는 땀에 영향받지 않고 표준 범위 내에서 사용될 수 있다.

표 2

방수 테스트 Ⅰ

본 발명의 나노필름으로 코팅된 PCBA의 방수 기능을 테스트하기 위해 두 가지의 이어폰이 사용되었다. 각각의 이어폰은 나노필름을 가지는 PCBA를 가진다. 테스트 절차는 다음과 같이 기술된다: 물 속에 이어폰을 넣고 이어폰이 작동을 멈출 때까지 물 속에서의 작동 시간을 기록한다. 테스트 결과는 표 3에 나타내었고, 물 속에서 평균 작동 시간은 207.5분이었다. 나노필름을 가지는 PCBA의 방수기능은 이어폰의 전자 부품의 허용가능한 보호를 가지도록 향상되었다.

표 3

방수 테스트 Ⅱ

본 테스트에서 나노필름으로 코팅된 PCBA는 배터리팩(battery pack)과 연결된다. 테스트 절차는 다음과 같이 기술된다: 배터리팩과 나노필름을 가지는 PCBA를 30분 동안 물 속에 넣고, 배터리팩의 작동 상태를 관찰하였다. 테스트 결과는 표 4에 나타내었다. 나노필름을 가지는 PCBA와 연결된 배터리팩은 물 속에서 정상적으로 작동할 수 있다.

표 4

저항 측정 테스트

나노필름이 PCBA의 표면 저항에 영향을 끼치는지 여부를 확인하기 위하여 나노필름으로 코팅되기 전과 후의 PCBA의 표면 저항을 테스트 측정하였다. 테스트 결과는 표 5에 나타내었고, 나노필름이 PCBA의 표면 저항에 실질적으로 영향을 끼치지 않는다는 것을 확인하였다. 나노필름으로 코팅되기 전과 후의 PCBA의 표면 저항의 차이는 1 % 이내이다.

표 5

전류 측정 테스트

나노필름이 PCBA의 표면 전류에 영향을 끼치는지 여부를 확인하기 위하여 나노필름으로 코팅되기 전과 후의 PCBA에서 4개의 테스트 지점의 표면 전류를 테스트 측정하였다. 테스트 결과는 표 6에 나타내었다. 나노필름은 PCBA의 표면 전류에 실질적으로 영향을 끼치지 않았다. 나노필름으로 코팅되기 전과 후의 PCBA의 표면 전류의 차이는 1 % 이내이다.

표 6

본 개시의 구현예에 부합하는 나노필름을 코팅하는 방법은 숙련된 기술자에 의해 기타 장치 내에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전선(cable)이 PCBA와 연결되는 경우, 상기 전선과 PCBA는 동시에 코팅될 수 있다. 코팅 공정 후, 전선은 우수한 방수 특성, 우수한 내식성, 및 보다 적은 마찰을 가진다. 나노필름을 코팅하는 중 상기 세척, 베이킹 및 가열 공정의 온도 및 시간 주기는 상이한 장치에 맞도록 변형될 수 있다.

전술한 설명은, 설명의 목적을 위해, 구체적인 구현예를 참조하여 서술되었다. 그러나 이상에서의 예시적인 논의는 본 발명을 개시된 그 정확한 형태로 총망라하거나 한정하려는 것은 아니다. 이상의 교시를 감안하여 많은 수정 및 변형이 가능하다. 구현예는 본 발명의 원리 및 이의 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 그것에 의하여 당해 기술 분야의 다른 기술자가 본 발명을 가장 잘 활용할 수 있을 것이며 다양한 수정이 있는 다양한 구현예는 고려되는 특정한 용도에 적합하다.

일 양태에서, 본 개시는 장치를 코팅하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:

장치를 세척하는 단계;

장치를 베이킹하는 단계;

상기 장치 상에, 제1용질로서 금속 산화물 나노입자를 가지는 제1용액을 도포하는 단계(상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가짐);

상기 제1용액의 제1용매의 휘발 또는 열분해 중 적어도 하나에 의해 상기 장치 상에 금속 산화물 나노입자로 내부 코팅을 형성하는 단계;

상기 금속 산화물 나노입자와 장치 사이의 결합력을 강화하는 단계;

상기 내부 코팅으로 코팅된 장치를 베이킹하는 단계;

상기 내부 코팅 상에, 제2용질로서 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액을 도포하는 단계(상기 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가짐); 및

상기 제2용액의 제2용매의 휘발 또는 열분해 중 적어도 하나에 의해 상기 내부 코팅 상에 실리콘 이산화물 나노입자로 외부 코팅을 형성하는 단계.

일부 구현예에서, 상기 제1용액은 디핑, 스프레이, 또는 브러싱에 의해 장치 상에 도포된다. 상기 제2용액은 디핑, 스프레이, 또는 브러싱에 의해 장치 상에 도포된다. 일부 구현예에서, 제1용액의 제1용매의 휘발 및 열분해 중 하나는 제1용액으로 코팅된 장치에 적용되는 베이킹 처리를 포함한다. 제2용액의 제2용매의 휘발 및 열분해 중 하나는 제2용액으로 코팅된 장치에 적용되는 베이킹 처리를 포함한다. 장치는 초음파 세척 기계 내에서 세척될 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 금속 산화물 나노입자와 장치 사이의 결합력을 강화하는 단계 후 그리고 상기 내부 코팅을 가지는 장치를 베이킹하는 단계 전에 내부 코팅으로 코팅된 장치의 외관을 체크하는 단계 및 내부 코팅으로 코팅된 장치를 세척하는 단계를 더 포함한다. 금속 산화물 나노입자와 장치 사이의 결합력은 열처리에 의해 강화될 수 있다.

일부 구현예에서, 제1용액 내의 금속 산화물 나노입자의 농도는 약 0.3-5 wt. %이다. 제2용액 내의 실리콘 이산화물 나노입자의 농도는 약 0.3-5 wt. %이다. 제1용매는 물, 메탄올, 또는 에탄올, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있다. 제2용매는 헵테인, 세테인, 또는 메틸 하이드로젠 실록산, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 장치를 세척하는 단계 전에 상기 장치의 하나 이상의 부분을 마스킹하는 단계 그리고 외부 코팅이 형성된 후에 상기 장치의 상기 부분 상의 마스킹 물질을 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 장치 상에 제1용액을 도포하는 단계 전에 상기 장치의 하나 이상의 부분을 마스킹하는 단계 그리고 외부 코팅이 형성된 후에 상기 장치의 상기 부분 상의 마스킹 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 내부 코팅으로 코팅된 장치에 제2용액을 도포하기 전에 그리고 금속 산화물 나노입자와 장치 사이의 결합력을 강화시키는 단계 후에 상기 장치의 하나 이상의 부분을 마스킹하는 단계, 및 외부 코팅이 형성된 후에 상기 장치의 상기 부분 상의 마스킹 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 본 개시는:

PCBA를 세척하는 단계;

상기 PCBA를 섭씨 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안 베이킹하는 단계;

상기 PCBA 상에, 제1용질로서 금속 산화물 나노입자를 가지는 제1용액을 도포하는 단계(상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가짐);

상기 PCBA 상에 금속 산화물 나노입자로 내부 코팅을 형성하기 위해 상기 제1용액으로 코팅된 상기 PCBA를 섭씨 약 50도 내지 150도에서 5-30분 동안 베이킹하는 단계;

상기 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력을 강화하는 단계;

상기 내부 코팅으로 코팅된 상기 PCBA를 섭씨 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안 베이킹하는 단계;

상기 내부 코팅 상에 실리콘 이산화물 나노입자로 외부 코팅을 형성하기 위해 제2용액으로 코팅된 상기 PCBA를 섭씨 약 50도 내지 150도에서 10-30분 동안 베이킹하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)를 코팅하는 방법을 제공한다.

일부 구현예에서, 상기 PCBA는 초음파 세척 기계 내에서 섭씨 약 40도 내지 60도에서 10-30분 동안 순수(pure water)로 세척된다. 상기 방법은 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력을 강화하는 단계 후 그리고 상기 내부 코팅을 가지는 PCBA를 베이킹하는 단계 전에 내부 코팅으로 코팅된 PCBA의 외관을 체크하는 단계 및 내부 코팅으로 코팅된 PCBA를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력은 섭씨 약 25도 내지 100도에서 2시간 내지 72시간 동안 열처리함에 의해 강화될 수 있다. 제1용액 내의 금속 산화물 나노입자의 농도는 약 0.3 wt. %-5 wt. %이다. 제2용액 내의 실리콘 이산화물 나노입자의 농도는 약 0.3 wt. %-5 wt. %이다. 제1용매는 물, 메탄올, 또는 에탄올, 또는 이들의 조합 중 하나이다. 제2용매는 헵테인, 세테인, 또는 메틸 하이드로젠 실록산, 또는 이들의 조합 중 하나이다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 PCBA를 세척하는 단계 전에 상기 PCBA의 하나 이상의 부분을 마스킹하는 단계 그리고 외부 코팅이 형성된 후에 상기 PCBA의 상기 부분 상의 마스킹 물질을 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 PCBA 상에 제1용액을 도포하는 단계 및 상기 PCBA를 베이킹하는 단계 전에 상기 PCBA의 하나 이상의 부분을 마스킹하는 단계 그리고 외부 코팅이 형성된 후에 상기 PCBA의 상기 부분 상의 마스킹 물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 내부 코팅으로 코팅된 PCBA에 제2용액을 도포하기 전에 그리고 금속 산화물 나노입자와 PCBA 사이의 결합력을 강화시키는 단계 후에 상기 PCBA의 하나 이상의 부분을 마스킹하는 단계, 및 외부 코팅이 형성된 후에 상기 PCBA의 상기 부분 상의 마스킹 물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 개시는:

인쇄 회로 기판 어셈블리(상기 인쇄 회로 기판 어셈블리는 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판에 장착되는 하나 이상의 전자 부품을 포함함); 및

상기 인쇄 회로 기판 어셈블리 상의 나노필름(상기 나노필름은 상기 인쇄 회로 기판 어셈블리와 접촉하는 내부 코팅 및 상기 내부 코팅과 접촉하는 외부코팅을 포함하고, 상기 내부 코팅은 5 nm 내지 100 nm의 범위 내의 입자 직경(particle diameter, 입경)을 가지는 금속 산화물 나노입자를 포함하고, 상기 외부 코팅은 0.1 nm 내지 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함함)을 포함하는 장치를 제공한다.

일부 구현예에서, 상기 나노필름은 금속 산화물 나노입자 용액 및 실리콘 이산화물 나노입자 용액의 휘발 또는 열분해에 의해 형성된다. 상기 금속 산화물 나노입자 용액은 0.3 wt. % 내지 5 wt. % 사이의 농도 범위를 가진다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 0.3 wt. % 내지 5 wt. % 사이의 농도 범위를 가진다. 상기 전자 부품은 상기 인쇄 회로 기판 상에 장착될 수 있는 레지스터, 캐패시터, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 커넥터, 스피커, 마이크로폰 또는 임의의 기타 부품일 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판은 일부 구현예에서 FR-4 복합 재료로부터 제조된다.

본 개시는 PCBA를 예시로서 사용하고 있으나, 기타 기판, 예컨대 금속, 유리, 플라스틱 기판, 또는 기타 전자 장치가 나노필름으로 코팅될 수 있다.

도 12는 방수 기능을 가지도록 나노필름으로 코팅된 부품을 가지는 스피커 1200의 분해 조립도를 나타낸다. 상기 스피커 1200은 드라이브 유닛(driving unit) 1210, PCBA 1220, 다이아프램 1230, 방진 메쉬 1240 및 기타 요소를 포함한다. 상기 기타 요소는 요크 1251, 영구 자석 1252, 와셔(washer) 1253, 프레임 1254, 및 댐퍼(damper) 1255를 포함한다. 드라이브 유닛 1210은 리드선(lead wire) 1256에 의해 PCBA 1220과 전기적으로 연결된다.

상기 PCBA 1220은 인쇄 회로 기판 1221 및 그 위에 장착되는 복수의 전자 부품 1222를 가진다. 상기 PCBA 1220은 드라이브 유닛 1210과 연결되고, 상기 드라이브 유닛 1210은 다이아프램 1230을 구동시킨다. 일부 구현예에서 상기 다이아프램 1230은 섬유 재료, 예컨대 인공 섬유와 같은 재료 또는 가죽으로 만들어진다. 상기 드라이브 유닛 1210은 무빙 철 드라이버(moving iron driver), 무빙 코일 드라이버(moving coil driver), 정전형 드라이버(electrostatic driver), 또는 전기형 드라이버(electric driver)일 수 있다. 상기 전자 부품 1222는 상기 인쇄 회로 기판 1221 상에 장착될 수 있는 레지스터, 캐패시터, 인덕터, 트랜지스터, 또는 기타 부품일 수 있다. 일부 구현예에서는, 전기음향 장치 즉, 스피커 1200가 전주파수대역(full frequency band)의 소리를 방출할 수 있도록 만들기 위해, 상기 PCBA 1220는 전기 신호를 처리한 후 전기 신호를 복수의 주파수 대역으로 변환해야 한다. 설계 요건에 따라, 복수의 주파수 대역은 드라이브 유닛 1210에 분배되어 다이아프램 1230이 진동하여 소리를 만들도록 구동시킨다.

상기 PCBA 1220은 금속 산화물 나노입자를 가지는 내부 코팅 및 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 외부코팅을 포함하는 제1나노필름으로 코팅되고, 여기서 상기 금속 산화물 나노입자의 크기는 상기 실리콘 이산화물 나노입자의 크기보다 크다.

일부 구현예에서, 내부 코팅의 표면 및 주변은 복수의 작은 기공, 갭 및 기타 구조를 가진다. 외부 코팅이 상기 내부 코팅의 갭 및 기공 상에 또는 내에 형성되는 경우, 상기 외부 코팅과 내부 코팅 사이에서 상호 침투(interpenetration)가 발생한다. 일부 구현예에서, 외부 코팅과 내부 코팅은 두 개의 분리된 층의 형태가 아닐 수 있다. 일부 구현예에서, 금속 산화물 나노입자와 실리콘 이산화물 나노입자는 동일한 층에 있을 수 있다. 실리콘 이산화물 나노입자는 상기 금속 산화물 나노입자 사이의 인터스티스(interstice), 예를 들면 기공 또는 갭 속으로 침투한다. 금속 산화물 및 실리콘 이산화물 입자 모두를 포함하는 코팅층은 PCBA 상에 형성된다.

상기 다이아프램 1230은 제2나노필름으로 코팅된다. 상기 제2나노필름은 플루오로 나노입자 예를 들면, 플루오로중합체 입자를 포함한다. 플루오로 나노입자를 위한 플루오로중합체의 예로는, 플루오로플라스틱 입자, 퍼플루오로중합체, 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로에터, 퍼플루오로에스터, 또는 퍼플루오로에스터 변성 실록산(perfluoroester-modified siloxane)을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 상기 플루오로중합체 나노입자는 C-F 결합 및/또는 탄소 원자에 결합된 하이드록실기 (예를 들면, C-OH)를 포함한다. 예를 들어 일부 구현예에서 플루오로 나노입자는 퍼플루오로에터, 퍼플루오로에스터, 또는 퍼플루오로에터, 또는 퍼플루오로에스터 변성 실록산으로 구성된다. 상기 플루오로 나노입자의 입자 크기 (직경)은 1 nm 내지 150 nm, 10 nm 내지 100 nm, 50 nm 내지 100 nm, 평균 72 nm ± 21 nm, 또는 25 nm 내지 75 nm, 또는 이들의 임의의 조합의 범위 내일 수 있다.

도 13은 예시적인 구현예에 따라 전기음향 장치(electroacoustic device)를 제조하는 방법 1300을 설명하는 흐름도이다. 도 12 및 도 13과 관련하여, 단계 1302에서, 제1나노필름은 PCBA 1220 상에 형성되고 제2나노필름은 다이아프램 1230 상에 형성된다. 단계 1304에서 상기 PCBA 1220, 드라이브 유닛 1210, 다이아프램 1230, 및 기타 요소는 전기음향 장치를 형성하기 위해 조립된다.

도 14는 다이아프램 1230 상에 제2나노필름을 형성하는 방법 1400을 설명하는 흐름도이다. 단계 1402에서, 상기 다이아프램 1230 상에 제3용질로서 플루오로 나노입자를 가지는 제3용액을 도포하기 위해 상기 다이아프램 1230을 자동디핑기(automatic dipping machine) 내에 위치시킨다. 일부 구현예에서, 상기 다이아프램 1230은 그 위에 제3용액을 도포하기 위해 스프레이 또는 브러쉬 또는 기타 알려진 방법에 의해 처리될 수 있다. 상기 제3용액의 농도는 3% 내지 20%일 수 있다. 단계 1404에서, 상기 제3용액의 제3용매의 휘발 및 열분해 중 적어도 하나에 의해 상기 다이아프램 상에는 플루오로 나노입자가 남도록 제3용액으로 코팅된 상기 다이아프램 1230을 베이킹한다. 예를 들면, 제3용액을 가지는 다이아프램은 베이킹 장치 내에서 섭씨 약 60도 내지 200도에서 10-120분 동안 베이킹될 수 있다(미도시). 상기 제3용매는 주요 용매와 보다 적은 용매를 포함하는 조성을 가진다. 상기 주요 용매는 물, 또는 에탄올 중 하나이고, 보다 적은 용매는 에틸렌 글라이콜이다.

상기 방진 메쉬 1240은 이물질이 다이아프램에 들어가는 것을 막기 위해 섬유 재료, 예컨대 인공 섬유와 같은 재료 또는 가죽으로 만들어질 수 있다. 상기 방진 메쉬 1240은 또한 나노필름으로 코팅될 수 있다. 나노필름을 방진 메쉬 1240에 코팅하는 방법은 다이아프램 1230을 코팅하는 방법과 유사하다. 방진 메쉬 1240을 코팅하는 예시적인 방법은 다음과 같이 기술된다. 후속 단계에서의 처리를 용이하게 하기 위해 방진 메쉬 1240을 로더 상에 위치시킨다(미도시). 제4용질로서 플루오로 나노입자를 가지는 제4용액을 상기 방진 메쉬 1240 상에 도포하기 위해 상기 방진 메쉬 1240을 자동디핑기 내에 위치시킨다.

일부 구현예에서, 상기 방진 메쉬 1240은 그 위에 제4용액을 도포하기 위하여 스프레이 또는 브러쉬 또는 기타 방법으로 코팅될 수 있다. 제4용액의 농도는 3% 내지 20%이다. 상기 제4용액의 제4용매의 휘발 및 열분해 중 적어도 하나에 의해 상기 방진 메쉬 1240 상에는 플루오로 나노입자가 남도록 제4용액으로 코팅된 상기 방진 메쉬 1240을 베이킹한다. 예를 들면, 제4용액으로 코팅된 방진 메쉬 1240은 베이킹 장치 내에서 섭씨 약 60도 내지 200도에서 10-120분 동안 베이킹된다(미도시). 상기 제4용매는 주요 용매와 보다 적은 용매를 포함하는 조성을 가진다. 상기 주요 용매는 물, 또는 에탄올 중 하나이고, 보다 적은 용매는 에틸렌 글라이콜이다. 일부 구현예에서, 제4용액은 제3용액과 같을 수 있다.

일부 구현예에서, 제1나노필름은 TiO₂ 나노입자 및 SiO₂ 나노입자를 포함할 수 있고; 제2나노필름과 제3나노필름은 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 도 15a-15c는 동적광산란법(dynamic light scattering, DLS)에 의한 TiO₂ 나노입자의 입자 크기 분포의 세 가지 측정 결과를 나타낸다. TiO₂ 나노입자의 주요 입자 크기 (직경)은 약 32 nm 내지 36 nm의 범위 내이다. 두 번째로 높은 입자 크기 피크는 약 110 nm 내지 220 nm에 위치한다.

도 16은 SiO₂ 나노입자의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지 및 입자 크기 분포 다이어그램을 나타낸다. SiO₂ 나노입자의 입자 크기 (직경)은 1 nm 내지 2.5 nm (평균 크기 1.7 nm ± 0.4 nm)의 범위 내이다. 도 17은 플루오로중합체 나노입자의 TEM 이미지 및 입자 크기 분포 다이어그램을 나타낸다. 플루오로중합체의 입자 크기 (직경)은 50 nm 내지 100 nm (평균 크기 72 nm ± 21 nm)의 범위 내이다. 상기 플루오로중합체는 퍼플루오로에터, 또는 퍼플루오로에터 변성 실록산(perfluoroether-modified siloxane)일 수 있다.

나노필름이 전기음향 장치의 음향 품질에 영향을 미치는지 여부를 이해하기 위해, 본 발명자는 장치가 나노필름으로 코팅되기 전과 후에 주파수 응답 (FR) 및 전고주파 왜곡 (THD) 측정 테스트를 수행하였다. 상기 테스트에서, 두 가지의 전기음향 장치가 이들의 음향 품질을 비교하기 위해 사용되었다. 각각의 전기음향 장치는 최소한 PCBA, 다이아프램, 및 방진 메쉬를 가진다. 전기음향 장치 중 하나는 나노필름으로 코팅된 부품을 포함하지 않는다. 또 다른 전기음향 장치는 제1나노필름으로 코팅된 PCBA, 제2나노필름으로 코팅된 다이아프램, 및 제3나노필름으로 코팅된 방진 메쉬를 포함한다.

테스트 단계는 다음과 같이 기술된다. 물방울을 각각의 방진 메쉬에 점적하였다. 메쉬가 젖었는지 여부를 결정하기 위해 상기 메쉬를 검사하였다. 이어서 전기음향 장치는 소리를 재생하도록 활성화되었다. 전기음향 장치의 성능은 FR 테스트 및 THD 테스트로 측정하고 비교하였다. 테스트 결과는 하기의 표 7에 나타내었고, 나노필름이 전기음향 장치의 음향 품질에 크게 영향을 끼치지 않는다는 것을 확인하였다.

표 7

도 18은 제3나노필름이 있는(우측) 그리고 제3나노필름이 없는(좌측) 두 가지의 방진 메쉬 상에 물방울이 도포된 것을 나타내는 사진이다. 그룹 1에서, 제3나노필름이 없는 방진 메쉬는 젖었다. 그룹 2에서, 제3나노필름을 가지는 방진 메쉬는 여전히 건조하였고, 사진에서 물방울이 보였다.

나노필름이 전기음향 장치의 음향 성능에 영향을 끼치는지 여부를 확인하기 위해, FR 및 THD를 측정하는 실험을 테스트하였다. 상기 테스트에서, 두 가지의 동일한 전기음향 장치가 서로 비교된다. 각각의 전기음향 장치는 적어도 하나의 인쇄 회로 기판 어셈블리, 다이아프램, 및 방진 메쉬를 포함한다. 상기 전기음향 장치 중 하나는 어떠한 나노필름으로도 코팅되지 않았다. 그리고 다른 하나는 인쇄 회로 기판 어셈블리 상에 제1나노필름이 코팅되고, 다이아프램 상에 제2나노필름이 코팅되고, 그리고 방진 메쉬 상에 제3나노필름이 코팅되었다. 상기 실험에서, 두 가지의 전기음향 장치는 각각 소리를 재생하고, FR 및 THD를 테스트하였다. 도 19는 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 주파수 응답(frequency response, FR)을 나타낸다. 도 20은 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 주파수 응답 (FR)의 차이를 나타낸다. 테스트 결과는 나노필름이 평균 FR에 영향을 미치지 않는다는 것을 뒷받침한다. 고주파수 (10K ~ 14KHz)에서 최대 베리에이션(variation)은 약 2~4 dB(데시벨)이다.

도 21은 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 전고주파 왜곡(total harmonic distortion, THD)을 나타낸다. 도 22는 나노필름으로 코팅하기 전과 후, 전기음향 장치의 평균 전고주파 왜곡 (THD)의 차이를 나타낸다. 테스트 결과는 나노필름이 평균 THD에 영향을 미치지 않는다는 것을 뒷받침한다. 평균 THD는 일정하고 최대 베리에이션은 약 0.2%이다.

본 출원의 다른 구현예들은 본 출원에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시를 고려하면 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 본 출원은 해당 기술분야에 알려져 있거나 또는 관행 내에 속하는 본 개시로부터의 이탈을 포함하고, 그 일반 원리를 따르는 본 발명의 임의의 변형, 사용 또는 적용을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시로서 간주되며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 이하의 청구범위에 의해 지시되는 것으로 의도된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시되고 설명된 정확한 구성에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 수정이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims

장치에 있어서,
다음을 포함하는 인쇄 회로 기판 어셈블리:
인쇄 회로 기판; 및
상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 하나 이상의 전자 부품;
및
다음을 포함하는, 상기 인쇄 회로 기판 어셈블리 상에 배치된 나노필름:
상기 인쇄 회로 기판 어셈블리와 접해 있는 내부 코팅
(상기 내부 코팅은 5 nm 내지 100 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 금속 산화물 나노입자를 포함함); 및
상기 내부 코팅과 접해있는 외부 코팅
(상기 외부 코팅은 0.1 nm 내지 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함함)
을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판 어셈블리의 하나 이상의 부분은 나노필름으로부터 노출되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판 어셈블리의 하나 이상의 부분은 외부 코팅으로부터 노출되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 인쇄 회로 기판 어셈블리는 기공 및 갭(gap)을 포함하고, 나노필름은 상기 기공 및 갭에 배치되는 장치.
제1항에 있어서,
하나 이상의 전자 부품은 레지스터, 캐패시터, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 커넥터, 스피커, 또는 마이크로폰 중 하나를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
금속 산화물 나노입자는 Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, Bi, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, 또는 Hg로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
내부 코팅 및 외부 코팅은 서로 간에 상호 침투(interpenetration)하는 장치.
제1용액을 대상물에 도포하는 단계(상기 제1용액은 금속 산화물 나노입자 및 제1용매를 포함함);
대상물 상에 금속 산화물 나노입자가 내부 코팅을 형성하도록 상기 제1용매를 제거하는 단계;
상기 내부 코팅에 제2용액을 도포하는 단계(상기 제2용액은 실리콘 이산화물 나노입자 및 제2용매를 포함함); 및
상기 내부 코팅 상에 실리콘 이산화물 나노입자가 외부 코팅을 형성하도록 제2용매를 제거하는 단계를 포함하는, 장치를 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
대상물에 제1용액을 도포하기 전에 마스킹 물질로 대상물의 하나 이상의 부분을 마스킹 하는 단계; 및
대상물의 하나 이상의 부분이 노출되도록 외부 코팅을 형성한 후에 대상물의 상기 부분으로부터 마스킹 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
대상물에 제2용액을 도포하기 전에 마스킹 물질로 대상물의 하나 이상의 부분을 마스킹 하는 단계; 및
내부 코팅의 하나 이상의 부분이 노출되도록 외부 코팅을 형성한 후에 대상물의 상기 부분으로부터 마스킹 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
제1용매는 제1시간주기(time period) 동안 제1온도에서 제1가열 과정에 의해 제거되는 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1온도는 약 50-150℃이고, 상기 제1시간주기는 5-30분인 방법.
제11항에 있어서,
대상물 상에 내부 코팅을 형성한 후에,
내부 코팅으로 코팅된 대상물을 제2시간주기 동안 제2온도에서 베이킹하는 단계(상기 제1온도는 상기 제2온도보다 높고, 제1시간주기는 제2시간주기보다 짧음)를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 제2온도는 약 25-100℃이고, 상기 제2시간주기는 2-72시간인 방법.
제13항에 있어서,
내부 코팅으로 코팅된 대상물을 제2시간주기 동안 제2온도에서 베이킹한 후에,
내부 코팅으로 코팅된 대상물을 제3시간주기 동안 제3온도에서 베이킹하는 단계(상기 제3온도는 상기 제2온도보다 높고, 제3시간주기는 제2시간주기보다 짧음)를 더 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제3온도는 약 50-150℃이고, 상기 제3시간주기는 10-30분인 방법.
제15항에 있어서,
제2용매는 제4시간주기 동안 제4온도에서 제2가열 과정에 의해 제거되고, 여기서 상기 제4온도는 상기 제2온도보다 높고, 상기 제4시간주기는 상기 제2시간주기보다 짧은 방법.
제17항에 있어서,
상기 제4온도는 약 50-150℃이고, 상기 제4시간주기는 10-30분인 방법.
물, 메탄올, 또는 에탄올, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함하는 용매; 및
Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, Bi, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, 또는 Hg로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 산화물을 포함하는 금속 산화물 나노입자(상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가짐)를 포함하는 용액.
제19항에 있어서,
상기 용액은 0.3 내지 5 wt %의 금속 산화물 나노입자를 포함하는 용액.
헵테인, 세테인, 또는 메틸 하이드로젠 실록산(methyl hydrogen siloxane), 또는 이들의 조합 중 하나를 포함하는 용매; 및
약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함하는 용액.
제21항에 있어서,
상기 용액은 0.3 내지 5 wt %의 실리콘 이산화물 나노입자를 포함하는 용액.