KR20170142922A - 장치들을 코팅하는 방법 및 그에 따른 생성물 - Google Patents

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청 리 제임스
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나노 쉴드 테크놀로지 씨오., 엘티디.
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Abstract

장치를 방수처리하는 방법 및 그 생성된 장치를 제공한다. 상기 장치는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)를 포함하고, 이는 인쇄 회로 기판, 및 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품을 포함한다. 중합체 코팅과 같은 방수 코팅은 상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 배치된다. 나노필름은 상기 PCBA 상에 배치된다. 상기 나노필름은 내부 코팅 및 외부 코팅을 포함한다. 상기 내부 코팅은 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 배치된다. 상기 내부 코팅은 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 직경을 가진 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 상기 외부 코팅은 상기 내부 코팅과 접하고, 0.1 nm 내지 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함한다.

Description

장치들을 코팅하는 방법 및 그에 따른 생성물{METHOD FOR COATING DEVICES AND RESULTING PRODUCTS}
개시된 본 발명은 일반적으로 장치(device)를 코팅하는 방법 및 더욱 상세하게는 나노입자들로 장치를 코팅하는 방법 및 그 결과 생성된 코팅된 장치에 관한 것이다.
매우 다양한 기술이 진보하면서, 많은 전자 부품들은 초소형화 및 다양화로 점차 개발되고 있으며, 인쇄 회로 기판 어셈블리(printed circuit board assembly, PCBA)와 그 위의 전자 부품의 디자인은 더욱 복잡해지고 있다. 이에 따라, 어떠한 외부 화학 물질로 인해 습윤해지는 것으로부터 상기 PCBA를 보호하는 방법을 결정하는 것이 중요하고, 보호의 질은 주로 PCBA의 작동 수명을 결정한다. PCBA가 습윤해질 수 있다는 문제점을 해결하기 위해서, 종래기술에서는 주로 PCBA 상에 보호 필름을 형성시킨다. 또한, 일부 케이블과 같은 일부 다른 장치들이 습윤해지는 것을 막고 마찰 감소를 위해 보호 필름이 필요할 수 있다.
종래기술은 PCBA 및 다른 장치들을 보호하기 위한 코팅 방법을 주로 사용하고 있으나, 종래의 코팅 방법으로는 보호 필름의 두께가 너무 두껍거나 또는 균일하지 않은 분포로 만들어지기 쉽다. 다른 종래기술은 기상증착 방법을 채용하여 PCBA 상에 보호 필름을 형성하나, 기상증착 방법은 전자 부품이 위치한 각도 때문에 종종 균일하지 않은 보호 필름을 만들게 된다. 따라서, 높은 품질의 보호 기능과 더 균일한 분포를 가진 더욱 얇은 필름을 형성하는 방법이 요구된다.
본 발명은 장치를 방수처리하는 방법 및 생성된 장치를 제공한다. 이 방법은 장치에 방수 코팅을 형성하는 것과 장치에 나노필름을 형성하는 것을 포함한다. 본 발명에서 방수 코팅 및 나노필름을 형성하는 방법은 앞서 언급된 문제를 해결하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 목적은 장치를 코팅하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: 적어도 장치의 한 부분 상에 또는 접촉하여 방수 코팅(예컨대, 중합체 코팅)을 형성하는 단계, 상기 방수 코팅 및/또는 상기 장치와 접촉하여 금속 산화물 나노입자를 포함하는(또는 금속 산화물 나노입자로부터 만들어지는) 내부 코팅을 형성하는 단계, 및 상기 내부 코팅과 접촉하여 외부 코팅을 형성하는 단계. 상기 외부 코팅은 실리콘 이산화물 나노입자를 포함한다(또는 실리콘 이산화물 나노입자로부터 만들어진다). 상기 금속 산화물 나노입자는 적절한 크기를 가지고, 예를 들어 약 5 nm 내지 100 nm 범위의 직경을 가진다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 적절한 크기를 가지고, 예를 들어 약 0.1 nm 내지 10 nm 범위의 직경을 가진다. 상기 내부 및 외부 코팅 각각에서, 나노입자는 서로 함께 결합하거나 융합(fuse)될 수 있고, 응집(agglomerates)될 수 있다. 상기 금속 산화물 나노입자 및 실리콘 나노입자는 상기 내부 코팅 및 외부 코팅 사이의 계면(interface)에서 서로 함께 결합하거나 융합될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: 장치의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 방수 코팅(예컨대, 중합체 코팅)을 적용하는 단계; 상기 방수 코팅을 큐어링(curing)하는 단계; 상기 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 나노입자를 가지는 내부 코팅을 형성하는 단계; 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 장치 사이의 결합력을 강화하는 단계; 상기 내부 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 외부 코팅으로서 상기 내부 코팅 상에 상기 실리콘 이산화물 나노입자를 제공하는 단계.
본 발명의 다른 목적은 인쇄 회로 기판 어셈블리(printed circuit board assembly, PCBA)를 코팅하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 상기 PCBA의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 방수 코팅(예컨대, 중합체 코팅)을 형성하는 단계, 상기 방수 코팅 및/또는 상기 PCBA와 접촉하는 금속 산화물 나노입자를 포함하는 내부 코팅을 형성하는 단계, 및 상기 내부 코팅과 접촉하는 외부 코팅을 형성하는 단계가 본 명세서에서 개시되는 바와 같이 포함된다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: PCBA의 적어도 한 부분 상에 방수 코팅을 적용하는 단계; 상기 방수 코팅을 큐어링(curing)하는 단계; 10-30분 범위 내의 시간 동안 약 50도 내지 150도 범위 내의 온도에서 상기 PCBA를 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); 내부 코팅으로서 상기 PCBA 상에 상기 금속 산화물 나노입자를 남기기 위해 5-30분 범위 내의 시간 동안 약 50도 내지 약 150도 범위 내의 온도에서 제1용액을 가지는 상기 PCBA를 베이킹하는 단계; 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 PCBA 사이의 결합력을 강화하는 단계; 10-30분 동안 약 50도 내지 150도에서 상기 내부 코팅을 가지는 PCBA를 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 외부 코팅으로서 상기 내부 코팅 상에 상기 실리콘 이산화물 나노입자를 남기기 위해 10-30분 범위 내의 시간 동안 약 50도 내지 150도 범위 내의 온도에서 제2용액을 가지는 상기 PCBA를 베이킹하는 단계.
본 발명의 또 다른 목적은 방수 기능을 가진 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)와 같은 생성된 코팅된 장치를 제공하는 것이다. 상기 PCBA는 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치되거나 장착된 적어도 하나의 전자 부품을 포함한다. 중합체를 포함하는 방수 코팅은 상기 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 배치된다. 나노필름은 상기 방수 코팅 및/또는 상기 PCBA 상에 또는 접촉하여 배치된다. 상기 나노필름은 금속 산화물 나노입자를 포함하는 내부 코팅과 실리콘 이산화물 나노입자를 포함하는 외부 코팅을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가지고 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가진다.
코팅된 후에, 장치는 금속 이산화물 나노입자의 직경보다 더 작은 직경의 실리콘 이산화물 나노입자 및 금속 이산화물 나노입자로 주로 구성된 나노필름과 방수 코팅을 포함한다. 중합체를 포함하는 방수 코팅 및 나노필름은 습윤해지는 것으로부터 상기 장치를 보호하는 우수한 방수 효과가 있다. 일부 구현예에서, 상기 나노필름은 상기 장치가 마찰 감소나 기타 기능을 가지도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에서 나노필름은 나노미터 수준 크기의 금속 산화물 나노입자 및 실리콘 이산화물 나노입자로 인하여 연속적이고 균일한 표면과 얇은 두께를 가진다.
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 증가하거나 감소할 수 있다. 유사한 참조 번호는 명세서 및 도면 전체에서 유사한 특징을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일부 구현예에 따른 나노필름으로 코팅된 예시적인 인쇄 회로 기판 어셈블리 (PCBA)의 개략도(schematic diagram)이다.
도 2는 본 발명의 일부 구현예에 따라 장치를 만드는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일부 구현예에 따라 PCBA를 포함하는 장치 또는 PCBA를 코팅하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4a-4c는 본 발명의 일부 구현예에 따라 동적광산란법(dynamic light scattering, DLS)을 사용하는 TiO2 나노입자의 입자 크기 분포의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일부 구현예에 따른 SiO2 나노입자의 입자 크기 분포를 보여주는 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지이다.
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 알려진 이들의 하나 이상의 등가물 및 그 자체의 구조를 말하는 것이다. 또한, "A, B 및 C의 적어도 하나"의 문구가 인용될 때, 이것은 임의의 조합을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 단지 "A", 또는 "B", 또는 "C", 또는 "A 및 B", 또는 "A 및 C", 또는 "B 및 C", 또는 "A 및 B 및 C"일 수 있다.
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 그런 것은 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 산화물 또는 산화물에 대한 금속은 Al, Ti, Cr, Mn, Co, Zn, Mo, Rh, Pd, Ag, W 및 Au로부터 선택되는 것이다. 예를 들어, 일부 구현예에서 적절한 금속 산화물은 TiO2 이다.
장치를 방수 처리하는 방법 및 그 결과 생성된 장치를 제공한다. 상기 방법은 인쇄 회로 기판과 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품을 포함하는 PCBA를 포함하는 장치를 제공하는 단계, 상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 방수 코팅을 형성하는 단계, 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하는 나노필름의 내부 코팅을 형성하는 단계, 및 상기 내부 코팅과 접촉하는 상기 나노필름의 외부 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 방수 코팅을 형성하는 상기 단계는 장치 상에 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분에 중합체 물질을 도포하고, 상기 장치 상에 상기 중합체 물질을 큐어링(curing)하는 것을 포함한다. 상기 중합체 물질은 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리올레핀, 고무, 클로로뷰틸 고무, 폴리에틸렌 고무 공중합체 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 상기 중합체 물질은 브러싱(brushing), 스핀-코팅(spin-coating) 또는 선택적 코팅 방법(selective-coating process)에 의해 용액, 점성액 또는 콜로이드로부터 선택되는 형태로 도포될 수 있다. 상기 중합체 물질은 베이킹, UV 조사, 실온 큐어링, 또는 습기 큐어링(moisture curing, 습기 경화)으로부터 선택되는 방법에 의해 큐어링할 수 있다. 상기 방수 코팅이 형성된 후에, 상기 장치는 예를 들어 10-30분의 시간 동안, 예를 들어 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 베이킹될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 나노필름의 내부 코팅을 형성하는 단계는 상기 장치 상에 제1용액을 도포하는 단계(상기 제1용액은 금속 산화물 나노입자와 제1용매를 포함함), 상기 장치 상에 상기 금속 산화물 나노입자를 가진 내부 코팅을 형성하도록 휘발 및 열분해 기법 중 적어도 하나에 의해 상기 제1용매를 제거하는 단계, 번-인(burn-in) 처리를 통하여 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 장치 사이의 결합력을 강화시키는 단계를 포함한다. 상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 직경을 가진다. 일부 구현예에서, 상기 제1용액은 약 0.3 - 5 wt.%의 상기 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 상기 제1용매는 물, 메탄올 및 에탄올, 또는 이들의 조합 중 하나이다. 상기 제1용매는 예를 들어 5-30분 범위 내의 시간 동안, 예를 들어 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서, 상기 장치를 열처리함에 의해 제거된다. 상기 번-인 처리는 일부 구현예에서 2시간 내지 72시간 범위 내의 시간 동안 약 25℃ 내지 약 100℃ 범위 내의 온도에서 수행된다. 상기 내부 코팅이 형성된 후에, 상기 장치는 10-30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 베이킹될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 나노필름의 외부 코팅을 형성하는 단계는 상기 장치 에 제2용액을 도포하는 단계, 및 휘발 및 열분해 기법 중 적어도 하나를 이용하여 상기 외부 코팅을 형성하도록 제2용매를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 제2용액은 실리콘 이산화물 나노입자 및 제2용매를 포함한다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가진다. 일부 구현예에서, 상기 제2용액은 약 0.3 wt.% 내지 5 wt.%의 실리콘 산화물 나노입자를 포함하고, 상기 제2용매는 헵테인, 세테인 및 메틸 하이드로젠 실록산(methyl hydrogen siloxane)의 혼합물이다. 메틸 하이드로젠 실록산에서 -SiH로부터 수소의 비율은 약 0.5 wt.% 내지 2.0 wt.%의 범위 내일 수 있다. 일부 다른 구현예에서, 상기 제2용매는 아미노 변성 실록산(amino modified siloxane) 또는 아미노 변성 실레인(amino modified silane)을 포함한다. 상기 아미노 변성 실록산 또는 실레인은 -OH기를 선택적으로 포함할 수 있고 또는 -OH기를 만들기 위해 물 또는 습기와 반응할 수 있다. 상기 제2용매는 예를 들어 10-30분의 시간 동안, 예를 들어 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서, 상기 장치를 열처리함에 의해 제거된다.
상기 제1용액 및 상기 제2용액은 디핑(dipping), 스프레이(spraying), 또는 브러싱(brushing)으로부터 선택되는 방법에 의해 상기 장치 상에 도포된다. 상기 방법은 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 장치 사이의 결합력을 강화시킨 후, 그리고 상기 내부 코팅을 가지는 상기 장치를 베이킹하기 전에, 상기 내부 코팅을 가지는 상기 장치의 외관을 체크하고 상기 내부 코팅을 가지는 상기 장치를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 및 외부 코팅에서, 나노입자들은 서로 함께 결합하거나 융합될 수 있다. 상기 나노입자들은 응집될 수 있다. 상기 금속 산화물 나노입자 및 실리콘 나노입자는 상기 내부 코팅 및 외부 코팅 사이의 계면(interface)에서 서로 함께 결합하거나 융합될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 장치는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)이다. 상기 PCBA는 인쇄 회로 기판과 그 위에 장착되는 복수의 전자 부품을 포함한다. 상기 전자 부품 중 적어도 하나는 고전위차를 가지는 전자 부품으로부터 선택된다. 상기 고전위차를 가지는 전자 부품은 상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 핀(pin)을 가진다. 상기 고전위차를 가지는 전자 부품은 부분적으로 또는 전체적으로 발라져 방수 코팅을 형성한다.
고전위차를 가지는 전자 부품은 전원 또는 다른 부품과 연결된 부품일 수 있는데, 이는 일부 구현예에서 12, 24, 또는 30 볼트(volt) 보다 높은 전위차를 가진다. 예를 들면, 자동차 배터리용 PCBA에서, 서로 다른 그룹의 부품은 5, 12, 24, 및 30 볼트를 포함하되 이에 제한되지 않는 다른 전압을 가진 전원과 연결될 수 있다. 저전위차(예컨대, 5 볼트)를 가지는 부품에서는, 이러한 부품들의 표면은 전기적으로 전도성을 유지하면서, 본 명세서에서 기재된 바와 같이 상기 내부 코팅 및 상기 외부 코팅을 포함하는 상기 나노필름 코팅이 물 또는 습윤으로부터 보호하도록 제공되어 수명을 연장하도록 사용될 수 있다. 중합체 기반의 방수 코팅은 꼭 필요한 것은 아닐 수 있다. 고전위차를 가지는 부품에서는, 표면 전도성은 필요하지 않을 수 있다. 기재된 바와 같이 상기 내부 및 상기 외부 코팅을 포함하는 상기 나노필름 코팅은 물 및 습윤으로부터 어느 정도(degree)에서 보호하도록 제공된다. 그러나 바람직하게는 중합체 기반의 방수 코팅이 더 우수한 보호 및 더 긴 수명을 제공한다. 고전위차를 가지는 부품의 다른 예시는 도로변 및 자동차 용도를 위한 발광 다이오드(light emitting diode, LED)를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 상기 그 결과 생성된 장치가 본 개시에서 제공된다. 상기 장치는 인쇄 회로 기판과 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품을 포함하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)를 포함한다. 중합체 코팅과 같은 방수 코팅은 상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 배치된다. 나노필름은 상기 PCBA 상에 배치된다. 상기 나노필름은 내부 코팅 및 외부 코팅을 포함한다. 상기 내부 코팅은 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 배치된다. 상기 내부 코팅은 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 상기 외부 코팅은 상기 내부 코팅과 접촉하고, 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함한다. 내부 및 외부 코팅에서, 나노입자들은 서로 함께 결합하거나 융합될 수 있다. 상기 나노입자들은 응집될 수 있다. 상기 금속 산화물 나노입자 및 실리콘 나노입자는 상기 내부 코팅 및 외부 코팅 사이의 계면에서 서로 함께 결합하거나 융합될 수 있다.
상기 적어도 하나의 전자 부품은 레지스터(resistor), 캐패시터(capacitor), 인덕터(inductor), 트랜지스터(transistor), 다이오드(diode), 커넥터(connector), 스피커(speaker), 마이크로폰(microphone) 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 부품을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 전자 부품은 상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 핀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 핀은 상기 방수 코팅에 의해 덮여진다. 상기 적어도 하나의 전자 부품은 또한 고전위차를 가지는 적어도 하나의 전자 부품을 포함할 수 있고, 상기 방수 코팅은 그 위에 배치된다.
상기 방수 코팅은 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리올레핀, 고무, 클로로뷰틸 고무, 폴리에틸렌 고무 공중합체 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 중합체를 포함한다. 상기 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 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 금속 산화물 나노입자는 TiO2 나노입자이다. 상기 내부 코팅 및 상기 외부 코팅은 일부 다른 구현예에서 두 개의 층 구조로 있을 수 있거나 또는 일부 다른 구현예에서 서로 간에 상호 침투(interpenetration)할 수 있다.
일 양태에서, 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)를 제공한다. 상기 PCBA는 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품, 상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 배치된 방수 코팅 및 나노필름을 포함한다. 상기 나노필름은 내부 코팅 및 외부 코팅을 포함한다. 상기 내부 코팅은 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 배치된다. 상기 내부 코팅은 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 직경을 가지는 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 상기 외부 코팅은 상기 내부 코팅과 접촉한다. 상기 외부 코팅은 0.1 nm 내지 10 nm 범위 내의 입자 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 전자 부품은 상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 핀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 핀은 상기 방수 코팅에 의해 덮여진다. 상기 적어도 하나의 전자 부품은 고전위차를 가지는 적어도 하나의 전자 부품을 포함하고, 상기 방수 코팅이 그 위에 배치된다. 상기 방수 코팅은 중합체를 포함하고, 일부 구현예에서 상기 금속 산화물 나노입자는 TiO2 나노입자이다.
도 1을 참조하면, 100과 같은 예시적 장치의 개략도가 도시된다. 상기 예시적 장치 100은 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)(10)와 상기 PCBA(10) 상에 코팅된 나노필름(4)을 포함한다. 상기 PCBA(10)는 인쇄 회로 기판(1)과, 그 위에 장착되는 하나 이상의 전자 부품(2)을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 인쇄 회로 기판(1) 및 상기 전자 부품(2)의 주변부 및 표면부는 제조 공정에서 형성되는 복수의 기공, 갭 및 기타 구조를 가지고, 이는 상기 PCBA(10) 및 상기 전자 부품(2)을 거칠게 한다. 각각의 상기 전자 부품(2)은 상기 인쇄 회로 기판(1)과 전기적으로 연결된 복수의 핀(21)을 가진다. 상기 핀은 일부 구현예에서 금속과 같은 전도성 물질을 포함한다.
상기 전자 부품(2)은 상기 인쇄 회로 기판(1) 상에 장착될 수 있는 레지스터, 캐패시터, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 커넥터, 스피커, 마이크로폰 및 임의의 기타 부품일 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판 어셈블리(10)는 팩 배터리(pack battery), 헤드셋(headset), 전화기 또는 임의의 기타 전자 장치 내에 적용될 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판(1)은 FR-4 복합 재료(composite material)로부터 제조되고, 이는 일부 구현예에서 유리 강화 에폭시 복합재(glass-reinforced epoxy composite)이다.
상기 전자 부품(2)의 적어도 하나는 상기 전자 부품(2)을 습윤해지는 것으로부터 보호하기 위하여 방수 코팅(3)(예컨대, 중합체 코팅)에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 덮여질 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 전자 부품(2)의 적어도 하나는 고전위차를 가지는 전자 부품(201)으로부터 선택될 때, 상기 전자 부품(2)은 상기 방수 코팅(3)에 의해 코팅될 필요가 있다. 바람직하게는, 상기 방수 코팅(3)은 고전위차를 가지는 상기 전자 부품(201)의 핀(21) 상에 형성된다. 상기 방수 코팅(3)은 중합체일 수 있는 적절한 물질을 포함한다. 상기 중합체의 예는 실리콘, 아크릴 또는 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리올레핀, 고무(예: 클로로뷰틸 고무), 폴리에틸렌 고무 공중합체 또는 임의의 기타 적절한 중합체 또는 이들의 조합을 포함하되 이에 제한되지 않는다.
상기 나노필름(4)은 금속 산화물 나노입자를 포함하는 내부 코팅(41)과 상기 금속 산화물 나노입자의 직경보다 더 작은 직경을 가지는 실리콘 이산화물 나노입자를 포함하는 외부 코팅(42)을 포함한다. 금속 산화물 나노입자를 포함하는 상기 내부 코팅(41)은 상기 PCBA(10)의 인쇄 회로 기판(1) 및 전자 부품(2) 상에 또는 접촉하여 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 내부 코팅(41)의 적어도 한 부분은 일부 구현예에서 상기 방수 코팅(3) 상에 또는 접촉하여 배치될 수 있다. 실리콘 나노입자를 포함하는 상기 외부 코팅(42)은 상기 내부 코팅(41) 상에 또는 접촉하여 배치된다.
도 1에 도시된 상기 내부 코팅(41), 상기 외부 코팅(42) 및 상기 PCBA(10)의 형태는 단지 개략적인 것이다. 일부 구현예에서, 상기 내부 코팅(41)의 주변부 및/또는 표면부는 복수의 작은 기공, 갭 및 기타 구조를 가진다. 상기 외부 코팅(42)이 상기 내부 코팅(41) 상에 또는 내부에 형성될 때, 상기 외부 코팅(42)과 상기 내부 코팅(41) 사이에서는 상호 침투(interpenetration)가 일어난다. 상기 외부 코팅(42)과 상기 내부 코팅(41)은 두 개의 분리된 층의 형태가 아닐 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 금속 산화물 나노입자 및 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 동일한 층 내에 상기 나노필름(4)을 형성할 수 있다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 상기 금속 산화물 나노입자 사이의 인터스티스(interstice)로 침투한다. 금속 산화물 입자 및 실리콘 이산화물 입자 모두를 포함하는 코팅층은 상기 PCBA(10)의 상기 인쇄 회로 기판(1) 및 상기 전자 부품(2) 상에 형성된다. 상기 내부 코팅(41)의 금속 산화물 나노입자는 또한 상기 PCBA(10)의 기공, 갭 및 기타 구조로 상호 침투할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 내부 코팅은 금속 산화물 나노입자 용액으로부터 만들어진다. 상기 금속 산화물 나노입자 용액은 상기 금속 산화물 나노입자 및 용매의 혼합물이다. 상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 상기 금속 산화물 나노입자 용액은 0.3% 내지 5%의 농도 범위를 가진다. 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올 등 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 외부 코팅은 실리콘 이산화물 나노입자 용액으로부터 만들어진다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 실리콘 이산화물 나노입자 및 용매의 혼합물이다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 0.3% 내지 5%의 농도 범위를 가진다. 상기 용매 구성은 일부 구현예에서 헵테인, 세테인, 메틸 하이드로젠 실록산 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 다른 구현예에서, 상기 용매는 아미노 변성 실록산 또는 아미노 변성 실레인을 포함한다. 상기 아미노 변성 실록산 또는 실레인은 -OH기를 선택적으로 포함할 수 있고 또는 -OH기를 만들기 위해 물 또는 습기와 반응할 수 있다.
도 2를 참조하면, 예시적인 방법(500)은 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품을 포함하는 PCBA를 포함하는 장치를 제공하는 단계(단계 502), 상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 방수 코팅을 형성하는 단계(단계 504), 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 나노필름의 내부 코팅을 형성하는 단계(단계 506), 및 상기 내부 코팅과 접촉하여 상기 나노필름의 외부 코팅을 형성하는 단계(단계 508)를 포함한다. 도 3은 예시적인 방법을 상세하게 나타낸다. 도 2의 단계 504는 도 3의 단계 801과 802를 포함할 수 있다. 도 2의 단계 506은 도 3의 단계 804, 805 및 806을 포함할 수 있다. 도 2의 단계 508은 도 3의 단계 808 및 809를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 PCBA(10)를 코팅하는 예시적인 방법이 일부 구현예에 따라서 도시된다. 상기 PCBA(10)를 후속 단계들을 쉽게 실행하기 위해 로더(미도시) 상에 위치시킨다.
단계 801에서, 상기 PCBA(10)의 적어도 하나의 전자 부품(2)은 부분적으로 또는 전체적으로 발라져 방수 코팅(3)을 형성하고, 이는 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리올레핀, 고무(예: 클로로뷰틸 고무), 폴리에틸렌 고무 공중합체 또는 임의의 기타 적절한 중합체 또는 이들의 조합과 같은 중합체 코팅 물질을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 방수 코팅(3)을 형성하기 위한 물질은 용액, 점성액 또는 콜로이드로부터 선택되는 형태로 도포될 수 있다. 상기 방수 코팅(3)은 스프레이, 브러싱, 스핀-코팅 또는 선택적 코팅 방법과 같은 임의의 사용할 수 있는 기법에 의해 상기 전자 부품(2) 상에 형성된다. 일반적으로 상기 고전위차 전자 부품(201)의 상기 핀(21)은 방수 기능을 강화하기 위하여 상기 방수 코팅(3)에 의해 덮여질 수 있다.
단계 802에서, 상기 방수 코팅(3)은 큐어링 공정을 통해서 큐어링된다. 적절한 큐어링 공정의 예는 베이킹, UV 조사, 빛(light) 큐어링, 실온 또는 저온 큐어링, 열 큐어링 및 습기 큐어링을 포함하되 이에 제한되지 않는다. 코팅 및 큐어링 방법은 상기 전자 부품(2)의 물질의 유형 및/또는 상기 방수 코팅(3)을 형성하는 상기 물질의 특성에 따라서 선택될 수 있다.
단계 803에서, 상기 PCBA(10)를 베이킹한다. 상기 베이킹 공정은 상기 PCBA(10)를 건조시킬 수 있고 상기 PCBA(10)의 복수의 기공, 갭 및 기타 구조를 활성화하거나 노출시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 PCBA(10)는 베이킹 장치(미도시)에서 10-30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 베이킹될 수 있다.
단계 804에서, 상기 PCBA 상에 제1용질로서 금속 산화물 나노입자를 가지는 제1용액을 도포하기 위해 상기 PCBA(10)가 자동 디핑 머신(automatic dipping machine)(미도시)에서 디핑된다. 일부 구현예에서, 상기 PCBA(10)는 약 5-10초간 상기 제1용액에서 디핑된다. 일부 구현예에서, 상기 디핑 방법을 대체하기 위해 상기 PCBA(10)를 스프레이하거나 브러쉬하거나 또는 다른 가능한 방법이 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 금속 산화물 나노입자 용액은 상기 금속 산화물(예: TiO2) 나노입자와 제1용매의 혼합물을 포함한다. 상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 직경을 가진다. 일부 구현예에서, 상기 제1용액의 농도 범위는 0.3% 내지 5%이다.
단계 805에서, 내부 코팅(41)으로서 상기 PCBA(10) 상에 상기 금속 산화물 나노입자를 형성하기 위하여 상기 제1용액의 제1용매의 휘발 및 열분해 중 적어도 하나에 의해 상기 제1용액이 그 위에 분포된 PCBA(10)를 베이킹한다. 바람직하게는, 상기 제1용액을 가지는 상기 PCBA(10)는 베이킹 장치(미도시)에서 약 5-30분의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 베이킹된다. 일부 구현예에서, 상기 제1용매는 물, 메탄올 및 에탄올(또는 이들의 임의의 조합) 중 하나이고, 이는 상기 PCBA(10) 상에서 상기 금속 산화물 나노입자가 더욱 균일하게 분포될 수 있도록 도울 수 있다. 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 상기 로더로부터 언로드된다.
단계 806에서, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 PCBA 사이의 결합력을 강화하기 위해 번인된다(burn in). 일부 구현예에서, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 2-72시간의 범위의 시간 동안, 약 25℃ 내지 약 100℃ 범위 내의 온도에서 번인될 수 있다. 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 PCBA(10) 사이의 결합력을 강화하기 위해 숙련된 기술자가 사용할 수 있는 다른 방법들이 또한 사용될 수 있다. 번인된 이후, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 로더(미도시) 내에 위치된다.
단계 807에서, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 추가로 선택적으로 베이킹할 수 있다. 상기 베이킹 공정은 상기 내부 코팅(41)의 상기 복수의 기공, 갭 및 기타 구조를 활성화할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 베이킹 장치(미도시)에서 10-30분 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 베이킹될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 PCBA(10) 사이의 결합력을 강화시킨 후, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)를 베이킹하기 전에, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)의 외관을 체크하고 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)를 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 808에서, 상기 내부 코팅(41)을 가지는 PCBA(10)는 상기 내부 코팅(41) 상에 제2용질로서 실리콘 이산화물 나노입자를 가지는 제2용액을 도포하기 위해 자동 디핑 머신에서 디핑된다. 일부 구현예에서, 상기 PCBA(10)는 약 5-10초간 상기 제2용액에서 디핑된다. 일부 구현예에서, 상기 PCBA(10)는 상기 디핑 방법을 대체하기 위해 스프레이하거나 브러쉬하거나 또는 다른 가능한 방법이 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 실리콘 이산화물 나노입자의 용액은 상기 실리콘 이산화물 나노입자와 제2용매의 혼합물을 포함한다. 상기 실리콘 이산화물 나노입자 용액은 0.3% 내지 5% 범위 내의 실리콘 이산화물(약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 직경을 가짐)의 농도를 가질 수 있다. 상기 제2용액의 상기 제2용매는 일부 구현예에서 헵테인, 세테인 및 메틸 하이드로젠 실록산 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 구성을 가진다. 일부 다른 구현예에서, 상기 제2용매는 아미노 변성 실록산 또는 아미노 변성 실레인을 포함한다. 상기 제2용매는 상기 실리콘 이산화물 나노입자가 상기 내부 코팅(41) 상에서 더욱 균일하게 분포되도록 도울 수 있다.
단계 809에서, 상기 제2용액을 가지는 상기 PCBA(10)는 상기 내부 코팅(41) 상에 또는 접촉하여 외부 코팅(42)으로서 상기 실리콘 이산화물 나노입자를 형성하기 위해 베이킹된다. 일부 구현예에서, 상기 제2용액을 가지는 상기 PCBA(10)는 베이킹 장치(미도시)에서 10-30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 베이킹된다. 상기 방수 코팅(3) 및 상기 나노필름(4)을 가지는 상기 PCBA(10)는 상기 로더로부터 언로드된다. 그 이후, 상기 PCBA(10)의 외관 및 기능을 검사한다.
본 개시에서, 모든 온도값은 섭씨 C(℃)도이다. 부피 퍼센트가 유사한 범위 내에서 또한, 허용가능할지라도 공식적인 백분율은 질량 퍼센트(wt.%)이다. 나노입자의 크기는 입자 크기 분포에 기반을 둔 평균적인 입자 직경이다.
일부 구현예에서, 사용된 실리카 입자는 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 바람직한 소수성을 부여한다. 선택적으로 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 입자 및/또는 기판의 표면 상의 하이드록실기와 반응할 수 있고, 코팅 점착력(coating adhesion)을 향상시키기 위해 공유 결합의 형성을 증진시킬 수 있다. 금속 산화물 및 실리콘 이산화물 나노입자 각각은 상기 내부 및 상기 외부 코팅 내에서 결합 형성을 증진시키기 위해 -OH기를 또한 가질 수 있다. 상기 금속 산화물 입자 및 실리카 입자는 상기 내부 코팅 및 상기 외부 코팅 사이의 계면으로서 또한 함께 결합하거나 융합될 수 있다. 일부 구현에에서, 실리콘 이산화물 나노입자는 상기 표면 상에 그래프트된(grafted) 메틸 하이드로젠 실록산을 포함한다. 초과하는 화학적 -Si-H기는 수분 또는 물과 반응할 수 있고 -Si-OH로 전환되는데, 이것은 상기 금속 산화물 입자 상에서 -Ti-OH와 만나 계면의(interfacial) -Si-O-Ti 결합을 형성한다. 상기 화학적 -Si-OH기 및 -Ti-OH기는 또한 상기 나노입자를 상기 내부 코팅 및 상기 외부 코팅에서 각각 함께 융합시키거나 결합하게 할 수 있다. 일부 다른 구현예에서, 실리콘 이산화물 나노입자는 아미노 변성 실록산 또는 아미노 변성 실레인을 포함한다. 상기 아미노 변성 실록산 또는 실레인은 -OH기를 선택적으로 포함할 수 있고 또는 -OH기를 만들기 위해 물 또는 습기와 반응할 수 있다. 유사하게, 상기 화학적 -Si-OH기는 -Si-OH 또는 -Ti-OH와 반응하여 각각 -Si-O-Si- 또는 -Si-O-Ti- 결합을 형성할 수 있다.
일부 구현예에서 나노입자를 포함하는 현탁액 또는 용액 내에서, 계면활성제 또는 분산제가 선택적으로 사용된다.
나노필름의 전체 코팅 두께는 나노미터 내지 수 마이크론, 예컨대, 일부 구현예에서 1 마이크론까지 또는 200 nm 이하일 수 있다. 예를 들어, 나노필름(4)의 전체 코팅 두께는 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm의 범위 내의, 또는 임의의 기타 적절한 범위 내일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 방수 코팅(3)은 나노미터 내지 수 마이크론 예컨대, 1 마이크론까지 또는 200 nm 이하의 두께를 가질 수 있다(예: 약 5 nm - 100 nm).
실시예들
나노필름 코팅은 방수 중합체 코팅이 형성된 후, 다음의 두 가지 용액 (또는 혼합물 또는 현탁액)을 사용하여 형성된다. 예를 들어, 상기 중합체 코팅은 가교성 조성물(cross linkable composition)(예: Seal-glo 602 MCF)을 UV 큐어링하거나 또는 실리콘 물질(예: 실리콘 380B)을 코팅함으로써 형성될 수 있다.
하기에 기재된 열거된 구현예에서, 상기 제1용액은 TiO2 나노입자를 포함하고 상기 제2용액은 SiO2 나노입자를 포함한다. 순수(pure water) 내에 분산된 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. 헵테인, 세테인 및 메틸 하이드로젠 실록산(약 0.1-5 wt.%) 내에 분산된 상기 제2용액 내 SiO2 나노입자의 함량은 약 0.3 wt.% 내지 약 5 wt.%의 범위 내이다. 상기 제2용액은 0.774 g/cm3의 밀도를 가진다. 예를 들면, 예시적인 일 공정의 구현예에서는, PCBA는 먼저, 중합체 코팅으로 코팅되고, 이후 10-30분 동안 50-150℃에서 베이킹된다. 상기 PCBA는 약 40-60℃에서 10-30분 동안 순수(pure water)로 세척된다. 세척된 PCBA를 약 5-10초 동안 제1용액(TiO2 나노입자 용액) 내에 담그고, 이어서 50-150℃에서 5-30분 동안, 이후 25-100℃에서 7-12시간 동안 베이킹한다. 50-150℃에서 10-30분 동안 예열한 후, 상기 PCBA를 5-10초 동안 제2용액(SiO2 나노입자 용액) 내에 담근다. 이후, 상기 PCBA를 50-100℃에서 10-30분 동안 베이킹한다.
상기 입자 크기 분포의 측정 결과는 도 4a-4c 및 도 5에 도시된다. 도 4a-4c는 동적광산란법(dynamic light scattering, DLS)에 의한 TiO2 나노입자의 입자 크기 분포의 세 가지 측정 결과를 나타낸다. 도 5는 SiO2 나노입자의 입자 크기 분포의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지를 나타낸다.
DLS에 의한 TiO2 나노입자의 상기 입자 크기 분포의 세 가지 측정 결과는 각각 도 4a, 4b 및 4c에 나타낸다. TiO2 나노입자의 주요 입자 크기(직경)는 약 32 nm 내지 36 nm의 범위 내이고, 두 번째 입자 크기 피크는 약 110 nm 내지 220 nm이고, 세 번째 입자 크기 피크는 약 2.6 nm 내지 3.3 nm이다. 도 5를 참조하면, SiO2 나노입자는 1 nm 내지 2.5 nm 범위 내의 입자 크기(직경)를 가진다(평균 크기 1.7 nm ± 0.4 nm).
상기 장치 상에 코팅된 상기 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. 더 큰 티타늄 이산화물 나노입자와 더 작은 실리콘 이산화물 나노입자로 이루어지는 상기 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. 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.
상기 제1 및 제2 용액의 준비 및 상기 내부 코팅 및 상기 외부 코팅의 일부 양태는 2016년 11월 3일에 출원된 동시 계류중인 U.S.출원번호 15/342,722 및 2017년 6월 2일에 출원된 동시 계류중인 U.S.출원번호 15/612,182(대리인 사건 번호: Y6996-00011)에서 개시되고, 이는 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
이하에서는 본 발명의 일부 구현예의 나노필름을 가지는 PCBA의 성능을 테스트 결과를 참조하여 나타낸 것이다.
방수 테스트 Ⅰ.
4개의 발광 다이오드(LED) 모듈이 테스트를 위해 사용되었다. 각각의 상기 LED 모듈은 PCBA이다. 나노필름 또는 방수 코팅이 되어있지 않은 두 개의 LED 모듈이 대조군으로서 사용되었다. 두 개의 다른 LED 모듈은 방수 코팅(3) 및 나노필름(4)으로 코팅되었다. 각 LED 모듈을 물에 넣은 후, 전원을 작동시킨다. 각 LED 모듈의 작동 시간을 상기 LED 모듈이 작동을 멈출 때까지 기록한다. 테스트 결과는 표 1에 나타내었고, 상기 나노필름 및 상기 방수 코팅은 LED 모듈을 보호하기 위한 방수 기능을 효과적으로 제공한다는 것을 확인하였다.
표 1을 참조하면, 물속에서 나노필름 및 방수 코팅이 되어있지 않은 기존 LED 모듈의 평균 작동 시간은 2분이다. 그러나 물속에서 나노필름 및 방수 코팅이 되어있는 LED 모듈의 평균 작동 시간은 29시간 45분이다. 따라서, 상기 나노필름 및 방수 코팅이 되어있는 상기 LED 모듈은 효과적인 방수 기능을 얻고 방수 시간은 현저히 연장된다.
표 1
Figure pat00001
방수 테스트 II.
방수 기능을 테스트하기 위해 열 개의 이어폰을 사용하였다. 각각의 이어폰은 PCBA 및 스피커를 가진다. 5개의 PCBA는 방수 코팅(3) 및 나노필름(4)으로 코팅되었고, 반면 다른 PCBA들은 나노필름 또는 방수 코팅을 하지 않았다. 상기 이어폰의 상기 PCBA를 물에 넣었다. 이후, 플레이(play) 기능을 작동시키기 위해 상기 PCBA를 블루투스 기술로 모바일 폰과 연결하고, 상기 스피커는 물속에 넣지 않았다. 각 이어폰의 플레이 시간을 상기 이어폰이 작동을 멈출 때까지 기록한다. 상기 이어폰이 작동을 멈추면, 상기 이어폰의 PCBA가 고장이 났는지 아닌지를 체크하도록 검사가 이루어진다. 그 이유가 블루투스 문제라면, 테스트를 계속하기 위해 상기 PCBA를 상기 모바일 폰에 재연결한다. 표 2에서 보이는 바와 같이, 물속에서 나노필름 또는 방수 코팅이 되어있지 않은 PCBA를 가지는 이어폰(즉, 대조군)의 평균 작동 시간은 58.4분이다. 반대로, 물속에서 방수 코팅(3) 및 나노필름(4)으로 코팅된 PCBA를 가지는 이어폰의 평균 작동 시간은 1,891분이다. 따라서, 상기 방수 코팅(3) 및 상기 나노필름(4)은 상기 PCBA에 보호와 방수 기능을 효과적으로 제공한다.
표 2
Figure pat00002
방수 코팅 및 나노필름을 코팅하는 방법은 기타 장치 내에 당 업계의 통상의 기술자에 의해 적용될 수 있는데, 예를 들어 PCBA와 연결될 수 있거나 아닌 케이블에 기타 이점을 가질 수 있다. 상기 케이블이 상기 PCBA와 연결된 경우, 상기 케이블과 상기 PCBA는 동시에 코팅된다. 상기 코팅 공정 이후, 상기 케이블은 우수한 방수 효과와 작은 마찰력을 가진다. 베이킹 및 번인되는 온도와 시간은 다른 장치를 코팅하는 데 있어서 달라질 수 있고, 일부 상세한 단계는 다를 수 있다. 본 발명에서, 단어 도는 섭씨를 의미한다. 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.

Claims (26)

  1. 장치로서,
    다음을 포함하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA):
    - 인쇄 회로 기판; 및
    - 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품;
    상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 배치된 방수 코팅;
    다음을 포함하는, 상기 인쇄 회로 기판 어셈블리 상에 배치된 나노필름:
    - 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 배치된 내부 코팅(상기 내부 코팅은 약 5 nm 내지 약 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.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 부품은 레지스터, 캐패시터, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 커넥터, 스피커, 마이크로폰 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 부품을 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 부품은 상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 핀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 핀은 상기 방수 코팅에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 부품은 고전위차를 가지는 적어도 하나의 전자 부품을 포함하고, 상기 방수 코팅이 그 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방수 코팅은 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리올레핀, 고무, 클로로뷰틸 고무, 폴리에틸렌 고무 공중합체 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 장치.
  6. 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.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노입자는 TiO2 나노입자인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    내부 코팅 및 외부 코팅은 서로 간에 상호 침투(interpenetration)하는 장치.
  9. 인쇄 회로 기판,
    상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품;
    상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 배치된 방수 코팅; 및
    다음을 포함하는 나노필름:
    - 상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 배치된 내부 코팅(상기 내부 코팅은 약 5 nm 내지 약 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 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 부품은 상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 핀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 핀은 상기 방수 코팅에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 부품은 고전위차를 가지는 적어도 하나의 전자 부품을 포함하고, 상기 방수 코팅이 그 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA).
  12. 제9항에 있어서,
    상기 방수 코팅은 중합체를 포함하고, 상기 금속 산화물 나노입자는 TiO2 나노입자인 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA).
  13. 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전자 부품을 포함하는 인쇄 회로 기판 어셈블리를 포함하는 장치를 제공하는 단계;
    상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분 상에 또는 접촉하여 방수 코팅을 형성하는 단계;
    상기 인쇄 회로 기판 상에 또는 상기 방수 코팅과 접촉하여 나노필름의 내부 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 내부 코팅과 접촉하여 상기 나노필름의 외부 코팅을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방수 코팅을 형성하는 단계는:
    상기 장치 상에 상기 적어도 하나의 전자 부품의 적어도 한 부분에 중합체 물질을 도포하고;
    상기 장치 상에 상기 중합체 물질을 큐어링(curing)하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중합체 물질은 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 플루오로중합체, 폴리올레핀, 고무, 클로로뷰틸 고무, 폴리에틸렌 고무 공중합체 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 중합체 물질은 브러싱(brushing), 스핀-코팅(spin-coating) 또는 선택적 코팅 방법(selective-coating process)에 의해 용액, 점성액 또는 콜로이드로부터 선택되는 형태로 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 중합체 물질은 베이킹, UV 조사, 실온 큐어링, 또는 습기 큐어링(moisture curing)으로부터 선택되는 방법에 의해 큐어링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 방수 코팅을 형성하는 단계 후에, 약 10분 내지 약 30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 상기 장치를 베이킹하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 나노필름의 내부 코팅을 형성하는 단계는:
    상기 장치 상에 제1용액을 도포하는 단계(상기 제1용액은 금속 산화물 나노입자와 제1용매를 포함하고, 상기 금속 산화물 나노입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내의 입자 직경을 가짐);
    휘발 및 열분해 기법 중 적어도 하나에 의해 상기 장치 상에 상기 금속 산화물 나노입자를 가진 내부 코팅을 형성하도록 상기 제1용매를 제거하는 단계; 및
    번-인(burn-in) 처리를 통하여 상기 금속 산화물 나노입자와 상기 장치 사이의 결합력을 강화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1용액은 약 0.3 질량 퍼센트(wt.%) 내지 5 wt.%의 상기 금속 산화물 나노입자를 포함하고, 상기 제1용매는 물, 메탄올 및 에탄올, 또는 이들의 조합 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1용매는 5분 내지 30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서, 상기 장치를 열처리함에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 번-인 처리는 2시간 내지 72시간 범위 내의 시간 동안 약 25℃ 내지 약 100℃ 범위 내의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 내부 코팅을 형성하는 단계 후에, 약 10분 내지 약 30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서 상기 장치를 베이킹하는 것을 더 포함하는 방법.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 나노필름의 외부 코팅을 형성하는 단계는:
    상기 장치에 제2용액을 도포하는 단계(상기 제2용액은 실리콘 이산화물 나노입자 및 제2용매를 포함하고, 상기 실리콘 이산화물 나노입자는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm의 범위 내의 입자 직경을 가짐); 및
    휘발 및 열분해 기법 중 적어도 하나를 이용하여 상기 외부 코팅을 형성하도록 제2용매를 제거하는 단계
    를 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2용액은 약 0.3 wt.% 내지 5 wt.%의 실리콘 이산화물 나노입자를 포함하고, 상기 제2용매는 메틸 하이드로젠 실록산(methyl hydrogen siloxane) 또는 아미노 변성 실록산(amino modified siloxane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제2용매는 약 10분 내지 약 30분 범위 내의 시간 동안, 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위 내의 온도에서, 상기 장치를 열처리함에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
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