KR20190087457A - 전자 적용 용도에 적합한 아라미드 페이퍼 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 0.20 내지 0.65 g/cm3의 밀도 및 30 내지 280 g/m2의 평량을 갖는, 전자 적용에서 사용하기 위해 적합한 아라미드 페이퍼에 관한 것이고, 상기 페이퍼는 2.6 dtex 이하 선밀도 및 0.5 내지 25 mm의 길이를 갖는 아라미드 쇼트커트 10 내지 40 wt.% 및 아라미드 피브리드 10 내지 90 wt.%를 포함하고, 여기서, 아라미드 쇼트커트는 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 쇼트커트를 포함하고, 아라미드 피브리드는 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 피브리드를 포함한다. 전자 적용에서 상기 성질을 갖는 페이퍼의 사용은 양호한 수지 부착 및 침투로부터 초래되는 양호한 균질성 및 양호한 치수 안정성과 함께 낮은 CTE를 보장한다는 것을 밝혀내었다. 본 발명은 또한 아라미드 페이퍼 및 수지의 적어도 하나의 층을 포함하는 복합 시트에서, 또는 전자 적용을 위한 기판 보드에서, 예를 들면, 인쇄 회로 기판에서, 또는 태양전지를 위한 백킹에서 아라미드 페이퍼의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전자 적용에서 기판으로서 사용하기 위해 적합한 아라미드 페이퍼에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 적용에 적합한 수지-함침된 아라미드 페이퍼 및 상기 페이퍼의 용도에 관한 것이다.
다수의 전자 적용에서 본원에 제시된 전자 부품을 물리적으로 지지하기 위해 베이스(base) 또는 기판이 사용된다. 이러한 적용의 예는 인쇄 회로 기판 및 태양전지를 포함한다. 기판은 일반적으로 기판 시트 및 매트릭스 수지로 이루어진다. 전자 적용에서 사용하기 위한 기판 보드(substrate board)는 다양한 요구조건을 충족시킬 필요가 있다. 양호한 절연 성질에 더하여, 이들은 장기간 사용 기간 동안 양호한 치수 안정성(dimensional stability)을 가질 필요가 있다. 추가로, 전자 적용을 위한 기판 보드의 주요 특징은 낮은 열팽창계수 (coefficient of thermal expansion; CTE)이다. 이는 전기 기기의 온도가 종종 사용 동안 증가하고, 사용 후 감소하기 때문이다. 온도의 변화는 또한 전자 기기의 제조 동안 일어난다. 기판 보드의 열팽창계수가 매우 높을 수 있는 경우, 제조 또는 사용 동안 보드의 팽창 및 수축은 보드 상 연결부(connections) 및 전자 부품에 대한 손상을 야기할 수 있다.
EP178943은 인쇄 회로 기판에서 파라-아라미드 얀의 직조 시트를 사용할 있음을 언급한다. 파라-아라미드 얀은 이들의 낮은 CTE로 공지되어 있다. 그러나, EP178943은 파라-아라미드 얀을 기반으로 하는 직조 시트가, 얀이 직조 패브릭에서 교차하는 지점에서 목적하지 않은 수지 미세-균열(micro-crack)을 야기하는 경향이 있음을 나타낸다. EP178943은 바람직하게는 파라-아라미드 펄프 및 파라-아라미드 플록(floc)을 둘 다 포함하는 고-밀도 파라-아라미드 페이퍼 및 수지를 기반으로 하는 인쇄 회로 기판을 제시하고, 이는 CTE에 대해 바람직하게 낮은 값 및 미세 균열 없음을 나타낸다고 지시된다.
그러나, 당해 기술 분야에 개선의 여지가 있다고 밝혀졌다. 보다 특히, 페이퍼에 의해 흡수되는 수지의 양 및 페이퍼 내로 수지의 침투 둘 다에 대해 페이퍼의 수지 함침이 충분함을 보장하기 위해 개선이 필요하다는 것이 밝혀졌다. 이는 제조 및 사용 동안 수지 및 아라미드 페이퍼 사이에 양호한 결합을 유지하는 것이 중요하다. 추가로, 페이퍼의 균질성(homogeneity)이 중요하다. 불균질한 페이퍼가 불충분한 성질의 최종 생성물을 초래할 것임은 명백할 것이다. 특히, 페이퍼가 얇아지는 경우, 이를 수득하는 것은 힘들 수 있다.
따라서, 아라미드 페이퍼와 관련되어 낮은 CTE에 추가하여 양호한 균질성 및 수지 함침 성질을 나타내는 전자 적용을 위한 기판 보드에 사용하기에 적합한 페이퍼가 당해 기술 분야에 필요하다.
이러한 문제는 0.20 내지 0.65 g/cm3의 밀도 및 30 내지 280 g/m2의 평량을 갖는 아라미드 페이퍼를 포함하는 전자 적용을 위한 기판 보드를 제공하여 해결될 수 있고, 상기 페이퍼는 2.6 dtex 이하의 선밀도 및 0.5 내지 25 mm의 길이를 갖는 아라미드 쇼트커트(shortcut) 10 내지 40 wt.% 및 아라미드 피브리드(fibrid) 10 내지 90 wt.%를 포함하고, 여기서, 아라미드 쇼트커트는 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 쇼트커트를 포함하고, 아라미드 피브리드는 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 피브리드를 포함함을 밝혀내었다.
전자 적용에서 상기 성질을 갖는 페이퍼의 사용은 양호한 수지 부착 및 침투로부터 야기되는 양호한 균질성 및 양호한 치수 안정성과 함께 낮은 CTE를 보장함을 밝혀내었다. 본 발명 및 이의 특정 실시형태의 추가 이점은 추가 명세서로부터 명백하게 될 것이다.
US2014/0034256 및 US2010/0206502가 전도성 필러를 포함하는 아라미드-함유 페이퍼를 기재한다는 것을 유의한다. 이들 참고문헌에 기재된 페이퍼는 전도성이고, 이에 따라, 비-전도성이어야 하는 전자 적용에서 기판으로서 사용하기 위해 적합하지 않다.
EP0930393은 쇼트커트 및 피브리드를 포함하는 내열성 섬유지(fiber paper)를 기술한다. 페이퍼는 40 내지 97 wt.% 섬유 및 3 내지 60 wt.% 피브리드를 포함하여야 한다. 쇼트커트는 바람직하게는 70 내지 95 wt.% 파라-아라미드 및 5 내지 30 wt.% 메타-아라미드이다.
본 발명은 하기에 더욱 상세하게 논의될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 페이퍼 및 비교 페이퍼에 대한 함침된 페이퍼의 수지 함량 대 스타팅 페이퍼(starting paper)의 밀도의 플롯을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 페이퍼 및 비교 페이퍼에 대한, 수지 침투를 조사하기 위한 페이퍼의 앞면 및 뒷면 상 수지 액적(drop)의 사진을 나타낸다.
도 3은 페이퍼 균질성을 조사하기 위한 본 발명에 따른 페이퍼 및 비교 페이퍼의 광학 현미경 사진을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 페이퍼 및 비교 페이퍼에 대한 함침된 페이퍼의 수지 함량 대 스타팅 페이퍼(starting paper)의 밀도의 플롯을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 페이퍼 및 비교 페이퍼에 대한, 수지 침투를 조사하기 위한 페이퍼의 앞면 및 뒷면 상 수지 액적(drop)의 사진을 나타낸다.
도 3은 페이퍼 균질성을 조사하기 위한 본 발명에 따른 페이퍼 및 비교 페이퍼의 광학 현미경 사진을 나타낸다.
본 발명의 아라미드 페이퍼는 0.20 내지 0.65 g/cm3의 밀도를 갖는다. 이러한 비교적 낮은 밀도가 양호한 수지 함침 성질, 특히 양호한 수지 흡수(uptake) 및 수지 침투를 수득하는데 중요하다는 것이 밝혀졌다. 밀도가 적어도 0.30 g/cm3, 특히 적어도 0.40 g/cm3, 및/또는 최대 0.60 g/cm3, 특히 최대 0.55 g/cm3인 것이 바람직할 수 있다.
아라미드-계 페이퍼는 30 내지 280 g/m2의 평량을 갖는다. 정확한 평량은 전자 적용을 위한 기판 보드의 목적하는 강도 및 두께에 좌우될 것이다. 적어도 35 g/m2의 평량이 바람직할 수 있다. 용도에 좌우되어, 최대 100 g/m2의 평량이 바람직할 수 있고, 특히 최대 65 g/m2이 바람직할 수 있다.
본 명세서의 문맥에서, 아라미드는 방향족 디아민 및 방향족 디카복실산 할라이드의 축합 중합체인 방향족 폴리아미드를 언급한다. 아라미드는 메타- 및 파라-형태로 존재할 수 있다. 본 발명에서, 아라미드 쇼트커트는 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 쇼트커트를 포함하고, 아라미드 피브리드는 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 피브리드를 포함한다. 파라-아라미드의 예는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드), 폴리(4,4'-벤즈아닐리드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-디페닐렌디카복실산 아미드) 및 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드 또는 코폴리(파라-페닐렌/3,4'-디옥시디페닐렌 테레프탈아미드)이다.
파라-아라미드는, 메타-아라미드와 비교하여, 내열성, 열안정성을 개선시키고, 열팽창계수 (CTE)를 낮추고, 이에 따라, 아라미드 쇼트커트가 파라-아라미드 쇼트커트 적어도 85 wt.%, 특히 적어도 95 wt.%, 보다 특히 적어도 98 wt.%를 포함하는 것이 바람직하다. 동일한 이유로, 아라미드 피브리드가 파라-아라미드 피브리드 적어도 85 wt.%, 특히 적어도 95 wt.%, 보다 특히 적어도 98 wt.%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 PPTA로서 지시되는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)의 사용은, 특히 바람직하다. 이는 본 발명에 따른 페이퍼에 존재하는 모든 아라미드 성분에 적용된다.
본 발명의 아라미드 페이퍼는 일반적으로 아라미드 적어도 80 wt.%, 보다 특히 적어도 90 wt.%, 또한 보다 특히 적어도 95 wt.%, 심지어 보다 특히 적어도 98 wt.%를 포함한다. 본 발명에 따른 아라미드 페이퍼가 아라미드로 본질적으로 이루어지는 것이 특히 바람직하고, 여기서, 용어 "본질적으로 이루어진"은 파라-아라미드 이외에 단독 성분이 합리적으로 회피될 수 없는 존재임을 의미한다. 중량 백분율은 건조 페이퍼를 기준으로 계산된다.
전자 적용에서 기판으로서 사용하기 적합하게 하기 위해, 페이퍼는 전도성 필러를 포함하지 않을 수 있다. 이는 페이퍼가 1 wt.% 미만, 특히 0.5 wt.% 미만의 전도성 물질을 포함함을 의미한다. 본 발명의 아라미드 페이퍼가 표면 저항률(surface resistivity) 적어도 1.10Λ6 Ohm/square, 특히 적어도 1.10Λ8 Ohm/square, 보다 특히 적어도 1.10Λ10 Ohm/square인 것이 추가로 바람직하다. 최대 값은 중요하지 않고, 무한할 수 있다. 1.10Λ20 Ohm/square의 값이 실질적인 상한으로서 언급될 수 있다.
본 발명의 아라미드 페이퍼에서 아라미드가 파라-아라미드 적어도 85 wt.%, 특히 적어도 95 wt.%, 보다 특히 적어도 98 wt.%를 포함하는 것이 바람직하고, 파라-아라미드는 바람직하게는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)이다. 이는 본 발명에 따른 페이퍼에 존재하는 모든 아라미드 성분 합계에 적용된다.
아라미드-계 페이퍼는 2.6 dtex 이하의 선밀도 및 0.5 내지 25 mm의 길이를 갖는 아라미드 쇼트커트 10 내지 40 wt.%를 포함한다. 상기 명칭은 아라미드를 함축하기 때문에, 쇼트커트를 아라미드 섬유를 목적하는 길이로 절단하여 수득한다. 쇼트커트가 너무 ?게 절단되는 경우, 페이퍼는 불충분한 강도를 가질 수 있다. 쇼트커트가 너무 긴 경우, 처리가 더 어려울 수 있다. 하나의 실시형태에서, 아라미드 쇼트커트는 0.5 내지 15 mm의 길이, 특히 2 내지 10 mm, 보다 특히 3 내지 8 mm의 길이로 사용된다. 쇼트커트의 선밀도는 2.6 dtex 이하이다. 더 낮은 선밀도가 고려되는 것이 바람직하데, 이는 개선된 균질성을 갖는 페이퍼를 야기하기 때문이다. 하나의 실시형태에서, 쇼트커트는 2.0 dtex 미만, 특히 1.7 dtex 미만, 보다 특히 1.3 dtex 미만, 보다 바람직하게는 1.2 dtex 미만의 선밀도를 갖는다. 하나의 실시형태에서, 쇼트커트의 선밀도는 1.0 dtex 이하이다. 쇼트커트의 선밀도는 일반적으로 적어도 0.3 dtex, 특히 적어도 0.4 dtex, 일부 실시형태에서 적어도 0.5 dtex이다.
쇼트커트의 양은 10 내지 40 wt.%이다. 10 wt.% 미만의 쇼트커트가 사용되는 경우, 페이퍼의 강도는 불충분할 것이다. 40 wt.% 초과의 쇼트커트가 사용되는 경우, 페이퍼의 균질성은 불리하게 영향받을 것이다. 균질한 페이퍼가 양호한 절연 성질을 갖도록 보장하기 위해 쇼트커트의 양이 최대 38 wt.%, 특히 최대 35 wt.%인 것이 바람직할 수 있다.
아라미드-계 페이퍼는 10 내지 90 wt.%의 아라미드 피브리드를 포함한다. 상기 언급한 바와 같이, 아라미드 피브리드는 적어도 70 wt.%의 파라-아라미드 피브리드를 포함하고, 아라미드 피브리드가 적어도 85 wt.%, 특히 적어도 95 wt.%, 보다 특히 적어도 98 wt.%의 파라-아라미드 피브리드를 포함하는 것이 바람직하다.
아라미드 피브리드는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 본 명세서의 문맥 내에서, 용어 아라미드 피브리드는 작은, 비-입상, 비-강성(rigid) 필름-유사 입자를 언급한다. 필름-유사 피브리드 입자는 마이크론의 단위로 이들 3개 치수 중 2개를 갖고, 1 마이크론 미만의 하나의 치수를 갖는다. 하나의 실시형태에서, 본 발명에서 사용되는 피브리드는 0.2 내지 2 mm 범위의 평균 길이, 및 10 내지 500 마이크론 범위의 평균 너비, 및 0.001 내지 1 범위의 마이크론 평균 두께를 갖는다.
하나의 실시형태에서, 아라미드 피브리드는 40% 미만, 바람직하게는 30% 미만의 미세입자(fines)를 포함하고, 여기서, 미세입자는 250 마이크론 미만의 길이 가중 길이 (length weighted length; LL)를 갖는 것으로 정의된다.
메타-아라미드 피브리드는 응고 액체 내로 중합체 용액의 전단 침전(shear precipitation)으로 제조될 수 있고, 이는 미국 특허 번호 2,999,788에 잘 공지되어 있다. 완전 방향족 폴리아미드의 피브리드(아라미드)는 또한 미국 특허 번호 3,756,908에 공지되어 있고, 여기서 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드) (MPD-I) 피브리드의 제조 방법을 개시한다. 파라-아라미드 피브리드는 WO2005/059247에 기재된 바와 같은 매우 나중에 개발된 고 전단 공정을 통해 제조되고, 피브리드는 또한 제트-스핀(jet-spun) 피브리드로 불린다.
50 내지 90, 바람직하게는 70 내지 90, 보다 바람직하게는 75 내지 85의 쇼퍼-리글러(Schopper-Riegler; SR) 값을 갖는 파라-아라미드 피브리드를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 피브리드는 바람직하게는 10 m2/g 미만, 보다 바람직하게는 0.5 내지 10 m2/g, 가장 바람직하게는 1 내지 4 m2/g의 비표면적 (SSA)을 갖는다.
하나의 실시형태에서, 피브리드는 적어도 0.3 mm, 특히 적어도 0.5 mm, 보다 특히 적어도 0.7 mm의 LL0.25로 사용된다. 하나의 실시형태에서 LL0.25는 최대 2 mm, 보다 특히 최대 1.5 mm, 또한 보다 특히 최대 1.2 mm이다. LL0.25는 피브리드 입자의 길이 가중 길이를 나타내고, 여기서, 0.25 mm 미만의 길이는 고려되지 않는다.
바람직한 성질을 갖는 페이퍼는 아라미드 피브리드의 양이 적어도 20 wt.%, 특히 적어도 30 wt.%, 또는 심지어 적어도 40 wt.%인 경우 수득된다는 것이 밝혀졌다.
하나의 실시형태에서 아라미드-계 페이퍼는 아라미드 펄프를 포함한다. 페이퍼의 다른 성분으로서, 아라미드 펄프는 적어도 70 wt.%의 파라-아라미드 펄프를 포함한다. 아라미드 펄프가 파라-아라미드 펄프 적어도 85 wt.%, 특히 적어도 95 wt.%, 보다 특히 적어도 98 wt.%를 포함하는 것이 바람직하다.
아라미드 펄프는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 아라미드 펄프는 아라미드 섬유로부터 유래될 수 있고, 이는 예를 들면, 0.5 내지 6 mm의 길이로 절단되고, 이어서, 피브릴화 단계에 적용되고, 여기서, 더 두꺼운 줄기에 부착되는지 여부에 상관없이 섬유를 풀어서(pull apart) 피브릴을 형성한다. 이러한 유형의 펄프는, 예를 들면, 0.5 내지 6 mm의 길이, 및 15 내지 85의 쇼퍼-리글러로 특성화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 펄프는 4 내지 20 m2/g의 표면적을 가질 수 있다.
본 명세서의 맥락 내에서, 용어 펄프는 또한 피브릴을 포함하고, 즉, "펄프"는 주로 피브릴화된 부분을 포함하고, 섬유 줄기를 약간 포함하거나 포함하지 않는다. 이러한 펄프는, 때때로 또한 아라미드 피브릴로서 지시되고, 예를 들면, WO2004/099476에 기재된 용액으로부터의 직접 스피닝으로 수득될 수 있다. 하나의 실시형태에서 펄프는 적어도 100, 바람직하게는 적어도 150의 건조되지 않은 펄프 및 건조된 펄프의 CSF (캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness))의 차이로서 표현된 구조 불규칙을 갖는다. 하나의 실시형태에서 캐나다 표준 여수도 (CSF) 값이 300 ml 미만이고, 건조 후 비표면적 (SSA)이 7 m2/g 미만이고, 바람직하게는 길이 > 250 마이크론 (WL 0. 25)를 갖는 입자의 중량 가중 길이가 1.2 mm 미만, 보다 바람직하게는 1.0 mm 미만인 습윤 상의 피브릴이 사용된다. 적합한 피브릴 및 이들의 제조 방법은, 예를 들면, WO2005/059211에 기재되어 있다.
펄프가 존재하는지 여부는, 그리고 그러한 경우, 습윤 양으로, 페이퍼의 추가 조성에 좌우될 것이다. 이는 하기에 상세하게 논의될 것이다.
하나의 실시형태에서, 본 발명의 페이퍼는 상기 논의된 아라미드 쇼트커트 10 내지 40 wt.%, 특히 10 내지 38 wt.%, 보다 특히 10 내지 35 wt.%를, 90 내지 60 wt.%의 상기 논의된 아라미드 피브리드와 함께 포함한다.
또다른 실시형태에서, 본 발명의 페이퍼는 상기 논의된 아라미드 쇼트커트 10 내지 40 wt.%, 특히 10 내지 38 wt.%, 보다 특히 10 내지 35 wt.%를, 10 내지 80 wt.% 상기 논의된 아라미드 피브리드 및 10 내지 80 wt.%의 상기 논의된 아라미드 펄프와 함께 포함한다. 이러한 실시형태에서, 10 내지 40 wt.%의 상기 논의된 아라미드 쇼트커트를, 20 내지 80 wt.% 상기 논의된 아라미드 피브리드 및 10 내지 40 wt.%의 상기 논의된 아라미드 펄프와 함께 포함하는 페이퍼가 바람직할 수 있다.
하나의 실시형태에서, 본 발명에 따른 페이퍼는 20 마이크론 내지 1 mm 범위, 특히 30 마이크론 내지 500 마이크론 범위, 보다 특히 50 내지 200 마이크론 범위의 두께를 갖는다.
본 발명에서 페이퍼는 당해 기술 분야에 공지된 방법으로 제조할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 현탁액, 일반적으로 수성 현탁액은, 아라미드 피브리드, 및 상기한 쇼트커트, 및 임의로 상기한 펄프를 포함하여 제조된다. 현탁액은 다공성 스크린 상에 도포하여 스크린 상 랜덤 교착(interwoven) 물질의 웹 아래로 위치시킨다. 물을 웹으로부터, 예를 들면, 압축하여 및/또는 진공 적용하여 제거하고, 이어서, 건조시켜 페이퍼를 제조한다. 목적하는 경우, 건조된 페이퍼를 캘린더링 단계로 적용한다. 캘린더링 단계는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 이들은 일반적으로 일련의 롤을 통해 임의로 승온에서 페이퍼를 통과시킴을 수반한다. 제지 방법에서 사용하기 전에 피브리드를 전단력, 예를 들면, 워어링 블렌더(Waring blender) 내에 적용하는 것이 페이퍼의 균질성에 유리할 수 있다.
본 발명은 또한 수지로 함침된 상기한 아라미드 페이퍼의 적어도 하나의 층을 포함하는 복합 시트(composite sheet)에 관한 것이다. 복합 시트는 태양전지용 기판 보드, 또는 인쇄 회로 기판과 같은 전자 적용에서 사용될 수 있다. 본 발명의 이점 중 하나는 복합 시트의 CTE를 수지의 종류 및 양과 함께 배합되어야 하는 성분의 CTE에 맞출 수 있다는 것이다.
예를 들면, 복합 시트가 인쇄 회로 기판에 사용되는 경우, 일반적으로 구리 층이 제공될 수 있다. 이에, 복합 시트의 CTE는 예를 들면, 5 내지 15 ppm/℃ 범위의 구리 층과 일치하도록 조정될 수 있다.
복합 시트가 태양전지에서 사용되는 경우, 복합 시트의 CTE는 태양전지와 일치하도록 조정될 수 있다. 이러한 경우에, 태양전지가 결정성 실리콘을 기반으로 하는 경우, 복합 시트의 CTE는 바람직하게는 0 내지 6 ppm/℃ 범위, 특히 1 내지 5 ppm/℃ 범위, 보다 특히 2 내지 4 ppm/℃ 범위이다.
본 발명에 따른 페이퍼의 CTE는 일반적으로 -5 내지 +2 ppm/℃ 범위, 특히 -5 내지 0 ppm/℃ 범위, 보다 특히 -5 내지 -2 ppm/℃ 범위이다. 이들 후자의 범위는 상기 논의된 바와 같이 더 높은 백분율의 파라-아라미드가 적용되는 경우 수득될 수 있다.
복합 시트의 CTE는 페이퍼의 CTE에 의해 및 이에 혼입되는 수지의 양 및 종류에 의해 결정된다. 당해 기술 분야의 숙련가의 지식에 기초하여 적합한 종류 및 양의 수지를 선택하는 것은 당해 기술분야의 숙련가의 범위 내에 있다.
적합한 수지는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 이의 예는 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 페놀성 수지, 폴리우레아, 폴리우레탄, 멜라민 포름알데히드 수지, 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 및 플루오로카본 수지, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 포함한다. 수지의 혼합물은 또한 종종 사용되고, 이는 상기 언급된 수지와 열가소성 수지, 예를 들면, 합성 열가소성 고무의 혼합물을 포함한다. 플루오로카본 수지는 이들의 낮은 유전 상수(dielectric constant), 낮은 유전 손실, 및 낮은 수분 흡수의 관점에서 바람직할 수 있다.
적용에 좌우되어, 수지의 양은 광범위한 범위 내에, 예를 들면, 20 내지 80 wt.%의 범위로 가변적일 수 있다. 태양전지용 기판 보드에서 사용되는 복합 시트에 대해, 상기 양은 20 내지 50 wt.%의 범위, 바람직하게는 25 내지 45 wt.%의 범위일 수 있다. 인쇄 회로 기판에 사용되는 복합 시트에 대해, 더 많은 양의 수지가 더 높은 CTE 값을 성취하기 위해 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 수지의 양은 바람직하게는 40 내지 75 wt.%의 범위일 수 있다.
복합 시트는 페이퍼를, 예를 들면, 용융물, 용액, 또는 분산액 형태의 액체 상에 상기한 수지와 함께 함침시시키고, 수지를 고화시킴을 포함하는 당해 기술 분야에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
수지를 고화시키는 단계는, 수지의 종류 및 제형에 좌우되어, 하나 이상의 용매 제거 및 경화를 포함할 수 있다. 경화 단계는 열 경화를 통해, 뿐만 아니라 다른 경화 기전을 통해 수행할 수 있다. 이는 당해 기술 분야에서 통상의 일반적인 지식의 일부이고, 추가로 여기에 설명할 필요가 없다.
본 발명의 추가 실시형태에 따르면, 인쇄 회로 기판이 제공된다. 인쇄 회로 기판을 구리 클래드(clad) 라미네이트(laminate)를 제조하기 위해 복합 시트 상 구리를 코팅하고, 추가로 인쇄 회로 기판을 제조하기 위한 구리 클래드 라미네이트를 프로세싱하여 제조하였다.
따라서, 본 발명은 또한 수지로 함침된 상기한 아라미드 페이퍼의 적어도 하나의 층을 포함하는 복합 시트를 포함하는 라미네이트에 관한 것이고, 여기서, 구리 층은 복합 시트의 적어도 하나의 면 상에 존재한다. 구리 층은 복합 시트의 전체 표면을 덮을 수 있지만, 일반적으로 복합 시트의 표면의 단지 일부를 덮는다. 구리 층은 패턴 형태일 수 있다. 구리 층을 복합 시트 상에 적용하는 것은 당해 기술분야의 숙련가의 통상의 일반적인 지식의 일부이고, 추가로 여기에 설명할 필요가 없다.
본 발명은 또한 상기한 라미네이트를 포함하는 인쇄 회로 기판에 관한 것이고, 여기서, 전기 부품은 구리 층에 부착된다. 전기 부품을 구리 적층된 라미네이트에 적용하는 것은 당해 기술분야의 숙련가에게 공통의 일반적 지식의 일부이고, 추가로 여기에 설명할 필요가 없다.
본 발명의 추가 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 복합 시트가 백킹(backing)으로서 제공된 태양전지가 제공된다. 태양전지는 당해 기술 분야에 공지되고, 추가로 여기에 설명할 필요가 없다.
본 발명은 또한 아라미드 페이퍼 및 수지의 적어도 하나의 층을 포함하는 복합 시트에서, 또는 전자 적용을 위한 기판 보드에서, 예를 들면, 인쇄 회로 기판에서, 또는 태양전지를 위한 백킹에서 상기한 아라미드 페이퍼의 용도에 관한 것이다.
본원에 기재된 다양한 바람직한 실시형태가, 이들이 상호배타적이지 않는 한, 조합될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련가에게 명백할 것이다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 설명되고, 이에 또는 이에 의해 제한되는 것이 아니다.
실시예 1 : 수지 흡수에 미치는 밀도의 영향
페이퍼를 하기 조성으로 제조하였다: 50 wt.% 파라-아라미드 피브리드, 20 wt.% 파라-아라미드 펄프, 및 30 wt.% 6 mm의 섬유 길이 및 1.7 dtex의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 쇼트커트. 모든 페이퍼는 55 내지 56 g/m2의 평량을 가졌다.
스타팅 페이퍼는 약 0.3 g/cc의 밀도를 가졌다. 더 높은 밀도를 갖는 페이퍼를 페이퍼를 캘린더링(calendering)하여 수득하였다. 페이퍼의 수지 함침 성질을 하기와 같이 조사하였다: 각 페이퍼에 대해, 15 * 200 mm의 3개의 스트립(strips)을 제조하였다. 각 스트립의 중량을 측정하였다. 이소프로판올에 용해시킨 페놀-레졸 수지(Bakelite® PF1 143 V)의 수지 욕을 실온에서 제조하였다. 수지는 70 ± 20 mPa.s의 점도를 가졌다. 각각의 스트립을 수지 욕에 30 초 동안 침지하고, 수직으로 매달아서 과잉 수지를 자유롭게 제거되게 하였다(run off freely). 수지의 드리핑(dripping)이 정지한 때에, 스트립을 60℃에서 45 분 동안 오븐에 매달아서 수지로부터의 용매를 증발시켰다. 이어서, 오븐 온도를 175℃로 상승시키고, 스트립을 60 분 동안 오븐에 정치하여 수지를 경화시켰다. 수지-함침된 스트립의 중량을 측정하고, 수지 흡수를 계산하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 밀도 증가는 수지 함량의 감소를 야기한다.
도 1은 함침된 페이퍼의 수지 함량 대 스타팅 페이퍼의 밀도의 플롯을 나타낸다. 도 1로부터, 0.7 g/cc의 밀도에서 변곡점이 나타난다. 이 값 아래에서, 그리고 이에 따라 본 발명에 따른 범위에서, 비교적 더 큰 양의 수지가 상기 밀도 초과의 페이퍼 내로 함침될 수 있다.
실시예 2: 수지 침투에 미치는 밀도의 영향
실시예 1의 페이퍼의 스트립을 피펫을 사용하여 액체 수지의 액적을 제공하였다. 수지의 5개 액적을 페이퍼 스트립마다 적용하였다. 수지는 이소프로판올에 용해시킨 페놀-레졸 수지(Bakelite® PF1 143 V)이고, 실온에서 사용되었다. 페이퍼를 24 시간 동안 정치시키고, 수지 침투를 페이퍼의 뒷면 상에 발견되는 수지의 양을 측정하여 조사하였다. 결과의 사진은 도 2에 존재한다. 결과는 표 2에 요약한다.
이들 결과로부터, 주장된 범위 초과의 밀도를 갖는 페이퍼가 페이퍼를 통해 수지의 침투를 나타내지 않음을 발견할 수 있다. 분명히, 수지는 페이퍼 내로 함침되지 않는다. 반대로, 본 발명에 따른 페이퍼는 페이퍼를 통한 수지의 침투, 이에 따라 수지의 페이퍼로의 함침을 나타낸다. 이들 결과는 실시예 1과 일치한다. 주장된 값 초과의 밀도를 갖는 페이퍼는 함침시 더 적은 수지를 픽업(pick up)하고, 수지는 페이퍼 내로 더 깊게 함침된다. 이는 수지 및 아라미드 시트 사이의 결합에 대한 측정이다. 이러한 결합이 불충분한 경우, 아라미드 시트와 수지 사이의 결합은, 예를 들면, 인쇄 회로 기판 및 태양전지 패널과 같은 전자 기기가 기기의 사용 중 맞닥뜨리는 가열 및 냉각 주기 때문에, 시간이 지남에 따라 분해될 수 있다.
실시예 3: 페이퍼 균질성에 미치는 조성의 영향
페이퍼의 조성의 영향을 조사하기 위해, 페이퍼를 표 3에 제시된 조성으로 제조하였다.
모든 페이퍼는 40 g/m2의 평량, 및 약 0.25 g/cm3의 밀도를 가졌다. 파라-아라미드 쇼트커트는 6 mm의 길이 및 1.7 dtex의 선밀도를 가졌다. 페이퍼 1은 본 발명에 따른다. 페이퍼 2 및 3은 이들의 쇼트커트 함량이 너무 높기 때문에 둘 다 비교용이다. 페이퍼의 성질을 균질성을 판단하기 위해 모든 샘플에 대해 동일한 설정을 사용하여(동일한 강도로 투과된 광) 광학 현미경으로 25x 배율로 가시적으로 조사하였다. 각 페이퍼에 대해 2개의 사진을 도 3에 제시한다. 도 3으로부터 비교 페이퍼 2 및 3이 본 발명에 따른 페이퍼 1보다 더 많은 "광점(light spot)"을 나타내는 것을 볼 수 있다. 광점은 페이퍼가 주변 페이퍼보다 덜 조밀한 위치이다. 따라서 이들의 존재는 페이퍼가 균질하지 않음을 나타낸다. 이러한 밀도의 불규칙은 수지 함침의 불규칙을 야기할 것이고, 이는 사용시 페이퍼의 성질에 유해한 영향을 미칠 것이다. 이들은 심지어 전자 기기에서 기판 보드의 절연 성질에 영향을 미치는 핀홀(pinhole)을 초래할 수 있다.
실시예 4: 페이퍼 통기성(air permeability)에 영향을 미치는 조성의 영향
실시예 3에 기재된 페이퍼의 통기성을 통기성 측정 장치 L&W 166 (Lorentzen & Wettre)를 사용하여, ISO 5636/3에 따라서 측정하였다. 수득한 값은 걸리(Gurley)이고, 이는 특정 용적의 공기가 특정 압력에서 페이퍼를 통해 통과되는데 필요한 시간(초)이다. 걸리가 낮을 수록, 페이퍼의 침투성이 더 높다. 결과를 표 4에 제시한다.
표 4로부터, 본 발명에 따른 페이퍼 1이 비교 페이퍼보다 매우 더 높은 걸리를 갖는 것을 알 수 있다. 모든 페이퍼가 동일한 면적 중량을 갖기 때문에, 이는 비교 페이퍼가 공기에서 대해 더 높은 침투성을 갖는다는 것을 의미한다. 이는 공기가 페이퍼를 통해 통과할 수 있는 더 얇은 영역 또는 핀홀이 존재한다는 것을 함축한다. 얇은 영역 및 핀홀은 수지 함침의 균질성 및 최종 생성물의 성질에 유해하게 영향을 미친다.
Claims (13)
- 0.20 내지 0.65 g/cm3의 밀도 및 30 내지 280 g/m2의 평량을 갖는, 전자 적용에서 기판으로서 사용하기 위해 적합한 아라미드 페이퍼(Aramid paper)로서, 상기 페이퍼가 2.6 dtex 이하의 선밀도 및 0.5 내지 25 mm의 길이를 갖는 아라미드 쇼트커트(shortcut) 10 내지 40 wt.% 및 아라미드 피브리드(fibrid) 10 내지 90 wt.%를 포함하고, 상기 아라미드 쇼트커트가 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 쇼트커트를 포함하고, 상기 아라미드 피브리드가 적어도 70 wt.% 파라-아라미드 피브리드를 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 제1항에 있어서, 적어도 0.30 g/cm3, 특히 적어도 0.40 g/cm3, 및/또는 최대(at most) 0.60 g/cm3, 특히 최대 0.55 g/cm3의 밀도를 갖는, 아라미드 페이퍼.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 80 wt.%, 특히 적어도 90 wt.%, 또한 보다 특히 적어도 95 wt.%의 아라미드를 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아라미드가 적어도 85 wt.%, 특히 적어도 95 wt.%, 보다 특히 적어도 98 wt.%의 파라-아라미드를 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 20 wt.%, 특히 적어도 30 wt.%, 보다 특히 적어도 40 wt.%의 아라미드 피브리드를 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 10 내지 40 wt.%, 특히 10 내지 38 wt.%, 보다 특히 10 내지 35 wt.%의 아라미드 쇼트커트를 90 내지 60 wt.%의 아라미드 피브리드와 함께 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 10 내지 40 wt.%, 특히 10 내지 38 wt.%, 보다 특히 10 내지 35 wt.%의 아라미드 쇼트커트를, 10 내지 80 wt.% 아라미드 피브리드 및 10 내지 80 wt.%의 아라미드 펄프, 특히 파라-아라미드 펄프와 함께 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 제7항에 있어서, 상기 페이퍼가 10 내지 40 wt.%의 아라미드 쇼트커트를 20 내지 80 wt.% 아라미드 피브리드 및 10 내지 40 wt.%의 아라미드 펄프와 함께 포함하는, 아라미드 페이퍼.
- 수지로 함침된 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 아라미드 페이퍼의 적어도 하나의 층을 포함하는 복합 시트(Composite sheet).
- 제9항에 따른 복합 시트를 포함하는 라미네이트(laminate)로서, 구리 층이 상기 복합 시트의 적어도 하나의 면 상에 존재하는, 라미네이트.
- 제10항에 따른 라미네이트를 포함하는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)으로서, 전기 부품이 상기 구리 층에 부착되는, 인쇄 회로 기판.
- 백킹(backing)으로서 제9항에 따른 복합 시트가 제공된 태양전지.
- 아라미드 페이퍼 및 수지의 적어도 하나의 층을 포함하는 복합 시트에서, 또는 전자 적용을 위한 기판 보드(substrate board)에서, 예를 들면, 인쇄 회로 기판에서, 또는 태양전지를 위한 백킹(backing)에서 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 아라미드 페이퍼의 용도.
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