KR20210068009A - 오버몰딩된 인쇄 전자 부품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20210068009A
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폴 아서 트뤼도
아널드 제이슨 켈
시앙양 리우
올가 모첸손
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내션얼 리서치 카운슬 오브 캐나다
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Abstract

본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품에 관한 것일 뿐만 아니라 분자 잉크, 열경화성 수지와 같은 전도성 트레이스 잉크, 및 유리 마이크로 구체 및 유리 직물과 같은 보강 재료를 사용하여 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

오버몰딩된 인쇄 전자 부품 및 이의 제조 방법
본 출원은 오버몰딩된(overmoulded) 인쇄 전자 부품뿐만 아니라 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
오버몰딩은 열가소성 필름에 인쇄된 잉크를 통합한 다음 열가소성 수지로 오버몰딩함으로써 3차원 구조 전자 제품을 제조하는 데 사용되었다.
예를 들어, 인쇄 전자 제품에 사용되는 현재의 금속 플레이크 잉크는 예를 들어, 성형성(연신율), 높은 저항률에 대한 제한된 가능성을 가질 수 있고/있거나 적절한 전도율을 달성하기 위해 상당한 증착 두께를 필요로 할 수 있다. 이러한 금속 플레이크 잉크는 표준 유형의 용융 수지가 사출 금형의 공동에 사출될 때 전도성 트레이스에 가해지는 열 및/또는 힘에 취약할 수도 있다. 고스팅(ghosting) 또는 회로 인쇄와 같은 시각적 결함도 있을 수 있으며 커넥터 및/또는 발광 다이오드(LED)도 오버몰딩된 부품의 미용 표면에 시각적 마크를 남길 수 있다.
알려진 수단에 의해 제조된 구조 인쇄 전자 부품은 종래보다 더 얇더라도 바람직한 중량보다 더 클 수 있다. 부품의 최종 두께는 기판 필름층(들)과 수지의 함수이다. 부품의 전체 두께는 LED, 유기 발광 다이오드(OLED) 및/또는 커넥터와 같은 전기적 특징부를 침수시킬 수 있게 한다. 설계자들은 리브(rib)를 사용하고 부품 두께를 늘려 강성을 높이고 LED, OLED 및 커넥터의 스탠드오프를 위한 충분한 공간을 만들었다. 일반적인 구조 전자 부품의 결과 두께는 약 3㎜ 이상이다. 그 결과 이러한 부품은 무거워지고 상당량의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 그 결과 열 성능이 저하되었다. 그 결과 이러한 기술은 주로 내부 비 구조 응용 분야에 고려되고 있다.
따라서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 기존의 방법에 대한 대안을 제공하는 것이 요구된다.
따라서, 본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
분자 잉크를 기판 상에 증착시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 상기 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계;
상기 기판 상의 상기 잉크의 비-전도성 트레이스를 소결하여 상기 기판의 제1 표면 상에 전도성 은 트레이스(conductive silver trace)를 형성하는 단계;
상기 기판의 제1 표면 상의 전도성 은 트레이스 위에 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 단계; 및
상기 오버몰딩 수지를 경화시키거나 상기 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서 상기 분자 잉크는 저온 분자 잉크이다. 다른 실시형태에서 상기 분자 잉크는 고온 분자 잉크이다. 추가 실시형태에서, 상기 방법은 분자 잉크와 함께 사용하기 위해 나노 입자 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스 위에 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하는 단계; 및
상기 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스는,
전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 상기 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계; 및
상기 기판 상의 상기 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 상기 전도성 트레이스를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 획득된다.
일 실시형태에서, 상기 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크이다. 또 다른 실시형태에서 상기 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크이고, 상기 경화는 소결을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 상기 전도성 트레이스의 경화는 하나 이상의 단계를 포함한다. 관련 실시형태에서, 제1 단계는 상기 비-전도성 트레이스를 건조하는 것을 포함하고, 제2 단계는 소결을 포함한다. 또 다른 관련 실시형태에서, 상기 경화의 제2 단계보다 하나 이상의 재료 또는 오버몰딩을 상기 비-전도성 트레이스 위에 증착시키는 것이 선행한다. 또 다른 관련 실시형태에서, 상기 경화의 제1 단계는 상기 기판을 열 성형하고 상기 경화의 제2 단계보다 선행한다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
조성물을 사출하는 단계로서,
기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스 위에,
오버몰딩 수지 또는 전구체; 및
유리 마이크로 구체(glass microsphere)를 포함하는 상기 조성물을 사출하는 단계; 및
상기 오버몰딩 수지를 경화시키거나 상기 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
발포된 오버몰딩된 수지 또는 발포된 전구체를 얻기 위한 조건 하에서 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스 위에 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 단계; 및
상기 발포된 오버몰딩 수지를 경화시키거나 상기 발포된 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 상기 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계;
상기 기판 상의 상기 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 단계;
상기 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계;
오버몰딩 수지 또는 전구체를 상기 유리 섬유 보강 층 위에 사출하는 단계; 및
상기 오버몰딩 수지를 경화시키거나 상기 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
본 출원은, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 은 트레이스로서, 본 출원의 실시형태에서 한정된 저온 분자 잉크로 제조된 전도성 은 트레이스; 및
상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 은 트레이스 위에 오버몰딩된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
본 출원은, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 열경화성 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
본 출원은, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 복수의 유리 마이크로 구체가 매립된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
본 출원은, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 발포된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
본 출원은, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스;
상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 트레이스 위의 유리 섬유 보강 층; 및
상기 유리 섬유 보강 층 위에 오버몰딩된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에 따라 제조된다.
본 출원의 다른 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 상세한 설명으로부터 본 출원의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이기 때문에 본 출원의 실시형태를 나타내는 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 예시로서 제공된 것으로 이해해야 한다.
본 출원은 이제 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 출원의 저온 분자 잉크(NRC-848A3a)로부터 생성된 인쇄 및 소결된 트레이스의 3차원 프로파일 측정기 이미지, 및 잉크로 달성될 수 있는 라인 폭 및 라인 간격(L/S)을 강조하는 결과적인 단면을 도시한다.
도 2는 저온 분자 잉크(NRC-848A3a)로부터 생성된 인쇄 및 소결된 트레이스의 다른 3차원 프로파일 측정기 이미지, 및 잉크로 달성될 수 있는 라인 폭 및 라인 간격(L/S)을 강조하는 결과적인 단면을 도시한다.
도 3은 (1) 상이한 온도에서 처리된 본 출원의 다른 잉크(NRC-849A1)로부터 생산된 약 512 ㎛의 라인 폭을 갖는 전도성 은 트레이스(상부); 및 (2) 상이한 온도에서 처리된 본 출원의 다른 잉크(NRC-850A)로부터 생성된 약 444 ㎛의 라인 폭을 갖는 전도성 은 트레이스(하부)에 대해 시트 저항률(mΩ/□/mil) 대 온도(℃)의 그래프를 도시한다.
도 4는 (1) 요변성제가 잉크에 포함되어 있지 않고 잉크가 높은 습도(>50%)에서 인쇄될 때 트레이스 형상에 미치는 영향을 보여주는, 120℃에서 5분 동안 열 소결된 잉크 NRC-849A1(왼쪽 이미지); 및 (2) 요변성제가 잉크에 포함되고 잉크가 높은 습도(>50%)에서 인쇄될 때 트레이스 형상에 미치는 영향을 보여주는, 120℃에서 5분 동안 열 소결된 잉크 NRC-850A1(오른쪽 이미지)로부터 생성된 스크린 인쇄된 트레이스를 도시한다.
도 5는 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G) 기판 상에 인쇄되고, 75℃에서 건조되고, 사다리꼴 형상으로 열 성형되고, 15 J/㎠의 에너지로 광 소결되어 은 트레이스로 변환된 잉크 NRC-850A2의 트레이스의 상면도를 도시한다.
도 6은 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G) 기판 상에 인쇄되고, 75℃에서 건조되고, 120℃에서 소결되어 은 트레이스로 변환된 다음 돔형 및 반 원통형 형상으로 열 성형된 잉크 NRC-850A3 트레이스의 상면도를 도시한다.
도 7은 적용된 변형(strain)의 함수로서 잉크 NRC-850A 및 듀퐁의 PE873 잉크로부터 인쇄된 은 라인의 정규화된 저항을 도시하며, 여기서 라인은 오존 처리된 폴리에스터 폴리우레탄(American Polyfilm VLM-4001) 상에 인쇄되었다.
도 8은 적용된 변형의 함수로서 잉크 NRC-850A 및 듀퐁의 PE873 잉크로부터 인쇄된 은 라인의 정규화된 저항을 도시하며, 여기서 라인은 폴리우레탄 연질 솔기 테이프(Bemis ST604) 상에 인쇄되었다.
도 9는 (1) 잉크 NRC-850A를 폴리우레탄 상에 인쇄하는데 사용된 사문형 패턴(serpentine pattern)(상부); 및 잉크 NRC-850A를 사용하여 인쇄된 은 라인에 적용된 변형의 함수로서 표준화된 저항(하부)을 도시하고, 여기서 라인은 오존 처리된 폴리에스터 폴리우레탄(American Polyfilm VLM-4001) 상에 인쇄되었다. '사전 변형된' 샘플의 경우, 폴리우레탄 기판은 잉크가 기판 상에 증착될 때 라인 방향으로 10%만큼 신장되었다.
도 10은 본 출원의 일 실시형태에 따라 단일 면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품에 대한 개략도이다.
도 11은 본 출원의 일 실시형태에 따라 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품에 대한 개략도이다.
도 12는 배기(venting) 및 게이팅(gating) 특징부의 통합을 보여주는 본 출원의 일 실시형태에 따라 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품에 대한 개략도(왼쪽은 상면도이고; 오른쪽은 단면임)이다.
도 13은 열 성형 없이 동일한 처리를 받은 트레이스에 비해 DYMAX 투광 램프 시스템(청색 원과 청색 추세선; 상위 추세선 참조) 및 UV 컨베이어 시스템(녹색 원과 녹색 추세선; 하위 추세선 참조)을 사용하여 UV 처리 후 열 성형된 3D 선형 트레이스에 대한 저항 대 라인 폭을 도시하고, 여기서 DYMAX 투광 램프 시스템 처리된 샘플은 적색 원으로 표시되고, UV 컨베이어 시스템의 샘플은 황색 원으로 표시된다.
도 14는 1㎝ 높이의 돔형 형상 위에 열 성형된 선형 트레이스(a)의 사진 및 'a' 패널의 상위 우측 코너에 황색 사각형으로 강조 표시된 3개의 가장 넓은 트레이스를 확대한 도면이다. 열 성형에 의해서만 생성된 트레이스는 균열이 있는(bi-iii) 반면, DYMAX 투광 램프 시스템(ci-iii) 및 UV 컨베이어 시스템(di-iii)의 UV 광으로 처리된 트레이스는 균열에 훨씬 덜 취약한 것이 주목된다.
도 15는 은 스크린 인쇄된 잉크가 나노 입자의 형성을 개시하기 위해 DYMAX 투광 광 시스템(a) 또는 UV 컨베이어 시스템(b)을 사용하여 UV 광 처리된, 은 옥살산염 기반 분자 잉크의 SEM 이미지를 도시한다. UV 처리 후 트레이스는 열 성형되어 상호 연결된 은 나노 입자를 포함하는 전도성 은 필름을 생성한다. DYMAX 투광 조명 시스템으로 처리한 후 생성된 트레이스는 UV 컨베이어 시스템으로 처리된 트레이스에서 생성된 것(d)보다 약간 더 큰 입자를 갖고 덜 합쳐진다(c).
도 16 열 성형되고 MPR121 정전 용량식 터치 센서 브레이크아웃을 갖는 아르두이노 마이크로(Arduino Micro)에 부착된 열 성형된 정전 용량식 터치 HMI 회로의 선형 트레이스(a) 및 전도성 은 에폭시를 사용하여 회로의 표면에 부착된 3개의 LED의 조명의 일례(b)의 사진을 도시한다.
도 17은 UV 처리 없이 직접 열 소결로부터 생성된 열 성형된 트레이스의 SEM 이미지를 도시한다. 더 큰 은 나노 입자가 존재하는 곳에는 공극과 균열이 존재하고, 나노 입자가 더 작은 영역은 균일하다는 것이 주목된다.
도 18은 본 출원의 일 실시형태에 따라 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품에 대한 개략도이다.
I. 정의
달리 명시되지 않는 한, 본 란 및 다른 란에서 설명된 정의 및 실시형태는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해하는 바와 같이 적합한 본 명세서에 설명된 본 출원의 모든 실시형태 및 양태에 적용할 수 있도록 의도된다.
본 출원의 범위를 이해함에 있어서, 본 명세서에서 사용된 "포함하는"이라는 용어와 그 파생어는 언급된 특징, 요소, 구성 요소, 그룹, 정수 및/또는 단계의 존재를 제시하는 개방형 용어인 것으로 의도되지만, 언급되지 않은 다른 특징, 요소, 구성 요소, 그룹, 정수 및/또는 단계의 존재를 배제하는 것은 아니다. 전술한 내용은 "포함하는", "갖는"이라는 용어와 그 파생어와 같은 유사한 의미를 가진 단어에도 적용된다. 본 명세서에 사용된 "구성된"이라는 용어와 그 파생어는, 언급된 특징, 요소, 구성 요소, 그룹, 정수 및/또는 단계의 존재를 제시하는 폐쇄형 용어인 것으로 의도되지만 언급되지 않은 다른 특징, 요소, 구성 요소, 그룹, 정수 및/또는 단계의 존재를 배제한다. 본 명세서에 사용된 "본질적으로 구성된"이라는 용어는, 언급된 특징, 요소, 구성 요소, 그룹, 정수 및/또는 단계의 존재뿐만 아니라 특성, 요소, 구성 요소, 그룹, 정수 및/또는 단계의 기본 및 새로운 특성(들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 것의 존재를 제시하도록 의도된다.
본 명세서에 사용된 "실질적으로", "약" 및 "대략"과 같은 정도의 용어는 최종 결과가 상당히 변하지 않도록 수식된 용어의 합리적인 편차량을 의미한다. 이 편차가 수식하는 단어의 의미를 무효화하지 않는 경우 이러한 정도의 용어는 수식된 용어의 적어도 ±5%의 편차를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 나열된 항목이 개별적으로 또는 조합으로 존재하거나 사용됨을 의미한다. 사실상, 이 용어는 나열된 항목 중 "적어도 하나의" 또는 "하나 이상의" 항목이 사용되거나 존재하는 것을 의미한다.
본 출원에서 사용된 단수 형태의 요소 및 "상기" 요소는 달리 명시되지 않는 한 복수의 요소를 포함한다. 예를 들어, "전도성 은 트레이스"를 포함하는 실시형태는 하나의 전도성 은 트레이스 또는 2개 이상의 추가 전도성 은 트레이스를 갖는 특정 양태를 제공하는 것으로 이해되어야 한다.
추가 또는 제2 전도성 은 트레이스와 같이 "추가" 또는 "제2" 구성 요소를 포함하는 실시형태에서, 본 명세서에서 사용된 제2 구성 요소는 다른 구성 요소 또는 제1 구성 요소와 상이하다. "제3" 구성 요소는 다른 구성 요소, 제1 구성 요소 및 제2 구성 요소와 다르며, 추가로 열거되거나 "추가" 구성 요소는 유사하게 다르다.
본 명세서에 사용된 "적합한"이라는 용어는 특정 시약 또는 조건의 선택이 수행되는 반응 또는 방법 단계에 따라 및 원하는 결과에 따라 달라질 수 있음을 의미하지만, 그럼에도 불구하고, 일반적으로 모든 관련 정보가 알려지면 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 만들어질 수 있다.
본 명세서에 사용된 "전도성 트레이스 잉크"라는 용어는 기판 상에 증착(예를 들어, 인쇄)되면 전도성이 되거나, 경화(소결을 포함함)와 같은 이 기술 분야에 알려진 적합한 방법을 사용하여 전도성이 되도록 추가로 처리될 수 있는 잉크를 지칭한다. 예시적인 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 및 나노 입자 잉크를 포함한다.
기판 상의 전도성 트레이스 잉크를 처리하는 것과 관련하여 본 명세서에 사용된 "경화"라는 용어는 궁극적으로 잉크를 전도성으로 만드는 수단을 의미한다. 경화는 순차적으로 수행되거나 수행되지 않을 수 있는 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 성형된 전자 부품 또는 구성 요소를 제조하기 위한 열 성형 공정에서, 기판 상에 증착된 전도성 트레이스 잉크는 제1 단계에서 건조되고 제2 단계에서 소결될 수 있다. 경화의 제1 단계 이후에, 제2 단계(즉, 소결)를 수행하기 전에 증착된 전도성 트레이스 잉크로 기판을 코팅, 오버몰딩, 성형 등을 수행하는 열 성형 공정의 다른 단계가 있을 수 있다. 열경화성 오버몰딩 수지와 관련하여 "경화"라는 용어가 사용되는 경우, 이는 오버몰딩된 부품을 얻기 위해 수지를 경화시키기 위해 수지의 전구체를 처리하는 것을 유사하게 언급한다.
본 명세서에서 사용된 "결합된" 및 "증착된"이라는 용어는 오버몰딩된 부품 내 또는 상에 재료 및 구성 요소를 적층 또는 접착하는 것을 의미한다. 기판에 결합된 전도성 트레이스 또는 기판의 제1 표면 상에 증착된 전도성 트레이스 잉크는 모두 기판에 결합되거나 증착된 다른 잉크 및 재료가 있는지 여부에 관계없이 이 재료 또는 구성 요소를 기판에 연관시키는 것을 의미한다. 오버몰딩된 부품에 대해 서로 다른 설계 목적을 달성하기 위해 서로 다른 잉크 층, 수지 및 다른 재료 또는 구성 요소의 순서를 변경하는 것은 특정 재료 또는 구성 요소가 기판에 결합되거나 증착되는 것을 변경시키지 않는다. 예를 들어, 장식용 잉크 또는 유전체 층이 트레이스와 기판의 표면 사이에 개재되더라도 전도성 트레이스는 여전히 기판에 결합된다. 양면 오버몰딩된 부품의 경우, 재료 또는 구성 요소는 다시 기판의 표면에 직접 부착되는지 또는 간접 부착되는지에 관계없이 기판에 결합되고, 이에 기초하여 재료 또는 구성 요소는 기판의 표면에 부착된다.
본 명세서에서 사용된 "분자 잉크"라는 용어는 소결 시 0 산화 상태로 환원될 수 있는 금속 양이온을 포함하는 잉크를 의미한다.
본 명세서에 사용된 "고온 분자 잉크"라는 용어는 PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248에 설명된 분자 잉크와 같은, 약 125℃ 내지 250℃, 예를 들어, 약 150℃ 내지 230℃의 온도 범위에서 소결 가능한 분자 잉크를 의미한다. 예를 들어, 은 양이온을 포함하는 이러한 고온 분자 잉크는 약 200℃ 내지 230℃ 범위의 온도에서 소결될 수 있다. 예를 들어, 구리 양이온을 포함하는 이러한 고온 분자 잉크는 약 125℃ 내지 175℃ 범위의 온도에서 소결될 수 있다.
본 명세서에 사용된 "저온 분자 잉크"라는 용어는 동일한 양이온을 포함하는 고온 분자 잉크보다 낮은 온도 범위에서 소결 가능한 분자 잉크를 의미한다. 구리 양이온을 포함하는 저온 분자 잉크는 PCT 출원 공개 번호 WO 2016/197234 및 WO 2018/018136에 설명되어 있다. 은 양이온을 포함하는 저온 분자 잉크는 약 80℃ 내지 약 140℃, 예를 들어, 약 85℃ 내지 약 140℃ 또는 약 90℃ 내지 약 130℃의 온도 범위에서 소결 가능한 본 출원의 실시형태에서 설명된다. 은 양이온을 포함하는 다른 예시적인 잉크는 WO 2018/146616에 기술되어 있다. 잉크를 저온/열 성형 기판 상에 인쇄 가능하고 넓은 스펙트럼 자외선(UV) 광으로 전기 전도성 트레이스로 소결하게 만드는 열 보호제를 포함하는 저온 잉크가 또한 제공될 수 있다(PCT/IB2019/056612 참조).
본 명세서에서 사용된 "나노 입자 잉크"라는 용어는 경화 시 융합되는 0 산화 상태의 금속 나노 입자를 포함하는 잉크를 의미한다. 나노 입자는 플레이크 또는 다른 형상일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "은 플레이크 잉크"라는 용어는 경화 시 융합되는 0 산화 상태의 은 나노 입자 플레이크를 포함하는 잉크를 의미한다.
II. 방법
오버몰딩된 전자 부품을 제조하도록 설계된 다단계 제조 공정에서, 이러한 부품을 제조하는 데 사용되는 조성물 및 구성 요소의 다양한 특성을 효과적으로 활용하기 위해 고려해야 하는 수많은 공정 설계 고려 사항이 있으며, 이는 일반적으로 물질을 적층하고 전기 구성 요소를 오버몰딩된 전자 부품에 통합하는 것을 포함한다. 재료/물질 및 구성 요소의 서로 다르고 종종 상용 가능하지 않는 특성으로 인해 제기되는 문제를 해결하고 처리 효율을 실현해야 하는 필요성으로 인해, 오버몰딩된 전자 부품을 생산하기 위해 취해진 재료 또는 물질, 처리 방법, 및 처리 단계의 시퀀스를 선택하는 것을 결정한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법은 잉크, 유전체, 접착제, 다른 코팅 및 보강 재료와 같은 재료 또는 물질을 기판에 적용하는 하나 이상의 적용 단계(예를 들어, 증착, 인쇄, 사출 샷(injection shot) 등)를 포함한다. 기판. 다른 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법은 하나 이상의 처리 단계(예를 들어, 건조, 가열, UV 경화, 소결 등)를 포함한다.
예를 들어, 적합한 전도성 트레이스 잉크를 선택하는 것은 기판 상에 잉크를 효과적으로 증착시키고, 이를 열 성형 공정 동안 열 처리 및 기계적 응력에 노출시켜 결과 전자 부품에서 적합한 전도성 트레이스를 얻을 필요성에 의해 결정된다. 대안적인 재료 옵션을 제공하면 다양한 산업에 적용하도록 만들어질 수 있는 전자 부품의 다양성과 제조 방법을 개선하는 데 필요한 공정 및 부품 설계 유연성을 제공한다.
알려진 사출 성형 기술을 사용하여 분자 잉크를 인쇄하는 것을 포함하는 전자 부품을 오버몰딩하는 방법은 플레이크 잉크에 비해 또는 플레이크 잉크와 함께 사용하기에 복잡성이 증가된 부품을 제조할 수 있다. 예를 들어, 분자 잉크로부터 제조된 트레이스의 증가된 연신 능력으로 인해, 열 성형 공정 동안 더 많은 성형을 받은 기판 영역에서 분자 잉크를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 전도성 트레이스의 최대 연신율을 높이면 더 복잡한 3D 구조를 제조하는 데 사용되는 공간을 확보할 수 있다. 이와 달리, 나노 입자 잉크를 사용하는 것은 더 적은 성형을 받은 기판 영역에 바람직할 수 있지만, 이는 물질의 적층 및/또는 제조 동안 전자 구성 요소 간의 전기적 연결의 유지를 필요로 할 수 있다. 이 경우, 기판의 이러한 영역에 소결 공정을 적용하는 능력은 하나 이상의 다른 종류의 전도성 트레이스 잉크를 사용하는 데 유리할 수 있다. 따라서 분자 잉크는 나노 입자 잉크와 함께 사용되어 회로 연결점 및 다른 전기적 특징을 형성할 수 있다. 더 낮은 저항이 요구되고 기판 연신(이에 따라 기계적 응력)이 작은 곳에서, 예를 들어, 커넥터 패드, LED 단자 패드 및 교차점이 있는 곳에서 나노 입자 잉크를 아껴 사용할 수 있는 영역이 있을 수 있다. 전자 부품을 만들 때 서로 다른 잉크를 사용하고 서로 다른 재료/물질 및 구성 요소를 적층해야 하면 증착된 전도성 트레이스 잉크 및 다른 회로부 특징부와 전기 교차점 또는 연결 지점을 (전체적으로 또는 부분적으로) 절연하기 위해 유전체를 사용해야 할 수도 있다. 이는 전자 부품의 특징부에 대한 손상을 최소화하면서도 우수한 전도성을 얻기 위해 다수의 층을 통해 증착된 트레이스를 (열 성형 후) 소결하는 효율과 관련하여 문제를 일으킬 수 있다. 불투명한 유전체는 증착된 전도성 트레이스 잉크를 경화시키는 것이 유전체 증착 후 소결을 필요로 하지 않는 영역에서 매우 효과적인 절연체가 될 수 있다.
소결이 필요한 분자 잉크를 사용하는 경우, 유전체를 도포하기 전에 증착된 전도성 트레이스 잉크를 먼저 소결해야 할 수도 있다. 대안적으로, 투명한 유전체는 제조 효율을 위해 증착된 전도성 트레이스 잉크를 경화시키는 것이 열 성형 후 재료 층을 통해 소결을 필요로 하는 영역에서 사용하기에 보다 적합할 수 있다. 유전체를 도포하기 전이나 후에 소결하는 설계를 선택할지 여부는 전도성 트레이스 잉크가 증착되는 기판의 주어진 영역이 열 성형 동안 상당한 성형을 받을 것으로 예상되는지 여부에 따라 달라진다. 열 성형 이전에 증착된 전도성 트레이스 잉크를 소결하는 것은 생성된 전도성 트레이스가 성형 동안 과도하게 기계적으로 응력을 받지 않는 경우(예를 들어, 전도성 트레이스는 신장, 굴곡, 비틀림 등을 최소한으로 받거나 전혀 받지 않는 경우) 기판의 균열 및 기판과의 접착력 상실을 방지하기 위해 수행될 수 있다.
예로서, Sun Chemical DST 4826C는 투명한 유전체이지만 고체 백색 재료인 Dupont ME778과 같은 불투명 유전체보다 보호 기능이 떨어진다. 백색 유전체는 우수한 전기적 분리를 제공하지만, 이는 수행된 테스트에 따르면 이 재료 층 아래 트레이스를 광 소결할 수 없다는 것을 시사하기 때문에 비-광학적이거나 또는 투시적인 특징부가 있는 경우에만 사용될 수 있다. 정의 상 투명한 재료는 광을 투과시키는 데 유리하므로, 이에 의해 스크리닝 공정이 단순화되고, (열 성형 후 소결이 선호되는 경우) 유전체를 전체 표면층으로 두는 것이 바람직하다.
오버몰딩된 전자 부품을 제조하는 데 있어서 (전기적 기능의 무결성을 보장하는 것을 넘어) 다른 고려 사항은 생산된 전자 부품이 가벼우면서도 제조 동안 및 의도된 목적으로 정상적으로 사용하는 동안 복원력이 있고 손상에 대한 저항성을 보장하는 것이다. 오버몰딩에 기존의 열가소성 수지 대신 열경화성 수지(지방족 폴리우레탄 수지 등)를 사용하면 저렴한 금형, 저렴한 사출 시스템, 및/또는 향상된 표면 품질, 스크래치 저항성 및/또는 기계적 특성을 갖는 부품을 쉽게 사용할 수 있다. 이것은 일단 경화되면 더 단단하거나 더 강인한 특성 때문이다.
UV 경화 하드 코팅은 또한 결과적인 전자 부품을 더 단단하게 만들기 위해 전도성 트레이스 잉크가 증착되는 기판의 반대쪽(제2 표면) 상에 적용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 하드 코팅은 기판(예를 들어, Lexan으로서 입수 가능한 폴리카보네이트 기판)의 일부로서 통합된다. 코팅은 열 성형 동안 유연하고 무결성을 유지하며, 열 성형 후 UV 경화를 통해 경화될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 완성된 열 성형된 부품은 코팅에 담겨지거나 코팅으로 분무되고 나서 UV 경화된다.
발포된 오버몰딩된 수지(열가소성 또는 열경화성 수지)를 포함하고/하거나 오버몰딩된 수지(열가소성 또는 열경화성 수지)에 매립된 유리 마이크로 구체를 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 수지가 발포되지 않고 유리 마이크로 구체를 포함하지 않는 유사한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품보다 상당히 가벼울 수 있다. 발포된 열가소성 및 열경화성 중합체는 또한 연질 충전 효과로 인해 전기 트레이스의 손상을 줄여 회로 복잡성과 이용 가능한 표면을 부분적으로 증가시킬 수 있다.
기판과 오버몰딩된 수지(열가소성 또는 열경화성 수지) 사이에 유리 섬유층 등과 같은 구조적 보강층을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 최종 부품의 특성을 크게 변화시킬 수 있으며, 예를 들어, 구조적 보강이 없는 유사한 부품에 비해 열적 및/또는 기계적 특성을 크게 변화시켜, 부품을 본질적으로 구조적이거나 더 얇고/하거나 더 가볍게 만들 수 있다.
또 다른 공정 또는 방법 설계 고려 사항은 예를 들어, LED를 사용하여 백라이트되는 부품을 만들 때 특정 오버몰딩된 전자 부품이 광 또는 광학적 특징을 포함할지 여부이다. 이 경우에, 적합한 유전체의 선택과 유리 섬유 보강 재료 및 유리 마이크로 구체의 적용은 조명 특징의 통합을 수용하도록 적응될 수 있다. 유리 섬유의 사용은 광을 흡수할 수 있는 중간 재료를 없애는 것에 의해 광이 통과하는 것을 허용하는 개구를 남기도록 조작될 수 있다. 유사하게, 유리 마이크로 구체는 조명 특징이 고려되는 영역에서는 사용되지 않을 수 있다.
따라서, 본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
저온 분자 잉크를 기판 상에 증착시켜 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계;
기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 소결하여 기판의 제1 표면 상에 전도성 은 트레이스를 형성하는 단계;
기판의 제1 표면 상의 전도성 은 트레이스 위에 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 단계; 및
오버몰딩 수지를 경화시키거나 전구체를 경화시켜 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함한다.
저온 분자 잉크는 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하기 위해 임의의 적합한 방법에 의해 기판 상에 증착된다. 일 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 기판 상에 인쇄된다. 다른 실시형태에서, 인쇄는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄, 에어브러싱, 에어로졸 인쇄, 조판 또는 스탬핑을 포함한다. 본 출원의 또 다른 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 스크린 인쇄에 의해 증착된다.
비-전도성 트레이스는, 예를 들어, 트레이스가 증착되는 기판의 유형 및/또는 잉크의 은염 유형에 의존할 수 있는 임의의 적합한 방법에 의해 전도성 은 트레이스를 형성하도록 소결된다. 소결은 은염을 분해하여 은의 전도성 입자(예를 들어, 나노 입자)를 형성한다. 일 실시형태에서, 소결은 강렬한 펄스 자외선(UV) 광을 이용한 가열 및/또는 광 소결을 포함한다. 추가 실시형태에서, 소결은 광대역 UV 광의 적용을 포함한다.
일 실시형태에서, 소결은 가열을 포함한다. 다른 실시형태에서, 기판을 가열하는 것은 전도성 트레이스를 형성하기 위해 트레이스를 건조시키고 소결시킨다. 저온 분자 잉크의 장점은 가열이의 은 양이온 함유 저온 분자 잉크의 경우 비교적 낮은 온도 범위에서, 예를 들어, 약 80℃ 내지 약 140℃, 약 85℃ 내지 약 140℃, 또는 약 90℃ 내지 약 130℃에서 수행될 수 있다는 것이다. 낮은 온도에서 소결하는 능력이 이러한 잉크의 장점이지만, 가열은 대안적으로 더 높은 온도에서, 예를 들어, 약 150℃ 이상의 온도 또는 약 250℃까지의 온도에서 수행될 수 있다.
일 실시형태에서, 가열은 약 1시간 이하의 시간 동안 수행된다. 다른 실시형태에서, 가열은 약 30분 이하의 시간 동안, 예를 들어, 약 1분 내지 약 30분, 또는 약 2분 내지 약 20분 범위의 시간 동안 수행된다. 추가 실시형태에서, 가열은 약 5분 내지 약 20분 동안 수행된다. 가열은 전도성 트레이스를 형성하기 위해 기판 상의 트레이스를 소결하기 위해 온도와 시간 사이의 충분한 균형에서 수행된다. 예를 들어, 120℃에서 5분 동안 또는 90℃에서 20분 내지 40분 동안 소결함으로써 좁고 전도성이 높은 트레이스를 형성할 수 있다. 가열 장치의 유형은 또한 소결에 필요한 온도와 시간을 고려한다. 일 실시형태에서, 소결은 산화 분위기(예를 들어, 공기) 하에서 기판으로 수행된다. 다른 실시형태에서, 소결은 불활성 분위기(예를 들어, 질소 및/또는 아르곤 가스) 하에서 수행된다.
다른 실시형태에서, 소결은 광 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 광 소결은 광대역 광 스펙트럼을 전달하는 고강도 램프(예를 들어, 펄스 제논 램프)를 갖는 광 소결 시스템을 포함한다. 일 실시형태에서, 램프는 약 5 내지 약 20 J/㎠의 에너지를 트레이스에 전달한다. 다른 실시형태에서, 펄스 폭은 약 0.58 내지 약 1.5ms의 범위에 있다. 일 실시형태에서, 광 소결은 주변 조건에서 (예를 들어, 공기 중에서) 수행된다. 광 소결은 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트 및 폴리이미드 기판에 적합하다.
본 출원의 추가 실시형태에서, 소결은 마이크로파 또는 근적외선(NIR) 방법을 사용하여 수행되며, 이 방법은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
기판 상의 저온 분자 잉크를 건조 및 소결함으로써 형성된 전도성 은 트레이스는 임의의 적합한 두께 및 폭을 갖는다. 저온 분자 잉크는 상대적으로 높은 전도율(즉, 상대적으로 낮은 저항률)을 유지하면서 상대적으로 얇고/하거나 좁은 전도성 트레이스를 형성하도록 건조되고 소결될 수 있다는 것이 장점이다. 일부 실시형태에서, 전도성 트레이스는 약 4 미크론 이하, 또는 약 1.5 미크론 이하, 또는 약 1 미크론 이하, 예를 들어, 약 0.3 내지 1.5 미크론 또는 약 0.4 내지 1 미크론의 평균 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 전도성 트레이스는 약 30mil 이하, 또는 약 20mil 이하, 예를 들어, 약 2 내지 20mil의 공칭 라인 폭을 갖는다. 일부 실시형태에서, 시트 저항률 값은 약 30mΩ/□/mil 미만, 또는 약 20mΩ/□/mil 이하, 예를 들어, 약 5 내지 20mΩ/□/mil이다. 추가적으로, 잉크는 상대적으로 낮은 라인 폭/간격(L/S) 값으로 기판에 전도성 트레이스를 제공할 수 있으며, 이는 유리하게 전자 회로부의 소형화에 적합하다. 예를 들어, L/S 값은 약 100/70 ㎛ 미만, 심지어 약 42/38 ㎛까지 낮을 수 있다.
일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크를 증착시킨 후 그리고 비-전도성 트레이스를 소결하기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 소결한 후 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 기판을 형성하여 성형된 기판을 얻는 것은 임의의 적합한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판은 열 성형, 냉간 성형, 압출 또는 취입 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 다른 실시형태에서, 기판은 열 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 따라서, 일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크를 증착시킨 후 그리고 비-전도성 트레이스를 소결하기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 소결한 후 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면에 하나 이상의 전자 구성 요소를 결합하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)한 후 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계를 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 보강층은 오버몰딩 수지와 거의 동일한 반사 지수(reflective index)를 갖는다는 것이 유리하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 통해 도입된다. 오버몰딩 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사출 동안 포화되는 건조 직물을 통해 추가로 도입될 수 있다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 유리 섬유 보강 층과 기판 사이에 자외선 경화성 접착제를 스플래터 코팅(splatter coat)하고, 기판 상에 유리 섬유 보강 층을 진공 백 성형하고, 접착제를 자외선으로 경화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 도입된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 방법은 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 동안 유리 섬유 보강 층을 정확한 위치에 유지하여 부품 내부의 움직임을 최소화할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 자외선 접착제는 고에너지 자외선 시스템을 사용하여 유리 섬유 보강 층 및 진공 백을 통해 경화된다. 임의의 적합한 접착제 및 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 퓨전(Fusion) UV V 전구는 두 재료를 통해 적합한 경화를 달성하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크를 증착시키기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크는 임의의 적합한 장식용 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서, 장식용 잉크는 용매를 제거하기 위해 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크를 증착시키기 전에 또는 저온 분자 잉크를 증착시킨 후에, 그리고 비-전도성 트레이스를 소결하거나 기판을 선택적으로 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 유전체 잉크는 임의의 적합한 유전체 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서 유전체 잉크는 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 방법은 전도성 은 트레이스의 다중 층을 얻기 위해 기판 상에 저온 분자 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)한 후, 방법은 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이고, 임의의 적합한 수단을 사용하여 적용되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지는 열가소성 수지이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열가소성 수지는 가열되면 연화되고 냉각되면 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 열가소성 수지의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열가소성 수지는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 냉각된다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 열경화성 수지와 관련하여 본 명세서에서 사용된 "전구체"라는 용어는 경화 시 가교 또는 사슬 연장에 의해 열경화성 수지를 생성하는 성분 또는 성분의 조합을 지칭한다. 따라서, 열경화성 수지에 대한 전구체의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열경화성 수지 전구체는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 경화된다. 열경화성 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 임의의 적합한 전구체이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 임의의 적합한 폴리우레탄 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 추가 실시형태에서, 전구체는 아이소사이안산염, 폴리올 및 촉매를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지 또는 전구체는 유리 마이크로 구체와 함께 사출된다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 및 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지 또는 전구체는 발포체를 얻기 위한 조건 하에 사출된다. 발포체를 얻기 위한 적합한 조건은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 쉽게 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 발포체를 얻기 위한 조건은 경화 또는 경화된 오버몰딩된 수지에서 마이크로 셀형(microcellular) 형태를 생성할 수 있는 오버몰딩 수지 또는 전구체에 발포제를 도입하는 것을 포함한다. 발포제는 임의의 적합한 발포제이다. 일부 실시형태에서, 발포제는 아조다이카본아마이드(ADCA) 또는 중탄산나트륨이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 저온 적용을 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 항공 우주 응용 분야를 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이고, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트를 포함한다.
기판을 성형(예를 들어, 열 성형)하는 것을 포함하는 본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 기판이 성형 가능한 기판이고 따라서 성형(예를 들어, 열 성형)될 수 있는 재료를 포함함을 이해할 수 있을 것이다. 저온 분자 잉크는 100℃ 미만의 온도에서 건조 및 소결되어 전도성 트레이스를 형성할 수 있기 때문에 저온 분자 잉크는 현재 시판 중인 다양한 성형 가능한 기판과 상용 가능하다. 성형 가능한 기판은 특정 성형 조건 하에서 유연할 수 있다(예를 들어, 구부릴 수 있고, 신장될 수 있고, 비틀릴 수 있음 등). 일부 예에서, 성형 가능한 기판은 성형 후에 성형된 형태를 유지할 수 있는 반면, 다른 경우에, 성형된 기판을 성형된 형태로 유지하기 위해 외력이 필요할 수 있다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 개시를 참조하여 단일 면 또는 양면을 갖는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 쉽게 적응시킬 수 있을 것이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스 위에 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하는 단계; 및
열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 경화시켜 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스는,
전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계; 및
기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 획득된다.
전도성 트레이스 잉크는 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하기 위해 임의의 적합한 방법에 의해 기판 상에 증착된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 기판 상에 인쇄된다. 다른 실시형태에서, 인쇄는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄, 에어브러싱, 에어로졸 인쇄, 조판 또는 스탬핑을 포함한다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 스크린 인쇄에 의해 증착된다.
전도성 트레이스 잉크는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크이다. 다른 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 전도성 트레이스를 형성하기 위해 기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시키는 조건은 전도성 트레이스 잉크의 선택에 따라 달라진다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 저온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이고, 본 명세서에 설명된 저온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 실시형태로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 저온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다.
일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 고온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이며, 예를 들어, PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248에 설명된 고온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 조건으로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 고온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다.
관련 실시형태에서, 고온 분자 잉크는 금속 전구체 분자, 구체적으로, 금속 카복실산염, 보다 구체적으로, C8-C12 은 카복실산염 또는 비스(2-에틸-1-헥실아민) 구리(II) 포름산염, 비스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염 또는 트리스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염을 포함한다. 잉크에는 플레이크가 포함되어 있지 않기 때문에 잉크로 형성된 전도성 트레이스는 상호 연결된 금속 나노 입자를 포함하여 매우 얇고 좁은 전도성 트레이스를 형성할 수 있다.
분자 잉크는 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 중량으로 약 30 내지 60 중량%의 C8-C12 은 카복실산염 또는 약 5 내지 75 중량%의 비스(2-에틸-1-헥실아민) 구리(II) 포름산염, 비스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염 또는 트리스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염을 포함하는 조성물을 포함한다. 바람직하게는, 조성물은 약 45 내지 55 중량%, 예를 들어, 약 50 중량%의 은 카복실산염, 또는 약 65 내지 75 중량%, 예를 들어, 약 72 중량%의 비스(2-에틸-1-헥실아민) 구리(II) 포름산염, 비스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염 또는 트리스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염을 포함한다.
일 실시형태에서, 은 카복실산염은 C8-C12 알칸산의 은 염이다. 알칸 산은 바람직하게는 데칸산, 더 바람직하게는 네오데칸산이다. 은 카복실산염은 가장 바람직하게는 은 네오데칸산염이다. 관련 실시형태에서, 잉크는 모든 중량을 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 30 내지 60 중량%의 C8-C12 은 카복실산염, 0.1 내지 10 중량%의 중합체 결합제, 및 나머지 부분으로 적어도 하나의 유기 용매를 포함하는 플레이크 없는 인쇄 가능한 조성물을 포함한다. 또 다른 관련 실시형태에서, 잉크는 모든 중량을 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 45 내지 55 중량%의 은 네오데칸산염; 60,000 내지 70,000 g/㏖ 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 제1 에틸 셀룰로스와 90,000 내지 100,000 g/㏖ 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 2.5 내지 5 중량%의 제2 에틸 셀룰로스의 혼합물; 및 나머지 부분으로 적어도 하나의 방향족 용매와 테르피네올의 혼합물을 포함하는 유기 용매를 포함한다.
다른 실시형태에서, 고온 잉크는 78 중량% 은 네오데칸산염, 7.7 중량%의 옥탄올, 12.8 중량%의 에틸-2 옥사졸린 및 1.5%의 Rokrapol을 포함한다.
다른 실시형태에서, 금속 카복실산염은 포름산 및 2-에틸-1-헥실아민 또는 옥틸아민의 구리 복합체이다. 구리 카복실산염은 가장 바람직하게는 비스(2-에틸-1-헥실아민) 구리(II) 포름산염이다. 관련된 실시형태에서 잉크는 모든 중량을 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 5 내지 75 중량%의 비스(2-에틸-1-헥실아민) 구리(II) 포름산염, 비스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염 또는 트리스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염, 0.25 내지 10 중량%의 중합체 결합제 및 나머지 부분으로 적어도 하나의 유기 용매의 플레이크 없는 인쇄 가능한 조성물을 포함한다.
분자 잉크의 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 0.25 내지 10 중량%의 중합체 결합제를 더 포함한다. 스크린 인쇄 가능한 은 잉크의 경우, 조성물은 바람직하게는 약 2.5 내지 5 중량%, 예를 들어, 약 5 중량%의 결합제를 포함한다. 구리 잉크의 경우, 조성물은 바람직하게는 약 0.5 내지 2 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.5 내지 1.5 중량%, 예를 들어, 약 1 중량%의 결합제를 포함한다.
중합체 결합제의 양은 또한 금속 전구체 분자에서 금속의 질량으로 표현될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 결합제는 금속 전구체의 금속의 중량을 기준으로 약 2.5 내지 52 중량% 범위로 조성물에 존재할 수 있다. 금속 전구체에서 금속의 중량은 전구체를 포함하는 다른 원소가 없는 금속의 총 중량이다. 보다 바람직하게는, 중합체 결합제는 금속 전구체의 금속의 중량을 기준으로 약 6.5 내지 36 중량% 범위이다.
중합체 결합제는 바람직하게는 에틸 셀룰로스, 폴리피롤리돈, 에폭시, 페놀 수지, 아크릴, 우레탄, 실리콘, 스타이렌 알릴 알코올, 폴리알킬렌 카보네이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 플루오로플라스틱, 플루오로엘라스토머, 열가소성 엘라스토머 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 중합체 결합제는 바람직하게는 에틸 셀룰로스 또는 폴리우레탄, 특히 에틸 셀룰로스를 포함한다.
결합제의 분자량, 특히 에틸 셀룰로스는 분자 잉크로부터 형성된 전도성 트레이스의 특성을 최적화하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 결합제는 약 35,000 내지 100,000 g/㏖, 보다 바람직하게는 약 60,000 내지 95,000 g/㏖ 범위의 평균 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는다. 결합제의 평균 중량 평균 분자량은 분자량이 다른 결합제의 혼합물을 사용하여 원하는 값으로 조정될 수 있다. 결합제의 혼합물은 바람직하게는 약 60,000 내지 70,000 g/㏖ 범위, 예를 들어, 약 65,000 g/㏖의 중량 평균 분자량을 갖는 제1 결합제, 및 약 90,000 내지 100,000 g/㏖ 범위, 예를 들어, 약 96,000 g/㏖의 중량 평균 분자량을 갖는 제2 결합제를 포함한다. 혼합물에서 제1 결합제 대 제2 결합제의 비율은 바람직하게는 약 10:1 내지 1:10, 또는 10:1 내지 1:1, 또는 약 7:1 내지 5:3이다. 결합제의 분자량 분포는 단일 모드 또는 다중 모드, 예를 들어, 이중 모드일 수 있다. 일부 실시형태에서, 결합제는 상이한 유형의 중합체의 혼합물을 포함할 수 있다.
분자 잉크의 조성물은 또한 용매를 포함한다. 용매는 일반적으로 조성물의 나머지 부분을 구성한다. 나머지 부분은 일부 경우에 약 15 내지 94.75 중량%일 수 있다. 은 잉크의 경우, 나머지 부분은 바람직하게는 40 내지 52.5 중량%, 예를 들어, 약 45 중량%의 용매이다. 구리 잉크의 경우, 나머지 부분은 바람직하게는 25 내지 30 중량%, 예를 들어, 약 27 중량%의 용매이다.
용매는 적어도 하나의 방향족 유기 용매, 적어도 하나의 비 방향족 유기 용매 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 용매는 바람직하게는 적어도 하나의 방향족 유기 용매를 포함한다. 적어도 하나의 방향족 유기 용매는 바람직하게는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 클로로벤젠, 벤질 에터, 아니솔, 벤조나이트릴, 피리딘, 다이에틸벤젠, 프로필벤젠, 쿠멘, 아이소부틸벤젠, p-사이멘, 테트랄린, 트라이메틸벤젠(예를 들어, 메시틸렌), 듀렌, p-쿠멘 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 적어도 하나의 방향족 유기 용매는 보다 바람직하게는 톨루엔, 자일렌, 아니솔, 다이에틸벤젠 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 은 기반 잉크의 경우, 용매는 더 바람직하게는 자일렌, 다이에틸벤젠, 톨루엔 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 구리 기반 잉크의 경우, 용매는 바람직하게는 아니솔을 포함한다.
일부 실시형태에서, 용매는 바람직하게는 적어도 하나의 비 방향족 유기 용매를 포함한다. 적어도 하나의 비 방향족 유기 용매는 바람직하게는 테르펜 기반 용매, 알코올 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 비 방향족 유기 용매의 일부 예는 테르피네올, 알파-테르피넨, 감마-테르피넨, 테르피놀렌, 리모넨, 피넨, 카렌, 메틸사이클로헥산올, 옥탄올, 헵탄올 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 특히 주목할 것은 테르피네올, α-테르피넨, 2-메틸사이클로헥산올, 1-옥탄올 및 이들의 혼합물, 특히 2-메틸사이클로헥산올이다. 일부 실시형태에서, 용매는 바람직하게는 적어도 하나의 방향족 유기 용매와 적어도 하나의 비 방향족 유기 용매의 혼합물을 포함한다. 비 방향족 유기 용매는 바람직하게는 용매의 중량을 기준으로 약 75 중량% 이하의 양, 예를 들어, 약 50 중량% 이하의 양으로 용매 혼합물에 존재한다. 은 기반 잉크에 대한 일 실시형태에서, 용매는 자일렌과 테르피네올 또는 다이에틸벤젠과 1-옥탄올의 혼합물을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이고, 경화는 소결을 포함한다. 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)를 소결하기 위한 조건은 임의의 적합한 조건이고, 알려진 방법으로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)는 가열을 포함하는 방법에 의해 소결된다. 중합체 및 용매와 같은 나노 입자 잉크 제형에 포함될 수 있는 다른 비-전도성 재료의 관점에서 전도율을 최적화하는 데 소결이 필요하다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후 그리고 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 것은 임의의 적합한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판은 열 성형, 냉간 성형, 압출 또는 취입 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 다른 실시형태에서, 기판은 열 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 따라서, 일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후 그리고 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면에 하나 이상의 전자 구성 요소를 결합하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형) 한 후 그리고 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계를 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 보강층이 오버몰딩 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는 것이 유리하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사출 동안 포화되는 사전 함침된 테이프, 혼합된 직조 직물 또는 건조 직물을 통해 도입된다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 유리 섬유 보강 층과 기판 사이에 자외선 경화성 접착제를 스플래터 코팅하고, 기판 상에 유리 섬유 보강 층을 진공 백 성형하고, 접착제를 자외선으로 경화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 도입된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 방법은 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하는 동안 유리 섬유 보강 층을 정확한 위치에 유지하여 부품 내부의 움직임을 최소화할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 자외선 접착제는 고에너지 자외선 시스템을 사용하여 유리 섬유 보강 층 및 진공 백을 통해 경화된다. 임의의 적합한 접착제 및 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 퓨전 UV V 전구는 두 재료를 통해 적합한 경화를 달성하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크는 임의의 적합한 장식용 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서, 장식용 잉크는 용매를 제거하기 위해 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에 또는 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에, 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키거나 기판을 선택적으로 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 유전체 잉크는 임의의 적합한 유전체 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서 유전체 잉크는 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 방법은 전도성 트레이스의 다중 층을 얻기 위해 기판 상에 전도성 트레이스 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)한 후, 방법은 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이고, 임의의 적합한 수단을 사용하여 적용되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
열경화성 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 임의의 적합한 전구체이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 폴리우레탄 수지에 대한 전구체이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 추가 실시형태에서, 전구체는 아이소사이안산염, 폴리올 및 촉매를 포함한다.
일부 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 유리 마이크로 구체와 함께 사출된다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
일부 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 발포체를 얻기 위한 조건 하에 사출된다. 발포체를 얻기 위한 적합한 조건은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 쉽게 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 발포체를 얻기 위한 조건은 경화된 오버몰딩된 수지에서 마이크로 셀형 형태를 생성할 수 있는 열경화성 수지에 대한 전구체에 발포제를 도입하는 것을 포함한다. 발포제는 임의의 적합한 발포제이다. 일부 실시형태에서, 발포제는 아조다이카본아마이드(ADCA) 또는 중탄산나트륨이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 저온 적용을 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 항공 우주 응용 분야를 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 개시를 참조하여 단일 면 또는 양면을 갖는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 쉽게 적응시킬 수 있을 것이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
조성물을 사출하는 단계로서,
기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스 위에,
오버몰딩 수지 또는 그 전구체; 및
유리 마이크로 구체를 포함하는, 상기 조성물을 사출하는 단계; 및
오버몰딩 수지를 경화시키거나 그 전구체를 경화시켜 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스는,
전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계; 및
기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 획득된다.
전도성 트레이스 잉크는 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하기 위해 임의의 적합한 방법에 의해 기판 상에 증착된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 기판 상에 인쇄된다. 다른 실시형태에서, 인쇄는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄, 에어브러싱, 에어로졸 인쇄, 조판 또는 스탬핑을 포함한다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 스크린 인쇄에 의해 증착된다.
전도성 트레이스 잉크는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크이다. 일 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 전도성 트레이스를 형성하기 위해 기판상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시키는 조건은 전도성 트레이스 잉크의 선택에 따라 달라진다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 저온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이고, 본 명세서에 설명된 저온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 실시형태로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 저온 분자 잉크의 소결은 광 소결 또는 광대역 UV 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 고온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이며, 예를 들어, PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248에 설명된 고온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 조건으로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 고온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이고, 경화는 소결을 포함한다. 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)를 소결하기 위한 조건은 임의의 적합한 조건이고, 알려진 방법으로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)는 가열을 포함하는 방법에 의해 소결된다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후에 그리고 조성물을 사출하기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 것은 임의의 적합한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판은 열 성형, 냉간 성형, 압출 또는 취입 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 다른 실시형태에서, 기판은 열 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 따라서, 일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후에 그리고 조성물을 사출하기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면에 하나 이상의 전자 구성 요소를 결합시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형) 한 후에 그리고 조성물을 사출하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계를 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 보강층이 오버몰딩 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는 것이 유리하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 통해 도입된다. 오버몰딩 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사출 동안 포화되는 건조 직물을 통해 추가로 도입될 수 있다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 유리 섬유 보강 층과 기판 사이에 자외선 경화성 접착제를 스플래터 코팅하고, 기판 상에 유리 섬유 보강 층을 진공 백으로 형성하고, 접착제를 자외선으로 경화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 도입된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 방법은 조성물을 사출하는 동안 섬유 유리 보강 층을 정확한 위치에 유지하여 부품 내부의 움직임을 최소화할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 자외선 접착제는 고에너지 자외선 시스템을 사용하여 유리 섬유 보강 층 및 진공 백을 통해 경화된다. 임의의 적합한 접착제 및 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 퓨전 UV V 전구는 두 재료를 통해 적합한 경화를 달성하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크는 임의의 적합한 장식용 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서, 장식용 잉크는 용매를 제거하기 위해 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에 또는 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키거나 기판을 선택적으로 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 유전체 잉크는 임의의 적합한 유전체 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서 유전체 잉크는 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 방법은 전도성 트레이스의 다중 층을 얻기 위해 기판 상에 전도성 트레이스 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)한 후에, 방법은 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이고, 임의의 적합한 수단을 사용하여 적용되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지는 열가소성 수지이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열가소성 수지가 가열되면 연화되고 냉각되면 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 열가소성 수지의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열가소성 수지는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 냉각된다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 열경화성 수지에 대한 전구체의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열경화성 수지 전구체는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 경화된다. 열경화성 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 임의의 적합한 전구체이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 임의의 적합한 폴리우레탄 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 추가 실시형태에서, 전구체는 아이소사이안산염, 폴리올 및 촉매를 포함한다.
유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 저온 적용을 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 항공 우주 응용 분야를 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 개시를 참조하여 단일 면 또는 양면을 갖는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 쉽게 적응시킬 수 있을 것이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
발포된 오버몰딩 수지 또는 발포된 전구체를 얻기 위한 조건 하에서 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스 위에 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 단계; 및
발포된 오버몰딩된 수지를 경화시키거나 발포된 전구체를 경화시켜 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스는,
전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계; 및
기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 획득된다.
전도성 트레이스 잉크는 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하기 위해 임의의 적합한 방법에 의해 기판 상에 증착된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 기판 상에 인쇄된다. 다른 실시형태에서, 인쇄는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄, 에어브러싱, 에어로졸 인쇄, 조판 또는 스탬핑을 포함한다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 스크린 인쇄에 의해 증착된다.
전도성 트레이스 잉크는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크이다. 일 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 전도성 트레이스를 형성하기 위해 기판상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시키는 조건은 전도성 트레이스 잉크의 선택에 따라 달라진다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 저온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이고, 본 명세서에 설명된 저온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 실시형태로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 저온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 고온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이며, 예를 들어, PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248에 설명된 고온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 조건으로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 고온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이고, 경화는 소결을 포함한다. 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)를 소결하기 위한 조건은 임의의 적합한 조건이고, 알려진 방법으로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)는 가열을 포함하는 방법에 의해 소결된다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후에 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 것은 임의의 적합한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판은 열 성형, 냉간 성형, 압출 또는 취입 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 다른 실시형태에서, 기판은 열 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 따라서, 일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후에 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면에 하나 이상의 전자 구성 요소를 결합하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형) 한 후에 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계를 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 보강 층이 오버몰딩 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는 것이 유리하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 통해 도입된다. 오버몰딩 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사출 동안 포화되는 건조 직물을 통해 추가로 도입될 수 있다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 유리 섬유 보강 층과 기판 사이에 자외선 경화성 접착제를 스플래터 코팅하고, 기판 상에 유리 섬유 보강 층을 진공 백 성형하고, 접착제를 자외선으로 경화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 도입된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 방법은 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 동안 유리 섬유 보강 층을 정확한 위치에 유지하여 부품 내부의 움직임을 최소화할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 자외선 접착제는 고에너지 자외선 시스템을 사용하여 유리 섬유 보강 층 및 진공 백을 통해 경화된다. 임의의 적합한 접착제 및 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 퓨전 UV V 전구는 두 재료를 통해 적합한 경화를 달성하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크는 임의의 적합한 장식용 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서, 장식용 잉크는 용매를 제거하기 위해 열 성형하기 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에 또는 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키거나 기판을 선택적으로 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 유전체 잉크는 임의의 적합한 유전체 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서 유전체 잉크는 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 방법은 전도성 트레이스의 다중 층을 얻기 위해 기판 상에 전도성 트레이스 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)한 후, 방법은 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이고, 임의의 적합한 수단을 사용하여 적용되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지는 열가소성 수지이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열가소성 수지가 가열되면 연화되고 냉각되면 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 열가소성 수지 발포체의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열가소성 수지 발포체는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 냉각된다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 열경화성 수지 발포체에 대한 전구체의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열경화성 수지 전구체 발포체는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 경화된다. 열경화성 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 임의의 적합한 전구체이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 임의의 적합한 폴리우레탄 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 추가 실시형태에서, 전구체는 아이소사이안산염, 폴리올 및 촉매를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지 또는 전구체는 유리 마이크로 구체와 함께 사출된다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
발포된 오버몰딩된 수지 또는 발포된 전구체를 얻기 위한 조건은 임의의 적합한 조건이고, 이 조건은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 쉽게 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 발포체를 얻기 위한 조건은 경화 또는 경화된 오버몰딩된 수지에서 마이크로 셀형 형태를 생성할 수 있는 오버몰딩 수지 또는 전구체에 발포제를 도입하는 것을 포함한다. 발포제는 임의의 적합한 발포제이다. 일부 실시형태에서, 발포제는 아조다이카본아마이드(ADCA) 또는 중탄산나트륨이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 저온 적용을 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 항공 우주 응용 분야를 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 개시를 참조하여 단일 면 또는 양면을 갖는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 쉽게 적응시킬 수 있을 것이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계;
기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 단계;
기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계;
오버몰딩 수지 또는 전구체를 유리 섬유 보강 층 위에 사출하는 단계; 및
오버몰딩 수지를 경화시키거나 전구체를 경화시켜 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 더 포함한다.
전도성 트레이스 잉크는 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하기 위해 임의의 적합한 방법에 의해 기판 상에 증착된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 기판 상에 인쇄된다. 다른 실시형태에서, 인쇄는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄, 에어브러싱, 에어로졸 인쇄, 조판 또는 스탬핑을 포함한다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 스크린 인쇄에 의해 증착된다.
전도성 트레이스 잉크는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크이다. 일 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 전도성 트레이스를 형성하기 위해 기판상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시키는 조건은 전도성 트레이스 잉크의 선택에 따라 달라진다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 저온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이고, 본 명세서에 설명된 저온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 실시형태로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 저온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 고온 분자 잉크이고, 경화는 소결을 포함한다. 소결 조건은 임의의 적합한 조건이고, 예를 들어, PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248에 설명된 고온 분자 잉크를 소결하기 위한 임의의 적합한 조건으로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 고온 분자 잉크의 소결은 광 소결을 포함한다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)이고, 경화는 소결을 포함한다. 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)를 소결하기 위한 조건은 임의의 적합한 조건이고, 알려진 방법으로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)는 가열을 포함하는 방법에 의해 소결된다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층을 도입하기 전에, 방법은 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 기판을 성형하여 성형된 기판을 얻는 것은 임의의 적합한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판은 열 성형, 냉간 성형, 압출 또는 취입 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 다른 실시형태에서, 기판은 열 성형을 포함하는 방법에 의해 성형된 기판으로 형성된다. 따라서, 일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층을 도입한 후 그리고 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 방법은 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면에 하나 이상의 전자 구성 요소를 결합하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 보강층이 오버몰딩 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는 것이 유리하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 통해 도입된다. 오버몰딩 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사출 동안 포화되는 건조 직물을 통해 추가로 도입될 수 있다. 일 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 유리 섬유 보강 층과 기판 사이에 자외선 경화성 접착제를 스플래터 코팅하고, 기판 상에 유리 섬유 보강 층을 진공 백 성형하고, 접착제를 자외선으로 경화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 도입된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 방법은 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 동안 유리 섬유 보강 층을 정확한 위치에 유지하여 부품 내부의 움직임을 최소화할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 자외선 접착제는 고에너지 자외선 시스템을 사용하여 유리 섬유 보강 층 및 진공 백을 통해 경화된다. 임의의 적합한 접착제 및 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 퓨전 UV V 전구는 두 재료를 통해 적합한 경화를 달성하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크는 임의의 적합한 장식용 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서, 장식용 잉크는 용매를 제거하기 위해 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시형태에서, 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에 또는 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 비-전도성 트레이스를 경화시키거나 기판을 선택적으로 성형(예를 들어, 열 성형)하기 전에, 방법은 기판의 제1 표면 위에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함한다. 유전체 잉크는 임의의 적합한 유전체 잉크이고, 임의의 적합한 수단에 의해 기판 상에 증착되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열 성형을 포함하는 본 출원의 방법의 실시형태에서 유전체 잉크는 열 성형 전에 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 방법은 전도성 트레이스의 다중 층을 얻기 위해 기판 상에 전도성 트레이스 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 기판을 성형(예를 들어, 열 성형)한 후, 방법은 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이고, 임의의 적합한 수단을 사용하여 적용되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지는 열가소성 수지이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 열가소성 수지가 가열되면 연화되고 냉각되면 경화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 열가소성 수지의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열가소성 수지는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 냉각된다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 열경화성 수지에 대한 전구체의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법의 실시형태에서, 사출 후에 열경화성 수지 전구체는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻기에 적합한 조건 하에서 경화된다. 열경화성 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 임의의 적합한 전구체이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 임의의 적합한 폴리우레탄 열경화성 수지에 대한 전구체이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 추가 실시형태에서, 전구체는 아이소사이안산염, 폴리올 및 촉매를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩 수지 또는 전구체는 유리 마이크로 구체와 함께 사출된다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
일부 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 발포체를 얻기 위한 조건 하에 사출된다. 발포체를 얻기 위한 적합한 조건은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 쉽게 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 발포체를 얻기 위한 조건은 경화 또는 경화된 오버몰딩된 수지에서 마이크로 셀형 형태를 생성할 수 있는 오버몰딩 수지 또는 전구체에 발포제를 도입하는 것을 포함한다. 발포제는 임의의 적합한 발포제이다. 일부 실시형태에서, 발포제는 아조다이카본아마이드(ADCA) 또는 중탄산나트륨이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 저온 적용을 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 항공 우주 응용 분야를 위한 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하기 위한 것이며, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트를 포함한다.
일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 일부 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 개시를 참조하여 단일 면 또는 양면을 갖는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법을 쉽게 적응시킬 수 있을 것이다.
본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에서, 사출은 임의의 적합한 수단에 의해 수행되며, 이 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 오버몰딩될 물체를 적합한 금형에 배치된 다음, 경우에 따라 오버몰딩 수지 또는 전구체를 오버몰딩될 물체의 표면 위에 사출한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 오버몰딩된 수지가 열경화성 수지인 일부 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체는 반응 사출 성형(reaction injection moulding: RIM)을 포함하는 방법에 의해 사출된다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지에 대한 전구체가 원하는 표면 위에 사출된 다음, 금형을 이격시킨 후 표면을 플러딩(flooding)하거나 금형의 중심에 위치된 전자 부품을 플러딩한다. 본 출원의 일부 실시형태에서, 사출은 투샷(two shot) 접근 방식을 포함한다. 일부 실시형태에서, 사출은 원샷 접근 방식을 포함한다. 표준 열가소성 수지에 비해 폴리우레탄 수지와 같은 열경화성 수지의 사출 시 일반적인 사출 온도는 상당히 낮고(예를 들어, 약 250℃ 이상에 비해 약 60℃) 사출 압력이 상당히 낮다(예를 들어, 약 1500psi 이상에 비해 약 150psi).
오버몰딩된 수지를 냉각하기 위한 조건은, 예를 들어, 수지가 발포되었는지 또는 그 안에 매립된 유리 마이크로 구체를 포함하는지에 따라 달라질 수 있다. 이러한 실시형태에서, 열 질량의 감소는, 발포되지 않고 내부에 매립된 유리 마이크로 구체를 포함하지 않는 유사한 수지에 비해 열가소성 및 열경화성 수지 모두에서 냉각 시간을 감소시킬 수 있다. 냉각 시간은 수지의 유형에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들어, 지방족 폴리우레탄 수지와 같은 열경화성 수지를 사용하여 만들어진 부품은 열가소성 수지를 사용하여 만들어진 부품보다 더 빠르게 실온으로 냉각되지만 중합 (경화) 시간은 더 느려질 수 있다.
분자 잉크의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에서 분자 잉크는 임의의 적합한 분자 잉크이다.
저온 분자 잉크의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에서, 저온 분자 잉크는 임의의 적합한 저온 분자 잉크이다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 구리 양이온을 포함한다. 예를 들어, 구리 기반 저온 분자 잉크는 PCT 출원 번호 WO 2016/197234 및 WO 2018/018136에 설명되어 있다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 WO 2018/146616에 개시된 바와 같은 은 양이온을 포함한다. 예를 들어, 기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 소결하여 기판의 제1 표면 상에 전도성 은 트레이스를 형성하는 것을 포함하는 본 출원의 방법에 적합한 저온 분자 잉크는 은 양이온을 포함한다.
본 출원의 일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 은 카복실산염; 유기 아민 화합물; 유기 중합체 결합제; 표면 장력 조절제; 및 용매를 포함한다.
은 카복실산염은 임의의 적합한 은 카복실산염이다. 본 명세서에 사용된 "은 카복실산염"이라는 용어는 은 이온 및 카복실산염 잔기를 함유하는 유기기(organic group)를 포함하는 유기 은염을 의미한다. 일 실시형태에서, 카복실산염을 함유하는 유기기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 포함한다. 다른 실시형태에서, 카복실산염은 C1-20 알칸산염이고; 즉, 은 카복실산염은 C1-20 알칸산의 은염이다. 일 실시형태에서, 은 카복실산염은 은 포름산염, 은 아세트산염, 은 옥살산염, 은 프로피온산염, 은 부탄산염, 은 에틸헥사논염, 은 네오데칸산염, 은 펜타플루오로프로피온산염, 은 시트르산염, 은 글리콜산염, 은 젖산염, 은 벤조산염 또는 이들의 유도체, 은 트라이플루오로아세트산염, 은 페닐아세트산염 또는 이의 유도체, 은 헥사플루오로아세틸-아세톤산염, 은 아이소부티릴아세트산염, 은 벤조일아세트산염, 은 프로피오닐아세트산염, 은 아세토아세트산염, 은 알파-메틸아세토아세트산염, 은 알파-에틸아세토아세트산염 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일 실시형태에서, 은 카복실산염은 은 옥살산염이다. 하나의 또는 하나를 초과하는 은 카복실산염이 잉크에 있을 수 있다. 은 카복실산염은 바람직하게 잉크에 분산된다. 일 실시형태에서, 잉크는 은 함유 재료의 플레이크를 포함하지 않는다.
은 카복실산염은 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 은 카복실산염은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 75 중량%의 범위로 존재한다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 50 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 약 75 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 약 60 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 45 중량%, 또는 약 25 중량% 내지 약 40 중량% 범위이다. 또 다른 실시형태에서, 은 카복실산염은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 존재한다. 추가 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 30 중량% 내지 약 35 중량% 범위이다. 은 함량과 관련하여, 일 실시형태에서, 은 자체는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 3 중량% 내지 약 30 중량% 범위로 존재한다. 또 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 6 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위이다. 본 출원의 또 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 18 중량% 내지 약 24 중량% 범위이다.
유기 아민 화합물은 임의의 적합한 유기 아민 화합물이다. 유기 아민 화합물은 지방족 및/또는 방향족 아민, 예를 들어, C1-20 알킬 아민 및/또는 C6-20 아릴 아민일 수 있다. 일부 실시형태에서, 유기 아민 화합물은 하나 이상의 다른 작용기로 치환된다. 일 실시형태에서, 다른 작용기는 극성 작용기이다. 다른 실시형태에서, 다른 작용기는 -OH, -SH, =O, -CHO, -COOH 및 할로겐(예를 들어, F, Cl, 또는 Br)으로부터 선택된다. 일 실시형태에서, 다른 작용기는 -OH이다. 일 실시형태에서, 유기 아민 화합물은 아미노 알코올이다. 또 다른 실시형태에서, 아미노 알코올은 하이드록시알킬아민이다. 추가 실시형태에서, 하이드록시알킬아민은 2 내지 8개의 탄소 원자를 포함한다. 일 실시형태에서, 하이드록시알킬아민은 1,2-에탄올아민, 아미노-2-프로판올, 1,3-프로판올아민, 1,4-부탄올아민, 2-(부틸아미노)에탄올, 2-아미노-1-부탄올 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일 실시형태에서, 유기 아민은 아미노-2-프로판올이다. 하나의 또는 하나를 초과하는 유기 아민 화합물이 저온 분자 잉크에 존재할 수 있다. 본 출원의 또 다른 실시형태에서, 유기 아민 화합물은 아미노-2-프로판올 및 2-아미노-1-부탄올의 혼합물이다.
유기 아민은 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 유기 아민은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 75 중량%의 범위로 저온 분자 잉크에 존재한다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 20 중량% 내지 약 60 중량%, 또는 약 25 중량% 내지 약 55 중량% 범위이다. 추가 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 40 중량% 내지 약 50 중량% 범위이다.
은 카복실산염 및 유기 아민 화합물은 저온 분자 잉크에서 복합체를 형성할 수 있다. 일 실시형태에서, 복합체는 1:1 내지 1:4, 예를 들어, 1:1 또는 1:2 또는 1:3 또는 1:4의 은 카복실산염 대 유기 아민 화합물의 몰 비를 포함한다. 은 카복실산염과 유기 아민의 복합체 및 이들 간의 상호 작용은 저온 분자 잉크로서 다른 성분과 함께 제형화될 수 있는 은 금속 전구체를 제공할 수 있다.
유기 중합체 결합제는 임의의 적합한 중합체이다. 일 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 열가소성 또는 탄성 중합체이다. 유기 중합체 결합제는 유리하게는 유기 아민 화합물과 상용 가능하여, 유기 중합체 결합제에서 유기 아민 화합물의 혼합물은 상당한 상 분리를 초래하지 않는다. 일 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 셀룰로스 중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리올레핀, 폴리비닐 아세탈, 폴리에스터, 폴리이미드, 폴리올, 폴리우레탄, 플루오로중합체, 플루오로엘라스토머 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물이다. 다른 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 셀룰로스 중합체이다. 추가 실시형태에서, 셀룰로스 중합체는 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 에틸 메틸 셀룰로스, 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스, 하이드록시에틸 메틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로스, 카복시메틸 셀룰로스 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 하이드록시에틸 셀룰로스이다.
유기 중합체 결합제는 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%의 범위로 저온 분자에 존재한다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 2 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 1 wt%의 범위이다. 추가 실시형태에서, 유기 중합체 결합제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재한다. 본 출원의 또 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량% 내지 약 0.95 중량% 범위이다.
표면 장력 조절제가 없으면, 저온 분자 잉크로부터 생성된 트레이스의 형상 유지는 특히 습한 환경에서 표면 장력 조절제를 갖는 유사한 잉크로부터 생성된 것보다 더 나빠서 불균일한 특징을 초래할 수 있다. 표면 장력 조절제는 잉크의 흐름 및 평활 특성을 개선하는 임의의 적합한 첨가제이다. 일 실시형태에서, 표면 장력 조절제는 계면 활성제(예를 들어, 양이온성, 비이온성 또는 음이온성 계면 활성제), 알코올(예를 들어, 프로판올), 글리콜산, 젖산 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 표면 장력 조절제는 글리콜산 또는 젖산이다. 추가 실시형태에서, 표면 장력 조절제는 젖산이다.
표면 장력 조절제는 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 표면 장력 조절제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위로 저온 분자 잉크에 존재한다. 또 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 또는 약 0.8 중량% 내지 약 3 중량% 범위이다. 다른 실시형태에서, 표면 장력 조절제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%의 양으로 존재한다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 2.7 중량% 범위이다.
용매는 임의의 적합한 수성 또는 유기 용매이다. 일 실시형태에서, 용매는 유기 용매 또는 유기 용매의 혼합물이다. 일부 실시형태에서, 용매는 하나 이상의 유기 용매와 수성 용매의 혼합물이다. 용매는 유리하게는 유기 아민 화합물 또는 유기 중합체 결합제 중 하나 또는 둘 모두와 상용 가능하다. 용매는 유리하게는 유기 아민 화합물과 유기 중합체 결합제와 모두 상용 가능하다. 일 실시형태에서, 유기 아민 화합물 및/또는 유기 중합체 결합제는 용매에 분산 가능하며, 예를 들어, 용해 가능성이다. 일 실시형태에서, 유기 용매는 방향족, 비 방향족, 또는 방향족과 비 방향족 용매의 혼합물이다. 또 다른 실시형태에서, 방향족 용매는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 클로로벤젠, 벤질 에터, 아니솔, 벤조나이트릴, 피리딘, 다이에틸벤젠, 프로필벤젠, 쿠멘, 아이소부틸벤젠, p-사이멘, 테트랄린, 트라이메틸벤젠(예를 들어, 메시틸렌), 듀렌, p-쿠멘 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 또 다른 실시형태에서, 비 방향족 용매는 테르펜, 글리콜 에터(예를 들어, 다이프로필렌 글리콜 메틸 에터, 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 부틸카르비톨, 트라이에틸렌글리콜 및 이의 유도체), 알코올(예를 들어, 메틸사이클로헥산올, 옥탄올, 헵탄올, 아이소프로판올) 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 본 출원의 또 다른 실시형태에서, 용매는 프로필렌 글리콜 메틸 에터이다.
용매는 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 용매는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 범위로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 용매는 저온 분자 잉크의 나머지 부분의 중량을 제공하기 위한 양으로 존재한다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 2 wt% 내지 약 35 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 25 wt% 범위이다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 20 중량% 범위이다.
일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 소포제를 더 포함한다. 소포제는 임의의 적합한 소포제이다. 일 실시형태에서, 소포제는 플루오로실리콘, 미네랄 오일, 식물성 오일, 폴리실록산, 에스터 왁스, 지방 알코올, 글리세롤, 스테아르산염, 실리콘, 폴리프로필렌 기판 폴리에터 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 또 다른 실시형태에서, 소포제는 글리세롤 및 폴리프로필렌 기반 폴리에터로부터 선택된다. 추가 실시형태에서, 소포제는 글리세롤이다. 소포제가 없는 경우 일부 인쇄된 트레이스는 인쇄 후 기포를 유지하는 경향이 있어 균일하지 않은 트레이스가 발생할 수 있다.
소포제는 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 일 실시형태에서, 소포제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.0001 중량% 내지 약 1 중량%의 범위로 저온 분자 잉크에 존재한다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.001 wt% 내지 약 0.1 wt%, 또는 약 0.002 wt% 내지 약 0.05 wt% 범위이다. 추가 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.005 중량% 내지 약 0.01 중량% 범위이다. 대안적인 실시형태에서, 소포제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 8 중량%의 양으로 존재한다.
일부 실시형태에서, 저온 분자 잉크는 요변성 조절제를 더 포함한다. 요변성 조절제는 임의의 적합한 요변성 조절 첨가제이다. 일 실시형태에서, 요변성 조절제는 폴리하이드록시카복실산 아마이드, 폴리우레탄, 아크릴 중합체, 라텍스, 폴리비닐알코올, 스타이렌/부타다이엔, 점토, 점토 유도체, 술폰산염, 구아, 잔탄, 셀룰로스, 로커스트 검, 아카시아 검, 당류, 당류 유도체, 카세인, 콜라겐, 개질 피마자유, 유기 실리콘 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 다른 실시형태에서, 요변성 조절제는 폴리하이드록시카복실산 아마이드이다.
요변성 조절제는 임의의 적합한 양으로 저온 분자 잉크에 존재한다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 요변성 조절제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량%의 범위로 저온 분자 잉크에 존재한다. 다른 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.8 중량% 범위이다. 추가 실시형태에서, 이 양은 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.2 중량% 내지 약 0.5 중량% 범위이다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 요변성 조절제는 저온 분자 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 존재한다.
잉크의 다양한 성분의 상대적인 양 및/또는 특정 조성물은 잉크의 성능을 최적화하는 데 유용한 역할을 할 수 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에 설명된 성분의 양 및 조성물을 변경함으로써 잉크로부터 형성된 전도성 트레이스의 높은 전도율을 유지하면서 고온에 덜 강건한 기판을 수용하도록 잉크의 소결 온도를 조정할 수 있다.
고온 분자 잉크의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에서, 고온 분자 잉크는 임의의 적합한 고온 분자 잉크이다. 일 실시형태에서, 고온 분자 잉크는 PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248의 임의의 적합한 고온 분자 잉크이다.
나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)의 사용을 포함하는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에서, 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)는 임의의 적합한 나노 입자 잉크(예를 들어, 임의의 적합한 은 플레이크 잉크)이다. 인쇄 전자 부품용 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)는 시판되고 있으며, 본 출원의 방법에 적합한 나노 입자 잉크(예를 들어, 적합한 은 플레이크 잉크)는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
III. 오버몰딩된 인쇄 전자 부품 및 이의 사용
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 은 트레이스로서, 본 출원의 실시형태에서 한정된 저온 분자 잉크로 제조된 전도성 은 트레이스; 및
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 은 트레이스 위에 오버몰딩된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 기판은 3차원 형상으로 성형(예를 들어, 열 성형)되었다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면에 결합된 하나 이상의 전자 구성 요소를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 일 실시형태에서, 보강 층은 오버몰딩된 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는다. 다른 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 포함한다. 오버몰딩된 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사출 동안 포화되는 건조 직물을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크 층을 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크 층은 임의의 적합한 장식용 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크 층을 더 포함한다. 유전체 잉크 층은 임의의 적합한 유전체 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제2 표면 상에 자외선 경화성 하드 코팅을 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이며, 이는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 열가소성 수지이다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 열경화성 수지이다. 열경화성 수지는 임의의 적합한 열경화성 수지이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지는 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 오버몰딩된 수지에 매립된 복수의 유리 마이크로 구체를 더 포함한다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 발포체 형태이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 저온 적용을 위한 것이고, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 항공 우주 응용을 위한 것이고, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 본 출원의 대안적인 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 열경화성 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
전도성 트레이스는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크로 제조된다. 다른 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 추가 실시형태에서, 전도성 트레이스는 본 출원의 방법과 관련하여 본 명세서의 실시형태에 설명된 저온 분자 잉크로부터 제조된 전도성 은 트레이스이다.
일 실시형태에서, 기판은 3차원 형상으로 성형(예를 들어, 열 성형)되었다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면에 결합된 하나 이상의 전자 구성 요소를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 일 실시형태에서, 보강 층은 열경화성 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는다. 다른 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프, 혼합된 직조 직물 또는 건조 직물을 포함한다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크 층을 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크 층은 임의의 적합한 장식용 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크 층을 더 포함한다. 유전체 잉크 층은 임의의 적합한 유전체 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제2 표면 상에 자외선 경화성 하드 코팅을 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이며, 이는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
열경화성 수지는 임의의 적합한 열경화성 수지이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지는 폴리우레탄 수지이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 열경화성 수지에 매립된 복수의 유리 마이크로 구체를 더 포함한다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
일 실시형태에서, 열경화성 수지는 발포체 형태이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 저온 적용을 위한 것이고, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 항공 우주 응용을 위한 것이고, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 본 출원의 대안적인 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 복수의 유리 마이크로 구체가 매립된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
전도성 트레이스는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크로 제조된다. 다른 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 추가 실시형태에서, 전도성 트레이스는 본 출원의 방법과 관련하여 본 명세서의 실시형태에 설명된 저온 분자 잉크로부터 제조된 전도성 은 트레이스이다.
일 실시형태에서, 기판은 3차원 형상으로 성형(예를 들어, 열 성형)되었다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면에 결합된 하나 이상의 전자 구성 요소를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 일 실시형태에서, 보강 층은 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는다. 다른 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 포함한다. 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 건조 직물을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크 층을 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크 층은 임의의 적합한 장식용 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크 층을 더 포함한다. 유전체 잉크 층은 임의의 적합한 유전체 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제2 표면 상에 자외선 경화성 하드 코팅을 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이며, 이는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 열가소성 수지이다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 열경화성 수지이다. 열경화성 수지는 임의의 적합한 열경화성 수지이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지는 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다.
유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 저온 적용을 위한 것이고, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 항공 우주 응용을 위한 것이고, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 본 출원의 대안적인 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 발포된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
전도성 트레이스는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크로 제조된다. 다른 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 추가 실시형태에서, 전도성 트레이스는 본 출원의 방법과 관련하여 본 명세서의 실시형태에 설명된 저온 분자 잉크로부터 제조된 전도성 은 트레이스이다.
일 실시형태에서, 기판은 3차원 형상으로 성형(예를 들어, 열 성형)되었다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면에 결합된 하나 이상의 전자 구성 요소를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 더 포함한다. 유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 일 실시형태에서, 보강 층은 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는다. 다른 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 포함한다. 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 건조 직물을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크 층을 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크 층은 임의의 적합한 장식용 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크 층을 더 포함한다. 유전체 잉크 층은 임의의 적합한 유전체 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제2 표면 상에 자외선 경화성 하드 코팅을 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이며, 이는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 발포된 수지는 발포된 열가소성 수지이다. 발포된 열가소성 수지는 임의의 적합한 발포된 열가소성 수지이다.
일 실시형태에서, 발포된 수지는 발포된 열경화성 수지이다. 다른 실시형태에서, 발포된 열경화성 수지는 발포된 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 추가 실시형태에서, 발포된 폴리우레탄 수지는 발포된 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 저온 적용을 위한 것이고, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 항공 우주 응용을 위한 것이고, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 본 출원의 대안적인 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다.
본 출원은 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스;
기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스 위의 유리 섬유 보강 층; 및
유리 섬유 보강 층 위에 오버몰딩된 수지를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 더 포함한다.
전도성 트레이스는 경화 시 기판의 제1 표면 상에 전도성 트레이스를 형성하는 임의의 적합한 잉크로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크(예를 들어, 은 플레이크 잉크)로 제조된다. 일 실시형태에서, 전도성 트레이스는 분자 잉크로 제조된다. 다른 실시형태에서, 분자 잉크는 저온 분자 잉크 또는 고온 분자 잉크이다. 추가 실시형태에서, 전도성 트레이스는 본 출원의 방법과 관련하여 본 명세서의 실시형태에 설명된 저온 분자 잉크로부터 제조된 전도성 은 트레이스이다.
일 실시형태에서, 기판은 3차원 형상으로 성형(예를 들어, 열 성형)되었다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면에 결합된 하나 이상의 전자 구성 요소를 더 포함한다. 하나 이상의 전자 구성 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 전도성 접착제에 의해 기판의 제1 표면에 결합된다. 임의의 적합한 전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 이 접착제는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터로 및 초음파 센서로부터 선택된다.
유리 섬유 보강 층은 임의의 적합한 유리 섬유 보강 층이다. 일 실시형태에서, 보강 층은 오버몰딩된 수지와 거의 동일한 반사 지수를 갖는다. 다른 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 사전 함침된 테이프 또는 혼합된 직조 직물을 포함한다. 오버몰딩된 수지가 열경화성 수지인 실시형태에서, 유리 섬유 보강 층은 건조 직물을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크 층을 더 포함한다. 하나 이상의 장식용 잉크 층은 임의의 적합한 장식용 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크 층을 더 포함한다. 유전체 잉크 층은 임의의 적합한 유전체 잉크로 제조되며, 이 잉크는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 기판의 제2 표면 상에 자외선 경화성 하드 코팅을 더 포함한다. 자외선 경화성 하드 코팅은 임의의 적합한 자외선 경화성 하드 코팅이며, 이는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 열가소성 수지이다. 열가소성 수지는 임의의 적합한 열가소성 수지이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 열경화성 수지이다. 열경화성 수지는 임의의 적합한 열경화성 수지이다. 일 실시형태에서, 열경화성 수지는 폴리우레탄 열경화성 수지이다. 다른 실시형태에서, 폴리우레탄 수지는 투명한 지방족 폴리우레탄 열경화성 수지이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 오버몰딩된 수지에 매립된 복수의 유리 마이크로 구체를 더 포함한다. 유리 마이크로 구체는 임의의 적합한 유리 마이크로 구체이다. 일 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 소다 석회 붕규산염 유리를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 다른 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 18 미크론의 평균 직경을 갖는다. 본 출원의 추가 실시형태에서, 유리 마이크로 구체는 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 수지는 발포체 형태이다.
기판은 인쇄 가능한 표면을 갖는 임의의 적합한 기판이다. 일 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(예를 들어, MelinexTM), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리올레핀(예를 들어, 실리카 충전 폴리올레핀(TeslinTM)), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드(예를 들어, KaptonTM), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 아크릴로나이트릴/부타다이엔/스타이렌, 폴리스타이렌 또는 실리콘 막을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 저온 적용을 위한 것이고, 기판은 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 또는 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 항공 우주 응용을 위한 것이고, 기판은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함한다. 추가 실시형태에서, 기판은 폴리카보네이트이다.
일 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면이다. 본 출원의 대안적인 실시형태에서, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면이다.
일부 실시형태에서, 본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법에 따라 제조된다.
본 출원의 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 예를 들어, 지상 운송 응용 및/또는 항공 우주 산업에서 (내부 및 외부 구성 요소에 모두) 사용될 수 있다. 예를 들어, 의료 분야와 가전 제품 분야에서도 사용이 가능하다.
이하의 비-제한적인 실시예는 본 출원을 예시한다:
실시예
실시형태 1: 저온 분자 잉크 제형
저온에서 처리될 수 있는 분자 잉크는 표 1 내지 표 6에 나타낸 조성에 따라 제형화되었다. 유리하고 보다 신뢰성 있는 인쇄성(즉, 탈습성 및 라인 균일성 개선)으로 저온에서 처리될 수 있는 분자 잉크는 표 7에 나타낸 조성에 따라 제형화되었다.
잉크는 바람직하게는 제형 직후에 사용되지만, 상당한 분해 없이 약 -4℃ 내지 약 4℃ 범위의 온도에서 더 오랜 기간 동안 보관될 수 있다. 또한, 잉크는 스크린으로부터 회수되어 위에서 언급한 온도 범위에 보관된 경우 추가 인쇄를 위해 재사용될 수 있다.
실시형태 2: 저온 잉크를 스크린 인쇄하여 100㎛ 미만의 트레이스의 생성
MelinexTM ST505 시트 상에 잉크 NRC-848A3a를 스크린(스테인리스강, 메쉬 수/인치 = 400; 에멀젼 두께 = 22.5 ㎛) 인쇄하고 75℃에서 6분 동안 그리고 120℃에서 20분 동안 열 처리하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 상에 라인 폭이 약 42 ㎛이고 라인 간격이 약 38 ㎛이고, 도 2에 도시된 바와 같이, 라인 폭이 약 85 ㎛이고 라인 간격이 약 60 ㎛인 일련의 4개의 병렬 전도성 은 트레이스를 생성하였다. 라인 폭과 라인 간격(L/S)으로 정의된 피치는 각각 42/38 및 85/65 ㎛로 측정되었다. 트레이스의 3D 프로파일 측정기 이미지와 광학 프로파일 측정기로 측정한 대응하는 단면은 도 1과 도 2에 제공된다.
실시형태 3: 낮은 유리 전이 온도 기판과 상용 가능한 온도에서 처리된 저온 잉크의 전기적 특성
2개의 잉크(NRC-849A1 및 NRC-850A)를 실시예 2에 설명된 방식으로 Melinex
Figure pct00001
ST505 기판의 5개의 개별 샘플 상에 스크린 인쇄하였다. 각 기판 상의 트레이스를 5가지 다른 온도(91℃, 102℃, 111℃, 121℃ 및 131℃)에서 20분 동안 열 처리하여 각 기판 상에 전도성 은 트레이스를 형성하였다. NRC-849A1 및 NRC-850A로부터 생성된 전도성 은 트레이스의 시트 저항률 값을 계산하고 그 결과를 각각 도 3의 상부 및 하부 그래프에 제시하였다. 결과는 약 40mΩ/□/mil 미만의 시트 저항률 값이 약 90℃의 낮은 열처리 온도에서 얻을 수 있음을 나타낸다. 양호한 내지 우수한 전기적 특성을 유지하면서 약 90℃의 낮은 온도에서 이 잉크를 열 처리할 수 있다는 것은 잉크를 사용하여 열 성형 기판 상에 전도성 은 트레이스를 생성하는 데 도움이 된다. 전도성 트레이스는 81℃의 낮은 온도에서도 생성될 수 있지만 시트 저항률 값은 상당히 높다(약 650mΩ/□/mil).
표 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 잉크(NRC-850A)를 스크린 인쇄하고 120℃에서 열 처리하여, 약 20mΩ/□/mil 미만의 시트 저항률을 유지하면서, 측정된 라인 폭이 2.8mil(71 ㎛)로 낮고 라인 두께가 약 0.9 ㎛ 이하인 전도성 은 트레이스를 생성할 수 있다. 특히 측정된 5.5 mil(141 ㎛) 내지 18.9 mil(408 ㎛) 트레이스는 약 10mΩ/□/mil의 시트 저항률 값을 갖는다.
실시형태 4: 습도가 높은 환경에서 잉크의 인쇄성
잉크 NRC-849A1 및 NRC-850A1을 높은 습도 환경(습도 > 50%)에서 실시예 2에 설명된 방식으로 MelinexTM ST505 기판 상에 스크린 인쇄하였다. 각 기판 상의 트레이스를 121℃에서 20분 동안 열처리하여 전도성 은 트레이스를 형성하였다(각각 도 4의 왼쪽 및 오른쪽 이미지). 요변성제가 없는 경우(NRC-849A1, 도 4의 왼쪽 이미지) 잉크는 표면으로부터 상당히 탈수되어 불균일하고 깨진 트레이스가 생긴다. 이와 달리, 요변성제가 추가된 경우(NRC-850A1, 도 4의 오른쪽 이미지) 트레이스가 기판 표면으로부터 탈수되지 않고 균일하게 유지된다.
실시형태 5: 잉크 응고 없이 냉장 보관
아미노-2-프로판올 및 2-아미노-1-부탄올을 모두 포함하는 제형(NRC-850A4)은 아미노-2-프로판올만을 포함하는, NRC-850A2 및 NRC-850A3의 것과 유사한 전기적 특성을 유지하면서 잉크 응고 없이 -10℃ 내지 -4℃에서 보관할 수 있다. NRC-850A2 및 NRC-850A3은 냉장 보관 동안 응고되지만 실온으로 데우면 시간이 지남에 따라 잉크의 액체 상태가 재생된다.
실시형태 6: PET-G 기판 상의 열 성형 - 성형 후 소결
잉크 NRC-850A2를 스크린 인쇄를 통해 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 개질(PET-G) 시트 상에 스크린 인쇄하여(508 ㎛, 20 mil 두께) 약 100 ㎛ 내지 약 590 ㎛ 범위의 라인 폭을 갖는 다양한 약 10㎝ 길이의 트레이스를 생성하였다. 인쇄 후, 비-전도성 트레이스를 건조시켜 사다리꼴, 반 원통형 및 반구형 형상을 포함한 다양한 형상으로 열 성형하였다. 열 성형된 트레이스를 이후 광 소결하여(Xenon Sinteron 2000 시스템) 전도성 트레이스를 생성할 수 있다. 열 성형된 트레이스의 대표적인 사진이 도 5에 제공되고, 전도성 특징부를 위한 트레이스의 양단에서 측정된 대응하는 저항이 표 9에 제공되고, 열 성형 동안 그러나 소결 전에 비-전도성 잉크가 변형된 곳에 균열이 발생함이 없이 연속적인 은 금속 트레이스가 형성된 것을 보여준다. 표 9는 대조용 트레이스(즉, 열 성형되지 않은 트레이스)의 양단에서 측정된 저항이 열 성형된 것과 거의 동일하다는 점을 강조하며, 이는 이론으로 제한되는 것을 원함이 없이 트레이스의 전기적 특성이 열 성형 공정에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 시사한다. 일부 경우에는 열 성형된 트레이스의 양단에서 측정된 저항이 실제로 대조용 트레이스의 것보다 더 낮다. 이론으로 제한되는 것을 원함이 없이, 이는 예를 들어, 열 성형된 트레이스의 일부가 대조용 샘플보다 높아서, 이로 인해 이 부분이 램프에 더 가까워서 더 강한 펄스 광에 노출되기 때문일 수 있다.
실시형태 7: PET-G 기판의 열 성형 - 소결 후 성형
잉크 NRC-850A3을 PET-G 시트 상에 스크린 인쇄하여 약 100 ㎛ 내지 약 550 ㎛ 범위의 측정된 라인 폭을 갖는 다양한 10㎝ 길이의 트레이스를 생성하였다. 인쇄 후, 트레이스를 75℃에서 6분 동안 그리고 125℃에서 15분 동안 열 소결하여 일련의 전도성 트레이스를 생성하였다. 트레이스를 이후 반 원통형 및 돔형을 포함하는 다양한 형상으로 열 성형하였다. 대표적인 열 성형된 트레이스는 도 6에 제공되고, 대조용 트레이스에 비해 열 성형된 트레이스의 대응하는 저항은 표 10에 제공된다. 트레이스의 저항은 열 성형 후 (연신량에 따라 1.6배 내지 4.5배) 증가하지만, 분자 잉크로부터 생성된 열 성형된 트레이스는 전도성을 유지하였다.
실시형태 8: 저온 분자 잉크로부터 유도된 선형 전도성 트레이스의 신장
잉크 NRC-850A 및 시판되는 잉크 Dupont PE873(신장 가능한 전자 제품용으로 제형화됨)을 두 개의 열가소성 폴리우레탄 기판(Bemis 연질 솔기 테이프 ST604 및 American Polyfilm VLM-4001) 상에 스크린 인쇄하였다. VLM-4001 폴리우레탄 기판을 인쇄 전에 반응성 오존으로 처리하였다. 인쇄된 트레이스는 선형이었고 150℃에서 15분 동안 열 소결하여 폭 20mil, 길이 4㎝이었다. 샘플에 변형을 가하고 변형된 상태에서 저항의 변화를 측정하였다. 도 7은 American Polyfilm VLM-4001 상의 두 잉크에 적용된 변형의 함수로서 정규화된 저항(R/R0, 여기서 R0은 제로 변형에서 샘플의 저항을 나타냄)을 도시한다. 도 8은 Bemis 연질 솔기 테이프 ST604 상의 두 잉크에 적용된 변형의 함수로 정규화된 저항을 도시한다. 두 기판 상의 잉크 NRC-850A는 Dupont PE873보다 적용된 변형의 함수로 더 낮은 정규화 저항을 보여준다. 또한 NRC-850A는 Dupont PE873 잉크보다 높은 변형 하에서도 전도성을 유지한다.
실시예 9: 저온 분자 잉크로부터 유도된 사문형 전도성 트레이스의 신장
다른 예에서, 폴리우레탄 기판 American Polyfilm VLM-4001을 오존 처리하였다. 잉크 NRC-850A를 두 가지 조건 하에서 폴리우레탄 기판 상에 인쇄하였다. 하나의 경우에 기판은 변형되지 않았다. 제2 경우에, 기판은 일 방향으로 10% 사전 변형되었다(즉, 인쇄 시간 동안 기판은 10% 신장되었다). 인쇄 패턴은 전기 접촉 패드 사이에 폭 20mil 및 길이 4㎝의 선형 및 사문형 트레이스를 포함하였다. 도 9(상부)는 270°의 원의 반복 단위로 구성된 사문형 라인을 보여준다. 선형 및 사문형 트레이스의 정규화된 저항은 도 9(하부)에 도시된 바와 같이 적용된 변형의 함수로 측정되었다. 사전 변형된 폴리우레탄 상에 인쇄된 은 사문형 트레이스는 120%에 걸쳐 적용된 변형까지 전도성을 유지했으며 120% 변형에서 저항은 변형이 없는 상태의 저항보다 150배 더 컸다. 표 11은 40% 적용된 변형에서 모두 4가지 조건(사문형 트레이스, 선형 트레이스, 사전 변형 및 사전 변형 없음)에 대해 정규화된 저항을 비교한다.
실시예 1 내지 실시예 9와 관련된 표:
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실시형태 10: 분자 및 은 플레이크 잉크로 인쇄된 부품의 오버몰딩
오버몰딩된 테스트는 4"×4"×0.1" 정사각형 부품을 사용하여 수행되었다. 이 테스트에서는 3가지 잉크, 즉 1) 저온 분자 잉크(NRC-850A2), 2) 고온 분자 잉크(NRC-16), 및 3) DupontTM ME601; 동급 최고의 열 성형용 은 플레이크 잉크를 사용하였다. NRC-16은 PCT 출원 공개 번호 WO 2015/192248에 설명된 고온 분자 잉크이며, 은염(50%), 에틸 셀룰로스(4%), 다이에틸-벤젠(34.5%) 및 1-옥탄올(11.5%)을 포함한다. 0.020" 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG) 필름 위에 동일한 패턴을 인쇄한 다음 인쇄된 필름을 열 성형하고 경화시켰다. 오버몰딩을 위해 형성된 필름을 EngelTM 43T 사출 프레스 도구에 놓고, 부품을 충전하기에 충분한 PETG 수지를 사출하였다. 금형 온도는 약 100F(약 38℃)였고 PETG 수지는 최대 40bar의 압력에서 245℃에서 사출되었다. 약 22개의 부품이 성형되었다. 저항 값은 오버몰딩 전과 후에 측정되었다.
시각적으로 저온 분자 잉크가 최고의 성능을 발휘하는 것으로 보였다. 이 테스트는 중심 사출 스프루(injection sprue)로 최악의 사출 전략으로 수행되었다. 세 가지 잉크 모두에서 스프루에 근접한 트레이스에 눈에 띄는 손상이 있었다. DuPont 잉크는 트레이스의 변형과 번짐의 징후를 보였다. 고온 분자 잉크는, 이론으로 제한되는 것을 원함이 없이, PETG 필름이 낮은 Tg(70℃ 내지 80℃)이고, 테스트에 사용된 고온 고압 수지에 노출되는 것으로 인해 스프루에 근접한 곳에서 용해된 것으로 보였다. 수지가 사출되었을 때, 모든 샘플에서 연속성을 차단하여 트레이스를 손상시키는 2차 열간 성형이 트레이스의 날카로운 부품 에지에서 있었다. 이론으로 제한되는 것을 원함이 없이, 이는 사출 도구의 날카로운 반경에 비해 열 성형된 부분이 약간 덜 성형된 것으로 인한 것 때문이었다. 사출 중 트레이스의 최종 신장은 부품의 에지에서 국부적으로 연결을 끊는 것으로 여겨졌다.
이론으로 제한되는 것을 원함이 없이, 트레이스의 손상과 번짐은 사용된 PETG 기판과 관련이 있었다. 따라서 폴리카보네이트와 같은 더 높은 Tg 열가소성 필름을 사용하면 이 문제는 해결된다. 추가적으로 열가소성 수지 대신 열경화성 수지를 사용하여 오버몰딩하면 오버몰딩 공정이 상당히 낮은 압력과 온도에서 훨씬 더 적은 응력을 받아서 이 문제를 해결한다. 이것은 예를 들어, 상당히 상승된 온도에서 필름 기판에 10배 이상의 압력을 가하는 사출 성형 접근 방식에 비해 표면 표피(skin) 재료로서 더 넓은 범위의 열가소성 기판을 사용하는 문을 크게 열 수 있다. 열경화성 수지를 사용한 오버몰딩은 테이퍼진 커버 도구를 사용하여 수행할 수 있다.
실시형태 11: 지방족 폴리우레탄 수지 및 유리 마이크로 구체 테스트
투명한 지방족 폴리우레탄(Sherwin WilliamsTM Diamond-CladTM Clear Coat Urethane) 및 3MTM iM30K Glass Bubbles 마이크로 구체를 사용하여 테스트를 수행하였다. iM30K는 소다 석회 붕규산 유리로 만들어진 얇은 벽이 있는 속이 빈 구체이다. 이 구체는 평균 직경이 18 미크론, 일반적인 밀도는 0.60g/cc(최소 밀도 0.57g/cc, 최대 밀도는 0.63g/cc)이며, 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 9 미크론; 25번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 16 미크론; 75번째 백분위 수, 21 미크론; 90번째 백분위 수, 28 미크론; 95번째 백분위 수, 33 미크론을 갖는다.
부품 A(투명 - 광택 B65T105; 8 중량부), 부품 B(지방족 아이소사이안산염 경화제 B65V105; 4 중량부) 및 부품 C(촉매 B65C105; 2 중량부)를 화학양론에 맞는 양으로 유리 마이크로 구체와 혼합하고 주위 온도에서 경화시켰다. 5 중량%와 10 중량%의 유리 구체를 수지 시스템에 첨가하여 실험을 수행하였다. 유리 마이크로 구체의 존재 없이 동일한 폴리우레탄을 사용하여 대조군 실험을 수행하였다.
실험은 유리 마이크로 구체를 추가하한 폴리우레탄 수지의 반투명 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 이는 예를 들어, 유리 마이크로 구체를 포함하는 저밀도 수지를 오버몰딩된 부품 내부에 사용하는 경우 LED의 광이 영향을 받는지를 조사하는 데 유용하다.
5% 유리 마이크로 구체를 갖는 수지는 부품의 반사 지수를 약간 감소시켰다. 그러나 광은 기판을 투과하였다. 10%의 유리 마이크로 구체를 갖는 수지는 상당한 영향을 받았다. 그러나 이러한 실험은 수동 혼합을 사용하여 수행되어 추가적인 기포를 도입하고 경화 동안 기포가 부양되었다. 주조 대신에 기포와 수지 사출을 줄이는 혼합 조건을 사용하면 이 문제를 해결할 수 있고 반사 지수의 감소를 줄일 수 있다.
3M iM16과 같은 다른 유리 마이크로 구체를 사용하면 더 낮은 평균 밀도에서 추가 중량 감소를 제공할 수 있지만, 예를 들어, 단일 또는 이중 나사 열가소성 컴파운더에서 컴파운딩할 때 파손에 취약하다. iM16은 또한 소다 석회 붕규산 유리로 만들어진 얇은 벽이 있는 속이 빈 구체이다. 일반적인 밀도는 0.46g/cc(최소 밀도 0.43g/cc, 최대 밀도 0.49g/cc)이며, 다음과 같은 입자 크기와 분포, 즉 10번째 백분위 수, 12 미크론; 50번째 백분위 수, 20 미크론; 90번째 백분위 수, 30 미크론을 갖는다. 이론으로 제한되는 것을 원함이 없이, 열경화성 수지에 유리 마이크로 구체를 추가하면 덜 심각하고 구체를 더 잘 보존할 수 있다.
대체 지방족 우레탄, 즉 BJB 기업용 지방족 우레탄 WC-783 A/B를 사용하여 100부의 폴리올 대 90부의 지방족 아이소사이안산염을 사용하여 유사한 테스트를 수행하고 결과를 얻었다. 이 수지는 투명하고(따라서 광학 구성 요소가 제공되는 경우에 적합함) UV에 안정적이며, 경도가 높은 80 쇼어(Shore) D를 갖는다. BJB 수지는, 탈형하기 쉽고 또한 투명하지만, 더 뻣뻣하여, 전술한 실시예 11의 투명한 지방족 폴리우레탄보다 PC 기판과 더 잘 결합되는 더 단단한 부품을 생성하였었다.
실시예 12: 단일 면 및 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품
본 출원의 단일 면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)에 대한 예시적인 개략도가 도 10에 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 여기에 예시된 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)은 기판(12), 기판(12)의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스(14), 및 기판(12)에 결합된 전도성 트레이스(14) 위에 오버몰딩된 수지(16)를 포함한다. 오버몰딩된 전자 부품(10)은 선택적으로 장식용 잉크 층(18)(예를 들어, 1개 내지 3개의 다른 장식용 잉크가 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)에 사용될 수 있음) 및 유전체 잉크 층(20)을 더 포함하고, 이 유전체 잉크 층은 전도성 트레이스(14)를 제조하는 데 사용되는 분자 잉크로부터 장식용 잉크 층(18)을 보호하기 위해 장벽 층으로 작용할 수 있다. 예를 들어, 장식용 잉크 층(18) 위의 제2 재료의 역할 중 하나는 장벽 층을 생성하고 부품에 대한 분자 잉크의 접착성을 향상시키는 것일 수 있고; 장식용 잉크 층(18) 위의 유전체 잉크 층(20)은 또한 하드웨어의 사출 및 결합으로 인해 표면 층을 통해 미적 인쇄 문제를 방지하기 위한 보호 층으로서 작용할 수 있다. 다른 실시형태에서, 유전체 층은 전도성 트레이스(14)와 전자 부품(22) 사이에 추가되어, 전자 부품(22)이 전도성 트레이스(14)와 연결될 필요가 있는 구역을 제외하고 추가 보호를 제공할 수 있다. 더 다른 실시형태에서, 백식 장식용 잉크를 흑색(탄소) 잉크 대신 사용하는 경우, 장식용 잉크(18)와 전도성 트레이스(14) 사이에 유전체 층이 필요하지 않다.
오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)에서, 전도성 트레이스(14)를 제조하는 데 사용되는 저온 분자 잉크와 같은 선택적으로 다수의 잉크 층이 유전체 잉크 층(20)을 제조하는 데 사용되는 유전체 잉크 위에 적용될 수 있다. 대안적으로, 저온 분자 잉크와 같은 하나의 잉크 층을 사용할 수 있다. 단일 면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)에서, 잉크 층은 일반적으로 겹치며, 예를 들어, 장식용 잉크 층(18)은 조명 창을 제외하고는 기판(12)의 표면의 대부분을 덮고; 유전체 잉크 층(20)은 기판(12)의 표면을 부분적으로 덮는다. 도 10을 참조하면, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED) 및 초음파 센서를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 전기 부품(22)이 본 출원의 방법에서 열 성형 전에 전도성 접착제를 사용하여 기판(12)에 선택적으로 결합된다. 유리 섬유 보강 층(24)은 또한 선택 사항이며, 예를 들어, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)의 강성을 증가시키면서 중량을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 도 10은 또한 예를 들어, 최종 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)의 스크래치 저항성을 증가시키기 위해 적용될 수 있는 기판(12)의 제2 측에 결합된 선택적인 자외선(UV) 하드 코팅 층을 도시한다. 본 출원의 방법에서, UV 경화는 기판(12)을 열 성형한 후에 완료된다. 본 출원의 일부 실시형태에서 오버몰딩 수지(16)는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있다. 본 출원의 다른 실시형태에서, 오버몰딩 수지(16)는 열경화성 수지이다. 오버몰딩 수지(16)는 선택적으로 발포되거나 또는 유리 마이크로 구체를 포함한다. 대안적으로, 오버몰딩 수지(16)는 순수 수지이다. 일부 경우에 착색된 오버몰딩 수지(16)는, 예를 들어, 조명 특징부가 기판(12)에 직접 결합될 때 바람직하다. 대안적으로, 2개의 표피가 사용되는 경우, 투명하거나 불투명한 수지는 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)을 통해 광 투과를 허용할 수 있다.
본 출원의 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)에 대한 예시적인 개략도가 도 11에 도시되어 있다. 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)은 예를 들어, 고급 조명 효과가 부품에 필요한 경우 및/또는 인쇄 전자 회로를 위한 하나의 표면에 상당한 공간이 없는 경우에 사용될 수 있다. 도 11을 참조하면, 여기에 예시된 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)은 2개의 기판(112A, 112B), 각각의 기판(112A, 112B)의 제1 표면에 각각 결합된 2개의 전도성 트레이스(114A, 114B), 및 기판(112A, 112B)에 각각 결합된 전도성 트레이스(114A, 114B) 위에 오버몰딩된 수지(116)를 포함한다. 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)의 후면 상의 기판(112A)은 선택 사항으로 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)의 보이는 표면 상의 기판(112B)과 다른 저렴한 재료, 예를 들어, 스크래치 저항성 및/또는 UV 내후성을 요구하지 않는 재료일 수 있다. 오버몰딩된 전자 부품(110)은 선택적으로 장식용 잉크 층(118A, 118B)을 더 포함한다. 예를 들어, 1개 내지 3개의 다른 장식용 잉크가 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)에 사용될 수 있고, 유전체 잉크 층(120A, 120B)이 전도성 트레이스(114A, 114B)와 장식용 잉크 층(118A, 118B) 사이에 개재될 수 있다. 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)에서, 전도성 트레이스(114A, 114B)를 제조하는 데 사용되는 저온 분자 잉크와 같은 선택적으로 다수의 잉크 층이 유전체 잉크 층(120A, 120B)을 제조하는 데 사용되는 유전체 잉크 위에 적용될 수 있다. 대안적으로, 저온 분자 잉크와 같은 하나의 잉크 층이 사용될 수 있다. 도 11의 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)에서, 도 10의 단일 면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(10)에 대해서도 유사한 적층 접근 방식을 따를 수 있으나 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이 표면이 보이지 않을 수 있어서, 다른 목적, 예를 들어, 인쇄 전자 회로 또는 추가 조명을 위한 공간을 제공하는 것으로 기능할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 11을 참조하면, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED) 및 초음파 센서를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 전기 구성 요소(122A, 122B)는 본 출원의 방법에서 열 성형 전에 전도성 접착제를 사용하여 기판(112A, 112B)에 선택적으로 결합된다. 유리 섬유 보강 층(124A, 124B)은 또한 선택 사항이며, 예를 들어, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)의 강성을 증가시키면서 중량을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 도 11은 또한 예를 들어, 최종 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(110)의 보이는 표면의 스크래치 저항을 증가시키기 위해 적용될 수 있는 기판(112B)의 제2 측에 결합된 선택적인 자외선(UV) 하드 코팅 층(126)을 도시한다.
도 18에 도시된 또 다른 실시형태에서, 단 하나의 세트의 침지된 전자 제품이 후면 표피(기판, 182A)에 결합된 것으로 도시되어 있다. 2개의 기판(182A, 182B)은 이에 결합된 전도성 트레이스(184A, 184B)를 갖고, 장식용 잉크 층(188A, 188B) 및 보호 개재 유전체 층(180A, 180B)을 포함한다. 유리 섬유 층(194A, 194B)도 수지 층(186)의 양쪽에 있는 것으로 도시된다. 마지막으로, UV 하드 코팅(196)이 기판(182B)의 반대쪽 제2 표면, 즉 오버몰딩된 부품의 미용 표면에 제공된다.
열경화성 수지 시스템으로 2개의 표피 접근 방식(즉, 단일 면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품이 아니라 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품)을 사용하는 또 다른 장점은 성형 공정을 단순화하고 열 성형 부품에 배기 및 게이팅 특징을 통합하는 것일 수 있다. 이는 예를 들어, 사출 도구를 청소하는 데 소요되는 시간을 줄이고/줄이거나 오버몰딩된 부품의 자동화된 제조를 촉진할 수 있다. 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(200)의 배기 및 게이팅 특징을 보여주는 예시적인 개략도가 도 12에 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 왼쪽의 개략도는 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(200)의 상면도이고, 오른쪽의 개략도는 왼쪽에 도시된 개략도의 라인(202)에서 취해진 양면 오버몰딩된 인쇄 전자 부품(200)의 단면이다. 도 12를 참조하면, 사출 게이트(204) 및 배기부(206)가 기판 필름에 형성된다. 오른쪽의 개략도에서, 하부 기판(208)과 상부 기판(210)이 도시되어 있다.
(이중) 양면 표피 접근 방식을 사용하는 또 다른 장점은 (LED와 트레이스를 후면 표피로 이동시켜, 미용 표면/전면 표피 측에서 침지되어 보이지 않게 함으로써) 표면 미용을 향상시키고 전자 구성 요소에 더 많은 표면적을 이용할 수 있다는 것이다. (미용) 표면에서 덜 눈에 띄는 금속 잉크 트레이스는 예를 들어, 도 11 및 도 18에 도시된 양면 부품에 더 많은 장점을 제공한다.
실시형태 13: 분자 잉크로부터 생성된 Cu 트레이스
저렴한 가격, 높은 전도율 및 내산화성은 인쇄 전자 제품의 잉크의 중요한 목표이다. 금과 은은 비싸지만 안정적이며 산화에 강하다. 금과 은에 비해 구리는 더 저렴하고 전도율이 비슷하지만, 유사한 전도성은 종종 인쇄를 통해 달성되지 않고, 구리는 산화되기 쉬워 시간이 지남에 따라 전도율이 감소한다. 사용되는 구리 잉크의 주요 유형은 금속 나노 입자 기반 잉크, 금속 유기 분해(metal-organic decomposition: MOD) 잉크, 구리 플레이크 잉크, 및 은 코팅 구리 플레이크 잉크이다. 이러한 Cu 전도성 잉크의 대부분은 열 소결 동안 질소 또는 환원 분위기가 필요하며 소결하는 데 더 오랜 시간이 필요하다.
유리하게는, 기판에 대한 손상을 줄이거나 제거하면서 저온 기판 상에 내산화성 전기 전도성 Cu 트레이스를 생성하기 위해 넓은 스펙트럼의 UV 광을 사용하여 소결될 수 있는 인쇄용 잉크가 본 명세서에서 제공된다. 저가 플라스틱, 즉 PET에 스크린 인쇄가 가능하고, UV 소결이 가능한 저가 구리 잉크는 산업 또는 상업용 응용 분야에 즉각적인 장점을 제공한다. UV 처리(처리 및 소결)에 적합한 예시적인 구리 분자 잉크 및 이러한 잉크를 제조하는 방법은 WO2018018136 및 아래 표 12에 개시되어 있다.
Cu 분자 잉크는 중합체 결합제를 디올과 상용 가능하고 및/또는 용해 가능하게 만드는 표면 작용기를 갖는, 구리 나노 입자, 구리 전구체 분자, 및 폴리에스터, 폴리이미드, 폴리에터 이미드 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함하는 중합체 결합제의 혼합물을 포함한다.
구리 나노 입자(CuNP)는 약 1 내지 1000㎚, 바람직하게는 약 1 내지 500㎚, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 100㎚ 범위의 가장 긴 치수를 따라 평균 크기를 갖는 구리 입자이다. 구리 나노 입자는 플레이크, 나노 와이어, 바늘, 실질적으로 구형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 구리 나노 입자는 자연 공정에 의해 또는 화학적 합성을 통해 형성될 수 있으며 일반적으로 시판되고 있다. 구리 나노 입자는 바람직하게는 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.04 내지 7 중량%의 양으로 잉크에 존재한다. 보다 바람직하게는, 구리 나노 입자의 양은 약 0.1 내지 6 wt%, 또는 약 0.25 내지 5 wt%, 또는 약 0.4 내지 4 wt% 범위이다. 하나의 특히 바람직한 실시형태에서, 이 양은 약 0.4 중량% 내지 약 1 중량% 범위이다.
구리 전구체 분자는 소결 조건 하에서 분해되어 전도성 구리 트레이스에 추가 구리 나노 입자를 생성하는 구리 함유 화합물이다. 구리 전구체 분자는 무기 화합물(예를 들어, CuSO4, CuCl2, Cu(NO3), Cu(OH)2), 구리 금속 유기 화합물(구리-MOD) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구리-MOD는 예를 들어, 구리 카복실산염(예를 들어, 구리 포름산염, 구리 아세트산염, 구리 프로파노산염, 구리 부탄산염, 구리 데칸산염, 구리 네오데칸산염 등과 같은 C1-C12 알칸산의 구리 염), 구리 아민(예를 들어, 비스(2-에틸-1-헥실아민) 구리(II) 포름산염, 비스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염, 트리스(옥틸아민) 구리(II) 포름산염 등), 구리 케톤 복합체(예를 들어, 구리(아세틸아세톤), 구리(트라이플루오로아세틸아세톤), 구리(헥사플루오로아세틸아세톤), 구리(다이피발로일메탄) 등), 수산화구리-알칸올 아민 복합체 구리(II) 포름산염-알칸올 아민 복합체 및 구리:아민디올 복합체를 포함한다. 아미노 디올의 예로는 3-다이에틸아미노-1,2-프로판디올(DEAPD), 3-(다이메틸아미노)-1,2-프로판디올(DMAPD), 3-메틸아미노-1-2-프로판디올(MPD), 3-아미노-1,2-프로판디올(APD) 및 3-모르폴리노-1,2-프로판디올이 있다.
유기 아민은 잉크의 총 중량을 기준으로 임의의 적합한 양, 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 75 중량% 범위로 잉크에 존재할 수 있다. 보다 바람직하게는, 이 양은 약 20 중량% 내지 약 60 중량%, 또는 약 25 중량% 내지 약 55 중량% 범위이다. 하나의 특히 바람직한 실시형태에서, 이 양은 약 40 중량% 내지 약 45 중량% 범위이다.
구리:아민디올 복합체는 특히 바람직한 구리 전구체 분자이다. 많은 구리:아민디올 복합체는 주위 온도에서 액체이며 구리 전구체 분자 및 용매로 작용할 수 있다. 또한, 구리:아민디올 복합체는 중합체 결합제와 호의적으로 상호 작용하여 전도율, 기계적 강도 및 납땜성에 대해 우수한 전도성 구리 트레이스를 생성한다. 특히 바람직한 구리:아민디올 복합체는 구리 포름산염:아민디올 복합체이다. 일 실시형태에서, 구리:아민디올 복합체는 하기 화학식(I)의 화합물을 포함한다:
Figure pct00013
식 중, R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 상이하고, NR5R6(R'(OH)2) 또는 -O-(CO)-R"이고, R1, R2, R3 또는 R4 중 적어도 하나는 NR5R6(R'(OH)2)이고, 여기서 R5 및 R6은 독립적으로 H, C1-8 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알킬, C2-8 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알케닐, 또는 C2-8 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알키닐이고; R'는 C2-8 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알킬이고; R"는 H 또는 C1-8 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알킬이다.
화학식(I)의 화합물에서, NR5R6(R'(OH)2)는 NR5R6(R'(OH)2)의 질소 원자를 통해 구리 원자에 배위된다. 다른 한편, -O-(CO)-R"은 산소 원자를 통해 구리 원자에 공유 결합된다. 바람직하게는, R1, R2, R3 또는 R4 중 하나 또는 2개는 NR5R6(R'(OH)2)이고, 보다 바람직하게는 R1, R2, R3 또는 R4 중 2개는 NR5R6(R'(OH)2)이다.
바람직하게는, R5 및 R6은 독립적으로 H 또는 C1-8 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 알킬, 보다 바람직하게는 H 또는 C1-8 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 더욱더 바람직하게는 H 또는 C1-4 직쇄 또는 분지쇄 알킬이다. C1-4 직쇄 또는 분지쇄 알킬의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, s-부틸 및 t-부틸이다. 특히 바람직한 실시형태에서, R5 및 R6은 H, 메틸 또는 에틸이다.
바람직하게는 R'는 C2-8 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 보다 바람직하게는 C2-5 직쇄 또는 분지쇄 알킬이다. R'는 바람직하게는 직쇄 알킬이다. 특히 바람직한 실시형태에서, R'는 프로필이다. 주어진 R' 치환기에서 OH 기는 바람직하게는 동일한 탄소 원자에 결합되지 않는다.
바람직하게는 R"는 H 또는 C1-4 직쇄 알킬, 더 바람직하게는 H이다.
구리 전구체 화합물은 잉크에 구리 나노 입자, 중합체 결합제, 및 임의의 다른 함유물을 고려한 후 나머지 잉크 중량을 제공한다. 구리 전구체 화합물은 바람직하게 잉크의 총 중량을 기준으로 약 35 중량% 이상의 양으로 잉크에 존재한다. 구리 전구체 화합물의 양은 약 45 중량% 이상 또는 약 50 중량%일 수 있다.
중합체 결합제는 중합체 결합제를 디올과 상용 가능하고 및/또는 용해 가능하게 만드는 표면 작용기를 갖는, 폴리에스터, 폴리이미드, 폴리에터 이미드, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 표면 작용기는 수소 결합에 참여할 수 있는 극성기를 포함한다. 표면 작용기는 바람직하게는 하이드록실기, 카복실기, 아미노기 및 설포닐기 중 하나 이상을 포함한다. 중합체 결합제는 임의의 적합한 양으로 잉크에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 중합체 결합제는 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.04 중량% 내지 0.8 중량%의 양으로 잉크에 존재한다. 보다 바람직하게는, 중합체 결합제의 양은 약 0.08 중량% 내지 0.6 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.25 중량% 내지 1 중량%, 더욱더 바람직하게는 약 0.25 중량% 내지 0.4 중량%, 예를 들어, 약 0.3 중량% 범위이다.
중합체 결합제는 바람직하게는 폴리에스터를 포함한다. 적합한 폴리에스터는 시판되고 있거나, 폴리 알코올을 폴리카복실산 및 각각의 무수물과 축합시킴으로써 제조될 수 있다. 바람직한 폴리에스터는 하이드록실 및/또는 카복실 작용화이다. 폴리에스터는 선형 또는 분지형일 수 있다. 고체 또는 액체 폴리에스터 및 다양한 용액 형태가 활용될 수 있다. 특히 바람직한 실시형태에서, 중합체 결합제는 하이드록실- 및/또는 카복실-말단 폴리에스터, 예를 들어, RokrapolTM 7075를 포함한다.
잉크는 구리 나노 입자, 구리 전구체 분자 및 중합체 결합제를 함께 혼합함으로써 제형화될 수 있다. 혼합은 추가 용매를 사용하거나 사용하지 않고 수행될 수 있다. 바람직하게는, 구리 전구체 분자는 액체이고, 구리 금속 형성에 대한 전구체일 뿐만 아니라 용매로서도 작용할 수 있다. 그러나, 일부 실시형태에서 추가 용매가 필요할 수 있다. 추가 용매는 적어도 하나의 수성 용매, 적어도 하나의 방향족 유기 용매, 적어도 하나의 비 방향족 유기 용매 또는 이들의 임의의 혼합물, 예를 들어, 물, 톨루엔, 자일렌, 아니솔, 다이에틸벤젠, 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올), 디올(예를 들어, 에틸렌 글리콜), 트리올(예를 들어, 글리세롤) 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함할 수 있다. 추가 용매는 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 1 중량% 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
잉크는 임의의 종류의 증착을 위해 제형화될 수 있지만, 잉크는 특히 스크린 인쇄에 적합하다. 이와 관련하여, 잉크는 바람직하게는 약 1,500 cP 이상, 더욱 바람직하게는 약 1,500 cP 내지 10,000 cP 또는 4,000 cP 내지 8,000 cP, 예를 들어, 약 6,000 cP의 점도를 갖는다.
표 12를 참조하면 예시적인 Cu 잉크는 Cu 포름산염; 유기 아민 화합물; 충전제로서 및 결합제로서 CuNP의 분수량(잉크에서 Cu의 총량에 대해 2.4%)을 포함한다. 유리하게는, 잉크를 저온 기판 상에 인쇄하고 UV 소결하여 기판에 대한 손상을 줄이거나 제거하면서 저온 기판 상에 전기 전도성 트레이스를 생성할 수 있다. 소결 시간은 바람직하게는 20분 이하, 보다 바람직하게는 약 15분 이하이다. 일 실시형태에서, 트레이스는 전도성 구리 트레이스를 얻기 위해 약 1분 내지 15분 동안 소결된다. 다른 실시형태에서, 트레이스는 전도성 구리 트레이스를 얻기 위해 약 3분 내지 10분 동안 소결된다. 또 다른 실시형태에서 트레이스는 약 8분 내지 10분 동안 소결된다. 넓은 스펙트럼의 UV 광으로 잉크를 소결하여 생성된 전도성 트레이스는 열 처리된 샘플의 것과 유사한 트레이스 형태를 갖고, 비슷한 전기적 특성을 갖는다.
이 경우, PET 및 Kapton 상에서 구리 포름산염을 광 환원시키는 것을 도울 수 있는 시약은 아미노 디올, 즉 (3-(다이에틸아미노)-1,2-프로판디올)이다. 알킬아민(옥틸아민 또는 에틸-헥실 아민)으로 제형화된 Cu 잉크를 UV 소결하는 것은 광 환원을 개시하지 않고, 트레이스가 Cu 트레이스의 산화를 시사하는 긴 노출(약 30분)에서 흑색으로 변한다. 이러한 결과는 아미노 디올이 (열 보호제를 포함할 필요가 없이) UV 소결에 특히 적합하다는 것을 시사한다. 아미노 디올의 제1 장점은 Cu 포름산염/아미노 디올 복합체의 분해 온도를 낮추는 것이다. 둘째, 아미노 디올의 수산기는 소결 동안 산소의 침투를 방지하고 산화를 방지한다. 아미노 디올은 다른 아민 리간드에 비해 소결 동안 미량의 산소의 존재에 대해 더 큰 내성을 갖는다.
Figure pct00014
실시형태 14: 분자 잉크로부터 생성된 UV 처리된 Ag 트레이스
열 성형된 전자 제품은, 평면(2D) 기판 상에 기능성 잉크를 인쇄하고 이를 3D 형태로 열 성형한 다음 사출 성형하여 최종 기능적이고 가볍고 저렴한 "부품"을 생산할 수 있는 기존의 개선된 인쇄 공정을 사용한다. 이 공정의 성공은, 전도성 잉크가 열 성형에서 살아남고, 전도체는 트레이스의 측정된 저항에 큰 손실이나 변화 없이 25% 초과의 연신율과 최대 1㎝의 인발 깊이("z 방향"의 변화)를 견디는가에 달려 있다. 이 예에서, 은 옥살산염, 1-아미노-2-프로판올 또는 1-아미노-2-프로판올/2-아미노 부탄올의 혼합물(은 옥살산염을 용해시키고 분해 온도를 감소시키기 위함), 셀룰로스 중합체(유변성 조절제 및 결합제 역할을 하기 위함) 및 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에터(용매 담체 역할을 하기 위함)를 포함하는 스크린 인쇄용 잉크를 광대역 UV 광을 사용하여 건조 또는 경화시키는 장점에 대해 테스트한다.
산업적으로 관련된 폴리카보네이트 기판 상에 잉크를 스크린 인쇄한 후, 생성된 트레이스를 UV 광을 사용하여 처리한 후 열 성형을 하여 제 자리에서 (예를 들어, 열적으로) 소결하면 저항이 11%로 작게 증가하고 저항률 값이 14 μΩ·㎝(5.4 mΩ/□/mil)로 낮고 25%로 높은 국부 연신율을 갖는 전도성 트레이스를 생성할 수 있다. 열 성형 후 기능 트레이스를 생성할 수 있는 능력은 3개의 개별적으로 어드레싱 가능한 LED를 조명할 수 있는 외부 프로세서에 의해 구동되는 개념 증명된 3D 정전 용량식 터치 HMI 인터페이스를 개발할 수 있게 하였다(도 16 참조).
표 13의 잉크는 전체 내용이 본 명세서에 병합된 WO 2018/146616에 개시된 방법에 따라 제조되었다. 먼저 셀룰로스 중합체 결합제를 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에터에 용해시켜 잉크 담체를 생성하였다. 셀룰로스 중합체를 용해한 후, 표면 장력 조절제, 소포제 및 1-아미노-2-프로판올(또는 1-아미노-2-프로판올/2-아미노부탄올의 혼합물)을 담체에 첨가하고 2분 동안 원심 혼합기에서 혼합하였다. 마지막으로 은 옥살산염을 담체에 첨가하고 원심 혼합기에서 다시 혼합하여 잉크를 생성한다. 잉크의 열 중량 분석(TGA)을 수행하나 결과 잉크의 은 금속 함량이 약 23%인 것으로 나타났다. 잉크의 점도는 SC4-14 소형 샘플 어댑터가 장착된 브룩필드(Brookfield) DV3T 유변성 측정기(rheometer)로 측정되었으며, 응력 하에서 얇게 전단되고 점도는 약 6000 cP인 것으로 확인되었다.
Figure pct00015
SS400 스테인리스강 메쉬(일리노이주, 메시텍(MeshTec)) 상에 지지된 MIM 에멀젼(22 내지 24㎛)에 광 이미징된 패턴을 통해 S-912M 소형 포맷 스크린 프린터를 사용하여 Lexan 8010(PC-8010이라 지칭됨)의 8.5×11" 시트 상에 분자 잉크를 스크린 인쇄하였다. DYMAX 5000 내지 EC 시리즈 UV 경화 투광 램프 시스템을 통해 처리된 샘플의 경우, 인쇄된 트레이스는 램프로부터 20㎝ 떨어진 플랫폼 위에 놓이고, 램프를 켜자마자 UV 광에 노출되었다. AccuXX 광 측정기로 램프로부터 측정된 광 에너지는 에너지가 분당 3.232 J/㎠임을 나타낸다. UV 컨베이어 시스템으로 처리된 샘플의 경우 American UV의 6피트 이중 램프 컨베이어 시스템(C12/300/2 12")을 이용하였다. 컨베이어는 갈륨 및 철이 도핑된 할로겐 전구를 장착하였으며 램프 아래에서 35 피트/분으로 한번 통과하는 세기는 표 14에 제시된 광 선량을 생성한다.
Figure pct00016
은 옥살산염 기반 분자 잉크를 제형화하고 Lexan 8010 상에 스크린 인쇄한 후, 기판을 Formech 열 성형 기계(https://formechinc.com/product/300xq/)에 장착하고 기판을 연화시키기 위해 60초 내지 70초 동안 180℃ 내지 190℃의 온도로 가열하였다. 은 옥살산염 기반 트레이스가 이러한 온도에 노출되면 이 짧은 시간 기간 동안에도 제 자리에서 전도성 트레이스가 생성된다는 것이 주목된다. 연화 후 PC 기판을 진공 테이블 상에 지지된 템플릿 물체(이 경우 돔형 타원체) 위에 놓고 열 성형하며, 기판이 냉각되면 3D 형상이 기판에 고정되어 3D 전도성 은 트레이스가 생성된다.
은 옥살산염 기반 잉크를 인쇄하고 바로 열 성형하면 전도성 트레이스를 생성할 수 없다. 이와 달리, 인쇄된 트레이스를 투광 램프 기반 시스템(DYMAX 5000 내지 EC 시리즈 UV 경화 투광 램프 시스템) 또는 이중 램프 UV 컨베이어 시스템(갈륨 도핑 및 철 도핑 금속 할로겐 램프가 장착된 American UV C12/300/2 12" 컨베이어)의 UV 광을 사용하여 처리하면 전도성 열 성형된 트레이스가 생성된다.
열 성형 단계 없이 동일한 조건에 노출된 대조용 트레이스에서 열 성형된 트레이스의 상대 저항을 비교하는 것은 테스트 트레이스의 부분을 열 성형하고 테스트 트레이스의 대조 부분을 동일한 UV 처리 및 열 조건에 노출하여 수행되었으나, 트레이스는 열 성형되지 않았다. 도 13에서 강조된 바와 같이, 열 성형된 트레이스(청색/더 어두운 원 및 녹색/더 밝은 원)의 저항 대 라인 폭에 맞는 추세선은 열 성형되지 않은 대조용 트레이스(각각 적색/더 어두운 원 및 황색/더 밝은 원)의 저항 대 라인 폭과 매우 위에 놓인다. 열 성형 후 저항의 예상 변화는 UV 처리된 트레이스의 경우 약 5%이다(도 13 참조).
열 성형 공정 동안 신장된 트레이스를 현미경으로 분석하면 UV 처리가 없는 트레이스 전체에 걸쳐 상당한 균열이 발생하여(도 14의 bi, bii, biii), 대부분 비-전도성 열 성형 트레이스를 생성하는 것으로 나타났다. 투광 램프 기반 시스템(도 14의 ci, cii 및 ciii) 또는 이중 램프 UV 컨베이어 시스템(도 14의 di, dii 및 diii)의 UV 광으로 은 옥살산염 잉크를 처리하면 트레이스의 균열이 최소화되어 전도성 3D 은 트레이스가 생성된다.
UV 처리가 은 옥살산염 잉크를 열 성형하는 능력에 미치는지 영향을 밝히기 위해 UV 처리된 트레이스를 XRD로 분석하였다. 이 분석에 따르면 투광 램프와 UV 컨베이어 시스템 모두로부터 나오는 UV 광으로 은 옥살산염 잉크를 처리하는 것이 은염이 금속 은으로 전환을 개시한 것으로 나타났다. 주사 전자 현미경(SEM)으로 UV 처리된 트레이스를 더 분석하면 UV 처리가 분자 잉크를 은 나노 입자로 변환한 것으로 나타났다(도 15). 나노 입자는 DYMAX 5000 내지 EC 시리즈 UV 경화 투광 램프 시스템이 아닌 UV 경화기를 사용하여 생산할 때 직경이 더 작은 것으로 보인다. 이는 UV 컨베이어 시스템이 투광 램프 시스템(분당 3.2 J/㎠, 초당 0.053 J/㎠)에 비해 짧은 시간에 걸쳐 훨씬 더 많은 선량의 에너지(UVV: 초당 1.8 J/㎠, UVA: 초당 0.9 J/㎠)에 트레이스를 노출시키는 사실로 인한 것일 수 있다. UV 광에 대한 이러한 강렬한 노출은 많은 수의 작은 은 나노 입자를 핵으로 만드는 많은 수의 은 (0) 원자를 생성할 수 있다. 열 성형된 트레이스를 SEM 분석하면 또한 UV 컨베이어로부터 생성된 강렬한 광에 의해 트레이스를 처리함으로써 생성된 더 작은 은 나노 입자가 DYMAX 투광 램프 시스템에 의한 UV 처리 후에 생성된 더 큰 나노 입자보다 더 상호 연결된 네트워크로 합쳐짐을 시사한다. UV 처리 없이 직접 열 성형된 트레이스를 SEM 분석하면, 트레이스가 서로 잘 연결된 작은 은 나노 입자로 주로 구성되지만 합쳐져 있지 않은 더 큰 직경의 입자가 많이 있는, 은 나노 입자들이 불균일하게 분포된 것을 나타냈다. 더 큰 입자는 트레이스의 결함으로 작용하고, 트레이스가 열 성형될 때 균열이 발생하는 부위(도 17 참조)일 가능성이 높다. 잉크를 180℃ 내지 190℃로 빠르게 가열하면 은 나노 입자가 형성되고 용매/아민이 증발할 가능성이 있다. 은 옥살산염 염은 담체 용매에 덜 용해되고 분해 온도가 더 높기 때문에 은 트레이스는 고르지 않게 성장해서 균열이 생겨 비-전도성으로 되는 나노 입자를 포함한다.
이 데이터는 UV 처리를 통해 이러한 작은 나노 입자의 형성을 개시하는 것이 균일하고 균열이 없는 전도성인 열 성형된 트레이스를 형성하는 요인임을 시사한다. DYMAX 투광 램프 시스템과 UV 컨베이어 시스템은 모두 트레이스를 UVA 광(320nm 내지 395nm)에 노출시켜 트레이스의 깊은 영역을 경화시켜 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한 갈륨 도핑된 전구 UV 컨베이어 시스템은 잉크/기판 인터페이스 근처의 트레이스의 가장 깊은 영역까지 침투하는 UVV 광에 트레이스를 노출시킨다.
UV 처리를 사용하여 균일하고 균열이 없는 전도성인 은 회로를 생성하는 능력은 MPR121 정전 용량식 터치 센서 브레이크아웃 보드를 갖는 아르두이노 마이크로에 의해 구동되는 3 버튼형 정전 용량식 터치 기반 HMI(Human-Machine Interface) 스위치를 만드는 것에 의해 입증되었다. 보드는 2D로 인쇄된 후 1㎝ 높이의 3D 구조로 열 성형되도록 설계되었다(도 16). 위의 선형 트레이스 연구와 달리, 정전 용량식 터치 회로는 트레이스가 수직 및 수평 배향으로 인쇄되는 경우 더 복잡하다. 인쇄된 분자 잉크를 다시 UV 처리하면 기능 회로를 생성할 수 있는 반면, 처리되지 않은 트레이스는 균열이 일어나 비-전도성이 되는 경향이 있다. 결과 요약은 표 15에 제시되어 있으며, 여기서 UV 경화기 및 DYMAX 시스템을 사용하여 처리한 것이 투광 조명 시스템(2.0 Ω/㎝ 및 2.6 Ω/㎝)으로 처리된 샘플에 비해 측정된 저항이 더 낮은 트레이스를 생성하는 것으로 나타났다. 동일한 처리 조건을 거치지만 열 성형되지 않은 대조용 트레이스에 비해 열 성형된 트레이스의 상대 저항의 증가량은 UV 컨베이어 및 DYMAX 시스템의 경우 각각 10% 및 20%이다. 은 옥살산염 기반 잉크로부터 생성된 전도성 열 성형된 트레이스의 경우 LED를 전도성 은 에폭시를 사용하여 트레이스에 고정하고, 몇 시간 동안 건조되도록 두었다(도 16a). 그 결과 개별적으로 어드레싱 가능한 3개의 터치 회로가 있는 정전 용량식 터치 회로가 만들어졌으며, 이 회로는 터치 시 조명이 켜지고 분자 잉크, LED 및 아르두이노 마이크로/정전 용량식 터치 브레이크아웃 보드의 이러한 조합으로부터 3D 회로를 생성할 수 있는 방식을 보여준다. 따라서 HMI 스위치(터치 회로)는 산업 관련 적층 제조 공정(스크린 인쇄, 열 성형 및 픽앤플레이스 기술)을 통해 생성될 수 있으며, 산업 관련 UV 처리 공정을 사용하여 개선될 수 있음이 입증되었다.
또한 분자 잉크의 성능을 열 성형 응용을 위해 설계된 엘라스토머 중합체로 개질된 시판되는 은 플레이크 잉크와 비교하였다. 표 15에서 강조된 바와 같이, 분자 잉크로부터 생성된 UV 처리된 및 열 성형된 트레이스의 측정된 저항과 저항률은 동일한 처리 조건에 노출된 열 성형되지 않은 시판되는 잉크의 것보다 우수하다. 또한 분자 잉자는 시판되는 플레이크 잉크로부터 생성된 트레이스보다 약 3배 더 얇은 사실에도 불구하고 분자 잉크로 이러한 성능을 달성한다는 것이 또한 주목할 만하다. 이는 열 성형이 되기 위해 시판되는 잉크가 연신을 촉진하기 위해 큰 비율의 엘라스토머 중합체를 제형에 첨가한 사실로 인한 것일 가능성이 높다. 이 중합체의 존재는 트레이스의 신장성을 향상시키는 동시에 결과 트레이스의 저항률을 감소시킨다. 여기에 제시된 분자 잉크의 경우, UV 처리를 이용하여 신장성을 부여할 수 있으며 추가 중합체의 추가가 필요하지 않아서 열 성형된 트레이스의 저항률은 낮게 유지된다.
Figure pct00017
요약하면, (폴리카보네이트) PC와 상용 가능한 스크린 인쇄 가능한 은 옥살산염 분자 잉크를 사용하는 것이 열 성형된 전자 제품을 개발하는 데 통합될 수 있고, 여기서 간단한 UV 처리 공정은 트레이스가 최대 1.3배까지 연신된 후에도 전도성을 유지할 수 있게 하여 관련 산업 제조 공정을 통해 2D 인쇄 시트로부터 3D 회로를 개발할 수 있게 한다. UV 처리를 적용하는 것은 또한 사출 성형 공정에도 적용될 수 있어서, 특히 열 성형에 사용되는 PC 및 유사 기판을 부품을 성형하기 용이하게 하기 위해 더 높은 온도로 가열할 때 구체적으로 열 성형 공정 동안 잉크를 소결시킬 수 있는 것으로 인해, 분자 잉크를 사출 성형된 구조물에 통합하여 열 성형된 회로 및 다른 열 성형된 전자 제품을 만들 수 있도록 한다. 이러한 처리 방법은 보다 구조적으로 복잡한 디바이스의 개발을 가능하게 하고, 자동차, 항공 우주 및 가전 산업에서 인간-기계 인터페이스를 생산하는 데 더 많은 설계 자유를 제공한다.
추가적으로 요약하면, 표 16은 열 성형 전에 폴리카보네이트 기판 상에서 UV 처리 후 아미노 알코올의 혼합물을 포함하는 은 기반 분자 잉크의 혼합물을 함유하는 잉크의 성능을 비교 분석하는 것을 제공하며, UV 처리가 없으면 열 성형 공정 동안 트레이스가 균열된다는 것이 강조된다. UV 소결은 DYMAX 5000 내지 EC 시리즈 UV 경화 투광 램프 시스템을 사용하여 수행되었으며, 경화는 갈륨 도핑 및 철 도핑 할로겐 램프와 함께 American UV C12/300/2 12" 컨베이어를 사용하여 수행되었다.
Figure pct00018
본 출원은 현재 바람직한 예로 간주되는 것을 참조하여 설명되었지만, 본 출원은 개시된 예로 제한되지 않는 것으로 이해된다. 이와 달리, 본 출원은 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 수정 및 등가 배열을 포함하도록 의도된다. 모든 간행물, 특허 문헌 및 특허 출원 문헌은 각각의 개별 간행물, 특허 문헌 또는 특허 출원 문헌의 전체 내용이 본 명세서에 병합되도록 구체적이고 개별적으로 기재된 것처럼 이들 전체 내용은 본 명세서에 병합된다. 본 출원의 용어는 전체 내용이 본 명세서에 병합된 문헌에서 다르게 정의된 것으로 밝혀진 경우, 본 명세서에 제공된 정의가 이 용어에 대한 정의로서 사용된다.

Claims (58)

  1. 오버몰딩된(overmoulded) 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
    분자 잉크를 기판 상에 증착시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계;
    상기 기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 소결하여 상기 기판의 제1 표면 상에 전도성 은 트레이스(conductive silver trace)를 형성하는 단계;
    상기 기판의 제1 표면 상의 상기 전도성 은 트레이스 위에 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하는 단계; 및
    상기 오버몰딩 수지를 경화시키거나 상기 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계
    를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분자 잉크를 증착시킨 후 그리고 상기 비-전도성 트레이스를 소결하기 전에, 상기 방법은 상기 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비-전도성 트레이스를 소결한 후 그리고 상기 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 상기 방법은 상기 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 기판을 열 성형하기 전에, 상기 방법은 하나 이상의 전자 구성 요소를 상기 기판의 제1 표면에 결합시키는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 열 성형한 후 그리고 상기 오버몰딩 수지 또는 전구체를 사출하기 전에, 상기 방법은 상기 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 잉크를 증착시키기 전에, 상기 방법은 상기 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 잉크를 증착시키기 전에 또는 상기 분자 잉크를 증착시킨 후 그리고 상기 비-전도성 트레이스를 소결하거나 상기 기판을 선택적으로 열 성형하기 전에, 상기 방법은 상기 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 전도성 은 트레이스의 다수의 층을 얻기 위해 상기 기판 상에 상기 분자 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 열 성형한 후에, 상기 방법은 상기 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩 수지는 열가소성 수지인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩 수지에 대한 전구체는 열경화성 수지에 대한 전구체인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩 수지 또는 상기 전구체는 유리 마이크로 구체와 함께 사출되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩 수지 또는 상기 전구체는 발포체를 얻기 위한 조건 하에서 사출되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판은 폴리카보네이트인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소결은 광 소결, 열 소결 또는 UV 소결을 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  20. 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법으로서,
    기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스 위에 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하는 단계; 및
    상기 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 경화시켜 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 얻는 단계
    를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기판의 제1 표면 상의 전도성 트레이스는,
    전도성 트레이스 잉크를 기판 상에 증착시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 잉크의 비-전도성 트레이스를 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상의 잉크의 비-전도성 트레이스를 경화시켜 상기 기판의 제1 표면 상에 상기 전도성 트레이스를 형성하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 획득되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전도성 트레이스 잉크는 분자 잉크 또는 나노 입자 잉크인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전도성 트레이스 잉크는 고온 또는 저온 분자 잉크이고, 상기 경화는 소결을 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 상기 비-전도성 트레이스를 경화시키기 전에, 상기 방법은 상기 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  25. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비-전도성 트레이스를 경화시킨 후에 그리고 상기 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하기 전에, 상기 방법은 상기 기판을 열 성형하여 성형된 기판을 얻는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 기판을 열 성형하기 전에, 상기 방법은 하나 이상의 전자 구성 요소를 상기 기판의 제1 표면에 결합시키는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 하나 이상의 전자 구성 요소는 다이오드, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 집적 배선 커넥터, 기본 전기 하드웨어, 집적 칩, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 및 초음파 센서로부터 선택되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 열 성형한 후에 그리고 상기 열경화성 오버몰딩 수지에 대한 전구체를 사출하기 전에, 상기 방법은 상기 기판의 제1 표면 위에 유리 섬유 보강 층을 도입하는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  29. 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에, 상기 방법은 상기 기판의 제1 표면 상에 하나 이상의 장식용 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 트레이스 잉크를 증착시키기 전에 또는 상기 전도성 트레이스 잉크를 증착시킨 후에 그리고 상기 비-전도성 트레이스를 경화시키거나 상기 기판을 선택적으로 열 성형하기 전에, 상기 방법은 상기 기판의 제1 표면 상에 유전체 잉크를 증착시키는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  31. 제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 전도성 트레이스의 다수의 층을 얻기 위해 상기 기판 상에 상기 전도성 트레이스 잉크의 증착을 반복하는 단계를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 열 성형한 후에, 상기 방법은 상기 기판의 제2 표면에 자외선 경화성 하드 코팅을 적용하는 단계를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  33. 제20항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지에 대한 전구체는 폴리우레탄 수지에 대한 전구체인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  34. 제20항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지에 대한 전구체는 유리 마이크로 구체와 함께 사출되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  35. 제20항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지에 대한 전구체는 발포체를 얻기 위한 조건 하에서 사출되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  36. 제20항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-G), 폴리올레핀, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 실리콘 막, 폴리카보네이트-아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 블렌드, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 열가소성 올레핀(TPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리프로필렌 폴리벤질 아이소사이안산염(PPI), 폴리에터 에터 케톤(PEEK) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 기판은 폴리카보네이트인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  38. 제20항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 단일 면인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  39. 제20항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버몰딩된 인쇄 전자 부품은 양면인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  40. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크는 고온 분자 잉크인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  41. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크는 저온 분자 잉크인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  42. 제1항 내지 제19항 및 제21항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 잉크 또는 전도성 트레이스 잉크는 은 카복실산염; 유기 아민 화합물; 유기 중합체 결합제; 표면 장력 조절제; 및 용매를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 은 카복실산염은 은 옥살산염인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 유기 아민 화합물은 아미노-2-프로판올인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  45. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 유기 아민 화합물은 아미노-2-프로판올 및 2-아미노-1-부탄올의 혼합물인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  46. 제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 중합체 결합제는 하이드록시에틸 셀룰로스인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  47. 제42항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 장력 조절제는 글리콜산 또는 젖산인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  48. 제42항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매는 다이프로필렌 글리콜 메틸 에터인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  49. 제42항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 잉크는 소포제를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  50. 제43항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저온 분자 잉크는 요변성 조절제를 더 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  51. 제1항 내지 제19항 및 제21항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 잉크 또는 전도성 트레이스 잉크는 은 카복실산염 또는 구리 카복실산염 및 유기 아민 화합물을 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 은 카복실산염은 C1 내지 10 알칸산염이고, 또는 상기 구리 카복실산염은 C1-12 알칸산염인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
  53. 제1항 내지 제52항 중 어느 한 항에 한정된 방법에 따라 제조된 오버몰딩된 인쇄 전자 부품.
  54. 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
    기판의 제1 표면에 결합된 전도성 은 트레이스로서, 제42항 내지 제52항 중 어느 한 항에 한정된 분자 잉크로 제조된, 상기 전도성 은 트레이스; 및
    상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 은 트레이스 위에 오버몰딩된 수지
    를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품.
  55. 오버몰딩된 인쇄 전자 부품으로서,
    기판의 제1 표면에 결합된 전도성 트레이스; 및
    상기 기판의 제1 표면에 결합된 상기 전도성 트레이스 위에 오버몰딩된 열경화성 수지
    를 포함하는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품.
  56. 제55항에 있어서, 상기 전도성 트레이스는 제42항 내지 제52항 중 어느 한 항에 한정된 저온 분자 잉크로 제조된 전도성 은 트레이스인, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품.
  57. 제55항 또는 제56항에 있어서, 상기 기판은 3차원 형상으로 열 성형된 오버몰딩된, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품.
  58. 제1항 또는 제21항에 있어서, 상기 비-전도성 트레이스는 소결 또는 경화 전에 광대역 UV 광으로 처리되는, 오버몰딩된 인쇄 전자 부품을 제조하는 방법.
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