TWI650382B - 塗佈裝置的方法以及經塗佈的產品 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種使裝置防水的方法以及所產生的裝置，該裝置包括一印刷電路板組件，該印刷電路板組件包括：一印刷電路板及至少一電子元件，設置於該印刷電路板上。一防水塗佈層例如聚合物塗佈層設置於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸。一奈米薄膜設置於該印刷電路板組件上，該奈米薄膜包括一內塗佈層與一外塗佈層，該內塗佈層係設置於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸，並包括有粒徑約5 nm至約100 nm範圍內的金屬氧化物奈米粒子，而該外塗佈層則與該內塗佈層相接觸，並包括有粒徑約0.1 nm至10 nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。

Description

塗佈裝置的方法以及經塗佈的產品
本發明係關於一種塗佈裝置的方法，尤其是關於一種於裝置上塗佈奈米粒子的方法、以及經該塗佈產生的裝置。
隨著各種技術的進步，許多電子元件已朝著微小化或多樣化發展，使得設置有該些電子元件的印刷電路板組件(printed circuit board assembly, PCBA)的設計變得更為複雜。因此，對於決定以何種方式來保護印刷電路板組件而避免外來化學物品沾濕是重要的，而該保護的強度也決定了該印刷電路板組件的使用壽命。為了解決印刷電路板組件沾濕的問題，習知技術上通常是在印刷電路板組件上形成一保護膜。此外，許多其他裝置，例如電纜，也需要保護膜來防止沾濕或減少摩擦。
然而，習知技術通常利用一塗佈方式來保護印刷電路板組件與其他裝置，但傳統的塗佈方式容易使保護層的厚度太厚或分佈不均。另一習知技術則是利用氣相沉積法在印刷電路板組件上形成保護膜，但該種方法常因其上電子元件的設置角度而使保護膜不均勻。因此，需要一種能夠使保護膜更薄、更均勻，而使其具有更高保護效果的保護膜形成方法。
本發明目提供一種使裝置防水的方法以及所產生的裝置，該方法包括：於該裝置上形成一防水塗佈層，再於該裝置上形成一奈米薄膜。本發明提供形成該防水塗佈層與該奈米薄膜的方法，以解決前述問題。
本發明的一目的在於提供一種塗佈裝置的方法，該方法包括以下步驟：形成一防水塗佈層(例如一聚合物塗佈層)於該裝置之至少一部分上或與該裝置之至少一部分相接觸，形成一含有金屬氧化物奈米粒子(或以金屬氧化物奈米粒子製造)的內塗佈層與該防水塗佈層與/或該裝置相接觸，並形成一與該內塗佈層相接觸的外塗佈層。該外塗佈層包括二氧化矽奈米粒子(或以二氧化矽奈米粒子製造)。金屬氧化物奈米粒子具有適合的大小，例如具有約5 nm至約100 nm範圍內的粒徑，而二氧化矽奈米粒子亦具有適合的大小，例如具有約0.1 nm至約10 nm範圍內的粒徑。在每一內塗佈層或外塗佈層中的奈米粒子可以彼此鍵結或融合在一起，也可附聚在一起。金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子可以於該內塗佈層與該外塗佈層的交界面上彼此鍵結或融合在一起。
在本發明的一些實施例中，該塗佈裝置的方法包括以下步驟：塗佈一防水塗佈層(例如一聚合物塗佈層) 於該裝置之至少一部分上或與該裝置之至少一部分相接觸；固化該防水塗佈層；烘烤該裝置；塗佈含有金屬氧化物奈米粒子做為第一溶質的第一溶液於該裝置上；藉由揮發或熱解(至少其中一種技術)該第一溶液中之該第一溶劑，以於該裝置上形成一含有該金屬氧化物奈米粒子的內塗佈層；強化該金屬氧化物奈米粒子與該裝置間的結合力；烘烤具有該內塗佈層的該裝置；塗佈含有二氧化矽奈米粒子做為第二溶質的第二溶液於該內塗佈層上，該二氧化矽奈米粒子具有約0.1 nm至約10 nm範圍內的粒徑；藉由揮發或熱解(至少其中一種技術)該第二溶液中之該第二溶劑，使於該內塗佈層上形成一含有該二氧化矽奈米粒子的外塗佈層。
本發明的另一目的在於提供一種塗佈印刷電路板組件的方法，該方法包括以下步驟：形成一防水塗佈層(例如一聚合物塗佈層)於該印刷電路板組件之至少一部分上或與該印刷電路板組件之至少一部分相接觸，形成一含有金屬氧化物奈米粒子的內塗佈層與該防水塗佈層與/或該印刷電路板組件相接觸，並形成一與該內塗佈層相接觸的外塗佈層。
在本發明的一些實施例中，該塗佈印刷電路板組件的方法包括以下步驟：塗佈一防水塗佈層於該印刷電路板組件之至少一部分上；固化該防水塗佈層；於約50°C至約150°C的範圍內烘烤該印刷電路板組件約10至30分鐘；塗佈含有金屬氧化物奈米粒子做為第一溶質的第一溶液於該印刷電路板組件上，該金屬氧化物奈米粒子具有約5 nm至約100nm範圍內的粒徑；於約50°C至約150°C的範圍內烘烤含有該第一溶液的該印刷電路板組件約5至30分鐘，使留下該金屬氧化物奈米粒子作為內塗佈層；強化該金屬氧化物奈米粒子與該印刷電路板組件間的結合力；於約50°C至約150°C的範圍內烘烤具有該內塗佈層的該印刷電路板組件；塗佈含有二氧化矽奈米粒子做為第二溶質的第二溶液於該內塗佈層上，該二氧化矽奈米粒子具有約0.1 nm至約10 nm範圍內的粒徑；於約50°C至約150°C的範圍內烘烤含有該第二溶液的該印刷電路板組件約10至30分鐘，使於該內塗佈層上留下該二氧化矽奈米粒子作為外塗佈層。
發明的另一目的在於提供一種經塗佈的裝置，例如具有防水效果的印刷電路板組件。該印刷電路板組件包括一印刷電路板以及設置或裝設於該印刷電路板上的至少一電子元件。一包括聚合物的防水塗佈層設置於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸。一奈米薄膜設置於該防水塗佈層與/或該印刷電路板組件上，或與該防水塗佈層與/或該印刷電路板組件相接觸。奈米薄膜包括一含有金屬氧化物奈米粒子的內塗佈層、以及含有二氧化矽奈米粒子的外塗佈層。在一些實施例中，該金屬氧化物奈米粒子具有約5 nm至約100 nm範圍內的粒徑，而該二氧化矽奈米粒子則具有約0.1 nm至約10 nm範圍內的粒徑。
經塗佈後，該裝置包括防水塗佈層與奈米薄膜，該奈米薄膜主要包括金屬氧化物奈米粒子以及比金屬氧化物奈米粒子粒徑小的二氧化矽奈米粒子。含有聚合物的防水塗佈層與奈米薄膜產生優秀的防水效果，而可保護該裝置不被沾濕。在一些實施例中，奈米薄膜能使裝置的摩擦減小或具有其他功能。此外，由於奈米薄膜含有奈米等級尺寸的金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子，因此本發明的奈米薄膜具有較薄的厚度，且具有連續、均勻的表面。
以下的說明提供許多不同的實施例或示例以實現本發明不同的特徵。以下具體的組件或配置實施例係在簡化本發明，其僅做為示例而非用以限制本發明。例如，以下關於於第二特徵之上形成第一特徵之描述，實施例可包括第一特徵與第二特徵為直接接觸形成，也可包括在第一特徵與第二特徵間形成額外的特徵，使第一特徵與第二特徵非直接接觸形成。此外，說明中可能於不同實施例中重複使用元件符號。此重複目的僅在簡化而使其清楚，本身並非代表所討論各種實施例與/或配置之間的關係。
進一步，本文中關於相對空間用語，例如「下方」、「之下」、「較低」、「之上」、「上方」等，僅為簡單描述圖式中一元件與另一元件間特徵的關係。該些相對空間用語包含圖式中所描述的方向外，也包含了該裝置使用或操作時的不同方向。該裝置可被轉向(旋轉90度或任何方向)，此時須依據該轉向解釋該些相對空間用語。
本文中關於單複數用語，「一」包括複數個，而指定的數目值，則包括至少該數目，除非內文中清楚指定其他數目。因此，例如「一印刷電路板組件」係指一或多個該結構與所屬技術領域具有通常知識者所知之均等物。此外，當一句子記載「A、B或C中至少一者」時，其可被解釋為具有任意組合的涵義。例如，可能只有「A」或「B」或「C」，或「A與B」或「A與C」或「B與C」，或「A與B與C」。
當數值以概數表示而使用「約」時，其可被了解該特定數值構成另一實施例。如「約X」(其中X為一數值)，較佳包括所記載數值的±10%。例如「約8」，較佳包括7.2至8.8的數值；另一例「約8%」較佳(並非通常)係指7.2%至8.8%的數值。當以範圍記載時，包括所有範圍並可加以組合。例如，當記載以「1至5」範圍時，其所指範圍應被解讀包括範圍「1至4」、「1至3」、「1至2」、「1至2與4至5」、「1至3與5」、「2至5」等。
此外，可供選擇者係正向表列時，該些列舉可被解釋為任何選擇項目之一皆可以被排除，例如於請求項中以負面加以限制。例如，當記載以「1至5」範圍時，其所指範圍可被解讀為1、2、3、4或5其中之一被負面排除，因此，「1至5」的記載可被解讀為「1與3-5，但非2」，或簡單記載如「其中2不包括」。本文中正向記載的任何組件、元素、屬性或步驟可以在請求項中被明確排除，無論這些組件、元素、屬性或步驟是否被列舉為選擇項目，或者是否獨立記載。
除非另有明確指定，否則以下所提及「金屬氧化物」將被理解為包括任何合適金屬的任何合適氧化物。合適金屬氧化物的實例包括但不限於選自以下群組中的金屬氧化物（或其組合）：（1）Al、Ga、In、Sn、Tl，Pb和Bi（貧金屬）；（2）包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的第一系列過渡金屬（第一d區塊系列）；（3）包括Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag和Cd的第二系列過渡金屬（第二d區塊系列）；以及（4）包括Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au和Hg的第三系列過渡金屬（第三d區塊系列）。較佳地，金屬氧化物或氧化物的金屬係選自Al、Ti、Cr、Mn、Co、Zn、Mo、Rh、Pd、Ag、W和Au。例如，在一些實施例中，合適金屬氧化物是TiO2 。
本發明目提供一種使裝置防水的方法以及所產生的裝置，該方法包括以下步驟：提供一包含印刷電路板組件的裝置，該印刷電路板組件包括一印刷電路板與設置在該印刷電路板上的至少一電子元件；形成一防水塗佈層於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸；形成一奈米薄膜的一內塗佈層於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸；以及形成一奈米薄膜的一外塗佈層，使其與該內塗佈層相接觸。
在一些實施例中，該形成防水塗佈層的步驟包括：塗佈一聚合物材料於該裝置上該至少一電子元件之至少一部分上，以及固化該裝置上之該聚合物材料。該聚合物材料係選自由矽氧烷(silicone)、丙烯酸(acrylic)、氨基甲酸乙酯(urethane)、環氧樹脂(epoxy)、氟聚合物(fluoropolymer)、聚烯烴(polyolefin)、橡膠(rubber)、氯丁橡膠(chlorobutyl rubber)、聚乙烯橡膠共聚物(polyethylene rubber copolymer)、及其任何組合所組成的群組。該聚合物材料可以溶液、黏稠液或膠體的形式，而以塗刷、旋塗或選擇性塗佈的方式塗佈。而該聚合物材料可以選自烘烤、UV照射、室溫固化或濕氣固化等方法進行固化。防水塗佈層形成後，該裝置可於約50°C至約150°C的範圍內烘烤約10至約30分鐘。
在一些實施例中，該形成一奈米薄膜的一內塗佈層的步驟包括：塗佈一第一溶液於該裝置上，該第一溶液包括金屬氧化物奈米粒子與一第一溶劑；以揮發或熱解至少其中一種技術將該第一溶劑移除；以及以老化處理方式強化該金屬氧化物奈米粒子與該裝置間的結合力。該金屬氧化物奈米粒子具有約5 nm至約100 nm的粒徑。在一些實施例中，該第一溶液包括約0.3 wt%至5wt%的該金屬氧化物奈米粒子，而該第一溶劑為水、甲醇、乙醇、或其組合之其中之一。該第一溶劑係藉由將該裝置於例如約50°C至約150°C的範圍內加熱例如約5至30分鐘而加以移除。在一些實施例中，於約25°C至約100°C的範圍內進行該老化處理2至72小時。內塗佈層形成後，該裝置可於約50°C至約150°C的範圍內烘烤約10至30分鐘。
在一些實施例中，該形成一奈米薄膜的一外塗佈層的步驟包括：塗佈一第二溶液於該裝置上；以揮發或熱解至少其中一種技術將該第二溶劑移除，以形成該外塗佈層。該第二溶液包括二氧化矽奈米粒子與一第二溶劑，而該二氧化矽奈米粒子的粒徑約0.1 nm至約10 nm。在一實施例中，該第二溶液包括約0.3 wt%至5wt%的二氧化矽奈米粒子，而該第二溶劑包括庚烷(heptane)、十六烷(cetane)與甲基氫矽氧烷(methyl hydrogen siloxane)的混合物。甲基氫矽氧烷中-SiH的氫比例可在約0.5 wt%至2.0 wt%之間。在另一些實施例中，該第二溶劑包括氨基改質矽氧烷(amino modified siloxane)或氨基改質矽烷(amino modified silane)。此氨基改質矽氧烷或矽烷可選擇性的包含OH基，或是可與水或水氣反應產生OH基。第二溶劑係藉由將該裝置於例如約50°C至約150°C的範圍內加熱例如約10至約30分鐘而加以移除。
第一溶液與第二溶液可以利用選自浸塗、噴塗或刷塗的方法塗佈於該裝置上。該方法可進一步包括檢查具有內塗佈層裝置的表面，並在強化金屬氧化物奈米粒子與該裝置間的結合力後，以及烘烤具有內塗佈層的裝置之前，清潔該具有內塗佈層的裝置。於內塗佈層與外塗佈層中，奈米粒子可以彼此鍵結或融合在一起。奈米粒子也可以附聚在一起。金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子可以於該內塗佈層與該外塗佈層的交界面上彼此鍵結或融合在一起。
在一些實施例中，該裝置係一印刷電路板組件，該印刷電路板組件包括一印刷電路板以及裝設於該印刷電路板上之複數個電子元件。至少一電子元件係選自一具高電位差的電子元件。該具高電位差的電子元件具有至少一與該印刷電路板電性相連接的引腳。該具高電位差的電子元件係部分或全部塗抹以形成防水塗佈層。
具高電位差的電子元件可為一與電源或其他元件相耦接的元件，在一些實施例中，其具有高於12、24或30伏特的電位差。例如，汽車電池中的印刷電路板組件，不同組的元件可能與電源連接以不同的伏特數，包括但不限於5、12、24與30伏特。對於具有低電位差的電子元件(例如5伏特)，所述具有內塗佈層與外塗佈層的奈米薄膜塗層可提供對水或濕氣的保護而增加壽命，雖然該些元件的表面仍然保持著導電性，基於聚合物的防水塗佈層可能不是那麼需要。對於具高電位差的電子元件，表面導電性可能不被需要，所述具有內塗佈層與外塗佈層的奈米薄膜塗層對於水或濕氣具有一定程度的保護力。然而，基於聚合物的防水塗佈層，較佳地，可提供較好的保護力且有較長的壽命。其他具高電位差電子元件的例子可為路燈或汽車所使用之發光二極體(LED)。
在一態樣中，本發明亦提供一種經塗佈的裝置，該裝置包括一印刷電路板組件，包括：一印刷電路板以及設置於該印刷電路板上的至少一電子元件。一防水塗佈層，例如聚合物塗佈層，設置於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸。該印刷電路板組件上設置有一奈米薄膜，該奈米薄膜包括一內塗佈層與一外塗佈層，該內塗佈層設置於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸，並包括有粒徑約5 nm至約100 nm範圍內的金屬氧化物奈米粒子，而該外塗佈層與該內塗佈層相接觸，並包括有粒徑約0.1 nm至約10 nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。於內塗佈層與外塗佈層中，奈米粒子可以彼此鍵結或融合在一起。奈米粒子也可以附聚在一起。金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子可以於該內塗佈層與該外塗佈層的交界面上彼此鍵結或融合在一起。
所述至少一電子元件包括選自電阻器、電容器、電感器、電晶體、二極管、連接器、揚聲器、麥克風、或其任何組合之元件。在一些實施例中，該至少一電子元件包括至少一引腳，該至少一引腳與該印刷電路板電性相連接，並被覆蓋以該防水塗佈層。該至少一電子元件可包括至少一具高電位差的電子元件，而該防水塗佈層係設置於該具高電位差的電子元件上。
該防水塗佈層包括一選自由矽氧烷、丙烯酸、氨基甲酸乙酯、環氧樹脂、氟聚合物、聚烯烴、橡膠、氯丁橡膠、聚乙烯橡膠共聚物及其任何組合所組成群組之聚合物。該金屬氧化物奈米粒子包括選自Al、Ga、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、 Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、 Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au與Hg其中一種或多種金屬的氧化物。在一些實施例中，該金屬氧化物奈米粒子係二氧化鈦(TiO2 ) 奈米粒子。該內塗佈層與該外塗佈層在一些實施例中可為一兩層結構，或在另一些實施例中，該內塗佈層與該外塗佈層相互滲透。
在一態樣中，本發明提供一種印刷電路板組件，該印刷電路板組件包括：一印刷電路板；至少一電子元件，設置於該印刷電路板上；一防水塗佈層，設置於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸；以及一奈米薄膜。該奈米薄膜包括一內塗佈層與一外塗佈層，該內塗佈層設置於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸，並含有粒徑約5 nm至約100 nm範圍內的金屬氧化物奈米粒子，該外塗佈層與該內塗佈層相接觸，並含有粒徑約0.1 nm至約10 nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。在一些實施例中，該至少一電子元件包括至少一引腳，該至少一引腳與該印刷電路板電性相連接，並被覆蓋以該防水塗佈層。該至少一電子元件包括至少一具高電位差的電子元件，而該防水塗佈層並設置於該具高電位差的電子元件上。在一些實施例中，該防水塗佈包括一聚合物，該金屬氧化物奈米粒子係二氧化鈦(TiO2 ) 奈米粒子。
請參見圖1，係顯示一例示性裝置100的示意圖。裝置100包括一印刷電路板組件10、以及塗佈於該印刷電路板組件10上的一奈米薄膜4。印刷電路板組件10包括一印刷電路板1以及裝設於印刷電路板1上的一個或一個以上電子元件2。在一些實施例中，印刷電路板1與電子元件2的邊緣與表面具有複數個製造過程中所形成的孔洞、縫隙與其他結構，使得印刷電路板1與電子元件2呈現粗糙狀。每一電子元件2具有與印刷電路板1電性相連接的複數個引腳21。在一些實施例中，該引腳包括例如金屬的導電材質。
電子元件2為一可裝設於印刷電路板1上的電阻器、電容器、電感器、電晶體、二極管、連接器、揚聲器、麥克風及任何其他元件。印刷電路板組件10可被應用於電池組、耳機、電話或其他任何電子裝置。印刷電路板1係以FR-4等級的複合材料所製造，在一些實施例中，該複合材料係一玻璃強化環氧複合材料。
至少一電子元件2可部分或全部覆蓋以防水塗佈層3(例如聚合物塗佈層)，使該電子元件2可受保護而免於沾濕。在一些實施例中，當至少一電子元件2係選自一具高電位差的電子元件201時，電子元件2需要塗佈以該防水塗佈層3。較佳地，防水塗佈層3係形成於具高電位差的電子元件201之引腳21上。防水塗佈層3包括一合適的材料，該材料可為一聚合物。作為聚合物的例子包括但不限於矽氧烷、丙烯酸、氨基甲酸乙酯、環氧樹脂、氟聚合物、聚烯烴、橡膠(例如氯丁橡膠)、聚乙烯橡膠共聚物，或任何其他合適的聚合物或其組合。
奈米薄膜4包括：含有金屬氧化物奈米粒子的一內塗佈層41與含有二氧化矽奈米粒子而粒徑小於金屬氧化物奈米粒子的一外塗佈層42。包含金屬氧化物奈米粒子的內塗佈層41係設置於印刷電路板組件10的印刷電路板1與電子元件2上或與其相接觸。如圖1所示，在一些實施例中，至少一部分的內塗佈層41係設置於防水塗佈層3上、或與其相接觸。含有二氧化矽奈米粒子的外塗佈層42係設置於內塗佈層41上或與其相接觸。
圖1中所示的內塗佈層41、外塗佈層42與印刷電路板組件10的形狀僅為例示。在一些實施例中，內塗佈層41的邊緣與/或表面具有複數個微小孔洞、縫隙與其他結構。當外塗佈層42形成於內塗佈層41上或其中時，內塗佈層41與外塗佈層42就會發生相互滲透的情形。內塗佈層41與外塗佈層42可能不會形成兩分離層。在一些實施例中，金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子可在同一層中形成奈米薄膜4。二氧化矽奈米粒子將滲透到金屬氧化物奈米粒子間的空隙。包含該金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子的塗佈層係形成於印刷電路板組件10的印刷電路板1與電子元件2上，而內塗佈層41的金屬氧化物奈米粒子亦可滲透到印刷電路板組件10上的孔洞、縫隙與其他結構中。
在一些實施例中，該內塗佈層係由金屬氧化物奈米粒子溶液所製得。金屬氧化物奈米粒子溶液則是由金屬氧化物奈米粒子與一溶劑的混合物。金屬氧化物奈米粒子具有約5 nm至約100 nm範圍內的粒徑，而金屬氧化物奈米粒子溶液的濃度範圍在0.3%至5%之間。該溶劑係選自水、甲醇、乙醇或其組合之其中之一。
在一些實施例中，該外塗佈層係由二氧化矽奈米粒子溶液所製得。二氧化矽奈米粒子溶液則是由二氧化矽奈米粒子與一溶劑的混合物。二氧化矽奈米粒子具有約0.1 nm至10 nm範圍內的粒徑，而二氧化矽奈米粒子溶液的濃度範圍在0.3%至5%之間。該溶劑組成分在一些實施例中包括庚烷、十六烷與甲基氫矽氧烷等或其任何組合。在另一些實施例中，該溶劑包括氨基改質矽氧烷或氨基改質矽烷。此氨基改質矽氧烷或矽烷可選擇性的包含-OH基，或是可與水或水氣反應產生-OH基。
請參見圖2，塗佈方法500包括以下步驟：提供一包含印刷電路板組件的裝置，該印刷電路板組件包括一印刷電路板與至少一電子元件(步驟502)；形成一防水塗佈層於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸(步驟504)；形成一奈米薄膜的內塗佈層於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸(步驟506)；以及形成一奈米薄膜的外塗佈層，其與該內塗佈層相接觸(步驟508)。圖3係更詳細的方法流程圖。圖2中之步驟504可包括圖3之步驟801與802，圖2中之步驟506可包括圖3之步驟804、805與806，圖2中之步驟508可包括圖3之步驟808與809。
請參見圖3，係說明依據本發明一些實施例之印刷電路板組件10之塗佈的例示性製程。印刷電路板組件10係置放於一裝載器上(圖中未示)，以便進行後續的步驟。
於步驟801中，塗抹印刷電路板組件10上至少一電子元件2之部分或全部，以形成防水塗佈層3。防水塗佈層3可包括一聚合物塗佈材料，例如：矽氧烷、丙烯酸、氨基甲酸乙酯、環氧樹脂、氟聚合物、聚烯烴、橡膠(例如氯丁橡膠)、聚乙烯橡膠共聚物、或任何其他適合的聚合物，或其組合。用於形成防水塗佈層3的材料可選擇性的以溶液、黏稠液或膠體的形式塗佈。防水塗佈層3可藉由任何可操作的技術，例如噴塗、塗刷、旋塗或選擇性塗佈的方式形成於電子元件2上。一般情況下，具高電位差的電子元件201的引腳21係被防水塗佈層3所覆蓋，而能夠強化其防水功能。
於步驟802中，防水塗佈層3係經過一固化步驟加以固化。適合的固化步驟實施例包括但不限於烘烤、UV照射、光固化、室溫固化、低溫固化、熱固化或濕氣固化等方法。塗佈與固化方法的選擇可依據電子元件2之材料形式與/或形成防水塗佈層3的材料特性。
於步驟803中，將印刷電路板組件10進行烘烤，該烘烤過程可乾燥印刷電路板組件10並產生或暴露印刷電路板組件10上的複數個孔洞、縫隙與其他結構。在一些實施例中，印刷電路板組件10係置於一烘烤設備中(圖中未示)，以約50°C至約150°C的範圍內烘烤10至30分鐘。
於步驟804中，印刷電路板組件10被浸置於一自動沉浸設備(圖中未示)，以塗佈含有金屬氧化物奈米粒子做為第一溶質的第一溶液於該印刷電路板組件上。在一些實施例中，印刷電路板組件10被沉浸在第一溶液中約5至10秒。在另一些實施例中，印刷電路板組件10可以噴塗、刷塗或其他可行的方法取代浸塗方式。在一些實施例中，該金屬氧化物奈米粒子溶液包括一金屬氧化物(例如TiO2 )與一第一溶劑的混合物。該金屬氧化物奈米粒子具有約5 nm至約100 nm範圍內的粒徑。在一些實施例中，該第一溶液的濃度範圍在0.3%至5%之間。
於步驟805中，其上分佈有第一溶液的印刷電路板組件10係經由烘烤，藉由揮發或熱解第一溶液中的第一溶劑，而於印刷電路板組件10上留下該金屬氧化物奈米粒子作為內塗佈層41。較佳地，塗佈有第一溶液的印刷電路板組件10係置於一烘烤設備中(圖中未示)，以約50°C至約150°C的範圍內烘烤約5至30分鐘。在一些實施例中，第一溶劑係水、甲醇、乙醇(或其任意組合)之其中之一，其可幫助該金屬氧化物奈米粒子均勻的分佈於印刷電路板組件10上。之後，將具有內塗佈層41之印刷電路板組件10由裝載器上卸下。
於步驟806中，具有內塗佈層41之印刷電路板組件10藉由老化處理強化該金屬氧化物奈米粒子與該印刷電路板組件10間的結合力。在一些實施例中，具有內塗佈層41之印刷電路板組件10係於約25°C至約100°C的範圍內進行2至72小時的老化處理。熟悉技藝人士所使用其他用以強化金屬氧化物奈米粒子與該印刷電路板組件10間結合力的方法亦可被利用。經老化處理後，將具有內塗佈層41之印刷電路板組件10置放於一裝載器上(圖中未示)。
於步驟807中，具有內塗佈層41之印刷電路板組件10可進一步選擇性地進行烘烤，該烘烤過程可乾燥印刷電路板組件10並產生或暴露內塗佈層41上複數個孔洞、縫隙與其他結構。在一些實施例中，具有內塗佈層41之印刷電路板組件10係係置於一烘烤設備中(圖中未示)，以約50°C至約150°C的範圍內烘烤10至30分鐘。在一些實施例中，金屬氧化物奈米粒子與印刷電路板組件10間的結合力強化後，與將具有內塗佈層41之印刷電路板組件10進行烘烤前，可進一步加入檢查具有內塗佈層的印刷電路板組件10的表面，以及清潔該具有內塗佈層41的印刷電路板組件10 的步驟。
於步驟808中，具有內塗佈層41之印刷電路板組件10被浸置於一自動沉浸設備(圖中未示)，以塗佈含有二氧化矽奈米粒子做為第二溶質的第二溶液於該內塗佈層41上。在一些實施例中，印刷電路板組件10被沉浸在第二溶液中約5至10秒。在另一些實施例中，印刷電路板組件10可以噴塗、刷塗或其他可行的方法取代浸塗方式。在一些實施例中，該二氧化矽奈米粒子溶液包括一二氧化矽奈米粒子與一第二溶劑的混合物。該二氧化矽奈米粒子溶液具有0.3%至5%濃度而粒徑約0.1 nm至約10 nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。第二溶液中之第二溶劑組成分在一些實施例中包括庚烷、十六烷與甲基氫矽氧烷等或其任何組合。在另一些實施例中，該第二溶劑包括氨基改質矽氧烷或氨基改質矽烷。此氨基改質矽氧烷或矽烷可幫助該二氧化矽奈米粒子均勻的分佈於內塗佈層41上。
於步驟809中，其上分佈有第二溶液的印刷電路板組件10係經由烘烤，而於內塗佈層41上或與其相接觸而形成該二氧化矽奈米粒子作為外塗佈層42。在一些實施例中，具有第二溶液的印刷電路板組件10係置於一烘烤設備中(圖中未示)，以約50°C至約150°C的範圍內烘烤10至30分鐘。之後，將具有防水塗佈層3與奈米薄膜4之印刷電路板組件10由裝載器上卸下。然後檢查印刷電路板組件10的外觀與功能。
於本發明中，所有溫度值係以攝氏溫度(°C)表示，組成分的百分比係指重量百分比(wt%)，即使在相近範圍下的體積百分比亦是可被接受的。奈米粒子的大小係基於粒子大小分佈所得之粒徑平均值。
在一些實施例中，所使用的二氧化矽粒子是非晶型與疏水性。二氧化矽粒子(例如熱解的二氧化矽)係從供應商取得，並未進行任何化學改質。該些粒子於塗佈的表面提供所需的疏水性。在一些其他實施例中，可選擇性的對二氧化矽粒子進行化學改質。
所使用之二氧化矽粒子表面可含有許多羥基(-OH)。這些羥基可與受質以及/或金屬氧化物粒子表面的羥基產生反應，而促進共價鍵的形成以改善塗佈層的黏附性。金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子各自具有-OH基，以促進內塗佈層與外塗佈層間的鍵結。金屬氧化物奈米粒子與二氧化矽奈米粒子也可在內塗佈層與外塗佈層的交界面上彼此鍵結或融合在一起。在一些實施例中，二氧化矽奈米粒子包括架接在其表面的甲基氫矽氧烷。過多的-Si-H化學基可能與水氣或水反應而轉變為-Si-OH，而此將與金屬氧化物粒子上的-Ti-OH反應產生-Si-O-Ti鍵的界面。-Si-OH與-Ti-OH化學基有可能使個別內塗佈層或外塗佈層中的奈米粒子融合或鍵結在一起。在一些其他實施例中，二氧化矽奈米粒子包括氨基改質矽氧烷或氨基改質矽烷，此氨基改質矽氧烷或矽烷可選擇性的包括-OH基，或是可與水或水氣反應產生OH基。相類似的，化學基-Si-OH分別可與-Si-OH或-Ti-OH反應產生-Si-O-Si-或-Si-O-Ti-鍵結。
在一些實施例中，在含有奈米粒子的溶液或懸浮液中，可選擇性的使用表面活性劑或分散劑。
在一些實施例中，奈米薄膜的總塗佈厚度可以為奈米至幾微米，例如高達1微米或小於200奈米。例如，奈米薄膜4的塗層厚度可以介於約5 nm至約100 nm，約10 nm至約20 nm，或任何其他合適的範圍。在一些實施例中，防水塗佈層3可以具有奈米至幾微米的厚度，例如高達1微米或小於200奈米 (例如約5 nm至約100 nm)。 實施例
於防水聚合物塗佈層形成之後，利用以下兩種溶液(或混合物或懸浮液)形成奈米薄膜之塗佈層。例如：聚合物塗佈層可藉由UV固化一可交聯組成物 (例如Seal-glo 602 MCF)或塗佈一矽氧烷材料 (例如silicone 380B)而形成。
在以下所列之具體實施例中，第一溶液包括二氧化鈦(TiO2 ) 奈米粒子，而第二溶液則包括二氧化矽(SiO2 )奈米粒子。第一溶液中的二氧化鈦奈米粒子係分散於純水中，其含量介於約0.8wt%至約1.5 wt %之間。第一溶液的密度為1.01 g/cm3 。第二溶液中的二氧化矽奈米粒子係分散於庚烷、十六烷與甲基氫矽氧烷(約0.1至5 wt%)中，其含量介於約0.3wt%至約5%之間。第二溶液的密度為0.774 g/cm3 。例如，在一例示性製程實施例中，印刷電路板組件首先塗佈以聚合物塗佈層，然後於50°C至150°C下烘烤10至30分鐘。再將印刷電路板組件於約40°C至60°C下以純水清潔10至30分鐘。清潔後的印刷電路板組件沉浸於第一溶液(二氧化鈦奈米粒子溶液)中約5至10秒，接著於50°C至150°C下烘烤5至30分鐘，再於25°C至100°C下烘烤7至12小時。於50°C至150°C下預熱10至30分鐘後，將印刷電路板組件沉浸於第二溶液(二氧化矽奈米粒子溶液)中約5至10秒，然後將印刷電路板組件於50°C至100°C下烘烤10至30分鐘。
粒徑分布的測量結果如圖4A至4C與圖5所示。圖4A至4C係顯示三種以動態光散射(DLS)測量二氧化鈦(TiO2 )奈米粒子其粒徑分布之結果圖。圖5則顯示二氧化矽(SiO2 )奈米粒子其粒徑分布之穿透式電子顯微鏡(TEM)影像圖。
三種以動態光散射(DLS)測量二氧化鈦奈米粒子其粒徑分布之結果係分別顯示於圖4A至4C。二氧化鈦奈米粒子其粒徑(直徑)分布最多者係介於約32至36 nm，其次的波峰介於約110至220 nm，第三多的波峰介於約2.6至3.3 nm的範圍內。請參見圖5，二氧化矽奈米粒子其粒徑(直徑)分布介於約1至2.5 nm的範圍內 (平均大小：1.7 nm±0.4nm)。
於裝置上所塗佈的奈米薄膜厚度，可由數奈米至幾微米，例如從 10 nm至1 mm。奈米薄膜可由二氧化鈦奈米粒子與二氧化矽奈米粒子所組成。二氧化矽奈米粒子的直徑係小於二氧化鈦奈米粒子的直徑。奈米薄膜包含較大的二氧化鈦奈米粒子與較小的二氧化矽奈米粒子可表現出層次結構與表面的高粗糙度，產生具有超疏水性的特性。裝置表面上奈米薄膜的水接觸角θ係在90° ＜ θ ＜ 150°的範圍內。在一些實施例中，奈米薄膜可使裝置表面有較小的摩擦力或其他功能。水滴與塗佈有奈米薄膜之玻璃基板之間的接觸角為128±2°。一般來說，θ≥ 90°，或θ≥ 110°，或θ ≥ 130°，或 150° ≥θ ≥ 110°或 150° ≥θ≥ 90°。
第一溶液與第二溶液的製備以及許多內塗佈層與外塗佈層的態樣描述於申請中的美國專利申請號第15/342,722號(2016年11月3日申請)與美國專利申請號第15/612,182號(2017年6月2日申請)中，該些專利申請案的全部內容均援用於本案中。
以下，本發明一些實施例中關於具有奈米薄膜的印刷電路板組件的性能，將以對照組說明並測試其結果。
防水測試(一)
準備四個LED模組用以測試。每一LED模組係一印刷電路板組件。其中二個不具奈米薄膜或防水塗佈層之LED模組做為控制組，另二個LED模組則塗佈以一防水塗佈層3與一奈米薄膜4。每一LED模組皆置入水中，然後啟動。記錄每一LED模組之工作時間直至停止作用。測試結果如表1所示，由其可確認奈米薄膜與防水塗佈層能有效提供防水功能以保護LED模組。
請參見表1，不具奈米薄膜或防水塗佈層之原始LED模組，其於水下之平均工作時間為2分鐘。然而，具有奈米薄膜或防水塗佈層之LED模組，其於水下之平均工作時間則為29小時45分鐘。因此，具有奈米薄膜或防水塗佈層之LED模組能有效達到防水功能，且顯著延長防水時間。 表1
防水測試(二)
準備10個耳機用以測試防水功能。每一耳機具有一印刷電路板組件與一揚聲器。其中5個印刷電路板組件塗佈以一防水塗佈層3與一奈米薄膜4，其餘印刷電路板組件則無防水塗佈層與奈米薄膜。將耳機之印刷電路板組件置入水中，然後利用藍芽功能連接該印刷電路板組件與一行動電話以操作其撥放功能，但該揚聲器並未置入水中。記錄每一耳機的播放時間直到耳機停止作用。假如耳機停止作用，則進行檢查，以確認是否為該耳機之印刷電路板組件發生故障。若該故障原因來自於藍芽問題，則將印刷電路板組件再一次連接至行動電話以繼續測試。如表2所示，當耳機其印刷電路板組件無防水塗佈層與奈米薄膜時(例如控制組)，其於水下之平均工作時間為58.4分鐘。相反的，當耳機其印刷電路板組件塗佈有防水塗佈層3與奈米薄膜4時，其於水下之平均工作時間則為1891分鐘。因此，防水塗佈層3與奈米薄膜4能有效提供防水功能以保護印刷電路板組件。 表2
所屬技術領域具有通常知識者，皆可將塗佈一防水塗佈層與一奈米薄膜的方法應用於其他裝置，而可能有其他優點，例如一能與印刷電路板組件連接或不連接的電纜。當該電纜與印刷電路板組件連接時，電纜與印刷電路板組件將同時進行塗佈。經塗佈過程後，電纜具有優良的防水效用以及較小的摩擦力。於塗佈不同的裝置時，烘烤與老化處理的溫度與次數可能不同，步驟的許多細節也可能不同。於本發明中，溫度係指攝氏溫度。以上描述，為了說明目的，已經藉由特定具體實施例對照加以描述。 然而，上述的說明性討論並不是全面的，或是將本發明限制至所揭露的精確形式。基於前述的教示，許多修改和變化是可能的。選擇並描述具體實施例是為了最佳地解釋本發明的原理及其實際應用，從而使得所屬領域其他技術人員能夠最佳地利用本發明以及各種實施例的各種修改，而適合於預期的特定用途。
100‧‧‧裝置
10‧‧‧印刷電路板組件
1‧‧‧印刷電路板
2、201‧‧‧電子元件
21‧‧‧引腳
3‧‧‧防水塗佈層
4‧‧‧奈米薄膜
41‧‧‧內塗佈層
42‧‧‧外塗佈層
500‧‧‧塗佈方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
801‧‧‧步驟
802‧‧‧步驟
803‧‧‧步驟
804‧‧‧步驟
805‧‧‧步驟
806‧‧‧步驟
807‧‧‧步驟
808‧‧‧步驟
809‧‧‧步驟
本發明可藉由所附圖式配合以下詳細說明而被清楚理解。須注意的是，依業界標準方式，許多特徵並未按比例繪製。事實上，為了清楚討論，各種特徵可任意放大或縮小。相同的元件符號，於整個說明書或圖式中代表相同的特徵。 圖1係依據本發明一些實施例之例示性塗佈有奈米薄膜之印刷電路板組件之示意圖。 圖2 係依據本發明一些實施例之製造一裝置之例示性方法的流程圖。 圖3係依據本發明一些實施例之塗佈印刷電路板組件或包含有印刷電路板組件之裝置的例示性製程的流程圖。 圖4A至4C係顯示依據本發明一些實施例以動態光散射(DLS)測量二氧化鈦(TiO2 )奈米粒子的粒徑分布之結果圖。 圖5係依據本發明一些實施例的二氧化矽(SiO2 )奈米粒子的粒徑分布之穿透式電子顯微鏡(TEM)影像圖。

Claims (26)

  1. 一種裝置，包括：一印刷電路板組件，該印刷電路板組件包括：一印刷電路板；及至少一電子元件，設置於該印刷電路板上；一防水塗佈層，設置於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸；以及一奈米薄膜，設置於該印刷電路板組件上，該奈米薄膜包括：一內塗佈層，設置於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸，該內塗佈層並包括有粒徑約5nm至約100nm範圍內的金屬氧化物奈米粒子；一外塗佈層，與該內塗佈層相接觸，該外塗佈層並包括有粒徑0.1nm至10nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該至少一電子元件包括選自電阻器、電容器、電感器、電晶體、二極管、連接器、揚聲器、麥克風、或其任何組合之元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該至少一電子元件包括至少一引腳，該至少一引腳與該印刷電路板電性相連接，並被覆蓋以該防水塗佈層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該至少一電子元件包括至少一具高電位差的電子元件，而該防水塗佈層係設置於該具高電位差的電子元件上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該防水塗佈層包括一選自由矽氧烷、丙烯酸、氨基甲酸乙酯、環氧樹脂、氟聚合物、聚烯烴、橡膠、及其任何組合所組成群組之聚合物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該金屬氧化物奈米粒子係選自Al、Ga、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au與Hg其中一種或多種金屬的氧化物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該金屬氧化物奈米粒子係二氧化鈦(TiO2)奈米粒子。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該內塗佈層與該外塗佈層相互滲透。
  9. 一種印刷電路板組件，包括：一印刷電路板；至少一電子元件，設置於該印刷電路板上；一防水塗佈層，設置於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸；以及一奈米薄膜，該奈米薄膜包括：一內塗佈層，設置於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸，該內塗佈層並包括有粒徑約5nm至約100nm範圍內的金屬氧化物奈米粒子；及一外塗佈層，與該內塗佈層相接觸，該外塗佈層並包括有粒徑0.1nm至10nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之印刷電路板組件，其中，該至少一電子元件包括至少一引腳，該至少一引腳與該印刷電路板電性相連接，並被覆蓋以該防水塗佈層。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之印刷電路板組件，其中，該至少一電子元件包括至少一具高電位差的電子元件，而該防水塗佈層並設置於該具高電位差的電子元件上。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之印刷電路板組件，其中，該防水塗佈層包括一聚合物，而該金屬氧化物奈米粒子係二氧化鈦(TiO2)奈米粒子。
  13. 一種方法，包括：提供一包含一印刷電路板組件的裝置，該印刷電路板組件包括：一印刷電路板；及至少一電子元件，設置於該印刷電路板上；形成一防水塗佈層於該至少一電子元件之至少一部分上或與該至少一電子元件之至少一部分相接觸；形成一奈米薄膜的一內塗佈層於該印刷電路板上或與該防水塗佈層相接觸；以及形成一奈米薄膜的一外塗佈層，使其與該內塗佈層相接觸，其中該內塗佈層包括有粒徑約5nm至約100nm範圍內的金屬氧化物奈米粒子，且該外塗佈層包括有粒徑0.1nm至10nm範圍內的二氧化矽奈米粒子。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該形成一防水塗佈層的步驟包括：塗佈一聚合物材料於該裝置上該至少一電子元件之至少一部分上；以及固化該裝置上的該聚合物材料。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中，該聚合物材料係選自由矽氧烷、丙烯酸、氨基甲酸乙酯、環氧樹脂、氟聚合物、聚烯烴、橡膠、及其任何組合所組成的群組。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中，該聚合物材料係以選自溶液、黏稠液或膠體的形式，而以塗刷、旋塗或選擇性塗佈的方式塗佈。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中，該聚合物材料係以選自烘烤、UV照射、室溫固化或濕氣固化的方法進行固化。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包括：將形成該防水塗佈層後的該裝置於約50℃至約150℃的範圍內烘烤約10至約30分鐘。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該形成一奈米薄膜的一內塗佈層的步驟包括：塗佈一第一溶液於該裝置上，該第一溶液包括該金屬氧化物奈米粒子與一第一溶劑；以揮發或熱解至少其中一種技術將該第一溶劑移除，以於該裝置上形成具有該金屬氧化物奈米粒子的該內塗佈層；以及以老化處理方式強化該金屬氧化物奈米粒子與該裝置間的結合力。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中，該第一溶液包括約0.3wt%至5wt%的該金屬氧化物奈米粒子，而該第一溶劑係水、甲醇、乙醇、或其組合之其中之一。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中，該第一溶劑係藉由將該裝置於約50℃至約150℃的範圍內加熱約5至約30分鐘而加以移除。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中，該老化處理係於約25℃至約100℃的範圍內進行2至72小時。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包括：將形成該內塗佈層後的該裝置於約50℃至約150℃的範圍內烘烤約10至約30分鐘。
  24. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該形成一奈米薄膜的一外塗佈層的步驟包括：塗佈一第二溶液於該裝置上，該第二溶液包括該二氧化矽奈米粒子與一第二溶劑；以及以揮發或熱解至少其中一種技術將該第二溶劑移除，以於該裝置上形成該外塗佈層。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中，該第二溶液包括約0.3wt%至5wt%的二氧化矽奈米粒子，而該第二溶劑包括甲基氫矽氧烷(methyl hydrogen siloxane)或氨基改質矽氧烷(amino modified siloxane)。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中，該第二溶劑係藉由將該裝置於約50℃至約150℃的範圍內加熱約10至約30分鐘而加以移除。
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