(57)【要約】本発明は、有機溶媒中に溶解させた熱可塑性フルオロポリマー樹脂およびアクリル樹脂を含むポリマー厚膜封止材組成物に関する。堆積された封止材組成物は、すべての溶媒を除去して封止材を形成するのに十分な時間およびエネルギーで処理される。本発明はさらに、ＰＴＣヒーター回路中、特にミラーヒーターおよびシートヒーター用途のＰＴＣヒーター回路中に封止材を形成するための封止材組成物の使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の有機溶媒中に溶解させた３０〜６０重量％の熱可塑性フルオロポリマー樹脂を含む第１の有機媒体であって、前記重量パーセントは前記第１の有機媒体の全重量を基準としている、第１の有機媒体と；
（ｂ）第２の有機溶媒中に溶解させた１０〜５０重量％のアクリル樹脂を含む第２の有機媒体であって、前記重量パーセントは前記第２の有機媒体の全重量を基準としている、第２の有機媒体と、
を含むポリマー厚膜封止材組成物。
【請求項２】
前記熱可塑性フルオロポリマー樹脂が、ポリフッ化ビニリデンホモポリマーまたはポリフッ化ビニリデン系コポリマーであり、前記アクリル樹脂がメタクリル酸メチルコポリマーである、請求項１に記載のポリマー厚膜封止材組成物。
【請求項３】
前記熱可塑性フルオロポリマー樹脂がポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンコポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜封止材組成物。
【請求項４】
ヒュームドシリカをさらに含む、請求項１に記載のポリマー厚膜封止材組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の封止材組成物から形成された封止材を含む、正温度係数加熱回路。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の封止材組成物から形成された封止材を含む正温度係数加熱回路を有する、ヒーター。
【請求項７】
ミラーヒーターまたはシートヒーターの形態である、請求項６に記載のヒーター。
【請求項８】
前記正温度係数加熱回路が：
（ｉ）約１２５ｃｃ／１００ｇカーボンブラック以下のＤＢＰ吸収量を有する１５〜３０重量％のカーボンブラックと；
（ｉｉ）１０〜４０重量％の塩素化無水マレイン酸グラフトポリプロピレン樹脂と；
（ｉｉｉ）前記樹脂を可溶化することができる有機媒体と
を含む正温度係数組成物を含み、前記組成物を加熱して前記有機媒体が除去され、それによって正温度係数炭素抵抗器が形成されており、前記封止材によって前記正温度係数炭素抵抗器が封止されている、請求項７に記載のヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー厚膜封止材組成物に関する。本発明の組成物から製造された封止材は、電気素子を保護するため、特に自己調整ヒーター回路中に使用するための正温度係数炭素抵抗器を封止するための種々の電子用途に使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
封止材は、電気素子の保護のために長い間使用されている。正温度係数（ＰＴＣ）回路は、典型的には自己温度調節回路として、たとえば自動車ミラーヒーターおよびシートヒーターにおいて使用される。これらは外部サーモスタットの代わりに使用される。これらはこれらの種類の用途に長年使用されているが、ＰＴＣ回路の性能は、典型的には抵抗シフト安定性、電源オン／オフサイクルの不一致、およびそれらの環境に対する感受性の結果として生じる性能上の問題を有する。これらすべての問題は、機能性ＰＴＣ回路に対して悪影響を与える場合がある。本発明の目的の１つは、これらの問題を軽減し、より効率的で信頼性の高いＰＴＣ回路を高い安定性で製造することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は：
（ａ）第１の有機溶媒中に溶解させた３０〜６０重量％の熱可塑性フルオロポリマー樹脂を含む第１の有機媒体であって、重量パーセントは第１の有機媒体の全重量を基準としている、第１の有機媒体と；
（ｂ）第２の有機溶媒中に溶解させた１０〜５０重量％のアクリル樹脂を含む第２の有機媒体であって、重量パーセントは第２の有機媒体の全重量を基準としている、第２の有機媒体と、
を含むポリマー厚膜封止材組成物に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある実施形態においては、熱可塑性フルオロポリマー樹脂は、ポリフッ化ビニリデンホモポリマーまたはポリフッ化ビニリデン系コポリマーである。このような実施形態の１つでは、熱可塑性フルオロポリマー樹脂は、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンコポリマーである。ある実施形態のアクリル樹脂はメタクリル酸メチルコポリマーである。
【０００５】
本発明は、さらに、ＰＴＣヒーター電気回路中、特に、ミラーヒーターおよびシートヒーター用途のＰＴＣ回路中に封止材を形成するための封止材の使用に関する。本発明は、そのような封止材を含むヒーターを提供する。本発明の封止材がＰＴＣ回路の安定性を改善することが見いだされた。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、電気回路中、特にＰＴＣ加熱回路中に封止材を形成するために使用されるポリマー厚膜封止材組成物に関する。封止材層を能動ＰＴＣ炭素抵抗器上に印刷して乾燥させることで、ＰＴＣ抵抗器の封止および保護が行われる。
【０００７】
ポリマー厚膜（ＰＴＦ）封止材組成物は、それぞれがポリマー樹脂および溶媒を含む２つの有機媒体で構成される。さらに、組成物を改善するために、粉末および印刷助剤を加えることができる。
【０００８】
有機媒体
第１の有機媒体は、第１の有機溶媒中に溶解させた熱可塑性フルオロポリマー樹脂で構成される。フルオロポリマー樹脂は、電気素子、たとえばＰＴＣ炭素層と下にある基板との両方に対して良好な接着性が得られる必要がある。電気素子の性能に適合し、その性能に悪影響を与えないものでなくてはならない。一実施形態においては、熱可塑性フルオロポリマー樹脂は第１の媒体の全重量の３０〜６０重量％である。別の一実施形態においては、熱可塑性フルオロポリマー樹脂は第１の媒体の全重量の３５〜５５重量％であり、さらに別の一実施形態においては、熱可塑性フルオロポリマー樹脂は第１の媒体の全重量の４７〜５３重量％である。ある実施形態においては、熱可塑性フルオロポリマー樹脂は、ポリフッ化ビニリデンホモポリマーまたはポリフッ化ビニリデン系コポリマーである。このようなポリフッ化ビニリデン系コポリマーの１つは、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンコポリマーである。
【０００９】
第２の有機媒体は、第２の有機溶媒中に溶解させたアクリル樹脂で構成される。一実施形態においては、アクリル樹脂は第２の媒体の全重量の１０〜５０重量％である。別の一実施形態においては、アクリル樹脂は第２の媒体の全重量の２０〜４０重量％であり、さらに別の一実施形態においてはアクリル樹脂は第２の媒体の全重量の２５〜３５重量％である。一実施形態においては、アクリル樹脂はメタクリル酸メチルコポリマーである。
【００１０】
ポリマー樹脂は、典型的には機械的混合によって有機溶媒に加えられて、媒体が形成される。ポリマー厚膜組成物中に使用すると好適な溶媒は、当業者に認識されており、アセテート類およびテルペン類、たとえば、カルビトールアセテートおよびα−またはβ−テルピネオール、あるいはそれらと、他の溶媒、たとえばケロシン、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコール、ならびに高沸点アルコールおよびアルコールエステルとの混合物が挙げられる。さらに、基板上に塗布した後の迅速な効果を促進するために揮発性液体を含んでもよい。本発明の多くの実施形態においては、グリコールエーテル類、ケトン類、エステル類、および類似の沸点（１８０℃〜２５０℃の範囲内）の他の溶媒などの溶媒、ならびにそれらの混合物を使用することができる。これらおよびその他の溶媒の種々の組み合わせを配合して、所望の粘度および揮発性の要求が得られる。使用される溶媒は、樹脂を可溶化する必要がある。第１の溶媒および第２の溶媒は、異なっても同じでもよい。
【００１１】
典型的には。第１の媒体は、ＰＴＦ封止材組成物の全重量の７０〜９７重量％であり、第２の媒体は、ＰＴＦ封止材組成物の全重量の３〜３０重量％である。一実施形態においては、第１の媒体は、ＰＴＦ封止材組成物の全重量の８０〜９６重量％であり、第２の媒体は、ＰＴＦ封止材組成物の全重量の４〜２０重量％である。
【００１２】
粉末
接着性を改善し、レオロジーを変化させ、低剪断粘度を増加させ、それによって印刷性を改善するために、種々の粉末をＰＴＦ封止材組成物に加えてもよい。このような粉末の１つはヒュームドシリカである。
【００１３】
ＰＴＦ封止材組成物の塗布
ＰＴＦ封止材組成物は、「ペースト」とも呼ばれ、典型的には、気体および水分が不浸透性であるポリエステルなどの基板上に堆積される。基板は、プラスチックシートと、場合によりその上に堆積された金属層または誘電体層との組み合わせでできた複合材料のシートであってもよい。
【００１４】
ＰＴＦ封止材組成物の堆積は、典型的にはスクリーン印刷によって行われるが、ステンシル印刷、シリンジ塗布、またはコーティング技術などの他の堆積技術を使用することもできる。スクリーン印刷の場合、スクリーンのメッシュサイズによって、堆積される厚膜の厚さが制御される。
【００１５】
一般に、厚膜組成物は、組成物に適切な電気的機能特性を付与する機能相を含む。機能相は、機能相の担体として機能する有機媒体中に分散した電気的機能性粉末を含む。一般に、組成物を焼成することで、有機媒体のポリマーおよび溶媒の両方が焼失し、電気的機能特性が付与される。しかし、ポリマー厚膜の場合、有機媒体のポリマー部分は、乾燥後に組成物の一体部分として残存する。焼成前、処理条件は、厚膜技術の当業者に周知の乾燥、硬化、リフローなどの任意選択的な熱処理を含んでもよい。
【００１６】
ＰＴＦ封止材組成物は、すべての溶媒を除去するために必要な時間および温度で処理される。たとえば、堆積された厚膜は、１４０℃の熱に典型的には１０〜１５分間曝露することによって乾燥される。
【００１７】
ＰＴＣ加熱回路
ＰＴＦ封止材組成物は、ＰＴＣ加熱回路中のＰＴＣ抵抗器の封止材として使用される。一実施形態においては、このＰＴＣ抵抗器はＰＴＣカーボンブラックで構成される。このようなカーボンブラック抵抗器の１つが、Ｄｏｒｆｍａｎの米国特許第５，７１４，０９６号明細書に開示されている。このＰＴＣカーボンブラック抵抗器は：
（ｉ）約１２５ｃｃ／１００ｇカーボンブラック以下のＤＢＰ吸収量を有する１５〜３０重量％のカーボンブラックと；
（ｉｉ）１０〜４０重量％の塩素化無水マレイン酸グラフトポリプロピレン樹脂と；
（ｉｉｉ）樹脂を可溶化することができる有機媒体とを含む正温度係数組成物をスクリーン印刷することによって形成され、この組成物を加熱して有機媒体を除去することによって正温度係数炭素抵抗器が形成される。
【００１８】
次に、正温度係数炭素抵抗器が封止されるように、ＰＴＦ封止材組成物がＰＴＣ炭素抵抗器上にスクリーン印刷され、乾燥されて、封止材が形成される。Ｄｏｒｆｍａｎの米国特許第５，７１４，０９６号明細書において指摘されているように、低構造（ｌｏｗ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）カーボンブラックが好ましい。低構造を定量化するために使用される一般的な試験の１つは、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）油の吸収量であり、１００グラムのカーボンブラック当たりに吸収される油のｃｃ数で測定される。
【実施例】
【００１９】
実施例１
ＰＴＦ封止材組成物を以下の方法で調製した。第１の有機媒体の媒体Ａは、５０．０重量％のＫＹＮＡＲ（登録商標）９３０１（Ａｒｋｅｍａ  Ｉｎｃ．，Ｐｈｉｌａ．，Ｐａ．より入手）ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンコポリマー樹脂を５０．０重量％のカルビトールアセテート（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，Ｔｅｎｎ．より入手）有機溶媒と混合することによって調製した。樹脂の分子量は約２０，０００であった。この混合物を９０℃で１〜２時間加熱して、すべての樹脂を溶解させた。第２の有機媒体の媒体Ｂは、メタクリル酸メチル樹脂である３０．０％のＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２００８アクリル樹脂（ＩＣＩ  Ａｃｒｙｌｉｃｓ，Ｉｎｃ．，現在はＬｕｃｉｔｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．より入手）を、カルビトールアセテートとβ−テルピネオール有機溶媒との５０／５０混合物に加えることによって製造した。この混合物を９０℃で１〜２時間加熱撹拌して、すべての樹脂を溶解させた。これら２つの媒体を以下に示す重量％比で混合した。以下に示す重量％でヒュームドシリカ（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｍａｓｓ．より入手）、シリコーン印刷助剤、およびさらなるカルビトールアセテート溶媒も加えた。
【００２０】
組成物の重量％を基準とした組成は以下の通りであった。
【００２１】
【表１】
2013531078.tif 000002
【００２２】
この組成物を遊星型ミキサー上で３０分間混合した。次に組成物を３本ロールミルに移し、そこで１５０ｐｓｉで１パスを行って、ＰＴＦ封止材組成物を製造した。
【００２３】
次に以下のようにしてＰＴＣ回路を製造した。ＤｕＰｏｎｔ銀ペースト５０６４（本件特許出願人）を使用し２８０メッシュステンレス鋼スクリーンを使用して、一連のインターデジタル構造の銀線パターンを印刷した。パターン化された線を、強制空気ボックスオーブン中１４０℃で１５分間乾燥させた。次に、ＤｕＰｏｎｔ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ７２８２  ＰＴＣ炭素（本件特許出願人）を用いて標準的なＰＴＣ回路パターンを重ね刷りして、インターデジタル構造の５０６４銀端子を有する幅広の形状の抵抗器を形成した。これを、２８０メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて印刷した。ＰＴＣ炭素を強制空気ボックスオーブン中１４０℃で１５分間乾燥させた。最後に、前述と同じスクリーンを使用してＰＴＣパターン上に封止材組成物をスクリーン印刷し、１４０℃で１５分間乾燥させた。回路を９０℃で２４時間維持した後のＰＴＣ回路の抵抗シフトを測定し、結果を表１に示している。パワーサイクリングのシフトも測定した。パワーサイクリングは、１２ボルトを１５分間印加することによって行い、次に電力を４５分間除去した。これを１時間ごとに繰り返し、パワーオンサイクル中の平衡温度を測定した。結果を表１に示す。
【００２４】
比較例１
厳密に実施例１に記載されるようにＰＴＣ回路を製造した。封止材組成物を使用しなかったことが唯一の違いである。このＰＴＣ回路の性質を表Ｉにまとめている。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
封止材によって得られる性能の改善は、表Ｉに示される結果から明らかである。封止材なしで観察された抵抗シフトは、封止材を有する場合の４倍を超えている。パワーサイクリングを行った場合、封止材なしの場合の平衡温度は、サイクルごとに上昇し続けたが、封止されたヒーター回路は良好な温度安定性を示している。さらに、７０℃における抵抗の室温における抵抗に対する比によって測定されるＰＴＣ効果の大きさは、実施例１のＰＴＣ回路において、比較例１のＰＴＣ回路よりも約２０％高く、このことは封止材を使用した場合に見られる改善をさらに裏付けている。
【国際調査報告】
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