(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）１０〜３５ｗｔ％の第１の有機媒体であって、前記第１の有機媒体は、５０〜９０ｗｔ％の第１の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％のウレタン樹脂を含み、前記ウレタン樹脂および前記第１の有機溶剤の重量パーセントが前記第１の有機媒体の全重量に基づいている、第１の有機媒体と、
（ｂ）１０〜３５ｗｔ％の第２の有機媒体であって、前記第２の有機媒体は、５０〜９０ｗｔ％の第２の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含み、前記熱可塑性フェノキシ樹脂および前記第２の有機溶剤の重量パーセントが前記第２の有機媒体の全重量に基づいている、第２の有機媒体と、
（ｃ）２〜２０ｗｔ％のジアセトンアルコールと、
（ｄ）１〜７０ｗｔ％の熱伝導性粉末と
を含む、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物であって、
前記第１の有機媒体、前記第２の有機媒体、前記ジアセトンアルコールおよび前記熱伝導性粉末の重量パーセントが前記組成物の全重量に基づいている、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
【請求項２】
前記ウレタン樹脂がウレタンエラストマーまたはポリエステル系コポリマーであり、前記熱伝導性粉末が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
【請求項３】
（ａ）１５〜３５ｗｔ％の第１の有機媒体であって、前記第１の有機媒体は、７５〜８５ｗｔ％の第１の有機溶剤に溶解された１５〜２５ｗｔ％のウレタン樹脂を含み、前記ウレタン樹脂および前記第１の有機溶剤の重量パーセントが前記第１の有機媒体の全重量に基づいている、第１の有機媒体と、
（ｂ）１５〜３５ｗｔ％の第２の有機媒体であって、前記第２の有機媒体は、６５〜８０ｗｔ％の第２の有機溶剤に溶解された２０〜３５ｗｔ％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含み、前記熱可塑性フェノキシ樹脂および前記第２の有機溶剤の重量パーセントが前記第２の有機媒体の全重量に基づいている、第２の有機媒体と、
（ｃ）３〜１０ｗｔ％のジアセトンアルコールと、
（ｄ）２０〜６０ｗｔ％の熱伝導性粉末と
を含む、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物であって、
前記第１の有機媒体、前記第２の有機媒体、前記ジアセトンアルコールおよび前記熱伝導性粉末の重量パーセントが前記組成物の全重量に基づいている、請求項１に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
【請求項４】
請求項１に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物から形成された熱伝導性熱成形可能誘電体を含む容量性スイッチ回路。
【請求項５】
ポリカーボネート基材をさらに含み、前記ウレタン樹脂がウレタンエラストマーまたはポリエステル系コポリマーであり、前記熱伝導性粉末が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項４に記載の容量性スイッチ回路。
【請求項６】
熱成形される、請求項４に記載の容量性スイッチ回路。
【請求項７】
熱成形される、請求項５に記載の容量性スイッチ回路。
【請求項８】
続いて射出成形法に供せられている、請求項６に記載の容量性スイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性を有するポリマー厚膜熱成形可能誘電体組成物に関する。この組成物から製造された誘電体を様々な電子用途において使用して電気素子を保護し、そして特に、容量性スイッチに熱伝導性を提供することができる。
【背景技術】
【０００２】
誘電体は長い間、電気素子を保護するために使用されている。また、誘電体は絶縁層としても使用されている。誘電体はこれらのタイプの用途において何年もの間使用されているが、熱成形法の間の熱導体としての誘電体の使用は一般的ではない。これは、高伝導性銀が使用され熱が回路内に蓄積しないようにしなければならない熱成形可能容量性回路において特に重要である。熱は、回路の性能に有害な作用を及ぼし、しばしば望ましくない抵抗シフトをもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的の１つは、この問題を軽減することおよび発生した熱を処理することができる熱成形可能容量性構造物を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、
（ａ）５０〜９０ｗｔ％の第１の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％を含む第１の有機媒体１０〜３５ｗｔ％であって、ウレタン樹脂および第１の有機溶剤の重量パーセントが第１の有機媒体の全重量に基づいている、第１の有機媒体１０〜３５ｗｔ％と、
（ｂ）５０〜９０ｗｔ％の第２の
（ｃ）有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含む第２の有機媒体１０〜３５ｗｔ％であって、熱可塑性フェノキシ樹脂および第２の有機溶剤の重量パーセントが第２の有機媒体の全重量に基づいている、第２の有機媒体１０〜３５ｗｔ％と、
（ｄ）重量パーセントが組成物の全重量に基づいている、２〜２０ｗｔ％のジアセトンアルコールと、
（ｅ）１〜７０ｗｔ％の熱伝導性粉末とを含む、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物に関し、
第１の有機媒体、第２の有機媒体、ジアセトンアルコールおよび熱伝導性粉末の重量パーセントが組成物の全重量に基づいている。
【０００５】
本発明はさらに、熱伝導性熱成形可能誘電体を使用して熱成形可能容量性電気回路に保護および／または絶縁層を形成することに関する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、熱成形電気回路に使用するためのポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物に関する。
【０００７】
ポリマー厚膜熱成形可能容量性回路に一般的に使用される基材は、ポリカーボネート（ＰＣ）である。ＰＣは、容易に熱成形され得るので一般的に好ましい。しかしながら、ＰＣは、それの上に堆積される層に使用される溶剤に非常に影響されやすい。不適当な溶剤は、ＰＣ基材にクラッキングまたはクレージングを生じさせ得るおよび生じさせるであろう。
【０００８】
ポリマー厚膜（ＰＴＦ）熱伝導性熱成形可能誘電体組成物は、（ｉ）同一または異なった有機溶剤に溶解された２つのポリマー樹脂を含む２つの有機媒体、（ｉｉ）ジアセトンアルコール有機溶剤、および（ｉｉｉ）熱伝導性粉末からなる。さらに、粉末および印刷助剤を組成物に添加してもよい。
【０００９】
一実施形態において、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物はまた、ウレタン樹脂、熱可塑性フェノキシ樹脂、ジアセトンアルコールの他、窒化ホウ素、窒化アルミニウムおよびアルミナからなる群から選択される熱伝導性粉末を含むとして記載され得る。
【００１０】
有機媒体
第１の有機媒体は、第１の有機溶剤に溶解されたウレタン樹脂からなる。ウレタン樹脂は、電気素子、例えば、それの上に堆積される銀層と、それが上に堆積される下地基材との両方に対する良い接着性を達成しなければならない。また、ウレタン樹脂は、熱成形のために弾性を提供しなければならない。それは電気素子の性能に適合しなければならず、悪影響を与えてならない。
【００１１】
一実施形態においてウレタン樹脂は第１の有機媒体の全重量の１０〜５０ｗｔ％であり、第１の有機溶剤は５０〜９０ｗｔ％である。別の実施形態においてウレタン樹脂は第１の有機媒体の全重量の２５〜４５ｗｔ％であり、第１の有機溶剤は５５〜７５ｗｔ％である。さらに別の実施形態においてウレタン樹脂は第１の有機媒体の全重量の１５〜２５ｗｔ％であり、第１の有機溶剤は７５〜８５ｗｔ％である。一実施形態においてウレタン樹脂はウレタンエラストマーである。別の実施形態においてウレタン樹脂はポリエステル系コポリマーである。
【００１２】
第２の有機媒体は、第１の有機溶剤と同じであってもよい第２の有機溶剤に溶解されたフェノキシ樹脂から構成される。また、異なった溶剤を使用してもよい。フェノキシ樹脂は、必要とされる場合この誘電体をはんだマスクとして使用するのを助ける高い温度能力を組成物に付加し、そしてまた、透湿性を改良する。すなわち、それは組成物中に湿気が進行するのを妨げるのに役立つ。一実施形態においてフェノキシ樹脂は第２の有機媒体の全重量の１０〜５０ｗｔ％であり、第２の有機溶剤は５０〜９０ｗｔ％である。別の実施形態においてフェノキシ樹脂は第２の有機媒体の全重量の２０〜３５ｗｔ％であり、第２の有機溶剤は６５〜８０ｗｔ％である。
【００１３】
一実施形態において、各々の媒体は、組成物の全重量に基づいて１０〜３５ｗｔ％である。別の実施形態において、各々の媒体は、組成物の全重量に基づいて１５〜３０ｗｔ％である。
【００１４】
２つの別個の有機媒体の調製が好ましいが、同じ溶剤が両方の媒体のために使用される場合、上に記載された２つの有機媒体に相当する単一有機媒体を用いてもよい。
【００１５】
典型的にポリマー樹脂を機械混合によって有機溶剤に添加して媒体を形成する。ポリマー厚膜組成物の有機媒体に使用するために適した溶剤は当業者によって認識され、酢酸塩およびカルビトールアセテートおよびアルファ−またはベータ−テルピネオールなどのテルペンまたはそれらとケロシン、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および高沸点アルコールおよびアルコールエステルなどの他の溶剤との混合物などが含まれる。さらに、基材上に適用後の急速な硬化を促進するための揮発性液体が含有されてもよい。本発明の多くの実施形態において、グリコールエーテル、ケトン、エステルなどの溶剤および同様な沸点（１８０℃〜２５０℃の範囲）のその他の溶剤、ならびにそれらの混合物を用いてもよい。所望の粘度および揮発度要件を得るためにこれらとその他の溶剤との様々な組合せが調合される。使用される溶剤は、樹脂を可溶化しなければならない。
【００１６】
ジアセトンアルコール有機溶剤
また、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物は、有機溶剤ジアセトンアルコールを含有する。この特定の溶剤は、ＰＣと相溶性であることが示されており、基材の測定可能なクレージングを全く生じない。一実施形態においてジアセトンアルコールは組成物の全重量に基づいて２〜２０ｗｔ％である。別の実施形態においてジアセトンアルコールは組成物の全重量に基づいて全重量の３〜１０ｗｔ％であり、さらに別の実施形態においてジアセトンアルコールは組成物の全重量に基づいて４〜６ｗｔ％である。
【００１７】
熱伝導性粉末
熱伝導性粉末はこのような粉末を含有する。一実施形態において、熱伝導性粉末の量は、全組成物の全重量の１〜７０％である。別の実施形態において熱伝導性粉末は全組成物の全重量の２０〜６０ｗｔ％であり、さらに別の実施形態において熱伝導性粉末は全組成物の全重量の４０〜５５ｗｔ％である。あらゆるクラッキング問題を避けるために熱伝導性粉末の粒度を１〜１０ミクロンの範囲に維持することが好ましい。
【００１８】
付加的な粉末
様々な粉末をＰＴＦ防湿バリア層誘電体組成物に添加して接着性を改良し、レオロジーを変え、低剪断粘度を増加させ、それによって印刷適性を改良してもよい。１つのこのような粉末はヒュームドシリカであり、それは耐透湿性をかなり改良することが見出された。
【００１９】
ＰＴＦ熱伝導性熱成形可能誘電体組成物の適用
「ペースト」とも称される、ＰＴＦ熱伝導性熱成形可能誘電体組成物は典型的に、ガスおよび湿気に対してある程度不浸透性である、ポリカーボネートなどの基材上に堆積される。また、基材は、プラスチックシートとその上に堆積される任意選択の金属または誘電体層との組合せから構成される複合材料のシートであり得る。他の構造物において、熱伝導性熱成形可能誘電体は既存の銀／誘電体構造物の上に堆積されてもよい。
【００２０】
ＰＴＦ熱伝導性熱成形可能誘電体組成物の堆積は典型的にスクリーン印刷によって行なわれるが、スクリーン印刷、ステンシル印刷、シリンジ分注またはコーティング技術などの他の堆積技術を利用することができる。スクリーン印刷の場合、スクリーンメッシュの大きさが、堆積された厚膜の厚さを制御する。
【００２１】
一般的に、厚膜組成物は、適切な電気的機能性を組成物に与える機能相を含む。機能相は、機能相のためのキャリアとして作用する有機媒体中に分散された電気的機能性粉末を含む。一般的に、組成物を焼成してポリマーと有機媒体の溶剤との両方を燃焼消失させ、電気的機能性を付与する。しかしながら、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のまま存在する。
【００２２】
ＰＴＦ熱伝導性熱成形可能誘電体組成物は、全ての溶剤を除去するために必要な時間および温度で加工される。例えば、堆積された厚膜は典型的に、１０〜１５分間にわたって１３０℃の熱暴露によって乾燥される。
【００２３】
容量性回路構造物
使用される基礎基材は典型的に、厚さ１０ミルのポリカーボネートである。例えば、米国特許第８，７８５，７９９号明細書に記載されるような、防湿バリア層誘電体を上に記載された条件の通りに印刷し、乾燥させた。いくつかの層を印刷して乾燥させることができる。次に、ＤｕＰｏｎｔ  ５０４３などの熱成形可能伝導性銀組成物をバリア層のために使用される同じ条件下で印刷し、乾燥させた。次に、防湿バリア層を銀導体の上にも印刷して保護サンドイッチを形成してもよい。次に、熱伝導性熱成形可能誘電体が堆積される。ユニット全体の熱成形を含んでもよい後続の工程は、３Ｄ回路の製造において典型的である。防湿バリア層誘電体が使用されない場合、銀組成物は、ポリカーボネート基材を通して透湿されやすく、機能回路が損なわれ、しばしば寿命の低下につながる。
【００２４】
３次元容量性回路を製造する間、熱成形工程の後に、最終工程はしばしば、ポリカーボネートなどの樹脂を使用して射出成形によって完成回路が形成される成形工程である。このプロセスはイン・モールディングとも称され、より高い温度を必要とする。選択される樹脂に応じて、これらの温度は典型的に、１０〜３０秒間にわたって２５０℃を超える。このようにＰＴＦ組成物に使用される樹脂の選択は重要である。本ＰＴＦ組成物に使用される樹脂の組合せは金型内プロセスに耐え、完全に機能回路部品を製造することが示されているのに対して、ＰＴＦ組成物に典型的に使用される大抵の樹脂はそうではない。
以下に、本発明の好ましい態様を示す。
［１］  （ａ）１０〜３５ｗｔ％の第１の有機媒体であって、前記第１の有機媒体は、５０〜９０ｗｔ％の第１の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％を含み、前記ウレタン樹脂および前記第１の有機溶剤の重量パーセントが前記第１の有機媒体の全重量に基づいている、第１の有機媒体と、
（ｂ）１０〜３５ｗｔ％の第２の有機媒体であって、前記第２の有機媒体は、５０〜９０ｗｔ％の第２の有機溶剤に溶解された１０〜５０ｗｔ％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含み、前記熱可塑性フェノキシ樹脂および前記第２の有機溶剤の重量パーセントが前記第２の有機媒体の全重量に基づいている、第２の有機媒体と、
（ｃ）重量パーセントが組成物の全重量に基づいている、２〜２０ｗｔ％のジアセトンアルコールと、
（ｄ）１〜７０ｗｔ％の熱伝導性粉末と
を含む、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物であって、
前記第１の有機媒体、前記第２の有機媒体、前記ジアセトンアルコールおよび前記熱伝導性粉末の重量パーセントが前記組成物の全重量に基づいている、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
［２］  前記ウレタン樹脂がウレタンエラストマーまたはポリエステル系コポリマーであり、前記熱伝導性粉末が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、［１］に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
［３］  （ａ）１５〜３５ｗｔ％の第１の有機媒体であって、前記第１の有機媒体は、７５〜８５ｗｔ％の第１の有機溶剤に溶解された１５〜２５ｗｔ％を含み、前記ウレタン樹脂および前記第１の有機溶剤の重量パーセントが前記第１の有機媒体の全重量に基づいている、第１の有機媒体と、
（ｂ）１５〜３５ｗｔ％の第２の有機媒体であって、前記第２の有機媒体は、６５〜８０ｗｔ％の第２の有機溶剤に溶解された２０〜３５ｗｔ％の熱可塑性フェノキシ樹脂を含み、前記熱可塑性フェノキシ樹脂および前記第２の有機溶剤の重量パーセントが前記第２の有機媒体の全重量に基づいている、第２の有機媒体と、
（ｃ）３〜１０ｗｔ％のジアセトンアルコールと、
（ｄ）２０〜６０ｗｔ％の熱伝導性粉末と
を含む、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物であって、
前記第１の有機媒体、前記第２の有機媒体、前記ジアセトンアルコールおよび前記熱伝導性粉末の重量パーセントが前記組成物の全重量に基づいている、［１］に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
［４］  （ａ）ウレタン樹脂と、
（ｂ）熱可塑性フェノキシ樹脂と、
（ｃ）ジアセトンアルコールと、
（ｄ）熱伝導性粉末と
を含む、ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
［５］  前記熱可塑性ウレタン樹脂がウレタンエラストマーまたはポリエステル系コポリマーであり、前記熱伝導性粉末が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、［７］に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物。
［６］  ［１］に記載のポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物から形成された熱伝導性熱成形可能誘電体を含む容量性スイッチ回路。
［７］  ポリカーボネート基材をさらに含み、［１］に記載の前記ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物の前記ウレタン樹脂がウレタンエラストマーまたはポリエステル系コポリマーであり、［１］に記載の前記ポリマー厚膜熱伝導性熱成形可能誘電体組成物の前記熱伝導性粉末が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、［６］に記載の容量性スイッチ回路。
［８］  熱成形される、［６］に記載の容量性スイッチ回路。
［９］  熱成形される、［７］に記載の容量性スイッチ回路。
［１０］  続いて射出成形法に供せられている、［８］に記載の容量性スイッチ回路。
【実施例】
【００２５】
実施例および比較実験
実施例１
ＰＴＦ熱伝導性熱成形可能誘電体組成物を以下の方法で調製した。２０．０ｗｔ％のＤｅｓｍｏｃｏｌｌ  ５４０ポリウレタン（Ｂａｙｅｒ  ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ  ＬＬＣ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）を有機溶剤として８０．０ｗｔ％の二塩基性エステル（本件特許出願人）と混合することによって第１の有機媒体を調製した。樹脂の分子量は約４０，０００であった。この混合物を１〜２時間にわたって９０℃に加熱して、全ての樹脂を溶解した。２７．０ｗｔ％のＰＫＨＨ（フェノキシ）樹脂（ＩｎＣｈｅｍ  Ｃｏｒｐ．）を７３．０ｗｔ％の二塩基性エステルに添加し、上記のように加熱することによって第２の有機媒体を調製した。上記の重量パーセントは、それぞれ、各々の媒体の全重量に基づいている。全ての以下の重量パーセントは、ＰＴＦ熱伝導性熱成形可能誘電体組成物の全重量に基づいている。次に、４８．５ｗｔ％の窒化ホウ素粉末（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｃｏｒｐ）を添加した。５ｗｔ％のジアセトンアルコール（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮから得られた）を添加し、全組成物を混合した。次に、組成物を１５０ｐｓｉで２サイクルの間、三本ロールミルに供した。
【００２６】
組成物は、組成物の全重量に基づいて、以下の通りであった。
２３．５０ｗｔ％  第１の有機媒体
２３．００ｗｔ％  第２の有機媒体
５．００ｗｔ％  ジアセトンアルコール溶剤
４８．５０ｗｔ％  窒化ホウ素粉末
【００２７】
次に、回路を以下の通りに製造した：厚さ１０ミルのポリカーボネート基材上に、米国特許第８，７８５，７９９号明細書に記載された防湿バリア誘電体組成物のブランケットプリントが２００ステンレス鋼スクリーンを用いて印刷され、１０分間にわたって１２０℃で乾燥された。次に、同じ組成物の第２のプリントを印刷し、２８０メッシュステンレス鋼スクリーンを使用して乾燥させた。銀線のパターンをＤｕＰｏｎｔ銀ペースト５０４３（本件特許出願人）で印刷した。パターン化された線が押込空気箱形炉内で１５分間にわたって１２０℃で乾燥された。上に記載されたように調製された熱伝導性熱成形可能誘電体組成物が２８０ＳＳスクリーンを用いて印刷され、１０分間にわたって１３０℃で乾燥された。加工品が検査され、下地基材のクレージングまたは変形の形跡は見られなかった。次に、回路を熱成形条件（１０秒間にわたって１６０℃）に供した。次に、抵抗を測定し、記録した。次に、加工品を１００時間にわたって、強化された８５℃／８５％相対湿度（Ｒ．Ｈ．）に供して促進老化条件をシミュレートし、抵抗を測定した。シミュレートされた老化の結果としての抵抗の変化はデルタＲとして記録され、表Ｉに示される。
【００２８】
比較実験Ａ
実施例１に記載されたのと全く同様に回路を製造した。唯一の違いは、熱伝導性熱成形可能誘電体組成物が使用されないことであった。シミュレートされた老化の結果としての抵抗の変化はデルタＲとして記録され、表Ｉに示される。
【００２９】
比較実験Ｂ
実施例１に記載されたのと全く同様に回路を製造した。違いは、防湿バリア層誘電体組成物が５０４３銀導体の下および上の両方に印刷され、熱伝導性熱成形可能誘電体組成物が使用されないことであった。シミュレートされた老化の結果としての抵抗の変化はデルタＲとして記録され、表Ｉに示される。
【００３０】
熱伝導性熱成形可能誘電体の結果として性能の改良は、表Ｉに示される結果から明らかである。
【００３１】
【表１】
0006523280.tif 000002