(57)【要約】１つ以上の対象物をミクロセル発泡材料内に包装するための射出成形封入方法であって、成形キャビティを有する成形型を提供する工程と、少なくとも１つの対象物を成形キャビティ内に配置する工程と、包装材料を提供する工程と、超臨界流体包装材料溶液を製造するために十分な条件下で流体を包装材料内に導入する工程と、溶液を成形キャビティ内に導入する工程と、溶液をミクロセル発泡材料に転換する工程と、を含む方法。このような方法は、電子部品または電気部品を封入する際に有利に使用される。本方法から製造される被包装対象物は、完全または部分的に封入することが可能である。
2004503414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの対象物をミクロセル発泡材料内に包装するための射出成形封入方法であって、
成形キャビティを有する成形型を提供する工程と、
少なくとも１つの対象物を前記成形キャビティ内に配置する工程と、
包装材料を提供する工程と、
超臨界流体包装材料溶液を製造するために十分な条件下で流体を前記包装材料内に導入する工程と、
前記溶液を前記成形キャビティ内に導入する工程と、
前記溶液をミクロセル発泡材料に転換する工程と、
を含むことを特徴とする射出成形封入方法。
【請求項２】
前記流体が臨界超過流体であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形封入方法。
【請求項３】
前記流体が、二酸化炭素、窒素、エタン、エチレン、フレオン１２、酸素、アンモニア、または水を含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形封入方法。
【請求項４】
前記転換する工程および前記溶液を導入する工程が、同時に実施されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形封入方法。
【請求項５】
前記配置する工程が、少なくとも１つの対象物を前記成形キャビティ内に完全に配置する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形封入方法。
【請求項６】
前記配置する工程が、少なくとも１つの対象物を前記成形キャビティ内に部分的に配置する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形封入方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法によって製造される１つ以上の被包装対象物。
【請求項８】
少なくとも１つの電気部品または電子部品をミクロセル発泡材料内に包装するための射出成形封入方法であって、
成形キャビティを有する成形型を提供する工程と、
少なくとも１つの電気部品または電子部品を前記成形キャビティ内に配置する工程と、
包装材料を提供する工程と、
超臨界流体包装材料溶液を製造するために十分な条件下で流体を前記包装材料内に導入する工程と、
前記溶液を前記成形キャビティ内に導入する工程と、
前記溶液をミクロセル発泡材料に転換する工程と、
を含むことを特徴とする射出成形封入方法。
【請求項９】
前記流体が臨界超過流体であることを特徴とする請求項８に記載の射出成形封入方法。
【請求項１０】
前記流体が、二酸化炭素、窒素、エタン、エチレン、フレオン１２、酸素、アンモニア、または水を含むことを特徴とする請求項８に記載の射出成形封入方法。
【請求項１１】
前記転換する工程および前記溶液を導入する工程が、同時に実施されることを特徴とする請求項８に記載の射出成形封入方法。
【請求項１２】
前記配置する工程が、少なくとも１つの電気部品または電子部品を前記成形キャビティ内に完全に配置する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の射出成形封入方法。
【請求項１３】
前記配置する工程が、少なくとも１つの電気部品または電子部品を前記成形キャビティ内に部分的に配置する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の射出成形封入方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の射出成形封入方法によって製造される被包装電気部品または電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の分野は、一般的に対象物の包装、より詳しくは、ミクロセル発泡材料を用いた電子部品および電気部品の封入に関する。
【０００２】
（発明の背景）
熱硬化性または熱可塑性材料を用いた対象物の包装または封入は、ワイヤコイル、剛性、可撓性のリードフレームまたは成形された相互接続装置であるにせよ、それらをベースとするプリント回路、半導体デバイス、電池（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｃｅｌｌ）、および成形されたシェル部品内の導電性リードまたはワイヤのような構成要素を包装するために電子および電気産業で一般に使用されている。本明細書において、「包装」または「封入」という用語は交換可能に使用され、またその意味は、当業者によって理解されるように「オーバモールディング」または「インサート成形」のような用語と同一である。
【０００３】
技術的な困難（設計、性能、製造）、経済的な妥協（機械生産性、樹脂価格、サイクル時間、機械コスト）、およびシステムの複雑さ（二次運転およびトータルシステムコスト）のすべては、最も経済的な封入材料の選択をもたらす。一般に、所定の等しい性能特性、熱可塑性材料による射出成形を用いた封入方法は、最高の生産性、したがって最大の経済的利点を提供する。
【０００４】
射出成形方法は、典型的に、高い成形温度および高い射出圧力の条件下で実施される。残念ながら、このような運転条件は、電子部品または電気部品あるいは包装される繊細な対象物の損傷を引き起こす。したがって、これによって、性能および工程生産性の損失または工程の停止が生じ、次に射出成形封入方法を経済的により魅力的でないものにする。
【０００５】
したがって、封入される対象物に対する損傷を防止するように、低温および圧力条件の下で対象物を包装できる射出成形封入方法を得ることが望ましい。
【０００６】
（発明の概要）
本発明は、成形キャビティを有する成形型を提供する工程と、少なくとも１つの対象物を成形キャビティ内に配置する工程と、包装材料を提供する工程と、超臨界流体包装材料溶液を製造するために十分な条件下で流体を包装材料内に導入する工程と、溶液を成形キャビティ内に導入する工程と、溶液をミクロセル発泡材料に転換する工程とを含む、少なくとも１つの対象物をミクロセル発泡材料内に包装するための射出成形封入方法を含む。また、このような方法によって製造される１つ以上の被包装対象物が含まれる。
【０００７】
（好ましい実施態様の詳細な説明）
本発明の方法を実施するための好ましい実施態様は、図１を参照して最も良く記載される。図１は、次の要素を示している。
１０　従来の射出成形装置のバレルとスクリュ
１１　レトロフィット
１２　ノズル
１３　流体供給部
１４　ホッパ
１５　成形型
１６　１つ以上の対象物
１７　成型面
鋳型１５および１つ以上の対象物１６に加え、図２と図３は次の要素を示している。
１８　成形キャビティ
１９　完全に封入された対象物（図２）
２０　部分的に封入された対象物（図３）
【０００８】
図１〜図３を参照すると、封入すべき１つ以上の対象物１６は、成形型１５、より詳しくは成形キャビティ１８の内部に配置される（図２と図３参照）。成形キャビティ１８は成形型１５の領域であり、その中に溶融材料が流れて、充填可能である。射出成形工程で使用される従来の任意の成形型が使用可能である。図１には、射出成形封入を行う場合に著しく好ましい、いわゆる「垂直型」クランプ成形が示されている。好ましくは、１つ以上の対象物１６は、少なくとも１つの電子部品または電気部品である。本明細書において、電子部品または電気部品は、ワイヤコイル（例えば、ソレノイド、センサ、変圧器、モータ、トロイド、リレー、点火コイル用）、剛性、可撓性のリードフレームまたは成形された相互接続装置であるにせよ、それらをベースとするプリント回路（例えば、センサ、制御器、レギュレータ、コンピュータ周辺ボード、中央処理ユニット用）、半導体素子（例えば、アクティブ、パッシブ、およびカスタム集積回路）、電池（例えば、バッテリパック用）、あるいは成形されたシェル部品（例えば、成形された熱可塑性部分内の電気接続部用）内の相互接続装置、導電性のリードまたはワイヤのような、電圧が印加されるときに電流を運ぶ任意の部品を含む。
【０００９】
図１を参照すると、１つ以上の対象物１６は、成型面１７上に直接支持されるか、および／または１つ以上の対象物１６から突出するタブ（図示せず）によって成型面１７から支持されるか、および／または１つ以上の成形キャビティ（図１に図示せず、図２の１８）から１つ以上の支持突出部（図示せず）によって支持され得る。１つ以上の成形キャビティからの支持突出部は、静止または可動であり得る。可動の支持突出部は、１つ以上の対象物１６の部分を露出しない中実のワンピース包装を作製する場合に特に有用である。このようなタブと支持突出部の使用は当業者に周知である。
【００１０】
１つ以上の対象物１６は、成形キャビティ１８（図２参照）の内部に完全に、あるいは成形キャビティ１８（図３参照）内に部分的にのみ配置し得る。前者によって、包装材料内に完全に封入される１つ以上の対象物が得られ、また後者によって、部分的にのみ封入される１つ以上の対象物が得られる。無線通信装置のために、あるいは環境からの特に有効な対象物の包装シールを提供することが有用である場合、完全な封入が特に望ましい。電子部品および電気部品には、部分的な封入が特に望ましく、この場合、他の装置とのインタフェースのために（例えば、部品からおよび／または部品へ電気信号および／またはパワーを供給するために）、部品のある部分が露出したままであることが必要であり得る。
【００１１】
図２は、成形型１５、成形キャビティ１８、および成形キャビティ１８内に完全に配置された対象物１６を包装した場合に得られる完全に封入された対象物１９を示している。図３は、成形型１５、成形キャビティ１８、および成形キャビティ１８内に部分的に配置された対象物１６を包装した場合に得られる部分的に封入された対象物２０を示している。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の射出成形封入方法を実施するための好ましい機械は、レトロフィット１１（以下にさらに詳細に説明する）によって修正される従来の射出成形装置１０のバレルおよびスクリュと、ノズル１２とを具備し、次に、ノズルは、公知のランナとゲートシステム（図示せず）とを介して成形型１５（および成形キャビティ１８）に接続される。
【００１３】
ホッパ１４は、従来の射出成形装置１０のバレルとスクリュに、１つ以上の対象物１６を封入するために使用される包装材料を供給する。包装材料は、中実のペレットの形態で典型的に用意される。包装材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、完全におよび部分的に芳香族の液晶ポリマ、およびポリエーテルエステルポリマのようなポリエステル；ポリアセタール；ポリアミド６６、ポリアミド６、ポリアミド４６、およびポリアミド６１２のようなポリアミド；ポリフタールアミド；ポリフェノールスルホン（ＰＰＳ）；ポリエチレン；ポリプロピレン；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）；スチレン；ビニルポリマ；アクリルポリマ；セルロース化合物；ポリカーボネート；熱可塑性エラストマ（例えば、オレフィン系、スチレン系のウレタン、コポリアミド、コポリエステル）；およびそれらのブレンドから選択される少なくとも１つの材料を含むことが好ましい。さらにより好ましくは、包装材料は任意の半結晶質材料またはそのブレンドを含む。包装材料は、包装材料を適切に溶融かつ加工するために要求されるバレルとスクリュ１０の実際の設計および運転条件を指定する。このような設計および運転条件は当業者に公知である。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様では、従来の射出成形装置１０はレトロフィット１１によって修正される。対照的に、従来の射出成形装置１０にはレトロフィット１１は存在せず、また包装材料はバレルとスクリュ１０からノズル１２を通して成形型１５（および成形キャビティ１８）を通過する。レトロフィット１１は、超臨界流体包装材料溶液を製造するために十分な条件下で、流体が流体供給部１３から導入されて、包装材料と結合される部分を備え、次に、溶液はノズル１２を通して成形型１５（および成形キャビティ１８）に導入される。
【００１５】
流体供給部１３は、超臨界流体をレトロフィット１１に供給することが好ましい。流体供給部１３は、当業者に周知の技術に従って修正して、レトロフィット１１に導入するための超臨界流体を生成し得る。代わりに、流体供給部１３は、レトロフィット１１に流体、好ましくはガスを供給することが可能であり、次に、レトロフィットは、流体を超臨界流体に変換するために十分な条件下で運転される。
【００１６】
本明細書において、「超臨界流体」とは、材料を超臨界流体状態に置くように、臨界温度を超える温度および臨界圧力を超える圧力に維持される材料を意味する。このような状態において、超臨界流体は、それがガスおよび液体の両方として実際に作用するようにさせる特性を有する。臨界超過状態に材料を維持するためのこのような温度と圧力条件は、周知である。
【００１７】
超臨界流体または流体は、二酸化炭素、窒素、エタン、エチレン、フレオン１２、酸素、アンモニア、または水であることが好ましい。
【００１８】
レトロフィット１１において、包装材料は、超臨界流体包装材料溶液を製造するために十分な条件下で超臨界流体またはガスと混合される。このような溶液を得る技術は、例えば、その各々が参考として本出願に組み込まれている米国特許第４，４７３，６６５号、米国特許第５，１６０，６７４号、米国特許第５，１５８，９８６号、米国特許第５，３３４，３５６号、米国特許第５，８６６，０５３号、米国特許第６，００５，０１３号、および米国特許第６，０５１，１７４号に開示されているような押出成形技術において周知である。
【００１９】
典型的に、レトロフィット１１は、混合ブレードのような種々の混合要素によって修正された追加部分および／または包装材料と超臨界流体とのより大きな混合を行うように設計されたスタティックミキサー部分を含むように、従来の射出成形装置１０のスクリュおよびバレル領域を延在させる。レトロフィット１１はまた、包装材料と超臨界流体との混合が、好ましくは単一相の超臨界流体包装材料溶液を形成する拡散領域を含み得る。
【００２０】
レトロフィット１１の全体にわたって、運転条件を十分な圧力と温度に維持して、超臨界流体が非超臨界状態に逆戻りするのを防止すべきである。
【００２１】
次に、超臨界流体包装材料溶液は、ノズル１２と公知のランナおよびゲートシステム（図示せず）とを通して成形型１５に（および成形キャビティ１８に）導入される。超臨界流体包装材料溶液が、特にノズル１２を通してレトロフィット１１を離れるとき、圧力低下が生じ、溶液内の熱力学的な不安定性をもたらし、これによってセル核形成を誘発して、溶液がミクロセル発泡材料に変わるようにする。十分な圧力低下を達成するための特定のノズル構造は、当業者に周知である。好ましくは、ノズル１２はポジティブ遮断構造である。温度変化はまた、熱力学的な不安定性の誘発を支援することができる。例えば、レトロフィット１１の端部において、十分に高いレベルに圧力をなお維持して広範囲ベースの発泡を防止しつつ、温度を修正して、セル核形成プロセスの制御を始めることが望ましいかもしれない。
【００２２】
成形型１５、より重要なことに成形キャビティ１８は、成形型１５から離脱する前にミクロセル発泡材料の固化を可能にするために十分なある温度に、また必要ならばある圧力に維持される。これらの温度と圧力条件は使用包装材料に左右され、また当業者に周知である。
【００２３】
上記方法の最終成果は、ミクロセル発泡材料に封入された１つ以上の対象物１６である。ミクロセル発泡材料は、１０μｍ未満の完全成長のセルサイズで１０９セル／ｃｍ３よりも大きな核密度を有することが好ましい。ミクロセル発泡材料は、０．１〜１μｍの完全成長のセルサイズで１０１２〜１０１５セル／ｃｍ３の核密度を有することがより好ましい。
【００２４】
本発明の方法によって達成される利点は、包装材料のみと比較して超臨界流体包装材料溶液の溶融粘度の低減であり、これによって、溶融温度の低下および射出圧力の低下が得られる。したがって、本発明は、上述のように、封入すべき電子的、電気的または他の繊細な対象物をしばしば損傷または排除する既存の射出成形封入方法に一般的である高い溶融温度および高い射出圧力の問題を解決する。他の利点は、成形型内のホールド／パック圧縮時間の低減または省略、機械小型化およびサイクル時間の短縮であり、そのすべては、封入された装置のより低コストの製造をもたらす。
【００２５】
（実施例）
ＡｌｌＲｏｕｎｄｅｒ６６トン３２０Ｃとして知られる射出成形封入機械（Ａｒｂｕｒｇ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｉｎｇｔｏｎ，ＣＴ，ＵＳＡから入手可能）を、ＳＣＦ（Ｓｕｐｅｒ　Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ）ＴＲ１０　５０００Ｇ　Ｓｙｓｔｅｍ（Ｔｒｅｘｅｌ，Ｉｎｃ．，Ｗｏｂｕｒｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓから入手可能）で改造した。窒素を超臨界流体として用いＣｒａｓｔｉｎ（登録商標）ＳＫ６０５（Ｅ．Ｉ．ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ，ＵＳＡから入手可能）を使用して、巻回コイルを封入するために、機械を使用した。
【００２６】
３つの別個のプロセス設定によって、各々が１５個のコイルのロットの４５個の巻回コイルを機械から製造した。さらに、標準射出成形方法を制御として使用して、１２個の巻回コイルを製造した。制御封入された材料重量と比較して、試験コイル内の封入された材料重量の約５％〜２７％の低減が観測された。封入の前および封入直後に、コイルの抵抗レベル（Ω）を測定した。封入直後の抵抗レベルの上昇は、成形型から解放した後、封入された巻回コイルのコア温度の指標的尺度として周知である。さらに、封入されたコイルが成形型から解放されたすぐ後に、抵抗測定の確認として包装プラスチックの温度測定を周期的に実施した。実験の全体にわたって機械上のバレルおよびノズルの一定の温度設定を維持することによって、熱可塑性物質の定格溶融温度を一定に維持した。
【００２７】
改造機械を使用して製造された巻回コイルは、従来の射出成形封入方法を用いて巻回コイルの観測された抵抗レベルの上昇と比較して、抵抗レベルの上昇の低減、したがってコイル温度上昇の低減を示した。同様に、これはプラスチック封入温度の低下によって確認された。
【００２８】
改造機械を使用して製造された試験コイルの平均抵抗は、封入の前に約４．７Ωであり、また封入後に、プロセス設定に応じて約４．７Ωであった（４．４〜５．１Ωの範囲）。プラスチック包装の温度は、プロセス設定に応じて１３０°Ｆ〜１３５°Ｆの範囲にあった。対照的に、制御コイルの平均抵抗は封入の前に約４．７Ωであり、封入後に約５．７Ωであった。１３５°Ｆ〜１５８°Ｆのプラスチック包装の温度が観測された。
【００２９】
２．５インチ／秒（４５ｃｃ／秒の充填速度）の一定のラム速度で熱可塑性物質を射出するために必要なピーク油圧によって、射出圧力も測定され、また観測された。制御コイルについて、１０００ｐｓｉのピーク射出圧力の平均が観測された。試験コイルについて、ピーク射出圧力の平均は、プロセス設定に応じて８４０ｐｓｉ（８００ｐｓｉ〜８６０ｐｓｉの平均圧力範囲）であった。油圧射出圧力のこの約１５％の低下を用いて、成形型内のキャビティ圧力の低下を確証した。試験コイルは１０トンの締付け力によって成形でき、一方、制御コイルは４０トンの締付け力を必要とした。
【００３０】
好ましい実施態様であると現在考えられるものに関し、本発明について記述してきたが、開示した実施態様に本発明が限定されないことを理解すべきである。反対に、本発明は、添付された特許請求の範囲の精神と範囲内に含まれる種々の修正と等価物の構成を網羅するように意図される。次の特許請求の範囲には、このようなすべての修正および等価の考案と機能を網羅するように、最も広い解釈が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施するための好ましい実施態様を示した概略図である。
【図２】完全に封入された対象物を製造する際に使用するための成形型の好ましい実施態様を示した概略図である。
【図３】部分的に封入された対象物を製造する際に使用するための成形型の好ましい実施態様を示した概略図である。
【図１】
2004503414.tif 000003
【図２】
2004503414.tif 000004
【図３】
2004503414.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004503414.tif 000006
2004503414.tif 000007
2004503414.tif 000008
2004503414.tif 000009
2004503414.tif 000010
2004503414.tif 000011
2004503414.tif 000012
2004503414.tif 000013
2004503414.tif 000014
2004503414.tif 000015
2004503414.tif 000016
2004503414.tif 000017
2004503414.tif 000018
2004503414.tif 000019
2004503414.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004503414.tif 000021
2004503414.tif 000022
【国際調査報告】
2004503414.tif 000023
2004503414.tif 000024