TW457259B - Electrical and electronic components made of a polyamide composition - Google Patents

Description

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 45 725 9 A7 _B7__ 五、發明説明j： 1 ) 本發明係關於由聚醯胺組成物製得在焊接情況下具有 改良之穩定性的電及電子元件。 表面安裝技術（SMT)的導入使得大量元件放在電 路板上成爲可能，由於最近在追求小型化和各種不同裝置 的改良績效上日新月異，所以這種技術是部份必需而且部 分地來確定生產力的進一步改良。在用來將元件焊接在印 刷電路板上的先前技術，將附在那些元件的針穿過電路板 裡的孔。然後將針尾與焊接劑液體接觸，使其在冷卻之後 變成固定在其位置裡。該方法中，那些元件本身沒有暴露 在高溫下，包括在焊接步驟裡。.另一方面，在表面安裝技 術裡，那些元件的確暴露在這些高溫下。 這表示只有熔融溫度非常高於包括焊接操作之溫度的 聚合物，例'如在2 6 5 °C以上，可以考慮使用。這排除了 —些傳統的塑膠，例如尼龍—6，尼龍一 6，6，聚對苯 二甲酸乙烯酯和聚對苯二甲酸丁烯酯。另一方面，高熔點 聚合物，例如聚硫化苯（polyphenylene sulphide)( P P S )和芳系聚醯胺的問題，就是其機械特性或者處理 性質有某些的限制。 然而，聚四甲基己二醯胺（卩0丨¥七61：「玨!116叾11716116&(31-pamide )，一種熔點約 2 9 0 °C的脂肪族聚醯胺一4， 6在道方面是較好的，因爲即使它有非常小的壁厚度也能 夠處理，而且其展現出很好的機械性質。當由聚醯胺一4 ，6製成的電和電子元件在製造之後，也就是、模製成乾 *的狀態之後，以表面安裝技術直接地併入電路裡的時候 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 r 2 :第8 5 1 1 1 2 2 0 號專利申請案 中文說明書修ΪΕ頁 民國S9年4月呈 五、發明說明（2) ,, \ _ ' jj 沒有遇見問題。然:而，_許多1¾情況裡氣泡會在表面安裝技 術焊接的期間內形成在聚醯胺元件上’如果聚醯胺元件已 經與大氣下的空氣接觸一段很長時間以致於已經吸收空氣 裡的一些溼氣，尤其在熱帶的情況下。這是由於尼龍一4 ，6的高溼氣吸收容量，依次大量聚醯胺裡的胺基化合物 所引起。爲了要改良這種情形’已經各種不同的嘗試’藉 由混合聚硫化苯或芳系聚酯來導入某些程度的疏水性特質 (hydrophobic character)(請參考 JP_A~3 — 263，461， JP-A-4-292，655 和 JP - A — 5 — 239，344)。然而，雖然這會減少 溼氣的吸收，但是不完全地抑制氣泡形成而且在材料的機 械特性和處理特性有不利的影響° 因此，本發明目的係提供由直鏈聚醯胺製得、沒有上 述問題的電和電子元件* 相當令人驚訝地，現在已經發現，當只有很少量不是 以1 ，4 —環己烷二羧酸和脂肪族二醯胺爲基礎的.重複 單元，就是只有很少量以1 ’ 4 -環己烷二羧酸和脂肪 族二羧酸爲基礎的重複單元’併入脂肪族聚醯胺的鏈內時 ，大大地改良了用該聚醯胺製得之電和電子元件的S MT 焊接性質，卻沒有損害機械特性和處理特性。 也令人驚說的是，不但脂妨族聚醯胺一4，6 變得 比較容易以這樣的分式來應用’而且任何其他直鏈聚醯胺 經由併入基於1 ，4 —環己院二幾酸或1 ，4 —環己院 二胺之鏈單冗（使其熔點升高因而材料能抵抗 SMT溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂----- ~~ 5 - 45 725 9 4. A7 B7

五、發明說明（3) ................ ,_^J 度），顯示較少氣泡的彤成=如此的聚醯胺，例如聚醯胺 6，6。應該將】.Pol. Sc. A— 1， 8_ ( (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁} 1 9 7 0 ) 3089-3111所知在尼龍6 和 六甲基1 ，4 —環己基二醯胺形成的共聚醯胺加入。 用來製造本發明之電和電子元件的聚醯胺組成物包含 聚醯胺，其9 9 - 6 0%主鏈係由衍生自脂肪族二羧酸和 二胺或 α，ω -胺基酸的單元所組成，而且該聚醯胺組 成物的特徵在於1 — 40%鏈單冗係衍生自1，4 _環 己烷二羧酸和脂肪族二胺，或衍生自1，4 —環己烷二 胺和脂肪族二羧酸。 適當的脂肪族二羧酸，例如鏈裡包含1 _ 1 6個而且 比較更好是包含2 - 1 0個甲基的二羧酸，最好是己二酸 。烷基最好是直鏈，但是如果例如結晶的形成不會被損害 太多的話，可以有限制性的分枝》 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 適當的脂肪族二胺，例如鏈裡包含2 - 1 6個而且比 較更好是包含4 - 1 0個甲基的脂肪族二胺，最好的化合 物是2_甲基戊烷二胺，1 ，4_四甲基二胺和1 ，6 — 六甲基二胺。 適當的α，ω-胺基酸，像是那些有4_ 1 2個碳原 子的 α，ω —胺基酸，例如6 —胺基己酸，1 1—胺基 十一酸和1 2 —胺基十二酸。 主鏈最好由四甲基己二醯胺或六甲基己二醯胺單元和 衍生自吡咯烷酮 （pyrrolidone) 、6_胺基己酸或e — 己內醯胺、胺基十一酸或1 2 -胺基十二酸的單元，或衍 本紙張尺度適用中國國家標準（cnS)A4規格（210 X 297公釐） 6 ~ 45 725 9 Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 五、發明説明ί ) 生自其組合的單元構成。 衍生自1，4 —環己烷二羧酸和脂肪族二胺或衍生自 1 ，4 一環己烷二胺和脂肪族二羧酸的鏈單元比例，至少 是鏈單元總數的1 %而最多爲4 0 %。如果他們的比例 小於1 %，則起泡（b丨i s I; e r丨n g )效果太小，而如果趄過 4 0 %的話，則結晶的形成會因這樣的含量而損害以致祿 如射出成型的處理變成事實上是不可能的，而且熔點可能 升高太多。然而，這最後的缺點可以藉由與通常具有較低 熔點的第三聚醯胺單元合併的方式來補救。 合併的最佳比例係視個案而論。對衍生自1，4 一環 己烷二羧酸或1 ，4 -環己烷二胺的單元而言，通常較佳 的比例是2-3 0%而最好是7-2 5%。脂肪族二胺.或 二羧酸通常'與基本上構成主鏈的那些反復單元裡的脂肪族 .二胺或二羧酸相同。 用來做製造本發明之電或電子元件的共聚醯胺可以藉 由那些傳統共聚縮合反應的方法製備。這些方法裡，通常 使用二階段方法，第一個階段是起始二羧酸和二胺，如果 需要的話，還有胺基酸或內醯胺在提高壓力和溫度大約 2 0 0 — 2 8 0°C，可能地在聚縮合反應觸媒的存在下進 行聚縮合反應。如果需要的話，那些單體可以使用對應的 尼龍鹽類。通常壓力保持在大約1 — 2MPa，並將聚縮 合反應所形成的水去除.。在0 . 5 - 3小時的反應時間之 後，將壓力釋放，並且升高將溫度升高，使得所得之低分 子共聚醯胺保持在熔融狀態。然後在共聚醯胺熔化點以上 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐）-7 - ^ L.1,---?--^--.1赛-- . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .4 45 7259 A? B7 五、發明説明（） 的溫度、眞空之下，如果需要在氮的覆蓋下將熔融液進行 2 — 5小時的縮合反應。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貰) 該後縮合通常進行一段夠長的時間以獲得用來電和電 子元件射出成型的夠高分子量共聚醯胺。該情況裡，通常 想要達到黏度値（VN)至少1 5 0毫升/克，更好的是 至少1 7 0毫升/克和最好的是2 0 0毫升/克。這確定 經處理過之元件的黏度値至少是9 0毫升/克，更好至少 1 2 0毫升/克和最好是至少1 4 0毫升/克。黏度値係 以國際標準I SO第3 0 7號述之方法，使用1 0 0毫升 9 0重量％蟮酸溶液裡 0 . 5克樣品的一個溶液來測定 。後縮合也可以在固相捏，代替上述的熔融相，在惰性大 氣環境下，如果需要的話在眞空之下及/或水汽的存在·下 進行。然後'，後縮合的所需的時間是從大約5到大約6 0 小時變化，視所需的黏度値而定。在這情況裡的後縮合期 間，也視在約2 0 0 °C和低於共聚醯胺熔點約1 0 °C之間 的溫度而定。所需的反應時間也是因可能存在的任何觸媒 而定。適當的傳統聚縮合反應觸媒，例如磷酸，硼酸，磷 酸三苯酯和苯基取代的磷酸酯。 共聚醯胺也從個別的均聚醯胺製備，每個情況裡一個 二胺和一個二羧酸進行聚縮合反應而獏得。將均聚醢胺混 合在熔融液，得到共聚醯胺團塊或任意的共聚醯胺，因混 合步驟的時間而定。當使用低分子均共聚醯胺的時候，最 好將混合步驟後所得的熔融狀組成物進行固相的後縮合步 驟。這最好在減壓的惰性氣體（也就是缺乏氧）的環境下 本紙張尺度適用中國國家標準（0奶）八4規格（2丨0父297公釐>_8 . ~ 725 9 A7 __B7_ 五、發明説明（6 ) · 進行。 然而，這個製備共聚醯胺的方法有缺點：在許多的情 形裡基於1， 4-環己烷二羧酸的均聚醯胺有非常高的熔 點，所以利用標準裝置來處理可能引起熔融狀態混合的問 題。可能因此需要改用基於1，4 一環己烷二羧酸或1 ， 4 -環己烷二胺的聚醯胺單體和另一個均聚醯胺來起始。 如果需要的話，聚醯胺組成物也能包含通常與聚醯胺 一起使用的傳統添加劑，例如安定劑，著色劑，處理助劑 (例如脫模劑），火焰滯留劑，塡充劑和像是玻璃纖維的 强化材料。後者的用量通常爲總組成物的1 0 — 5 0重量 %。爲了增加電或電子元件的空間穩定性，許多情況係使 用礦物塡充劑織維强化劑的一個組合。 本發明的那些電或電子元件係藉由傳統技術，例如藉 由射出成型從那些上述的組成物製得。 下列各項實施例係用來更詳細地解釋本發明，而沒有 限制其範圍。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

實施例I 製備聚醯胺~ 4 ，6和環己烷二羧酸之共聚物的方法 Ο 製備方法所用的化學物如下： -順式/反式比8 0 :.2 〇的環己烷二羧酸1 )，伊士曼 (Eastman)公司製造 —己二酸，艾蕾（Aldrich)公司製造 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2【ΟΧ 297公釐） 725 9 A7 _________B7____ 五、發明説明（7 ) -大約8 0重量％水溶液型式的二胺基丁烷，日本柯伊（ Koey )公司製造。 這些化學薬品沒有經過任何進一步的純化就使用。 將363 · 62克二胺基丁烷溶液（水裡81 . 70 重量％) ，4 0 0 · 0克己二酸及1 0 0克環己烷二羧酸 在氮氣下2 . 4 —公升反應器內溶解於5 8 4 . 4 2克去 礦物質的水中。當所有的固體已經溶解的時候，將反應器 慢慢地加熱到1 6 5°C但裡面壓力卻保持在〇 . 2MPa 。將水在1 2 0和1 6 5°C之間蒸餾掉。一旦已經收集到 5 8 9 . 6 7毫升的水，就關閉反應器，將反應混合物的 溫度升高到2 0 5°C並保持該溫度和1 · 2MPa壓力 3 0分鐘。然後反應器的內容物快速導入保持在氮大氣.之 下的收集器'內。 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 將該方法獲得的預先聚合物（prepcilymer )硏磨， 然後在2 5 0 °C 2 5 : 7 5蒸氣和氮的混合物所組成之大 氣裡進行後4 8小時的縮合反應。以I S Ο第3 0 7號所 述之方法使用1 0 0毫升9 0重量％蟻酸溶液裡〇 . 5克 樣品的一個溶液來測定所產生白後縮合物的黏度値（V N )爲2 4 8毫升/克。所得的材料的熔點爲3 1 4 — 3 1 6 °C 〇 將那些實施例包括的其它組成物以相同方式，但是以 己二酸和環己烷二羧酸.的不同比例和以不同的後縮合時間 合成。 在聚醯胺-6 ，6共聚醯胺的情況裡，二胺基丁烷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本貢) 10 - 45725 9 A7 B7 - g 一…~——— —---- - 五、發明説明（） 用二胺基己烷來替換。 所有的製備方法裡，二胺稍微過置（大約1重量％ )。1 )-不是用1 0 0%反式就是用1 0 0%順式做 成的組成物來代替8 0/2 0順式/反式環己烷二羧酸展 現相當的性質。

實施例I I 各種不同組成物的共聚醯胺係使用實施例I所描述的 方法。 將這些材料以射出成型方式做成測試樣品（I S Ο R 5 2 7，1 A型），而且測定一些他們的特性。利用2 2 公蜜4!'1)11^41丨1"〇1111<1617裝置*在整個圓筒3 2 5 <€的固 定溫度下操作並在進料區冷卻下，進行射出成型。鋼模和 熔融的溫度分別地是1 2 0和大約3 3 0 °C。 I.I^---J----1 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .4 經濟部中央標準局貝工消費合作社印掣 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} - 11 - 725 9 A7 B7 五、發明説明（9 ) 機械性質 一—--- 1 抗拉測試（IS0 R 537 ) 聚醯胺-4,6 共聚醯胺-4,6 (80 :20 ,請參 考實施例I ) 彈性模數，Μ P a 3 10 2 3 6 0 3 --- 抗拉强度，Μ P a δ 3 10 3 斷裂時伸長％ 3 3 1 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中失標準局員工消費合作社印製 令人驚訝的是由於示差掃描卡計（differential ‘ sacnning calorimeter) ( D S C )指示較低的結晶性（ c r y s t a 1 1 i n i t y )，所以共聚醯胺有非常高的彈性模數和 比聚醯胺~ 4 ，6均聚物較低的熔化熱，因此可以預期共 聚醯胺的剛性比較低。- 將小測試板暴露在某溫度下一段時間（溫度/時間曲 線）來測定紅外線焊接的抗性。在大約2 0 0秒內，將樣 品的溫度從室溫升高到測試溫度，然後維持在最高溫度大 約5 — 5 0秒，然後在大約6 0秒的時間裡冷卻到室溫 Ο 第1圖係表示如此溫度曲線的一些典型例子，是在紅 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 12 - 45725 9 AV B7 10 五、發明説明（ 外線焊接期間內實際發生情況的代表。那些在射出成型之 後立刻接受該測試的測試樣品，顯示在溫度高達2 7 5 °C 也沒有形成氣泡。/ 表1係顯示測試樣品（U L 94， V B 0 . 8公 釐）在3 5 °C和相對濕度 9 0 %，直到平衡之後爲條件 下所獲得的結果。 値得住意的是，那些共聚醚胺組成物沒有顯示比均聚 醯胺明顯較低的吸水置和仍然只有在溫度較高2·0 — 3 0 °C時才開始形成氣泡。 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) "裝. 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 表紙張尺度適用中國國家標隼（CNS)A4規格（210X297公釐）_ 13 _ 5 4 9 5 2

7 B -11五、發明説明（） 表 1 (CHDC = 環己烷二羧酸） 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印裝 組成物 吸收的溼氣 [重量％ ] 起泡溫度 V 樣品的黏 度値 • 聚醯胺-4 , 6 8 . 4 2 4 0 1 7 0 80 : 20聚醯 胺4，6和 CHDC的混 合物 9 . 1 2 7 0 2 0 8 相同· 9 . 0 2 6 0 14 7 具玻璃織 維的聚醯 胺-4，6 8 . 2 2 2 0 9 9 具玻璃纖 維的聚醯 胺-4 , 6/ CHDC 9 . 1 2 4 0 9 9 . 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ μ _ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 45 725 9 A7 B7 ------ 五、發明説明（） 注意： -，具玻璃纖維的聚醯胺一4，6， 係爲包含30重 量％玻璃纖維和2 5重暈％火焰滯留劑的聚醯胺一 4 ，6組成物（聚溴苯乙烯和三氧化銻 3 : 1的混合物 ) —、具玻璃纖維的聚醯胺—4，6 / CHDC， 係 爲具有相同組成物但是從與環己烷二羧酸8 Q : 2 0 之共聚醯胺混合物製得的材料 表2顯示不同共聚醯胺組成物的更多數據。受測試 之測試樣品的起泡起始溫度如下。 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標华（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_工5 457259 A7 B7 五、發明説明（） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 1.Ί 表 2 組成物 4 . 6/CHD 吸收的溼氣 [重量％ ] 樣品的 黏度値 溫度 [°C ] 起泡溫 度rc ] 95\5 9.2 246 299 260 90\10 9.2 252 305 265 ' 80\20 8 . 9 165 324 270 80\20+5Cl 8 . 5 1.7 0 321 270 80\20+10Cl 9 . 5 256 316 270 6.6 CHD 95\5 266 90\10 274 80\20 287 70\30 5.1. 293 250 60\40 5,1 307 250 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS〉A4規格（210X297公釐）_ —：--„---^----1装-- (請先閱讀背面之注意事項再镇寫本頁) 訂 5 Λα 725 9 A7 B7 —γΑ -—--— 五、發明説明（） 80/20 + 5C丨你表示一種組成物，其中2 0 % (重量）己二 酸係以環己烷二羧酸來替換，而5 % (重暈）己內酿胺係 經共聚合過的。 從表2的數據也可能歸納出，其中至少有2 〇重量％ 己二酸之聚酿胺6 . 6的共聚醯胺已經用熔融溫度足夠高 到能應用於SMT的環己烷二羧酸來替換，而改良的氣泡 行爲與聚醯胺 4· 6相比之下起泡能力有所改良。 (請+先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS > A4^格（2i〇x297公釐）-17

Claims (1)

1. 457259 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作fi中裂 t、申請專利範躁…-：八:=J— 附件 1 (a) t . 第85 1 1 1 220號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國89年4月修正 1 · 一種由聚醯胺組成物製得之電或電子元件，該聚 醯胺組成物主要由衍生自脂肪族二羧酸和脂肪族二胺或α ’ ω -胺基酸的鏈單元所組成，其特徵在於1到4 〇%鏈 單元係衍生自1 ’ 4~環己烷二羧酸和脂肪族二胺，或衍 生自1 ，4 ~環己烷二胺和脂肪族二羧酸，其中 脂肪族二羧酸包含2- 1 6個甲基，而脂肪族二胺包 含4~16個甲基，以及 元件中聚醯胺的黏度值係在9 0毫升/克至2 5 6毫 升/克之範圍內。 2 ·根據申請專利範圍第1項之電或電子元件，其中 2 — 3 0%鏈單元係衍生自1，4 —環己垸二羧酸或1 ，4 —環己烷二胺- 3 .根據申請專利範圍第2項之電或電子元件，其中 7 — 2 5%鏈單元係衍生自1 ，4 —環己烷二羧酸或工， 4 ~環己烷二胺β 4. 根據申請專利範圍第1項之電或電子元件，其中 脂肪族二羧酸係爲己二酸’而脂肪族二胺係爲1，6 -六 甲基二胺或1 ，4 一四甲基二胺。 5. 根據申請專利範圍第4項之電或電子元件，其 ,(請先閱讀臂面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 45 725 9 A8 BS C8 D8 申請專利範圍 中衍生自 ω -胺基酸的單元也在裡面 6 .根據申請專利範圍第5項之電或電子元件，其中 一胺基酸係選自一群包括6 胺基己酸 1 - 胺基十一酸和1 2 胺基十二酸 7 .根據申請專利範圍第1項之電或電子元件，其中 共聚醯胺的黏度值至少爲1 2 0毫升/克。 8 ,根據申請專利範圍第1項之電或電子元件，其中 聚醯胺係主要由衍生自1 ，4 —四甲基二胺及己二酸之鏈 單元所組成的共聚醯胺，其中1 _4 0%鏈單元係衍生自 1，4 一四甲基二胺和1 ，4 一環己烷二羧酸，或衍生自 己二酸和1 ，4 —環己烷二胺。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 2