JP2019522689A - インクジェット樹脂組成物の調製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来の方法では、樹脂組成物をスクリーン印刷法、スプレー法、カーテン法、ディップコーター法、ドライフィルム法などにより基板上に塗布したが、これらは、すべて写真現像式の方法であり、始めの印刷または積層から乾燥、露光、現像、最終硬化および最終UV硬化などの工程までの複雑な工程を必要とする。
硬化層がインクジェット法により形成される場合、工程は、インクジェットにより印刷し、次いで最終硬化を実施することにより完了し得る。そのようなインクジェット法は、露光工程および現像工程などの湿式工程中に汚染材料を発生しないという利点を有し得る。
しかし、インクジェット法を使用するためには、インクとして使用される樹脂組成物が、低粘度、優れた顔料分散性、および貯蔵安定性の物性を満たす必要があり、同時に、従来のソルダーレジスト材料に求められる絶縁信頼性、表面強度などを有する必要があり、樹脂組成物を効率的に調製するための樹脂組成物の調製方法が求められる。
添付の図面は、本発明の理解をさらに高めるために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。しかし、本発明は、添付の図面に限定して解釈されるべきではない。
したがって、本明細書に示す実施形態の構成は、好ましい実施形態として示され、本発明のすべての技術的趣旨を表していないので、本発明の実施形態は、本出願時における様々な均等物および代替物を含み得ることを理解されたい。
本発明の一実施形態によるインクジェット樹脂組成物の調製方法は、熱硬化性エポキシ樹脂および第1の不揮発性アクリル化合物を含む液体(a)を調製する工程、顔料および第2の不揮発性アクリル化合物を含む液体(b)を調製する工程、光開始剤および第3の不揮発性アクリル化合物を含む液体(c)を調製する工程、ならびに液体(a)、(b)および(c)を混合し、アミン相乗剤および粘度調節剤をさらに含めて、樹脂組成物を調製する工程を含んでもよい。
上述の範囲の熱硬化性エポキシ樹脂を含めることにより、最終的に調製された樹脂組成物を硬化させることによって得られた硬化樹脂層の基板もしくは銅箔への付着性、または硬化樹脂層の耐熱性が確保され得る。加えて、本発明で使用する樹脂組成物中で熱硬化性エポキシ樹脂を用いることにより、貯蔵安定性も確保され得る。
エポキシ樹脂は、200g/eq〜600g/eqのエポキシ当量(EEW)、または1,000〜5,000の質量平均分子量を有し得る。エポキシ当量が、100g/eq未満の場合、銅箔への付着性および耐熱性は良好ではなく、エポキシ当量が600g/eqより大きい場合、貯蔵安定性は良好でない。質量平均分子量が1,000未満の場合、銅箔への付着性および耐熱性は良好でなく、質量平均分子量が5,000より大きい場合、インクジェットヘッドからの吐出特性(噴射安定性)は、高粘度のため良好でない。
エポキシ樹脂の非限定的な例は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、樹脂のハロゲン置換物、樹脂のアルキノール置換物、および樹脂の水素化物からなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。
希釈剤として、第1の不揮発性アクリル化合物は、イソボルニルアクリレート(IBOA)、アクリロイルモルホリン(ACMO)、トリメチロールプロパンホルマールアクリレート(CTFA)、および2−フェノキシエチルアクリレート(2PEA)からなる群から選択される、少なくとも1つの単官能性アクリレート、ならびにジプロピレングリコールジアクリレート(DPGDA)および1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)からなる群から選択される、少なくとも1つの二官能性アクリレートモノマーを含み得る。
ここで、エポキシ樹脂と第1の不揮発性アクリル化合物は、エポキシ樹脂の溶融しやすさを考慮して、好ましくは1:2〜3の質量比で使用してもよい。
液体(a)の調製時に、第1の不揮発性アクリル化合物を使用して、エポキシ樹脂を溶融させ、4〜5時間混合してもよい。溶融中の温度は、使用するエポキシ樹脂の軟化点に依存し、例えば50℃〜100℃の温度で溶融が行われ得る。液体(a)の調製中に高温でのエポキシ樹脂の熱重合反応の開始を防止するために、5〜15質量部の熱硬化性エポキシ樹脂に対し、0.001〜0.2質量部の量でN−ニトロフェニルヒドロキシルアミンなどの阻害剤を、重合阻害剤として添加してもよい。
液体(b)の調製時には、顔料を第2の不揮発性アクリル化合物中に分散させてもよい。
顔料は1〜10質量部の量で含まれてもよい、第2の不揮発性アクリル化合物は5〜20質量部の量で含まれてもよい。
最終樹脂組成物中の顔料の量が1質量部未満である場合、色の実現(色の安定性)および隠ぺい力は、良好ではない可能性があり、量が10質量部より多い場合、UV硬化反応性および貯蔵安定性は、良好でない可能性がある。
使用され得る顔料の特定の例には、無機顔料として、BaSO4、ZnO、ZnS、フュームドシリカ、タルク、BiVO4(ピグメントイエロー184)、コバルトブルー、赤色酸化鉄、カーボンブラック、およびTiO2からなる群から選択される少なくとも1つ、ならびに有機顔料として、ピグメントブルー(2)、ピグメントブルー(15:3)、ピグメントイエロー(74)、ピグメントイエロー(83)、ピグメントイエロー(139)、およびピグメントイエロー(150)からなる群から選択される少なくとも1つが含まれ得る。
液体(b)の調製時には、第2の不揮発性アクリル化合物中での顔料の円滑な分散のため、1〜1,000の分子量および1〜50cps(室温)の粘度を有するアクリレートモノマーが使用され得る。第2の不揮発性化合物の粘度が50cpsより大きい場合、インクジェットで使用する樹脂組成物インクとしての最終粘度が増加する可能性があり、インクを使用することが困難になる。加えて、分子量が増加すると、顔料の分散性が低下する可能性がある。
液体(b)には、Disperbyk111、Disperbyk2151、Disperbyk9150、Disperbyk9151およびDisperbyk2152などの分散剤が含まれてもよい、4−メトキシフェニル(MEHQ)およびブチル化ヒドロキシフェノール(BHT)などの重合阻害剤が、単独でまたは混合物として含まれてもよい。
液体(c)の調製時には、光開始剤を第3の不揮発性アクリル化合物中に分散させてもよい。光開始剤は5〜15質量部の量で含まれてもよく、第3の不揮発性アクリル化合物は20〜65質量部の量で含まれてもよい。
本発明によるインクジェット樹脂組成物はまず、インクジェットヘッドからの樹脂組成物の吐出(噴射)中にUV硬化させることができる。UV硬化反応を実施するために、5〜15質量部の光開始剤が樹脂組成物中に含まれ得る。組成物中の光開始剤の量が5質量部未満である場合、UV硬化が不十分に実施される可能性があり、量が15質量部より多い場合、熱硬化反応の反応性が低下し得る。
液体(c)は、光助剤(光増感剤)をさらに含み得、光助剤は、ホスフィンオキシド系化合物またはチオキサントン系化合物の少なくとも1つを含み得る。
第3の不揮発性アクリル化合物は、イソボルニルアクリレート(IBOA)、アクリロイルモルホリン(ACMO)、トリメチロールプロパンホルマールアクリレート(CTFA)、および2−フェノキシエチルアクリレート(2PEA)からなる群から選択される、少なくとも1つの単官能性アクリレート、ならびにジプロピレングリコールジアクリレート(DPGDA)および1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)からなる群から選択される、少なくとも1つの二官能性アクリレートモノマーを含み得る。
液体(c)の調製時には、第3の不揮発性アクリル化合物中で、1〜1,000の分子量および1〜50cps(室温)の粘度を有するアクリレートモノマーが使用され得る。第3の不揮発性アクリル化合物の粘度が50cpsより大きい場合、インクジェットで使用する樹脂組成物インクとしての最終粘度が増加する可能性があり、インクを使用することが困難になる。分子量が増加すると、光開始剤の溶解度が下がる可能性がある。
本発明の一実施形態によれば、液体(a)、(b)、および(c)が調製され、このように調製された液体(a)、(b)、および(c)が混合され、混合中にアミン相乗剤および粘度調節剤がさらに添加されて樹脂組成物が調製され得る。
本発明の一実施形態によれば、樹脂組成物の調製は、液体(a)、(b)および(c)と、アミン相乗剤および粘度調節剤を、30℃〜60℃の温度で混合することによって実施され得る。
熱硬化性エポキシ樹脂および希釈剤が添加される組成物の硬化速度および粘度制御を高めるために、5〜15質量部の熱硬化性エポキシ樹脂に対して、1〜10質量部の多官能性アクリレートモノマーが、粘度調節剤として含まれ得る。
組成物中の多官能性アクリレートの量が1質量部未満である場合、本発明の組成物の特徴である、基板に関する耐溶剤性および樹脂組成物のUV硬化反応性が時には得られないことがあり、その量は望ましくなく、量が10質量部より多い場合、顔料などのインク成分は、組成物中で分離することがあり、また付着性は硬化反応後の収縮(縮み)のため悪化する可能性があり、したがって、その量は望ましくない。
アミン相乗剤は、酸素の捕集および紫外線による容易なラジカル生成のために、分子内に官能基として2〜5個の第三級アミン構造を含むアクリレートであってもよい。特に、アミン相乗剤は、以下の式1により表される化合物、bis−N,N−[(4−ジメチルアミノベンゾイル)オキシエチレン−1−イル]−メチルアミン、MIRAMER AS2010(Miwon Commercial Co.,Ltd.)、およびMIRAMER AS5142(Miwon Commercial Co.,Ltd.)、またはこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つを使用してもよい。
[式1]
樹脂組成物を調製した後、組成物の最終粘度、粒子径、表面張力および比重を検査するため、および硬化コーティング層を検査するための検査プロセスをさらに含むことができ、検査プロセスを実施した後、樹脂組成物の調製にはろ過プロセスをさらに含むことができ、ここで、樹脂組成物のろ過は、1μmより大きい平均粒子径を有する粒子をろ過するためのフィルターを使用して実施することができる。
(液体(a)の調製)
ガラスビーカーおよびガステーブルを使用して、表1〜4に示す成分および量を用い、90〜95℃で3時間にわたり、エポキシ樹脂を希釈剤中に溶融させた。こうして得た液体を液体1とする。
(液体(b)の調製)
分散チャンバーを使用して、表1〜4に示す成分および量を用い、40℃で60〜120分間にわたり、無機顔料および有機顔料を希釈剤中に分散させ、冷却水の水温を10℃に維持し、温度が40℃を超えないようにした。0.30μm(D50:平均粒子径)の粒度分布を有する顔料分散体を得て、こうして得た液体を液体2とした。
(液体(c)の調製)
ビーカーおよびガステーブルを使用して、表1〜4に示す成分および量を用い、45℃〜50℃で30〜60分間にわたり、光開始剤を希釈剤中に溶融させた。こうして得た液体を液体3とした。
(樹脂組成物の調製)
こうして調製した液体1〜3と表1〜4に示す残りの成分を混合し、攪拌器を使用して、室温にて300〜500rpmで30〜60分間撹拌し、樹脂組成物を調製した。
平均孔径1μmの膜フィルターである、Chungsoo Technofil Co.,Ltd.製TECHFLOWを使用して、こうして調製した樹脂組成物をろ過した。
(化合物)
液体BPA:185g/eqのエポキシ当量を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂
固体BPF:500g/eqのエポキシ当量を有するビスフェノールF型エポキシ樹脂
ECN:220g/eqのエポキシ当量を有するクレゾールノボラックエポキシ樹脂
ACMO:アクリロイル(acryolyl)モルホリン
CTFA:トリメチロールプロパンホルマールアクリレート
IBOA:イソボルニルアクリレート
DPGDA:ジプロピレングリコールジアクリレート
TMPTA:トリメチロールプロパントリアクリレート
BAPO:ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシド
DETX:2,4−ジエチルチオキサントン
DPHA:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
BHT:ブチル化ヒドロキシフェノール
NPHA:N−ニトロフェニルヒドロキシルアミン
アミン相乗剤:式1の化合物
[式1]
DISPERBYK111:BYK−Chemie GmbH Co.,Ltd.製
実施例1〜4および比較例1〜4で調製した樹脂組成物の各々を、インクジェットを使用して銅箔上に塗布し、200mJ/cm2の光強度で予備硬化のため露光し、熱風循環(対流)型ドライヤーを使用して150℃で60分間熱硬化して評価用試料を得るための硬化樹脂層を形成した。
そのようにして形成したコーティング層を肉眼で観察し、結果について、平滑で均一な表面が形成された場合は数字の5で、粘着性(未硬化材料)があり、液体が残っている表面が形成された場合は、1で評価した。
(2)付着性
硬化樹脂層が形成された銅箔に関して、銅箔と樹脂層の間の付着性をIPC−TM−650 2.4.1.6に従い評価した。
(3)鉛筆硬度
評価用試料の硬化樹脂層の鉛筆硬度をASTM D3363に従い測定した。
表6〜8に示す成分および量を用い、実施例1に記載したものと同じ方法により、樹脂組成物を調製した。
実施例5〜7および比較例5〜6で調製した樹脂組成物の各々を、インクジェットを使用して銅箔上に塗布し、LEDランプを使用して385nmにて150mJ/cm2の光強度で予備硬化のため露光し、熱風循環(対流)型ドライヤーを使用して150℃で60分間熱硬化して、評価用試料を得るための硬化樹脂層を形成した。
硬化樹脂層が形成された銅箔に関して、銅箔と樹脂層の間の付着性をIPC−TM−650 2.4.1.6に従い評価した。
(2)鉛筆硬度
評価用試料の硬化樹脂層の鉛筆硬度をASTM D3363に従い測定した。
(3)耐熱性
評価用試料を288℃で10秒間放置した後、試料を室温まで冷却した。このプロセスを3回繰り返した。評価用試料上に形成した硬化樹脂層の変形を、繰り返し毎に肉眼で観察し、結果について、変形(亀裂または層間剥離)が生じなかった場合はO、変形が生じた場合はXと評価した。
(4)耐溶剤性
布きれをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで濡らし、硬化樹脂層を布で10回繰り返しこすった。布が、硬化樹脂層の溶解した部分で染色された場合は不十分とみなした。
(5)めっき耐性
実施例および比較例でこうして製造した硬化樹脂層上の無電解ニッケル/浸漬金めっき(ENIG)特性について実験を行い、無電解ニッケル/浸漬金めっき後の液体の浸透や剥離を肉眼で観察した。その結果、無電解ニッケル/浸漬金めっき後に、液体の浸透や剥離(膨張または層間剥離)が肉眼で観察されなかった場合は、「OK」とみなし、液体の浸透や剥離(膨張または層間剥離)が肉眼で観察された場合は、「NG」とみなした。
表10に示す成分および量を用い、実施例1に記載したものと同じ方法で樹脂組成物を調製した。比較例6では、顔料は、2種類の有機顔料、ピグメントイエロー150およびピグメントブルーの組み合わせであった(15:3)。
実施例8および比較例6で調製した樹脂組成物の各々を、インクジェットを使用して銅箔が形成された基板(PCB)上に塗布し、予備硬化のため200mJ/cm2の光強度で露光し、熱風循環(対流)型ドライヤーを使用して150℃で60分間熱硬化して評価用試料を得るための硬化樹脂層を形成した。次いで、試料の表面写真を撮り、実施例8の表面の結果を図1および2に、また比較例6の表面の結果を図3および4に示す。
有機顔料のみの組み合わせを使用した場合、隠ぺい力は悪化し、図3に示すようにベース基板上に銅箔のスクラッチが認められたが、本発明の一実施形態に従い有機顔料と無機顔料との組み合わせを使用した場合、ベース基板上に銅箔のスクラッチは認められず、良好な表面状態が確保された。
Claims (15)
- インクジェット樹脂組成物の調製方法であって、
熱硬化性エポキシ樹脂および第1の不揮発性アクリル化合物を含む液体(a)を調製する工程、
顔料および第2の不揮発性アクリル化合物を含む液体(b)を調製する工程、
光開始剤および第3の不揮発性アクリル化合物を含む液体(c)を調製する工程、ならびに
液体(a)、(b)および(c)を混合し、アミン相乗剤および粘度調節剤をさらに含めて、樹脂組成物を調製する工程
を含む、調製方法。 - 前記液体(a)が、5〜15質量部の熱硬化性エポキシ樹脂、および10〜35質量部の第1の不揮発性アクリル化合物を含めることにより調製される、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記液体(b)が、1〜10質量部の顔料、および5〜20質量部の第2の不揮発性アクリル化合物を含めることにより調製される、請求項1に記載のインクジェット組成物の調製方法。
- 前記液体(c)が、5〜15質量部の光開始剤、および20〜65質量部の第3の不揮発性アクリル化合物を含めることにより調製される、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記第1、第2および第3の不揮発性アクリル化合物が、単官能性または二官能性アクリレートモノマーを含む、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記第1、第2および第3の不揮発性アクリル化合物が、10〜1,000の分子量および1〜50cpsの粘度を有する、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記顔料が、無機顔料と有機顔料を8〜10:1の質量比で含む、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記液体(c)が、ホスフィンオキシド系化合物またはチオキサントン系化合物の少なくとも1つを含む光助剤(光増感剤)をさらに含む、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記液体(a)が、50℃〜100℃の温度範囲で4〜5時間混合を行うことにより調製される、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記液体(b)が、分散剤をさらに含み、前記顔料は、0.5〜2時間にわたり10℃〜40℃の温度範囲で第2の不揮発性アクリル化合物中に分散させる、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記液体(c)が、30℃〜70℃の温度範囲で0.5〜2時間混合を行うことにより調製される、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記粘度調節剤が、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETRA)、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DiTMPTA)、ポリエーテルテトラアクリレート、ポリエステルテトラアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、およびトリシクロデカンジメタノールジアクリレート(TCDDA)からなる群から選択される少なくとも1つの多官能性アクリレートモノマーを含む、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- 前記アミン相乗剤が、分子中に2〜5個の第三級アミン構造を含むアクリレートである、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
- ろ過プロセスをさらに含み、前記樹脂組成物のろ過が、1μmより大きい平均粒子径を有する粒子をろ過することにより行われる、請求項1に記載のインクジェット樹脂組成物の調製方法。
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