JPH01191799A - 電気泳動塗装の装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は支持体上に絶縁性組成物を電着させる装置と、
このような装置の使用方法とに関する。

この装置と方法は、印刷回路板の製造と、導電性支持体
を絶縁性組成物で被覆することが望ましい他の分野で有
用である。

発明の背景 電気泳動塗装は加えた電場の影響下での液体媒質を通し
ての帯電粒子の移動である電気泳動プロセスに関係する
。ある電着プロセスでは、被覆すべき物体を電着浴に入
れて陽極または陰極のいずれかにして、電流を生じさせ
電着被覆を得る。

電着は自動車、電気器具、装置、その他の多くの物体を
塗装するための標準的な方法である。例えば、「ハンド
ブックオプエレクトロペインテイングテクノロジー（Ｈ
ａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｅｌａｃｔｒｏｐａ−ｉｎｔｉ
ｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｊ、エレクトロケミカ
ルパプリケーションズ社（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ、　Ｌｔｄ、　）　　１
９７８年参照のこと〇先行技術は、運転中の電解浴では
電流が陰極から陽極に流れることを教えている。陽極上
の幾つかの位置から電流は陰極に真直ぐに流れる０残り
の位置から電流は殆んど反対方向に流出して、長い曲線
状のアークを画いて陰極に達するＯこれによって陰極上
に高電流密度部分と低電流密度部分が生じ、同時に被覆
厚さの差異が生ずる。

電着浴中の電流分布は当業者に公知の方法によって算出
することができ、高電流密度部分の電着層の厚さの差異
は浴中で電極を動かすことによって２、または電極を何
らかの方法で遮へいすることによって補償される。ここ
で述べる「高電流密度部分」とは当業者が理論的に算出
して、電流分布の高い部分を意味する。例えば、ジエイ
・ビー・モーラ−（Ｊ、　Ｂ、　Ｍｏｈｌｅｒ　）の「
メタルフィニッシュイングＣＭｅｔａｌ　Ｆｉｎｉｓｈ
ｉｎｇ　）　Ｊ　　１９８５年３月号、５１〜５４頁を
参照のこと。

多くの電着プロセスでは、代表的な電着パターンは支持
体の縁での厚い被覆すなわち高電流密度部分と中心方向
の薄い被覆すなわち低電流密度部分を示す０例えば、モ
ーラ−の上記文献参照０先行技術は、縁部の過剰な電着
（すなわち高電流密度部分）を制御するために、高電流
密度部分を陽極から遮へいすることを教えている０例え
ば米国特許第４，１６２，９５５号は１対の帯電した電
極の間の水平な通路に金属の連続シートラ通すことによ
る金属の連続シートの電着塗装を述べている。

この特許は移動する金属シートの長軸方向周縁の被覆材
料の、周縁までの中間の被覆層の厚さに比べて過剰な堆
積を金属シートの周縁と電極との間に、周縁部を少なく
とも部分的に覆うように、複数のエツジガードを吊すこ
とによって制御できることを開示している。エツジガー
ドの使用は移動金属シートラ横断して−様な被覆を形成
する。エツジガードは例えばプラスチックのような、適
切な非導電性材料から構成する。高電流密度に対する堆
積がメツキ後も導電性である材料の電着に関して報告さ
れていることに注目すべきである０先行技術も、電着後
に導電性でなくなる換言すると絶縁性になる組成物の電
着は典型的に−様な被覆を形成することを教えている０
このような被覆層は高い電気抵抗を有し、一定の電圧に
達すると被覆層の抵抗が電流をごく低い値に減じて、電
着はあらゆる実用的目的のために自然終了する。

電気的引力が最大である部分が最初に塗装され、早期に
塗装された部分に抵抗が蓄積されるにつれて最大電流部
分はより離れた、電気的に遮へいされた領域に移動する
ことから、絶縁体の抵抗がレベリングの形成に役立つこ
とも報告されている０例えば、米国特許第３，２３０，
１６２号と第３．７６１，３７１号参照のこと。

感光性被覆の電着も一般に公知である。例えば米国特許
第３．７３８，８３５号、第３，９５４，５８７号、第
４，０２９，５６１号、第４，０３５，２７３号及び第
４．０３５，２７４号参照。さらに、感光性ポリマー組
成物の電着は米国特許第４，４１４，３１１号と第４，
５９２，８１６号に開示されている。

ここに参考文献として関係する米国特許第４．５９２，
８１６号は導電性面に電着してフォトレジストを形成す
ることのできる感光性ポリマー組成物を開示している。

フォトレジストは例えば印刷回路板のような金属面のよ
うな導電性支持体に像を転写することのできる感光性フ
ィルムである０このようなフォトレジストは印刷回路板
、平板印刷の版面、陰極線管の製造、ならびに蝕刻、は
んだレジスト及び平面化層用に有用である。

フォトレジスト用いた電気部品の製造では平面フォトレ
ジストすなわちレベルフォトレジスト被覆が重要である
。被覆層の厚さの制御は生ずる厚さが光速度、現像時間
及び１平方フイートあたりの収量に直接影響するので重
要である。従って、フォトレジスト組成物を均一に電着
させる装置と方法の改良が求められている。

本発明は電気泳動によって導電性支持体に絶縁性材料の
平坦な被覆を付着させる装置と方法を提供する。装置は
電気泳動塗装用組成物を含む浴中に配置した１個以上の
陰極、前記浴中に陰極と向い合う関係で配置した１個以
上の陽極、及び陽極と陰極の間に電圧を与えて、陰極上
に高電流密度部分と低電流密度部分とを含む電流密度勾
配が形成されるように電流を発生させる手段を含む０陽
極を陰極の高電流密度部分に対して集中させ、陰極への
電流量を制御することによって、電着層の厚さを調節す
る。

以下で説明する本発明は付着すると絶縁性になる材料の
電着に有用な装置と方法に関する。このような装置と方
法は特に印刷回路板の形成においてフォトレジスト材料
を付着させるために有用であるが、この方法はフォトレ
ジおト付着または印刷回路板の製造に限定されるわけで
はない。以下の説明の一部は特にフォトレジスト材料の
付着に重点をおく。しかし、装置と方法の他の用途は当
業者に明らかであろう。

フォトレジスト被覆を用いた電子要素の製造では、フォ
トレジスト被覆の均一性と厚さは、被覆すべき面上の均
一な被覆厚さを含めて、精密許容差の範囲内で制御しな
ければならない。フォトレジストの電着は慣習的な液体
型レジスト及び乾燥塗膜レジストから形成したフォトレ
ジスト塗膜に比べて、フォトレジストの必要な時間と量
の点で有利である。さらにフォトレジストの電気泳動塗
装は例えば銅張り積層板のように、被覆すべき面内の引
っかき傷のような深いくぼみを充てんする。

先行技術で教える装置と方法を用いた電着時に絶縁性に
なる、例えば米国特許第４，５９２，８１６号に開示さ
れているような、感光性ポリマー組成物の電着では、得
られた付着層が周縁部で厚く、中心方向に薄くなること
が意外にも判明した０以下で用いる絶縁性組成物とは、
電着時に絶縁性になり、その結果電着が自然終了する組
成物を意味する。この現象は陽極対陰極の距離を減小さ
せてよりコンパクトな設計の電解槽を形成して、電着槽
を充てんする化学薬品量を減する時に、さらに明白にな
った。絶縁性物質の電着に関して先行技術で教えている
ことに基づくと、このような絶縁性組成物を電着すると
本質的に均一な付着層が得られることが予想された。

上述したように、支持体の周縁では厚い被覆すなわち高
電流密度が生じ、中心方向に薄くなる被覆を生ずる典型
的な厚さの変化が認められる電着プロセスでは、厚さ勾
配を制御して均一な付着層を得るには、陽極を陰極の低
電流密度方向に集中させなければならないことを先行技
術は教えている。電極を適当に形成して、陰極を陰極か
ら遮へいする手段を備える、浴中の電極の配置及び当業
者に明らかな他の技術によって陰極の低電流密度部分へ
の陽極の集中が達成される、またはこの代りに、陰極の
低電流密度部分を陰極から遮へいしなければならない。

画期的なことに、本発明の装置と方法及び上記の開示を
用いた絶縁性感光性ポリマーの電着では、面の周縁部に
おいて−様に厚い付着層が得られることが判明した。こ
の場合に、先行技術が教えていることと反対のことを実
施することによって、すなわち陰極の高電流密度部分に
対して陽極を集中させることによって、絶縁性感光性組
成物の本質的に均一な付着層が得られることが意外にも
判明した。

本発明の装置と方法は陽極／陰極の分離が一定の最低距
離未満である、絶縁性物質の電着に特に有用である。こ
の距離は系によって変化しうる。

例えば、５ガロンの小さい実験室用塗装装置では、最低
距離が約４　ｉｎ、であることが判明している。

米国特許第４，５９２，８１６号、実施例２では、約１
　ｉｎ、離して配置した電極を用いて絶縁性感光性ポリ
マー組成物の−様な付着層を得たことが報告されている
。この結果は本発明の教えに反するように思われる。し
かし、用いたメツキ槽の容量をこれらの研究者は報告し
ていない。メツキ浴の容量が増すにつれて、付着層の不
均一性が増大することが、本発明の実施で発見されてい
る。１０ガロンメツキ槽では、明らかに不均一性問題が
認められる。５０ガロンメツキ槽では、この問題がさら
にいっそう明らかになる。従って、米国特許第４．５９
２，８１６号で用いるメツキ浴の容量は不均一性問題が
明白になシ、被覆すべき表面を横切って約±１０−の厚
さ変動が生ずるメツキ浴の容量よりも小さいように思わ
れる。

第１図に示した実施態様では、１対の間隔を置いて平行
な陽極ｌＯが電着浴４０に垂直に配置され、陰極３０に
対して相対的に陰極３０を間にはさむように垂直に配置
されている。電極１０と３０はそれらの間に電圧を与え
るために、適当な手段（図示せず）ｔ−備えている。

゛浴４０内の陰極３０に相対的な陽極１０の位置は適当
な手段によって！ｉ＃１ｍ可能である。陽極１０のサイ
ズと陽極１０の陰極３０からの距離とは、電着させるべ
き物質の組成物５０及び望ましい付着層の厚さに依存し
て変えることができる。

第２図は第１図に示した装置の平面図である。

第３図では、電極１０と３０を説明する。陽極１０は中
心に方形または長方形の開口を有する額縁のような形状
である。陰極３ｏは陽極１ｏの外側サイズとほぼ同じサ
イズを有する完全な方形または長方形である。他の実施
態様では、陽極１゜と陰極３０がほぼ同じサイズの完全
な方形または長方形であり、陰極３０の低電流密度部分
に対応する陽極部分がプラスチックのような誘電性物質
で被覆されて、陰極の低電流密度部分を陽極から遮へい
している、すなわち陰極の高電流密度部分に対して陽極
を集中させている。

本発明の装置と方法に用いる陽極は、陰極の高電流密度
部分に対して集中するような形状である。

換言すると、陰極の高電流密度部分と低電流密度部分に
流れる電流量は陽極がどのような形状であるかによって
も部分的に制御される。第１，２．３図に示す実施態様
は、平らな面への絶縁性物質の電着に適している。電流
を好ましく制御する他の陽極形状は当業者にとって明ら
かであろう。

本発明の実施に用いる陽極のサイズ、数、位置は被覆す
べき物体の形状及び塗装すべき物質の組成物のような問
題にも依存する。

ステンレス鋼が本発明に用いる陽極に有用な材料として
判明している。電気泳動の分野で熟練した人が用いる他
の慣習的な材料も使用可能である。

被覆することが望ましい導電性支持体を本発明の実施に
陰極として用いることもできる。本発明の実施に陰極と
して用いることもできる。本発明の実施によって被億す
る回路板の形成に有用な支持体には銅張り積層板がある
。望ましい場合には、複数の電極を用いることもできる
。

本発明の装置と方法はアナフオレチック（αｎα−ｐｈ
ｏｒｅｔｉｃ　）な感光性ポリマー組成物の電着にも適
しており、この場合には被覆すべき物体を陽極及び不活
性物質として、例えば陰極として用いる。

本発明が提供する１つの利点は電着プロセスの規模に関
する経済性である。本発明の装置と方法の使用によって
、小さいが営利的に実用可能な規模のメツキ浴が可能に
なる。

米国特許第４，５９２，８１６号に開示されている絶縁
性感光性ポリマー組成物を本発明の実施に用いることも
できる。例えば、メチルメタクリレートを主成分とする
ターポリマーを製造して、銅張り積層板の被覆に用いた
。

この製造はエマルジョン・テクノロジーの利用を含み、
キャリヤーポリマーは乳化プロセス中にある一定の塩基
のイオン化によって一部水溶性になるが、メツキプロセ
ス中に不溶性になる。乳化前に、フォトレジストを形成
する種々な成分（モノマー、光重合開始剤、染料等）を
キャリヤーポリマーに加えると、乳化時にポリマーがこ
れらの成分を包含して、ミセルとなる。エマルジョン１
ｄあたり数千のミセルが存在し、各ミセルは全ての面に
おいてフォトレジストの小粒子となりうる（第４図参照
）。

ステンレス鋼陽極を吊し、陰極として用いる銅張り積層
板の１片を入れた槽中に正に帯電したエマルジョンを入
れる（第５図参照）。１０　ＡＳＦ未満の電位を与える
と、陰極上にフォトレジストの均一な被覆が付着する。

電着の機構は電気化学的及び化学的反応の両方によって
制御される。電位を与えると、正に帯電したミセルは負
に帯電した陰極方向に移動し始める。重要な陰極反応は
最初は水素ガスとヒドロキシルイオンとの両方を生ずる
水の加水分解である： ２Ｈ２０２ｇ″″・・・・・・・・・Ｈ２＋２０Ｈ−こ
の直後にミセル上でヒドロキシルイオンによる塩基の脱
プロトン化が生じ、キャリヤーポリマーは不溶性になり
、金属対象上に付着する：（キャリヤー・ポリマー）＋
　十ＯＨ−・・・・・・→キャリヤーポリマー＋Ｈ２０ 付着層の最終的な厚さは電着浴の調合によって制御され
、ミセルが付着すると直ちに融合として公知のプロセス
で互いに成長し始め、帯電したフォトレジストの引力を
密封するという事実によっても制御される。メツキプロ
セスは陰極の高電流密度部分で開始し、これらの部分が
密封されると、次にプロセスは陰極の中心方向に移動す
る（第６図参照）。

電着後に、被覆した物体を水中ですすぎ洗いし、おだや
かに９０℃まで６０秒間加熱する。レベリングと呼ばれ
る、この加熱プロセスは付着層から残留水分を除去して
、有機付着層を平坦な連続塗膜にするように設計する。

電着プロセスは、再検討すると、３段階：（１）付着、
（２）融合、（３）レベリングから成る（第７図参照）
。

本発明は下記の実施例を参照することによってさらに理
解される： 例１ 用いる電気泳動塗装可能な組成物は下記の組成を有する
： ポリマー　　　　　　　　５．２８Ｋｉｌ。

ジメチルアミンエチルメタクリレート　　　（８部）メ
チルメタクリレート　　（６８部） ブチルアクリレート　　　（２３部） ビニルアセテート　　　　　（１部） トリメチロールプロパントリアクリレート　Ｌ８４Ｋｉ
ｌ。

染　　料　　　　　　　　　　　０．０６４　Ｋｉｌ。

アセトン　　　　　　　　０．４８　　Ｋｉｌ。

光開始剤　　　　　　　　０．１６　　Ｋｉｌ。

乳　　　酸（２０チ）　　　　　０．９６　　Ｋｉｌ。

蒸留水　　　　４０．ＯＫ１１ｏまで 例２ 電極の構成 ０．０１５“厚さのエポキシガラス誘電体の１３“Ｘ１
０“シートを、下地のステンレス鋼の２＃帯が露出する
ように、陽極の中央に取付けることによって１５”Ｘ１
２“　ステンレス鋼の額縁形状陽極２個を製造した。こ
れらの２個の陽極を２ｉ、の間隔をおき、誘電性材料を
内側に向けてメツキ浴に固定した。次に陽極を６０ｖｏ
ｊｅＤＣ整流器の正のリードに連結した。

例３ 例２に述べた電極２個を含む４０１！メツキ浴に例１か
らの溶液の一部を入れた。印刷回路板の製造に用いる鋼
張シ積層板の１５’Ｘ　１２′　サイズ片をメツキ浴中
の陽極の間に挿入し、２個の陽極から等距離に一各陽極
から約２“の距離に固定した。銅張り積層板ｆｔ６０　
ｖｏｌｔ　ＤＣ整流器の負のリードに接続することによ
って陰極にした。外部熱交換器を用いて、溶液を３０℃
に加熱した。望ましい温度に達した後に、５ｖｏｌｔの
電圧を５秒間印加した。生成した付着層の厚さは０．０
００２“±０．００００２“（５μ±０．５μ）とベー
タ後方散乱デバイスによって測定された。

ここに述べた例と実施態様が説明のためのみのものであ
り、これらを考慮することによって当業者に示唆される
変更または変化も本出願の本質と範囲及び特許請求の範
囲に含まれることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は平行な垂直電極を含む電気泳動装置を示す； 第２図は第１図に示した装置の平面図である；第３図は
第１図と第２図の電極の同大図である；第４図は本発明
による電気泳動塗装に適したミセルを示す； 第５図は印刷回路板の製造におけるフォトレジストの電
着に適した電気泳動装置を示す；及び第６図は電着した
被覆の成長を説明する。 第７図は３つの異なる工程における電気泳動被覆の成長
を説明する。 １０・・・陽　　極　　　　３ｏ…陰　　極４０・・・
メツキ浴 （外４名） ■ Ｑ ロー ト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支持体が電極の１つをなす電着浴中で支持体上に絶
   縁性組成物を電気泳動塗装する装置において、 ａ、浴中に配置した１個以上の陰極 ｂ、陰極に向き合うように浴中に配置した１個以上の陽
   極、及び ｃ、陰極上に高電流密度部分と低電流密度部分を含む電
   流密度勾配を形成し、陽極を陰極の高電流密度部分に対
   して集中させ、陰極に流れる電流量を制御することによ
   つて付着層の厚さを制御しうるように、陽極と陰極の間
   に電圧を与えて電流を発生させる手段 とを含む装置。 ２、支持体が陰極である請求項１記載の装置。 ３、陽極から陰極の低電流密度部分を遮へいする手段を
   与えることによつて、陽極を陰極の高電流密度部分に対
   して集中させる請求項２記載の装置。 ４、陽極の構成を利用して、陰極の高電流密度部分に対
   して陽極を集中させる請求項２記載の装置。 ５、陽極と陰極の間の距離が４ｉｎ（１０．１６ｃｍ）
   以下である請求項２記載の装置。 ６、電圧が約２〜約１５０ｖｏｌｔである請求項２記載
   の装置。 ７、電着の厚さが約１〜約７５ミクロンである請求項２
   記載の装置。 ８、陰極が方形または長方形であり、陽極がほぼ同じ大
   きさの方形または長方形であり、陽極の中央部分に方形
   または長方形の開口が設けてある請求項２記載の装置。 ９、陰極が方形または長方形であり、陽極が実質的に同
   じ大きさの方形または長方形であり、陽極の内部の方形
   または長方形部分が実質的に非導電性である請求項２記
   載の装置。 １０、（ｉ）陽極が額縁のような形状であり、（ｉｉ）
   陰極が陽極とほぼ同じ外側サイズを有する請求項２記載
   の装置。 １１、陰極が銅張り積層板から成る請求項２記載の装置
   。 １２、電着時に絶縁性になる組成物が感光性ポリマー組
   成物である請求項２記載の装置。 １３、電着時に絶縁性になる組成物が感光性ポリマー組
   成物である請求項２記載の装置。 １４、電着浴中で支持体上に絶縁性組成物を電気泳動塗
   装する方法において、 ａ、絶縁性組成物を含む電着浴を形成する；ｂ、浴中に
   配置した陰極を支持体として用いる； ｃ、陰極と浴中に陰極に面するように配置した１個以上
   の陽極との間に電圧を与えて、 陰極上に高電流密度部分と低電流密度部分 を含む電流密度勾配を形成するように電流 を発生させ、陽極を陰極の高電流密度部分 に対して集中させる の各工程を含む方法。 １５、陰極の低電流密度部分を陽極から遮へいする手段
   を設けることによつて、陽極を陰極の高電流密度部分に
   対して集中させる請求項１４記載の方法。 １６、陽極と陰極との間の距離が約４ｉｎ （１０．１６ｃｍ）以下である請求項１４記載の方法。 １７、電圧が約２〜約１５０ｖｏｌｔである請求項１４
   記載の方法。 １８、電着層の厚さが約１〜約７５ミクロンである請求
   項１４記載の方法。