KR100473209B1

KR100473209B1 - 고온 탈착 테이프

Info

Publication number: KR100473209B1
Application number: KR10-2002-0031295A
Authority: KR
Inventors: 정훈
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2005-03-08
Also published as: KR20030060736A

Abstract

본 발명은 제품이 사용되는 공정 및 공정상의 특성(온도 및 체류 시간)에 맞춰서 제품의 사용가능 온도 및 그 온도 범위내에서 탈착에 필요한 시간을 조절할 수 있는 산업용 테이프로서, 작업 후 제품의 잔류로 인한 문제 발생의 우려가 없으며, 기존 제품에 비해 저가의 비용으로 양호한 효과를 얻을 수 있다.

Description

고온 탈착 테이프{THERMAL EXPANSIBLE PRESSURE-SENSITIVE ADHESIVE}

본 발명은 고온에서 탈착가능한 테이프에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 사용자가 의도하는 피착면의 종류에 따라 테이프 자체의 특화된 물성, 예를 들어 금속 표면 또는 플라스틱 표면에 대한 충분한 초기 접착력, 접착 유지력, 부착 후 재작업을 위한 재부착력 등의 조절이 가능하며, 탈착 후 피착면에 잔류물을 남기지 않는 고온 탈착 테이프에 관한 것이다.

현재, 자동차의 도장 라인에서 데드너 도포 작업에 사용되는 마스킹 테이프는 그 내부의 일정한 크기의 구멍(hole)들이 도포 방지 및 보호 기능을 한다. 그러나, 데드너 스프레이 작업 이후에 소성 라인을 통과한 후 해당 작업자들이 이를 수작업으로 탈착시켜야 하는 번거로움이 있다.

또한, 복잡한 공업 기계, 자동차 또는 일상 생활 용품을 위한 전자 부품에 사용되는 반도체 집적 회로 칩의 생산은 다수의 반도체 부재를 함유하는 반도체 웨이퍼의 제작에서 출발한다. 웨이퍼 제작에 있어서, 웨이퍼 연마 공정은 전자 회로를 오염시킬 수 있는 분진을 발생시키며, 또 웨이퍼 정면을 진공 단에 대면하게 유지시키는 경우에 부동층 및 하부 회로를 침식할 수 있다. 따라서, 웨이퍼를 파손, 오염 및 침식으로부터 보호할 필요가 있다. 이의 해결 방안으로서, 감압성 점착제 테이프(pressure-sensitive adhesive; PSA)를 사용하여 웨이퍼 정면을 보호할 수 있다. 그러나, 점착제 테이프로는 웨이퍼 보호상의 문제점이 완전히 해결될 수 없는데, 그 이유는 웨이퍼 파손이 빈번하게 발생하고, 점착제 표면에 분진이 쌓여 웨이퍼를 오염시킬 우려가 있으며, 또한 PSA 테이프가 웨이퍼에 대한 강한 초기 접착력을 갖거나, 테이프를 웨이퍼에 부착시킨 순간부터 제거할 때까지 접착력이 증가하는 경우라면 작업 후 PSA 테이프를 제거하는데 어려움이 따르기 때문이다.

이에, 당업계에서는 이러한 자동차 도장 공정 및 웨이퍼 연마 공정에서 보다 큰 효용성을 갖는 점착제 테이프에 대한 요구가 계속되고 있다. 즉, 상기 목적을 위한 접착 테이프는 후술하는 특성을 가지는 것이 바람직하다: 실리콘, 폴리이미드, 실리콘 옥시계에 대한 내성을 가지며, 필요한 경우 쉽게 제거될 수 있어야 하고, 각각의 표면에 대하여 허용가능한 초기 접착력을 제공하여야 하며, 최종 접착력은 후속 공정에 해를 끼칠 수 있는 점착제 잔류물을 남길 만큼 커서는 안되며, 테이프의 초기 및 최종 접착력 특성이 수일 내지 수주에 걸친 저장 기간동안 유지되어야 한다.

상기 과제의 해결 수단을 모색하던 중, 본 발명자들은 고온에서 필러의 팽창에 의해 자동으로 탈착가능하며, 열팽창에 의한 발포 이전에는 수차례 탈/부착이 가능한 감압성 점착제를 개발하게 되었다.

또한, 본 발명의 테이프는 도장시에 베이킹(baking) 라인을 통과한 다음 해당 작업자들이 이를 일일이 탈착시킬 필요없이 공정에 적용된 고온에 의해 테이프 내부에 함유된 필러의 부피가 팽창하여 피착 부위의 접착 면적이 현격히 감소하게 되어 그 자체로 접착력을 잃어 탈착되므로, 기존의 방식에서와 같은 작업자에 의한 수동 탈착 작업을 요하지 않는다.

또한, 본 발명은 사용되는 공정 및 공정상의 특성(온도 및 체류시간)에 맞게 제품의 사용가능한 온도 및 그 온도 범위내에서의 탈착에 필요한 시간을 조절할 수 있으므로, 기존 제품에 비해 저가로 보다 우수한 효과를 거둘 수 있다.

또 한편으로, 제품에 사용되는 접착제는 높은 응집력과, 필러의 열팽창 이후 점착제에 의한 양호한 결합으로 인해 고온에서의 탈착 후 피착면에 일체의 잔류물을 남기지 않으므로 테이프 탈착 후 추가 공정없이 바로 다음 공정으로 넘어갈 수 있다. 필러 및 점착제 각각의 고유 표면에너지가 피착면인 페인트 코팅면에 비해 낮지 않기 때문에 이후의 다른 도색 공정에서 본 제품의 일부 잔류로 인한 피착면의 표면 에너지 저하와 관련된 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 사용된 필러는 80℃ 이상의 온도에서 열적 변화를 일으키므로 선행 기술의 제품에 비해 우수한 열 안정성 및 보관 안정성을 가지게 된다. 선행 기술의 테이프들은 40℃ 이상의 온도 조건 하에서 제품 자체의 열적 반응으로 인해 저장 안정성이 상대적으로 저하되며, 제품을 장기 보관시에는 초기의 물성을 유지하는 데 문제가 있었으나, 본 발명에 의해서는 장기간 보관시에도 물성의 변화가 없는 우수한 열적 안정성을 가진 테이프를 얻을 수 있다.

마지막으로, 선행 기술의 열팽창 테이프는 백킹이 필름 재질로 되어 있어, 제품 사용을 위한 절단시 다루기 어렵다는 단점이 있었으나, 본 발명의 테이프의 백킹은 종이 재질도 가능하여, 사용자가 쉽게 원하는 크기로 찢거나 자를 수 있다.

바람직한 실시 태양에서, 본 발명의 테이프는 크게 점착제와 필러의 혼합층, 및 박리지 층으로 구성되어 있다.

점착제 조성물(시럽) 제조

점착제는 필요에 따라 다양한, 공지의 점착제 조성물로부터 공지의 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 대표적인 예로, 연성 아크릴레이트 단량체 70 내지 100 중량%와 경성 아크릴레이트 단량체 0 내지 30 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 광개시제 0.01 내지 0.3 중량%를 가한다. 이를 200 내지 400 nm의 자외광에 노출시켜 예비중합화 조성물(점도는 100 내지 20000 cps 정도임)을 얻는다. 여기에 추가로 광개시제 0.1 내지 0.3 중량%, 광가교제 0.03 내지 0.5 중량%, 및 필러 3 내지 30 중량%를 첨가하여 혼합한다. 그 결과, 미황색을 띈 백색의 최종 감압성 점착제 조성물을 얻는다(점도는 200 내지 30000 cps 정도임).

여기서, 사용가능한 연성 아크릴레이트 단량체로는 유리 전이 온도(T_g)가 -20℃ 보다 작은 것으로, 예로서 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate; 2-EHA), 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate; BA), 이소옥틸 아크릴레이트(Isooctyl acrylate; IOA), 이소보르닐 아크릴레이트(Isobornyl acrylate; IBOA) 등을 들 수 있으나, 이것만으로 제한되는 것은 아니다.

사용가능한 경성 아크릴레이트 단량체는 유리 전이 온도(T_g)가 90℃ 이상인 것으로, 아크릴산(Acrylic acid; AA), 메타크릴산(Methacylic acid; MAA) 등을 예로 들 수 있다

사용가능한 광개시제로는 미국 특허 제4,181,752호에 개시된 벤조인에테르 형태의 광개시제(예를 들어, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 이소프로필에테르 또는 아니소인 메틸에테르 등)가 유용하며, 그 밖에 벤조인, 치환된 아세토페논(2,2-디에톡시아세토페논 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논), 치환된 알파-케톨(2-메틸-2-히드록시프로피오페논 등), 벤질, 벤질 케탈, 및 당업계에 널리 알려진 다른 광개시제를 사용하는 것도 가능하다. 광개시제의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량%, 바람직하게는 광개시제 0.1 내지 0.3 중량%이다.

광가교제로는 벤즈알데히드, 아세트알데히드, 치환된 알데히드, 아세토페논, 벤조페논, 치환된 페논 유도체(예, 아조비스벤조페논), 벤조퀴논, 안트라퀴논, 치환된 퀴논류, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 방향족 트리아진, 지방족 트리아진 등을 사용할 수 있으나, 이것만으로 제한되는 것은 아니다. 광가교제는 경화에 유효한 양으로 사용하는데, 이는 점착제를 가교결합시켜 소정의 피착제 기판에 원하는 최종 접착력을 제공하기에 충분한 양을 의미한다. 불충분한 양의 광가교제는 점착제 조성물에 불충분한 경화를 일으켜 점착력에 부정적인 영향을 줄 수 있으며, 과량의 가교제는 점착제 조성물 내에서 과도한 경화를 일으켜 점착력을 떨어뜨릴 우려가 있다. 따라서, 광가교제의 양은 전체 조성물의 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.03 내지 0.5 중량%이다.

필러로는 열에 의해 팽창할 수 있는 경화성 또는 가소성 플라스틱 제품을 사용하는 것이 바람직한데, 예를 들어 악조 노벨사에서 시판하는 상품명 폴리메릭 스페어 엑스판셀 551 DU(Polymeric Sphere Expancel 551DU)을 들 수 있다.

그 밖에 미량의 첨가제가 점착제 조성물 중에 또한 포함될 수 있다. 이러한 첨가제로는 안료, 염료, 가소제, 안정화제, 자외선 흡수제, 항산화제, 가공유 등이 있으며, 첨가제의 양은 목적하는 최종 특성에 따라 달라질 수 있다.

최종 감압성 점착제 테이프로는 양면 테이프(Double coated tape; DCT), 전사 테이프(Adhesive transfer tape; ATT) 등도 모두 포함된다.

접착 테이프 제조

전술한 바와 같은 시럽 형태의 점착제 조성물 상부에 공정 라이너 필름을 배치하고, 하부에 백킹 라이너를 배치하여 UV 오븐에 통과시킨다. UV 오븐에서 경화시킨 후, 공정 라이너 필름을 박리, 제거하여 완제품을 얻는다.

여기서, 백킹 라이너는 마스킹 테이프용 포화지, 코로나 방전 처리된 PP 또는 PET, 양면이 Si 코팅된 다중코팅 종이 라이너, 글레이신 종이 라이너, 다중층 PE 필름 라이너 등을 사용할 수 있으며, 이것만으로 제한되는 것은 아니다.

공정 라이너 필름은 Si 코팅된 폴리에스테르 필름 라이너, 양면이 Si 코팅된 투명 PET 필름 라이너를 포함하지만, 이것만으로 제한되는 것은 아니다.

고온 탈착 테이프의 작동 원리

위 방법으로 제조된 고온 탈착 테이프의 작동 원리는 다음과 같다.

약 6 내지 24 마이크론의 직경을 가진 필러 입자는 80℃ 이상의 온도(이러한 고온은 공정상에 적용되는 것일 수 있음), 바람직하게는 100 내지 200℃에서 직경 40 마이크론 이상으로 팽창 발포하게 되고, 이로써 피착면과의 접착 면적 대부분을 발포 필러가 차지함으로써 피착제 표면의 점착제 접착 면적이 급격히 감소된 결과, 테이프가 탈착된다.

감압성 점착제 조성물의 제조예

아크릴산(AA) 2 중량 %와 에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA) 98 중량%를 반응조에 투입하고 여기에 광개시제인 벤질케탈 0.04 중량 %를 첨가한다. 혼합물을 잘 교반한 후 200~400nm 범위의 UV 광선을 조사하여 중합반응을 시키는데 이때 반응물의 델타 T를 기준으로 UV 광선의 조사시간으로 중합반응 정도를 조절하는데, 최종 점도를 약 200에서 2500cps로 맞춘다. 중합반응이 종료되면 여기에 다시 광개시제 0.2 중량 %를 투입하고 이어서 광가교제인 1,4-헥산디올 디아크릴레이트 (HDDA) 0.2%를 첨가한다. 고르게 잘 교반한 후 플라스틱 필러인 익스펜셀 551 DU를 15 중량 % 첨가하여 고속으로(1000rpm 이상) 1시간정도 교반한후, 균일하게 분산되었음을 확인한 후 본 점착제 조성물 시럽을 드럼에 담아 공기와의 접촉을 차단하기 위해 밀봉 보관한다.

기타 제조예

제품 형태	IOA	2-EHA	BA	IBOA	AA	MMA	광개시제	광가교제	Expancel 551DU
재부착가능한 PSA	100						0.24	0.2	24
	100						0.24	0.2	15
		100					0.24	0.2	20
		100					0.14	0.2	12
	50	50					0.24	0.2	15
	40	40		20			0.2	0.1	25
		40	40	20			0.2	0.2	15
고성능 PSA	90				10		0.14	0.2	15
		90			10		0.14	0.2	15
	90					10	0.2	0.25	15
		90				10	0.19	0.2	20
	45	45			10		0.14	0.2	20
	75			20	5		0.24	0.3	20
	92				8		0.24	0.25	15
		92			8		0.14	0.2	15
	46	46			8		0.24	0.3	20
		46	46		8		0.14	0.15	15
	30	45		20	5		0.2	0.2	20
	45		45		10		0.14	0.2	15
		45	45		10		0.14	0.08	20

고온 탈착 테이프의 작동 원리의 예

본 고온 탈착 테이프는 점착제의 종류, 점착제 코팅 두께 및 가열 온도에 따라 탈착에 소요되는 시간이 달라진다.

위에서 언급한 감압성 점착제로 제조된 테이프의 경우 일반적으로 탈착과 관련하여 다음과 같은 물성을 보인다.

두께 10~50 미크론의 단면 점착테이프의 경우 탈착에 걸리는 시간은 100^oC 온도에서 약 10분 정도 방치, 150^oC에서 약 5분 정도 방치 또는 180^oC에서 약 3분 정도 방치하면 자동으로 탈착된다.

두께 50~100 미크론의 단면 점착테이프의 경우 탈착에 걸리는 시간은 100^oC 온도에서 약 20분 정도 방치, 150^oC에서 약 10분 정도 방치 또는 180^oC에서 약 5분 정도 방치하면 탈착된다.

테이프의 접착 성능과 관련하여 위에서 언급한 고온 탈착 테이프는 점착제의 두께가 50 미크론일 때, 몇몇 피착제에 대해 다음과 같은 초기 박리 접착력을 보인다. (7.2 Kg 롤러로 1회 왕복 가압하여 상온에서 20분 방치후 180도 박리 접착력 테스트(속도 : 305mm/min, 샘플 사이즈 : 12.7mm X 100mm) 실시).

3M 표준 페인트 판넬 : 0.20~0.50Kg/12.7mm

3M 표준 스테인레스 판넬 : 0.15~0.50Kg/12.7mm

Polycarbonate Panel : 0.20~0.45Kg/12.7mm

본 발명의 감압성 점착제 테이프는 자동차 도장 라인이나 반도체 웨이퍼의 연마 공정에서 잔류물을 남기지 않고 고온의 열에 의해 용이하게 탈착될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전사 테이프의 예이다.

도 2는 본 발명에 따른 양면 테이프의 예이다.

도 3는 본 발명의 감압성 점착제 테이프 내부에 존재하는 필러가 가열에 의해 팽창하는 양상을 예시하는 도면이다.

도 4은 본 발명의 감압성 점착제 테이프를 가열하였을 때의 변화를 도시하고 있다.

Claims

(a) 아크릴 점착제 100 중량부; 및

(b) 직경이 6 내지 24 미크론인 필러 3 내지 30 중량부

를 포함하고, 상기 필러(b)가 80℃ 이상의 온도에서 팽창하는 것인 고온 탈착 감압성 점착제 테이프.
제1항에 있어서, 백킹 라이너를 추가로 포함하는 감압성 점착제 테이프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도가 100 내지 200℃인 감압성 점착제 테이프.
제1항에 있어서, 상기 아크릴 점착제는 연성 아크릴레이트 단량체 70 내지 100 중량% 및 경성 아크릴레이트 단량체 0 내지 30 중량%를 포함하는 혼합물을 중합화시켜 얻어진 것인 감압성 점착제 테이프.
제4항에 있어서, 상기 아크릴 점착제는 광개시제 또는 광가교제를 추가로 포함하는 것인 감압성 점착제 테이프.
연성 아크릴레이트 단량체 70 내지 100 중량% 및 경성 아크릴레이트 단량체 0 내지 30 중량%를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계;

상기 혼합물을 중합반응시켜 예비중합화 조성물을 얻는 단계; 및

상기 예비중합화 조성물에 필러를 첨가하여 감압성 접착제 조성물을 형성하는 단계

를 포함하는 감압성 접착제 조성물의 제조 방법.